專利名稱：對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的基本技木。具體地，本發(fā)明涉及四沖程柴油機的曲柄連桿機構(gòu)，氣缸和活塞的冷卻，活塞銷的潤滑技術(shù)。
背景技術(shù)：
1876年，德國人Nicolaus Otto第一次提出了四沖程循換(即進氣、壓縮、膨脹、排氣)原理，并發(fā)明了電子點火的四沖程；1893年，德國工程師Rudolph Diesel申請了壓縮發(fā)火內(nèi)燃機專利。四沖程內(nèi)燃機的這兩項基礎(chǔ)技術(shù)一直沿用至今，并在生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。但是四沖程內(nèi)燃機存在以下的缺點氣門配氣機構(gòu)復(fù)雜，零部件多，保養(yǎng)困難；機械噪音大；由于曲軸2轉(zhuǎn)爆發(fā)I次，所以旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。由于以上的缺點，四沖程內(nèi)燃機始終難以脫離氣缸蓋、氣缸體、缸套、機體和曲軸的典型結(jié)構(gòu)。其中直接受到氣體力作用的部件只有缸套和氣缸蓋，曲軸由于要對外輸出旋轉(zhuǎn)運·動和扭矩，因此也是必不可少的承力部件。氣缸體和機體則是為了承受由于氣體力產(chǎn)生的單向力作用而設(shè)置的部件。它們受到的作用力較大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常常重量較大。特別是機座承受較大的軸承載荷，在保證強度的同時，還必須不至于產(chǎn)生較大的彈性變形，因此通常結(jié)構(gòu)比較笨重。雖然有的機型已經(jīng)采用了懸掛式主軸承，用輕便的油底殼代替了機座，但是仍然無法從根本上解決結(jié)構(gòu)重量較大的問題。曲軸通過匯集各氣缸的功將往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動對外輸出，氣體力作用在曲軸柄臂，在主軸頸上產(chǎn)生循環(huán)對稱應(yīng)力，要求曲軸具有較大的強度。氣體力作用于主軸承的較大，對軸承材料和制造精度要求很高。基于以上原因，曲軸和機座的制造精度要求很高。四沖程內(nèi)燃機的旋轉(zhuǎn)不均勻，配備較大的飛輪或者采用較多的氣缸數(shù)目，當(dāng)氣缸數(shù)量較少時，由氣體力產(chǎn)生的一階振動往往難以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到平衡，達(dá)到平衡付出的重量代價較大。四沖程內(nèi)燃機不可避免的需要采用氣門配氣機構(gòu)，該機構(gòu)一般位于氣缸頂端的氣缸蓋上。氣缸蓋與缸套、活塞一起組成燃燒空間，同時形成氣道、水道、油道等，以保證內(nèi)燃機換氣、冷卻、潤滑的需要。氣缸蓋的形狀復(fù)雜，溫度分布不均勻，承受較大的機械應(yīng)カ和熱應(yīng)力。為了保證熱強度和減小熱變形問題，必須進行強制冷卻，但是與機械強度產(chǎn)生矛盾。因此氣缸蓋的設(shè)計和加工要求較高，隨之帶來的成本較聞。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計，不采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機的高強度氣缸體和機座結(jié)構(gòu)，減輕整機的重量，降低系統(tǒng)加工制造的復(fù)雜程度，降低成本；増加內(nèi)燃機的功率密度，實現(xiàn)更高的功率重量比，節(jié)能減排；平衡內(nèi)燃機其體力產(chǎn)生的不平衡力，降低內(nèi)燃機的振動和噪聲；通過結(jié)構(gòu)設(shè)計減小側(cè)推力，減輕零件的磨損，提高柴油機的壽命；不使用氣缸蓋結(jié)構(gòu)，提高燃燒室工作溫度，提高燃燒效率。本發(fā)明中，所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，具有中心安裝曲軸和與機械應(yīng)カ隔離的對置氣缸的對置ニ沖程發(fā)動機。