新型內燃機設計的製作方法

2023-05-27 21:03:16 4

專利名稱：新型內燃機設計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器，特別涉及到日常使用的內燃機。
背景技術：
現在的內燃機真可謂種類繁多，規格齊全。如按照所使用的燃料分，可分為柴油 機、汽油機、燃氣機等.如按缸數分又有單缸機和多缸機，按工作行程又有兩行程和四行程 之分，如按汽缸所排列的位置分，又有臥式、直列式、W型、V型等.除此外還有更加詳細的分 法。但是無論怎樣分類，其工作原理基本上是一樣的。為便於敘述，本文以日常生活中常見的直列式四行程多缸柴油機為例。簡述其工 作原理，並指出其存在的缺點。傳統柴油發動機(以下簡稱柴油機)從發明到現在歷經百餘年，經全世界數代人 不斷更新改進，其性能已得到了極大的提高，並已得到了最廣泛的使用。隨著社會的進步和 發展，現在的人們既要求大幅度提高發動機功率又想儘量減少發動機尾氣排放中CO、NO等 有害氣體的含量。因此，現在出廠的柴油機，幾乎全部裝配有廢氣渦輪增壓器，而早先生產 的渦流室式發動機因油耗高、冬天難啟動，現在幾乎全部改為直噴式發動機。柴油機由自然 吸氣式改為渦輪增壓式後，發動機在不改變缸徑和行程的情況下，使進氣量增大了很多，如 果裝有空氣冷卻器，則進入氣缸的空氣量更大。因此，當燃油供給系統準時向氣缸內供給足 量的柴油燃燒作功時，使發動機的動力得到了極大的提高。但是任何事物都具有兩重性，正 如毛主席所說「在一定的條件下，壞事可以變成好事，好事也可以變成壞事。」正是因為直 噴式發動機動力大幅度提高的結果，所以才造成了柴油機在使用中出現了很多難以解決的 問題。以無錫柴油機廠早期生產的61IOA發動機和現在生產的6DF1-26進行比較61IOA 缸徑110毫米，活塞行程120毫米，轉速2900轉/分，功率140馬力。6DF1-26缸徑110毫 米，活塞行程125毫米，轉速2300轉/分，功率260馬力。通過簡單計算可以看出6DF1_26 與61IOA相比，氣缸容積幾乎相等，轉速下降了 20 %，而動力卻增加了 93 %。由此可以想像， 當發動機大幅度增加動力後，發動機工作中氣缸內的壓力和溫度有多高？特別是在壓縮上 死點前後各10°左右氣缸內的壓力和溫度有多高？氣缸內極高的壓力和溫度極有可能造 成缸套、活塞以及其他有關零件的早期損壞。為此，工程師們在設計時不得不加大風扇的風 量和冷卻水的流量以及水箱散熱器的有效散熱面積，利用冷風和水散發缸套、缸頭、機體等 零部件內過高的溫度。另外，為了有效地給活塞降溫，大部分廠家都在機體內設計有專門的 機油噴嘴，對準活塞噴射機油以降低活塞溫度，流入油底殼中的高溫機油，經水冷式機油散 熱器散熱降溫，這樣燃油在氣缸中燃燒作功時所產生的熱能，有相當一部分被風扇、水箱散 熱器和機油散熱器散發掉了。另外，為了使發動機工作中排氣乾淨，進氣充分，工程師們在 設計中都使進排氣門早開晚閉。大多數發動機作功下死點前45°左右排氣門就已打開，這 就使發動機氣缸內很多熱量在沒有作功的情況下就被排出去而造成更大的熱量流失。由內燃機工作原理可知，四行程發動機曲軸每旋轉720°完成一個工作循環，對於有渦輪增壓器的發動機而言，中速以上進氣行程不消耗發動機的動力，而壓縮行程中，由 於進氣壓力很高，在整個壓縮行程中要消耗很多自身的動力。一旦燃油提前供入氣缸內燃 燒，活塞在壓縮上死點前至壓縮上死點這十幾度內消耗發動機更多的動力。再看作功行程， 我們知道，柴油在氣缸中燃燒所產生的壓力作用於活塞，並經活塞銷、連杆傳給曲軸，從而 將活塞的往復直線運動變成曲軸的旋轉運動，通過飛輪以扭矩的方式向外輸出。在作功上 死點後十幾度，此時氣缸內的壓力與溫度都極高，但此時連杆與曲柄幾乎在同一條直線上， 因此曲柄的有效力臂太小，故此時的扭矩也不太大。當活塞運行至下死點前45°左右排氣 門打開時，其作功行程僅有135°左右。在排氣行程中，由於廢氣渦輪和消聲器的阻力，使氣 缸內壓力較高的廢氣很難流暢地排出去，因此排氣行程也消耗發動機一部分動力。另外裝在發動機上的其他零部件，如燃油泵、機油泵、水泵、配氣機構以及發動機 自身的內部摩擦力等都在消耗發動機的動力。對於車用發動機，除上述消耗外，還有發電 機、轉向助力泵、制動空壓機、空調空壓機也在消耗發動機的動力。如此分析看來，柴油燃燒作功時所產生的熱能只有一部分轉化為機械能，而此機 械能除各種消耗外，僅剩一部分轉化為對外輸出的動力。綜前所述可以看出傳統柴油機具有燃油消耗大、有效功率低、排氣溫度高、有害 氣體多、噪音特別大等缺點。怎樣克服柴油機存在的缺點，進一步提高柴油機各方面的性能？眾所周知，必須 從以下幾點著手1.儘量提高柴油的燃燒率。2.儘量減少柴油燃燒作功時的熱量流失。3.充分利用發動機作功後的排氣能量。4.儘量減小供油提前角，並在壓縮上死點後儘快結束供油。5.儘量減少不必要的零部件。6.充分利用發動機工作中產生的冷卻水餘熱、機油餘熱、尾氣排放餘熱發電。7.選擇優質潤滑油，降低發動機內部摩擦力。以上7條方法，除6，7兩條利用現代技術可以實現外，其餘5條方法，對於傳統發 動機而言都不能很好地實現。為什麼難以實現，請看下面簡要分析1.怎樣儘量提高柴油的燃燒率。答案(1)提高進氣量。(2)提高壓縮比。(3)盡 量延長柴油的燃燒時間。(1)(2)兩條現已做的很好，但延長燃燒時間卻很難做到，因為只 有降低發動機轉速才能延長燃燒時間，但是降低發動機轉速的直接後果就是降低發動機功 率，故此法不可採用。2.怎樣減少發動機的熱量流失？答案(1)利用現在陶瓷缸套，陶瓷活塞，陶瓷活塞環等耐高溫零件和一定的隔熱 技術，可以有效地減少冷卻水帶走的熱量。(2)減小發動機排氣門早開角度，延長作功時間。 對於陶瓷配件，在先進的汽油機上早已得到應用。但是陶瓷零件的機械強度較差，無法在高 速高壓的柴油機上使用。而減小排氣門早開角度，將會使發動機因排氣不盡、進氣不足而造 成冒黑煙、功率下降。故也無法解決。3.怎樣充分利用發動機作功後的排氣能量？現在的發動機為利用其尾氣排放能量，已經把廢氣渦輪進氣口的尺寸做得很小，以加快通過此處的廢氣流速，使增壓器轉得更快，增加空氣進氣量。此尺寸已不能再小，否 則將會造成增壓器的早期損壞，並進一步增大發動機的排氣阻力。4.怎樣儘量減少供油提前角，並在上死點後儘快結束供油？