CN1908403A - 无曲轴圆盘形复合内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无曲柄连杆机构，活塞为偶数并且作圆周运动的无曲轴圆盘形复合内燃机，它是一种活塞在曲边三角形中运动的不用换气机构的两冲程内燃机，它是一种效率高、噪声低、功率大、污染小、行程大、转速低、转矩大的内燃机。它的结构非常简单，很容易研制开发，它的并联组合如果再加大直径很容易成为不用减速而直接推动旋翼在直升飞机上应用，而低噪声更适合在潜水艇上应用，如开发成功必将是对国防工业的巨大贡献。

Description

无曲轴圆盘形复合内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，具体的说，涉及一种用于直升飞机或潜水艇上的无曲轴圆盘形复合内燃机。

背景技术

在内燃机领域内，人们对提高效率、降低油耗、减少噪声、降低污染的要求愈来愈高。然而传统内燃机的曲柄连杆机构，各种凸轮机构所造成的很大的机械能损失和约占总能量1/3的废气的能损失是无法挽回的。

虽然人们采用诸如涡轮增压、燃油喷射等先进技术，但是各种指标却没有大的突破。人们对圆周运动是情有独衷的，但到目前为止，似乎尚未找到比较理想的方案。

发明内容

本发明决定取消曲柄连杆机构和各气门的凸轮机构，改活塞的直线运动为圆周运动和直线运动相结合的复杂运动。

为此本发明设计了一种非常特别的由不同曲率半径的线条构成的曲边“三角形”缸体。为全面解决活塞作圆周运动与气体压缩之间的矛盾提供可能性。它就是活塞带动轮辐作圆周运动的同时本身又在轮辐的槽体中做往复式的直线运动。以适应“三角形”缸体这一特殊结构。通过密封区又能完成活塞在各个缸体间的转换。不同活塞分别完成作功、压缩、吸气、排气这四种必不可少的过程。

本发明的缸体和活塞数量相等但必须是2的倍数，即为偶数。因为本发明的特点是活塞是“专用”的。即如果1、3活塞完成吸气和排气的功能，则2、4活塞是作功和压缩的专用活塞。相邻的两个活塞在不同的缸中同时完成四冲程的任务，是一种典型的两冲程内燃机，和传统两冲程不同的是本发明没有损失较大的换气机构和过程。

本发明又一特点是在两个密封缸体之间设置一种可小幅摆动的燃烧室，其上有吸气孔、排气孔和机体上的孔洞相对应。在摆动时使之或通或掩以完成应有的功能，更重要的是它完成了可燃气从活塞前向活塞后的转换，并推动活塞向固定方向运动作功。从而使本发明的内燃机结构非常简单，这恐怕是圆周运动这一普遍规律的优势吧。

所谓复合就是利用本发明排气孔沿机体成圆周布置这一特点，可直接的或集中或分散的利用废气能推动涡轮转动以带动主机或辅机工作使主机效率大幅提高。

上述主要内容构成了本发明：无曲轴圆盘形复合内燃机。

本发明有以下有益效果

1.效率高：本发明由于屏弃了曲柄连杆机构和能耗大的气门机构，减少能量损失。另外废气的回收利用使浪费大幅减少，这样必将大幅提高效率减少油料消耗。

2.噪声低：本发明没有曲轴，噪声必将大幅度降低。

3.相同排量功率大幅提高：本发明的内燃机因为是两冲程，而且活塞顺序工作，功率必将大幅提高。以四缸机为例，传统内燃机因为是四冲程，主轴转720°活塞有4次作功，而本发明主轴转360°活塞作功8次，高出传统内燃机4倍。如果要提高输出功率可加大机体直径增加活塞对数则输出功次数按下式成平方增长：W＝2*n²

