CN103321744A - 一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，包括缸体、异形活塞、曲柄连杆机构、气门阀座配气系统，在缸体内有一个气缸，两个异形活塞头对头安置在气缸中，异形活塞头与曲柄连杆机构连接，再通过齿轮啮合的方式与气门阀座配气系统连接，使得两个异形活塞在气缸中同步相向运动，从而实现两个异形活塞、曲柄连杆机构和气门阀座配气系统一起协同完成四冲程的动作，并且异形活塞的火力岸处加工有四个活塞凹槽和两个活塞顶斜面以避让气门阀座配气系统气门的启闭，在异形活塞运行到压缩冲程上止点时，活塞顶斜面与气门阀处空隙形成两个容积相同的燃烧室。本发明具有高压缩比，高转速，运转平稳不易发生爆震，扭矩功率大，寿命长的优点，并且节能减排，绿色环保。

Description

一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机

技术领域

本发明涉及一种往复活塞式内燃机，尤其涉及一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机。

背景技术

内燃机是热机的一种，能将燃料的化学能转化机械能。一般的实现方式为，燃料与空气混合燃烧，产生热能，气体受热膨胀，通过机械装置转化为机械能对外做功。内燃机有非常广泛的应用，汽车、船舶、飞机、工程机械等的发动机基本都是内燃机。

最常见的内燃机属于往复活塞式内燃机。气缸的内空气与燃料的混合气燃烧后，高压气体推动活塞曲柄连杆机构产生扭矩，通过曲轴对外做功，即燃料的化学能最终转化为曲轴旋转的动能。汽油机一般是点燃式发动机，燃料与空气的混合气体在压缩行程的末端被火花塞点燃，随即发生膨胀并推动活塞作往复运动；而柴油机也叫压燃式发动机，燃料一般被喷入气缸并发生自燃，自燃后的混合气体也因膨胀而推动了活塞。除了点燃和压燃这两种主要方式外，还有复合式燃烧过程，兼具点燃与压燃式内燃机的特点。

四冲程往复活塞式内燃机的工作周期被分为进气、压缩、做功、排气共四个过程。通过进气与排气，将燃料与工作介质进行更换，而做功行程则是将热能转化为机械能。通过四个冲程（即活塞从气缸的一端移动向另一端）完成循环的被称作四冲程循环，汽车发动机多采用这种形式。

目前传统使用的内燃机设置有缸盖，燃烧室面容比比较大，较易产生爆震，所以许用压缩比较低，又因为一缸一活塞，行程活塞直径比较大，所以活塞线速度较高，限制了传统内燃机的转速。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，解决目前技术中内燃机的活塞行程长限制内燃机转速，燃烧室面容比比较大容易产生爆震的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，包括缸体、异形活塞、曲柄连杆机构、气门阀座配气系统，在缸体内有一个气缸，两个异形活塞头对头安置在气缸中，两个曲柄连杆机构的曲轴平行装配在缸体的两端，两个异形活塞各通过一个连杆与缸体两端的曲柄连杆机构的曲轴连接，两个气门阀座配气系统通过气门阀座采用过渡配合加工的方式安装在缸体正中圆周上的气门阀座承孔上，以便拆装和散热，并且加装了阀座垫用于密封，曲柄连杆机构设置有曲轴齿轮，各与一个气门阀座配气系统的凸轮轴齿轮啮合连接，两个气门阀座配气系统的凸轮轴齿轮再啮合连接在一起，达到两个凸轮轴齿轮以及两个曲轴齿轮正时同步并且沿相反时针方向旋转，两个异形活塞在气缸中同步相向运动，从而实现两个异形活塞、曲柄连杆机构和气门阀座配气系统协同完成四冲程，并且异形活塞的火力岸处加工有四个活塞凹槽和两个活塞顶斜面以避让气门阀座配气系统气门的启闭，并且在异形活塞运行到压缩冲程上止点时，活塞顶斜面、活塞凹槽与气门阀座处空隙形成两个容积相同的燃烧室。在传统的内燃机的气缸中，一缸一活塞，从而活塞的行程长度较长，所以活塞的直线速度较高，但是转换到曲柄齿轮的转速就较低，导致内燃机的扭矩较小。在此本发明在内燃机的气缸内装置两个异形活塞，并且相向同步运动，燃料燃烧后膨胀的总体积不变，但传递给了两个方向的异形活塞，使得每个异形活塞的行程减半，虽然如此异形活塞的直线速度降低了，但是其转换给曲柄齿轮的转速提高了，双曲轴通过曲轴齿轮和凸轮轴齿轮啮合扭矩叠加从而提高了内燃机的扭矩。气缸内的两个异形活塞连接在相同结构的曲柄连杆机构上，曲柄连杆机构再通过齿轮啮合的方式与凸轮轴齿轮连接，两个凸轮轴齿轮再啮合连接在一起，从而使得两个异形活塞形成步调一致的整体，两者的运行速度的高度一致性，避免出现一个异形活塞运行到气缸中心，而另一个异形气缸还处在气缸边缘的现象，使得两个异形活塞能协同运动，有效完成进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程全部四个冲程的动作。活塞顶斜面。活塞凹槽与气门阀座处空隙形成的两个燃烧室的面容比比较小，燃料的燃烧会很迅速，因此不易发生爆震，减小内燃机的震动和噪音，增加运行稳定性。

