CN1676898A - 机械理想内燃发动机 - Google Patents

Abstract

一种机械理想内燃发动机，它包括缸体、活塞和曲轴，其特征是两个或四个或八个对置刚性连接的活塞分别组装在两侧固定的缸体内，两个或四个或八个刚性连接的活塞通过滑块连接曲轴。本发明能适用于通用的动力发动机，显著提高机械效率。尤其是四个气缸两两对置刚性连接结构机械强度最好，能很好适应高速高压高温工作环境，高速往复运动的气缸体本身有很好的自身冷却效果。定塞可以很方便的采用油内冷或水内冷，有效地控制定塞的工作温度和温度场，并改善工况。定塞所受侧向力很小，约为传统曲柄连杆发动机的2.5分之一，明显减少了往复运动摩擦。对于船用和机车用重型内燃发动机，宜采用具有八个燃烧室的动力头，往复动力部件很少受侧向力，实现高效长寿。

Description

机械理想内燃发动机

技术领域

本发明属于一种内燃发动机，特别是一种机械理想内燃发动机。

背景技术

所谓机械理想是指，完成内燃机热力循环的机械效率η_hm最高，且恒等于1，即η_hm≡1(其中不计往复动力部件的机械磨擦，作为理论研究这是被允许的)。也就是说，机械理想发动机的热力循环的完成无需传动机构，并且其热力循环的机械效率最高，高于其他所有传统内燃发动机。机械效率最高——这在动力机械工业是个十分诱人的技术指标。这里“无需传动机构”是指热力循环的完成不需传动机构，但是发动机的动力输出还是要由传动机构来完成的。

无需传动机构就能完成热力循环已有的内燃机有：内燃打桩机和自由活塞发气机。如果不计往复动力部件的机械磨擦(理论研究是被允许的)，那么，内燃打桩机和自由活塞发气机的热力循环机械效率η_hm就最高，且η_hm≡1。

但是，内燃打桩机不能均匀输出动力，自由活塞发气机只能输出热力燃气不能直接输出机械动力，所以，打桩机和自由活塞发气机都只能是特殊类型内燃机，不能作为通用动力内燃发动机。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械理想内燃机，用于通用动力的发动机，显著提高机械效率。

本发明的目的是通过如下技术方案之一实现的：它包括气缸体、活塞和曲轴，其特征是：两个或四个或八个背置刚性连接的气缸体内分别组装固定的活塞，两个或四个或八个刚性连接的缸体通过滑块连接曲轴。

本发明的目的是通过如下技术方案之二实现的：它包括气缸体、活塞和曲轴，其特征是：两个或四个或八个对置刚性连接的活塞分别组装在两侧固定的缸体内，两个或四个或八个刚性连接的活塞通过滑块连接曲轴。

本发明的优点是：机械理想内燃发动机，能适用于通用的动力发动机，显著提高机械效率。尤其是四个气缸两两对置刚性连接结构机械强度最好，能很好适应高速高压高温工作环境，高速往复运动的气缸体对于采用风冷是很有利的，只要供应流动空气，高速往复运动的气缸体本身就有很好的自身冷却效果。定塞可以很方便的采用油内冷或水内冷，有效地控制定塞的工作温度和温度场，并改善工况。定塞所受侧向力很小，约为传统曲柄连杆发动机的2.5分之一，明显减少了往复运动磨擦。对于船用和机车用重型内燃发动机，宜采用具有八个燃烧室的动力头，八个燃烧室在四冲程中两两对称爆发燃烧，往复动力部件不再受或很少受侧向力，这对于减少摩擦磨损实现高效长寿十分有利。

附图说明

图1是本发明实施例一(动力头为四个气缸体刚性对置连接的四冲程机械理想内燃发动机)结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明实施例二(动力头为四个活塞刚性对置连接的四冲程机械理想内燃发动机)结构示意图。

图4是本发明实施例三(动力头为两个气缸体刚性对置连接的二冲程机械理想内燃发动机)的结构原理示意图。

图5是本发明实施例四(动力头为两个活塞刚性对置连接的二冲程机械理想内燃发动机)的结构原理示意图。

图6是采用四组本发明的动力头组装在四拐曲轴上实现整机动平衡示意图。

图7是实施例一的动力头工作负荷曲线图。

图8是图7中的曲线21与22的合成图。

图9是传统的Q490发动机的动力头工作负荷曲线图。

图10是图9中的曲线23与24的合成图。

具体实施方式

见图1、2，实施例一为四冲程机械理想内燃发动机一种基本构造：这种构造的动力头7由四个两两对置刚性连接的气缸体4组成，定塞8即为固定了的“活塞”。完全类似于自由活塞发气机，这种动力头7的往复***频率，取决于热力循环气体压力和动力头的重量(质量)以及往复运动摩擦阻力。

