CN102072013B - 新型内燃机设计 - Google Patents

Abstract

本发明为“主副机连体、偏移缸套、二冲程、余热发电、引燃式内燃机”，简称新型内燃机。其涉及内燃机领域。本发明为解决传统发动机油耗大、功率低、噪音大、污染多、结构复杂难制造等缺点，以逆向思维设计的新型机。其工作原理为：主副两机由正时齿轮连接，同步运转。主副机曲轴各旋转360°，主副机各缸分别作功一次，其中主机作功180°，排气、进气、压缩约180°。副机作功150°，排气约190°。副机的设立和缸套偏移使新型机功率上升，二冲程设计使往复、旋转惯性力减小75％。引燃式设计使压缩比大降但能量不变，因此使缸头、缸套、活塞的隔热保温设计成为可能。并使噪音和N0下降且曲轴受力小而均匀。余热发电使排放温度更低、且使发动机省去很多部件而简单易造。

Description

新型内燃机设计

技术领域

本发明涉及一种机器，特别涉及到日常使用的内燃机。 

技术背景

现在的内燃机真可谓种类繁多，规格齐全。如按照所使用的燃料分，可分为柴油机、汽油机、燃气机等.如按缸数分又有单缸机和多缸机，按工作行程又有两行程和四行程之分，如按汽缸所排列的位置分，又有卧式、直列式、W型、V型等.除此外还有更加详细的分法。但是无论怎样分类，其工作原理基本上是一样的。 

为便于叙述，本文以日常生活中常见的直列式四行程多缸柴油机为例。简述其工作原理，并指出其存在的缺点。 

传统柴油发动机(以下简称柴油机)从发明到现在历经百余年，经全世界数代人不断更新改进，其性能已得到了极大的提高，并已得到了最广泛的使用。随着社会的进步和发展，现在的人们既要求大幅度提高发动机功率又想尽量减少发动机尾气排放中CO、NO等有害气体的含量。因此，现在出厂的柴油机，几乎全部装配有废气涡轮增压器，而早先生产的涡流室式发动机因油耗高、冬天难启动，现在几乎全部改为直喷式发动机。柴油机由自然吸气式改为涡轮增压式后，发动机在不改变缸径和行程的情况下，使进气量增大了很多，如果装有空气冷却器，则进入气缸的空气量更大。因此，当燃油供给***准时向气缸内供给足量的柴油燃烧作功时，使发动机的动力得到了极大的提高。但是任何事物都具有两重性，正如毛***所说：“在一定的条件下，坏事可以变成好事，好事也可以变成坏事。”正是因为直喷式发动机动力大幅度提高的结果，所以才造成了柴油机在使用中出现了很多难以解决的问题。 

以无锡柴油机厂早期生产的6110A发动机和现在生产的6DF1-26进行比较：6110A缸径110毫米，活塞行程120毫米，转速2900转/分，功率140马力。6DF1-26缸径110毫米，活塞行程125毫米，转速2300转/分，功率260马力。通过简单计算可以看出：6DF1-26与6110A相比，气缸容积几乎相等，转速下降了20％，而动力却增加了93％。由此可以想象，当发动机大幅度增加动力后，发动机工作中气缸内的压力和温度有多高？特别是在压缩上死点前后各10°左右气缸内的压力和温度有多高？气缸内极高的压力和温度极有可能造成缸套、活塞以及其他有关零件的早期损坏。为此，工程师们在设计时不得不加大风扇的风量和冷却水的流量以及水箱散热器的有效散热面积，利用冷风和水散发缸套、缸头、机体等零部件内过高的温度。另外，为了有效地给活塞降温，大部分厂家都在机体内设计有专门的机油喷嘴，对准活塞喷射机油以降低活塞温度，流入油底壳中的高温机油，经水冷式机油散热器散热降温，这样燃油在气缸中燃烧作功时所产生的热能，有相当一部分被风扇、水箱散热器和机油散热器散发掉了。另外，为了使发动机工作中排气干净，进气充分，工程师们在设计中都使进排气门早开晚闭。大多数发动机作功下死点前45°左右排气门就已打开，这就使发动机气缸内很多热量在没有作功的情况下就被排出去而造成更大的热量流失。 

由内燃机工作原理可知，四行程发动机曲轴每旋转720°完成一个工作循环，对于有涡轮增压 器的发动机而言，中速以上进气行程不消耗发动机的动力，而压缩行程中，由于进气压力很高，在整个压缩行程中要消耗很多自身的动力。一旦燃油提前供入气缸内燃烧，活塞在压缩上死点前至压缩上死点这十几度内消耗发动机更多的动力。再看作功行程，我们知道，柴油在气缸中燃烧所产生的压力作用于活塞，并经活塞销、连杆传给曲轴，从而将活塞的往复直线运动变成曲轴的旋转运动，通过飞轮以扭矩的方式向外输出。在作功上死点后十几度，此时气缸内的压力与温度都极高，但此时连杆与曲柄几乎在同一条直线上，因此曲柄的有效力臂太小，故此时的扭矩也不太大。当活塞运行至下死点前45°左右排气门打开时，其作功行程仅有135°左右。在排气行程中，由于废气涡轮和***的阻力，使气缸内压力较高的废气很难流畅地排出去，因此排气行程也消耗发动机一部分动力。 

另外装在发动机上的其他零部件，如燃油泵、机油泵、水泵、配气机构以及发动机自身的内部摩擦力等都在消耗发动机的动力。对于车用发动机，除上述消耗外，还有发电机、转向助力泵、制动空压机、空调空压机也在消耗发动机的动力。 

如此分析看来，柴油燃烧作功时所产生的热能只有一部分转化为机械能，而此机械能除各种消耗外，仅剩一部分转化为对外输出的动力。 

综前所述可以看出：传统柴油机具有燃油消耗大、有效功率低、排气温度高、有害气体多、噪音特别大等缺点。 

怎样克服柴油机存在的缺点，进一步提高柴油机各方面的性能？众所周知，必须从以下几点着手： 

1.尽量提高柴油的燃烧率。 

2.尽量减少柴油燃烧作功时的热量流失。 

3.充分利用发动机作功后的排气能量。 

4.尽量减小供油提前角，并在压缩上死点后尽快结束供油。 

5.尽量减少不必要的零部件。 

6.充分利用发动机工作中产生的冷却水余热、机油余热、尾气排放余热发电。 

7.选择优质润滑油，降低发动机内部摩擦力。 

以上7条方法，除6，7两条利用现代技术可以实现外，其余5条方法，对于传统发动机而言都不能很好地实现。为什么难以实现，请看下面简要分析： 

1.怎样尽量提高柴油的燃烧率。答案：(1)提高进气量。(2)提高压缩比。(3)尽量延长柴油的燃烧时间。(1)(2)两条现已做的很好，但延长燃烧时间却很难做到，因为只有降低发动机转速才能延长燃烧时间，但是降低发动机转速的直接后果就是降低发动机功率，故此法不可采用。 

2.怎样减少发动机的热量流失？ 

答案：(1)利用现在陶瓷缸套，陶瓷活塞，陶瓷活塞环等耐高温零件和一定的隔热技术，可以有效地减少冷却水带走的热量。(2)减小发动机排气门早开角度，延长作功时间。对于陶瓷配件，在先进的汽油机上早已得到应用。但是陶瓷零件的机械强度较差，无法在高速高压的柴油机上使用。而减小排气门早开角度，将会使发动机因排气不尽、进气不足而造成冒 黑烟、功率下降。故也无法解决。 

