弧形缸负荷响应发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种弧形缸负荷响应发动机，包括：气缸、活塞，所述气缸的中心线设为弧形，所述活塞的连接件设在气缸的燃烧室密封段之外，所述气缸和所述活塞设为以所述气缸中心弧线的圆心为圆心旋转并相对摆动式，或设为固定相对摆动式，所述气缸中所有顺时针设置的气缸设为气缸组Ａ，所有逆时针设置的气缸设为气缸组Ｂ，所述活塞中所有顺时针设置的活塞设为活塞组Ａ，所有逆时针设置的活塞设为活塞组Ｂ，在所述气缸组Ａ所代表的气缸系统Ａ和所述气缸组Ｂ所代表的气缸系统Ｂ之间设置可调式摆角控制装置，在所有所述气缸所代表的摆动系统和所有所述活塞所代表的摆动系统之间设置行程控制装置。本发明专利技术可调整发动机的排量，提高发动机的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发动机领域。
技术介绍
众所周知，往复式内燃发动机已经拥有一百多年的历史，是一种非常成功 的热功转换机械。但由于目前人类所面临的能源和环境问题对热功转换机械提 出了更高的要求。因而，往复式内燃机就显得体积大、重量大、效率低、低排 放性差。因此近些年来，人们开始特别注重自由活塞式发动机、摆动活塞式转 子发动机和摆动活塞式发动机的研究和开发。与往复式活塞发动机相比，自由 活塞式发动机具有高效、低排放性好，体积小、重量轻等特点。然而，由于自 由活塞式发动机多为二冲程，且无法直接作为转动动力源使用，故多用作发电 机的动力，其应用范围也就受到了限制。而摆动活塞式发动机和摆动活塞式转 子发动机由于其缸体和活塞的相互装配关系所致，其密封性、使用寿命及低排 放性受到严重影响，不仅如此摆动活塞式发动机和摆动活塞式转子发动机也存 在摆动式或称脉冲式动力与旋转动力的转换问题。近期关于摆动活塞式发动机和摆动活塞式转子发动机的研究和方案较多，例如美国专利US6，431，139; US4, 068, 985; US3, 144, 007; US3，356，079; US5'147，191; US 3,873,247; US4, 174,930; US2， 734,489; US6，886，527; US6, 305, 345; US5, 433,179; US4, 257， 752; US6， 009, 847和US2006/0191499 等，世界专利W02008/104569; W02008/012006; W02007/096154; W02007/073883; W02006/089576 ; W02003/093650 ; W02003/074839 ; W02002/084078 ; W02000/060218; W02000/042290; W01998/026157和W01998/013558等，以及 中国专利ZL01134215. 3和ZL91201678. 7等，都公开了不同形式的摆动活塞式 发动机和摆动活塞式转子发动机，但是所有这些和本申请人查阅过但未在本文 提及的专利所公开的方案都存在着一个共同的缺点，就是在气缸燃烧室密封段 内的气缸壁内(壁厚方向)存在活塞连接件的滑动界面。无论对发动机还是压气机，其密封性都是至关重要的，特别是对发动机来说，其密封性决定了发动 机的性能、效率和寿命，是发动机设计和制造过程中的最最重要的问题。