一种新型二冲程发动机组的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种新型二冲程发动机组。

背景技术：

二冲程发动机的理论功率是四冲程的两倍，由于二冲程发动机有着耗油高、污染大、机体温度高、润滑差、故障间隔寿命短等缺点，使得二冲程发动机很难得到广泛应用。

为了解决二冲程发动机的技术不足，本技术领域人员开发出了水平对置活塞式二冲程发动机，这种二冲程发动机主要具有：整体结构简单紧凑、体积小重量轻、功率密度高、自平衡特性好等优点，但水平对置的活塞在做功时，却存在功率相互抵消，有效做功不足的缺陷，以及由于水平设置活塞和连杆的自重力与气缸下内壁之间的摩擦远大于气缸上内壁，致使其寿命大打折扣，无法广泛应用。

接着，本技术领域人员发明了v形对置发动机，人们将所有汽缸分成两组，两组相邻汽缸呈一定的v形夹角布置在同一曲轴上，这样可以抵消一部分振动，并缓解活塞与气缸内壁之间的摩擦，进而使得v形发动机的运转更为平稳，振动与噪声较小，通常需要6缸运行抵消震动效果佳。目前v形对置发动机已在中高级轿车上普遍应用。

然而，由于v形对置发动机是将两组相邻汽缸呈v形夹角布置在同一曲轴上，为了保持发动机整体较小体积，气缸间夹角必须过于紧凑，单缸缸壁体积不宜过大，进而限制了单缸强度，使得高压缩比无法实现。同时，由于采用单轴输出，使得气缸做功得不到充分利用，能耗高。

为此，本案发明人提出了一种新型二冲程发动机组，在有效解决单缸缸壁体积、气缸强度、气缸高压缩比受限，以及有效功率低的同时，还有效解决了二冲程发动机的散热、润滑、废气污染、高油耗，以及有效功率大幅提升等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型二冲程发动机组，具体技术内容如下：

一种新型二冲程发动机组，包括气缸盖，以及至少一对设于所述气缸盖内的呈v形角对置布设的气缸，为了满足需要，本案将对置布设的一对所述气缸之间的v形角，设置为120度以上的夹角角度。这样使得缸距足够大，为设置更大气缸强度和更高压缩比提供了可能，同时也便于散热；

该发动机组还包括：至少一对彼此间存在间距且反向旋转的曲轴，一对所述曲轴彼此间通过中间连杆相连，每根所述曲轴还分别通过活塞连杆与所述气缸内的活塞相连。每根所述曲轴均设置在油底壳内，所述油底壳置于所述气缸下方，在每根所述曲轴的输出端还连接有一台发电机。在每根所述曲轴上还设有至少两个安装有大摆锤的曲拐，其中一个所述曲拐上的所述大摆锤与所述中间连杆相连，另一个所述曲拐与所述活塞连杆相连；

该发动机组还包括：至少一个双向v形凹面塞式排气阀，其上安装有排气阀弹簧导向滑块组件，该阀并与一种排气气道的一端共同安装在所述气缸的中部。所述双向v形凹面塞式排气阀包括与所述排气阀弹簧导向滑块组件相连接的阀杆、安装在所述阀杆上的阀头、设置在所述阀头侧面上的v形曲面、设置在所述阀头顶面上且与所述气缸内壁一致的圆弧面，该阀拉开实现排气功能，压紧实现气密功能；

该发动机组还包括：排抽气涡轮增压组件，其一端与所述排气气道的另一端相连接，其另一端与连接在所述气缸上的进气气道的一端相连。所述排抽气涡轮增压组件包括设置有废气动能腔和空气增压腔的涡轮壳体、置于所述涡轮壳体内的中间轴、设于所述中间轴一端且置于所述废气动能腔中的排抽气双曲面叶片、以及安装于所述中间轴另一端且置于所述空气增压腔内的空气增压叶片。

其中：

一对相互对置布设的所述气缸之间所呈的v形夹角包括α角和β角，α角和β角相等，且两角之和不小于120度，α角和β角共用同一个夹角边，该夹角边的长度不小于所述中间连杆长度；

同一所述曲轴上两个所述曲拐的转圈半径不同，通过所述大摆锤与所述中间连杆相连的所述曲拐的转圈半径大于另一个所述曲拐的转圈半径。同一所述曲轴上两个所述曲拐呈非90度角布设，也不呈同一平面布设；

