专利名称：对置活塞对置气缸内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的基本技木。具体地，本发明涉及四冲程柴油机的曲柄连杆机构，气缸和活塞的冷却，活塞销的润滑技术。
背景技术：
1876年，德国人Nicolaus Otto第一次提出了四冲程循换(即进气、压缩、膨胀、排气)原理，并发明了电子点火的四冲程；1893年，德国工程师Rudolph Diesel申请了压缩发火内燃机专利。四冲程内燃机的这两项基础技术一直沿用至今，并在生产生活中得到广泛的应用。但是四冲程内燃机存在以下的缺点气门配气机构复杂，零部件多，保养困难；机械噪音大；由于曲轴2转爆发I次，所以旋转不稳定。由于以上的缺点，四冲程内燃机始終难以脱离气缸盖、气缸体、缸套、机体和曲轴的典型结构。其中直接受到气体力作用的部件只有缸套和气缸盖，曲轴由于要对外输出旋转运·动和扭矩，因此也是必不可少的承力部件。气缸体和机体则是为了承受由于气体力产生的单向力作用而设置的部件。它们受到的作用力较大，而且结构复杂，常常重量较大。特别是机座承受较大的轴承载荷，在保证强度的同时，还必须不至于产生较大的弹性变形，因此通常结构比较笨重。虽然有的机型已经采用了悬挂式主轴承，用轻便的油底壳代替了机座，但是仍然无法从根本上解决结构重量较大的问题。曲轴通过汇集各气缸的功将往复运动转变为旋转运动对外输出，气体力作用在曲轴柄臂，在主轴颈上产生循环对称应力，要求曲轴具有较大的強度。气体力作用于主轴承的较大，对轴承材料和制造精度要求很高。基于以上原因，曲轴和机座的制造精度要求很高。四冲程内燃机的旋转不均匀，配备较大的飞轮或者采用较多的气缸数目，当气缸数量较少时，由气体力产生的一阶振动往往难以通过结构设计达到平衡，达到平衡付出的重量代价较大。四冲程内燃机不可避免的需要采用气门配气机构，该机构一般位于气缸顶端的气缸盖上。气缸盖与缸套、活塞一起组成燃烧空间，同时形成气道、水道、油道等，以保证内燃机换气、冷却、润滑的需要。气缸盖的形状复杂，温度分布不均匀，承受较大的机械应カ和热应力。为了保证热强度和减小热变形问题，必须进行强制冷却，但是与机械强度产生矛盾。因此气缸盖的设计和加工要求较高，随之带来的成本较闻。
发明内容本发明要解决的技术问题简化结构设计，不采用传统内燃机的高強度气缸体和机座结构，减轻整机的重量，降低系统加工制造的复杂程度，降低成本；増加内燃机的功率密度，实现更高的功率重量比，节能减排；平衡内燃机其体力产生的不平衡力，降低内燃机的振动和噪声；通过结构设计减小侧推力，减轻零件的磨损，提高柴油机的寿命；不使用气缸盖结构，提高燃烧室工作温度，提高燃烧效率。本发明中，所述的对置活塞对置气缸内燃机，具有中心安装曲轴和与机械应カ隔离的对置气缸的对置ニ冲程发动机。[0006]本发明中，所述的对置活塞对置气缸内燃机，所述的双对置气缸分别水平安装于曲轴的两侧，每个气缸内有两个对置活塞，通过各自的连杆与曲轴连接。本发明中，所述的对置活塞对置气缸内燃机，所述的活塞兼做气阀，控制气ロ的开闭，实现ニ冲程循环。本发明中，所述的对置活塞对置气缸内燃机，所述的中心安装的曲轴的三个曲柄对应ー组双对置气缸，通过连杆连接气缸中的四个活塞。本发明所述的对置活塞对置气缸内燃机具有如下特点。I.相比于行程和转速相同的传统柴油机，曲轴曲柄臂半径为传统的型号的一半，增加了曲轴的刚度，减小了曲轴制造难度。2. 一个气缸中活塞的通过连杆作用在曲轴上的气体力部分平衡，对主轴承产生的 载荷较小，有利于延长柴油机的寿命。3.在实现相同压缩速度的情况下，活塞的速度为传统柴油机速度的一半，因此活塞环的磨损减轻，寿命延长。4.以活塞顶代替气缸盖，气缸中燃烧的温度更高，能够实现更高的燃烧效率，经济性更好。5.继承ニ冲程柴油机功率密度大的特点，単位工作容积的功率密度较大。6.机体可以采用较轻的框架式结构，降低了整机的重量。7.缸套采用轴向无应カ设计，没有机械预紧力和因燃烧而产生的轴向热应力。