本实施例的具体结构如下：图中的零件序号为：机体1，进排气开口2，散热翅片3，气缸体4，冷却腔5，滑块6，动力头7，曲柄轴8，定塞9，进排气门10，火花塞11。

动力头7由四个有散热翅片3的气缸体4两两对置通过连接件刚性连接构成，动力头7中安装有滑块6，滑块6套装在曲柄轴8上。在四个气缸体4内各***定塞9，定塞9固定安装在机体1上。在定塞9上设置有进排气口2和进排气门10，同时在定塞9上还设置装有冷却液的冷却腔5。定塞9背面中心部开有深洞，用长管套筒装卸火花塞11，或者将火花塞11装在动力头中。

见图3，实施例二为四冲程机械理想内燃发动机另一种基本构造：图中的零件序号为：机体1，滑块6，曲柄轴8，气缸体12，动力头13，活塞14。

动力头13为四个活塞14两两对置通过连接件刚性连接构成，在动力头13中安装有滑块6，滑块6套装在曲柄轴8上。四个气缸体12固定安装在机体1上，进排气门及火花塞都与传统发动机相同。

上述两个实施例的四个燃烧室在四冲程热循环中顺序爆发完成“机械理想”四个热力循环，类似于自由活塞发气机，动力头的***频率仍然取决于热力循环压力和动力头重量以及往复运动摩擦阻力。这里的传动构造只用来输出动力，不用来完成热力循环，这是区别于传统发动机根本要点。

见图4，实施例三为二冲程机械理想内燃发动机的一种基本构造：动力头15为一对对置刚性连接的气缸体4和相对应的定塞9，其它结构同

实施例一。

见图5，实施例四为二冲程机械理想内燃发动机另一种基本构造：动力头16为一对对置刚性连接的活塞和相对应的气缸体12，其它结构同实施例二。

见图6，采用四组本发明组装在四拐曲轴上实现发动机整机动平衡示意图。图中示出飞轮17、曲轴18、动力头19、主轴承20。本发明可以采用二冲程或四冲程或八冲程内燃发动机。采用二冲程内燃机时，扫气泵或增压器是必要的。

本发明实施例一的内燃发动机主要设计参数

缸径D＝90毫米

冲程缸径比S/D＝0.618(黄金分割)

冲程S＝55.62毫米

动力头为铸造铝合金总成重3.51公斤

滑块内轴径(即曲柄轴径)d＝60毫米

单缸排量V₁＝0.354升

16缸总排量V₁₆＝5.66升

本发动机的设计安全转数为6000转/分

本发动机的设计额定功率为240千瓦，合326马力

图7就是实施例一的动力头工作负荷曲线图，其中曲线21是热力循环曲线(其中忽略了进排气压力)，四个燃烧室在四冲程中依次爆发，曲线22是3.51公斤重的动力头(四个刚性连接的气缸体)在6000转/分时的往复惯性力曲线。

图8就是图7中曲线2 1与22的合成，这就是理想发动机曲柄轴的实际机械负荷图。由图8可见，动力头的惯性力绝对值较大，在6000转/分时高达4000公斤。但曲柄轴所受机械负荷最大值并不高，为2700公斤，小于最高燃烧压力3500公斤，这是允许的并且合理的。

图8可见，曲柄轴的实际机械负荷曲线与横坐标轴围成的面积有正(+)有负(-)，其中正(+)面积表示曲柄轴作正功——向外界输出功，用W(+)表示；负(-)面积表示曲柄轴作负功——吸取飞轮有用功供给动力部件维持简谐运动，负功用W(-)表示。那么，令η_fm＝W(+)/[W(+)+W(-)]，η_fm被定义为发动机的机械负荷效率。机械负荷效率并不等于机械效率，但与机械效率息息相关。

显然，η_fm是评价发动机的又一个新的重要技术指标。η_fm越高，说明发动机曲轴作正功越多，反之发动机曲轴作负功多。经统计，图8中理想发动机的机械负荷效率很高，η_fm高达90％。说明，理想发动机的曲轴很少作负功，比起传统发动机来科学合理得多(对比图10)。

参见图9，传统的Q490型发动机的动力工作负荷图，其中曲线23是热力循环曲线(其中忽略了进排气压力)，曲线24是Q490发动机活塞连杆总成(重量为2.0公斤)在额定转数4000转/分钟时，在气缸轴线方向上的往复惯性力。

图10就是图9中曲线23、24的合成——沿气缸轴线方向上曲柄轴的机械负荷图(这种机械负荷可以和理想发动机相比较，如果计及传统发动机曲柄轴圆周各向力，传统发动机的机械负荷更为严重)。

图10可见，传统发动机的曲轴工作中所作负功W(-)(横轴下面积)较多，因之传统发动机的机械负荷效率η_fm较低，约为60％，这种结果必然导致传统发动机的机械效率低下。

Claims (2)

1、一种机械理想内燃发动机，它包括缸体、活塞和曲轴，其特征是：两个或四个或八个对置刚性连接的活塞分别组装在两侧固定的缸体内，两个或四个或八个刚性连接的活塞通过滑块连接曲轴。

2、一种机械理想内燃发动机，它包括缸体、活塞和曲轴，其特征是：两个或四个或八个背置刚性连接的缸体内分别组装固定的活塞，两个或四个或八个刚性连接的缸体通过滑块连接曲轴。

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