一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机制造技术

本发明专利技术公开了一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，涉及内燃机领域，该汽油机包括气缸体、齿轮同步机构、第一火花塞、第二火花塞、喷油器和电机，气缸体与齿轮同步机构通过曲轴连接，第一火花塞、第二火花塞和喷油器设置在气缸体的外圆周壁上，齿轮同步机构与电机连接；齿轮同步机构设有进气侧齿轮和排气侧齿轮，进气侧齿轮与进气侧曲轴连接，排气侧齿轮与排气侧曲轴连接，进气侧齿轮和排气侧齿轮之间设有至少两个中间齿轮，进气侧齿轮、中间齿轮和排气侧齿轮中相啮合的齿轮之间通过连接板连接。本发明专利技术中齿轮同步机构可改变对置活塞的运动相位差从而改变对置活塞在内止点和外止点时的气缸工作容积，实现汽油机工作过程中的压缩比可变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机
，更具体的涉及一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机。
技术介绍
内燃机问世至今已经历了100多年的发展历程，现代内燃机无论在结构还是性能方面都已今非昔比，但仍在不断发展和完善。当前内燃机工业的发展主要是以节能为中心，充分兼顾排放和可靠性的要求，从而实现内燃机性能的全面提高。内燃机燃烧消耗的石油燃料占石油消耗总量的60％以上，而因燃烧矿物燃料所产生的CO、HC和NOx的排放量几乎50％来自内燃机。因此，在满足动力性能要求的前提下，降低内燃机的燃油消耗和减少对环境的有害排放，已经作为目前内燃机行业主要面临的问题。对于汽油机而言，要提高循环热效率和降低燃油消耗率，则需要大幅度提高内燃机压缩比，但是爆震问题成为无法逾越的障碍。整机输出功率随着压缩比的增加而增加，但压缩比过大会发生缸内爆震，导致功率输出降低，机械负荷和热负荷增加，因此，需要根据转速和负荷的变化进行压缩比的调节。传统可变压缩比的设计方案主要有：缸盖和缸体移动方案、燃烧室形状改变方案、活塞压缩高度改变方案、曲轴位置改变方案和连杆有效长度改变方案，但工程实践过程中，一些设计瓶颈问题常常会制约可变压缩比实现，因此传统的机械设计方法很难实现压缩比可变。
技术实现思路
本专利技术提供一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，通过齿轮同步机构可改变对置活塞的运动相位差从而改变对置活塞在内止点和外止点时的气缸工作容积，实现对置活塞二冲程汽油机工作过程中的压缩比可变。本专利技术提供一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，包括：气缸体、齿轮同步机构、第一火花塞、第二火花塞、喷油器和电机，气缸体与齿轮同步机构通过曲轴连接，第一火花塞、第二火花塞和喷油器设置在气缸体的外圆周壁上，齿轮同步机构与电机连接；气缸体的一端连接有排气侧曲轴箱，另一端连接进气侧曲轴箱，气缸体中设有排气侧活塞和进气侧活塞，排气侧活塞和进气侧活塞相对布置且分别与气缸体的内壁滑动接触，排气侧曲轴箱中固定有排气侧曲轴，进气侧曲轴箱中固定有进气侧曲轴，排气侧活塞通过排气侧连杆与排气侧曲轴连接，进气侧活塞通过进气侧连杆与进气侧曲轴连接，气缸体中心线两侧的缸壁上对称设有进气腔和排气腔，气缸体中心线两侧的缸壁上还对称设有进气口和排气口，进气腔与进气口连通，排气腔与排气口连通；齿轮同步机构设有进气侧齿轮和排气侧齿轮，进气侧齿轮与进气侧曲轴连接，排气侧齿轮与排气侧曲轴连接，进气侧齿轮和排气侧齿轮之间设有至少两个中间齿轮，进气侧齿轮、中间齿轮和排气侧齿中相啮合的齿轮之间通过连接板连接。优选的，第一火花塞、第二火花塞和喷油器设置在气缸体中心线处的外圆周壁上，第一火花塞和第二火花塞180°对称分布，喷油器设置在第一火花塞和第二火花塞之间且喷油器与第一火花塞之间的夹角为90°。优选的，排气侧活塞通过排气侧活塞销与排气侧连杆连接，进气侧活塞通过进气侧活塞销与进气侧连杆连接。优选的，进气口设有相对气缸体半径方向的进气口径向角，进气口径向角为10°-20°，排气口为直气口形式，排气口的高度大于进气口的高度，排气口的宽度小于进气口的宽度。优选的，排气侧曲轴箱外部包络有排气侧油底壳，进气侧曲轴箱外部包络有进气侧油底壳。