一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的制作方法

本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机。

背景技术：

对置活塞对置气缸二冲程内燃机由于取消了气缸盖和气门机构，依靠气缸套上的进排气口完成缸内换气，具有结构简单紧凑、功率密度高、成本低、质量轻、制造继承性好等优点。ecomotors公司的对置活塞对置气缸二冲程内燃机每个气缸有两个对置活塞。两个活塞通过一长一短两个连杆与曲轴相连，两个气缸分置曲轴两侧，这样大大缩小了发动机的长度和体积。与传统发动机类似，活塞在往复运动的过程中，缸内燃气力作用在活塞上以后会分解成沿着连杆方向的连杆里和垂直气缸套的侧压力。由于活塞对气缸套的侧压力作用，使得曲柄连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机在工作过程中绕着气缸套中心产生振动。同时，活塞和缸套之间侧压力的作用使得二者摩擦力增加，机械效率下降。活塞组件和连杆小头在气缸中做往复直线运动会产生往复惯性力，而偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线作圆周运动则会产生旋转惯性力，在往复惯性力和旋转惯性力的联合作用下，会使内燃机产生较大的振动，同时也加大了内燃机机件的变形和磨损程度；这些都直接影响曲柄连杆机构式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的机械效率。同时，采用内外连杆式的对置活塞对置气缸内燃机不利于发动机整机的紧凑性设计。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，以便解决现有技术中的不足。

本发明的技术方案是：一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，包括对置式气缸套，所述气缸套内设置有多个对置活塞，所述对置活塞将气缸套内部分隔为多个气缸，所述对置活塞上设置有动力输出机构，所述动力输出机构上设置有同步机构，所述气缸套上对称的设置有多组双喷油器，所述动力输出机构在同步机构的约束下，将对置活塞在气缸套内的往复直线运动转换为旋转运动，完成动力输出和汇流。

优选的，所述对置活塞包括中间活塞、结构相同的第一气缸排气活塞和第二气缸排气活塞，所述中间活塞套装在气缸套的内部，且与气缸套的内壁滑动连接，所述第一气缸排气活塞和第二气缸排气活塞分别位于中间活塞的两侧，且与气缸套的内壁滑动连接。

优选的，所述第一气缸排气活塞和第二气缸排气活塞包括圆柱基体，所述圆柱基体的中部设置有凸起，所述凸起上设置有安装孔一，所述安装孔一的轴线与圆柱基体的轴线垂直，所述凸起上还设置有多个减重孔一。

优选的，所述中间活塞包括与气缸套的内壁匹配的圆柱体，所述圆柱体的中部沿过中心轴线的平面对称的开设有凹槽，所述凹槽中部设置有安装孔二，所述安装孔二的轴线与圆柱体的轴线垂直，所述安装孔二的周边还均布的设置有多个减重孔二。

优选的，所述动力输出机构有三个，分别位于气缸套的两侧和中间，所述动力输出机构包括偏心滑块和曲轴，所述偏心滑块和曲轴构成的整体与安装孔一、安装孔二分别匹配，且二者构成偏心滑块—曲柄机构，曲轴包括曲柄和位于曲柄两侧的第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴和第二输出轴分别设置在气缸套的侧壁上的安装孔三内。

优选的，所述同步机构包括设置在气缸套侧且分别与第二输出轴固定连接的多个主、从传动件，所述主、从传动件均为齿轮。

优选的，所述双喷油器有两组，分别对应的安装在气缸中部，所述双喷油器包括呈180°对称设置在气缸套侧壁上的第一喷油器和第二喷油器，每个喷油器喷嘴均有三个喷孔，且喷孔轴线与喷嘴轴线呈锐角布置。

与现有技术相比，本发明提供的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，其通过偏心滑块—曲柄机构将对置活塞在气缸套内的往复直线运动转换为曲柄两端输出轴的旋转运动，完成动力输出，其有益效果是：

1、本发明的无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机有效消除了由曲柄连杆机构所产生的活塞与气缸套之间的侧压力，实现了对置活塞对置气缸内燃机的完全平衡。

2、本发明的对置式气缸套采用一体化设计，两个进气活塞集成设计为一个整体，有效提高了整机刚度和紧凑型。

3、本发明采用偏心滑块—曲柄机构将对置活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，可有效控制活塞的运动规律，适当减小活塞在内止点和外止点的运动速度，提高压缩内止点气缸的等容度和扫气效率。