而存 在于气缸燃烧室密封段的气缸壁内(壁厚方向)的滑动界面的密封是非常困难 的，特别是由于发动机的冷縮热胀等因素使这一滑动界面的密封更为难以解 决。所以按上述专利中所公开的方案生产的发动机燃烧室的密封性难以得到保 障，这些方案也将难以在商业化发动机制造中得到广泛应用。美国专利US4,058，088公开了一种直线型气缸和滑块结构的方案。在此方案中，由于气 缸是直线形的，故只能按圆的弦线排列。两个气缸间或两个气缸组合体间成直 角，故两个气缸间或两个气缸组合体间的无效空间大，从而导致了该方案体积 大重量大。不仅如此，由于滑块的存在，降低了发动机的可靠性，特别是因为 活塞摆动产生的巨大离心力无法由活塞连接件抵消，只能由气缸的外侧内壁来 承担，因此影响了发动机的密闭性和效率。除此之外，目前所有摆动活塞式 发动机、摆动活塞式转子发动机和自由活塞式发动机，要么采用液压马达，要 么采用曲轴、非圆齿轮或凸轮滚子式棘轮将摆动式动力或称脉冲式动力转换成 转动动力。这些方案均存在可靠性差，效率低等问题。为此，本专利技术人公开了 弧形缸转子发动机专利(申请号200810172692. 2， 200820178435.5)，为发动机 的制造提供了一个新思路。然而，为进一步提高弧形缸发动机的效率，需要发 明一种排气量(行程)和几何压縮比可控可调的新型弧形缸发动机，以提高弧 形缸发动机的效率、低排放性和实用性。
技术实现思路
传统往复式发动机的最大缺陷是在爆炸冲程上止点，活塞对曲轴没有力 矩，而且在相当转角内力矩也较小，因而使气缸内的高温高压气体维持时间过 长导致热量损失大，氮氧化物形成多，效率低，排放差。而弧形缸转子式发动 机则不然，活塞在爆炸冲程开始时就具有很大的力矩，燃烧室内气体膨胀快， 热量损失小，氮氧化物形成少，效率高，排放好。但是，如能使弧形缸转子发 动机的排气量(行程)和几何压縮比可控可调，则将大幅度提高弧形缸发动机 的效率。无论何种内燃发动机都是一种热功转换机械。其效率的核心是气缸内燃烧 后的温度和压力，即燃烧后的工况。燃烧后的工况直接决定发动机的热效率， 而燃烧后的工况基本上是由燃烧前的工况和空燃比决定的。所以燃烧前气缸内 的压力、温度和空燃比基本上决定了发动机的热效率，而空气的量决定发动机 可能实现的功率。原则上讲,燃烧后的温度越高压力也就越大,效率也就越高。 在考虑爆燃、材料的强度和材料的热负荷等实际因素的前提下， 一种燃料只有 一个最佳工况，即一个最佳温度值、最佳压力值和最佳空燃比值，而且温度、 压力和空燃比中任何一个参数偏离此最佳值都会严重影响发动机的效率。由于 发动机的配气机构的节流效应很大，所以当发动机负荷和转速发生变化时，单 一吸气冲程吸入气缸内的空气的量是不同的，由于传统发动机的几何压縮比是 定值，故压縮冲程完了时气缸内的温度和压力也是不同的。在柴油发动机中， 因没有节气门，转速越低吸入的空气越多，压縮后的温度和压力也越高。而转 速低往往是负荷小的时候，所以只能向气缸内喷入少量燃油，致使空燃比大幅 度偏离最佳值进而严重影响发动机的热效率，而且由于大量剩余氧气的存在导 致了大量氮氧化物的生成污染环境。在汽油发动机的中，由于考虑到汽油点燃 的问题不得不设置节气门，使发动机在低速时进气量减少以使在喷入少量燃油 吋仍可点燃发动机，因此这导致汽油机在低转速低负荷时压縮冲程完了时的温 度压力很低，工况严重偏离最佳值，发动机的效率也大幅度下降。由此可见， 当转速和负荷发生变化时，传统发动机的工况和空燃比都会大幅度偏离最佳 值，从而导致发动机的效率严重下降，排放严重恶化。