對於傳統發動機而言，當供油量一定時，減小提前角將會造成燃燒滯後，早結束供 油又使提前角更大。只有增大油泵柱塞直徑或使柱塞停供邊角度增大，可以滿足上述要求， 但又因供油速率過大而使發動機工作更加粗暴，故也不好解決。雖然目前國際上先進的高壓共軌技術可以較好地解決問題，但因價格太貴，一般 廠家難以接受。5.怎樣精減不必要的零部件？答案傳統內燃機零部件缺一不行，無法精減。從以上的分析中可以看出現有的各種方法確實無法很好地解決傳統發動機所存 在的問題。但是，本人經過數年來對傳統發動機的研究與思考，現在發明的一種新型發動 機，完全可以解決傳統發動機所無法解決的問題。發明目的以上全面分析了傳統發動機所存在的缺陷。本發明的目的，就是要從根本上解決傳統發動機所存在的缺陷，並以全新的思維， 設計出完全不同於傳統機型的全新的內燃機模型。在此模型的基礎上，變動一下尺寸，增減 一些零部件，可以變化設計出各種類型和規格並能適應各種燃料的內燃機，其功率範圍可 在數千瓦至數十萬千瓦之間。減去一些零部件，變動一下配氣相位，也可以用做大型火力發 電站用的高壓蒸汽機。以目前我國內燃機的生產水平和所擁有的材料，完全可以生產出自 己心中預定標準的新型內燃機，這就是(1)與國內外最先進的各種同等功率的內燃機相 比，排放應優於歐III標準。( 燃油消耗率應下降20%以上。( 車用發動機整機壽命應 超過50萬公裡。(4)船用及其他固定作業機型的整機壽命，應超過相近機型的20%以上。 (5)造價不高於同等功率發動機。(6)可與相近機型共線生產。(7)大幅度降低排氣溫度。

發明內容
組成新型內燃機的主要零部件及其形狀。為方便敘述和作圖，本文選擇類似傳統單缸機的單主副機模型並插以簡圖，其中 配氣機構採用了電磁氣門、柴油供給系採用了電控泵噴嘴系統。其工作原理另行說明，下面 詳細介紹組成新機型的主要零部件的形狀及工作原理。1.機體本機體是一個可以裝配兩根曲軸、兩種缸套、兩個機油泵(也可以使用一個機油 泵)、一個噴油泵，且缸套孔向各自曲軸旋轉方向平移一定距離的機體。設曲軸旋轉半徑為 R，則此距離為0.4-0. 45R.設有供給系統的(指燃油供給和空氣供給)為主機，則無供給系 統的為副機，設主機缸套內孔橫截面積為S，則副機缸套內孔橫截面積為2S左右。主機和 副機主軸承孔內最好用膠粘一層0. 5mm左右的薄鋼板，以防萬一發動機曲軸燒瓦造成機體 報廢。機體上主機缸套孔內水槽高度應為曲軸行程的3/5，水槽下部的缸套孔內兩道水封 圈以下應鏜成T型螺紋狀，減小缸套與機體的接觸面積，減少氣缸內熱量流失。副機缸套孔 內水槽高度應為曲軸行程的1/2.水槽下部缸套孔兩道阻水圈以下部分，也應鏜成T型螺紋狀，防止副機缸內熱量流失。另外現在的高級潤滑油內含有一種與金屬有特別親和力的納 米級減摩材料，為減少該物質與機體內非摩擦表面金屬的接觸，應在上曲軸箱內非工作表 面噴塑，以增加該物質在機油中的含量。機體上其他沒有特別提及的相關位置及配置基本 上與老機型相同。2.缸頭缸頭可以使用普通缸頭(如圖1所示)，也可以用新缸頭。新缸頭已完全不同於 傳統的缸頭，此缸頭上有四個缸套孔、一個噴油器孔、一個火花塞孔、一個進氣口、一個排氣 口、一個汽油噴孔、一個主副機缸套連接孔、十二個缸蓋螺絲孔、許多缸頭罩蓋螺絲孔、兩個 減壓軸支架座螺絲孔、四個配氣凸輪軸支架座螺絲孔，缸頭底部與缸套、活塞頂部組成燃燒 室的部分，表面有2mm左右的耐熱鋼，下面加隔熱材料，防止大量熱能經缸頭流失，此缸頭 進氣口與排氣口都應有隔熱材料，以防止進氣被提前加熱，排氣時大量熱量傳遞到缸頭上。3.配氣機構傳統機型配氣機構中的凸輪軸、隨動柱、頂杆、氣門搖臂、搖臂軸、搖臂座、進氣門、 排氣門、氣門導管、氣門卡夫、氣門彈簧、氣門彈簧上下座、氣門油封、氣門座圈等在主機上 已被取消。取而代之的是一個進氣缸套、一個進氣活塞總成、一個進氣凸輪軸、一套進氣凸 輪軸座、一個主排氣缸套、一個主排氣活塞總成、一個主排氣凸輪軸、一套主排氣凸輪軸座， 副機上只有一個副排氣缸套、一個副排氣活塞總成、一個副排氣凸輪軸、一套副排氣凸輪軸 座。主機上的進氣缸套孔由於進氣壓力很大，因此缸套直徑不必做的太大，主機排氣時壓力 更高。因此，排氣缸套孔應做的更小一些，副機排氣時，缸內氣壓已經很低，故副機排氣缸套 應儘量做大，使氣缸內廢氣排得更淨。除上述配氣機構外，也可以採用電磁配氣機構(如圖 1所示)4.減壓機構此減壓機構的功能(1)低溫啟動時使發動機轉得更快。(2)車用發動機行駛中迫 使發動機停止工作。減壓機構由下述零部件組成偏心輪及減壓軸、支架座、減壓缸套、減壓活塞總成， (也可以用電磁氣門取代上述減壓機構)。減壓機構工作原理手動或氣動使減壓軸旋轉，減壓軸上的偏心凸輪脫離減壓活 塞，減壓活塞在彈簧的作用下上行，減壓缸套內的通氣孔使主氣缸與外界大氣相通，與此同 時，關閉總進氣道。這樣當主副兩活塞運動時，兩缸內空氣都從此孔內進出，從而達到減壓 目的。反轉減壓軸，偏心凸輪迫使減壓活塞恢復到正常工作位置。5.曲軸傳統多缸機各缸曲軸間隔角為720°除以缸數。新機型各缸曲軸間隔角為360° 除以缸數。多缸發動機工作順序有很多種排列方法，考慮到曲軸在工作中受到各種變力的 作用，各曲柄之間有時會受到慣性力矩的作用，因此在設計時應該充分考慮平衡問題。所以 各缸工作順序應經電腦模擬實驗，擇優而定。此機主副兩曲軸的工作順序應相同，但製造尺寸肯定不同。副曲軸長度肯定大於 主曲軸長度，由於副機工作中受力較小，其主軸頸和連杆軸頸直徑應小於主曲軸的主軸頸 和連杆軸頸。主機缸套直徑與主機曲軸行程之比應小於或等於一，主副兩曲軸行程之比也 應小於或等於一。
6.缸套主機缸套應做成雙層的(大型機缸套應做成3層以上的)，其中內層用耐磨耐熱材 料，內層的外圓應車成反螺紋，外層的內孔應車成正螺紋，兩層缸套壓在一起後再精加工。 副機缸套也應做成雙層的，因副缸內氣壓比較小，因此外層缸套內孔反絲的螺距相應要車 大一些。內層缸套的外圓反絲螺距也應車大一些。7.活塞主機活塞的幾何形狀應與傳統機型相同，但活塞頂部要在耐高溫薄鋼板下面加隔 熱材料，然後和鋁合金澆鑄在一起。副機的活塞頂部是平的，其頂部也要在耐高溫薄鋼板下 加隔熱材料與鋁合金澆鑄在一起，因副活塞受力較小且又是平頂，因此副活塞的高度適當
