專利名稱：活塞式四沖程換缸配氣發動機的制作方法
技術領域：
本發明屬于內燃活塞式發動機，特別是可轉動氣缸與連桿同步運動自然形成換缸配氣方式的內燃活塞式發動機。
背景技術：
現有活塞式四沖程發動機都必須具有如凸輪軸、氣門(凡爾)、氣門彈簧、搖臂、挺桿、正時鏈輪和鏈條或正時皮帶輪和皮帶，等等精密配合的凸輪式配氣系統，在發動機制造成本中占很大比重；這種配氣系統會消耗大量有用功來維持發動機的再運轉；主要表現在當做功行程將結束、排氣將開始時，氣缸內氣體膨脹到最大，氣缸內壓強達到最大，氣缸內各方向單位面積壓強相等，此時凸輪將氣門從氣缸外向氣缸內以克服缸內壓力強行推開排氣門，消耗的能量；排氣門在氣缸內的單位面積越大，所消耗功率越大；但為了更充分呼吸，往往將氣門做得更大，可想而知，為了維持發動機的再運轉，大量消耗有用功來推動整個配氣機構工作，完成配氣過程，這是所有凸輪式配氣四沖程發動機都具有的、不可克服的缺點。另外，現有活塞式發動機的專門配氣系統在制造成本和評判發動機的先進性方面占有很大比重，實際上說某發動機的先進性就是指該配氣系統的先進性，優秀的配氣才能有在卓越的性能，但是，這種卓越的性能必定是更高昂的成本和功率消耗的沉重包揪。一句話現有活塞式發動機具有較高制造成本和較高功耗，以及較高重心與較大體積的缺點。

發明內容
本發明的目的是提供一種活塞式四沖程換缸配氣發動機，用帶有轉軸的雙氣缸體，配合帶有滑道的雙活塞雙桿連桿，雙活塞雙桿連桿在雙氣缸中滑動，以使雙氣缸體繞氣缸轉軸來回偏轉，與氣缸蓋上的進、排氣道口以及公共氣囊室氣口之間以掃過方式形成掃氣閥，從而以換缸方式完成發動機的配氣。本發明的目的是這樣實現的一種活塞式四沖程換缸配氣發動機，包括氣缸體，設置在氣缸體內的活塞連桿，與連桿聯接的曲軸，所述氣缸體為帶有轉軸的雙氣缸體左、右氣缸豎直并列設置，轉軸一體化設置在左、右氣缸中部位置，轉軸可轉動地安裝在機(殼)架上；雙氣缸體頂部為半圓面或半球面，且該半圓的圓心或該半球的球心位于轉軸的軸線上， 雙氣缸體頂部有進氣缸口和排氣缸口 ；固定在機架上的氣缸蓋與雙氣缸體頂部滑動配合， 氣缸蓋上有進氣道口和排氣道口以及公共氣囊室氣口，氣缸蓋頂部的公共氣囊室上設置有從外向內伸入的火花塞和用于缸內直噴燃油的電控噴嘴；
所述活塞連桿為雙活塞雙桿連桿由兩個活塞、雙桿連桿桿身以及連桿蓋順次連接組成，且連桿蓋與雙桿連桿桿身之間形成曲軸安裝孔；當活塞位于上止點或下止點時，雙氣缸體頂部的排氣缸口位于氣缸蓋上的排氣道口與公共氣囊室氣口之間，雙氣缸體頂部的進氣缸口位于氣缸蓋上的進氣道口與公共氣囊室氣口之間。上述雙活塞雙桿連桿結構為每個活塞兩側具有伸長的滑道、兩側滑道的截面圓半徑等于活塞半徑，每個滑道內側有凹槽，每個活塞上有活塞軸孔、每個連桿桿身兩側分別設有用作與活塞滑道的凹槽相配合的凸棱，每個連桿桿身上有連桿小頭軸孔，雙桿連桿桿身上的凸棱插入兩個活塞上的對應凹槽內，兩個活塞軸分別插入對應的活塞軸孔和連桿小頭軸孔中形成固定連接，連桿蓋經螺栓固定在雙桿連桿桿身上。上述雙活塞雙桿連桿結構為每個活塞上有雙活塞軸孔，雙桿連桿桿身中每個連桿桿身兩側固定設置有滑道，兩側滑道的截面圓半徑等于活塞半徑，雙桿連桿桿身插入兩個活塞內，活塞軸插入到對齊的雙活塞軸孔和雙桿連桿桿身的小頭雙軸孔形成固定連接， 連桿蓋經螺栓固定在雙桿連桿桿身上。上述氣缸蓋上的進氣道口、排氣道口以及公共氣囊室氣口均為鼠籠式開口。上述氣缸蓋與雙氣缸體之間襯有半瓦，所述雙桿連桿桿身的曲軸安裝孔內設置有軸半瓦；所述雙氣缸體的缸體內均襯有氣缸套。上述雙活塞雙桿連桿內設置有導油槽；所述雙氣缸體內設置有繞過左、右氣缸的冷卻腔，且冷卻腔的進口和出口分別設置在轉軸的兩端上。還具有外缸蓋，外缸蓋套合安裝在氣缸蓋上；還具有氣缸間隙液壓補償機構油泵出口順次連接單向閥和液壓缸，油泵出口同時連接溢油閥進口，溢油閥出口與油箱連接， 且溢油閥的閥芯彈簧力大于單向閥的閥芯彈簧力；上述液壓缸設置在外缸蓋上，液壓缸的柱塞式液壓活塞抵靠在氣缸蓋上。還具有雙氣缸體軟管冷卻裝置轉軸兩端上均固定有螺旋線型的導輪，雙氣缸體的冷卻腔的進口和出口上分別固定有一根導管，空心軟管一端經卡簧固定在導管上，另一端繞過轉軸上的導輪固定在雙氣缸體上，且另一端上有用作連接水箱的接頭。還具有雙氣缸體硬管冷卻裝置雙氣缸體的冷卻腔的進口和出口分別焊接有一根空心硬管，空心硬管呈螺旋狀盤繞在轉軸上，空心硬管內端經固定島固定在轉軸上，空心硬管外端有用作連接水箱的固定盤，固定盤經螺栓固定在雙氣缸體上。