技术领域
[0001] 本实用新型涉及发动机领域。
背景技术
[0002] 传统的二冲程发动机，活塞与
气缸内壁滑动密封连接，为了保持活塞与气缸间的相对运动，需要使用机油对活塞和气缸进行润滑。这样做虽然起到了润滑效果，但是，在二冲程发动机的气道设置在气缸
侧壁的结构中，机油会随气流进入
燃烧室，在燃烧室中的机油燃烧不充分，由于机油燃烧的不充分使二冲程发动机的排放性能降低，产生过多的有害排放物，污染环境，或者机油会直接进入排气道，随发动机废气排入大气，造成的环境污染更严重。而传统的
四冲程发动机，由于进、排气
门都设置在气缸盖上，无论是采用多气门技术还是采用传统的单气门技术，进、排气门的大小都受到气缸截面积的限制，进而影响进、排气门的进、排气面积，使得进、排气效率低。为了解决上述传统二冲程发动机和四冲程发动机的缺点，急需
发明一种新型的发动机。实用新型内容
[0003] 为了克服上述
缺陷，本实用新型公开了一种直角配气悬浮活塞发动机。本实用新型的目的是这样实现的：
[0004] 一种直角配气悬浮活塞发动机，包括气缸和活塞，所述活塞全部或部分设置在所述气缸内，在与所述活塞的活塞
上止点对应的所述气缸上的气缸上止点和与所述活塞的活塞
下止点对应的所述气缸上的气缸下止点之间的全部行程范围内或部分行程范围内所述活塞与所述气缸悬浮设置或准悬浮设置，在与所述活塞具有悬浮设置或准悬浮设置关系的所述气缸构成区域的侧壁上设一个或多个下侧壁配气道，在每个所述下侧壁配气道内的所述气缸的侧壁上设一个或多个下侧壁配气座口，在每个所述下侧壁配气座口处设下侧壁配气
阀体，所述下侧壁配气
阀体受下侧壁配气阀体正时控制机构控制按正时关系将所述下侧壁配气座口打开或关闭。
[0005] 在所述气缸上的气缸上止点处或在所述气缸上止点附近的所述气缸的侧壁上设一个或多个上侧壁配气道，在每个所述上侧壁配气道内的所述气缸的侧壁上设一个或多个上侧壁配气座口，在每个所述上侧壁配气座口处设上侧壁配气阀体，所述上侧壁配气阀体受上侧壁配气阀体正时控制机构控制按正时关系将所述上侧壁配气座口打开或关闭；当所述直角配气悬浮活塞发动机设有气缸盖时，和/或在所述气缸盖上设一个或多个缸盖配气道，在每个所述缸盖配气道内的所述气缸盖的构成区域上设一个或多个缸盖配气座口，每个所述缸盖配气座口处设缸盖配气阀体，所述缸盖配气阀体受缸盖配气阀体正时控制机构控制按正时关系将所述缸盖配气座口打开或关闭。
[0006] 所述活塞设为由活塞悬浮段、活塞密封段和活塞动
力段构成，所述活塞悬浮段与所述气缸悬浮设置或准悬浮设置，所述活塞密封段与所述气缸密封滑动
接触，所述活塞动力段经
连杆与发动机
曲轴连接；或所述气缸设为由气缸悬浮段和气缸密封段构成，所述气缸悬浮段与所述活塞悬浮设置或准悬浮设置，所述气缸密封段与所述活塞密封滑动接触。
[0007] 所述直角配气悬浮活塞发动机设为二冲程发动机，所述下侧壁配气道设在与所述活塞具有悬浮设置或准悬浮设置关系的所述气缸构成区域的下方侧壁上；或者所述直角配气悬浮活塞发动机设为四冲程发动机，所述下侧壁配气道设在所述气缸上止点处或设在所述气缸上止点附近的侧壁上。
[0008] 在与所述活塞具有悬浮设置或准悬浮设置关系的所述气缸构成区域下端的侧壁上设一个或多个缸体气体通道，所述缸体气体通道与有压气体源连通或经正时
控制阀与有压气体源连通。
[0009] 所述下侧壁配气道设为进气道，所述上侧壁配气道和/或所述缸盖配气道设为排气道；或者所述下侧壁配气道设为排气道，所述上侧壁配气道和/或所述缸盖配气道设为进气道。
[0010] 当所述下侧壁配气道设为进气道，所述上侧壁配气道和/或所述缸盖配气道设为排气道时，在所述下侧壁配气道内设压气
涡轮，在所述上侧壁配气道和/或所述缸盖配气道内设排气
动力涡轮；或当所述下侧壁配气道设为排气道，所述上侧壁配气道和/或所述缸盖配气道设为进气道时，在所述下侧壁配气道内设排