3.怎样充分利用发动机作功后的排气能量？ 

现在的发动机为利用其尾气排放能量，已经把废气涡轮进气口的尺寸做得很小，以加快通过此处的废气流速，使增压器转得更快，增加空气进气量。此尺寸已不能再小，否则将会造成增压器的早期损坏，并进一步增大发动机的排气阻力。 

4.怎样尽量减少供油提前角，并在上死点后尽快结束供油？ 

对于传统发动机而言，当供油量一定时，减小提前角将会造成燃烧滞后，早结束供油又使提前角更大。只有增大油泵柱塞直径或使柱塞停供边角度增大，可以满足上述要求，但又因供油速率过大而使发动机工作更加粗暴，故也不好解决。 

虽然目前国际上先进的高压共轨技术可以较好地解决问题，但因价格太贵，一般厂家难以接受。 

5.怎样精减不必要的零部件？ 

答案：传统内燃机零部件缺一不行，无法精减。 

从以上的分析中可以看出：现有的各种方法确实无法很好地解决传统发动机所存在的问题。但是，本人经过数年来对传统发动机的研究与思考，现在发明的一种新型发动机，完全可以解决传统发动机所无法解决的问题。 

发明目的 

以上全面分析了传统发动机所存在的缺陷。 

本发明的目的，就是要从根本上解决传统发动机所存在的缺陷，并以全新的思维，设计出完全不同于传统机型的全新的内燃机模型。在此模型的基础上，变动一下尺寸，增减一些零部件，可以变化设计出各种类型和规格并能适应各种燃料的内燃机，其功率范围可在数千瓦至数十万千瓦之间。减去一些零部件，变动一下配气相位，也可以用做大型火力发电站用的高压蒸汽机。以目前我国内燃机的生产水平和所拥有的材料，完全可以生产出自己心中预定标准的新型内燃机，这就是：(1)与国内外最先进的各种同等功率的内燃机相比，排放应优于欧III标准。(2)燃油消耗率应下降20％以上。(3)车用发动机整机寿命应超过50万公里。(4)船用及其他固定作业机型的整机寿命，应超过相近机型的20％以上。(5)造价不高于同等功率发动机。(6)可与相近机型共线生产。(7)大幅度降低排气温度。 

发明内容

组成新型内燃机的主要零部件及其形状。 

为方便叙述和作图，本文选择类似传统单缸机的单主副机模型并插以简图，其中配气机构采用了电磁气门、柴油供给系采用了电控泵喷嘴***。其工作原理另行说明，下面详细介绍组成新机型的主要零部件的形状及工作原理。 

1.机体 

本机体是一个可以装配两根曲轴、两种缸套、两个机油泵(也可以使用一个机油泵)、一个喷油泵，且缸套孔向各自曲轴旋转方向平移一定距离的机体。设曲轴旋转半径为R，则此距离为0.4-0.45R.设有供给***的(指燃油供给和空气供给)为主机，则无供给***的为 副机，设主机缸套内孔横截面积为S，则副机缸套内孔横截面积为2S左右。主机和副机主轴承孔内最好用胶粘一层0.5mm左右的薄钢板，以防万一发动机曲轴烧瓦造成机体报废。机体上主机缸套孔内水槽高度应为曲轴行程的3/5，水槽下部的缸套孔内两道水封圈以下应镗成T型螺纹状，减小缸套与机体的接触面积，减少气缸内热量流失。副机缸套孔内水槽高度应为曲轴行程的1/2.水槽下部缸套孔两道阻水圈以下部分，也应镗成T型螺纹状，防止副机缸内热量流失。另外现在的高级润滑油内含有一种与金属有特别亲和力的纳米级减摩材料，为减少该物质与机体内非摩擦表面金属的接触，应在上曲轴箱内非工作表面喷塑，以增加该物质在机油中的含量。机体上其他没有特别提及的相关位置及配置基本上与老机型相同。 

2.缸头 

缸头可以使用普通缸头(如图一所示)，也可以用新缸头。新缸头已完全不同于传统的缸头，此缸头上有四个缸套孔、一个喷油器孔、一个火花塞孔、一个进气口、一个排气口、一个汽油喷孔、一个主副机缸套连接孔、十二个缸盖螺丝孔、许多缸头罩盖螺丝孔、两个减压轴支架座螺丝孔、四个配气凸轮轴支架座螺丝孔，缸头底部与缸套、活塞顶部组成燃烧室的部分，表面有2mm左右的耐热钢，下面加隔热材料，防止大量热能经缸头流失，此缸头进气口与排气口都应有隔热材料，以防止进气被提前加热，排气时大量热量传递到缸头上。 

3.配气机构 

传统机型配气机构中的凸轮轴、随动柱、顶杆、气门摇臂、摇臂轴、摇臂座、进气门、排气门、气门导管、气门卡夫、气门弹簧、气门弹簧上下座、气门油封、气门座圈等在主机上已被取消。取而代之的是一个进气缸套、一个进气活塞总成、一个进气凸轮轴、一套进气凸轮轴座、一个主排气缸套、一个主排气活塞总成、一个主排气凸轮轴、一套主排气凸轮轴座，副机上只有一个副排气缸套、一个副排气活塞总成、一个副排气凸轮轴、一套副排气凸轮轴座。主机上的进气缸套孔由于进气压力很大，因此缸套直径不必做的太大，主机排气时压力更高。因此，排气缸套孔应做的更小一些，副机排气时，缸内气压已经很低，故副机排气缸套应尽量做大，使气缸内废气排得更净。除上述配气机构外，也可以采用电磁配气机构(如图一所示) 

4.减压机构 

此减压机构的功能：(1)低温启动时使发动机转得更快。(2)车用发动机行驶中迫使发动机停止工作。 

减压机构由下述零部件组成：偏心轮及减压轴、支架座、减压缸套、减压活塞总成，(也可以用电磁气门取代上述减压机构)。 

减压机构工作原理：手动或气动使减压轴旋转，减压轴上的偏心凸轮脱离减压活塞，减压活塞在弹簧的作用下上行，减压缸套内的通气孔使主气缸与外界大气相通，与此同时，关闭总进气道。这样当主副两活塞运动时，两缸内空气都从此孔内进出，从而达到减压目的。反转减压轴，偏心凸轮迫使减压活塞恢复到正常工作位置。 

5.曲轴 

传统多缸机各缸曲轴间隔角为720°除以缸数。新机型各缸曲轴间隔角为360°除以缸数。 多缸发动机工作顺序有很多种排列方法，考虑到曲轴在工作中受到各种变力的作用，各曲柄之间有时会受到惯性力矩的作用，因此在设计时应该充分考虑平衡问题。所以各缸工作顺序应经电脑模拟实验，择优而定。 

此机主副两曲轴的工作顺序应相同，但制造尺寸肯定不同。副曲轴长度肯定大于主曲轴长度，由于副机工作中受力较小，其主轴颈和连杆轴颈直径应小于主曲轴的主轴颈和连杆轴颈。主机缸套直径与主机曲轴行程之比应小于或等于一，主副两曲轴行程之比也应小于或等于一。 

6.缸套 

主机缸套应做成双层的(大型机缸套应做成3层以上的)，其中内层用耐磨耐热材料，内层的外圆应车成反螺纹，外层的内孔应车成正螺纹，两层缸套压在一起后再精加工。副机缸套也应做成双层的，因副缸内气压比较小，因此外层缸套内孔反丝的螺距相应要车大一些。内层缸套的外圆反丝螺距也应车大一些。 

7.活塞 

主机活塞的几何形状应与传统机型相同，但活塞顶部要在耐高温薄钢板下面加隔热材料，然后和铝合金浇铸在一起。副机的活塞顶部是平的，其顶部也要在耐高温薄钢板下加隔热材料与铝合金浇铸在一起，因副活塞受力较小且又是平顶，因此副活塞的高度适当小一些。 