[0006]本發(fā)明中，所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，所述的雙對置氣缸分別水平安裝于曲軸的兩側(cè)，每個氣缸內(nèi)有兩個對置活塞，通過各自的連桿與曲軸連接。本發(fā)明中，所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，所述的活塞兼做氣閥，控制氣ロ的開閉，實現(xiàn)ニ沖程循環(huán)。本發(fā)明中，所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，所述的中心安裝的曲軸的三個曲柄對應(yīng)ー組雙對置氣缸，通過連桿連接氣缸中的四個活塞。本發(fā)明所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機具有如下特點。I.相比于行程和轉(zhuǎn)速相同的傳統(tǒng)柴油機，曲軸曲柄臂半徑為傳統(tǒng)的型號的一半，增加了曲軸的剛度，減小了曲軸制造難度。2. 一個氣缸中活塞的通過連桿作用在曲軸上的氣體力部分平衡，對主軸承產(chǎn)生的 載荷較小，有利于延長柴油機的壽命。3.在實現(xiàn)相同壓縮速度的情況下，活塞的速度為傳統(tǒng)柴油機速度的一半，因此活塞環(huán)的磨損減輕，壽命延長。4.以活塞頂代替氣缸蓋，氣缸中燃燒的溫度更高，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的燃燒效率，經(jīng)濟性更好。5.繼承ニ沖程柴油機功率密度大的特點，単位工作容積的功率密度較大。6.機體可以采用較輕的框架式結(jié)構(gòu)，降低了整機的重量。7.缸套采用軸向無應(yīng)カ設(shè)計，沒有機械預(yù)緊力和因燃燒而產(chǎn)生的軸向熱應(yīng)力。
以下結(jié)合附圖和實施案例進ー步闡述本發(fā)明。圖I是內(nèi)活塞連桿構(gòu)件A的外觀視圖；圖2是內(nèi)活塞連桿構(gòu)件A的外觀結(jié)構(gòu)視圖；圖3是內(nèi)活塞連桿構(gòu)件A的外觀分解視圖；其中分解視圖按照元件安裝的方向和順序排列，剖視圖以平行于內(nèi)活塞銷10中心軸的活塞中心面為剖分面；剖分視圖中的箭頭表示冷卻液的流動方向；圖4是外活塞連桿構(gòu)件B的外觀視圖；圖5是外活塞連桿構(gòu)件B的結(jié)構(gòu)視圖；圖6是外活塞連桿構(gòu)件B的外觀剖分視圖；其中分解視圖按照元件安裝的方向和順序排列，剖分視圖以垂直于外活塞銷17中心線的活塞中心面為剖分面；剖分視圖中的箭頭表示活塞內(nèi)部冷卻液的流動方向；圖7是氣缸套組件C的外觀視圖；圖8是氣缸套組件C的外觀結(jié)構(gòu)視圖；圖9是氣缸套組件C的外觀分解視圖；其中分解視圖按照元件的安裝方向和順序排列，剖分視圖以垂直于曲軸中心線的氣缸中心面為剖分面；剖分視圖中的箭頭方向表氣缸進排氣的氣流方向；


圖10是曲軸D的結(jié)構(gòu)圖；
圖11是曲軸D的單位曲柄視圖；三個曲柄銷組成ー個單元，與左右兩側(cè)對置的氣缸中的四個活塞連桿組件連接，曲柄銷26與內(nèi)連桿連接，曲柄銷27與外連桿連接；
圖12是對置活塞的整體布置圖；
圖13是對置氣缸內(nèi)燃機的整體布置圖；
圖14是對置活塞和對置氣缸內(nèi)燃機的局部視圖_1 ；該機型包括一根曲軸D、四個氣缸組件C、四個內(nèi)活塞連桿組件A和四個外活塞連桿組件B ;實際工程中可以只設(shè)置偶數(shù)個氣缸C ;局部視圖_1表示活塞位于膨脹止點時，氣 ロ與活塞的相對位置；
圖15是氣體力與主軸承負(fù)荷的對比圖。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例來說明本發(fā)明所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機。實施例I。