4、本发明采用喷油器在气缸套侧壁安装的方式，且双喷油器对置喷射，并呈180°对称布置，可以有效组织喷雾干涉和碰撞，有利于喷射液滴的进一步破碎和雾化。

5、本发明采用“气口—气口”式直流扫气和燃油缸内直喷，有效提高了扫气效率和避免了燃油短路现象。

6、本发明采用5个结构相同的齿轮构成同步机构的传动方案，具有简单可靠、安装方便和互换性好的优点。

7、本发明结构简单合理、摩擦损耗低、机械效率高，有效消除由曲柄连杆机构所产生的活塞与气缸套之间的侧压力，实用性好，值得推广。

附图说明

图1为本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的总体结构示意图；

图2为本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的气缸套的结构示意图；

图3为本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的喷油器对置喷雾示意图；

图4为本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的对置活塞安装示意图；

图5为本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的排气活塞结构示意图；

图6为本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的中间活塞结构示意图；

图7为本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的偏心滑块—曲柄机构安装示意图；

图8是本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的同步机构安装示意图。

附图标记说明：

1、第一缸排气活塞；2、气缸套；3、第一缸排气侧减重孔；4、第一缸排气口；5、第一缸喷油器第一安装孔；6、第一缸进气口；7、气缸套中间减重孔；8、第二缸进气口；9、第二缸喷油器第一安装孔；10、第二缸排气口；11、第二缸排气侧减重孔；12、第二缸排气侧第二输出轴；13、第二缸排气侧输出齿轮；14、第二中间齿轮；15、中间第二输出轴；16、中间输出齿轮；17、第一中间齿轮；18、第一缸排气侧第二输出轴；19、第一缸排气侧输出齿轮；20、第二缸排气侧输出轴安装孔；21、第二缸喷油器第二安装孔；22、中间输出轴安装孔；23、第一缸喷油器第二安装孔；24、第一缸排气侧输出轴安装孔；25、第一喷油雾束；26、第一喷油器；27、第二喷油雾束；28、第二喷油器；29、第二缸排气活塞；30、第二缸排气活塞安装孔；31、第二缸排气活塞减重孔；32、中间活塞安装孔；33、中间活塞减重孔；34、中间活塞；35、第一缸排气活塞减重孔；36、第一缸排气活塞安装孔；37、第二缸排气侧第一输出轴的方形轴；38、第二缸排气侧第一输出轴的支撑面；39、第二缸排气侧第一输出轴；40、第二缸排气侧曲柄；41、第二缸排气侧曲柄轴；42、第二缸排气侧偏心滑块；43、偏心孔；44、第二缸排气侧曲柄端部方形孔；45、第二缸排气侧第二输出轴的方形轴；46、第二缸排气侧第二输出轴的支撑面；47、导向曲面；48、中间活塞导向面；49、第一缸排气侧偏心滑块；50、第一缸排气侧曲柄；51、第一缸排气侧第一输出轴；52、中间曲柄；53、中间第一输出轴；54、中间偏心滑块。

具体实施方式

本发明提供了一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，下面结合图1至图8的结构示意图，对本发明进行说明。

如图1至图8所示，本发明提供的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，包括对置式气缸套2，所述气缸套2内设置有多个对置活塞，所述对置活塞将气缸套2内部分隔为多个气缸，所述对置活塞上设置有动力输出机构，所述动力输出机构上设置有同步机构，所述气缸套2上对称的设置有多组双喷油器，所述动力输出机构在同步机构的约束下，将对置活塞在气缸套2内的往复直线运动转换为旋转运动，完成动力输出和汇流。

进一步的，所述对置活塞包括中间活塞、结构相同的第一气缸排气活塞和第二气缸排气活塞，所述中间活塞套装在气缸套2的内部，且和气缸套2的内壁滑动连接，所述第一气缸排气活塞和第二气缸排气活塞分别位于中间活塞的两侧，且与气缸套2的内壁滑动连接。

进一步的，所述第一气缸排气活塞和第二气缸排气活塞包括圆柱基体，所述圆柱基体的中部设置有凸起，所述凸起上设置有安装孔一，所述安装孔一的轴线与圆柱基体的轴线垂直，所述凸起上还设置有多个减重孔一。

进一步的，所述中间活塞包括与气缸套2的内壁匹配的圆柱体，所述圆柱体的中部沿过中心轴线的平面对称的开设有凹槽，所述凹槽中部设置有安装孔二，所述安装孔二的轴线与圆柱体的轴线垂直，所述安装孔二的周边还均布的设置有多个减重孔二。

进一步的，所述动力输出机构有三个，分别位于气缸套2的两侧和中间，所述动力输出机构包括偏心滑块和曲轴，所述偏心滑块和曲轴构成的整体与安装孔一、安装孔二分别匹配，且二者构成偏心滑块—曲柄机构，曲轴包括曲柄和位于曲柄两侧的第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴和第二输出轴分别设置在气缸套2的侧壁上的安装孔三内。