    W：主轴转360°活塞作功次数

    N：作功的活塞数

    这样如果为增加功率把活塞总数增加到12个即6个

    作功活塞则：W＝2*n²

                 ＝2*6²

                 ＝72次

活塞推动力是相当巨大的。

4.行程大：传统内燃机活塞直径和行程比大约为1∶1而本发明的内燃机大约为3到4，这一点传统内燃机因为有曲柄连杆机构而无法实现。因为行程大，活塞和高温高压气体作用时间长，所以可以提高效率。又因为行程大给废气和添加剂有充分的反应时间，以改善尾气的污染状况。

5.既适用于点火又适用于压燃：本发明的内燃机在相邻的两缸之间设置了可小幅摆动的燃烧室，我们可以通过改变燃烧室的大小和两缸之间距离的大小来达到改变提前角的大小，在点燃和压燃之间选择。另外本发明的内燃机点火是在独立密封的条件下进行，大大减少了传统内燃机由于必要的提前角所造成的活塞和火焰的反向接触而引发的能量损失。

6.容易提高输出功率：为适应大型负载如火车、轮船等的需要，本发明可用加大机体直径的方法增加缸体的活塞数量，如12个、18个甚至更多，就能够大幅度的提高输出功率，如果采用多组的并联组合，可以把提高功率输出变成轻易之举。

7.结构简单研发容易：由于采用圆盘形结构，使构造十分简单，如果不计辅机和标准件，每缸只有几个零件，机械加工简单也无特殊要求，研发成本大幅度降低。

8.安全性能高：本发明因为零部件数量少，故障率低是显而易见的，另外本发明因适用于柴油的压燃，可把柴油引入空中使用，从而改善螺旋桨飞机飞行的安全性。

9.应用范围大：本发明的内燃机机体为圆形，如扩大直径增加缸数可使功率增加而转矩加大转速下降，加上适当的设计，可以使主轴直接推动旋翼，可免去噪声大重量大的减速系统成为可能。这样使之在直升飞机上应用成为可能之事。另外很小的噪声和巨大的功率输出，如果在潜水艇上应用，无疑使对方的侦察更为困难。

附图说明

图1：无曲轴圆盘形复合内燃机示意图

图2：图1A-A的剖面图

各附图中的数字代表如下意义

1.圆盘形机体

2.机体盖

3.活塞

3-1、3-3吸气、排气专用活塞  3-2、3-4作功、压缩专用活塞

4.可摆动的燃烧室

5.排气和压缩气体的通道

6.高压气体和新鲜空气通道

7.吸气孔

8.排气孔

9.冷却水孔予留位置

10.燃烧室的驱动凸轮板

11.燃烧室轴

12.主轴

13.轮辐

14.弹簧

15.圆形密封圈

16.曲线三角形缸体

17.缸体密封区的起点

18.密封区的终点

19.活塞上升区的终点

20.平滑作功区的终点活塞下降区的起点

21.压燃或点燃区

具体实施方式

根据专利法的要求，发明应有新颖性和实用性，本发明是改有曲轴为无曲轴，新颖性是自然的，而实用性用列表的方法把它和传统内燃机以及日本马自达公司开发的“三角”发动机比较，自然能作出合理的判断。

                         基本性能对比表

发动机类型	密封性	润滑性	冷却性	结构
					传统内燃机	好	好	好	复杂
三角活塞发动机	较好	较好	好	简单
					无曲轴圆盘形复合内燃机	一般	好	好	简单

从表中看出密封性一般，是本发明的缺点。但是随着新材料的不断出现，加工技术和精度的不断提高，这一问题是可以解决的。安全性能对比表

发动机类型	活塞运行轨道		活塞和轴的关系		燃烧室
							形式	比较	连接方式	比较	形状	比较
	传统内燃机	直圆柱	简单	小轴连杆	复杂	半圆							简单
三角活塞发动机							扁圆形	较简单	偏心齿轮	较简单	长扁形	差
	无曲轴圆盘形复合内燃机	变形圆	较简单	条幅	较简单	可摆动半圆形							简单

