CN1125236C - 对转活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

对转活塞式发动机包括气缸、活塞、进气门、排气门、喷油器、活塞轴、扫气板、扫气槽弹簧片、普通齿轮和特殊齿轮。活塞轴位于气缸中心，活塞分别装活塞轴上，进气门、排气门、喷油器分别呈90°置于气缸的四周。扫气板、弹簧片装在活塞上。本发明将气缸分成四部分，同时在四个同燃烧室中进行四个冲程并同时利用其中两个燃烧做功，因而升功率倍增，而且还可以充分利用现有的发动机技术和材料技术。本发明可代替传统往复式内燃机，用于各型船舶、机车、坦克装甲车、发电站以及汽车、摩托车上，甚至在它使用了特种材料后，还可以用于直升机及螺旋浆飞机。

Description

对转活塞式发动机

本发明是一种对转活塞式发动机。

内燃机在国民经济和生活中发挥着不可替代的作用，目前被广泛使用的是往复式活塞发动机，但是它的升功率小、体积大、也比较重。经过一百多年内燃机工程技术人员的努力，目前在体积功率比、质量功率比方面都取得了***的成果并应用于社会的各个领域，《第十国际内燃机会议论文选》在1-16页上选了意大利GMT公司的《菲亚特-GMT550SS型中速柴油机》，该机的缸径为550毫米，行程为590毫米，在转速为430转/分时单缸功率为1200马力，显然其升功率还是太小，对于这个问题，工程技术人员也采取了种种措施，诸如努力的提高其转速，不断地采用新材料，增大其平均工作压强，然而还是没能较好地解决这个问题。如果能大幅度地提高内燃机的体积功率比和质量功率比，那么设计师就可以充分的利用运输平台的空间，更加灵活地安排发动机的位置，对于各种类型船舶，特别是军用船只更可以减少发动机数量，减小燃油的消耗量和新鲜空气的需求量，增加舰船的可利用空间，减小军舰的红外特征提高其隐身性，改善舰员的居住条件，保障舰艇的战斗力有着重大意义。提高发动机的升功率，减小其体积功率比和质量功率比的难点是发动机的转速和平均工作压强难以提高，因为转速的提高可能使活塞环折断。还有一种内燃机是旋转活塞式发动机，它是汪克尔在20世纪30年代发明的，它的转速高，升功率大，但它存在着部分负荷时燃料经济性问题，而且还需要发展一个合适的传动***来适应它的固有高速性，所以迄今也没有被推广应用。

本发明的目的是，为各种运载平台提供一种体积小、质量小、升功率大的发动机，其优点是实现了燃烧室在排气的同时也部分吸气，即单位时间内充入气缸的空气几乎增加了一倍，而且，由于两个活塞相对转动，其相对速度是一个活塞相对气缸运动速度的两倍，即相当于活塞的速率提高了一倍，这都使得发动机的升功率倍增。

本发明包括气缸1，燃烧室2、3、4、5，进气口6、7、8、9，排气口10、11、12、13，喷油器14、15、16、17，活塞18、19、20、21，扫气板22，耐高温弹簧片23，活塞轴24、25，扫气槽26和齿轮组35，而齿轮组35又包括八个齿轮27、28、29、30、31、32、33、34。活塞18、20同轴并视为整体绕活塞轴24转动且活塞19、21也同轴并也视为一整体绕活塞轴25转动，即活塞18、19、20、21相互制动；齿轮31、32和齿轮27连在同一根轴上，齿轮29和34与齿轮28连在一根轴上。下面是本发明的做功过程：起动发动机，向燃烧室2中注入高压空气，推动活塞18、21转动图2，；燃烧室3中的气体由于活塞18和19的转动而压缩升温；燃烧室4由于活塞19和20的运动，气压降低，压强小于大气压，打开进气门8，吸入空气；打开排气门13，将燃烧室5的气体排出。当燃烧室3的压强等于2时，所有的活塞同时停止运动，向燃烧室3中喷入燃油并着火燃烧，3中气体的压强和温度陡然升高，推动活塞18、19运动图3，燃烧室2的排气门11打开，排出废气；燃烧室4的气体被压缩升温；燃烧室5的进气门9打开，吸入空气做准备。四个冲程依次在四个燃烧室2、3、4、5中循环进行，使做功继续下去。由于活塞扫气不完全，所以设计了由扫气板22和耐高温弹簧片23组成的扫气装置，扫气板22和弹簧片23装在活塞上，同活塞如18一起运动，扫气槽开在进气门6附近的气缸壁上。当活塞18速度将近零并通过扫气槽26时，高温高压气体通过扫气槽26逸入扫气板22和活塞18之间推动扫气板22扫气。扫气结束后，耐高温弹簧片23将扫气板22推回与活塞18一起转动。齿轮组35由八个齿轮27、28、29、30、31、32、33、34组成，当活塞轴24、25将功传给主动齿轮30和33时，主动齿轮30和33又将功传给31[或29]和34[或32]，因为传动齿轮31、32和制动齿轮27连在同一根轴上，而传动齿轮29和34与制动齿轮28连在一根轴上，所以齿轮27和28同时接受到能量且转动方向相反但都各自做单向圆周运动，最后通过制动齿轮27[或28]向外界输出能量。由此本发明可以实现并广泛应用于国民经济和社会的各个领域