气动力涡轮，在所述上侧壁配气道和/或所述缸盖配气道内设压气涡轮。
[0011] 所述直角配气悬浮活塞发动机为二冲程发动机，所述下侧壁配气道位于与所述活塞具有悬浮设置或准悬浮设置关系的所述气缸构成区域的下方侧壁上，所述下侧壁配气道设为排气道，所述上侧壁配气道和/或所述缸盖配气道设为进气道时，在作功冲程中，当所述活塞行至距活塞下止点S距离时，所述下侧壁配气阀体受所述下侧壁配气阀体正时控制机构控制将所述下侧壁配气座口打开进行扫气，当所述活塞达到所述活塞下止点后并远离所述活塞下止点达到大于或等于所述S距离时，所述下侧壁配气阀体受所述下侧壁配气阀体正时控制机构控制将所述下侧壁配气座口关闭，实现一种工质作功膨胀容积大于或等于进气容积的发动机。
[0012] 所述直角配气悬浮活塞发动机还包括正时控制机构调节装置，所述正时控制机构调节装置按发动机工况要求调节所述下侧壁配气阀体正时控制机构、所述上侧壁配气阀体正时控制机构和/或所述缸盖配气阀体正时控制机构，从而构成能够满足不同工况下对吸气容积和膨胀容积/作功容积的要求。
[0013] 所述气缸上不设气缸盖，两个所述气缸对接设置，在两个所述活塞之间形成燃烧室，在所述燃烧室区域内的所述气缸的侧壁上设有一个或多个所述上侧壁配气道，在与两个所述活塞分别具有悬浮设置或准悬浮设置关系的所述气缸构成区域的侧壁上分别设一个或多个下侧壁配气道。
[0014] 本实用新型所谓的正时控制机构调节装置是指具有调节正时关系功能的装置，如
现有技术的VVT-i装置等，实现一种工质作功膨胀容积和进气容积可调的不等冲程发动机，在平稳运行时，工质的作功膨胀容积大于进气容积，工质作功更彻底，节能环保；当需要高功率输出时，工质的作功膨胀容积等于进气容积，满足瞬时高功率的要求。
[0015] 本实用新型所谓的S距离是指
活塞行程范围内的任一距离，即S距离小于活塞的行程。本实用新型所谓的不等冲程发动机是指作功冲程中的活塞行程大于
进气冲程中的活塞行程的发动机，实现了工质的作功膨胀容积大于进气容积，使工质作功更彻底，具体运行过程可以参照米勒循环发动机。
[0016] 本实用新型中的下侧壁配气阀体正时控制机构、上侧壁配气阀体正时控制机构和缸盖配气阀体正时控制机构可以设为机械式、电磁式或液压式控制机构，如将所述下侧壁配气阀体正时控制机构设为由
凸轮和
弹簧构成的机械式控制机构，将所述上侧壁配气阀体正时控制机构设为由凸轮和弹簧构成的机械式控制机构，将所述缸盖配气阀体正时控制机构设为由凸轮和弹簧构成的机械式控制机构。本实用新型所述正时控制阀也可以设为机械式、电磁式或液压式控制阀，如正时
电磁阀。本实用新型所述正时控制机构调节装置也可以设为机械式、电磁式或液压式控制阀。
[0017] 本实用新型中的下侧壁配气道可以设为进气道，在下侧壁配气道内设或不设压气涡轮；也可以设为排气道，在下侧壁配气道内设或不设排气动力涡轮。相应的，本实用新型中的上侧壁配气道可以设为排气道，在上侧壁配气道内设或不设排气动力涡轮；也可以设为进气道，在上侧壁配气道内或不设压气涡轮。
[0018] 本实用新型所述的悬浮设置是指气缸与活塞之间既不发生接触又维持相当小的间隙。所谓准悬浮设置是指活塞和气缸之间处于接触与非接触的
临界状态。本实用新型中所谓的有压气源可以是有压氮气源、有压
水蒸气源或发动机产生的有压废气源。本实用新型中有压气源受正时控制装置控制，在发动机压缩冲程开始至
做功冲程结束向发动机活塞的外表面和气缸的内表面形成的空隙内充入有压气体，使有压气体占据该空隙，而使新鲜空气无法进入上述空隙，减少有害气体(如氮
氧化物)的产生。另外，有压气体在从缸体气体通道进入到发动机活塞的外表面和气缸的内表面形成的空隙的过程中，可以把缸体气体通道附近的气缸和活塞的热量重新
泵到气缸和活塞的上部以及燃烧室内，在对气缸和活塞密封滑动导向部位起到冷却作用的同时，提高了热量的利用效率，而不像传统发动机那样，为了冷却相互运动的部件将多余的热量强制散发到大气中而白白浪费