所述排气阀弹簧导向滑块组件包括与阀杆相连的压拉双向弹簧、设置在所述压拉双向弹簧上的滑块、设置在所述滑块上的滑块连杆、以及将所述滑块连杆与发动机正时曲轴机构相连的铰链。所述发动机正时曲轴机构包括与所述铰链相连的排抽气阀曲拐机构、以及与所述排气阀曲拐机构对应的进气阀凸轮正时机构；

在所述活塞上还增设有至少一道带储油腔的油环，最大限度解决二冲程发动机气缸壁的润滑工作。

本发明与现有二冲程发动机相比所具有的有益效果是：

1.双曲轴对向运转，由此通过对向旋转抵消二冲程发动机震动大的弊端。

2.一对相互对置气缸的v形超大角度及拉开一定间距布设，从而为高压缩比状态下提高气缸强度提供空间可能，且更有利于散热。

3.两根曲轴之间通过两端带大摆锤的中间连杆相连，中间连杆结合大摆锤共同形成惯性力为活塞压缩阶段提供更大动能，且中间连杆呈现左右上下双八字运动，结合活塞连杆的斜向上下运动，进一步干扰抵消活塞震动，从而大幅降低该发动机的震动。同时，两端带大摆锤的中间连杆可视作为一个整体质量大的摆锤，质量越大所负有的惯性动能越大，从而更能提供活塞运动的动能，为气缸的高压缩比提供条件。

4.每根曲轴上的曲拐转圈半径不同径，同一根曲轴上，中间连杆两端大摆锤所连接的曲拐转圈半径大于活塞连杆所连接的曲拐的转圈半径，转圈半径越大所负有的惯性动能越大，从而更能提供活塞运动的动能，同样为气缸的高压缩比提供条件。

5.设有至少一组带双向功能的v形塞式弧面排气阀，在排气扫气过程中打开排气阀，在气缸压缩阶段压紧关闭排气阀，从而避免机油渗入排气管道内。结合该发动机的长冲程设计且排气气道设计在气缸的中部，压紧排气阀形成气密，有利于气缸压缩阶段提高初段压缩力。

6.带双曲面叶片的具备排抽气功能的涡轮增压组件设计。该叶片在气缸排气时，因废气冲击，高速旋转，为空气增压腔叶片提供动能。在废气排净之时，该叶片还是因惯性存在短暂的旋转力，此时该叶片因双曲面设计，具有抽气功能的叶片段在旋转惯性的作用下，形成抽吸力，该抽吸力为气缸内扫除废气提供吸走的功效，从而使扫气更干净，使气缸下一次燃烧的气体爆燃度更高。

7.活塞上增设有至少一道带储油腔的油环，结合本二冲程发动机配置有油底壳，活塞下行到下止点瞬间，曲轴的高速旋转带动油底壳的机油飞溅并进入到该油环底部的储油腔内。在活塞运动到上止点停止时，储油腔内的机油因惯性抛到油环的上面，从两侧溢出到油环和气缸壁之间，强化了二冲程发动机的缸壁润滑。在活塞因爆燃下行运动时，储油腔内的机油始终因惯性抛到油环的上面，从两侧溢出到油环和气缸壁之间，始终润滑二冲程发动机的活塞及缸壁。

8.气缸中间设置排气气道，在气缸的中部设有排气气道，使得该气缸具备较普通气缸约两倍长的冲程，将燃烧做功段与吸气段分开且串联，避免了发动机空走行程重复扫气的过程。

9.吹气，涡流面，抽气三者共同作用去扫气设计，本发动机组的进气、扫气、排气过程，通过排气阀弹簧导向滑块组件的双向v形塞式排气阀、带排抽气双曲面叶片的涡轮增压组件，结合带曲拐的正时曲轴共同作用于气缸的排气、扫气、进气过程。

10.油底壳设计，这是现有二冲程发动机没有的。一方面为曲轴、中间连杆提供润滑，同时配合活塞上具有底部盛油功能的油环的使用，进一步强化了二冲程发动机气缸壁润滑，从而完全改善二冲程发动的润滑局面，实现长寿命。