小一些。8.活塞環、活塞銷、連杆主機活塞環與傳統機型一樣，活塞銷和連杆斷面面積小於傳統活塞銷和連杆斷面 面積，副機活塞環與傳統機型一樣，活塞銷及連杆應與主機活塞銷和連杆相同。9.轉子式空壓機及高壓配氣裝置轉子式空壓機的排量和輸出壓力，應視主機氣缸總排量及主活塞開始壓縮時的準 確位置計算確定。輸出的氣體經冷卻後進入可適當調壓的儲氣筒，然後由一條管道引向缸 頭，適時向各缸供氣。為了增加空壓機效率，也可以在轉子軸前端增加一個同軸渦輪，使空 氣兩極增壓。空壓機可直接由發動機驅動，如果電力充足，也可以用電機驅動。對於一些重 型、超重型柴油機用空壓機，也可選用適當的柴油機驅動，轉子式空壓機的優點是體積小、 零件少、重量輕、效率高、缺點是輸出壓力遠低於活塞式空壓機。接在缸頭上的進氣支管全 部採用隔熱方法，以防止空氣進入氣缸前被加熱。10.燃油供給系統汽油全部採用電噴式供油中小型柴油機可選用傳統直列泵、分配泵、機械調速式單體泵或電控泵，經濟條件 許可，也可以選用高壓共軌系統。為了結構緊湊，最好選用電控單體泵。大型、特大型柴油機應選用T型、泵噴嘴、或其他專用的大功率泵。噴油器應根據實際情況選擇匹配。11.冷卻系統及定時供水分配軸與傳統機型不同的是，此機冷卻系統沒有風扇，沒有專用的水箱式散熱器，只有一 個離心式水泵向定時供水分配軸內提供有一定壓力的冷卻水，定時供水分配軸由正時齒輪 驅動旋轉，當某一缸活塞處與上死點前160°時開始供水，至主活塞運行到上死點前10° 結束供水，這一供水過程是在發動機主機排氣、掃氣、進氣、壓縮時進行的，因此，既不損失 發動機作功時的熱量，又能把發動機作功後散發出缸外多餘的熱量及時送到餘熱發電裝置 中發電。如此循環工作，從而保證了發動機不致過熱。(在某些場合根據需要，也可以把冷 卻系統完全取消)。12.潤滑系本機主副兩機可以各自使用自己的一套潤滑系，也可以共用同一套潤滑系，此潤 滑系系統與傳統機型大致相同，也是由機油泵、集濾器、機油泵齒輪、機油濾芯等組成。與傳 統機型所不同的是，此系統省去了機油散熱器。
13.正時齒輪本機正時齒輪與傳統機型不一樣，其中主副機曲軸齒輪、油泵齒輪、主副機凸輪軸 齒輪的齒數、模數、直徑都是相同的，惰齒輪、機油泵齒輪、轉子式空壓機齒輪(注空壓機 也可以在外部用皮帶盤驅動)的齒數、模數與直徑，可根據實際情況而定。14.飛輪及飛輪殼飛輪是發動機動力輸出裝置的重要組成部分，副機作功中產生的動力，是靠副機 輸出端曲軸齒輪與主機曲軸傳動端專門設計的齒輪正確聯接，通過主機飛輪向外輸出的， 由於此機工作中有效功率的提高，以及發動機轉速的降低，使飛輪在傳遞動力的過程中所 承受的扭矩達到傳統機型的兩倍以上，因此必須對飛輪有關部位進行加強。15.油底殼油底殼是發動機曲軸箱的組成部分，又是存儲潤滑油的容器。機油在發動機工作 中吸收了很大的熱量，現在有了溫差發電裝置，所以油底殼外部應作保溫處理，其四壁也可 以作為安裝餘熱發電裝置的支架，此機油底殼最好用鋁合金製作。在集油盤下方，應裝電阻 加熱裝置，以利冬天啟動。16.溫差發電裝置此裝置是利用發動機工作中散發到冷卻水和潤滑油中的熱量以及尾氣排放時的 餘熱溫度與常溫之間的溫差進行發電的一種裝置。發動機工作中損失的熱能很多，與常溫 相比溫差很大，如用此裝置將熱能有效地轉化為電能並予以儲存，將會產生很大的利用價 值。有了充足的電源，就可以把傳統的發電機取消，也可作為驅動空壓機的動力。此發電裝 置零部件的安裝位置，應視零部件的形狀和性能而定。17.啟動裝置對於大型、特大型發動機啟動是一件十分困難的事，特別是在寒冷的冬天啟動將 更加困難。本機設計中充分考慮了冬季啟動問題，此啟動系統，除啟動電機外，缸頭上裝有一 套減壓裝置，另外還有汽油電噴系統，幾套裝置綜合使用，使本機啟動性能特佳。18.燃油箱此燃油箱與傳統燃油箱略有不同，此油箱為圓柱形，其特點是省料、強度高、易制 造、裝油多、燃油便於沉澱、左右晃動時燃油波動小。內有隔板將其分為兩部分，其比例為 5 1，其中大油箱裝柴油，小油箱裝汽油。兩進油口為防盜油專門設計，頂部有高效空氣過 濾通氣口，柴油箱內部裝有電阻加熱裝置和可轉換廢氣加熱管。19.儲氣筒此儲氣筒為圓柱形，耐高壓並可自動調壓、限壓。20.其他凡本文中沒有特別提及的零部件與傳統發動機大致通用。新型發動機工作原理假如上述零部件已全部無誤地裝配於發動機之上，且已經過認真調整，充分磨合， 完全合格，準予出廠的新型發動機，那麼這臺發動機是怎樣工作的呢？下面簡述這臺發動 機的工作原理。由前面描述的零部件的形狀可知，這臺機器是由主副兩機合二而一製成的。主副兩機所不同的是主機有供給系統而副機沒有，主機有一套進氣缸套、活塞和一套排氣缸 套、活塞，而副機只有一套排氣缸套、活塞。主機的排氣口就是副機的進氣口，而副機的排氣 口也是主機的排氣口。機體上主副機缸套孔都向各自曲軸旋轉方向平移了 0.4-0.5R的距 離，且副機缸套橫截面積是主機的2倍左右。主副機曲軸長度不同，但旋轉半徑相同(也 可以不同)，主副曲軸可同向旋轉，也可以逆向旋轉，現在假定兩曲軸都是順時針旋轉的，面 對發動機前端(飛輪端反面)，左邊為主機，右邊為副機，主副機由正時齒輪正確聯接，同 步運轉。副機在工作中所產生的動力由主機飛輪向外輸出。在工作中主機活塞始終超前 副機活塞60°曲軸轉角(注主機活塞超前副機活塞的角度，應根據主機進氣壓力的大小 可以在很大範圍內變動，進氣壓力越大，此角度可適當增大，此角度越大，副機的主作功行 程越小，次作功行程越大，而主機的進氣、壓縮時間越短)，如果以活塞運行到最高處為上 死點，則相應的最低處為下死點。也就是說，當主活塞處於上死點時，副活塞處於上死點前 60° (或下死點後120° )。主活塞處於下死點時，副活塞處於下死點前60° (或上死點後 120° )。三個配氣活塞各自開閉氣口的時刻為(1)主機進氣活塞使進氣口開放的時刻當 主機工作活塞由下死點往上運行至上死點前110°時剛開放，主機工作活塞往上運行至上 死點前60°時進氣口完全關閉。( 主機排氣活塞使排氣口剛開放的時刻為主機工作活 塞由上死點往下運行至下死點前120°時排氣口剛開始打開，主機工作活塞運行到上死點 前90°完全關閉。( 副機排氣活塞使排氣口開放的時刻為副機工作活塞運行到下死點前 30° (此時主機工作活塞處於上死點前150° )。副機排氣活塞完全關閉排氣口時刻為副 機工作活塞運行到上死點前20° (此時主機工作活塞運行到下死點前140° )。