可摆动的燃烧室是本发明的内燃机结构简化的关键部件，其安全可靠性尚待验证，好在把它改为固定式，在进出两侧各设一个由凸轮机构定时开关的平板式门也并非难事。

                               主要技术指标比较

发动机类型	转速	行程	效率	油耗	缸数
						传统内燃机	中	小	中	中	可增加
三角活塞发动机	高	中	中	高	固定
						无曲轴圆盘形复合内燃机	低	大	高	低	可增加

从上述比较中可以看出我们发明的无曲轴圆盘形复合内燃机在各方面都占有较大的优势，如果有国家支持专家指导其前途是光明的。

在附图1中我们假定本发明的内燃机已经正常运转，活塞3-1、3-3的位置是吸气和排气，活塞3-2、3-4的位置是作功和压缩。各活塞和密封圈15、轮辐13、主轴12一起沿顺时针方向旋转，此时活塞3-2、3-4的后面受从已经向前摆动的燃烧室中释放出的高温高压气体的作用下旋转。活塞的前面对上行程吸入的空气进行压缩，此时活塞从点19到点20是作功和压缩的主要区域，从点20开始进入作功的尾声区，但压缩功能则进入高潮期。与此同时活塞1、3则压缩弹簧14迅速下降为进入密封区进行准备。同时要由喷油咀喷入适量的燃油到燃烧室中混合为下次作功做好准备。

另外两个活塞3-1和3-3的后面从吸气孔7通过出气通道6吸入新鲜空气，活塞的前面则执行排出上行程产生的废气，从排气通道5和排气孔8排出，并通过复合部分的涡轮系统回收一部分能量。

应当说明：活塞3-1和3-3通过密封区时相应的燃烧室在回位弹簧的作用下向后摆动，准备接收下一次压入空气和可燃气。而与活塞3-2、3-4对应的燃烧室则应按照已经设计好的燃烧规律、运动速度和方式向前摆动，并在活塞3-2、3-4到达最高点时释放高温高压气体开始下一轮的作功过程。

更应当说明的是，从点17到18的密封区是本发明的重要特点，它解决了三个关键问题。

1.把一个环形密封区分成若干个独立的密封区，形成形状特别的缸体。

2.解决了气体从活塞前向活塞后的转换，以推动活塞向一个方向旋转。

3.解决了点火提前角问题，就是从点17到点18这段弧线的长度其活塞通过的时间，应和发动机的提前角相适应以求很高的效率。

Claims (7)

1.一种无曲轴圆盘形复合内燃机，其特征是，没有曲柄连杆机构，活塞沿变形的圆周作旋转运动，同时为通过密封区，活塞还要沿半径方向作直线运动。

2.根据权利要求1所述的无曲轴圆盘形复合内燃机，其特征是，由多块为适应在高温条件下工作而互相插接中间加以密封的圆形密封圈，把它镶入机体和机盖的槽中，并和机体、机盖组成密封区

3.根据权利要求1所述的无曲轴圆盘形复合内燃机，其特征是，由曲线构成的曲边三角形缸体。

4.根据权利要求1所述的无曲轴圆盘形复合内燃机，，其特征是，在相邻的缸体间设有可小幅摆动的燃烧室，其上还设有吸气孔和排气孔。

5.根据权利要求1所述的无曲轴圆盘形复合内燃机，其特征是，活塞个数必须是偶数，其中如奇数活塞完成吸气、排气工作，则偶数活塞完成作功和压缩工作。

6.根据权利要求1所述的无曲轴圆盘形复合内燃机，其特征是，相邻两个活塞运行方向的前后同时各自完成吸气、排气、作功、压缩四种任务，所以它是一种无换气机构的两冲程内燃机。

7.根据权利要求1所述的无曲轴圆盘形复合内燃机，其特征是，主轴旋转360°作功活塞是作功活塞数平方的两倍。

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