能源。而且，因为有压气体的占位作用，新鲜空气不会被
挤压入上述空隙，燃烧室的体积不会受上述空隙的大小影响而相对保持不变，同时由于有压气体充入上述空隙内，起到了增加燃烧室气体
质量的作用，不但不会影响发动机的做功能力，反而会增强发动机的做功能力。最后，在进气和
排气冲程的过程中，缸体气体通道处于断开状态，与传统发动机相比，有压气体对进排气没有影响。
[0019] 本实用新型有以下积极有益的效果：
[0020] 1、本实用新型中采用的悬浮活塞的非接触悬浮设置活塞段与气缸内壁不接触，无需使用机油对该非接触悬浮设置活塞段进行润滑，由于气缸侧面设置的气
阀座口的
位置在活塞的密封段上面，可以避免机油被刮入气道，从而避免了被刮入气道内的机油进入燃烧室或直接排入大气中，减少了环境污染，提高了发动机寿命。
[0021] 2、由于设置在气缸盖上的气阀只起到进气或排气的作用，增大了进气或者排气的面积，提高了进气或者排气的效率，进而提高了发动机的效率。
[0022] 3、由于有压气体的占位作用--即占有了气缸内壁与活塞外壁形成的空隙，即使在高温高压下，该空隙内也不产生氮氧化物，环保性能好。
[0023] 4、有压气体在从缸体气体通道进入到发动机活塞的外表面和气缸的内表面形成的空隙的过程中，可以把缸体气体通道附近气缸和活塞的热量重新泵到气缸和活塞的上部以及燃烧室内，提高了热量的利用效率。
[0024] 5、由于活塞的密封段远离燃烧室，从而大大延长了发动机机油的使用寿命，降低了发动机使用和维护的成本。
[0025] 6、由于活塞的密封段远离燃烧室，使活塞的润滑性能更好，从而可提高活塞和气缸的
工作温度，进而大幅度提高了发动机的热效率。
[0026] 7、发动机气缸上可以仅设置上下侧壁配气道，从而省略了气缸盖上复杂的配气道结构，结构简单，降低了气缸盖的制造成本，同时由于仅设有上下侧壁配气道，配气阀体、配气阀体正时控制机构等相关的配气结构就可以在发动机的两侧水平配置，从而可以有效利用发动机两侧的闲置空间，从而大大降低了发动机的高度方向上的尺寸，而降低发动机高度方向的尺寸，在
汽车、
工程机械等发动机的应用中具有巨大的好处。
附图说明
[0027] 图1是本实用新型的
实施例1的结构示意图；
[0028] 图2是本实用新型的实施例2的结构示意图；
[0029] 图3是本实用新型的实施例3的结构示意图；
[0030] 图4是本实用新型的实施例4的结构示意图；
[0031] 图5是本实用新型的实施例5的结构示意图；
[0032] 图6是本实用新型的实施例6的结构示意图；
[0033] 图7是本实用新型的实施例7的结构示意图；
[0034] 图8是本实用新型的实施例8的结构示意图；
[0035] 图9是本实用新型的实施例9的结构示意图；
[0036] 图10是本实用新型的实施例10的结构示意图；
[0037] 图11是本实用新型的实施例11的结构示意图。
[0038] 附图编号
[0039] 1.气缸 2.活塞 3.气缸盖
[0040] 121.上止点 122.下止点 4.下侧壁配气座口[0041] 5.下侧壁配气阀体 6.下侧壁配气阀体正时控制机构[0042] 21.活塞悬浮段 22.活塞密封段 23.活塞动力段
[0043] 11.气缸悬浮段 12.气缸密封段 401.上侧壁配气座口[0044] 501.上侧壁配气阀体 601.上侧壁配气阀体正时控制机构[0045] 402.内开上侧壁配气座口 502.内开上侧壁配气阀体
[0046] 7.缸体气体通道 8.正时控制阀 9.有压气体源
[0047] 61.凸轮 62.弹簧 5001.下侧壁配气道
[0048] 6001.上侧壁配气道 71.压气涡轮 72.排气动力涡轮[0049] 6002.缸盖配气道 402.缸盖配气座口 502.缸盖配气座口[0050] 602.缸盖配气阀体正时控制机构 10.正时控制机构调节装置具体实施方式