进一步的，缸体内可设置一个及以上的气缸，实行多气缸联动提高输出功率。

进一步的，异形活塞的圆周上加工有环槽用于安装活塞环用于密封。

进一步的，气门阀座配气系统可设置有四组，四组气门阀座配气系统分布沿气缸的横截面中心线左右对称，在气缸上两组气门阀座配气系统之间还设置有火花塞用于点燃式汽油机或者是柴油喷油嘴用于压燃式柴油机。在气缸的中心位置设置四组气门阀座配气系统，可有效提高进出气时的气体量，提高进出气的效率，避免燃料燃烧不充分，导致内燃机的功率降低，并且燃烧不充分还会导致排放气体的污染度更高。火花塞在异形活塞运动至压缩上止点时点火点燃燃料，燃料燃烧膨胀做功推动异形活塞向气缸的两侧行进。在异形活塞向气缸的两端行进时，柴油喷油嘴在异形活塞运动至压缩上止点向气缸内喷入柴油，柴油燃烧膨胀推动异形活塞向气缸的两侧行进。

进一步的，凸轮轴齿轮和曲轴齿轮采用人字齿或者直齿、斜齿，减小齿轮组的噪音和转动轴的轴向推力。

进一步的，气门阀座配气系统包括气门阀座、气门、气门套管、弹簧、弹簧座、进排气口、气门摇臂和凸轮轴，进排气口与安装在缸体上的气门阀座联通，气门套管安装在气门阀座上，气门穿过气门阀座和气门套管与弹簧座连接，顶部气门调节螺母调节气门间隙，弹簧套于气门上并位于气门阀座和弹簧座之间用于气门的复位达到关闭气门的作用，凸轮轴由凸轮轴齿轮带动旋转，使气门摇臂沿摇臂轴旋转压缩弹簧启闭气门。在异形活塞一次四冲程过程中，凸轮轴旋转一周360°，其凸点方向旋转到气门摇臂的接触点时，顶起气门摇臂使之压缩弹簧，从而开启气门，达到进气和排气的功能。

进一步的，无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机还设置有冷却系统，缸体的筒体上设置有环状的水套，水箱通过下水管连接到节温器上再连接到水泵上，冷却水加压后通过进水管输送到水套内，冷却内燃机后经由出水管回到水箱完成冷却循环。采用水冷式的循环冷却系统，冷却效率高的同时也节能环保，节温器根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量，改变水的循环范围，以调节冷却系的散热能力，保证内燃机在合适的温度范围内工作，可确保内燃机在冬天时不至于过冷。