附图说明

图1是本发明整体结构平面示意图；

图2是本发明一对曲轴(第一曲轴3和第二曲轴30)及其关联部件结构平面示意图；

图3是本发明一对气缸(第一气缸2和第二气缸20)之间v形夹角布设结构平面示意图；

图4是本发明任意一个气缸及其关联部件的结构平面示意图；

图5是本发明中双向v形凹面塞式排气阀7及其关联部件的结构平面示意图；

图6是本发明中排气阀弹簧导向滑块组件8与发动机正时曲轴机构13及其关联部件的结构平面示意图；

图7是本发明中排抽气涡轮增压组件9及其关联部件的结构平面示意图；

图8是本发明中排抽气涡轮增压组件9中的废气动能腔93和空气增压腔94及其关联部件的结构平面示意图。：

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。另外以下仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，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的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。

实施例1

参照图1—8所示的一种新型二冲程发动机组，包括气缸盖1、第一气缸2、第二气缸20、活塞21、活塞连杆22、第一曲轴3、第二曲轴30、中间连杆4、大摆锤5、油底壳6、双向v形凹面塞式排气阀7、排气阀弹簧导向滑块组件8、排抽气涡轮增压组件9、排气气道10、进气气道11、进气阀12、以及发动机正时曲轴机构13。

第一气缸2和第二气缸20安装在气缸盖1内，为了满足需要，本案将第一气缸2和第二气缸20呈v形对置布设，且该v形布设夹角包括α角和β角(如图3所示)，α角和β角相等，且两角之和不小于120度，α角和β角共用同一个夹角边，该夹角边的长度不小于中间连杆4的长度。这样使得缸距足够大，为设置更大气缸强度和更高压缩比提供了可能，同时也便于散热；

在第一气缸2和第二气缸20内均安装有活塞21，每个活塞21上均安装有活塞连杆22，在每个活塞21上均设置有至少一道带储油腔231的油环23。在第一气缸2和第二气缸20上均设有火花塞和喷油嘴(此为公知部件，省略标注)；

在第一气缸2和第二气缸20的中部均开设有排气口24，每个排气口24上均安装着一个排气气道10的一端，每个排气气道10的该端上均安装有至少一个双向v形凹面塞式排气阀7，每个双向v形凹面塞式排气阀7上均安装有一个排气阀弹簧导向滑块组件8；

在第一气缸2和第二气缸20的近上止点处均开设有进气口25，每个进气口25上均安装着一个进气气道11的一端，每个进气气道11的该端上均安装有进气阀12；

每个排气气道10的另一端均与一个排抽气涡轮增压组件9的一端相连接，每个排抽气涡轮增压组件9的另一端均和一个进气气道11的一端相连。每个排气阀弹簧导向滑块组件8均与一个发动机正时曲轴机构13相连接。

第一曲轴3和第二曲轴30均安装在油底壳6内，油底壳6位于内置有第一气缸2和第二气缸20的气缸盖1的下方。第一曲轴3和第二曲轴30彼此间存在间距且反向旋转，在第一曲轴3和第二曲轴30的输出端还连接有一台发电机14；

在第一曲轴3上还设有曲拐31和曲拐32，在第二曲轴30上还设有曲拐301和曲拐302，在曲拐32和曲拐302上均安装有大摆锤5，中间连杆4的两端分别固定连接在两个大摆锤5上。曲拐31通过活塞连杆22与第一气缸2内的活塞21相连，曲拐301通过活塞连杆22与第二气缸20内的活塞21相连；

第一曲轴3上的曲拐31和曲拐32的转圈半径不同，通过大摆锤5与中间连杆4相连的曲拐32的转圈半径大于曲拐31的转圈半径。同样，第二曲轴30上的曲拐301和曲拐302的转圈半径不同，通过大摆锤5与中间连杆4相连的曲拐302的转圈半径大于曲拐301的转圈半径。且曲拐31的转圈半径与曲拐301的转圈半径相同，曲拐32的转圈半径与曲拐302的转圈半径相同；

第一曲轴3上的曲拐31和曲拐32呈非90度角布设，也不呈同一平面布设。同样，第二曲轴30上的曲拐301和曲拐302呈非90度角布设，也不呈同一平面布设。

如图5所示：双向v形凹面塞式排气阀7包括与排气阀弹簧导向滑块组件8相连接的阀杆71、安装在阀杆71上的阀头72、设置在阀头72侧面上的v形曲面73、设置在阀头72顶面上且与第一气缸2和第二气缸20内壁一致的圆弧面74，该阀拉开实现排气功能，压紧实现气密功能；