所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機在直列四缸活塞式四沖程換拉缸配氣發動機以及V型八缸活塞式四沖程換拉缸配氣發動機中的應用。本發明氣缸偏轉換缸方式配氣的活塞式發動機主要由曲軸、雙活塞雙桿連桿、可轉動的雙氣缸體、氣缸蓋等主要裝配體組成。其中，雙活塞雙桿連桿在雙活塞雙桿連桿的桿身兩側分另設有滑道，雙活塞與連桿兩側的滑道是用來套合在可轉動的雙氣缸中，其中， 連桿兩側滑道截面圓弧線與氣缸套內徑相等；曲軸帶動連桿時，連桿兩側的滑道在氣缸中滑動，使連桿與氣缸套始終保持平行，連桿隨曲軸偏轉，由雙活塞雙桿連桿驅動整個雙氣缸體沿氣缸轉軸發生來回偏轉，從而使偏轉的雙氣缸體與氣缸蓋上的氣道口和公共氣囊室之間形成掃氣閥的作用。可轉動的雙氣缸體在一個氣缸體上設置有并列的雙氣缸，氣缸內裝有氣缸套，并在氣缸體上設置有氣缸轉軸，所述并列的雙氣缸的排列方向與曲軸垂直，氣缸轉軸與曲軸平行；氣缸轉軸使雙氣缸體沿轉軸可以偏轉；帶有轉軸的雙氣缸體頂部為半圓形的，該半圓是氣缸轉軸的同心圓；在雙缸體頂部半圓上裝有耐磨半瓦；(上述所說“半圓”不一定是絕對半圓，其圓弧長度可以大于或小于半圓弧長)。氣缸蓋氣缸蓋是與可轉動的雙氣缸體相配合的，氣缸蓋與雙氣缸體的配合面也是圓弧形的；氣缸蓋的兩側分別設有進氣道和排氣道，在兩側氣道的中間設有公共氣囊室。
氣缸蓋與可轉動的雙氣缸體之間的密封，有兩種方法
第一種方法固定氣缸蓋形式，即在制造時設定為臨界間隙，在使用中定期調整或更換的方式。(臨界間隙是指氣缸蓋與雙氣缸體之間可轉動的最小間隙)。第二種方法氣缸間隙液壓補償方式，在本文中只敘述此方式，因為去掉液壓方式即為固定方式。氣缸間隙液壓補償方式在后文詳述。偏轉擺動中的雙氣缸體的水冷方式，有兩種方法
第一種方法用軟質材料的空心軟管，例如帶有筋絲的橡膠管或帶螺旋彈簧鋼絲的塑料空心軟管等等，將空心軟管的一端連接在固定點上，另一端連接到有一定擺動弧度的雙氣缸體上，利用軟管的柔韌性和耐柔性，并取足夠長度的軟管，選用適當形狀的軟管和適當的連接方法(后文詳述)，由軟管將冷卻液從擺動中的雙氣缸體中導入和導出，達到對動態缸體冷卻的目的。第二種方法相對的硬質材料的空心管，例如塑料中可塑性較大的Pra材料管，或具有極大彈性模量的金屬材料管等；在材料彈性范圍內，由于管狀材料在長度方向上的彈性變形與該材料的長度成正比；利用此性質，將硬質材料的空心管截面做成扁形或扁圓形的，便于彎曲，并將硬管制作成螺旋線形狀，用足夠長度硬管盤成數圈后，將圈外一端連接到固定點上，將圈內一端連接到氣缸轉軸上，當氣缸轉軸來回偏轉時，將硬管的變形應力分散到各圈的擴張和收縮變形中，由硬管將冷卻液從擺動中的雙氣缸體中導入和導出，達到對動態缸體冷卻的目的。活塞式換缸配氣發動機的基本工作過程帶有滑道的雙活塞雙桿連桿，與帶有轉軸的雙氣缸體配合，曲軸帶動雙活塞雙桿連桿運動，連桿上的滑道在氣缸中滑動，由雙活塞雙桿連桿驅動整個雙氣缸體沿氣缸轉軸發生來回偏轉，從而使偏轉的雙氣缸體與氣缸蓋上的進、出氣道口和公共氣囊室口之間形成掃氣閥的作用；由于氣缸轉軸是設在兩個豎直氣缸的中間位置，即每個氣缸相對氣缸轉軸是旁置的，并且，根據曲軸大小設定的氣缸偏轉孤度有限，所以，氣缸偏轉時，一只氣缸口始終只能掃過排氣道口和公共氣囊室口 ；另一只氣缸口始終只能掃過公共氣囊室口和進氣道口 ；因此，一只氣缸只起燃爆和排氣的功能，另一只氣缸只起進氣和壓縮的功能；其中，在兩缸之間，從壓縮到燃爆之間的過程，是一個缸將吸進來的空氣，壓縮至公共氣囊室內，通過氣缸偏轉換缸至另一氣缸，此時，在公共氣囊室內進行噴油(缸內直噴)完成燃油與氣體的混合并火花塞點火，在該缸內完成燃爆做功。由于雙活塞雙桿連桿是一整體在雙氣缸中上下運動，所以雙活塞上下工作是同步的，因此，整個工作過程可以簡單概述為
雙活塞同步下行時，一個氣缸燃爆，一個氣缸進氣；活塞越過下點時，由于氣缸偏轉，燃爆氣缸離開公共氣囊室，進氣氣缸迅速換缸導通公共氣囊室；
雙活塞同步上行時，一個缸排氣，一個缸壓縮；活塞越過上止點時，由于氣缸偏轉，公共氣囊室相對氣缸迅速換缸；即進、壓、爆、排四行程，由雙活塞雙桿連桿驅動雙氣缸偏轉在上下兩個行程中完成，因此，它仍然是四沖程發動機。本發明改變現有活塞式發動機靠凸輪推動(凡爾)氣門配氣方式；運用帶有轉軸的雙氣缸體，配合帶有滑道的雙活塞雙桿連桿，雙活塞雙桿連桿在雙氣缸體中滑動，使雙氣缸體繞氣缸軸發生來回偏轉，與氣缸蓋上的進、排氣道口和中間公共氣囊室氣口之間以掃過方式自然形成掃氣閥，并以換缸方式完成活塞式發動機的配氣。