进一步的，所述同步机构包括设置在气缸套2侧且分别与第二输出轴固定连接的多个主、从传动件，所述主、从传动件均为齿轮。

进一步的，所述双喷油器有两组，分别对应的安装在气缸中部，所述双喷油器包括呈180°对称设置在气缸套2侧壁上的第一喷油器26和第二喷油器28，每个喷油器喷嘴均有三个喷孔，且喷孔轴线与喷嘴轴线呈锐角布置。

其中，本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，包括对置式气缸套、对置式活塞、动力输出机构以及齿轮式同步机构。无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机缸内燃气力作用进气活塞与排气活塞，通过偏心滑块—曲柄机构将第一气缸的排气活塞、第二气缸的排气活塞和集成式进气活塞在气缸套内的往复直线运动转换为气缸套的两端和中部曲轴输出轴的旋转运动，完成动力输出，气缸套的两端和中部曲轴输出轴的3个齿轮和2个中间齿轮来完成对置式活塞的同步运动和动力汇流。

其中，对置式气缸套采用左右对置气缸套一体化集成设计。气缸套的两端和中部分别设计有减重孔，且采用相同的结构设计。气缸套的两端和中部分别设计有曲轴安装孔，且采用相同的结构设计。气缸套中间减重孔两侧分别设计有第一气缸的进气口和第二气缸的进气口，且第一气缸和第二气缸的进气口采用相同的结构设计，均为圆周方向均匀布置的12个气口。第一气缸的左侧设计有第一气缸的排气口，第二气缸的右侧设计有第二气缸的排气口，第一气缸的排气口和第二气缸的排气口采用相同的结构设计，均为圆周方向均匀布置的12个气口。为提高无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的扫气效率，进气口的高度小于排气口的高度，进气口的宽度大于排气口的宽度。

其中，第一气缸和第二气缸的中间均设计有喷油器安装孔且采用相同的结构设计，喷油器采用在气缸套侧壁安装的方式，且采用双喷油器对置喷射，并呈180°对称安装，同时，每个喷油器喷嘴均有三个喷孔，且喷孔方向与喷嘴轴向方向呈一定角度布置。

其中，对置活塞是指气缸进气侧和排气侧对称布置的两个活塞，无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机第一气缸的进气活塞和第二气缸的进气活塞采用一体化集成设计，因此对置活塞具体包括第一气缸的排气活塞、第二气缸的排气活塞以及第一气缸和第二气缸的集成式进气活塞，即中间活塞。第一气缸和第二气缸排气活塞和中间活塞的头部均采用相同的结构设计。由于采用无连杆设计，第一气缸的排气活塞和第二气缸的排气活塞的裙部均设计有偏心滑块安装孔，裙部两侧均设计有导向曲面，完成第一气缸和第二气缸排气活塞往复运动的正确导向。第一气缸和第二气缸的集成式中间活塞共用与排气活塞结构相同的裙部且设计有偏心滑块安装孔，同样在裙部两侧均设计有导向曲面，完成第一气缸和第二气缸的集成式中间活塞往复运动的正确导向。

其中，动力输出机构包括偏心滑块和曲轴，气缸套的两端和中部的动力输出机构采用相同的结构设计。偏心滑块整体采用圆形设计与对置活塞裙部的偏心滑块安装孔滑动配合，内孔为偏心设计的圆孔，与曲轴的中间轴滑动配合。曲轴采用分段式设计便于安装和维修，气缸套的两端和中部的曲轴采用相同的结构设计。曲轴包括曲柄和曲柄两端的输出轴，其中曲柄由中间轴与其两端的曲柄臂组成，曲柄两端的输出轴与两端的曲柄臂采用方形孔轴过盈装配。气缸套的两端和中部曲轴的输出轴与气缸套的两端和中部曲轴安装孔间隙配合安装，三者采用相同的结构设计。采用偏心滑块—曲柄机构可有效控制活塞的运动规律，适当减小活塞在内止点和外止点的运动速度，提高压缩内止点气缸的等容度和扫气效率。

其中，齿轮式同步机构主要用于实现对置活塞的同步运动，保证第一缸和第二气缸工作过程中进排气口开启和关闭的准确定时。无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机采用齿轮式同步机构，通过安装在气缸套的两端和中部曲轴输出轴的3个齿轮和2个中间齿轮来完成对置活塞的同步运动。气缸套两端和中部的曲轴旋转方向相同，由于第一缸和第二气缸共用一个集成式进气活塞，第一缸和第二气缸的工作相位差(发火间隔角)为180°曲轴转角。