發動機的啟動過程打開減壓裝置同時切斷汽油供給電路，並使柴油泵處於熄火 位置，接通啟動電機電路，柴油機在啟動電機的驅動下開始旋轉，當發動機達到一定的轉 速時，關閉減壓裝置並使汽油供給系統和柴油泵恢復正常工作，當主機工作活塞由下死點 往上運行至上死點前150°時，副機工作活塞處於下死點前30°，根據前面所描述的配氣 相位可知，此時主機進氣口關閉狀態，主機排氣口開放狀態，副機排氣口剛剛打開，主副兩 機氣缸內的氣體都經副機排氣口排出機外。曲軸繼續旋轉，當主活塞運行至上死點前 110°，副活塞運行到上死點前170°，此刻，主機排氣口、副機排氣口都在開放狀態而主機 進氣口已經開放，由儲氣筒供給的有相當壓力的新鮮空氣衝入主氣缸，其中一部分隨主氣 缸內原先殘存的廢氣經兩排氣口排出機外。曲軸繼續旋轉，當主活塞運行至上死點前90°， 副機活塞處於上死點前150°，此刻副機排氣口仍在開放狀態，副機仍在排氣，主機排氣口 此時已完全關閉，主機排氣掃氣同時結束，而主機進氣口仍在開放狀態，新鮮空氣繼續進入 主機氣缸。曲軸繼續旋轉，當主機活塞處於上死點前60°，副機活塞處於上死點前120°， 副機仍在排氣，此刻主機進氣口已完全關閉，主機進氣結束，壓縮行程開始。此時汽油供給 系統向主氣缸內供入少量的汽油，曲軸繼續旋轉，進入主氣缸內的混合氣開始被壓縮，當主 活塞運行到上死點前3°時，壓縮行程結束，此時火花塞開始點火，氣缸內溫度和壓力很快 升高。與此同時，柴油供給系統向氣缸內噴入適量柴油。噴入的柴油在高溫、高壓下急速燃 燒，使氣缸內的溫度和壓力大幅度提高並很快達到峰值。此時副機排氣口仍開放，副機仍 在排氣。曲軸繼續轉動，當主活塞越過上死點，主機主作功行程開始，強大的氣壓推動活塞 下行作功。當主活塞下行至下死點前140°，副活塞運行到上死點前20°時，此刻副機排 氣口完全關閉，副機排氣結束，主機仍在作功。曲軸繼續旋轉，當主機活塞運行至上死點前120°，副機活塞運行至上死點時，主機排氣口開放，主機氣缸內高壓氣體由此進入副機氣 缸，主副兩機同時作功。此時主機主作功行程結束，次作功行程開始，副機的主作功形成也 開始了。曲軸繼續旋轉，當主機活塞下行至下死點、副機活塞下行至下死點前60°，主機次 作功行程結束，副機主作功行程也結束。此時主機排氣口仍開放，主機進氣口和副機排氣口 都關閉。曲軸繼續旋轉，當主活塞運行到上死點前150°，副活塞運行到下死點前30°時， 副機排氣門開放，主機負作功行程和副機的次作功行程同時結束，主副兩機同時開始向外 排氣，此時主機進氣口仍處於關閉狀態，主副兩機排氣口都開放，主機負作功行程結束，副 機次作功行程也結束。曲軸繼續轉動，下一個循環由此開始。發動機正常啟動後，迅速切斷 啟動電路，發動機怠速運轉幾分鐘，待水溫、機油壓力正常後，發動機即可正常使用。新老機型主要零部件的比較及新機型優點1.新老機體的比較與老機體相比，新機體設計時增加了一套副氣缸，並使兩機缸套孔位置沿各自曲 軸旋轉方向平移了一定距離。從該機的工作中可以看出缸套位置的改變使發動機作功時 高壓氣體作用於活塞頂部的壓力，通過連杆傳給曲軸的分力增大，作用於缸壁的水平分力 減小，同時連杆下行推動曲軸旋轉的有效力臂也明顯增大，作功時力與力臂的同時增加，將 會使曲軸向外輸出的扭矩有更加明顯的增大。副機的設立非常有效地利用了主機的排放能量。我們知道，傳統發動機作功時，活 塞距下死點前45°左右(有的機型高達60° )排氣門就已打開。此後活塞因缸內壓力大 幅度下降而基本上停止作功。再看新機型兩氣缸內此時壓力情況，從新機型工作情況可知，當主活塞作功至下 死點前120°時，主機排氣口打開，主缸內高壓氣體進入副缸，兩缸同時作功，此時主缸內氣 體體積應佔氣缸容積30%以上，氣體壓力大致是峰值時的2/3。當主活塞運行到下死點前 45°主氣缸和副氣缸氣體體積之和大致為之氣缸容積的150%，氣體壓力大致是峰值時的 1/10，當主活塞運行到下死點，副活塞下死點前60°，此時主副兩氣缸內體積之和大致是主 氣缸容積的230%，氣壓大致是峰值時的1/15。主活塞繼續運行至上死點前150°，副活塞 運行到下死點前30°，此段時刻，主活塞作負功，副活塞仍在作正功，副活塞所作正功大於 主活塞負功。從上面的分析中可以看出主活塞從下死點前45°至下死點所作的功是額外的， 副活塞從下死點前105°至下死點前60°所作的功也是額外的，副活塞從下死點前60°至 下死點前30°所作正功與主活塞所作負功之差也是額外的。對於中小型發動機而言，這些 額外收穫的功也許微不足道，但假設這是一臺轉速60轉/分，主活塞面積1平方米，副活塞 面積2平方米。曲軸旋轉半徑1米，缸數18隻，功率數萬千瓦的大型柴油機增加的功率將 是非常驚人的。2.新老曲軸的比較我們知道老機型曲軸每旋轉720°，各缸分別作功一次，新機型曲軸每旋轉360° 各缸每別作功一次，假設供油量相同，缸徑也相同的新老兩臺發動機，那麼新型機轉速是老 機型轉速的一半，由於發動機工作中各運動件存在著往復慣性力和旋轉慣性力。往復慣性 力與運動件的速度V和質量m有關，其關係式為F = ma = Hi(V2-V1A)，旋轉慣性力與物體 的質量m，旋轉半徑R以及旋轉角速度ω有關，其關係式為F = mR ω2，我們知道，當活塞在氣缸內運行時，在上死點和下死點的速度為零，行程中點速度最大，慣性力也最大.假設老 機型活塞由上死點運行到行程中點時的速度為V，則此時的往復慣性力F^gl = mV/t.因新 機型的轉速是老機型的一半，所以新機型在此轉速下活塞由上死點運行到行程中點的往復 慣性力F新i = mV/4t。老機型旋轉慣性力為F^g2 = mRω2· F新2 = mR(ω/2)2 = mR 2/4.通 過比較可知，新機型的往復慣性力和旋轉慣性力均為老機型的1/4。因此，新機型運轉更平 穩，也更容易製造，使用壽命也更長。3.新老機型缸套活塞的比較大部分老機型缸套從外觀上可以看出缸套外圓與冷卻水接觸面高度大於曲軸行 程且整個缸套是一體的，所以工作中氣缸內熱量很容易經缸套傳遞給冷卻水而散發掉。新 機型缸套設計時使主機缸套外圓與冷卻水接觸面高度等於曲軸行程的3/5，副機缸套外圓 與冷卻水接觸面高度等於曲軸行程的1/2，且主副機缸套都由內外兩層或內中外三層缸套 組合而成，用於阻止氣缸內溫度大量流失。活塞頂部直接與氣缸內高溫氣體長期接觸，傳統機型的活塞幾乎全部用鋁合金制 成的，其優點是重量輕，易製造，但最大的缺點是熔點低、導熱快，氣缸內熱量有相當一部分 是被活塞散發的，新機型活塞頂部設計成耐高溫鋼材下面加隔熱材料與鋁合金澆鑄在一 起，因而有效地阻止了缸內熱量經活塞大量流失。