正時氣體佔位懸浮活塞發動機的製作方法

2023-06-29 00:14:56

專利名稱：正時氣體佔位懸浮活塞發動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機領域。
背景技術：
自從發動機誕生以來，發動機燃燒室的高效密封一直是發動機的研發者和製造商 所追求的重中之重，現代發動機活塞與氣缸套之間通過機油潤滑活塞環的設置，使活塞與 氣缸套之間滑動密封，這種結構確實大幅度提高了發動機的密封性，但是由於氣缸套和活 塞以及活塞環之間存在滑動摩擦，對於活塞、活塞環尤其是氣缸套的材料要求具有相當高 的耐磨性能，為了維持發動機的密封性、密封的持續性以及發動機壽命就必須採用高耐磨 材料製成的氣缸套，並採用機油進行潤滑，這樣就決定了發動機氣缸套和活塞的工作溫度 必須保持在較低水平(現代發動機在400 500°C之間)。在傳統發動機的結構中這個溫 度無法再提高，否則就可能出現機油變質、氣缸套熔化、活塞熱損等問題。然而，眾所周知， 為了維持活塞和氣缸套之間這一較低溫度，就要對發動機進行強制冷卻以致燃料30%左右 的能量將通過缸套、活塞和缸蓋流出，形成利用價值不大的低品質餘熱。為此，本申請人申 請了「懸浮活塞發動機」(申請號為200910143760. 7和200920157318. 5)，解決了發動機活 塞和氣缸套間的在高溫狀態能夠既密封又不會嚴重磨損的問題。但是，為了防止新鮮空氣 進入發動機活塞的外表面和氣缸內表面形成的空隙而在高溫高壓下產生過多的氮氧化物 的問題，需要發明一種新型的發動機來解決這一難題。
發明內容為了克服傳統發動機的上述缺陷，本實用新型公開了一種正時氣體佔位懸浮活塞 發動機。本實用新型的目的是這樣實現的一種正時氣體佔位懸浮活塞發動機，包括氣缸和活塞，所述活塞全部或部分設置 在所述氣缸內，所述活塞在所述氣缸的上止點和下止點間的全部行程範圍內或部分行程範 圍內與所述氣缸非接觸懸浮設置，在所述氣缸的側壁上設有一個或多個缸體氣體通道，所 述缸體氣體通道直接或間接經正時控制裝置與有壓氣體源連通。本實用新型所述的非接觸懸浮設置是指氣缸與活塞之間既不發生接觸又維持相 當小的間隙，從而實現既密封又不磨損的目的。本實用新型中所謂的有壓氣源可以是有壓 氮氣源、有壓水蒸氣源或發動機產生的有壓廢氣源。本實用新型中所謂的正時氣體佔位是 指缸體進氣通道受正時控制裝置控制，在發動機壓縮衝程開始至作功衝程結束向發動機活 塞的外表面和氣缸的內表面形成的空隙內充入有壓氣體，使有壓氣體佔據該空隙，而使新 鮮空氣無法進入上述空隙，減少有害氣體(如氮氧化物)的產生。其次，有壓氣體在從缸體 氣體通道進入到發動機活塞的外表面和氣缸的內表面形成的空隙的過程中，可以把缸體氣 體通道附近的氣缸和活塞的熱量重新泵到氣缸和活塞的上部以及燃燒室內，在對氣缸和活 塞密封滑動導向部位起到冷卻作用的同時，提高了熱量的利用效率，而不像傳統發動機那 樣，為了冷卻相互運動的部件將多餘的熱量強制散發到大氣中而白白浪費能源；再者，因為有壓氣體的佔位作用，新鮮空氣不會被擠壓入上述空隙，燃燒室的體積不會受上述空隙的 大小影響而相對保持不變，同時由於有壓氣體充入上述空隙內，起到了增加燃燒室氣體質 量的作用，不但不會影響發動機的作功能力，發動機的作功能力反而更強；最後，在進氣和 排氣衝程的過程中，缸體氣體通道處於斷開狀態，與傳統發動機相比，有壓氣體對進排氣沒 有影響。在所述活塞的外表面設活塞隔熱結構，和/或在所述活塞的活塞內頂壁上和/或 活塞內側壁上設所述活塞隔熱結構，所述活塞隔熱結構設為活塞隔熱夾層或活塞隔熱層或 所述活塞隔熱夾層和所述活塞隔熱層的組合；和/或所述氣缸的氣缸內側壁和氣缸外側壁 同時或單獨設氣缸隔熱結構，所述氣缸隔熱結構設為氣缸隔熱夾層或氣缸隔熱層或所述氣 缸隔熱夾層和所述氣缸隔熱層的組合。