與現有技術相比，本發明的優勢是，可以大幅提高發動機實際輸出功率；大幅降低發動機制造成本；并降低發動機重心，達到增效節能減排的效果。


圖1是活塞式四沖程換缸配氣發動機的正面組成圖。
圖2是雙活』_雙桿連桿第--種類型的分體組成立體圖。
圖3是雙活』_雙桿連桿第--種類型的整體立體圖。
圖4是雙活;_雙桿連桿第--種類型的正視圖。
圖5是雙活』_雙桿連桿第--種類型的側視圖。
圖6是雙活』_雙桿連桿第--種類型的剖視圖(從中線剖面)。
圖7是雙活;_雙桿連桿第二二種類型的分體組成立體圖。
圖8是雙活』_雙桿連桿第二二種類型的整體立體圖。
圖9是雙氣缸體的正視圖。
圖10是圖9雙氣缸體的側視圖。
圖11是圖10沿A-A線的剖視圖。
圖12是圖10沿B-B線的剖視圖。
圖13是圖9所示雙氣缸體的立體圖。
圖14是換缸配氣發動機及氣缸蓋上的液壓活塞立體圖。
圖15是圖14所示氣缸蓋的氣道口和氣囊室形狀輪廓的等效立體圖。
圖16是圖14所示氣缸蓋的立體圖。
圖17是圖16所示氣缸蓋上氣道和氣囊室的形狀輪廓的等效立體圖。
圖18是實際應用中能減少磨損的，鼠籠式結構的進、排氣道口(左、右各1個)和公共氣囊室氣口(中間1個)的形狀立體圖。圖19是當活塞在下止點時，雙氣缸口介于氣缸蓋上進、排氣道口和公共氣囊室氣口之間關閉時的位置正仰視立體圖。圖20是安裝有圓弧面雙氣缸體與圓弧面氣缸蓋相配合整體示意立體圖。圖21是圖20所示雙氣缸體與氣缸蓋相配合的形狀輪廓的等效圖。圖22是另一種形狀的圓弧面氣缸蓋的立體圖。圖23是用于與圖M所示圓弧面雙氣缸體頂面相配合的圓弧面的氣缸耐磨半瓦的立體圖。圖M是另一種形狀的可轉動的圓弧面雙氣缸體(帶有軸)的立體圖。圖25、圖沈、圖27、圖觀分別是發動機曲軸沿反時針方向轉動一個周期時，雙氣缸開閉及換缸完成進、壓、爆、排四行程狀態過程周期圖。圖四是雙氣缸體與氣缸蓋之間間隙液壓補償方法的液壓控制回路圖。圖30是圖四的實例圖。圖31是用空心軟管連接動態偏轉氣缸體的水冷工作方法的示意圖。圖32、圖33、圖34、圖35分別是雙氣缸體偏轉一個周期過程，空心軟管繞在螺旋線型的導輪上工作時，空心軟管的卷曲松弛變化情況的連續視圖。圖36是動態偏轉氣缸體用螺旋線形狀空心硬質材料管連接的水冷工作方法的示意圖。圖37是圖36放大的細部立體圖。圖38是圖37的側剖視立體圖。圖39、圖40、圖41、圖42分別是螺旋線空心硬質材料管隨氣缸偏轉擺動一個周期工作示意圖。圖43是直列四缸活塞式四沖程換缸配氣發動機立體圖。圖44是V型八缸活塞式四沖程換缸配氣發動機立體圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明
1、活塞式四沖程換缸配氣發動機主要工作部件的形狀、作用和整體的構成 圖1示出，由雙活塞雙桿連桿驅動的氣缸偏轉換缸方式配氣的活塞式發動機，主要包括曲軸1、帶有滑道的雙活塞雙桿連桿2、可轉動的雙氣缸體3、氣缸蓋4、外缸蓋5等主要裝配體組成；輔助裝置有液壓間隙補償裝置、氣缸水冷裝置。其中
(1)曲軸為普通曲軸。(2)帶有滑道的雙活塞雙桿連桿的組成(“帶有滑道的雙活塞雙桿連桿”下簡稱雙活塞雙桿連桿)，帶有滑道的雙活塞雙桿連桿的作用是活塞與滑道在氣缸中滑動，活塞做功的同時控制氣缸偏轉。雙活塞雙桿連桿(由兩個活塞、雙桿連桿桿身和連桿蓋順次連接組成，且連桿蓋與雙桿連桿桿身之間形成曲軸安裝孔)有兩種類型第一種見圖2、圖3 ；第二種見圖7、圖8。先介紹第一種
①第一種雙活塞雙桿連桿21的形狀結構活塞210形狀如圖2、圖3，參見圖4、圖5其主要特征是與普通活塞相比，每個活塞兩側具有伸長的滑道210a (也可稱為裙邊);(滑道的截面圓半徑等于活塞半徑)每個滑道內側設有凹槽210b，凹槽用于與雙桿連桿桿身的凸棱211a套合；(注活塞凹槽與雙桿連桿桿身的凸棱是相對的，也可設計為活塞凸棱，雙桿連桿桿身為凹槽)；活塞210上設有活塞軸孔210c ；
見圖2中，雙桿連桿桿身211，在連桿的雙桿兩側各自設有凸棱211a，用于與活塞的凹槽210b配合；雙桿連桿桿身211的小頭上設有連桿小頭軸孔211b ；在雙桿連桿的內部剖面處，見圖6，設有用于潤滑活塞兩側滑道的導油槽(孔)，導油槽有兩段，一段是在雙桿連桿桿身211上形成的導油槽211c，一段是在活塞210上形成的導油槽210d，所以連桿的整個導油槽是這兩段的組合導油槽；