以下结合附图和实施案例进ー步阐述本发明。图I是内活塞连杆构件A的外观视图；图2是内活塞连杆构件A的外观结构视图；图3是内活塞连杆构件A的外观分解视图；其中分解视图按照元件安装的方向和顺序排列，剖视图以平行于内活塞销10中心轴的活塞中心面为剖分面；剖分视图中的箭头表示冷却液的流动方向；图4是外活塞连杆构件B的外观视图；图5是外活塞连杆构件B的结构视图；图6是外活塞连杆构件B的外观剖分视图；其中分解视图按照元件安装的方向和顺序排列，剖分视图以垂直于外活塞销17中心线的活塞中心面为剖分面；剖分视图中的箭头表示活塞内部冷却液的流动方向；图7是气缸套组件C的外观视图；图8是气缸套组件C的外观结构视图；图9是气缸套组件C的外观分解视图；其中分解视图按照元件的安装方向和顺序排列，剖分视图以垂直于曲轴中心线的气缸中心面为剖分面；剖分视图中的箭头方向表气缸进排气的气流方向；
图10是曲轴D的结构图；
图11是曲轴D的单位曲柄视图；三个曲柄销组成ー个单元，与左右两侧对置的气缸中的四个活塞连杆组件连接，曲柄销26与内连杆连接，曲柄销27与外连杆连接；
图12是对置活塞的整体布置图；
图13是对置气缸内燃机的整体布置图；
图14是对置活塞和对置气缸内燃机的局部视图_1 ；该机型包括一根曲轴D、四个气缸组件C、四个内活塞连杆组件A和四个外活塞连杆组件B ;实际工程中可以只设置偶数个气缸C ;局部视图_1表示活塞位于膨胀止点时，气 ロ与活塞的相对位置；
图15是气体力与主轴承负荷的对比图。
具体实施方式
以下结合实施例来说明本发明所述的对置活塞对置气缸内燃机。实施例I。
图1-3表示了对置活塞对置气缸内燃机的内活塞连杆机构A，其主要部件包括1活塞顶、2调整垫片、3内活塞底、4活塞螺栓、5连杆、6连杆大端螺栓、7连杆大端、8连杆小端螺栓、9活塞销轴承、10活塞销、11止动垫片。參照图3，内燃机运行过程中，作用在活塞顶I上的气体力通过连杆5传递到内活塞曲柄销26，驱动曲轴D对外输出功。内连杆5的长度和尺寸可根据发动机设计与运行规范而变化。连杆优先使用エ字形结构，中心钻孔，用于输送润滑活塞销冷却活塞顶的介质。连杆5的小端优先选用半瓦式设计，以承受活塞传递的单向气体力载荷。连杆5的侧面钻孔，以满足连杆螺栓8与内活塞销10的连接要求。活塞顶的外形根据燃烧的需要选择合适的形状。參照图I的分解视图，内活塞A的活塞销10通过挡圈11定位于活塞销轴承9中，其底部钻有螺纹孔，通过螺栓8与连杆连接。活塞销轴承9内表面有润滑用的凹槽，润滑剂兼做冷却液，通过顶部的钻孔进入活塞顶。參照图2的剖分视图，活塞顶I与活塞底3通过螺栓4连接，活塞顶I靠近活塞顶的背面有10条径向加强筋，筋用作承载元件并形成用于活塞冷却的冷却剂流道。筋既可增加活塞顶冷却散热面，又提高活塞顶刚度，改善活塞顶向裙部カ的传递。筋的数量、长度和形状可以根据发动机设计与运行规范而变化。从连杆中输入的冷却液进入到冷却腔中，通过往复运动产生的对流换热带走多余的热量，维持活塞在合适的工作温度状态。工作后的冷却液通过活塞底3的钻孔流出活塞，附着在气缸套20内壁上的冷却剂被活塞下部的刮油环(图中未绘出)刮下，导入机体的油底壳，冷却之后循环使用。图6表不了对置活塞对置气缸内燃机的外活塞连杆机构B,其主要部件包括12外连杆、13连杆大端盖、14外活塞顶、15外活塞连杆组件、16调整垫片、17外活塞销、18外活塞销轴承、19外活塞底，20活塞螺栓。參照图4外活塞连杆视图，作用在外活塞顶上的气体力通过外连杆传递到外活塞曲柄销27上,驱动曲轴D对外输出功。外连杆12的长度和尺寸根据发动机的设计与运行规范而变化，注意在设计时注意必须避免与进气道外壳24的干渉。连杆的形状优先选用エ字形结构，中心钻孔，输送用于冷却和润滑的介质。连杆大端采用半剖分结构，使用螺栓与外活塞曲柄销连接。外连杆小端与外活塞销17采用形状套合。[0046]參照图5的剖分视图，外活塞顶23的结构和冷却形式均与内活塞顶I的相同。夕卜活塞的冷却和润滑与内活塞的形式相似，通过连杆输送的介质同时用于活塞的冷却和润滑，工作后的介质通过油路导入到油底壳冷却之后循环使用。注意，加工过程中应注意保证外活塞连杆的尺寸和形位精度，保证单个连杆的受カ均匀。图9表示对置活塞对置气缸内燃机的气缸组件C，其主要部件包括20气缸套、21喷油器密封装置、22喷油器、23排气道、24进气道、25气缸保形装置。參照图7分解视图、图8剖分视图以及