4.新老缸頭的比較傳統老機型缸頭是發動機零部件中最難製造的，上面有很多水道、氣道、機油道以 及很多螺絲孔，其底部直接與氣缸內高溫氣體長期接觸，是發動機承受高溫和熱量散發的 主要零部件之一。新機型缸頭完全不同於傳統缸頭，原先裝配在缸頭上的進排氣門、進排氣門導管、 進排氣門座圈、氣門搖臂、搖臂座、搖臂軸已被取消(機體上裝配的配氣凸輪、軸瓦、隨動 柱、挺杆也被取消)取而代之的是進氣缸套、裝有圓柱滾子軸承和活塞環的進氣活塞總 成、主機排氣缸套、裝有圓柱滾子軸承和活塞環的主排氣活塞總成、副機排氣缸套、裝有圓 柱滾子軸承和活塞環的副排氣活塞總成、以及特別設置的減壓缸套、裝有圓柱滾子軸承和 活塞環的減壓活塞總成，各缸套上鑽有一定數量的氣孔，缸頭上與氣孔對應的地方留有氣 槽，使進氣、排氣更加流暢。活塞上裝有組合式氣環和油環，活塞頂部在耐高溫鋼材下面加 隔熱材料與鋁合金澆鑄在一起。缸頭上還有汽油供給系統中的火花塞孔、汽油噴孔以及柴 油供給系統中的噴油器孔和配氣、減壓凸輪軸支架螺絲孔。配氣機構中各氣口開閉時刻是 由配氣凸輪的形狀和尺寸決定的。新缸頭的優點是減少了原配氣機構中零部件的數量，增 加了密封性，提高了工作可靠性，合適的設計可以提高進氣量，凸輪軸與軸承的滾動摩擦降 低了發動機噪音，主副機工作中排氣的噪音更低。5.新老進氣裝置的比較傳統機型進氣裝置主要由空濾、空冷器、增壓器等組成，裝有增壓器的發動機因排 氣阻力大而消耗了發動機的一部分動力。而新機型所用的轉子式空壓機幾乎沒有進氣阻 力。在壓縮工作過程中所消耗的動力也遠比傳統機型壓縮時所消耗的動力小，最重要的是 轉子式空壓機把傳統機型進氣、壓縮、排氣的曲軸轉角，變成了新機型，排氣、進氣、壓 縮共150度曲軸轉角，從而為新型發動機正常工作提供了保障。6.新老發電裝置的比較
傳統發電機利用發動機動力發電，餘熱發電裝置是利用發動機餘熱發電，此裝置 可以有效地利用發動機餘熱轉換成電能並予以儲存，因此可以把原先的發電機取消，同時 也可以把原先散熱用風扇、機油散熱器、水箱散熱器取消，如果是車用發動機，還可以把制 冷空壓機、制動空壓機取消，改為電動，從而降低發動機內耗，提高發動機有效功率，最重要 的是大大降低了發動機向大氣中釋放的熱量。7.供油提前角及供油延長時間的比較傳統機型由於作功行程僅135°左右，燃油在氣缸中燃燒的時間非常短，為了防止 燃油在氣缸中的滯後燃燒，現在生產的傳統機型供油提前角一般都在9-12°左右，早期生 產的機型一般是在19-28°之間。中高轉速發動機為了在高速運轉中增大供油提前角，故在 油泵上都裝有供油時間自動提前器。但是燃油的提前燃燒，使活塞在上死點前受到氣缸內 過高的壓力衝擊和高溫，並由此對曲軸產生負扭矩，並因爆燃而產生很大的噪音，過高的溫 度極有可能造成缸套活塞的早期損壞，並造成尾氣排放中NO含量的增高。新機型由於設計上使油泵與曲軸同速，且因轉速的大幅度降低和作功時間的大幅 度延長，使燃油在氣缸中的燃燒時間延長為原來的三倍以上。因此新機型供油提前角3°左 右即可正常使用，故新機型油泵上不要裝配供油時間自動提前器也不會造成燃油的滯後燃 燒。從而防止了供油提前角過大所產生的種種不利因素。提高了燃油的燃燒率和氣缸內的 平均有效壓力。特別重要的是，由於本機型所使用的柱塞式油泵的柱塞頂部是經過特別改 進的，其特點是發動機在部分負荷和怠速運轉時能夠自動減小供油提前角，使油泵在上死 點附近供油，由於充足的進氣量，較少的供油量，充分的燃燒時間，可使燃燒後廢氣排放中 的有害氣體CO含量幾乎可以下降為零。因供油提前角的減小，使發動機燃燒時的噪音大幅 度降低。另外根據有關資料(《國外內燃機》雜誌1973年第一期第11頁)介紹「有人通過 實驗，將噴油推遲4-6°曲軸轉角NOx的含量可降為原來的1/3」新機型噴油時間較老機型 推遲10°以上，因此NOx含量更低。8.新老機型工作過程的比較傳統四行程發動機在工作中存在著進氣壓力低、壓縮內耗大、作功時間短、排氣阻 力大等缺點。新機型在工作中進氣是由轉子式空壓機提供的有相當壓力的氣體，其進氣壓 力決定了發動機的配氣相位。其壓力的大小與發動機進氣角度成反比。新型內燃機的壓縮 是在極短的時間內完成的，其進氣壓縮所消耗的能量遠低於傳統內燃機，而作功角度和作 功時間卻是傳統機型的3倍以上。新機型在排氣過程中因發動機轉速低，缸內氣體壓力小， 副機排氣口大，所以排氣阻力也很小。9.新老機型熱量利用率的比較傳統機型設計中主要考慮的是如何提高發動機的動力，並為保證發動機的正常工 作設計了許多散熱裝置，這就降低了燃油的熱量利用率。而新機型設計時考慮的是如何有 效地利用燃料燃燒時所釋放的熱量。從新機型缸套、活塞、缸頭的設計中可以看出，在由這 三個主要零部件組成的燃燒空間裡，熱量的流失是有限的，而在作功後散發到冷卻水中和 廢氣排放中的熱量，又被餘熱發電裝置有效地予以利用。因此新機型的熱量利用率遠遠高 於傳統機型。10.減壓機構的比較傳統機型的減壓機構主要用於機器冷車時啟動，本機型之減壓機構除利於啟動功能外還有一個重要功能(主要用於各大中小型汽車)，就是在特定的情況下，迫使發動機斷 續工作，從而更有效的節省燃油，降低排放。11.汽油供給裝置的比較一般傳統機型沒有此裝置，本裝置除了有利於啟動外，對於一些大型、特大型柴油 機，此裝置可以長期與柴油機共同工作，這樣對柴油機所使用的燃油質量，就沒有太苛刻的 要求了，因此可以大幅度降低柴油機工作中的燃料成本。12.新機型的主要優點通過以上比較可以看出，新機型具有下述主要優點(1)與傳統機型相比，新機型轉速低、扭矩大、作功時間長、轉速平穩、噪音特別小。(2)與傳統機型相比，同等耗油量，新機型動力大幅度上升，同等功率，新機型油耗 大幅度下降。(3)新機型尾氣排放中CO、NO等有害氣體含量極低。(4)新機型尾氣排放溫度極低。(5)因燃油消耗率的降低，單位功率CO2排放量也隨之降低。(6)對於燃料的質量要求不是太高。(7)因主副兩缸內工作氣壓較傳統機型要低，所以各相關運動件在工作中所承受 的壓力和溫度也大副下降，又因發動機轉速下降引起各運動件慣性力的減小，所以新機型 更容易製造，也更經久耐用。(8)使用範圍廣，可以軍民兩用，可適用於各種要求使用柴油機的地方，並可取代 現有的各種柴油機。(9)可以很方便地改成燃燒其他燃料的內燃機，例縮小尺寸，去掉柴油供給系 統，就是一臺完美的汽油發動機，在此基礎上，增加一套天然氣供給裝置，又可以變成汽油、 天然氣兩用機。(10)去掉柴油供給系統和汽油供給系統，改變一下配氣相位，也可以作為大型火 力發動站用的高壓蒸汽機。最佳實施方法 型號HF主機缸數缸徑／副機缸數缸徑