如图1所示，无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，包括对置式气缸套2、对置式活塞、动力输出机构以及齿轮同步机构，无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机缸内燃气力作用进气活塞与排气活塞，通过偏心滑块—曲柄机构将第一气缸的排气活塞、第二气缸的排气活塞和集成式进气活塞在气缸套内的往复直线运动转换为气缸套的两端曲轴输出轴12和18、中部曲轴输出轴15的旋转运动，完成动力输出。气缸套的两端和中部曲轴输出轴上的3个齿轮13、16和19，2个中间齿轮14和17来完成对置式活塞的同步运动和动力汇流。

如图2所示，本发明的气缸套2为对置式气缸套采用左右对置气缸套一体化集成设计。气缸套2的两端和中部分别设计有减重孔，即第一缸排气侧减重孔3、气缸套中间减重孔7和第二缸排气侧减重孔11，且采用相同的结构设计。气缸套2的两端和中部分别设计有曲轴安装孔，即第二缸排气侧输出轴安装孔20、中间输出轴安装孔22和第一缸排气侧输出轴安装孔24，且采用相同的结构设计。气缸套中间减重孔7两侧分别设计有第一缸进气口6和第二缸进气口8，且第一气缸和第二气缸的进气口采用相同的结构设计，均为圆周方向均匀布置的12个气口。第一气缸的左侧设计有第一气缸的排气口4，第二气缸的右侧设计有第二气缸的排气口10，第一气缸的排气口和第二气缸的排气口采用相同的结构设计，均为圆周方向均匀布置的12个气口。为提高无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的扫气效率，进气口的高度小于排气口的高度，进气口的宽度大于排气口的宽度。无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机缸内换气过程采用“气口-气口”式直流扫气方式，进气口6和8和排气口4和10的开启和关闭分别依靠中间活塞34和排气活塞1和29的运动进行控制见图4。第一气缸的中间设计有两个喷油器安装孔，即第一缸喷油器第一安装孔5和第一缸喷油器第二安装孔23，二者位于同一圆周且呈180°布置；第二气缸的中间设置有两个喷油器安装孔，即第二缸喷油器第一安装孔9和第二缸喷油器第二安装孔21，二者位于同一圆周且呈180°布置，上述4个喷油器安装孔采用相同的结构设计。

如图3所示为本发明的喷油器对置喷雾示意图，以第一气缸为例，分别安装在喷油器第一缸喷油器第一安装孔5和第一缸喷油器第二安装孔23的第一喷油器26和第二喷油器28，均采用在气缸套2侧壁安装的方式，且双喷油器对置喷射，并呈180°对称安装。每个喷油器喷嘴均有三个喷孔，且喷孔方向与喷嘴轴向方向呈一定斜度布置，所形成的第一喷油器雾束25和第二喷油器雾束27发生喷雾干涉和碰撞，有利于喷射液滴的进一步破碎和雾化。

如图4所示对置式活塞是指气缸进气侧和排气侧对称布置的两个活塞，无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机第一气缸的进气活塞和第二气缸的进气活塞采用一体化集成设计即中间活塞34，因此对置式活塞具体包括第一气缸排气活塞1、第二气缸排气活塞29以及第一气缸和第二气缸的集成式中间活塞34。第一气缸和第二气缸进气活塞即中间活塞34和排气活塞1和29的头部均采用相同的结构设计。由于采用无连杆设计，第一气缸排气活塞1和第二气缸排气活塞29的裙部均设计有偏心滑块安装孔，即第一缸排气活塞安装孔36和第二缸排气活塞安装孔30；同时，在排气活塞1和29裙部还设计有第一缸排气活塞减重孔35和第二缸排气活塞减重孔31。

如图5所示，排气活塞1和29裙部两侧均设计有导向曲面47，完成第一气缸和第二气缸排气活塞1和29往复运动的正确导向。同时，在排气活塞1和29裙部还设计有第一缸排气活塞减重孔35和第二缸排气活塞减重孔31。

如图6所示，第一气缸和第二气缸的集成式中间活塞34采用与排气活塞1和29结构相同的裙部且设计有偏心滑块安装孔，即中间活塞安装孔32。同样在裙部两侧均设计有导向曲面48，完成第一气缸和第二气缸的集成式中间活塞34往复运动的正确导向。同时，在第一气缸和第二气缸的集成式中间活塞34上设计有4个中间活塞减重孔33，呈对称分布。