附图1为发动机装配示意图。

附图2为发动机开始工作时的原理示意图

附图3为发动机循环工作时的原理示意图

附图4为齿轮组结构示意图。

下面是本发明的一种最佳实施例：气缸的直径为400毫米，排量为50升，依据发动机的设计思想和工作原理：活塞轴24、25位于气缸中心，活塞18、19、20、21分别装活塞轴24、25上，将气缸1分成2、3、4、5四个燃烧室，进气门6、7、8、9，排气门10、11、12、13，喷油器14、15、16、17分别呈90°置于气缸1的四周，扫气板22，弹簧片23装在活塞18、19、20、21上，活塞轴24、25分别与主动齿轮20、33相连，传动齿轮31、32与制动齿轮27连在同一根轴上，另外两个传动齿轮30、34与另一制动齿轮28连在另一根轴上。

关于该发动机的优点，我们可以根据传统发动机[即平均有效压力18-20千克/平方厘米，活塞的平均速度8-9米/秒]得出的经验，设计了具有以下参数的概念机并引入意大利GMT公司的5505中速柴油机的参数来与之比较说明：

           对转活塞式发动机             550s中速柴油机(传统

                                            往复式)缸径              400毫米                       440毫米行程              280毫米                       590毫米行程缸径          0.7                           1.07功率              3000马力/缸                   1200马力/缸升功率            60马力/升                     8.75马力/升转速              840转                         430转平均有效压力      18千克/平方厘米               18千克/平方厘米活塞平均速度      7.84米/秒                     8.47米/秒活塞单位面积功率  1.87马力/平方厘米             0.50马力/平方厘米

计算公式为：P＝P_oISLN，其中P_o为平均工作压强，I为缸数，S为活塞的工作面积，L为活塞的行程，N为转速。上述参数说明，新型发动机在单位功率上有明显的优势，这在体积功率比要求比较苛刻的场合是极为重要的。

Claims (2)

1、一种对转活塞式发动机，其特征在于其包括气缸[1]、进气门[6]、[7]、[8]、[9]，排气门[10]、[11]、[12]、[13]，喷油器[14]、[15]、[16]、[17]，活塞[18]、[19]、[20]、[21]，扫气槽[26]，扫气板[22]，弹簧片[23]，中心轴[24]、[25]和齿轮组[35]，其中齿轮组[35]又包括八个齿轮[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]，四个进气门[6]、[7]、[8]、[9]，四个排气门[10]、[11]、[12]、[13]及四个喷油器[14]、[15]、[16]、[17]分别呈90度置于气缸[1]的四周，扫气板[22]和耐高温弹簧片[23]装在活塞[18]、[19]、[20]、[21]上，活塞轴[24]、[25]分别与主动齿轮[30]、[33]相连；传动齿轮[31]、[32]与制动齿轮[27]连在同一根轴上，另外两个传动齿轮[30]、[34]与另一制动齿轮[28]连在另一轴上。

2、如权利要求1所述的对转活塞式发动机其特征在于其活塞[18]、[19]、[20]、[21]将气缸[1]分成四个燃烧室[2]、[3]、[4]、[5]，其中活塞[18]、[20]共轴且视为一整体而绕轴[24]转动，活塞[19]、[21]共轴也视为一整体而绕轴[25]转动。

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