进一步的，水箱上设置有风扇电机，采用风冷式给冷却水降温。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机克服现有技术的不足，将传统的燃烧室分隔成两个容积较小的燃烧室，从而燃烧迅速不易爆震，且双活塞同时运行，因此许用压缩比较高；行程活塞直径比比较小，活塞线速度较小，许用转速较高，相同质量的两套活塞曲柄连杆机构正反时针旋转，减轻了内燃机的震动和噪音；装配式的气门阀座总成，为维修更换气门组件提供了方便，降低了成本；本发明所述的内燃机运转平稳，扭矩功率大，寿命长，并且节能减排，绿色环保。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的异形活塞的结构示意图；

图3为本发明汽油机四气门阀的横截面结构示意图；

图4为本发明柴油机四气门阀的横截面结构示意图；

图5为本发明的气门阀的结构示意图；

图6为本发明的冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，以实现内燃机高压缩比，高转速，运行平稳为目的。

参见图1，无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，包括缸体1、异形活塞2、曲柄连杆机构、气门阀座配气系统，在缸体1内有一个气缸3，两个异形活塞2头对头安置在气缸3中，两个曲柄连杆机构的曲轴32平行装配在缸体1的两端，两个异形活塞2各通过一个连杆4与缸体1两端的曲柄连杆机构的曲轴32连接，两个气门阀座配气系统的气门阀座13采用过渡配合加工的方式安装在缸体1正中圆周上的气门阀座承孔5上，以便拆装和散热，并且加装了阀座垫33用于密封，曲柄连杆机构设置有曲轴齿轮6，各与一个气门阀座配气系统的凸轮轴齿轮7啮合连接，两个气门阀座配气系统的凸轮轴齿轮7再啮合连接在一起，凸轮轴齿轮7与曲轴齿轮6的齿数比为2:1，凸轮轴齿轮7和曲轴齿轮6采用人字齿，减小齿轮组的噪音和转动轴的轴向推力，达到两个凸轮轴齿轮7以及两个曲轴齿轮6正时同步并且沿相反时针方向旋转，两个异形活塞2在气缸3中同步相向运动，从而实现两个异形活塞2、曲柄连杆机构和气门阀座配气系统协同完成四冲程。在内燃机的缸体1内可以设置一个以上的气缸3，实行多气缸联动提高输出功率。

参见图2，异形活塞2的火力岸处加工有四个活塞凹槽9和两个活塞顶斜面10以避让气门阀座配气系统气门14的启闭，并且在异形活塞2运行到压缩冲程上止点时，活塞顶斜面、活塞凹槽与气门阀座处空隙形成两个容积相同的燃烧室8。异形活塞2的圆周上加工有环槽11用于安装活塞环。

参见图3和图4，气门阀座配气系统可设置有四组，四组气门阀座配气系统分布沿气缸3的横截面中心线左右对称，在气缸3上两组气门阀座配气系统之间还设置有火花塞12或者是柴油喷油嘴31，根据柴油机和汽油机不同的点火方式安置不同元件，进气阀门和出气阀门各设置两个，可以提高其他的传输效率，保证燃料燃烧充分，降低排放污染。

参见图5，气门阀座配气系统包括气门阀座13、气门14、气门套管15、弹簧16、弹簧座17、进排气口18、气门摇臂19和凸轮轴20，气门阀座13与缸体3上的气门阀座承孔5采用过渡配合加工的方式安装，以便拆装和散热，进排气口18与气门阀座13联通，气门套管15安装在气门阀座13上，气门14穿过气门阀座13和气门套管15，气门调节螺母21调节气门间隙，气门14的顶部还连接有弹簧座17，弹簧16套于气门14上并位于气门阀座13和弹簧座16之间用于气门14的复位达到关闭气门14的作用，凸轮轴20由凸轮轴齿轮7带动旋转，使气门摇臂19沿摇臂轴22旋转压缩弹簧16启闭气门。

参见图6，无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机还设置有冷却系统，缸体1的筒体上设置有环状的水套23，水箱24通过下水管26连接到节温器27上再连接到水泵28上，冷却水加压后通过进水管30输送到水套23内，冷却内燃机后经由出水管29回到水箱完成冷却循环。水箱24上设置有风扇电机25用于冷却。