8.活塞环、活塞销、连杆 

主机活塞环与传统机型一样，活塞销和连杆断面面积小于传统活塞销和连杆断面面积，副机活塞环与传统机型一样，活塞销及连杆应与主机活塞销和连杆相同。 

9.转子式空压机及高压配气装置 

转子式空压机的排量和输出压力，应视主机气缸总排量及主活塞开始压缩时的准确位置计算确定。输出的气体经冷却后进入可适当调压的储气筒，然后由一条管道引向缸头，适时向各缸供气。为了增加空压机效率，也可以在转子轴前端增加一个同轴涡轮，使空气两极增压。空压机可直接由发动机驱动，如果电力充足，也可以用电机驱动。对于一些重型、超重型柴油机用空压机，也可选用适当的柴油机驱动，转子式空压机的优点是体积小、零件少、重量轻、效率高、缺点是输出压力远低于活塞式空压机。接在缸头上的进气支管全部采用隔热方法，以防止空气进入气缸前被加热。 

10.燃油供给*** 

汽油全部采用电喷式供油 

中小型柴油机可选用传统直列泵、分配泵、机械调速式单体泵或电控泵，经济条件许可，也可以选用高压共轨***。为了结构紧凑，最好选用电控单体泵。 

大型、特大型柴油机应选用T型、泵喷嘴、或其他专用的大功率泵。 

喷油器应根据实际情况选择匹配。 

11.冷却***及定时供水分配轴 

与传统机型不同的是，此机冷却***没有风扇，没有专用的水箱式散热器，只有一个离心式水泵向定时供水分配轴内提供有一定压力的冷却水，定时供水分配轴由正时齿轮驱动旋 转，当某一缸活塞处与上死点前160°时开始供水，至主活塞运行到上死点前10°结束供水，这一供水过程是在发动机主机排气、扫气、进气、压缩时进行的，因此，既不损失发动机作功时的热量，又能把发动机作功后散发出缸外多余的热量及时送到余热发电装置中发电。如此循环工作，从而保证了发动机不致过热。(在某些场合根据需要，也可以把冷却***完全取消)。 

12.润滑系 

本机主副两机可以各自使用自己的一套润滑系，也可以共用同一套润滑系，此润滑系***与传统机型大致相同，也是由机油泵、集滤器、机油泵齿轮、机油滤芯等组成。与传统机型所不同的是，此***省去了机油散热器。 

13.正时齿轮 

本机正时齿轮与传统机型不一样，其中主副机曲轴齿轮、油泵齿轮、主副机凸轮轴齿轮的齿数、模数、直径都是相同的，惰齿轮、机油泵齿轮、转子式空压机齿轮(注：空压机也可以在外部用皮带盘驱动)的齿数、模数与直径，可根据实际情况而定。 

14.飞轮及飞轮壳 

飞轮是发动机动力输出装置的重要组成部分，副机作功中产生的动力，是靠副机输出端曲轴齿轮与主机曲轴传动端专门设计的齿轮正确联接，通过主机飞轮向外输出的，由于此机工作中有效功率的提高，以及发动机转速的降低，使飞轮在传递动力的过程中所承受的扭矩达到传统机型的两倍以上，因此必须对飞轮有关部位进行加强。 

15.油底壳 

油底壳是发动机曲轴箱的组成部分，又是存储润滑油的容器。机油在发动机工作中吸收了很大的热量，现在有了温差发电装置，所以油底壳外部应作保温处理，其四壁也可以作为安装余热发电装置的支架，此机油底壳最好用铝合金制作。在集油盘下方，应装电阻加热装置，以利冬天启动。 

16.温差发电装置 

此装置是利用发动机工作中散发到冷却水和润滑油中的热量以及尾气排放时的余热温度与常温之间的温差进行发电的一种装置。发动机工作中损失的热能很多，与常温相比温差很大，如用此装置将热能有效地转化为电能并予以储存，将会产生很大的利用价值。有了充足的电源，就可以把传统的发电机取消，也可作为驱动空压机的动力。此发电装置零部件的安装位置，应视零部件的形状和性能而定。 

17.启动装置 

对于大型、特大型发动机启动是一件十分困难的事，特别是在寒冷的冬天启动将更加困难。 

本机设计中充分考虑了冬季启动问题，此启动***，除启动电机外，缸头上装有一套减压装置，另外还有汽油电喷***，几套装置综合使用，使本机启动性能特佳。 

18.燃油箱 

此燃油箱与传统燃油箱略有不同，此油箱为圆柱形，其特点是省料、强度高、易制造、 装油多、燃油便于沉淀、左右晃动时燃油波动小。内有隔板将其分为两部分，其比例为5∶1，其中大油箱装柴油，小油箱装汽油。两进油口为防盗油专门设计，顶部有高效空气过滤通气口，柴油箱内部装有电阻加热装置和可转换废气加热管。 

19.储气筒 

此储气筒为圆柱形，耐高压并可自动调压、限压。 

20.其他 

凡本文中没有特别提及的零部件与传统发动机大致通用。 

新型发动机工作原理 

假如上述零部件已全部无误地装配于发动机之上，且已经过认真调整，充分磨合，完全合格，准予出厂的新型发动机，那么这台发动机是怎样工作的呢？下面简述这台发动机的工作原理。 

由前面描述的零部件的形状可知，这台机器是由主副两机合二而一制成的。主副两机所不同的是：主机有供给***而副机没有，主机有一套进气缸套、活塞和一套排气缸套、活塞，而副机只有一套排气缸套、活塞。主机的排气口就是副机的进气口，而副机的排气口也是主机的排气口。机体上主副机缸套孔都向各自曲轴旋转方向平移了0.4-0.5R的距离，且副机缸套横截面积是主机的2倍左右。主副机曲轴长度不同，但旋转半径相同(也可以不同)，主副曲轴可同向旋转，也可以逆向旋转，现在假定两曲轴都是顺时针旋转的，面对发动机前端(飞轮端反面)，左边为主机，右边为副机，主副机由正时齿轮正确联接，同步运转。副机在工作中所产生的动力由主机飞轮向外输出。在工作中主机活塞始终超前副机活塞60°曲轴转角(注：主机活塞超前副机活塞的角度，应根据主机进气压力的大小可以在很大范围内变动，进气压力越大，此角度可适当增大，此角度越大，副机的主作功行程越小，次作功行程越大，而主机的进气、压缩时间越短)，如果以活塞运行到最高处为上死点，则相应的最低处为下死点。也就是说，当主活塞处于上死点时，副活塞处于上死点前60°(或下死点后120°)。主活塞处于下死点时，副活塞处于下死点前60°(或上死点后120°)。三个配气活塞各自开闭气口的时刻为：(1)主机进气活塞使进气口开放的时刻：当主机工作活塞由下死点往上运行至上死点前110°时刚开放，主机工作活塞往上运行至上死点前60°时进气口完全关闭。(2)主机排气活塞使排气口刚开放的时刻为：主机工作活塞由上死点往下运行至下死点前120°时排气口刚开始打开，主机工作活塞运行到上死点前90°完全关闭。(3)副机排气活塞使排气口开放的时刻为副机工作活塞运行到下死点前30°(此时主机工作活塞处于上死点前150°)。副机排气活塞完全关闭排气口时刻为：副机工作活塞运行到上死点前20°(此时主机工作活塞运行到下死点前140°)。 