圖2中連桿蓋212 (經螺栓固定在雙桿連桿桿身上)，(連桿)螺栓213，軸半瓦214 (設置在雙桿連桿桿身上的曲軸安裝孔內)，活塞軸215 ；活塞軸卡簧(略去)。活塞210上的凹槽210b套入到雙桿連桿桿身上的凸棱211a中，進行組合，并將活塞軸215插入到對齊的活塞軸孔210c和連桿小頭軸孔211b中連接將其鎖住；請見雙桿連桿組合后的立體圖3。②雙活塞雙桿連桿的第二種類型的形狀結構
如圖7和圖8 第二種雙活塞雙桿連桿22與第一種雙活塞雙桿連桿21的區別就在于，
8第二種雙活塞雙桿連桿22的滑道221a是固定設置在其雙桿連桿桿身221上的(每個連桿的兩側滑道221a的截面圓半徑等于活塞半徑);雙活塞雙桿連桿的活塞220是獨立設置的； 活塞220上設有雙活塞軸孔220a (也可設計為單軸孔的);對應的連桿桿身的小頭上也設有小頭雙軸孔221b。活塞220與連桿桿身221的裝配，是通過活塞軸222插入到對齊的雙活塞軸孔 220a和連桿桿身的小頭雙軸孔221b中連接的；其它部分組合后如立體圖8所示。如圖3、圖8，第二種雙活塞雙桿連桿與第一種雙活塞雙桿連桿都是帶有滑道的雙活塞雙桿連桿，除上述差別外，兩者優劣差別是第一種雙活塞雙桿連桿21的滑道是在活塞上，而第二種雙活塞雙桿連桿22的滑道是在連桿桿身上(每個連桿桿身兩側均有滑道， 兩側滑道的截面圓半徑等于活塞半徑)，在強度足夠時，為了使雙桿連桿更輕，活塞通常使用輕質鋁合金材料等，連桿桿身則用鑄造合金鋼材料等，因此，雙活塞雙桿連桿21更輕便， 能產生更小震動，更優于雙活塞雙桿連桿22。但不論有何差異，雙活塞雙桿連桿有一共同持征，就是連桿桿身上都帶有能驅動氣缸轉動的滑道。(3)可轉動的雙氣缸體3的組成見圖9至圖13，在雙氣缸體3 (左、右氣缸豎直并列設置)上設有雙氣缸孔，在雙氣缸體外兩側一體化設有氣缸轉軸33 ；雙氣缸體頂部為圓形半圓面(或稱弧形面，即圖9中橫向剖切均為弧形，豎向剖切均為直線)，該半圓形是氣缸轉軸(位于左、右氣缸中部)的同心圓；雙氣缸體的雙氣缸孔內，分別各自裝有(襯有)氣缸套 34 ；氣缸體頂部有進氣缸口 32和排氣缸口 31 (為了便于敘述與區別，我們稱雙氣缸孔頂部的雙氣缸口分別稱為進氣缸口 32和排氣缸口 31)。雙氣缸體頂部半圓上與氣缸蓋之間裝有耐磨材料的半瓦35 ；半瓦35上還設有導油槽36 ；圖11、圖12為雙氣缸體兩個方向的剖視圖，圖中示出了從缸體內部，繞過缸體(繞過左、右氣缸)兩側貫穿雙氣缸體的，用于冷卻液流動的水冷腔37，以及水冷腔的進口和出口位置(參見圖12和圖沈);水冷腔的進口和出口位置(在圖12中氣缸轉軸的兩端上)并不限定，需根據具體水冷方法確定(具體水冷方法后文詳述)。(4)氣缸蓋4的組成見圖14、圖15、圖16、圖17，為了一目了然，將氣道和氣囊室用形狀輪廓的方式表述，所以圖15是圖14氣缸蓋4氣道和氣囊室的形狀輪廓等效圖，圖17 是圖16形狀輪廓的等效圖。圖16中氣缸蓋4上設有氣缸蓋半圓面41，氣缸蓋半圓面是與圖13中雙氣缸體頂部半圓面相滑動配合的，氣缸蓋半圓面也是氣缸轉軸的同心圓(氣缸蓋固定在機架上，是靜止不動的)；圖15和圖17中，在氣缸蓋的兩側分別設有進氣道42，排氣道43 (實際中左或右誰為進氣道或排氣道是根據曲軸轉向確定的，圖15中進氣道、排氣道是以曲軸反時針旋轉確定的)；進氣道42和排氣道43延伸到氣缸蓋半圓面上形成進氣道口 4 和排氣道口 43a，形狀如圖16中所示；如圖15、圖16、圖17所示，在進氣道和排氣道之間設有公共氣囊室44，在公共氣囊室上設有從外向內伸入的火花塞6和用于缸內直噴的電控噴嘴7 ；由公共氣囊室內向外延伸到氣缸蓋半圓面上的公共氣囊室氣口 4 的形狀如圖16中所示；為了減少氣缸蓋與雙氣缸體之間的磨損，進、排氣道口 4h、43a和公共氣囊室氣口 44a，在實際使用中應設計為圖18所示的，有一定厚度的，鼠籠式開口結構(或稱間隔式開口，或稱百葉窗式開口)的進、排氣道口和公共氣囊室氣口的形狀。