在本发明所述的内燃机运作时，气缸3内的两个异形活塞2相向同步运动，带动曲柄连杆机构和气门阀座配气系统的凸轮轴齿轮7同步旋转，在两个异形活塞2的四冲程过程中，协同完成打开气阀进气和排气的动作，同时，冷却系统在气缸温度高于正常值开始运作散热，而当温度较低时停止工作，保护内燃机。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，包括缸体（1）、异形活塞（2）、曲柄连杆机构、气门阀座配气系统，在缸体（1）内有一个气缸（3），两个异形活塞（2）头对头安置在气缸（3）中，两个曲柄连杆机构的曲轴（32）平行装配在缸体（1）的两端，两个异形活塞（2）各通过一个连杆（4）与缸体（1）两端曲柄连杆机构的曲轴（32）连接，两个气门阀座配气系统通过气门阀座（13）采用过渡配合加工的方式安装在缸体（1）正中圆周上的气门阀座承孔（5）上，以便拆装和散热，并且加装了阀座垫（33）用于密封，曲柄连杆机构设置有曲轴齿轮（6），各与一个气门阀座配气系统的凸轮轴齿轮（7）啮合连接，两个气门阀座配气系统的凸轮轴齿轮（7）再啮合连接在一起，达到两个凸轮轴齿轮（7）以及两个曲轴齿轮（6）正时同步并且沿相反时针方向旋转，两个异形活塞（2）在气缸（3）中同步相向运动，从而实现两个异形活塞（2）、曲柄连杆机构和气门阀座配气系统协同完成四冲程，异形活塞（2）的火力岸处加工有四个活塞凹槽（9）和两个活塞顶斜面（10）以避让气门阀座配气系统气门（14）的启闭，并且在异形活塞（2）运行到压缩冲程上止点时，活塞顶斜面（10）、活塞凹槽（9）与气门阀座（13）处空隙形成两个容积相同的燃烧室（8）。

2.根据权利要求1所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，缸体（1）内设置一个及以上的气缸（3），实行多气缸联动提高输出功率。

3.根据权利要求1所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，所述的异形活塞（2）的圆周上加工有环槽（11）用于安装活塞环。

4.根据权利要求1所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，所述的气门阀座配气系统可设置有四组，四组气门阀座配气系统分布沿气缸（3）的横截面中心线左右对称，在气缸（3）上两组气门阀座配气系统之间还设置有火花塞（12）或者柴油喷油嘴（31）。

5.根据权利要求1所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，所述的凸轮轴齿轮（7）和曲轴齿轮（6）采用人字齿或者直齿、斜齿，减小齿轮组的噪音和转动轴的轴向推力。

6.根据权利要求1至5任一项所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，所述的气门阀座配气系统包括气门阀座（13）、气门（14）、气门套管（15）、弹簧（16）、弹簧座（17）、进排气口（18）、气门摇臂（19）和凸轮轴（20），进排气口（18）与安装在缸体（1）上的气门阀座（13）联通，气门套管（15）安装在气门阀座（13）上，气门（14）穿过气门阀座（13）和气门套管（15）与弹簧座（17）连接，气门调节螺母（21）调节气门间隙，弹簧（16）套于气门（14）上并位于气门阀座（13）和弹簧座（16）之间用于气门（14）的复位达到关闭气门的作用，凸轮轴（20）由凸轮轴齿轮（7）带动旋转，使气门摇臂（19）沿摇臂轴（22）旋转压缩弹簧（16）启闭气门。

7.根据权利要求1至6任一项所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机还设置有冷却系统，缸体（1）的筒体上设置有环状的水套（23），水箱（24）通过下水管（26）连接到节温器（27）上再连接到水泵（28）上，冷却水加压后通过进水管（30）输送到水套（23）内，冷却内燃机后经由出水管（29）回到水箱完成冷却循环。

8.根据权利要求7所述的无缸盖双燃烧室卧式四冲程内燃机，其特征在于，所述的水箱（24）上设置有风扇电机（25）。

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