機械理想內燃發動機的製作方法
2023-10-22 07:21:02 1
專利名稱：機械理想內燃發動機的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種內燃發動機，特別是一種機械理想內燃發動機。
背景技術：
所謂機械理想是指，完成內燃機熱力循環的機械效率ηhm最高，且恆等於1，即ηhm≡1(其中不計往復動力部件的機械磨擦，作為理論研究這是被允許的)。也就是說，機械理想發動機的熱力循環的完成無需傳動機構，並且其熱力循環的機械效率最高，高於其他所有傳統內燃發動機。機械效率最高——這在動力機械工業是個十分誘人的技術指標。這裡「無需傳動機構」是指熱力循環的完成不需傳動機構，但是發動機的動力輸出還是要由傳動機構來完成的。
無需傳動機構就能完成熱力循環已有的內燃機有內燃打樁機和自由活塞發氣機。如果不計往復動力部件的機械磨擦(理論研究是被允許的)，那麼，內燃打樁機和自由活塞發氣機的熱力循環機械效率ηhm就最高，且ηhm≡1。
但是，內燃打樁機不能均勻輸出動力，自由活塞發氣機只能輸出熱力燃氣不能直接輸出機械動力，所以，打樁機和自由活塞發氣機都只能是特殊類型內燃機，不能作為通用動力內燃發動機。
發明內容
本發明的目的是提供一種機械理想內燃機，用於通用動力的發動機，顯著提高機械效率。
本發明的目的是通過如下技術方案之一實現的它包括氣缸體、活塞和曲軸，其特徵是兩個或四個或八個背置剛性連接的氣缸體內分別組裝固定的活塞，兩個或四個或八個剛性連接的缸體通過滑塊連接曲軸。
本發明的目的是通過如下技術方案之二實現的它包括氣缸體、活塞和曲軸，其特徵是兩個或四個或八個對置剛性連接的活塞分別組裝在兩側固定的缸體內，兩個或四個或八個剛性連接的活塞通過滑塊連接曲軸。
本發明的優點是機械理想內燃發動機，能適用於通用的動力發動機，顯著提高機械效率。尤其是四個氣缸兩兩對置剛性連接結構機械強度最好，能很好適應高速高壓高溫工作環境，高速往復運動的氣缸體對於採用風冷是很有利的，只要供應流動空氣，高速往復運動的氣缸體本身就有很好的自身冷卻效果。定塞可以很方便的採用油內冷或水內冷，有效地控制定塞的工作溫度和溫度場，並改善工況。定塞所受側向力很小，約為傳統曲柄連杆發動機的2.5分之一，明顯減少了往復運動磨擦。對於船用和機車用重型內燃發動機，宜採用具有八個燃燒室的動力頭，八個燃燒室在四衝程中兩兩對稱爆發燃燒，往復動力部件不再受或很少受側向力，這對於減少摩擦磨損實現高效長壽十分有利。
圖1是本發明實施例一(動力頭為四個氣缸體剛性對置連接的四衝程機械理想內燃發動機)結構示意圖。
圖2是圖1的左視圖。
圖3是本發明實施例二(動力頭為四個活塞剛性對置連接的四衝程機械理想內燃發動機)結構示意圖。
圖4是本發明實施例三(動力頭為兩個氣缸體剛性對置連接的二衝程機械理想內燃發動機)的結構原理示意圖。
圖5是本發明實施例四(動力頭為兩個活塞剛性對置連接的二衝程機械理想內燃發動機)的結構原理示意圖。
圖6是採用四組本發明的動力頭組裝在四拐曲軸上實現整機動平衡示意圖。
圖7是實施例一的動力頭工作負荷曲線圖。
圖8是圖7中的曲線21與22的合成圖。
圖9是傳統的Q490發動機的動力頭工作負荷曲線圖。
圖10是圖9中的曲線23與24的合成圖。
具體實施例方式
見圖1、2，實施例一為四衝程機械理想內燃發動機一種基本構造這種構造的動力頭7由四個兩兩對置剛性連接的氣缸體4組成，定塞8即為固定了的「活塞」。完全類似於自由活塞發氣機，這種動力頭7的往復自由運動頻率，取決於熱力循環氣體壓力和動力頭的重量(質量)以及往復運動摩擦阻力。
本實施例的具體結構如下圖中的零件序號為機體1，進排氣開口2，散熱翅片3，氣缸體4，冷卻腔5，滑塊6，動力頭7，曲柄軸8，定塞9，進排氣門10，火花塞11。
動力頭7由四個有散熱翅片3的氣缸體4兩兩對置通過連接件剛性連接構成，動力頭7中安裝有滑塊6，滑塊6套裝在曲柄軸8上。在四個氣缸體4內各插入定塞9，定塞9固定安裝在機體1上。在定塞9上設置有進排氣口2和進排氣門10，同時在定塞9上還設置裝有冷卻液的冷卻腔5。定塞9背面中心部開有深洞，用長管套筒裝卸火花塞11，或者將火花塞11裝在動力頭中。
見圖3，實施例二為四衝程機械理想內燃發動機另一種基本構造圖中的零件序號為機體1，滑塊6，曲柄軸8，氣缸體12，動力頭13，活塞14。
動力頭13為四個活塞14兩兩對置通過連接件剛性連接構成，在動力頭13中安裝有滑塊6，滑塊6套裝在曲柄軸8上。四個氣缸體12固定安裝在機體1上，進排氣門及火花塞都與傳統發動機相同。