型式立式直列水冷二衝程
燃燒室型式直噴式
氣缸數主+副一(卜24)+(卜24)
活塞總排量(L)主+副
壓縮比6一lo
主機缸徑／行程≤l
主機行程／副機行程≤l
主曲軸旋轉方向順時針
副機旋轉方向順時針
副機缸徑／主機缸徑≥1．414
主機缸徑範圍(mm)50—1500
主機活塞行程範圍(mm) 50-2000標定功率轉速最大扭矩轉速全負荷最低燃油消耗率機油消耗率排氣溫度排氣煙度工作順序潤滑方式冷卻方式啟動方式整機淨重量在前面已經提到，本發明的目的是⑴排放優於歐3標準。(2)耗油量低於傳統 機型的20%以上。(3)極低的噪音。(4)儘量降低造價。(5)延長發動機使用壽命。(6) 與相近機型同線生產。(7)大幅度降低排放溫度。能否達到上述目的，只要將新老兩種機型 的構造、設計理念、工作過程、所用材料等逐一進行對比，就可以得出結論達到上述目的並 不是相當困難的。1.降低排放的最佳實施方法。我們知道，柴油機尾氣排放中，除了無害的氧氣O2、氮氣N2,、二氧化碳CO2和水蒸 氣H2O外，還有如下的有害成份(1)氮氧化合物NOx包括一氧化氮NO和二氧化氮NO2。(2) 未燃燒的碳氫化合物。( 一氧化碳CO。(4)碳煙。( 二氧化硫S02。這些物質對人和環 境都有極大的危害。根據有關資料介紹，氮氧化合物是在氣缸內燃燒的高溫條件下產生的，主要以一 氧化氮的形式出現，其生成量決定於各種成份的濃度、溫度、反應時間。因為反應速度與氮 氧濃度及溫度密切相關，在一定的燃空當量比下，一氧化氮的生成量隨溫度的升高而迅速 增加。當溫度一定時，燃料越濃，一氧化氮的濃度越低。當燃空比大於理論值時，由於氧的 不足，一氧化氮急劇減少。在柴油機燃燒中非常高的火焰溫度下，一氧化氮的濃度在一定的 燃空比下有一極大值，比它更稀薄的混合氣中，一氧化氮的濃度取決於溫度；比它更濃的混 合氣中，一氧化氮的濃度取決於氧的濃度。此外，一氧化氮的生成反應比燃燒反應緩慢，所 以生成量還取決於反應時間，我們知道，空氣的成份中，氮氣所佔的比例很大，氧氣所佔的 比例很小，其他氣體所佔的比例更小。傳統發動機為了提高壓縮終了時氣缸內的溫度和壓 力，壓縮比一般都設計在20 1以上。又由於傳統發動機供油提前角較大，因此，從開始供 油至壓縮上死點這段時間內，由於氣缸內高溫、高氧和較低的混合氣濃度，非常適應一氧化 氮的生成。而新機型卻與此不同，新機型設計時使壓縮比很小，約8 1，同時汽油的點火 時間為壓縮上死點前3°，柴油的供油時間<壓縮上死點前3°，由於壓縮上死點前氣缸內 的溫度和壓力都很低，所以NOx沒有生成的條件。當活塞接近上死點、汽油點火燃燒時，此 時氣缸內溫度和壓力上升很快，幾乎與此同時柴油供給系向氣缸內噴入足量的柴油並很快 燃燒，氣缸內的壓力和溫度進一步上升，但是隨著活塞越過上死點下行，此時的燃燒空間越 來越大，缸內的溫度和壓力也隨著迅速降低，故此時缸內的溫度和壓力比傳統機型要低的多。由於較高的混合氣濃度和汽、柴油的快速燃燒奪取了缸內大部分的氧氣，並隨著溫度的 繼續下降，氮氧化合物再次失去了生成的條件。隨著曲軸的旋轉，當主活塞下行至下死點前 120°時，主排氣活塞打開主排氣口，主缸內高壓氣體由此進入副氣缸，主缸高壓氣體進入 副氣缸與傳統預燃室式發動機工作情況極為相似，在主缸內燃燒不完全的混合氣在進入副 缸的過程中重新混合燃燒，由於新機型燃燒時間延長到傳統機型的三倍以上，因此當副機 工作結束時，排出缸外的廢氣中，一氧化碳、碳氫化合物和黑煙應很少存在。2.降低燃油消耗量的最佳實施方法降低燃油消耗兩主要從以下幾個方面解決(1)結構方面從設計上增加了一套副 機，且主副兩機缸套位置都做了改變，其結果是增大了曲軸的有效扭矩，副機的設立有效地 利用了主氣缸的排氣能量，且使燃油的燃燒利用率得到了極大的提高。( 缸頭、活塞、缸 套在設計上均採用了隔熱技術，因此燃油燃燒時熱量流失很少，因為燃燒的目的是使進入 氣缸的氣體受熱膨脹作功，因熱量流失大量減少，為防止缸內溫度過高，可以適量減少噴入 氣缸的燃油量。另外由於風扇、水散熱器、機油散熱器的取消，使發動機熱量損失更小。(3) 柱塞頂部供油邊形狀的改變使油泵滿負荷以下工作時供油提前角減小，上死點前燃油提前 燃燒時氣壓對曲軸產生的負扭矩隨著減小。(4)因發動機轉速的降低，使發動機內部摩擦力 隨著下降。(5)由於發電機、制動空壓機、製冷空壓機和風扇的取消使發動機外耗更小。(6) 減壓裝置在行車中的使用使發動機的油耗更小。3.降低噪音的最佳實施方法傳統發動機產生噪音的原因在於以下幾點(1)過大的壓縮比和過大的供油提前 角使燃油提前著火燃燒時所產生的爆燃聲和金屬撞擊聲。(2)過早的排氣時所產生的噪音。 (3)配氣機構眾多的零件運動時所產生的金屬撞擊聲。(4)發動機高速運轉時，曲柄連杆機 構等運動件所產生的噪音。(5)其他零部件運動時所產生的噪音。針對上述情況，(1)新機型設計時壓縮比很小，提前角也很小，所以發動機提前著 火燃燒時所產生的噪音也很小。( 新型發動機主副兩缸容積是傳統機型氣缸容積的三倍 以上，所以新型發動機排氣時產生的噪音很低。( 新型發動機進排氣缸套活塞取代了傳 統發動機的配氣機構，由於凸輪與軸承的滾動摩擦、活塞、活塞環與缸套間的上下往復運動 使配氣機構產生的噪音很小。(4)發動機因轉速的大幅度降低使各運動件的噪音也隨之降 低。(5)由於新機型中發電機、風扇、制動空壓機、空調空壓機已被取消，故由這些零部件所 產生的噪音已完全消除。4.降低造價的最佳實施方法新機型在設計中多了一套副機和餘熱發電裝置以及高壓配氣裝置，但是新機型上 取消了原來的配氣機構、風扇、水箱散熱器、機油散熱器、渦輪增壓器和供油時間自動提前 器，如果設計合理，還可以把冷卻系統全部取消，另外，原先的四缸機可以用主副兩缸機代 替，六缸機可用主副三缸機代替，這樣又使油頭、柱塞、出油閥及有關零部件的整體數量減 少了一半。零件的大量減少使新機型的造價不會太高。5.延長使用壽命的最佳實施方法由於新型發動機較傳統發動機而言，機體、曲軸很短，工作溫度、壓力和轉速都很 低，故使用壽命可以大大延長。6.共線生產的最佳實施方法