如图6所示：排气阀弹簧导向滑块组件8包括与阀杆71相连的压拉双向弹簧81、设置在压拉双向弹簧81上的滑块82、设置在滑块82上的滑块连杆83、以及将滑块连杆83与发动机正时曲轴机构13相连的铰链84；

发动机正时曲轴机构13包括与铰链84相连的排抽气阀曲拐机构131、以及与排气阀曲拐机构131对应的进气阀凸轮正时机构132；

如图7和图8所示：排抽气涡轮增压组件9包括设置有废气动能腔93和空气增压腔94的涡轮壳体91、置于涡轮壳体91内的中间轴92、设于中间轴92一端且置于废气动能腔93中的排抽气双曲面叶片95、以及安装于中间轴92另一端且置于空气增压腔94内的空气增压叶片96。

本发明的工作原理如下：

第一冲程：第一气缸2中的活塞21处于上止点，第二气缸20中的活塞21处于下止点。此时，第一气缸2上的进气口25处所安装的进气阀12打开，第一气缸2中部处的双向v形凹面塞式排气阀7关闭；第二气缸20上的进气口25处所安装的进气阀12关闭，第二气缸20中部处的双向v形凹面塞式排气阀7打开。第一气缸2上的火花塞点火使第一气缸2内混合气体爆燃，推动其内的活塞21下行。第一气缸2内的活塞21带动活塞连杆22一起下行，进而使得活塞连杆22带动第一曲轴3旋转，第一曲轴3的旋转带动安装在其曲拐32上的大摆锤5旋转，大摆锤5的旋转促使中间连杆4运动，中间连杆4的运动则带动了安装在曲拐302上的大摆锤5的转动，进而间接带动第二曲轴30相较于第一曲轴3的反向旋转，第二曲轴30的旋转则带动了连接在曲拐301上的活塞连杆22，该活塞连杆22连接着第二气缸20内的活塞21，并推动第二气缸20内的活塞21由下止点向上止点运行。此时，由于第二气缸20中部处的双向v形凹面塞式排气阀7打开，使得排抽气涡轮增压组件9开始工作，在排抽气双曲面叶片95的抽吸力作用下，第二气缸20内的废气均被抽至废气动能腔93中，第二气缸20内洁净。

当，第一气缸2内的活塞21下行至第一气缸2中部所开设的排气口24时，安装在此处的双向v形凹面塞式排气阀7打开，通过排气气道10与其相连的排抽气涡轮增压组件9开始工作，在排抽气双曲面叶片95的抽吸力作用下，第一气缸2内的燃烧废气均被抽至废气动能腔93中，第一气缸2内洁净。此时，第一气缸2上的进气口25处所安装的进气阀12关闭；

当，第二气缸20内的活塞21上行至第二气缸20中部所开设的排气口24时，安装在此处的双向v形凹面塞式排气阀7关闭，通过排气气道10与其相连的排抽气涡轮增压组件9停止工作，第二气缸20上的进气口25处所安装的进气阀12打开进气；

当，第一气缸2内的活塞21继续下行至下止点，第二气缸20内的活塞21继续上行至上止点时，完成第一冲程过程。

第二冲程：第二气缸20上的火花塞点火使第二气缸20内混合气体爆燃，推动其内的活塞21下行。第二气缸20内的活塞21带动活塞连杆22一起下行，进而使得活塞连杆22带动第二曲轴30旋转，第二曲轴30的旋转带动安装在其曲拐302上的大摆锤5旋转，大摆锤5的旋转促使中间连杆4运动，中间连杆4的运动则带动了安装在曲拐32上的大摆锤5的转动，进而间接带动第一曲轴3相较于第二曲轴30的反向旋转，第一曲轴3的旋转则带动了连接在曲拐31上的活塞连杆22，该活塞连杆22连接着第一气缸2内的活塞21，并推动第一气缸2内的活塞21由下止点向上止点运行。此时，由于第一气缸2中部处的双向v形凹面塞式排气阀7打开，使得排抽气涡轮增压组件9开始工作，在排抽气双曲面叶片95的抽吸力作用下，第一气缸2内的废气均被抽至废气动能腔93中，第一气缸2内洁净。