发动机的启动过程：打开减压装置同时切断汽油供给电路，并使柴油泵处于熄火位置，接通启动电机电路，柴油机在启动电机的驱动下开始旋转，当发动机达到一定的转速时，关闭减压装置并使汽油供给***和柴油泵恢复正常工作，当主机工作活塞由下死点往上运行至上死点前150°时，副机工作活塞处于下死点前30°，根据前面所描述的配气相位可知，此时主机进气口关闭状态，主机排气口开放状态，副机排气口刚刚打开，主副两机气缸内的气体都 经副机排气口排出机外。曲轴继续旋转，当主活塞运行至上死点 

110°，副活塞运行到上死点前170°，此刻，主机排气口、副机排气口都在开放状态而主机进气口已经开放，由储气筒供给的有相当压力的新鲜空气冲入主气缸，其中一部分随主气缸内原先残存的废气经两排气口排出机外。曲轴继续旋转，当主活塞运行至上死点前90°，副机活塞处于上死点前150°，此刻副机排气口仍在开放状态，副机仍在排气，主机排气口此时已完全关闭，主机排气扫气同时结束，而主机进气口仍在开放状态，新鲜空气继续进入主机气缸。曲轴继续旋转，当主机活塞处于上死点前60°，副机活塞处于上死点前120°，副机仍在排气，此刻主机进气口已完全关闭，主机进气结束，压缩行程开始。此时汽油供给***向主气缸内供入少量的汽油，曲轴继续旋转，进入主气缸内的混合气开始被压缩，当主活塞运行到上死点前3°时，压缩行程结束，此时火花塞开始点火，气缸内温度和压力很快升高。与此同时，柴油供给***向气缸内喷入适量柴油。喷入的柴油在高温、高压下急速燃烧，使气缸内的温度和压力大幅度提高并很快达到峰值。此时副机排气口仍开放，副机仍在排气。曲轴继续转动，当主活塞越过上死点，主机主作功行程开始，强大的气压推动活塞下行作功。当主活塞下行至下死点前140°，副活塞运行到上死点前20°时，此刻副机排气口完全关闭，副机排气结束，主机仍在作功。曲轴继续旋转，当主机活塞运行至上死点前120°，副机活塞运行至上死点时，主机排气口开放，主机气缸内高压气体由此进入副机气缸，主副两机同时作功。此时主机主作功行程结束，次作功行程开始，副机的主作功形成也开始了。曲轴继续旋转，当主机活塞下行至下死点、副机活塞下行至下死点前60°，主机次作功行程结束，副机主作功行程也结束。此时主机排气口仍开放，主机进气口和副机排气口都关闭。曲轴继续旋转，当主活塞运行到上死点前150°，副活塞运行到下死点前30°时，副机排气门开放，主机负作功行程和副机的次作功行程同时结束，主副两机同时开始向外排气，此时主机进气口仍处于关闭状态，主副两机排气口都开放，主机负作功行程结束，副机次作功行程也结束。曲轴继续转动，下一个循环由此开始。发动机正常启动后，迅速切断启动电路，发动机怠速运转几分钟，待水温、机油压力正常后，发动机即可正常使用。 

新老机型主要零部件的比较及新机型优点 

1.新老机体的比较 

与老机体相比，新机体设计时增加了一套副气缸，并使两机缸套孔位置沿各自曲轴旋转方向平移了一定距离。从该机的工作中可以看出：缸套位置的改变使发动机作功时高压气体作用于活塞顶部的压力，通过连杆传给曲轴的分力增大，作用于缸壁的水平分力减小，同时连杆下行推动曲轴旋转的有效力臂也明显增大，作功时力与力臂的同时增加，将会使曲轴向外输出的扭矩有更加明显的增大。 

副机的设立非常有效地利用了主机的排放能量。我们知道，传统发动机作功时，活塞距下死点前45°左右(有的机型高达60°)排气门就已打开。此后活塞因缸内压力大幅度下降而基本上停止作功。 

再看新机型两气缸内此时压力情况，从新机型工作情况可知，当主活塞作功至下死点前120°时，主机排气口打开，主缸内高压气体进入副缸，两缸同时作功，此时主缸内气体体积 应占气缸容积30％以上，气体压力大致是峰值时的2/3。当主活塞运行到下死点前45°主气缸和副气缸气体体积之和大致为之气缸容积的150％，气体压力大致是峰值时的1/10，当主活塞运行到下死点，副活塞下死点前60°，此时主副两气缸内体积之和大致是主气缸容积的230％，气压大致是峰值时的1/15。主活塞继续运行至上死点前150°，副活塞运行到下死点前30°，此段时刻，主活塞作负功，副活塞仍在作正功，副活塞所作正功大于主活塞负功。 

从上面的分析中可以看出：主活塞从下死点前45°至下死点所作的功是额外的，副活塞从下死点前105°至下死点前60°所作的功也是额外的，副活塞从下死点前60°至下死点前30°所作正功与主活塞所作负功之差也是额外的。对于中小型发动机而言，这些额外收获的功也许微不足道，但假设这是一台转速60转/分，主活塞面积1平方米，副活塞面积2平方米。曲轴旋转半径1米，缸数18只，功率数万千瓦的大型柴油机增加的功率将是非常惊人的。 

2.新老曲轴的比较 

我们知道老机型曲轴每旋转720°，各缸分别作功一次，新机型曲轴每旋转360°各缸每别作功一次，假设供油量相同，缸径也相同的新老两台发动机，那么新型机转速是老机型转速的一半，由于发动机工作中各运动件存在着往复惯性力和旋转惯性力。往复惯性力与运动件的速度V和质量m有关，其关系式为F＝ma＝m(V₂-V₁/t)，旋转惯性力与物体的质量m，旋转半径R以及旋转角速度ω有关，其关系式为F＝mRω²，我们知道，当活塞在气缸内运行时，在上死点和下死点的速度为零，行程中点速度最大，惯性力也最大.假设老机型活塞由上死点运行到行程中点时的速度为V，则此时的往复惯性力F_老1＝mV/t.因新机型的转速是老机型的一半，所以新机型在此转速下活塞由上死点运行到行程中点的往复惯性力F_新1＝mV/4t。老机型旋转惯性力为F_老2＝mRω².F_新2＝mR(ω/2)²＝mRω²/4.通过比较可知，新机型的往复惯性力和旋转惯性力均为老机型的1/4。因此，新机型运转更平稳，也更容易制造，使用寿命也更长。 

3.新老机型缸套活塞的比较 

大部分老机型缸套从外观上可以看出：缸套外圆与冷却水接触面高度大于曲轴行程且整个缸套是一体的，所以工作中气缸内热量很容易经缸套传递给冷却水而散发掉。新机型缸套设计时使主机缸套外圆与冷却水接触面高度等于曲轴行程的3/5，副机缸套外圆与冷却水接触面高度等于曲轴行程的1/2，且主副机缸套都由内外两层或内中外三层缸套组合而成，用于阻止气缸内温度大量流失。 

活塞顶部直接与气缸内高温气体长期接触，传统机型的活塞几乎全部用铝合金制成的，其优点是重量轻，易制造，但最大的缺点是熔点低、导热快，气缸内热量有相当一部分是被活塞散发的，新机型活塞顶部设计成耐高温钢材下面加隔热材料与铝合金浇铸在一起，因而有效地阻止了缸内热量经活塞大量流失。 

4.新老缸头的比较 

传统老机型缸头是发动机零部件中最难制造的，上面有很多水道、气道、机油道以及很多螺丝孔，其底部直接与气缸内高温气体长期接触，是发动机承受高温和热量散发的主要零部件之一。 