[0051] 实施例1
[0052] 如图1所示的直角配气悬浮活塞发动机，包括气缸1和活塞2，活塞2全部或部分设置在气缸1内，在与活塞2的活塞上止点对应的气缸1上的气缸上止点121和与活塞2的活塞下止点对应的气缸1上的气缸下止点122之间的全部行程范围内或部分行程范围内活塞2与气缸1悬浮设置或准悬浮设置，在与活塞2具有悬浮设置或准悬浮设置关系的气缸1构成区域的侧壁上设一个下侧壁配气道5001，在每个下侧壁配气道5001内的气缸1的侧壁上设一个下侧壁配气座口4，在每个下侧壁配气座口4处设下侧壁配气阀体5，下侧壁配气阀体5受一个下侧壁配气阀体正时控制机构6控制按正时关系将下侧壁配气座口4打开或关闭；在气缸盖3上设有一个缸盖配气道6002，每个缸盖配气道6002内的缸盖构成区域上设一个缸盖配气座口402，每个缸盖配气座口402处设缸盖配气阀体502，缸盖配气阀体502受一个缸盖配气阀体正时控制机构602控制按正时关系将缸盖配气座口402打开或关闭；下侧壁配气阀体5和缸盖配气阀体502为均为内开式；活塞2设为由活塞悬浮段21、活塞密封段22和活塞动力段23构成，活塞悬浮段21与气缸1悬浮设置或准悬浮设置，活塞密封段22与气缸1密封滑动接触，活塞动力段23经连杆与发动机曲轴连接；该发动机为二冲程发动机，下侧壁配气道5001位于与活塞2具有悬浮设置或准悬浮设置关系的气缸1构成区域的下方侧壁上；下侧壁配气道5001设为进气道，上侧壁配气道6001和/或缸盖配气道6002设为排气道。
[0053] 本实用新型中采用的悬浮活塞的非接触悬浮设置活塞段与气缸内壁不接触，无需使用机油对该非接触悬浮设置活塞段进行润滑，由于气缸侧面设置的气阀座口的位置在活塞的密封段上面，可以避免机油被刮入气道，从而避免了被刮入气道内的机油进入燃烧室或直接排入大气中，减少了环境污染，提高了发动机寿命。由于活塞的密封段远离燃烧室，从而大大延长了发动机机油的使用寿命，降低了发动机使用和维护的成本。由于活塞的密封段远离燃烧室，使活塞的润滑性能更好，从而可提高活塞和气缸的工作温度，进而大幅度提高了发动机的热效率。由于设置在气缸盖上的气阀只起到进气或排气的作用，增大了进气或者排气的面积，提高了进气或者排气的效率，进而提高了发动机的效率。
[0054] 实施例2
[0055] 如图2所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例1的区别是，直角配气悬浮活塞发动机为四冲程发动机，下侧壁配气道5001位于与活塞2具有悬浮设置或准悬浮设置关系的气缸1构成区域的气缸上止点121处或气缸上止点121附近的侧壁上。
[0056] 实施例3
[0057] 如图3所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例1的区别是，活塞2设为一体式结构，气缸1设为由气缸悬浮段11和气缸密封段12构成，气缸悬浮段11与活塞2悬浮设置或准悬浮设置，气缸密封段12与活塞2密封滑动接触。
[0058] 实施例4
[0059] 如图4所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例3的区别是，缸盖配气阀体502为内开式缸盖配气阀体。
[0060] 实施例5
[0061] 如图5所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例3的区别是，在活塞2具有悬浮设置或准悬浮设置关系的气缸1构成区域下端的侧壁上设一个缸体气体通道7，缸体气体通道7与有压气体源9连通或经正时控制阀8与有压气体源9连通。有压气体由有压气体源9流出，经过缸体气体通道7通入气缸内壁与活塞外壁形成的空隙。