關于進、排氣道口和公共氣囊室氣口這三者之間的距離設定，見圖19，是當活塞在下(或上)止點時，排氣道口 43a和公共氣囊室氣口 4 介于圖中左側氣缸口(即排氣缸口 31)之間；公共氣囊室氣口 4 和進氣道口 4 介于圖中右側氣缸口(即進氣缸口 32)之間； (氣缸口就指氣缸的上口，見圖11和圖13中氣缸口，準確的說不包含氣缸套，參見圖31)。也就是排氣道口 43a和公共氣囊室氣口 4 之間的間距大于等于左側的一個氣缸口(即排氣缸口 31)的距離；公共氣囊室氣口 4 和進氣道口 4 之間的間距大于等于右側的一個氣缸口(即進氣缸口 32)的距離；(氣缸口的距離不是氣缸圓的直徑，是指氣缸口與氣缸蓋相接處圓弧面的曲線距離，即一個氣缸口的曲線距離，見圖19、圖31 )。這樣的距離可保證，當活塞在上(或下)止點時，兩個氣缸都處于關閉狀態。見圖14和圖1，氣缸蓋頂部設有用于補償氣缸蓋與雙氣缸體之間間隙的柱塞式液壓活塞IOla ；(氣缸蓋上設置液壓活塞有多種形式，此柱塞式液壓活塞只是為說明氣缸間隙液壓補償方法的舉例；本例舉的是氣缸間隙液壓補償方法為兩個液壓氣缸，本方法同樣適用在氣缸蓋上設置單個液壓氣缸或多個液壓氣缸情形，不是對此方法的限制)。(5)外缸蓋5的組成如圖1所示，外缸蓋5是套合安裝在氣缸蓋4上的，外缸蓋上設有與氣缸蓋頂部柱塞式液壓活塞IOla相配合的液壓氣缸101 ；
(在實際中，也可以反過來，在氣缸蓋上設置液壓氣缸，在外缸蓋上設置柱塞式液壓活塞，這不是一定的)。外缸蓋上設有液壓油道；液壓單向閥；(液壓油道和液壓單向閥在圖1中設置僅是為舉例說明，實際位置可以任意設置)。(6)可轉動的雙氣缸體和氣缸蓋的另一種形狀及組成
與圖13雙氣缸體(圖11中，橫向剖面為弧形面，縱向剖面為直線)相比較的，圖M是另一種形狀的可轉動的雙氣缸體，其氣缸頂面在縱向和橫向剖面均為圓弧形的(或者是半球形或部分球形)；雙氣缸體的其他部位形狀與圖13中的基本相同；我們稱圖M中雙氣缸體為圓弧面雙氣缸體。與圖18氣缸蓋相比較的，圖22示出另一種形狀的圓弧面氣缸蓋，其氣缸蓋用于與圖M所示雙氣缸體相配合的接觸面，在橫向和縱向剖面均為圓弧形的；其他部位，如進、排氣道和公共氣囊室等與圖18中所示氣缸蓋基本相同；
圖23為用于與圖M圓弧面雙氣缸體頂面相配合的圓弧面的氣缸耐磨半瓦； 圖20是安裝圓弧面雙氣缸體(圖24)與圓弧面氣缸蓋(圖22)相配合整機示圖，圖21 是圖20關于雙氣缸體與氣缸蓋相配合的形狀輪廓的等效圖。2、活塞式四沖程換缸配氣發動機的工作過程曲軸帶動雙活塞雙桿連桿在帶有轉軸的雙氣缸中上下運動，雙桿連桿上的滑道在氣缸中滑動的同時，雙桿連桿驅動整個雙氣缸體沿氣缸轉軸發生來回偏轉，使偏轉的雙氣缸體與氣缸蓋上的進、排氣道口和公共氣囊室口之間形成掃氣閥的作用；由于氣缸轉軸是設在兩個豎直氣缸的中間位置，即每個氣缸相對氣缸轉軸是旁置的，并且，曲軸大小限定了氣缸偏轉孤度，所以，氣缸偏轉時，一只氣缸只能在排氣道口和公共氣囊室口之間偏轉；另一只氣缸只能在公共氣囊室口和進氣道口之間偏轉；也就是，一只氣缸口始終只能掃過排氣道口和公共氣囊室口 ；另一只氣缸口始終只能掃過公共氣囊室口和進氣道口 ；因此，一只氣缸只起燃爆和排氣的功能，另一只氣缸只起進氣和壓縮的功能；其中，壓縮到燃爆之間的過程，是一個缸將吸進來的空氣，壓縮至公共氣囊室內，通過氣缸偏轉換缸至另一氣缸，此時，在公共氣囊室內進行噴油(缸內直噴)并火花塞點火，由該缸來完成燃爆做功。見圖27，因此，我們把一只氣缸稱為進氣-壓縮缸(右側氣缸);另一氣缸稱為燃爆-排氣缸(左側氣缸)；見發動機轉動一個周期圖25、圖26、圖27、圖28，設圖中曲軸沿反時針方向轉動，所以圖中，左缸為燃爆-排氣缸；右缸為進氣-壓縮缸。圖25，活塞在上止點時，燃爆-排氣缸處于排氣道和公共氣囊室之間；該缸處于關閉狀態；進氣-壓縮缸處于公共氣囊室和排氣道之間；該缸也處于關閉的狀態。圖26，曲軸沿反時針，轉到約90°時，雙氣缸上口同時偏向右邊，燃爆-排氣缸與公共氣囊室導通，進行燃爆；進氣-壓縮缸與進氣道導通，吸進空氣。圖27，曲軸再沿反時針，轉到約180°時，活塞在下止點時，燃爆-排氣缸處于排氣道和公共氣囊室之間；該缸處于關閉狀態；進氣-壓縮缸處于公共氣囊室和排氣道之間；該缸也處于關閉的狀態。圖觀，曲軸沿反時針，轉到約270°時，雙氣缸上口同時偏向左邊，燃爆-排氣缸與排氣道導通，進行排氣；進氣-壓縮缸與公共氣囊室導通導通，將吸進的空氣壓縮到公共氣
囊室內。上述周期過程中，特別從圖26和圖觀中可以看出，換缸配氣過程就是隨著氣缸的偏轉，圖26，(右側)進氣-壓縮缸將吸進的空氣壓縮到公共氣囊室內；也在此過程中，隨著氣缸的偏轉，圖26到圖觀，(左側)燃爆-排氣缸又與公共氣囊室導通導通，并在公共氣囊室內進行噴油(缸內直噴)并火花塞點火，由該缸來完成燃爆做功，隨氣缸偏轉將廢氣排出。3、氣缸蓋與雙氣缸體之間氣缸間隙液壓補償機構
見圖14和圖1，氣缸蓋頂部設有用于補償氣缸蓋與雙氣缸體之間間隙的柱塞式液壓活塞；見圖1，外缸蓋是套合安裝在氣缸蓋上的，外缸蓋上設有與柱塞式液壓活塞相配合的液壓氣缸；外缸蓋上設有液壓油道；液壓單向閥；