图14的局部视图_1，气缸套20采用无应カ设计，在轴线方向上没有因气体力或者安装预紧カ而产生的应力。气缸套20使用凸肩与机体进行轴向定位和支撑，在其外壁的其它位置设有径向支撑。气缸套20的外部设置有冷却水腔，对气缸实施强制冷却。为了满足外活塞的结构要求，气缸套20的外侧缸壁有切ロ，以容纳外活塞连杆组件B的外活塞销17做往复运动。气缸保形装置25用于保证气缸的圆度，避免气缸套20的变形使活塞环的磨损加剧。其形状可根据实际情况进行相应的设计。 气缸套20壁面设置进气口和排气ロ，通过活塞的运动控制气ロ的开闭。内活塞A控制进气ロ的开关、外活塞B控制排气ロ的开关。进气ロ在气缸圆周方向布置，其进气方向与气缸中心线成一定角度，以形成进气润流，提高扫气质量。排气ロ的布置在偏向气缸的一侧，汇集到排气道23中。进气道24周向布置，以满足进气均匀的要求，排气道单侧布置，防止高温废气的热辐射对外连杆的强度产生不利影响。进气道24通过密封环与气缸套20实现密封，排气道23可以使用焊接或者机械连接的方法实现与气缸套20的连接与密封。喷油器22设置在气缸压缩终点的中心位置，通过外部设置的高压油路想气缸中喷射燃油。喷油器的数量和位置根据内燃机的设计和运行规范而变化。
图10表不对直活塞对直气缸内燃机的曲轴D构件，包括26内活塞销、27外活塞销、28主轴承。根据对置活塞柴油机的结构形式，曲柄臂半径为行程的1/4。两个对置气缸作为ー组，共用三个曲柄销，其中包括ー个内活塞销26和两个外活塞销27。主轴颈、曲柄颈和曲柄臂中钻有油孔，用于输送冷却和润滑介质。每个曲柄臂上连接有两个连杆，油孔设置在轴承载荷最小对应的曲轴角度上。
图12展示了对置活塞对置气缸内燃机的布置图。该型号采用四缸设置，实际工程中根据需要，可以采用2，4，6，8缸等偶数布置方案。气缸发火的顺序为1-3-2-4，保证柴油机运行的平稳性。
图15表示了主轴承载荷与气体力载荷的对比图。由于内活塞和外活塞受到的是ー对作用力与反作用力，因此对主轴承产生的负荷相当小，有利于提高柴油机的整机寿命。对照
图12，本说明假设使用压缩点火式发动机，其仅作说明与示例，也可谓火花点火式发动机。本设计提出的对置活塞对置气缸内燃机可用于多种场合，包括各种动カ机械车辆、工具、专制或要求输送旋转动カ的其它设备之内或之上。典型的包括轮式、履带式或轨道机动车辆(如卡车、坦克、火车等)、飞机、船舶发电设备或主推进装置。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求1.对置活塞对置气缸内燃机，其特征在于具有中心安装曲轴和与机械应カ隔离的对置气缸的对置ニ冲程发动机。
2.根据权利要求I所述的对置活塞对置气缸内燃机，其特征在于所述的双对置气缸分别水平安装于曲轴的两侧，每个气缸内有两个对置活塞，通过各自的连杆与曲轴连接。
3.根据权利要求2所述的对置活塞对置气缸内燃机，其特征在于所述的活塞兼做气阀，控制气ロ的开闭，实现ニ冲程循环。
4.根据权利要求I所述的对置活塞对置气缸内燃机，其特征在于所述的中心安装的曲轴的三个曲柄对应ー组双对置气缸，通过连杆连接气缸中的四个活塞。
专利摘要本实用新型公开了一种对置活塞对置气缸内燃机，涉及内燃机领域。本实用新型所述的对置活塞对置气缸内燃机，具有中心安装曲轴和与机械应力隔离的对置气缸的对置二冲程发动机。双对置气缸分别水平安装于曲轴的两侧，每个气缸内有两个对置活塞，通过各自的连杆与曲轴连接。活塞兼做气阀，控制气口的开闭，实现二冲程循环。中心安装的曲轴的三个曲柄对应一组双对置气缸，通过连杆连接气缸中的四个活塞。本实用新型 具有如下特点减小了曲轴制造难度；有利于延长柴油机的寿命；活塞环的磨损减轻；实现更高的燃烧效率；单位工作容积的功率密度较大；整机的重量降低；没有机械预紧力和因燃烧而产生的轴向热应力。
文档编号F02B75/28GK202417707SQ201120491159
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者张文春 申请人:大连海事大学