当，第二气缸20内的活塞21下行至第二气缸20中部所开设的排气口24时，安装在此处的双向v形凹面塞式排气阀7打开，通过排气气道10与其相连的排抽气涡轮增压组件9开始工作，在排抽气双曲面叶片95的抽吸力作用下，第二气缸20内的燃烧废气均被抽至废气动能腔93中，第二气缸20内洁净。此时，第二气缸20上的进气口25处所安装的进气阀12关闭；

当，第一气缸2内的活塞21上行至第一气缸2中部所开设的排气口24时，安装在此处的双向v形凹面塞式排气阀7关闭，通过排气气道10与其相连的排抽气涡轮增压组件9停止工作，第一气缸2上的进气口25处所安装的进气阀12打开进气；

当，第二气缸20内的活塞21继续下行至下止点，第一气缸2内的活塞21继续上行至上止点时，完成第二冲程过程。

结合上述工作原理，本发明解决了现有二冲程发动机的多项不足，并具备显著的进步之处在于：

一、低油耗：本发明在现有发动机气缸对置v形布设技术的基础上，做出进一步改进，将至少一对相互平行的曲轴(第一曲轴3和第二曲轴30)之间，通过两端带大摆锤5的中间连杆4进行相连。当一对相互平行且互为反向旋转的曲轴(第一曲轴3和第二曲轴30)转起来后，任意一个下行运动的活塞21的爆燃推力和其自重力，将会叠加两个大摆锤5和中间连杆4的惯性力去推动另一个活塞21做上行运动。运行至上止点的活塞21，在其自身重力与两个大摆锤5和中间连杆4的回向惯性拉力共同作用下，迅速向下止点运动，并推动与之相对应的另一个活塞21做上行运动，如是往复，就像钟摆一样，只需要一个很小的力就可以实现来回往复运动。因此，在曲轴转速相等的前提下，本发明所提供的二冲程发动机油耗最小。

二、大冲程：本发明在气缸(第一气缸2和第二气缸20)的中部设置排气气道10，使得该气缸具备较之普通气缸约两倍长的冲程，将燃烧做功段与吸气段分开且串联，避免了四冲程发动机空走重复行程扫器的过程。即一次做功，中间打开排气阀排气继而关闭排气阀，活塞21在自身及中间连杆4惯性力叠加动能共同作用下继续向下运动完成吸气过程，而排气气道10的中间设置，使得气缸具备接近于较之普通发动机的约2倍的压缩冲程。压缩过程中中间连杆4惯性力叠加对置发动机部分动能共同作用力，实现了超高压缩比，为压气结合火花塞点火提供更高压缩比，从而提高功率输出。同时，有利于活塞降温进而提高气缸和活塞耐用度。

三、废气少：本发明在发动机气缸点火爆燃后，活塞21下行至排气口24，此时双向v形凹面塞式排气阀7打开排气。然后，活塞21继续下行且尚未到底，然，进气阀12则提前打开，结合带排抽气双曲面叶片95的涡轮增压组件9此时因惯性继续旋转产生的抽气力，共同完成扫气及缸内降温功能，即：利用在排气结束后涡轮的惯性迟滞使双曲面叶片继续具备抽气功能，此时结合因涡轮增压组件9产生的高压气体进入气缸及活塞顶面曲面涡流强制扫气，在高压空气进入的瞬间而排抽气双曲面叶片95继续完成抽气功能，此时在涡流强制扫气和涡轮抽气的共同作用下，结合进气阀12瞬间提前量的打开，在吹与吸的共同作用下，最大限度扫清残余气体，促成扫气阶段的高效完成，使可燃气体更洁净，从而提高功率。此后瞬间，活塞继续下行，双向v形凹面塞式排气阀7关闭压紧，活塞继续下行至下止点，继而完成全面进气过程。

四、寿命长：本发明所提供的带储油腔的油环设计，解决了二冲程发动机气缸壁与活塞之间的润滑问题。在活塞21到达下止点时，机油渗透入油环23底部储油腔231内。在活塞21上行到达上止点以前，机油因惯性作用存在于油环23底部，当活塞停止于上止点时，机油因惯性上升到油环23的顶部，随着燃油喷射火花塞点火，活塞因爆燃下行，机油因惯性作用始终存在于油环23的顶部，亦即油环23与气缸壁之间，从而最大限度解决二冲程发动机气缸壁的润滑工作。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。