理想的氣缸蓋與雙氣缸體之間，在兩者相對運動時，始終能保持緊密結合狀態，并且， 氣缸蓋又不能對雙氣缸體的結合面產生過大的主動壓力，而產生偏轉阻力和過度磨損，反過來，當氣缸蓋受到氣缸燃爆時的強大反作用力時，氣缸蓋與雙氣缸體之間(不會分開)也能保持這種緊密結合狀態；即便在被磨損后，也能保持這種緊密結合狀態不變。氣缸間隙液壓補償方法能滿足上述要求
見圖29、圖30，氣缸間隙液壓補償機構的液控回路即氣缸間隙液壓補償機構(外缸蓋5 套合安裝在氣缸蓋4上)油泵104出口順次連接單向閥102和液壓缸101，油泵出口同時連接溢油閥103進口，溢油閥出口與油箱105連接，且溢油閥的閥芯彈簧力大于單向閥的閥芯彈簧力；上述液壓缸101設置在外缸蓋5上，液壓缸101的柱塞式液壓活塞IOla抵靠在氣缸蓋4上。圖30 (溢流閥和單向閥設置在外缸蓋內，經外缸蓋內的液壓油道連通)是圖 29的實例圖，圖中溢流閥103 (在溢流閥結構內部的閥心彈簧，下稱閥心彈簧)，設定溢流閥 103內閥心彈簧大于單向閥102內的閥心彈簧；當油泵104供油時，由于溢流閥103閥心彈簧大于單向閥102閥心彈簧，所以油路中，溢流閥處干關閉狀態，液壓油頂開單向閥內的閥心彈簧，正向導通，向氣缸蓋4上的液壓缸101內供油，當液壓缸101內注滿液壓油后，壓力上升，單向閥關閉鎖止，回路中液壓油頂開溢流閥內置閥心彈簧，使主閥心導通，此時，溢流閥導通，液壓油流回油箱105 ；如果液壓缸壓力下降時，液控回路會自動重復上述過程，保持液壓缸內壓力不變；回路中溢流閥主要起限壓作用，所以，氣缸蓋作用在雙氣缸體的壓力就等于氣缸蓋下垂重量加上溢流閥彈簧設定的壓力之和；又由于液壓缸內的液壓油不能被壓縮，因此它能承受來自氣缸燃爆時的強大反作用力；綜上可以看出，氣缸間隙液壓補償機構能夠滿足上述近似理想狀態的要求，使氣缸蓋與雙氣缸體之間始終能保持緊密結合狀態。氣缸間隙液壓補償機構的液控回路中，也可以采用先導式溢流閥。直動式溢流閥或先導式溢流閥以及單向閥，都是現有技術在本專利中的應用。4、動態偏轉氣缸體的水冷方式
(1)動態偏轉氣缸體用空心軟管連接的水冷工作方法
例如用帶有筋絲線為基材制作的橡膠或軟塑料材質的，具有一定耐油耐溫抗老化性質的空心軟管等，其水冷工作方法的特征是將空心軟管的一端與水箱連接，另一端連接到有一定擺動弧度的雙氣缸體上，利用軟管的柔韌性和賴柔性，并取足夠長度的軟管，選用適當形狀的軟管和適當的連接方法，由軟管將冷確液，從擺動中的雙氣缸體中導入和導出，達到對動態缸體冷確的目的。實際上來回偏轉的氣缸體對空心軟管來說，就是要求空心軟管在固定震弧的條件下長期工作。下面是以具體形狀的空心軟管和具體的連接方法，說明空心軟管連接的水冷工作方法的舉例
見圖12為雙氣缸體的剖視圖，圖中所示，氣缸體內部用于冷確液流動的水冷腔，是繞過缸體兩側缸體貫穿的，水冷腔的進口和出口設置在氣缸轉軸上；
圖31示出雙氣缸體軟管冷卻裝置轉軸33兩端上均固定有螺旋線型的導輪39，雙氣缸體3的冷卻腔的進口和出口上分別固定有一根導管310，空心軟管311—端經卡簧312固定在導管310上，另一端繞過轉軸33上的導輪39固定在雙氣缸體上，且另一端上有用作連接水箱的接頭38。雙氣缸體的氣缸轉軸33上設有螺旋線型的導輪39 (螺旋線型的導輪和圓型導輪均適用，只是前者更接近軟管自然彎曲程度)，如圖所示，螺旋線型的導輪的起端處，安裝有一個與氣缸水冷腔出口(或進口)相連的導管310，空心軟管311的一頭接在導輪起端處的導管上，并用卡簧312將軟管卡緊；空心軟管如圖31所示形狀繞在螺旋線型的導輪39的凹槽上；空心軟管的另一端上有接頭38 (接頭固定在缸體上，以連接水箱)；在雙氣缸體上氣缸轉軸另一端，也依同樣方法連接另一根軟管。這樣就形成了雙氣缸體的水冷進出回路。圖32、圖33、圖34、圖35，是雙氣缸體偏轉一個周期過程，空心軟管繞在螺旋線型的導輪上工作時，空心軟管的卷曲松弛變化情況的連續視圖，其中圖32和圖34時空心軟管處于原始狀態；圖33氣缸向一側偏轉時，軟管為松弛狀態；圖35氣缸向另一側偏轉時， 軟管為卷曲狀態。隨發動機持續轉動，水冷軟管就在持續松弛與卷曲之間的固定震弧下工作。圖中可以看出，螺旋線型的導輪主要作用是，減緩空心軟管在動態中卷曲松弛的彎曲度。用空心軟管連接動態偏轉氣缸體的水冷工作方法很多，只要軟管長度足夠長，選用適當材料、形狀的軟管和適當的連接方法，就能使軟管在來回偏轉中超長時間工作，達到對動態缸體冷確的目的。(2)動態偏轉氣缸體用螺旋線形狀空心硬管連接的水冷工作方法