新机型缸头完全不同于传统缸头，原先装配在缸头上的进排气门、进排气门导管、进排 气门座圈、气门摇臂、摇臂座、摇臂轴已被取消(机体上装配的配气凸轮、轴瓦、随动柱、挺杆也被取消)取而代之的是：进气缸套、装有圆柱滚子轴承和活塞环的进气活塞总成、主机排气缸套、装有圆柱滚子轴承和活塞环的主排气活塞总成、副机排气缸套、装有圆柱滚子轴承和活塞环的副排气活塞总成、以及特别设置的减压缸套、装有圆柱滚子轴承和活塞环的减压活塞总成，各缸套上钻有一定数量的气孔，缸头上与气孔对应的地方留有气槽，使进气、排气更加流畅。活塞上装有组合式气环和油环，活塞顶部在耐高温钢材下面加隔热材料与铝合金浇铸在一起。缸头上还有汽油供给***中的火花塞孔、汽油喷孔以及柴油供给***中的喷油器孔和配气、减压凸轮轴支架螺丝孔。配气机构中各气口开闭时刻是由配气凸轮的形状和尺寸决定的。新缸头的优点是：减少了原配气机构中零部件的数量，增加了密封性，提高了工作可靠性，合适的设计可以提高进气量，凸轮轴与轴承的滚动摩擦降低了发动机噪音，主副机工作中排气的噪音更低。 

5.新老进气装置的比较 

传统机型进气装置主要由空滤、空冷器、增压器等组成，装有增压器的发动机因排气阻力大而消耗了发动机的一部分动力。而新机型所用的转子式空压机几乎没有进气阻力。在压缩工作过程中所消耗的动力也远比传统机型压缩时所消耗的动力小，最重要的是转子式空压机把传统机型进气、压缩、排气540°的曲轴转角，变成了新机型，排气、进气、压缩共150度曲轴转角，从而为新型发动机正常工作提供了保障。 

6.新老发电装置的比较 

传统发电机利用发动机动力发电，余热发电装置是利用发动机余热发电，此装置可以有效地利用发动机余热转换成电能并予以储存，因此可以把原先的发电机取消，同时也可以把原先散热用风扇、机油散热器、水箱散热器取消，如果是车用发动机，还可以把制冷空压机、制动空压机取消，改为电动，从而降低发动机内耗，提高发动机有效功率，最重要的是大大降低了发动机向大气中释放的热量。 

7.供油提前角及供油延长时间的比较 

传统机型由于作功行程仅135°左右，燃油在气缸中燃烧的时间非常短，为了防止燃油在气缸中的滞后燃烧，现在生产的传统机型供油提前角一般都在9-12°左右，早期生产的机型一般是在19-28°之间。中高转速发动机为了在高速运转中增大供油提前角，故在油泵上都装有供油时间自动提前器。但是燃油的提前燃烧，使活塞在上死点前受到气缸内过高的压力冲击和高温，并由此对曲轴产生负扭矩，并因爆燃而产生很大的噪音，过高的温度极有可能造成缸套活塞的早期损坏，并造成尾气排放中NO含量的增高。 

新机型由于设计上使油泵与曲轴同速，且因转速的大幅度降低和作功时间的大幅度延长，使燃油在气缸中的燃烧时间延长为原来的三倍以上。因此新机型供油提前角3°左右即可正常使用，故新机型油泵上不要装配供油时间自动提前器也不会造成燃油的滞后燃烧。从而防止了供油提前角过大所产生的种种不利因素。提高了燃油的燃烧率和气缸内的平均有效压力。特别重要的是，由于本机型所使用的柱塞式油泵的柱塞顶部是经过特别改进的，其特点是发动机在部分负荷和怠速运转时能够自动减小供油提前角，使油泵在上死点附近供油，由于充 足的进气量，较少的供油量，充分的燃烧时间，可使燃烧后废气排放中的有害气体CO含量几乎可以下降为零。因供油提前角的减小，使发动机燃烧时的噪音大幅度降低。另外根据有关资料(《国外内燃机》杂志1973年第一期第11页)介绍“有人通过实验，将喷油推迟4-6°曲轴转角NOx的含量可降为原来的1/3”新机型喷油时间较老机型推迟10°以上，因此NOx含量更低。 

8.新老机型工作过程的比较 

传统四行程发动机在工作中存在着进气压力低、压缩内耗大、作功时间短、排气阻力大等缺点。新机型在工作中进气是由转子式空压机提供的有相当压力的气体，其进气压力决定了发动机的配气相位。其压力的大小与发动机进气角度成反比。新型内燃机的压缩是在极短的时间内完成的，其进气压缩所消耗的能量远低于传统内燃机，而作功角度和作功时间却是传统机型的3倍以上。新机型在排气过程中因发动机转速低，缸内气体压力小，副机排气口大，所以排气阻力也很小。 

9.新老机型热量利用率的比较 

传统机型设计中主要考虑的是如何提高发动机的动力，并为保证发动机的正常工作设计了许多散热装置，这就降低了燃油的热量利用率。而新机型设计时考虑的是如何有效地利用燃料燃烧时所释放的热量。从新机型缸套、活塞、缸头的设计中可以看出，在由这三个主要零部件组成的燃烧空间里，热量的流失是有限的，而在作功后散发到冷却水中和废气排放中的热量，又被余热发电装置有效地予以利用。因此新机型的热量利用率远远高于传统机型。 

10.减压机构的比较 

传统机型的减压机构主要用于机器冷车时启动，本机型之减压机构除利于启动功能外还有一个重要功能(主要用于各大中小型汽车)，就是在特定的情况下，迫使发动机断续工作，从而更有效的节省燃油，降低排放。 

11.汽油供给装置的比较 

一般传统机型没有此装置，本装置除了有利于启动外，对于一些大型、特大型柴油机，此装置可以长期与柴油机共同工作，这样对柴油机所使用的燃油质量，就没有太苛刻的要求了，因此可以大幅度降低柴油机工作中的燃料成本。 

12.新机型的主要优点 

通过以上比较可以看出，新机型具有下述主要优点： 

(1)与传统机型相比，新机型转速低、扭矩大、作功时间长、转速平稳、噪音特别小。 

(2)与传统机型相比，同等耗油量，新机型动力大幅度上升，同等功率，新机型油耗大幅度下降。 

(3)新机型尾气排放中CO、NO等有害气体含量极低。 

(4)新机型尾气排放温度极低。 

(5)因燃油消耗率的降低，单位功率CO₂排放量也随之降低。 

(6)对于燃料的质量要求不是太高。 

(7)因主副两缸内工作气压较传统机型要低，所以各相关运动件在工作中所承受的压力 和温度也大副下降，又因发动机转速下降引起各运动件惯性力的减小，所以新机型更容易制造，也更经久耐用。 

(8)使用范围广，可以军民两用，可适用于各种要求使用柴油机的地方，并可取代现有的各种柴油机。 

(9)可以很方便地改成燃烧其他燃料的内燃机，例：缩小尺寸，去掉柴油供给***，就是一台完美的汽油发动机，在此基础上，增加一套天然气供给装置，又可以变成汽油、天然气两用机。 

(10)去掉柴油供给***和汽油供给***，改变一下配气相位，也可以作为大型火力发动站用的高压蒸汽机。 

最佳实施方法 

新型柴油机主要技术规格 

型号                    HF主机缸数缸径/副机缸数缸径 

型式                    立式直列水冷二冲程 

燃烧室型式              直喷式 

气缸数                  主+副＝(1-24)+(1-24) 