圖1-3表示了對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機的內(nèi)活塞連桿機構(gòu)A，其主要部件包括1活塞頂、2調(diào)整墊片、3內(nèi)活塞底、4活塞螺栓、5連桿、6連桿大端螺栓、7連桿大端、8連桿小端螺栓、9活塞銷軸承、10活塞銷、11止動墊片。參照圖3，內(nèi)燃機運行過程中，作用在活塞頂I上的氣體力通過連桿5傳遞到內(nèi)活塞曲柄銷26，驅(qū)動曲軸D對外輸出功。內(nèi)連桿5的長度和尺寸可根據(jù)發(fā)動機設(shè)計與運行規(guī)范而變化。連桿優(yōu)先使用エ字形結(jié)構(gòu)，中心鉆孔，用于輸送潤滑活塞銷冷卻活塞頂?shù)慕橘|(zhì)。連桿5的小端優(yōu)先選用半瓦式設(shè)計，以承受活塞傳遞的單向氣體力載荷。連桿5的側(cè)面鉆孔，以滿足連桿螺栓8與內(nèi)活塞銷10的連接要求?；钊?shù)耐庑胃鶕?jù)燃燒的需要選擇合適的形狀。參照圖I的分解視圖，內(nèi)活塞A的活塞銷10通過擋圈11定位于活塞銷軸承9中，其底部鉆有螺紋孔，通過螺栓8與連桿連接?；钊N軸承9內(nèi)表面有潤滑用的凹槽，潤滑劑兼做冷卻液，通過頂部的鉆孔進入活塞頂。參照圖2的剖分視圖，活塞頂I與活塞底3通過螺栓4連接，活塞頂I靠近活塞頂?shù)谋趁嬗?0條徑向加強筋，筋用作承載元件并形成用于活塞冷卻的冷卻劑流道。筋既可增加活塞頂冷卻散熱面，又提高活塞頂剛度，改善活塞頂向裙部カ的傳遞。筋的數(shù)量、長度和形狀可以根據(jù)發(fā)動機設(shè)計與運行規(guī)范而變化。從連桿中輸入的冷卻液進入到冷卻腔中，通過往復(fù)運動產(chǎn)生的對流換熱帶走多余的熱量，維持活塞在合適的工作溫度狀態(tài)。工作后的冷卻液通過活塞底3的鉆孔流出活塞，附著在氣缸套20內(nèi)壁上的冷卻劑被活塞下部的刮油環(huán)(圖中未繪出)刮下，導(dǎo)入機體的油底殼，冷卻之后循環(huán)使用。圖6表不了對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機的外活塞連桿機構(gòu)B,其主要部件包括12外連桿、13連桿大端蓋、14外活塞頂、15外活塞連桿組件、16調(diào)整墊片、17外活塞銷、18外活塞銷軸承、19外活塞底，20活塞螺栓。參照圖4外活塞連桿視圖，作用在外活塞頂上的氣體力通過外連桿傳遞到外活塞曲柄銷27上,驅(qū)動曲軸D對外輸出功。外連桿12的長度和尺寸根據(jù)發(fā)動機的設(shè)計與運行規(guī)范而變化，注意在設(shè)計時注意必須避免與進氣道外殼24的干渉。連桿的形狀優(yōu)先選用エ字形結(jié)構(gòu)，中心鉆孔，輸送用于冷卻和潤滑的介質(zhì)。連桿大端采用半剖分結(jié)構(gòu)，使用螺栓與外活塞曲柄銷連接。外連桿小端與外活塞銷17采用形狀套合。[0046]參照圖5的剖分視圖，外活塞頂23的結(jié)構(gòu)和冷卻形式均與內(nèi)活塞頂I的相同。夕卜活塞的冷卻和潤滑與內(nèi)活塞的形式相似，通過連桿輸送的介質(zhì)同時用于活塞的冷卻和潤滑，工作后的介質(zhì)通過油路導(dǎo)入到油底殼冷卻之后循環(huán)使用。注意，加工過程中應(yīng)注意保證外活塞連桿的尺寸和形位精度，保證單個連桿的受カ均勻。圖9表示對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機的氣缸組件C，其主要部件包括20氣缸套、21噴油器密封裝置、22噴油器、23排氣道、24進氣道、25氣缸保形裝置。參照圖7分解視圖、圖8剖分視圖以及
圖14的局部視圖_1，氣缸套20采用無應(yīng)カ設(shè)計，在軸線方向上沒有因氣體力或者安裝預(yù)緊カ而產(chǎn)生的應(yīng)力。氣缸套20使用凸肩與機體進行軸向定位和支撐，在其外壁的其它位置設(shè)有徑向支撐。氣缸套20的外部設(shè)置有冷卻水腔，對氣缸實施強制冷卻。為了滿足外活塞的結(jié)構(gòu)要求，氣缸套20的外側(cè)缸壁有切ロ，以容納外活塞連桿組件B的外活塞銷17做往復(fù)運動。氣缸保形裝置25用于保證氣缸的圓度，避免氣缸套20的變形使活塞環(huán)的磨損加劇。其形狀可根據(jù)實際情況進行相應(yīng)的設(shè)計。 氣缸套20壁面設(shè)置進氣口和排氣ロ，通過活塞的運動控制氣ロ的開閉。內(nèi)活塞A控制進氣ロ的開關(guān)、外活塞B控制排氣ロ的開關(guān)。進氣ロ在氣缸圓周方向布置，其進氣方向與氣缸中心線成一定角度，以形成進氣潤流，提高掃氣質(zhì)量。排氣ロ的布置在偏向氣缸的一側(cè)，匯集到排氣道23中。進氣道24周向布置，以滿足進氣均勻的要求，排氣道單側(cè)布置，防止高溫廢氣的熱輻射對外連桿的強度產(chǎn)生不利影響。進氣道24通過密封環(huán)與氣缸套20實現(xiàn)密封，排氣道23可以使用焊接或者機械連接的方法實現(xiàn)與氣缸套20的連接與密封。噴油器22設(shè)置在氣缸壓縮終點的中心位置，通過外部設(shè)置的高壓油路想氣缸中噴射燃油。噴油器的數(shù)量和位置根據(jù)內(nèi)燃機的設(shè)計和運行規(guī)范而變化。
