单缸双活塞四冲程发动机新型发动机

彡足鼠

单缸双活塞4冲程发动机
　　单缸双活塞4冲程发动机是一款体积小，结构简洁，重量轻，制造成本低的新型发动机。体积可缩小为原来的至少1/2，金属材料与重量可节省为原来的至少1/2。还能减少机械传输时损失的动力，传输性能更优秀，更环保，且控制系统以及配气机构比较简洁，不易出故障，容易维修。
　　单缸双活塞4冲程发动机属于传统活塞往复式4冲程发动机，目前这种发动机现有的技术是，采用一个气缸一个工作室，这样的话需要4个气缸才能完成一个工作循环，这种技术与单缸双活塞4冲程发动机相比之下，不但体积增大，材料增多，造成浪费，而且由于部件增多，控制系统以及配气机构也比较复杂，故障也相应增多。
　　而单缸双活塞4冲程发动机采用的是一个气缸内同时完成4冲程形式，且1个活塞可“双用”，活塞的两端都可以做功。这样不仅提高做功效率，缩小体积，重量，材料，还结构简洁，制造容易。一般一个2.0L的单缸双活塞4冲程发动机可相比于一个4.0L的传统4冲程发动机。

　　原理
　　由图1中可知，这种包括缸体10、置于该缸体内的活塞20、连接活塞20的连杆30、输出动力的曲轴40、配气机构50以及供油系统60，所述缸体10的中部设有中隔体11，缸体10底部设有底板12，该中隔体11与底板12将缸体分为上工作区13以及下工作区14，所述活塞20包括置于所述上工作区13内的上活塞21以及置于所述下工作区14内的下活塞22，该上活塞21与下活塞22通过活塞杆23结为一体，所述连杆30铰接于所述活塞杆23，所述配气机构50包括第一进气机构51和第一排气机构52、第二进气机构53和第二排气机构54、第三进气机构55和第三排气机构56以及第四进气机构57和第四排气机构58，所述供油系统60包括第一喷油嘴61、第二喷油嘴62、第三喷油嘴63以及第四喷油嘴64，所述第一进气机构51、第一排气机构52以及第一喷油嘴61设置于所述缸体10的上端附近，所述第二进气机构53、第二排气机构54以及第二喷油嘴62设置于缸体10中部的中隔体11上方，所述第三进气机构55、第三排气机构56以及第三喷油嘴63设置于缸体10中部的中隔体11下方，所述第四进气机构57、第四排气机构58以及第四喷油嘴64设置于缸体10底端附近。本发明的发动机工作原理是，中隔体将整个汽缸分隔成上下工作区，而上下活塞又将两个工作区分隔成四个小工作室，当第一小工作区100处于压缩冲程的阶段，第二小工作区200则处于进气冲程阶段，第三小工作区300则处于排气冲程阶段，第四小工作区400则处于燃烧做功冲程阶段。当上下活塞行至上止点时，第一小工作区100压缩结束，转入燃烧冲程阶段，第二小工作区200则进气结束，转入压缩冲程阶段，第三小工作区300则废气排除干净，转入吸气冲程阶段，第四小工作区400则做功结束，转入排气冲程阶段。当上下活塞行至下止点时，第一小工作区100燃烧做功结束，转入排气冲程阶段，第二小工作区200则也完成压缩冲程阶段，转而进入燃烧做功冲程阶段，第三小工作区300则完成吸气冲程阶段，转而进入压缩冲程阶段，第四小工作区400则排气冲程结束，转入吸气冲程阶段。当上下活塞再次上行时，第一小工作区100排气结束，转入吸气冲程阶段，第二小工作区200则燃烧做功冲程阶段结束，转入排气冲程阶段，第三小工作区300则压缩结束，转入燃烧做功冲程阶段，第四小工作区400则完成吸气，转入压缩冲程阶段。如此反复循环，实现单缸四冲程的工作循环。
　　由图1中可知，本发明直立发动机还包括点火系统70，该点火系统70包括第一火花塞71、第二火花塞72、第三火花塞73以及第四火花塞74，所述第一火花塞71设置于所述缸体10的上端附近，所述第二火花塞72和第三火花塞73分别设置于缸体10中部的中隔体11上方和下方，所述第四火花塞74设置于缸体10底端附近。前面的方案是针对压燃式发动机设计的，而本方案则针对点火式发动机而设计的，由点火系统控制各火花塞，当完成压缩后，对混合燃气进行点火，进行燃烧做功。为保证混合气的混合均匀，在所述上活塞21和下活塞22的顶面和底面均设有凹陷的第一涡流坑24，当新鲜空气进入后，在工作区内产生涡流现象，与燃油充分进行混合，从而保证燃气混合充分，提高燃烧质量。


　　


　　图1


　　
          　　原理动画演示









　　单缸双活塞4冲程发动机冷却系统/润滑系统
　　如图2（活塞平面图）所示，此新型发动机（单缸双活塞4冲程发动机）的冷却/润滑系统采用新型“内置”形式，当发动机运行做工时，冷却/润滑油流入已设计加工好的迷宫式活塞内部循环流动，起冷却/润滑作用。
　　工作原理：当发动机启动开始运行，冷却/润滑系统也则立即启动。先由图中标记A“冷却/润滑输入管”向活塞迷宫内部输入冷却/润滑油，液体从A流入—B—C—D—E—F—G—从H流出（循环流动）。
　　其中A接入口与H输出口,可使用任何有韧性的软管来代替，例如金属软管、波纹软管......。
　　其中经过4个红色点，4个红点表示的是2个在活塞上加工出来的凹槽环，主要作用是输出润滑油，起到润滑作用。
　　其中黄色代表的是冷却/润滑油，此黄色所在的区域是“迷宫通道”，迷宫通道内有金属将内外活塞体相连接（不然活塞就成2个分体了），迷宫通道：液体循环流动的通道。


　　以上所述只是活塞的冷却系统原理机构，接下来解析缸体的冷却系统
　　如图3所示：缸体的冷却系统和传统发动机冷却系统相同，只是此新型发动机结构上添加了一个中隔体。此中隔体可起到“双做工”作用，它也需承受双面做工产生的高温度，所以它也需要冷却，也需要润滑。
　　原理：图中→表示的则是冷却系统液体的循环流动路径，图中看来，冷却系统与传统内燃机发动机的缸体冷却相同，只不过多了一个中隔体（蓝色区域）。冷却/润滑油（紫色区域）从A输入口流入，穿过“中隔体”内的“迷宫式”内部通道，润滑活塞（红色区域）连杆，冷却中隔体，再从B输出口流出，然后继续循环流动。



　　
　　图2

　　图3



此发动机的避阀坑设计：如图“原理动画演示”动画上的活塞所呈现的避阀坑设计形式。
还有一种可设置在发动机的顶部、底部，和中隔体的顶部、底部（如图4）。
如此设计可缩短发动机行程提高压缩比。


                   图4