采用相對的硬質材料的空心管，例如塑料中可塑性較大的PI3R材料管，或具有極大彈性模量的金屬彈簧材料等等；我們知道，在材料彈性范圍內，材料在長度方向上的彈性變形是與該材料的長度成正比，也就是同一材料，如果長度越長，其可變形的量也越大；利用此性質，將硬質材料的空心管截面做成扁或扁圓形的，便于彎曲，盡可能使材料內部各處應變力驅于一致，并將硬管在長度方向制作成螺旋線形狀，用足夠長度硬管盤成數圈后，將圈外一端連接到機體固定點上，將圈內一端連接到氣缸轉軸的冷卻腔進口或出口上，當氣缸轉軸來回偏轉時，將硬管的變形應力分散到各圈的擴張和收縮變形中，使螺旋線形狀的硬管變形量保持在材料的彈性范圍內，由硬管將冷確液，從擺動中的雙氣缸體中導入和導出，達到對動態缸體冷確的目的。圖36圖37示出雙氣缸體硬管冷卻裝置雙氣缸體3的冷卻腔的進口和出口分別焊接有一根空心硬管313，空心硬管呈螺旋狀盤繞在轉軸33上，空心硬管內端經固定島315 固定在轉軸上，空心硬管外端有用作連接水箱的固定盤316，固定盤經螺栓固定在雙氣缸體上。圖36是由硬質材料的螺旋線形狀水冷管與氣缸的配合，圖37是圖36的放大細部圖，其中，螺旋線空心水冷管(即空心硬管313)的螺旋圈向外旋轉的一端設置有螺旋管的固定盤316，用螺栓將螺旋管的固定盤固定在機體座314 (即機架)上(也表示該處與水箱連接)；螺旋線空心水冷管的螺旋圈向內旋轉的一端，被纏繞并焊接在氣缸轉軸33上與氣缸上的水冷腔37導通，參見圖38，兩根螺旋線水冷管纏繞并焊接在氣缸轉軸上水冷腔的進口和出口上；在螺旋線空心水冷管的螺旋圈向內方向旋轉的一端附近設有螺旋線固定島315， 固定島鎖住螺旋線空心水冷管的兩側并將其固定在轉軸上，一側可防止螺旋圈纏繞氣缸轉軸的焊接處被動力沖擊，另一側可使螺旋線空心管能自由的隨氣缸偏轉產生松弛和張緊如同在盤形螺旋彈簧狀中擺動，其松弛和張緊的擺動過程，見螺旋線空心硬質材料管隨氣缸偏轉擺動一個周期工作示意圖39、圖40、圖41、圖42。對動態偏轉氣缸體，用螺旋線形狀空心硬管連接的水冷工作方法的可行性，是因為，偏轉氣缸的來回偏轉角度是固定不變，也就是氣缸轉軸的偏轉角度是不變的；圓周上同一轉角所對應的弧長跟圓半徑有關，也就是螺旋線固定島越靠近軸心固定島處的擺弧就越小；在圖39和圖41中，活塞分別處于上止點和下止點位置，螺旋線空心水冷管都處于材料無變形的自然原始狀態，圖40氣缸向一側最大偏轉，圖42氣缸向另一側最大偏轉；(在本例中的曲軸與氣缸之間的比例情況下，氣缸向一側的最大偏轉角約15°，并且，固定島距軸圓心較近)由此可見，固定島夾持水冷管從中心位置向兩側偏轉位移的擺弧很小，使硬質材料空心管的變形能夠保在材料的彈性范圍內，因此，對動態偏轉氣缸體，用螺旋線形狀空心硬管連接的水冷工作方法是可行的。5、活塞式四沖程換缸配氣發動機的形式
以上敘述的僅僅是活塞式四沖程換缸配氣發動機，由兩個氣缸組成的基本工作單元， 用換缸配氣發動機的基本工作單元的不同組合，可以制造出，如圖43直列四缸活塞式四沖程換缸配氣發動機；如圖44V型八缸活塞式四沖程換缸配氣發動機等等。
權利要求
1.一種活塞式四沖程換缸配氣發動機，包括，氣缸體，設置在氣缸體內的活塞連桿，與連桿聯接的曲軸(1)，其特征是，所述氣缸體為帶有轉軸的雙氣缸體(3):左、右氣缸豎直并列設置，轉軸(33) —體化設置在左、右氣缸中部位置，轉軸(33)可轉動地安裝在機架上；雙氣缸體頂部為半圓面或半球面，且該半圓的圓心或該半球的球心位于轉軸(33)的軸線上， 雙氣缸體頂部有進氣缸口(32)和排氣缸口(31)；固定在機架上的氣缸蓋(4)與雙氣缸體 (3)頂部滑動配合，氣缸蓋(4)上有進氣道口(4 )和排氣道口(43a)以及公共氣囊室氣口 (4 )，氣缸蓋頂部的公共氣囊室(44)上設置有從外向內伸入的火花塞(6)和用于缸內直噴燃油的電控噴嘴(7);所述活塞連桿為雙活塞雙桿連桿由兩個活塞、雙桿連桿桿身(211)以及連桿蓋(212) 順次連接組成，且連桿蓋與雙桿連桿桿身之間形成曲軸安裝孔；當活塞位于上止點或下止點時，雙氣缸體(3)頂部的排氣缸口(31)位于氣缸蓋(4)上的排氣道口(43a)與公共氣囊室氣口(44a)之間，雙氣缸體頂部的進氣缸口(32)位于氣缸蓋(4)上的進氣道口(42a)與公共氣囊室氣口(44a)之間。