本公司商標上註冊有96189幾個數字，其含義為(1)為本公司的開業時間。(2) 傳統發動機缸徑大部分都是0、5、8，有少部分為2、4、6，為與傳統機型有所區別，並為避免 不必要的糾紛，且又能與相近機型共線生產，故本公司設計的缸徑尾數必有9、6、1、8其中 之一。其單位可以是毫米，也可以是絲米。7.降低排氣溫度的最佳實施方法(1)燃油消耗率的下降直接降低了尾氣的排放溫度。(2)餘熱發電裝置的使用使排放的溫度更低。顯而易見，本領域的普通技術人員可以用本發明的原理構成各種新型內燃機。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的普通技 術人員在不脫離本發明範圍的情況下，還可以做出各種變化和變形，因此所有等同的方案 也應屬於本發明的範疇。本發明的專利保護範圍，應由各權利要求限制。


使用電磁氣門和電控泵噴咀的新型內燃機，其工作原理如下由前面描述的零部件的形狀可知，新型內燃機是由主副二機合二而一製成的，主 副兩機所不同的是主機有供給系，而副機沒有，主機有進氣門和排氣門，而副機只有一個排 氣門。其中主機的排氣口就是副機的進氣口，而副機的排氣口也是主機的排氣口。機體上主 副機缸套都向各自曲軸旋轉的方向平移了一定的距離，且副機缸套橫截面積是主機的兩倍 左右，主副機曲軸長度不同，但旋轉半徑相同(也可以不同)，主副曲軸可同向旋轉，也可逆 向旋轉，現假定兩曲軸都是順時針旋轉。面對發動機前端(飛輪端反面)左邊為主機，右邊 為副機，主副機由正時齒輪正確聯接，同步運轉，副機在工作中所產生的動力由主機飛輪向 外輸出。在工作中主機活塞(11)，始終超前副機活塞(1幻60°曲軸轉角，如圖1所示(注 主機活塞超前副機活塞的角度根據情況可以在20° -160°之間)。如果以活塞運行到最高 處為上死點，則相應的最低處為下死點。其中①主機進氣門(5)打開的時刻為主機工作活 塞(11)處於上死點前120°，如圖5所示。主機進氣門關閉的時刻為主機工作活塞(11) 處於上死點前60°，如圖7所示。②主機排氣門(9)打開的時刻為主機活塞(11)運行到 下死點前120°，如圖2所示。主機排氣門(9)關閉的時刻為主機活塞(11)運行到上死點 前90°，如圖6。③副機排氣門(13)打開的時刻為，副機活塞(15)運行至下死點前30°， 如圖4所示。副機排氣門(13)完全關閉的時刻為副機活塞(15)運行至上死點前20°。 ④汽油噴咀(7)的噴油時刻為，主活塞上死點前50°左右。⑤火花塞點火時刻為主機活塞 運行至上死點前3°左右，如圖8所示。⑥電控泵噴咀(8)供油時刻為<上死點前3°，如 圖8所示。⑦正式供水分配軸供水冷卻時刻為主機活塞運行至上死點前160°，如圖4所 示。結束供水時刻為主機活塞上死點前10°，如圖8所示。發動機啟動過程打開減壓機構 (因圖面有限沒有畫出)同時使供給系不工作。接通啟動電路，發動機在啟動機的驅動下旋 轉，當發動機轉速達到一定時，關閉減壓裝置，並使供給系恢復正常工作，隨著曲軸的旋轉， 當主機活塞由下死點往上運行至上死點前150°時，由圖4可知副機排氣門打開，主副兩 機氣缸內有壓力的氣體都經副機排氣口向外排出。曲軸繼續旋轉，當主機活塞上行至上死 點前120°時，由圖5可知。此時主機進氣門打開，由高壓儲氣筒而來的具有相當壓力的新 鮮空氣衝入主氣缸，並將原先殘存的廢氣擠出主機缸，其中有少量新鮮空氣隨廢氣一道由副機排出機外。曲軸繼續旋轉，當主機活塞運行到上死點前90°時，由圖6可知。此時，主 機排氣門完全關閉，副機仍在排氣，主機仍在進氣。曲軸繼續旋轉，當主機活塞運行到上死 點前60°時，由圖7可知。此時主機進氣門關閉，主機由此開始壓縮，副機此時仍在排氣。 曲軸繼續旋轉，汽油噴咀開始向主缸內噴入少量汽油，當曲軸旋轉到上死點前3°時，由圖 8可知，此時火花塞開始點火。汽油混合氣開始燃燒，缸內壓力和溫度很快上升，幾乎與此同 時，電控泵噴咀也開始向缸內噴入適量柴油，並急速燃燒。缸內壓力和溫度進一步上升，此 時副機仍在排氣。曲軸繼續旋轉，主機活塞很快到達上死點，如圖1所示，此時主機汽缸內 壓力接近峰值，此時副機仍在排氣。曲軸繼續旋轉，主機活塞越過上死點開始作功。當主機 活塞作功至下死點前140°，由圖9可知。副機活塞距上死點前20°，此時副機排氣門關閉。 曲軸繼續旋轉，當主機活塞作功至下死點前120°，副機活塞到達上死點時，由圖2可知。此 時，主機排氣門打開。主機氣缸內的高壓氣體由主機排氣門進入副機氣缸，主副二機同時作 功。曲軸繼續旋轉，當主機活塞運行至下死點，副機活塞運行到下死點前60°時，由圖3可 知。主機作功結束，副機仍在作功。曲軸繼續旋轉，主機活塞開始上行而作負功，副機活塞 仍在作功，且副機所作功大於主機負功。曲軸繼續旋轉，主機活塞上行至上死點前150°時， 由圖4可知，下一個工作循環由此開始。發動機正常啟動後，迅速切斷啟動電路，發動機怠 速運轉兒分鐘，待發動機水溫和機油壓力正常後，發動機即可正常使用。
0175] 0176]附圖零件名稱及顏色表示0177]1.定時供水分配軸0178]2.正時供水分配軸齒輪0179]3.正時齒輪0180]4.主機進氣道0181]5.主機電磁進氣門0182]6.火花塞0183]7.汽油噴嘴0184]8.電控泵噴嘴0185]9.主機電磁排氣門0186]10主副機缸套連接通道0187]11主機活塞0188]12缸頭0189]13副機電磁排氣門0190]14副機排氣道0191]15副機活塞0192]16副機活塞銷0193]17副機連杆0194]18副機缸套0195]19副機曲軸正時齒輪0196]20副機曲軸0197]21惰齒輪
22.主機曲軸正時齒輪23.惰齒輪24.惰齒輪25.齒輪傳動鏈條26.主機連杆27.主機缸套28.主機活塞銷29.機體30.主機曲軸黑色表示燃油正在燃燒淡黑色表示排氣淺黑色表示新鮮空氣和廢氣的混合氣體白色表示新鮮空氣黑色表示冷卻水。
權利要求
1.所述「主副機連體、偏移缸套、二衝程、餘熱發電、引燃式內燃機」簡稱新型內燃機。 其主要包括下列機構、系統和重要的零部件(1)機體、缸套和曲柄連杆機構。(2)供給系。 (3)缸頭及缸床。(4)潤滑系。(5)冷卻系。(6)正時齒輪。(7)油底殼。(8)溫差發電裝 置及蓄電池。(9)啟動機構。(10)燃油箱等。所述新型內燃機的特徵在於上述機構、系統 和重要的零部件構成了新型內燃機。