优选的，进气侧齿轮、中间齿轮和排气侧齿轮中相邻的齿轮中心距之和大于进气侧曲轴和排气侧曲轴的中心距。优选的，进气侧齿轮和排气侧齿轮之间设有第一中间齿轮和第二中间齿轮，连接板包括进气侧齿轮连接板、排气侧齿轮连接板和中间齿轮连接板，进气侧齿轮通过进气侧齿轮连接板与第一中间齿轮连接且相啮合，排气侧齿轮通过排气侧齿轮连接板与第二中间齿轮连接且相啮合，第一中间齿轮和第二中间齿轮通过中间齿轮连接板进行连接且相啮合。优选的，第一中间齿轮和进气侧齿轮的中心连线与进气侧曲轴和排气侧曲轴中心连线的夹角为θ1；第二中间齿轮与排气侧齿轮的中心连线与进气侧曲轴和排气侧曲轴的中心连线的夹角为θ2，所述θ1＝θ2。优选的，排气侧齿轮连接板的一端设有排气侧铰接孔与排气侧曲轴的主轴颈铰接，另一端设有第二中间齿轮铰接轴与第二中间齿轮铰接；中间齿轮连接板的一端设有第一中间齿轮铰接孔与第一中间齿轮铰接，另一端设有第二中间齿轮铰接孔与第二中间齿轮铰接；进气侧齿轮连接板为三角形，第一端设有进气侧铰接孔与进气侧曲轴的主轴颈铰接，第二端设有第一中间齿轮铰接轴与第一中间齿轮铰接，第三端设有电机铰接孔与电机连接。优选的，电机为步进电机。本专利技术具有以下有益效果：(1)采用“气口-气口”式直流扫气方式并配合进气口径向倾角和进气腔结构，可实现缸内涡流和滚流的组织，满足缸内混合气的形成和燃烧过程组织。(2)采用喷油器在气缸体侧壁布置的高压缸内直喷系统，并设计进排气侧“非对称喷雾”方式配合缸内斜轴滚流，有效实现喷雾过程的雾束引导和气流引导；同时，通过控制不同喷油策略实现不同工况时的均匀混合和分层混合。(3)采用平顶活塞配合双火花塞对置点火，可有效缩短燃烧持续期，提
高燃烧速率。设计对置的双火花塞点火方案可保证缸内混合气的燃烧从两侧对称向中心均匀传播，可减少爆震的发生。同时，喷油器与火花塞成一定角度布置，燃油喷雾尽量靠近火花塞，保证火花塞周围形成较浓的混合气。(4)采用齿轮传动式对置活塞同步机构实现两侧曲轴输出扭矩的汇流，同时保证进排气活塞的同步运动。当中间齿轮数(≥2)为奇数个齿轮时，两侧曲轴同向旋转；当中间齿轮数(≥2)为偶数个齿轮时，两侧曲轴反向旋转。(5)通过设计各传动齿轮的直径，保证相邻传动齿轮的中心距之和大于两侧曲轴的中心距。调整中间齿轮的相对位置能够实现两侧曲轴旋转运动相位差的改变(0℃A～30℃A)，从而改变内外止点时对置活塞之间的相对位置，使得压缩比可变。(6)对置活塞二冲程可变压缩比汽油机的两个对置活塞布置于同一气缸，并取消了气缸盖和气门机构，具有功率密度高、传热损失小、平衡性好等优点。同时，汽油机作为一种广泛使用的动力装置，以汽油缸内直喷为代表的新型混合气形成模式的研究与应用可有效提高汽油机的燃油经济性，有效降低燃油消耗和减少对环境的有害排放。因此，对置活塞二冲程可变压缩比缸内直喷汽油机可作为一种满足内燃机发展需求的新型动力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机总体结构示意图；图2是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机火花塞和喷油器布置位置示意图；图3是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机进排气口结构示意图；图4是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机进排气侧“非对称喷雾”示意图；图5是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机缸内斜轴滚流的组织示意图；图6是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机齿轮同步机构示意图；图7是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机齿轮同步机构(后视图)示意图；图8是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机齿轮同步机构改变活塞运动相位差的原理示意图；图9是本专利技术提供的一种对置活塞二冲程可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，其特征在于，包括：