活塞隔熱結構設置的目的是為了減少熱量損失，同 理，氣缸隔熱結構的設置也是為了減少熱量損失。所謂的隔熱夾層是指設置在氣缸或活塞 內部的真空結構，用來減少熱量的損失。在所述氣缸的側壁上設有多個缸體氣體通道的結構中，在所述缸體氣體通道的外 側設有連通氣體通道結構體，每個所述缸體氣體通道與所述連通氣體通道結構體連通，所 述連通氣體通道結構體經正時控制裝置與所述有壓氣體源連通。所述正時控制裝置設為電磁閥式正時控制裝置，或所述正時控制裝置設為由正時 切換結構體和正時驅動機構構成的機械式正時控制裝置，所述正時切換結構體設置在所述 氣缸的外側，並與所述氣缸的外側壁密封滑動接觸，所述正時切換結構體上設有結構體氣 體通道和正時驅動結構，所述結構體氣體通道經所述正時驅動結構受所述正時驅動機構控 制與所述缸體氣體通道連通和斷開，在所述正時切換結構體的外側壁處設有密封氣體通 道，所述密封氣體通道與所述正時切換結構體密封滑動接觸，所述密封氣體通道與所述有 壓氣體源連通。所謂正時驅動結構是指設置在正時切換結構體上的，受正時驅動機構驅動的結 構，如齒輪，齒條等。所謂正時驅動機構是指可按發動機正時關係運動的驅動機構，可以是 電腦(CPU)控制的電機，也可以是與發動機曲軸連動的機械驅動裝置。所述正時控制裝置設為電磁閥式正時控制裝置，或所述正時控制裝置設為由正時 切換結構體和正時驅動機構構成的機械式正時控制裝置，所述正時切換結構體設置在所述 氣缸外側，並與所述氣缸的外側壁密封轉動接觸，所述正時切換結構體上設有結構體氣體 通道和正時驅動結構，所述結構體氣體通道經所述正時驅動結構受所述正時驅動機構控制 與所述缸體氣體通道連通和斷開，在所述正時切換結構體的外側壁處設有密封氣體通道， 所述密封氣體通道與所述正時切換結構體密封轉動接觸，所述密封氣體通道與所述有壓氣 體源連通。所述活塞和所述氣缸在下止點以外的部分密封滑動接觸。在所述氣缸的下部設有冷卻水套。本實用新型中在氣缸下部設置冷卻水套的目的 是為了保證活塞和氣缸在下止點以外部分的可靠密封滑動接觸，維持溫度的均勻性以減少 冷熱形變，保持活塞與氣缸的高度密封性。本實用新型有以下積極有益的效果1、本實用新型結構簡單，便於機械加工，成本低；2、本實用新型能夠實現發動機活塞和氣缸套在高溫狀態下能夠既密封又不磨損，可大幅提高熱效率。3、由於有壓氣體的佔位作用 即佔有了氣缸內壁與活塞外壁形成的空隙，即使在 高溫高壓下，該空隙內也不產生氮氧化物，環保性能好。4、有壓氣體在從缸體氣體通道進入到發動機活塞的外表面和氣缸的內表面形成 的空隙的過程中，可以把缸體氣體通道附近氣缸和活塞的熱量重新泵到氣缸和活塞的上部 以及燃燒室內，在對氣缸和活塞密封滑動導向部位起到冷卻作用的同時，提高了熱量的利 用效率。

圖1是本實用新型一實施例的結構示意圖；圖2是本實用新型氣缸和活塞設有隔熱層的結構示意圖；圖3是本實用新型氣缸和活塞設有隔熱夾層的結構示意圖；圖4是本實用新型設有氣體通道的結構示意圖；圖5是圖4的A-A向剖視圖；圖6是本實用新型設有正時切換結構體的結構示意圖；圖7是圖6的B-B向剖視圖。附圖編號1.氣缸 2.活塞 21.上止點 22.下止點3.活塞隔熱結構 31.活塞隔熱夾層 32.活塞隔熱層4.氣缸隔熱結構 41.氣缸隔熱夾層 32.氣缸隔熱層5.正時控制裝置 6.有壓氣體源 7.缸體氣體通道71.連通氣體通道結構體 72.密封氣體通道8.冷卻水套 9.正時切換結構體 901.機械式正時控制裝置91.結構體氣體通道 10.正時驅動結構 11.正時驅動機構
具體實施方式