2.根據權利要求1所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，所述雙活塞雙桿連桿結構為每個活塞(210)兩側具有伸長的滑道(210a)、兩側滑道的截面圓半徑等于活塞半徑，每個滑道內側有凹槽(210b)，每個活塞上有活塞軸孔(210c)、每個連桿桿身兩側分別設有用作與活塞滑道的凹槽(210b)相配合的凸棱(211a)，每個連桿桿身上有連桿小頭軸孔(211b)，雙桿連桿桿身上的凸棱插入兩個活塞上的對應凹槽內，兩個活塞軸(215) 分別插入對應的活塞軸孔和連桿小頭軸孔中形成固定連接，連桿蓋(212)經螺栓(213)固定在雙桿連桿桿身(211)上。
3.根據權利要求1所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，所述雙活塞雙桿連桿結構為每個活塞上有雙活塞軸孔(220a)，雙桿連桿桿身(221)中每個連桿桿身兩側固定設置有滑道，兩側滑道的截面圓半徑等于活塞半徑，雙桿連桿桿身插入兩個活塞內，活塞軸(222)插入到對齊的雙活塞軸孔和雙桿連桿桿身的小頭雙軸孔形成固定連接，連桿蓋經螺栓固定在雙桿連桿桿身上。
4.根據權利要求1或2或3所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，所述氣缸蓋(4)上的進氣道口(4 )、排氣道口(43a)以及公共氣囊室氣口(44a)均為鼠籠式開口。
5.根據權利要求1或2或3所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，所述氣缸蓋(4)與雙氣缸體(3)之間襯有半瓦(35)，所述雙桿連桿桿身的曲軸安裝孔內設置有軸半瓦(214)；所述雙氣缸體(3)的缸體內均襯有氣缸套(34)。
6.根據權利要求1或2或3所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，所述雙活塞雙桿連桿內設置有導油槽；所述雙氣缸體(3)內設置有繞過左、右氣缸的冷卻腔(37)，且冷卻腔的進口和出口分別設置在轉軸(33 )的兩端上。
7.根據權利要求6所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，還具有外缸蓋 (5)，外缸蓋(5)套合安裝在氣缸蓋(4)上；還具有氣缸間隙液壓補償機構油泵(104)出口順次連接單向閥(102)和液壓缸(101 )，油泵出口同時連接溢油閥(103)進口，溢油閥出口與油箱(105)連接，且溢油閥的閥芯彈簧力大于單向閥的閥芯彈簧力；上述液壓缸(101)設置在外缸蓋(5)上，液壓缸(101)的柱塞式液壓活塞(IOla)抵靠在氣缸蓋(4)上。
8.根據權利要求6所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，還具有雙氣缸體軟管冷卻裝置轉軸(33)兩端上均固定有螺旋線型的導輪(39)，雙氣缸體(3)的冷卻腔的進口和出口上分別固定有一根導管(310)，空心軟管(311)—端經卡簧(312)固定在導管 (310)上，另一端繞過轉軸(33)上的導輪(39)固定在雙氣缸體上，且另一端上有用作連接水箱的接頭(38)。
9.根據權利要求6所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機，其特征是，還具有雙氣缸體硬管冷卻裝置雙氣缸體(3)的冷卻腔的進口和出口分別焊接有一根空心硬管(313)，空心硬管呈螺旋狀盤繞在轉軸(33)上，空心硬管內端經固定島(315)固定在轉軸上，空心硬管外端有用作連接水箱的固定盤(316)，固定盤經螺栓固定在雙氣缸體上。
10.一種如權利要求1所述的活塞式四沖程換缸配氣發動機在直列四缸活塞式四沖程換拉缸配氣發動機以及V型八缸活塞式四沖程換拉缸配氣發動機中的應用。
全文摘要
一種活塞式四沖程換缸配氣發動機，主要由曲軸、雙活塞雙桿連桿、帶有轉軸的雙氣缸體以及氣缸蓋裝配組成。轉軸位于雙氣缸體中左、右氣缸體中部，雙氣缸體頂部為半圓形或半球形，雙氣缸體頂部與氣缸蓋形成滑動配合。雙活塞雙桿連桿在雙氣缸中移動，使雙氣缸體繞氣缸轉軸發生來回偏轉，與氣缸蓋的進、排氣道口和中間的公共氣囊室氣口之間以掃過方式自然形成掃氣閥，并以換缸方式完成活塞式發動機的配氣。與現有技術相比，本發明的優勢是大幅提高發動機實際輸出功率，大幅降低發動機制造成本，并降低發動機重心，達到增效節能減排的效果。
文檔編號F02F1/24GK102425496SQ20111036707
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者劉若丹 申請人:劉若丹