圖10表不對直活塞對直氣缸內(nèi)燃機的曲軸D構(gòu)件，包括26內(nèi)活塞銷、27外活塞銷、28主軸承。根據(jù)對置活塞柴油機的結(jié)構(gòu)形式，曲柄臂半徑為行程的1/4。兩個對置氣缸作為ー組，共用三個曲柄銷，其中包括ー個內(nèi)活塞銷26和兩個外活塞銷27。主軸頸、曲柄頸和曲柄臂中鉆有油孔，用于輸送冷卻和潤滑介質(zhì)。每個曲柄臂上連接有兩個連桿，油孔設(shè)置在軸承載荷最小對應(yīng)的曲軸角度上。
圖12展示了對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機的布置圖。該型號采用四缸設(shè)置，實際工程中根據(jù)需要，可以采用2，4，6，8缸等偶數(shù)布置方案。氣缸發(fā)火的順序為1-3-2-4，保證柴油機運行的平穩(wěn)性。
圖15表示了主軸承載荷與氣體力載荷的對比圖。由于內(nèi)活塞和外活塞受到的是ー對作用力與反作用力，因此對主軸承產(chǎn)生的負(fù)荷相當(dāng)小，有利于提高柴油機的整機壽命。對照
圖12，本說明假設(shè)使用壓縮點火式發(fā)動機，其僅作說明與示例，也可謂火花點火式發(fā)動機。本設(shè)計提出的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機可用于多種場合，包括各種動カ機械車輛、工具、專制或要求輸送旋轉(zhuǎn)動カ的其它設(shè)備之內(nèi)或之上。典型的包括輪式、履帶式或軌道機動車輛(如卡車、坦克、火車等)、飛機、船舶發(fā)電設(shè)備或主推進裝置。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，其特征在于具有中心安裝曲軸和與機械應(yīng)カ隔離的對置氣缸的對置ニ沖程發(fā)動機。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，其特征在于所述的雙對置氣缸分別水平安裝于曲軸的兩側(cè)，每個氣缸內(nèi)有兩個對置活塞，通過各自的連桿與曲軸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，其特征在于所述的活塞兼做氣閥，控制氣ロ的開閉，實現(xiàn)ニ沖程循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，其特征在于所述的中心安裝的曲軸的三個曲柄對應(yīng)ー組雙對置氣缸，通過連桿連接氣缸中的四個活塞。
專利摘要本實用新型公開了一種對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，涉及內(nèi)燃機領(lǐng)域。本實用新型所述的對置活塞對置氣缸內(nèi)燃機，具有中心安裝曲軸和與機械應(yīng)力隔離的對置氣缸的對置二沖程發(fā)動機。雙對置氣缸分別水平安裝于曲軸的兩側(cè)，每個氣缸內(nèi)有兩個對置活塞，通過各自的連桿與曲軸連接?；钊孀鰵忾y，控制氣口的開閉，實現(xiàn)二沖程循環(huán)。中心安裝的曲軸的三個曲柄對應(yīng)一組雙對置氣缸，通過連桿連接氣缸中的四個活塞。本實用新型 具有如下特點減小了曲軸制造難度；有利于延長柴油機的壽命；活塞環(huán)的磨損減輕；實現(xiàn)更高的燃燒效率；單位工作容積的功率密度較大；整機的重量降低；沒有機械預(yù)緊力和因燃燒而產(chǎn)生的軸向熱應(yīng)力。
文檔編號F02B75/28GK202417707SQ201120491159
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者張文春 申請人:大連海事大學(xué)