如圖1所示的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，所述活塞2全部或部分設置在所述 氣缸1內，所述活塞2在所述氣缸1的上止點21和下止點22間的全部行程範圍內或部分 行程範圍內與所述氣缸1非接觸懸浮設置，在所述氣缸1的側壁上設有一個或多個缸體氣 體通道7，所述缸體氣體通道7直接或間接經正時控制裝置5與有壓氣體源6連通。實施時，有壓氣體源可以是有壓氮氣源、有壓水蒸氣源或有壓發動機廢氣源。如圖2和圖3所示的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，在所述活塞2的外表面設活 塞隔熱結構3，和/或在所述活塞2的活塞內頂壁上和/或活塞內側壁上設所述活塞隔熱結 構3，所述活塞隔熱結構3設為活塞隔熱夾層31或活塞隔熱層32或所述活塞隔熱夾層31 和所述活塞隔熱層32的組合；和/或所述氣缸1的氣缸內側壁和氣缸外側壁同時或單獨設 氣缸隔熱結構4，所述氣缸隔熱結構4設為氣缸隔熱夾層41或氣缸隔熱層42或所述氣缸隔 熱夾層41和所述氣缸隔熱層42的組合。如圖4和圖5所示的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，在所述氣缸1的側壁上設有 多個缸體氣體通道7的結構中，在所述缸體氣體通道7的外側設有連通氣體通道結構體71，每個所述缸體氣體通道7與所述連通氣體通道結構體71連通，所述連通氣體通道結構體71 經正時控制裝置5與所述有壓氣體源6連通。如圖6和圖7所示的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，所述正時控制裝置5設為電 磁閥式正時控制裝置，或所述正時控制裝置5設為由正時切換結構體9和正時驅動機構11 構成的機械式正時控制裝置901，所述正時切換結構體9設置在所述氣缸1的外側，並與所 述氣缸1的外側壁密封轉動接觸，所述正時切換結構體9上設有結構體氣體通道91和正時 驅動結構10，所述結構體氣體通道91經所述正時驅動結構10受所述正時驅動機構11控制 與所述缸體氣體通道7連通和斷開，在所述正時切換結構體9的外側壁處設有密封氣體通 道72，所述密封氣體通道72與所述正時切換結構體9密封轉動接觸，所述密封氣體通道72 與所述有壓氣體源6連通。具體實施時，正時切換結構體9也可設為與氣缸外壁和密封氣體通道72滑動密封 接觸。所述正時驅動機構可是機械式、電磁式或液壓式。如圖1、圖2、圖3、圖4或圖6所示的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，所述活塞2和 所述氣缸1在下止點22以外的部分密封滑動接觸。如圖1、圖2、圖3、圖4或圖6所示的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，在所述氣缸1 的下部設有冷卻水套8。
權利要求1.一種正時氣體佔位懸浮活塞發動機，包括氣缸(1)和活塞O)，其特徵在於所述活 塞(2)全部或部分設置在所述氣缸(1)內，所述活塞( 在所述氣缸(1)的上止點和 下止點0 間的全部行程範圍內或部分行程範圍內與所述氣缸(1)非接觸懸浮設置，在所 述氣缸(1)的側壁上設有一個或多個缸體氣體通道(7)，所述缸體氣體通道(7)直接或間接 經正時控制裝置( 與有壓氣體源(6)連通。
2.如權利要求1所述的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，其特徵在於在所述活塞(2) 的外表面設活塞隔熱結構(3)，和/或在所述活塞的活塞內頂壁上和/或活塞內側壁 上設所述活塞隔熱結構(3)，所述活塞隔熱結構(3)設為活塞隔熱夾層(31)或活塞隔熱層 (32)或所述活塞隔熱夾層(31)和所述活塞隔熱層(3 的組合；和/或所述氣缸(1)的氣 缸內側壁和氣缸外側壁同時或單獨設氣缸隔熱結構G)，所述氣缸隔熱結構(4)設為氣缸 隔熱夾層Gl)或氣缸隔熱層0 或所述氣缸隔熱夾層Gl)和所述氣缸隔熱層0 的組合。