2.根據權利要求書1所述的新型內燃機，其特徵在於主副機曲軸每旋轉360°，主副 機各缸分別作功一次。
3.根據權利要求書1所述的新型內燃機，其特徵在於發動機工作中有相當壓力的新 鮮空氣是在主機活塞上行時供入主機氣缸的。
4.根據權利要求書1所述的新型內燃機，其特徵在於副機氣缸作功的高壓氣體是由 主機氣缸傳入的。
5.根據權利要求書1所述的新型內燃機的特例，其特徵在於沒有副機的新型內燃機， 仍可以正常工作。
6.根據權利要求書1(1)所述的新型內燃機機體，其特徵在於機體上有兩種以上缸套孔。
7.根據權利要求書6所述的新型內燃機機體，其特徵在於機體上可裝兩種曲軸。
8.根據權利要求書6所述的新型內燃機機體，其特徵在於主副機缸套孔均向各自曲 軸旋轉的方向平移了一定的距離。
9.根據權利要求書6所述的新型內燃機機體，其特徵在於主副機主軸承孔內鑲有高 強度薄鋼板，防止不慎燒瓦時造成機體報廢。
10.根據權利要求書1(1)所述的發動機缸套，其特徵為此缸套為兩層以上、且具有保 溫隔熱效果的特殊組合缸套。
11.根據權利要求書1(1)所述的曲柄連杆機構包括主副機曲軸、主副機連杆、主副機 活塞、主副機活塞環、主副機活塞銷及飛輪等。所述主副機曲軸的特徵在於各缸工作間隔 角為360°除以缸數。
12.根據權利要求書11所述的主副機連杆，其基本特徵在於其斷面面積和重量，均小 於同規格傳統連杆的斷面面積和重量。
13.根據權利要求書所述的主副機活塞，其特徵在於其頂部用耐高溫薄鋼板、下面加 高強度隔熱材料與鋁合金澆鑄在一起。
14.根據權利要求書所述的主副機活塞銷，其特徵在於其斷面面積和重量均小於同 規格傳統活塞銷斷面面積和重量。
15.根據權利要求書所述的飛輪，其特徵在於與同規格傳統飛輪相比，其直徑、厚度、 飛輪螺絲孔尺寸都要加大。
16.根據權利要求書1(2)所述的供給系包括汽油供給系、柴油供給系和空氣供給系。 所述供給系特徵在於汽油供給系、柴油供給系和空氣供給系同時工作或同時不工作、也可 以分別工作。
17.根據權利要求書所述的柴油供給系至少包括直列式柱塞泵。所述直列式油泵的 柱塞是經過改進的，其特徵在於柱塞頂部供油邊是一條與停供邊旋向相反的斜線，斜線與 柱塞頂部平面夾角的大小和斜線的長度，應視柱塞直徑的大小和所配柴油機的額定油量而定。柱塞的停供邊也向下作了一定的位移。如果改進後的洩油邊與改進前的洩油邊相等， 那麼作一條經過供油邊與頂點平面連線的交點、且平行於柱塞軸線的直線相交於原先的停 供邊，連接此交點與改進後洩油邊下端點所形成的線段就是改進後柱塞的停供邊。如此形 狀的柱塞適用於所有的柱塞式油泵。
18.根據權利要求書16所述的空氣供給系包括高壓儲氣筒、轉子式空壓機(或活塞式 空壓機、或電磁式空壓機)和配氣機構。所述高壓儲氣筒和空壓機的特徵在於二者的結合 構成了新型內燃機獨特的氣源。
19.根據權利要求書18所述的配氣機構包括主進氣缸套、活塞、活塞環、活塞銷、滾輪、 凸輪軸總成(如果活塞底部和凸輪軸接觸的地方是平的，則可以把活塞銷和滾輪剩掉。)主 副排氣缸套、活塞、活塞環、活塞銷、滾輪、凸輪軸(3根凸輪軸也可以用1根代用)。所述各 配氣活塞特徵在於其頂部用耐高溫薄鋼板下加高強度隔熱材料與鋁合金澆鑄在一起，且 尾部有滾輪或滾動軸承。
20.根據權利要求書19所述的各配氣缸套，其特徵在於相對於缸頭氣道的位置，鑽有 一定數量和孔徑的氣孔。
21.根據權利要求書19所述的各配氣凸輪軸，其特徵在於凸輪的形狀和尺寸決定了 各氣口開閉的時刻、時間與開啟度。
22.根據權利要求書1(3)所述的缸頭，其特徵在於缸頭上有四個孔，用於裝配進氣缸 套、主排氣缸套、副排氣缸套和減壓缸套。主機側面有進氣口，副機側面有排氣口，主排氣和 副機缸套有一氣道相連，底部燃燒室組成部分有專門的隔熱裝置，上面還有噴油器孔、火花 塞孔、汽油噴孔、凸輪軸座安裝孔以及缸蓋螺絲孔等。
23.根據權利要求書1(5)所述的冷卻系包括離心式水泵和正時供水分配軸。所述正時 供水分配軸的特徵在於相對於主機各缸水道口分別有一個出水口。分配軸轉動時，當各出 水口與某缸水道口相對時，冷卻水對該缸進行冷卻，出水口被堵住時結束供水。
24.根據權利要求書1(6)所述的正時齒輪，其特徵在於各正時齒輪的齒數、模數、直 徑都相等。
25.根據權利要求書1(7)所述的油底殼，其特徵在於相對於集濾網的下方安裝有電 阻加熱裝置。
26.根據權利要求書1(8)所述的溫差發電裝置，其特徵在於熱源來自於發動機冷卻 水和尾氣排放中的熱量。
27.根據權利要求書1(9)所述的啟動機構包括蓄電池、啟動機和氣缸減壓機構。所述 減壓機構包括減壓軸、減壓臂、蓄電池及減壓控制電路。所述減壓機構特徵在於汽車行走 時，利用減壓機構，適時控制發動機的狀況，使發動機始終處於工作或不工作的交替變換之 中，從而達到節能減排的目的。
28.根據權利要求書27所述的減壓機構，其特徵在於在一定的範圍內，減壓機構既可 以人工控制，也可以自動控制。
29.根據權利要求書27所述的減壓機構所控制的氣門，既可以是原有的氣門，也可以 重新設置。重新設置的氣門特徵在於可以設計成電磁氣門以利於控制。
30.根據權利要求書1(10)所述的燃油箱，其特徵在於圓柱形油箱一箱兩用，柴油箱 有電阻加熱裝置，兩油箱口防盜油、通氣口有高效過濾裝置，油箱底部有可轉換的廢氣加熱直ο
全文摘要
本發明為「主副機連體、偏移缸套、二衝程、餘熱發電、引燃式內燃機」，簡稱新型內燃機。其涉及內燃機領域。本發明為解決傳統發動機油耗大、功率低、噪音大、汙染多、結構複雜難製造等缺點，以逆向思維設計的新型機。其工作原理為主副兩機由正時齒輪連接，同步運轉。主副機曲軸各旋轉360°，主副機各缸分別作功一次，其中主機作功180°，排氣、進氣、壓縮約180°。副機作功150°，排氣約190°。副機的設立和缸套偏移使新型機功率上升，二衝程設計使往復、旋轉慣性力減小75％。引燃式設計使壓縮比大降但能量不變，因此使缸頭、缸套、活塞的隔熱保溫設計成為可能。並使噪音和N0下降且曲軸受力小而均勻。餘熱發電使排放溫度更低、且使發動機省去很多部件而簡單易造。
文檔編號F02B41/00GK102072013SQ20091013633
公開日2011年5月25日 申請日期2009年5月11日 優先權日2009年5月11日
發明者洪選民 申請人:洪選民