若当发动机的转速和负 荷发生变化时，均能保持发动机的最佳工况和最佳空燃比，则将大幅度的提高 发动机的效率和环保性。为实现这一目的，必须使发动机排气量(即行程)和 几何压縮比同时可调。本专利技术的目的就是要公开一种排气量(行程)和几何压縮比可控可调的新 型弧形缸发动机。即可根据燃料不同和负荷变化，调整排气量(行程)和几何压 縮比的弧形缸发动机，也就是所谓的弧形缸负荷响应发动机，以提高发动机的 效率、低排放性和实用性。本专利技术公开了一种弧形缸负荷响应发动机，包括气缸、活塞，其目的是10这样实现的；所述气缸的中心线设为弧形，所述气缸的断面设为圆形或非圆形，在所述 气缸内设置一个或多个所述活塞，所述活塞的活塞连接件设在所述气缸的燃烧 室密封段之外，所述气缸和所述活塞设为以所述气缸中心弧线的圆心为圆心旋 转并相对摆动式，或设为固定相对摆动式，所述气缸中所有顺时针设置的所述 气缸设为气缸组A，所有逆时针设置的所述气缸设为气缸组B，所述活塞中所 有顺时针设置的所述活塞设为活塞组A，所有逆时针设置的所述活塞设为活塞 组B，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弧形缸负荷响应发动机，包括：气缸（１）、活塞（２），其特征在于：所述气缸（１）的中心线设为弧形，所述气缸（１）的断面设为圆形或非圆形，在所述气缸（１）内设置一个或多个所述活塞（２），所述活塞（２）的活塞连接件（３）设在所述气缸（１）的燃烧室（４）密封段之外，所述气缸（１）和所述活塞（２）设为以所述气缸（１）中心弧线（１０１）的圆心为圆心旋转并相对摆动式，或设为固定相对摆动式，所述气缸（１）中所有顺时针设置的所述气缸（１）设为气缸组Ａ（５０１），所有逆时针设置的所述气缸（１）设为气缸组Ｂ（５０２），所述活塞（２）中所有顺时针设置的所述活塞（２）设为活塞组Ａ（６０１），所有逆时针设置的所述活塞（２）设为活塞组Ｂ（６０２），在所述气缸组Ａ（５０１）所代表的气缸系统Ａ（５０１０）和所述气缸组Ｂ（５０２）所代表的气缸系统Ｂ（５０２０）之间设置可调式摆角控制装置（６００），在所有所述气缸（１）所代表的摆动系统（１９）和所有所述活塞（２）所代表的摆动系统（１８）之间设置行程控制装置（７００）；或在所述活塞组Ａ（６０１）所代表的活塞系统Ａ（６０１０）和所述活塞组Ｂ（６０２）所代表的活塞系统Ｂ（６０２０）之间设置可调式摆角控制装置（６００），在所有所述气缸（１）所代表的摆动系统（１９）和所有所述活塞（２）所代表的摆动系统（１８）之间设置可调式行程控制装置（７００）；或在半数所述活塞组Ａ（６０１）所代表的活塞系统Ｃ（６００５）和半数所述活塞组Ｂ（６０２）所代表的活塞系统Ｄ（６００６）之间设置所述可调式摆角控制装置（６００），在半数所述活塞组Ａ（６０１）所代表的活塞系统Ｃ（６００５）和半数所述活塞组Ｂ（６０２）所代表的活塞系统Ｄ（６００６）所构成的系统与所述气缸（１）之间设置所述可调式行程控制装置（７００）；或在半数所述气缸组Ａ（５０１）所代表的气缸系统Ｃ（５００５）和半数所述气缸组Ｂ（５０２）所代表的气缸系统Ｄ（５００６）之间设置所述摆角控制装置（６００），在半数所述气缸组Ａ（５０１）所代表的气缸系统Ｃ（５００５）和半数所述气缸组Ｂ（５０２）所代表的气缸系统Ｄ（５００６）所构成的系统与所述活塞（２）之间设置所述可调式行程控制装置（７００）。...