3.如權利要求1所述的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，其特徵在於在所述氣缸(1) 的側壁上設有多個缸體氣體通道(7)的結構中，在所述缸體氣體通道(7)的外側設有連通 氣體通道結構體(71)，每個所述缸體氣體通道(7)與所述連通氣體通道結構體(71)連通， 所述連通氣體通道結構體(71)經正時控制裝置( 與所述有壓氣體源(6)連通。
4.如權利要求1所述的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，其特徵在於所述正時控制裝 置(5)設為電磁閥式正時控制裝置，或所述正時控制裝置(5)設為由正時切換結構體(9) 和正時驅動機構(11)構成的機械式正時控制裝置(901)，所述正時切換結構體(9)設置在 所述氣缸(1)的外側，並與所述氣缸(1)的外側壁密封滑動接觸，所述正時切換結構體(9) 上設有結構體氣體通道(91)和正時驅動結構(10)，所述結構體氣體通道(91)經所述正時 驅動結構(10)受所述正時驅動機構(11)控制與所述缸體氣體通道(7)連通和斷開，在所 述正時切換結構體(9)的外側壁處設有密封氣體通道(72)，所述密封氣體通道(72)與所述 正時切換結構體(9)密封滑動接觸，所述密封氣體通道(72)與所述有壓氣體源(6)連通。
5.如權利要求1所述的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，其特徵在於所述正時控制裝 置(5)設為電磁閥式正時控制裝置，或所述正時控制裝置(5)設為由正時切換結構體(9) 和正時驅動機構(11)構成的機械式正時控制裝置(901)，所述正時切換結構體(9)設置在 所述氣缸(1)的外側，並與所述氣缸(1)的外側壁密封轉動接觸，所述正時切換結構體(9) 上設有結構體氣體通道(91)和正時驅動結構(10)，所述結構體氣體通道(91)經所述正時 驅動結構(10)受所述正時驅動機構(11)控制與所述缸體氣體通道(7)連通和斷開，在所 述正時切換結構體(9)的外側壁處設有密封氣體通道(72)，所述密封氣體通道(72)與所述 正時切換結構體(9)密封轉動接觸，所述密封氣體通道(72)與所述有壓氣體源(6)連通。
6.如權利要求1所述的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，其特徵在於所述活塞(2)和 所述氣缸(1)在下止點0 以外的部分密封滑動接觸。
7.如權利要求1所述的正時氣體佔位懸浮活塞發動機，其特徵在於在所述氣缸(1) 的下部設有冷卻水套(8)。
專利摘要本實用新型公開了一種正時氣體佔位懸浮活塞發動機，包括氣缸和活塞，其特徵在於所述活塞全部或部分設置在所述氣缸內，所述活塞在所述氣缸的上止點和下止點間的全部行程範圍內或部分行程範圍內與所述氣缸非接觸懸浮設置，在所述氣缸的側壁上設有一個或多個缸體氣體通道，所述缸體氣體通道直接或間接經正時控制裝置與有壓氣體源連通。本實用新型能夠實現發動機活塞和氣缸在高溫狀態下既密封又不磨損，在減少氮氧化物的同時，提高熱效率，減少燃料的消耗，從而提高發動機效率，節能環保。
文檔編號F02B75/00GK201851211SQ20092016760
公開日2011年6月1日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者靳北彪 申請人:靳北彪