上述兩個實施例的四個燃燒室在四衝程熱循環中順序爆發完成「機械理想」四個熱力循環，類似於自由活塞發氣機，動力頭的自由運動頻率仍然取決於熱力循環壓力和動力頭重量以及往復運動摩擦阻力。這裡的傳動構造只用來輸出動力，不用來完成熱力循環，這是區別於傳統發動機根本要點。
見圖4，實施例三為二衝程機械理想內燃發動機的一種基本構造動力頭15為一對對置剛性連接的氣缸體4和相對應的定塞9，其它結構同見圖5，實施例四為二衝程機械理想內燃發動機另一種基本構造動力頭16為一對對置剛性連接的活塞和相對應的氣缸體12，其它結構同實施例二。
見圖6，採用四組本發明組裝在四拐曲軸上實現發動機整機動平衡示意圖。圖中示出飛輪17、曲軸18、動力頭19、主軸承20。本發明可以採用二衝程或四衝程或八衝程內燃發動機。採用二衝程內燃機時，掃氣泵或增壓器是必要的。
本發明實施例一的內燃發動機主要設計參數缸徑D＝90毫米衝程缸徑比S/D＝0.618(黃金分割)衝程S＝55.62毫米動力頭為鑄造鋁合金總成重3.51公斤滑塊內軸徑(即曲柄軸徑)d＝60毫米單缸排量V1＝0.354升16缸總排量V16＝5.66升本發動機的設計安全轉數為6000轉/分本發動機的設計額定功率為240千瓦，合326馬力圖7就是實施例一的動力頭工作負荷曲線圖，其中曲線21是熱力循環曲線(其中忽略了進排氣壓力)，四個燃燒室在四衝程中依次爆發，曲線22是3.51公斤重的動力頭(四個剛性連接的氣缸體)在6000轉/分時的往復慣性力曲線。
圖8就是圖7中曲線2 1與22的合成，這就是理想發動機曲柄軸的實際機械負荷圖。由圖8可見，動力頭的慣性力絕對值較大，在6000轉/分時高達4000公斤。但曲柄軸所受機械負荷最大值並不高，為2700公斤，小於最高燃燒壓力3500公斤，這是允許的並且合理的。
圖8可見，曲柄軸的實際機械負荷曲線與橫坐標軸圍成的面積有正(+)有負(-)，其中正(+)面積表示曲柄軸作正功——向外界輸出功，用W(+)表示；負(-)面積表示曲柄軸作負功——吸取飛輪有用功供給動力部件維持簡諧運動，負功用W(-)表示。那麼，令ηfm＝W(+)/[W(+)+W(-)]，ηfm被定義為發動機的機械負荷效率。機械負荷效率並不等於機械效率，但與機械效率息息相關。
顯然，ηfm是評價發動機的又一個新的重要技術指標。ηfm越高，說明發動機曲軸作正功越多，反之發動機曲軸作負功多。經統計，圖8中理想發動機的機械負荷效率很高，ηfm高達90％。說明，理想發動機的曲軸很少作負功，比起傳統發動機來科學合理得多(對比圖10)。
參見圖9，傳統的Q490型發動機的動力工作負荷圖，其中曲線23是熱力循環曲線(其中忽略了進排氣壓力)，曲線24是Q490發動機活塞連杆總成(重量為2.0公斤)在額定轉數4000轉/分鐘時，在氣缸軸線方向上的往復慣性力。
圖10就是圖9中曲線23、24的合成——沿氣缸軸線方向上曲柄軸的機械負荷圖(這種機械負荷可以和理想發動機相比較，如果計及傳統發動機曲柄軸圓周各向力，傳統發動機的機械負荷更為嚴重)。
圖10可見，傳統發動機的曲軸工作中所作負功W(-)(橫軸下面積)較多，因之傳統發動機的機械負荷效率ηfm較低，約為60％，這種結果必然導致傳統發動機的機械效率低下。
權利要求
1.一種機械理想內燃發動機，它包括缸體、活塞和曲軸，其特徵是兩個或四個或八個對置剛性連接的活塞分別組裝在兩側固定的缸體內，兩個或四個或八個剛性連接的活塞通過滑塊連接曲軸。
2.一種機械理想內燃發動機，它包括缸體、活塞和曲軸，其特徵是兩個或四個或八個背置剛性連接的缸體內分別組裝固定的活塞，兩個或四個或八個剛性連接的缸體通過滑塊連接曲軸。
全文摘要
一種機械理想內燃發動機，它包括缸體、活塞和曲軸，其特徵是兩個或四個或八個對置剛性連接的活塞分別組裝在兩側固定的缸體內，兩個或四個或八個剛性連接的活塞通過滑塊連接曲軸。本發明能適用於通用的動力發動機，顯著提高機械效率。尤其是四個氣缸兩兩對置剛性連接結構機械強度最好，能很好適應高速高壓高溫工作環境，高速往復運動的氣缸體本身有很好的自身冷卻效果。定塞可以很方便的採用油內冷或水內冷，有效地控制定塞的工作溫度和溫度場，並改善工況。定塞所受側向力很小，約為傳統曲柄連杆發動機的2.5分之一，明顯減少了往復運動摩擦。對於船用和機車用重型內燃發動機，宜採用具有八個燃燒室的動力頭，往復動力部件很少受側向力，實現高效長壽。
文檔編號F02B75/00GK1676898SQ20051004628
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月19日 優先權日2005年4月19日
發明者潘守才, 趙天福, 王剛, 陳百會 申請人:鐵嶺市糧食科學研究所