[发明专利]一种对置活塞对置气缸自由活塞式发动机的进气系统

说明书

技术领域

本发明涉及自由活塞式发动机，具体来说是涉及一种对置活塞对置气缸自由活塞式发动机的进气系统。

背景技术

一般来说，内燃机的活塞运动方式是机械固定的。例如，传统的车用内燃机包含有一个曲轴和数个连杆组件，这样的结构决定了每个活塞在各自气缸内的机械运作方式。此类发动机的活塞运动是所期望达到的运动方式，因为活塞在发动机循环的每个节点的位置都是确定的，这样就简化了发动机的定时和运作。近年来，尽管这种传统类型的发动机效率有了很大的提高，但受限于发动机本身固有的特性，其效率仍受到了限制。具体说，就是因为固定的机械结构固定了活塞运动方式，从而固定了压缩比。另外，所有与活塞运动直接相关的运动件（也包括凸轮轴和气门）产生了很大的摩擦，这需要消耗发动机本身发出的能量去克服这些摩擦。因此，导致发动机的功率密度较低，也即意味着发动机比设想的要更大、更重。同时，因为必须采用机械连接，也限制了发动机设计和布置的灵活性。

一些含有曲轴类型的发动机为了提高发动机效率运用了两冲程的结构设计。发动机效率是通过高进气压力来提高的，因此也提高了每个气缸的进气量。在这种传统两冲程发动机中，活塞的背面朝向曲轴箱，有时也作为扫气泵使用。然而进气压力的显著提高，同样伴随着非均匀气门正时、复杂结构、和/或扫气效率和捕集效率损失的产生（例如，从排气门流失的新鲜空气）。

出于环保和其它各方面的原因，期望设计一个比传统发动机拥有更高能量密度的发动机。更轻的重量、更小的体积和更好的燃油效率在车辆和固定电站的应用中都会优势明显。

另一种内燃机是一种自由活塞发动机。这种发动机活塞在气缸内的运动并不是机械固定不变的。活塞的运动是通过每个时间点作用在其上力的平衡来进行控制的。既然活塞的运动不是固定的，那么发动机的压缩比就是可变的，这也就使得在发动机运转参数的设计上有了更大的灵活性。同时，既然发动机内没有传统意义上的曲轴和连杆，就不会产生活塞侧向力，那么在发动机运转时产生的摩擦力自然就会更小。

因为其固有的平衡性的运转和结构紧凑等特点，自由活塞式发动机的对置活塞对置气缸布置更显优势。这种发动机更适用于两冲程燃烧循环——特别是均质混合气压燃（HCCI）类型的燃烧，HCCI燃烧可以充分利用其可变压缩比带来的优势，同时也提高了发动机的能量密度、降低了排放和油耗。但是因为比传统发动机更高的空燃比就需要发动机的每个冲程更大的最大进气量。此外为了避免新鲜空气和燃料从排气口流失还需要达到较高的捕集效率。这种高进气量能力是可取的，同时在保持较高扫气效率、捕集效率和功率密度的情况下发动机结构会相对更紧凑重量也更轻。

中国专利CN102182589A公开了一种发动机进气系统。该发动机进气系统包括涡轮增压器、发动机进气口,还包括空气放大器,所述空气放大器的低压进气口与所述涡轮增压器的压气机的出气口连通,所述空气放大器的出气口与所述发动机进气口连通;所述空气放大器的高压进气口与高压气源连通。在发动机启动或车辆加速时,该发动机进气系统具有较快的进气速度。本发明也运用到了涡轮增压器来改善发动机进气，但与本申请的发动机进气结构存在较大的区别，与本申请用于自由活塞式发动机的运用领域也不同。

中国专利CN1696480A公开了一种V型发动机的进气系统。该系统有一个稳压罐,当进气系统连接到V型发动机,其内部空间分为一个顶部和一个底部,多个进气管连通稳压罐和V型发动机的进气口时,稳压罐布置在比V型发动机的气缸盖要高的位置,其中,与V型发动机的一个气缸列连通的进气管连接到稳压罐的顶部,与另一个气缸列连通的进气管连接到稳压罐的底部,这样形成稳压罐,使得当进气系统装配到安装在车辆上的V型发动机时,顶部的前端与底部的前端相比较而言更靠近车辆的后侧,从而能够有效地降低发动机罩的高度。此专利属于主要用于V型发动机领域，与本申请运用的自由活塞式发动机领域存在差别，其所要解决的技术问题与本申请所要解决的技术问题也存在较大的差别。

发明内容

针对现有的自由活塞式发动机存在的上述问题，本发明提供一种能有效改善发动机进气的对置活塞对置气缸自由活塞式发动机的进气系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：