活塞总排量(L)           主+副 

压缩比                  6-10 

主机缸径/行程           ≤1 

主机行程/副机行程       ≤1 

主曲轴旋转方向          顺时针 

副机旋转方向            顺时针 

副机缸径/主机缸径       ≥1.414 

主机缸径范围(mm)        50-1500 

主机活塞行程范围(mm)    50-2000 

标定功率转速 

最大扭矩转速 

全负荷最低燃油消耗率 

机油消耗率 

排气温度 

排气烟度 

工作顺序 

润滑方式 

冷却方式 

启动方式 

整机净重量 

在前面已经提到，本发明的目的是：(1)排放优于欧3标准。(2)耗油量低于传统机型 的20％以上。(3)极低的噪音。(4)尽量降低造价。(5)延长发动机使用寿命。(6)与相近机型同线生产。(7)大幅度降低排放温度。能否达到上述目的，只要将新老两种机型的构造、设计理念、工作过程、所用材料等逐一进行对比，就可以得出结论：达到上述目的并不是相当困难的。 

1.降低排放的最佳实施方法。 

我们知道，柴油机尾气排放中，除了无害的氧气O₂、氮气N₂，、二氧化碳CO₂和水蒸气H₂O外，还有如下的有害成份：(1)氮氧化合物NO_X包括一氧化氮NO和二氧化氮NO₂。(2)未燃烧的碳氢化合物。(3)一氧化碳CO。(4)碳烟。(5)二氧化硫SO₂。这些物质对人和环境都有极大的危害。 

根据有关资料介绍，氮氧化合物是在气缸内燃烧的高温条件下产生的，主要以一氧化氮的形式出现，其生成量决定于各种成份的浓度、温度、反应时间。因为反应速度与氮氧浓度及温度密切相关，在一定的燃空当量比下，一氧化氮的生成量随温度的升高而迅速增加。当温度一定时，燃料越浓，一氧化氮的浓度越低。当燃空比大于理论值时，由于氧的不足，一氧化氮急剧减少。在柴油机燃烧中非常高的火焰温度下，一氧化氮的浓度在一定的燃空比下有一极大值，比它更稀薄的混合气中，一氧化氮的浓度取决于温度；比它更浓的混合气中，一氧化氮的浓度取决于氧的浓度。此外，一氧化氮的生成反应比燃烧反应缓慢，所以生成量还取决于反应时间，我们知道，空气的成份中，氮气所占的比例很大，氧气所占的比例很小，其他气体所占的比例更小。传统发动机为了提高压缩终了时气缸内的温度和压力，压缩比一般都设计在20∶1以上。又由于传统发动机供油提前角较大，因此，从开始供油至压缩上死点这段时间内，由于气缸内高温、高氧和较低的混合气浓度，非常适应一氧化氮的生成。而新机型却与此不同，新机型设计时使压缩比很小，约8∶1，同时汽油的点火时间为压缩上死点前3°，柴油的供油时间≤压缩上死点前3°，由于压缩上死点前气缸内的温度和压力都很低，所以NO_X没有生成的条件。当活塞接近上死点、汽油点火燃烧时，此时气缸内温度和压力上升很快，几乎与此同时柴油供给系向气缸内喷入足量的柴油并很快燃烧，气缸内的压力和温度进一步上升，但是随着活塞越过上死点下行，此时的燃烧空间越来越大，缸内的温度和压力也随着迅速降低，故此时缸内的温度和压力比传统机型要低的多。由于较高的混合气浓度和汽、柴油的快速燃烧夺取了缸内大部分的氧气，并随着温度的继续下降，氮氧化合物再次失去了生成的条件。随着曲轴的旋转，当主活塞下行至下死点前120°时，主排气活塞打开主排气口，主缸内高压气体由此进入副气缸，主缸高压气体进入副气缸与传统预燃室式发动机工作情况极为相似，在主缸内燃烧不完全的混合气在进入副缸的过程中重新混合燃烧，由于新机型燃烧时间延长到传统机型的三倍以上，因此当副机工作结束时，排出缸外的废气中，一氧化碳、碳氢化合物和黑烟应很少存在。 

2.降低燃油消耗量的最佳实施方法 

降低燃油消耗两主要从以下几个方面解决：(1)结构方面从设计上增加了一套副机，且主副两机缸套位置都做了改变，其结果是增大了曲轴的有效扭矩，副机的设立有效地利用了主气缸的排气能量，且使燃油的燃烧利用率得到了极大的提高。(2)缸头、活塞、缸套在设 计上均采用了隔热技术，因此燃油燃烧时热量流失很少，因为燃烧的目的是使进入气缸的气体受热膨胀作功，因热量流失大量减少，为防止缸内温度过高，可以适量减少喷入气缸的燃油量。另外由于风扇、水散热器、机油散热器的取消，使发动机热量损失更小。(3)柱塞顶部供油边形状的改变使油泵满负荷以下工作时供油提前角减小，上死点前燃油提前燃烧时气压对曲轴产生的负扭矩随着减小。(4)因发动机转速的降低，使发动机内部摩擦力随着下降。(5)由于发电机、制动空压机、制冷空压机和风扇的取消使发动机外耗更小。(6)减压装置在行车中的使用使发动机的油耗更小。 

3.降低噪音的最佳实施方法 

传统发动机产生噪音的原因在于以下几点：(1)过大的压缩比和过大的供油提前角使燃油提前着火燃烧时所产生的爆燃声和金属撞击声。(2)过早的排气时所产生的噪音。(3)配气机构众多的零件运动时所产生的金属撞击声。(4)发动机高速运转时，曲柄连杆机构等运动件所产生的噪音。(5)其他零部件运动时所产生的噪音。 

针对上述情况，(1)新机型设计时压缩比很小，提前角也很小，所以发动机提前着火燃烧时所产生的噪音也很小。(2)新型发动机主副两缸容积是传统机型气缸容积的三倍以上，所以新型发动机排气时产生的噪音很低。(3)新型发动机进排气缸套活塞取代了传统发动机的配气机构，由于凸轮与轴承的滚动摩擦、活塞、活塞环与缸套间的上下往复运动使配气机构产生的噪音很小。(4)发动机因转速的大幅度降低使各运动件的噪音也随之降低。(5)由于新机型中发电机、风扇、制动空压机、空调空压机已被取消，故由这些零部件所产生的噪音已完全消除。 

4.降低造价的最佳实施方法 

新机型在设计中多了一套副机和余热发电装置以及高压配气装置，但是新机型上取消了原来的配气机构、风扇、水箱散热器、机油散热器、涡轮增压器和供油时间自动提前器，如果设计合理，还可以把冷却***全部取消，另外，原先的四缸机可以用主副两缸机代替，六缸机可用主副三缸机代替，这样又使油头、柱塞、出油阀及有关零部件的整体数量减少了一半。零件的大量减少使新机型的造价不会太高。 

5.延长使用寿命的最佳实施方法 

由于新型发动机较传统发动机而言，机体、曲轴很短，工作温度、压力和转速都很低，故使用寿命可以大大延长。 

6.共线生产的最佳实施方法 

本公司商标上注册有96189几个数字，其含义为：(1)为本公司的开业时间。(2)传统发动机缸径大部分都是0、5、8，有少部分为2、4、6，为与传统机型有所区别，并为避免不必要的纠纷，且又能与相近机型共线生产，故本公司设计的缸径尾数必有9、6、1、8其中之一。其单位可以是毫米，也可以是丝米。 

7.降低排气温度的最佳实施方法 

(1)燃油消耗率的下降直接降低了尾气的排放温度。 

(2)余热发电装置的使用使排放的温度更低。 

显而易见，本领域的普通技术人员可以用本发明的原理构成各种新型内燃机。 

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所有等同的方案也应属于本发明的范畴。本发明的专利保护范围，应由各权利要求限制。 