气缸体(1)、齿轮同步机构、第一火花塞(3)、第二火花塞(18)、喷油器(17)和电机，所述气缸体(1)与齿轮同步机构通过曲轴连接，所述第一火花塞(3)、第二火花塞(18)和喷油器(17)设置在气缸体(1)的外圆周壁上，所述齿轮同步机构与所述电机连接；所述气缸体(1)的一端连接有排气侧曲轴箱(6)，另一端连接进气侧曲轴箱(14)，所述气缸体(1)中设有排气侧活塞(5)和进气侧活塞(11)，所述排气侧活塞(5)和进气侧活塞(11)相对布置且分别与气缸体(1)的内壁滑动接触，所述排气侧曲轴箱(6)中固定有排气侧曲轴(8)，所述进气侧曲轴箱(14)中固定有进气侧曲轴(16)，所述排气侧活塞(5)通过排气侧连杆(9)与所述排气侧曲轴(8)连接，所述进气侧活塞(11)通过进气侧连杆(13)与所述进气侧曲轴(16)连接，所述气缸体(1)中心线两侧的缸壁上对称设有进气腔(2)和排气腔(4)，所述气缸体(1)中心线两侧的缸壁上还对称设有进气口(19)和排气口(20)，所述进气腔(2)与进气口(19)连通，所述排气腔(4)与排气口(20)连通；所述齿轮同步机构设有进气侧齿轮(21)和排气侧齿轮(28)，所述进气侧齿轮(21)与进气侧曲轴(16)连接，所述排气侧齿轮(28)与排气侧曲轴(8)连接，所述进气侧齿轮(21)和排气侧齿轮(28)之间设有至少两个中间齿轮，所述进气侧齿轮(21)、中间齿轮和排气侧齿轮(28)中相啮合的齿轮之间通过连接板连接。...

【技术特征摘要】
1.一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，其特征在于，包括：气缸体(1)、齿轮同步机构、第一火花塞(3)、第二火花塞(18)、喷油器(17)和电机，所述气缸体(1)与齿轮同步机构通过曲轴连接，所述第一火花塞(3)、第二火花塞(18)和喷油器(17)设置在气缸体(1)的外圆周壁上，所述齿轮同步机构与所述电机连接；所述气缸体(1)的一端连接有排气侧曲轴箱(6)，另一端连接进气侧曲轴箱(14)，所述气缸体(1)中设有排气侧活塞(5)和进气侧活塞(11)，所述排气侧活塞(5)和进气侧活塞(11)相对布置且分别与气缸体(1)的内壁滑动接触，所述排气侧曲轴箱(6)中固定有排气侧曲轴(8)，所述进气侧曲轴箱(14)中固定有进气侧曲轴(16)，所述排气侧活塞(5)通过排气侧连杆(9)与所述排气侧曲轴(8)连接，所述进气侧活塞(11)通过进气侧连杆(13)与所述进气侧曲轴(16)连接，所述气缸体(1)中心线两侧的缸壁上对称设有进气腔(2)和排气腔(4)，所述气缸体(1)中心线两侧的缸壁上还对称设有进气口(19)和排气口(20)，所述进气腔(2)与进气口(19)连通，所述排气腔(4)与排气口(20)连通；所述齿轮同步机构设有进气侧齿轮(21)和排气侧齿轮(28)，所述进气侧齿轮(21)与进气侧曲轴(16)连接，所述排气侧齿轮(28)与排气侧曲轴(8)连接，所述进气侧齿轮(21)和排气侧齿轮(28)之间设有至少两个中间齿轮，所述进气侧齿轮(21)、中间齿轮和排气侧齿轮(28)中相啮合的齿轮之间通过连接板连接。2.根据权利要求1所述的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，其特征在于，所述第一火花塞(3)、第二火花塞(18)和喷油器(17)设置在气缸体(1)中心线处的外圆周壁上，所述第一火花塞(3)和第二火花塞(18)180°对称分布，所述喷油器(17)设置在第一火花塞(3)和第二火花塞(18)之间且喷油器(17)与第一火花塞(3)之间的夹角为90°。3.根据权利要求1所述的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，其特征在于，所述排气侧活塞(5)通过排气侧活塞销(10)与排气侧连杆(9)连接，所述进气侧活塞(11)通过进气侧活塞销(12)与进气侧连杆(13)连接。4.根据权利要求1所述的一种对置活塞二冲程可变压缩比汽油机，其特征在于，所述进气口(19)设有相对气缸体(1)半径方向的进气口径向角，所述进气口径向角为10°-20°，所述排气口...

【专利技术属性】
技术研发人员：马富康，王智兴，王军，尤国栋，冯耀南，刘勇，田淑华，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14