【技术特征摘要】
1.一种弧形缸负荷响应发动机，包括气缸(1)、活塞(2)，其特征在于所述气缸(1)的中心线设为弧形，所述气缸(1)的断面设为圆形或非圆形，在所述气缸(1)内设置一个或多个所述活塞(2)，所述活塞(2)的活塞连接件(3)设在所述气缸(1)的燃烧室(4)密封段之外，所述气缸(1)和所述活塞(2)设为以所述气缸(1)中心弧线(101)的圆心为圆心旋转并相对摆动式，或设为固定相对摆动式，所述气缸(1)中所有顺时针设置的所述气缸(1)设为气缸组A(501)，所有逆时针设置的所述气缸(1)设为气缸组B(502)，所述活塞(2)中所有顺时针设置的所述活塞(2)设为活塞组A(601)，所有逆时针设置的所述活塞(2)设为活塞组B(602)，在所述气缸组A(501)所代表的气缸系统A(5010)和所述气缸组B(502)所代表的气缸系统B(5020)之间设置可调式摆角控制装置(600)，在所有所述气缸(1)所代表的摆动系统(19)和所有所述活塞(2)所代表的摆动系统(18)之间设置行程控制装置(700)；或在所述活塞组A(601)所代表的活塞系统A(6010)和所述活塞组B(602)所代表的活塞系统B(6020)之间设置可调式摆角控制装置(600)，在所有所述气缸(1)所代表的摆动系统(19)和所有所述活塞(2)所代表的摆动系统(18)之间设置可调式行程控制装置(700)；或在半数所述活塞组A(601)所代表的活塞系统C(6005)和半数所述活塞组B(602)所代表的活塞系统D(6006)之间设置所述可调式摆角控制装置(600)，在半数所述活塞组A(601)所代表的活塞系统C(6005)和半数所述活塞组B(602)所代表的活塞系统D(6006)所构成的系统与所述气缸(1)之间设置所述可调式行程控制装置(700)；或在半数所述气缸组A(501)所代表的气缸系统C(5005)和半数所述气缸组B(502)所代表的气缸系统D(5006)之间设置所述摆角控制装置(600)，在半数所述气缸组A(501)所代表的气缸系统C(5005)和半数所述气缸组B(502)所代表的气缸系统D(5006)所构成的系统与所述活塞(2)之间设置所述可调式行程控制装置(700)。2. 如权利要求1所述弧形缸负荷响应发动机，其特征在于在一个所述气 缸(1)内设置一个所述活塞(2)，在所述气缸(1)的端部设置气缸盖(5)， 构成单元气缸(9)，在所述气缸(1)的中心弧线所在圆周上至少对置设置两个所述单元气缸(9)构成多缸发动机，在所述多缸发动机中，所述气缸组A (501 )设为经气缸连接件(6601)与半动力轴A(6)连接式，所述气缸组B(502) 设为经气缸连接件(6602)再经所述可调式摆角控制装置(600)与所述半动力 轴A (6)连接式，所有所述活塞(2)设为经所述活塞连接件(3)与所述半动力 轴B (7)连接式，分别在所述气缸系统A (5010)的所述气缸连接件(6601) 和所述活塞系统A (6010)的所述活塞连接件(3001)之间，与所述气缸系统 B (5020)的所述气缸连接件(6602)和所述活塞系统B (6020)的所述活塞连 接件(3002)之间设置所述可调式行程控制装置(700);或所有所述气缸(1) 设为经所述气缸连接件(66)与所述半动力轴A (6)连接式，所述活塞组A (601 ) 设为经所述活塞连接件(3001)与所述半动力轴B(7)连接式，所述活塞组B(602) 设为经所述活塞连接件(3002)再经所述可调式摆角控制装置(600)与所述半 动力轴B (7)连接式，分别在所述气缸系统A (5010)的所述气缸连接件(6601 ) 和所述活塞系统A (6010)的所述活塞连接件(3001)之间，与所述气缸系统 B (5020)的所述气缸连接件(6602)和所述活塞系统B (6020)的所述活塞连 接件(3002)之间设置所述可调式行程控制装置(700);或所有所述气缸(1) 设为以所述气缸(1)中心弧线(101)的圆心为圆心从动旋转式或固定式，半 