[0062] 由于有压气体的占位作用--即占有了气缸内壁与活塞外壁形成的空隙，即使在高温高压下，该空隙内也不产生氮氧化物，环保性能好。同时，有压气体在从缸体气体通道进入到发动机活塞的外表面和气缸的内表面形成的空隙的过程中，可以把缸体气体通道附近气缸和活塞的热量重新泵到气缸和活塞的上部以及燃烧室内，提高了热量的利用效率。
[0063] 实施例6
[0064] 如图6所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例1的区别是，在下侧壁配气道5001内设压气涡轮71，在缸盖配气道6002内设排气动力涡轮72。
[0065] 实施例7
[0066] 如图7所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例1的区别是，下侧壁配气道5001设为排气道，缸盖配气道6002设为进气道时，在下侧壁配气道5001内设排气动力涡轮
72，在缸盖配气道6002内设压气涡轮71。
[0067] 实施例8
[0068] 如图8所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例1的区别是，还包括正时控制机构调节装置10，正时控制机构调节装置10按发动机工况要求调节下侧壁配气阀体正时控制机构6)上侧壁配气阀体正时控制机构601和/或缸盖配气阀体正时控制机构602，从而构成能够满足不同工况下对吸气容积和膨胀容积(作功容积)的要求；在作功冲程中，当活塞2行至距活塞下止点S距离时，下侧壁配气阀体5受下侧壁配气阀体正时控制机构6控制将下侧壁配气座口4打开进行扫气，当活塞2达到活塞下止点后并远离活塞下止点达到大于S距离时，下侧壁配气阀体5受下侧壁配气阀体正时控制机构6控制将下侧壁配气座口4关闭，实现一种工质作功膨胀容积大于进气容积的不等冲程发动机。
[0069] 实施例9
[0070] 如图9所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例1的区别是，气缸盖与气缸设为一体式结构，在气缸盖上不设缸盖配气道，在气缸上止点121处或在气缸上止点121附近的气缸1的侧壁上设一个上侧壁配气道6001，在气缸1的高度方向上上侧壁配气道6001位于下侧壁配气道5001的上方或者与下侧壁配气道5001水平设置，每个上侧壁配气道6001内的所述气缸(1)的侧壁上设一个上侧壁配气座口401，每个上侧壁配气座口401处设上侧壁配气阀体501，上侧壁配气阀体501受一个上侧壁配气阀体正时控制机构601控制按正时关系将上侧壁配气座口401打开或关闭。
[0071] 实施例10
[0072] 如图10所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例9的区别是，直角配气悬浮活塞发动机为四冲程发动机，下侧壁配气道5001位于与活塞2具有悬浮设置或准悬浮设置关系的气缸1构成区域的气缸上止点121处或气缸上止点121附近的侧壁上。
[0073] 由于发动机气缸上仅设置上下侧壁配气道，从而省略了气缸盖上复杂的配气道结构，结构简单，降低了气缸盖的制造成本，同时由于仅设有上下侧壁配气道，配气阀体、配气阀体正时控制机构等相关的配气结构就可以在发动机的两侧水平配置，从而可以有效利用发动机两侧的闲置空间，从而大大降低了发动机的高度方向上的尺寸，而降低发动机高度方向的尺寸，在汽车、工程机械等发动机的应用中具有巨大的好处。
[0074] 实施例11
[0075] 如图10所示的直角配气悬浮活塞发动机，其与实施例9的区别是气缸1上不设气缸盖，两个气缸1对接设置，在两个活塞2之间形成燃烧室，在燃烧室区域内的气缸1的侧壁上设有一个上侧壁配气道6001，在与两个活塞2分别具有悬浮设置或准悬浮设置关系的气缸1构成区域的侧壁上分别设一个下侧壁配气道5001。