附图说明

附图零件名称及颜色表示 

1.定时供水分配轴 

2.正时供水分配轴齿轮 

3.正时齿轮 

4.主机进气道 

5.主机电磁进气门 

6.火花塞 

7.汽油喷嘴 

8.电控泵喷嘴 

9.主机电磁排气门 

10.主副机缸套连接通道 

11.主机活塞 

12.缸头 

13.副机电磁排气门 

14.副机排气道 

15.副机活塞 

16.副机活塞销 

17.副机连杆 

18.副机缸套 

19.副机曲轴正时齿轮 

20.副机曲轴 

21.惰齿轮 

22.主机曲轴正时齿轮 

23.惰齿轮 

24.惰齿轮 

25.齿轮传动链条 

26.主机连杆 

27.主机缸套 

28.主机活塞销 

29.机体 

30.主机曲轴 

黑色表示燃油正在燃烧 

淡黑色表示排气 

浅黑色表示新鲜空气和废气的混合气体 

白色表示新鲜空气 

黑色表示冷却水 

使用电磁气门和电控泵喷嘴的新型内燃机，其工作原理如下： 

由前面描述的零部件的形状可知，新型内燃机是由主副二机合二而一制成的，主副二机所不同的是主机有供给系，而副机没有。主机有进气门和排气门，而副机只有一个排气门。其中主机的排气口就是副机的进气口，而副机的排气口也是主机的排气口。机体上主副机缸套都向各自曲轴旋转的方向平移了一定的距离，且副机缸套横截面积是主机的两倍左右，主副机曲轴长度不同，但旋转半径相同(也可以不同)，主副曲轴可同向旋转，也可逆向旋转，现假定两曲轴都是顺时针旋转。面对发动机前端(飞轮端反面)左边为主机，右边为副机，主副机由正时齿轮正确联接，同步运转，副机在工作中所产生的动力由主机飞轮向外输出。在工作中主机活塞(11)始终超前副机活塞(15)60°曲轴转角，如图1所示(注：主机活塞超前副机活塞的角度根据情况可以在20°-160°之间)。如果以活塞运行到最高处为上死点，则相应的最低处为下死点。其中①主机进气门(5)打开的时刻为：主机工作活塞(11)处于上死点前120°，如图5所示。主机进气门关闭的时刻为：主机工作活塞(11)处于上死点前60°，如图7所示。②主机排气门(9)打开的时刻为：主机活塞(11)运行到下死点前120°，如图2所示。主机排气门(9)关闭的时刻为：主机活塞(11)运行到上死点前90°，如图6所示。③副机排气门(13)打开的时刻为：副机活塞(15)运行至下死点前30°，如图4所示。副机排气门(13)完全关闭的时刻为：副机活塞(15)运行至上死点前20°。④汽油喷嘴(7)的喷油时刻为，主活塞上死点前50°左右。⑤火花塞点火时刻为主机活塞运行上死点前3°左右，如图8所示。⑥电控泵喷嘴(8)供油时刻为≤上死点前3°，如图8所示。⑦正式供水分配轴(1)供水冷却时刻为：主机活塞运行至上死点前160°，如图4所示。结束供水时刻为主机活塞上死点前10°，如图8所示。发动机启动过程：打开减压机构(因图面有限没有画出)同时供给系不工作。接通启动电路，发动机在启动机的驱动下旋转，当发动机转速达到一定时，关闭减压装置并使供给系恢复正常工作，随着曲轴的旋转，当主机活塞由下死点往上运行至上死点前150°时，由图4可知：副机排气门打开，主副两机气缸内有压力的气体都经副机排气口向外排出。曲轴继旋转，当主机活塞上行至上死点前120°时，由图5可知，此时主机进气门打开，由高压储气筒而来的具有相当压力的新鲜空气冲入主气缸，并将原先残存的废气挤出主机缸，其中有少量新鲜空气随废气一道由副机排出机外。曲轴继续旋转，当主机活塞运行至上死点前90°时，由图6可知，此时，主机排气门完全关闭，副机仍在排气，主机仍在进气。曲轴继续旋转，当主机活塞运行到上死点前60°时，由图7可知，此时主机进气门关闭，主机由此开始压缩，副机此时仍在排气。曲轴继续旋转，汽油喷嘴开始向主缸内喷入少量汽油，当曲轴旋转到上死点前3°时，由图8可知，此时火花塞开始点火。汽油混合气开始燃烧，主气缸内压力和温度很快上升，几乎与此同时，电控泵喷嘴也开始向缸内喷入适量柴油，并急速燃烧，缸内压力和温度进一步上升，此时副机仍在排气。曲轴继续旋转，主机活塞很快达到上死点，如图1所示此时主气缸内压力接近峰值，此时副机仍在排气，曲轴继续旋转，主机活塞越过上死点开始做功。当主机活塞做功至下死 点前140°，由图9可知，副机活塞距上死点前20°，此时副机排气门关闭。曲轴继续旋转，当主机活塞做功至下死点前120°，副机活塞到达上死点时，由图2可知，此时，主机排气门打开，主机气缸内的高压气体由主机排气门进入副机气缸，主副二机同时做功。曲轴继续旋转，当主机活塞运行至下死点，副机活塞运行至下死点前60°时，由图3可知，主机做功结束，副机仍在做功。曲轴继续旋转，主机活塞开始上行而做负功，副机活塞仍在做功，且副机所做功大于主机负功。曲轴继续旋转，主机活塞上行至上死点前150°时，由图4可知，下一个工作循环由此开始。发动机正常启动后，迅速切断启动电路，发动机怠速运转几分钟，待发动机水温和机油压力正常后，发动机即可正常使用。 

Claims (10)