数所述活塞组A (601)设为经所述活塞连接件(3001)与所述半动力轴A (6) 连接式，半数所述活塞组B (602)设为经所述活塞连接件(3002)与所述可调式 摆角控制装置(600)连接后再与所述半动力轴A (6)连接式，另外半数所述活 塞组A (601)设为经另外所述活塞连接件(3001)与所述半动力轴B (7)连接 式，另外半数所述活塞组B (602)设为经另外所述活塞连接件(3002)与另一个 所述可调式摆角控制装置(600)连接后再与所述半动力轴B (7)连接式，分别 在所述活塞连接件(3001)和所述气缸连接件(6601 )之间，与所述活塞连接件 (3002)和所述气缸连接件(6602)之间设置所述可调式行程控制装置(700)。3.如权利要求1所述弧形缸负荷响应发动机，其特征在于 一个所述气缸 (1)内对置设置两个所述活塞(2)构成气缸组合体(11)，在由两个或两个 以上所述气缸组合体(11)构成的多缸发动机中，所有所述气缸(1)设为以 其中心弧线所在圆心为圆心从动旋转式或固定式，半数所述活塞组A (601)设为经所述活塞连接件(3001)与所述半动力轴A (6)连接式，半数所述活塞组B (602)设为经所述活塞连接件(3002)与所述可调式摆角控制装置(600)连接后 再与所述半动力轴A (6)连接式，另外半数所述活塞组A (601)设为经另外 所述活塞连接件(3001)与所述半动力轴B (7)连接式，另外半数所述活塞组B (602)设为经另外所述活塞连接件(3002)与另一个所述可调式摆角控制装置(600) 连接后再与所述半动力轴B (7)连接式，在顶部相邻的两个所述活塞(2) 之间的所述活塞连接件(3001)和所述活塞连接件(3002)上设置所述可调式 行程控制装置(700)。4.如权利要求1所述弧形缸负荷响应发动机，其特征在于在一个所述气 缸(1)内对置设置的两个所述活塞(2)之间设置隔板式气缸盖(12)，所述 隔板式气缸盖(12)与所述气缸(1)密封并将所述气缸(1)隔分成两个所述 燃烧室(4)，构成隔板缸盖气缸组合体(13)，并形成隔板缸盖式两缸发动机， 在所述隔板缸盖两缸或多缸发动机中，所有所述气缸(1)设为与所述半动力 轴A (6)连接式，所述活塞组A (601)设为经其所述活塞连接件(3001)与 所述半动力轴B (7)连接式，所述活塞组B (602)设为经其所述活塞连接件 (3002)再经所述可调式摆角控制装置(600)与所述半动力轴B (7)连接式， 在所述活塞组A (601)的所述活塞连接件(3001)和所述气缸组A (501)的 所述气缸连接件(6601)之间设置所述可调式行程控制装置(700)，并在所述活 塞组B (602)的所述活塞连接件(3002)和所述气缸组B (502)的所述气缸 连接件(6602)之间设置所述可调式行程控制装置(700);或所有所述气缸(1) 设为以其中心弧线所在圆心为圆心从动旋转式或固定式，半数所述活塞组A(601) 设为经所述活塞连接件(3001)与所述半动力轴A (6)连接式，半数所 述活塞组B (602)设为经所述活塞连接件(3002)与所述可调式摆角控制装置 (600)连接后再与所述半动力轴A (6)连接式，另外半数所述活塞组A (601) 设为经另外所述活塞连接件(3001)与所述半动力轴B (7)连接式，另外半数所 述活塞组B (602)设为经另外所述活塞连接件(3002)与另一个所述可调式摆角 控制装置(600)连接后再与所述半动力轴B (7)连接式，在所述活塞组A (601) 的所述活塞连接件(3001)和所述气缸组A (501)的所述气缸连接件(6601)之间设置所述可调式行程控制装置(700...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳北彪，
申请(专利权)人：靳北彪，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]