如图7所示，为本发明的动力输出机构。排气活塞1和29与中间活塞34的动力输出机构采用相同的结构设计，以第二缸排气活塞29为例进行说明。第二缸排气活塞29的动力输出机构包括第二缸排气侧偏心滑块42和第二缸排气侧曲轴，二者构成偏心滑块—曲柄机构。第二缸排气侧曲轴包括第二缸排气侧曲柄40、第二缸排气侧第一输出轴39和第二缸排气侧第二输出轴12。第二缸排气侧偏心滑块42整体采用圆形设计与第二缸排气活塞安装孔30滑动配合，内孔为偏心设计的圆形偏心孔43，与第二缸排气侧曲柄轴41滑动配合。第二缸排气侧曲轴采用分段式设计便于安装和维修，排气活塞1和29和中间活塞34所对应的曲轴采用相同的结构设计。第二缸排气侧曲轴包括第二缸排气侧曲柄40和曲柄两端的输出轴12和39，其中曲柄40由曲柄轴41与其两端的曲柄臂组成，两端的输出轴12和39分别设计有第二缸排气侧第二输出轴的方形轴45和第二缸排气侧第一输出轴的方形轴37与曲柄两端曲柄臂上对称设计的第二缸排气侧曲柄端部方形孔44采用方形孔轴过盈装配。第二缸排气侧曲柄40两端的输出轴12和39上设计有第二缸排气侧第一输出轴的支撑面38和排气侧第二输出轴的支撑面46与气缸套2的第二缸排气侧曲轴安装孔20间隙配合安装。动力输出机构采用偏心滑块—曲柄机构可有效控制对置活塞的运动规律，适当减小对置活塞在内止点和外止点的运动速度，提高压缩内止点气缸的等容度和扫气效率。

如图8所示，为本发明的对置活塞同步机构。同步机构主要用于实现对置活塞的同步运动，保证第一缸和第二气缸工作过程中进排气口开启和关闭的准确定时。无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机采用齿轮式同步机构，通过安装在气缸套的两端和中部曲轴输出轴的3个齿轮第二缸排气侧输出齿轮13、中间输出齿轮16和第一缸排气侧输出齿轮19和2个中间齿轮第一中间齿轮17和第二中间齿轮14来完成对置活塞的同步运动。气缸套2两端和中部的曲轴旋转方向相同，由于第一缸和第二气缸共用一个集成式进气活塞，第一缸和第二气缸的工作相位差发火间隔角为180°曲轴转角。无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机的第一缸排气活塞1、第二缸排气活塞29和中间活塞34分别通过第一缸排气侧偏心滑块49、第二缸排气侧偏心滑块42和中间偏心滑块54并配合第一缸排气侧曲柄50、第二缸排气侧曲柄40和中间曲柄52将对置活塞的往复运动转化为第一缸排气侧第一输出轴51、第二缸排气侧第一输出轴39和中间第一输出轴53以及第一缸排气侧第二输出轴18、中间第二输出轴15和第二缸排气侧第二输出轴12的旋转运动，并通过对应安装的齿轮，包括：第一缸排气侧输出齿轮19、中间输出齿轮16和第二缸排气侧输出齿轮13以及第一中间齿轮17和第二中间齿轮14实现各输出轴的动力汇流和对置活塞的同步运动。

本发明的一种无连杆式对置活塞对置气缸二冲程内燃机，其通过偏心滑块—曲柄机构将对置活塞在气缸套内的往复直线运动转换为曲柄两端输出轴的旋转运动，完成动力输出，有效消除了由曲柄连杆机构所产生的活塞与气缸套之间的侧压力，实现了对置活塞对置气缸内燃机的完全平衡，对置式气缸套采用一体化设计，两个进气活塞集成设计为一个整体，有效提高了整机刚度和紧凑性，同时，本发明的偏心滑块—曲柄机构将对置活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，有效的控制活塞的运动规律，适当减小活塞在内止点和外止点的运动速度，提高压缩内止点气缸的等容度和扫气效率，本发明的喷油器在气缸套侧壁安装的方式，且双喷油器对置喷射，并呈180°对称布置，可以有效组织喷雾干涉和碰撞，有利于喷射液滴的进一步破碎和雾化，“气口—气口”式直流扫气和燃油缸内直喷，有效提高了扫气效率和避免了燃油短路现象，发明方案中用5个结构相同的齿轮构成同步机构的传动方案，具有简单可靠、安装方便和互换性好的优点，本发明的整体结构简单合理、摩擦损耗低、机械效率高，有效消除由曲柄连杆机构所产生的活塞与气缸套之间的侧压力，实用性好，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。