1.一种内燃机，包括机体、缸套、缸盖、缸床、曲柄连杆机构、供给系、冷却系、润滑系、正时齿轮系、飞轮、飞轮壳、配气机构、气缸减压机构、启动装置、油底壳、余热发电装装置和燃油箱，其特征在于：所述内燃机由主机和副机组成；所述内燃机副机的缸套直径大于主机缸套直径；主机和副机的缸套均向各自曲轴旋转的方向平移了一定的距离；主机和副机各有一套曲柄连杆机构、缸套和配气机构；主机和副机共用一个机体、缸盖、缸床、飞轮、飞轮壳、冷却系、润滑系、正时齿轮系；主机和副机通过正时齿轮系的正确连接保证各自的正常工作并同步运转；缸盖上对应于主机缸套和副机缸套相邻处有一个通道使主机和副机工作相连，它是副机利用主机排出气体做功的气流通道，也是主机排除废气的通道；主机有供给系而副机没有；主机有进气门和排气门，而副机只有一个排气门，主机的排气门也是副机的进气门，其开闭控制着主机和副机的工作，副机的排气门也是主机的排气门，主机和副机的废气都经此气门向外排出；安装于缸盖上的进气缸套活塞和排气缸套活塞取代了传统内燃机气门导管和气门杆，保证了主机进气和排气时高压气体的密封；所述内燃机主机和副机曲轴每旋转360°，主机和副机分别做功一次，其中主机做功180°曲轴转角，副机做功大于150°曲轴转角；主机和副机做功产生的扭矩由同一个飞轮向外输出；所述内燃机主机的进气是在主机活塞上行时进行的；所述内燃机主机的排气过程、进气过程、压缩过程在同一个冲程内，且排气过程、进气过程、压缩过程中的曲轴转角之和小于180°；汽油在主机进气结束后喷入主机气缸，在接近于柴油喷入主机气缸前的时刻点燃；柴油在汽油点燃后曲轴旋转至上止点前3°左右喷入气缸燃烧；所述内燃机主机活塞工作中始终超前副机活塞一定的曲轴转角，此转角根据主机进气压力的大小在20°-160°之间确定；当内燃机作为汽车动力时，所述气缸减压机构在特定的情况下，使内燃机处于正常工作状态和断油、减压不工作状态的交替变换之中；所述内燃机冷却系和内燃机排气口分别与内燃机余热发电装置相连；所述内燃机工作中通过冷却水散发的热量和排气管排出的热量均通过余热发电装置发电；所述内燃机是一种概念机型，其功率范围在数千瓦至数十万千瓦之间，根据实际需要，变换一下尺寸，增减一些零部件，可以制成各种用途的、可燃烧各种液体或气体燃料的内燃机；所述内燃机各相关部件正时位置可在一定的范围内确定，若所述内燃机主机活塞超前副机活塞60°曲轴转角、主机进气口刚开启时刻为主机活塞上死点前120°、主机进气口完全关闭时刻为主机活塞上死点前60°、主机排气口刚开启时刻为主机活塞下死点前120°、主机排气口完全关闭时刻为主机活塞上死点前90°、副机排气口刚开启时刻为副机活塞下死点前30°、副机排气口完全关闭时刻为副机活塞上死点前20°、内燃机汽油喷入主机气缸时刻为主机活塞上死点前50°、内燃机汽油点火时刻为主机活塞上死点前3°、内燃机柴油喷射时刻为主机活塞上死点前3°、正时供水分配轴开始供水时刻为主机活塞上死点前160°、结束供水时刻为主机活塞上死点前10°，则此内燃机工作过程为：内燃机的启动过程，打开内燃机气缸减压机构，所述内燃机气缸减压机构使内燃机供给***不工作且使内燃机主机气缸与大气相通，内燃机在启动装置驱动下开始旋转，当内燃机达到一定的转速时，关闭内燃机气缸减压装置使内燃机供给系恢复正常，曲轴继续旋转，当主机活塞运行至上死点前160°时，内燃机供水正时分配轴出水口向内燃机主机缸套和副机缸套供水冷却；曲轴继续旋转，当主机活塞运行至上死点前150°时，副机活塞处于下死点前30°，根据前面所描述的配气相位可知，此时主机进气口关闭状态、主机排气口开放状态、副机排气口刚刚打开、主机和副机气缸内气体开始经副机排气口排出机外；曲轴继续旋转，当主机活塞运行至上死点前120°，副机活塞运行到下死点，此刻，主机排气口、副机排气口都在开放状态而主机进气口已经开放，由储气筒供给的有相当压力的新鲜空气冲入主机气缸，其中一小部分随主机气缸内原先残存的废气经主机排气口和副机排气口排出机外；曲轴继续旋转，当主机活塞运行至上死点前90°，副机活塞处于上死点前150°，主机排气口此时已完全关闭，主机排气结束、副机仍在排气；而主机进气口仍在开放状态，新鲜空气继续进入主机气缸；曲轴继续旋转，当主机活塞处于上死点前60°，副机活塞处于上死点前120°；副机仍在排气，此刻主机进气口已完全关闭，主机进气结束，压缩行程开始；曲轴继续旋转至主机活塞上死点前50°时，汽油喷入气缸；曲轴继续旋转，当主机活塞运行到上死点前10°时，内燃机供水正时分配轴停止向内燃机主机和副机缸套供水冷却；曲轴继续旋转，当主机活塞运行到上死点前3°时点火装置开始点火，主机气缸内可燃混合气着火燃烧使气缸内温度和压力很快升高；几乎与此同时，柴油喷入气缸并在高温、高压下急速燃烧，使主机气缸内的温度和压力大幅度提高并很快达到峰值，此时副机排气口仍开放，副机仍在排气；曲轴继续转动，当主机活塞越过上死点，主机活塞主做功行程开始，强大的气压推动活塞下行做功，当主机活塞下行至下死点前140°、副活塞运行到上死点前20°时，此刻副机排气口完全关闭，副机排气结束，主机仍在作功；曲轴继续旋转，当主机活塞运行至下死点前120°、副机活塞运行至上死点时主机排气口开放，主机气缸内高压气体由此进入副机气缸，主副两机同时作功，此时主机主作功行程结束，次作功行程开始，副机主作功行程开始；曲轴继续旋转，当主机活塞运行至下死点、副机活塞运行至下死点前60°，主机次作功行程结束、副机主作功行程也结束，此时主机排气口仍开放，主机进气口和副机排气口仍都关闭；曲轴继续旋转，当主机活塞运行到上死点前150°、副机活塞运行到下死点前30°时，副机排气门开放，主机负作功行程和副机次作功行程同时结束，主机和副机同时开始向外排气，此时主机进气口仍处于关闭状态；曲轴继续转动，当主机进气口即将打开时，下一个循环由此开始，内燃机正常启动后，迅速结束启动，内燃机怠速运转几分钟，待水温、机油压力正常后，内燃机即可正常使用；内燃机工作中冷却水散发的热量和内燃机排气口排出的热量均流向内燃机余热发电装置发电。 

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：所述内燃机机体有两种缸套孔用于安装主机缸套和副机缸套，其中副机缸套孔直径大于主机缸套孔直径；主机缸套孔和副机缸套孔均向各自曲轴旋转方向平移了一定的距离；主机缸套孔和副机缸套孔与缸套接触面通过相应的工艺减少了一定的面积用于减少内燃机气缸内的热量流失；所述内燃机机体上有两种主轴承孔用于安装主机曲轴和副机曲轴；各主轴承孔内均镶嵌高强度薄钢板用于防止不慎烧瓦时造成的机体报废。 

3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：所述内燃机缸套是一种两层以上且具有保温隔热效果的特殊组合缸套。 

4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：所述内燃机缸盖相对于主机缸套和副机缸套相邻位置有一个通道使主机和副机工作相连，它是副机利用主机排出气体做功的通道，也是主机排除废气的通道；所述缸盖上相对于主机缸套孔的地方有柴油喷油器安装孔、汽油喷油器安装孔和汽油点火装置安装孔；所述缸盖对应于主机缸套孔和副机缸套孔适当的地方，有主机进气缸套安装孔、主机排气缸套安装孔和副机排气缸套安装孔；当减压机构单独设计减压缸套活塞时，缸盖上还有减压缸套安装孔。 

5.根据权利要求1所述的内燃机，其曲柄连杆机构包括主机曲柄连杆机构和副机曲柄连杆机构，所述主机曲柄连杆机构包括主机曲轴、主机连杆、主机活塞、主机活塞环、主机活塞销，其特征在于：所述内燃机主机活塞的顶部用耐高温薄钢板下面加高强度隔热材料与铝合金浇铸在一起。 

6.根据权利要求5所述的内燃机，其副机曲柄连杆机构包括副机曲轴、副机连杆、副机活塞、副机活塞环、副机活塞销，其特征在于：所述副机活塞顶部用耐高温薄钢板下面加高强度隔热材料与铝合金浇铸在一起。 

7.根据权利要求1所述的内燃机，其供给系包括汽油供给系、柴油供给系和空气供给系，其特征在于：汽油供给系、柴油供给系和空气供给系同时工作或同时不工作、也可以分别工作。 

8.根据权利要求1所述的内燃机，其气缸减压机构包括减压轴、减压臂以及相应的操作***，还包括控制内燃机高压气体和大气的相互转换装置，其特征在于：所述控制内燃机高压气体和大气的相互转换装置在内燃机正常工作时阻断内燃机主机气缸与大气的通道，使储气筒高压气体与内燃机主机气缸相连；当内燃机启动时打开减压或所述内燃机作为汽车动力打开减压不工作时，所述装置阻断储气筒高压气体与内燃机主机气缸的通道，使大气与内燃机主机气缸相连。 

9.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：所述余热发电装置的热源来自于发动机冷却水和尾气排放中的热量。 

10.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：圆柱形油箱一箱两用，柴油箱有电阻加热装置，两油箱口防盗油、通气口有高效过滤装置，油箱底部有可转换的废气加热装置。 

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