悬浮活塞发动机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种悬浮活塞发动机，包括气缸和活塞，所述活塞全部或部分设置在所述气缸内，所述活塞在所述气缸的上止点和下止点间的全部行程范围内或部分行程范围内与所述气缸非接触悬浮设置或准悬浮设置。本实用新型专利技术能够实现发动机活塞和气缸套在高温状态下能够既密封又不磨损，从而提高发动机效率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及发动机领域。
技术介绍
自从发动机诞生以来，发动机燃烧室的高效密封一直是发动机的研发者和 制造商所追求的重中之重，现代发动机活塞与气缸套之间通过机油润滑活塞环 的设置，使活塞与气缸套之间滑动密封，这种结构确实大幅度提高了发动机的 密封性，但是由于气缸套和活塞以及活塞环之间存在滑动摩擦，对于活塞、活 塞环尤其是气缸套的材料要求具有相当高的耐磨性能，为了维持发动机的密封性、密封的持续性以及发动机寿命就必须采用高耐磨材料制成的气缸套，并采 用机油进行润滑，这样就决定了发动机气缸套和活塞的工作温度必须保持在较低水平(现代发动机在400 50(TC之间)。在传统发动机的结构中这个温度无法 再提高，否则就可能出现机油变质、气缸套熔化、活塞热损等问题。然而，众 所周知，为了维持活塞和气缸套之间这一较低温度，就要对发动机进行强制冷 却以致燃料30%左右的能量将通过缸套、活塞和缸盖流出，形成利用价值不大的 低品质余热。如果我们能够避免或减少流出缸套、活塞和气缸盖的热量，我们 就可以大幅度提高发动机的效率。这一问题如果得到解决，发动机的效率几乎 可以成倍提高，解决这一问题的关键就必须使燃烧室包络界面(即气缸包络界 面，在传统发动机中为气缸、活塞和气缸盖)的耐热性大幅度提高。为了实现 这一目的，必须解决发动机活塞和气缸套间的在高温状态能够既密封又不会严 重磨损的问题，因此需要专利技术一种新型发动机能够使气缸缸套和活塞在高温下 正常工作。
技术实现思路
本技术所述的非接触悬浮设置是指气缸与活塞之间既不发生接触又维 持相当小的间隙，从而实现既密封又不磨损的目的。所谓准悬浮设置是指活塞 和气缸之间处于接触与非接触的临界状态，这样就可以进一步提高密封性，又 可避免磨损。活塞隔热层结构设置的目的是为了减少热量损失，同理，气缸隔5热结构的设置也是为了减少热量损失。气缸流体通道和活塞流体通道的设置是 为了适当冷却并通过流入流体通道中的流体介质维持温度的均匀性以减少冷热 形变，保持活塞与气缸的高度密封性。为了进一步提高发动机的效率，减少传 统气缸盖的热量损失，本技术中的一个实施例公开了一种悬浮活塞对置设 置滑动缸配气发动机，这种结构的发动机中没有气缸盖，两个缸套端部对置设 置，在两个气缸对置设置的端部接口处设置进气道和排气道，配气是通过气缸 滑动实现的。在排气冲程开始时， 一个或两个气缸同时开始滑动，在端部与另 一个气缸脱离，从而将两个气缸同时打开，并同时与进气道、排气道连通，在 这种结构中，如果将进排气流场组织好，或在进气道上设置压气涡轮，在排气 道上设动力涡轮，并将两涡轮同轴，这样就可以使排气流向排气道，使新鲜空 气被压气机压入气缸内，在这种结构中，发动机火花塞和/或发动机燃油喷射器 可设置在气缸壁侧面并在火花塞和/或燃油喷射器与气缸侧壁接触处设局部冷 却通道。为了使活塞能够更好的悬浮在气缸内，本技术还公开了一种磁悬 浮和一种气(汽)悬浮结构，其目的在于使活塞能够在磁力或气体压力下悬浮 在气缸内，只按气缸轴向方向做往复运动而不与气缸侧壁接触。为了克服传统发动机的上述缺陷，本技术公开了一种悬浮活塞发动机。 本技术的目的是这样实现的 一种悬浮活塞发动机，包括气缸和活塞，所 述活塞全部或部分设置在所述气缸内，所述活塞在所述气缸的上止点和下止点 间的全部行程范围内或部分行程范围内与所述气缸非接触悬浮设置或准悬浮设 置。所述活塞由活塞悬浮段、活塞密封段和活塞动力段构成，所述活塞悬浮段 与所述活塞密封段连接，所述活塞密封段与所述活塞动力段连接，所述活塞悬 浮段的长度大于或等于所述上止点和所述下止点之间的距离，所述活塞经其所 述活塞密封段与所述下止点以外的所述气缸设为直接滑动密封连接，或设为径 向弹性滑动密封连接，或设为轴向弹性密封连接，或设为非弹性密封伸展连接；或设为这些连接方式中的两种或两种以上连接方式的组合连接形式。在所述活塞的外表面设活塞隔热结构，和/或在所述活塞的活塞内顶壁上和 /或活塞内侧壁上设所述活塞隔热结构，所述活塞隔热结构设为活塞隔热夹层和/或活塞隔热层；禾n/或所述气缸的气缸内侧壁和气缸外侧壁同时或单独设气缸隔热结构，所述气缸隔热结构设为气缸隔热夹层和/或气缸隔热层；发动机火花 塞和/或发动机燃油喷射器设在燃烧室的外壁上，所述燃烧室的外壁设为气缸侧 壁、活塞顶或气缸盖，在所述发动机火花塞与所述燃烧室的外壁接触处和/或所 述发动机燃油喷射器与所述燃烧室的外壁接触处设局部冷却通道。在所述气缸整体外侧或部分外侧设气缸流体通道，所述气缸流体通道设为 与冷却系统连通或设为与控温系统连通；和/或在所述活塞内部设活塞流体通 道，所述活塞流体通道设为与所述冷却系统连通或设为与所述控温系统连通。所述活塞由活塞悬浮段、活塞密封段和活塞动力段构成，所述活塞悬浮段 与所述活塞密封段连接，所述活塞密封段与所述活塞动力段连接，在所述气缸 内，所述活塞悬浮段非接触悬浮设置或准悬浮设置，所述活塞悬浮段与所述活 塞密封段设为固定连接、径向滑动连接、定点万向连接或非定点万向连接。所 谓径向滑动连接是指气缸浮动段跟随气缸密封段上下运动但在径向方向上不受 限定，可在径向任何方向上发生微小位移，以补偿因加工误差或热变形的影O向； 定点万向连接是指活塞悬浮段按其与活塞密封段连接方向上断面中心点可在各 个方向上与气缸中心轴线产生偏角，非定向万向连接是指活塞悬浮段不但可在 径向发生滑动同时其轴线可以与气缸中心轴线产生偏角。在所述气缸的气缸侧壁上设一个或多个气(汽)悬浮孔或(和)在所述活 塞上设一个或多个所述气(汽)悬浮孔，所述气(汽)悬浮孔与高压气源或高 压水蒸汽源连通，以实现所述活塞在所述气缸中气(汽)力非接触悬浮设置； 或在所述活塞的全部或局部上设活塞电磁结构或活塞永磁结构，在所述气缸侧 壁上或所述气缸侧壁外设气缸电磁结构或气缸永磁结构，以实现所述活塞在所 述气缸中磁力非接触悬浮设置。所谓气(汽)力非接触悬浮设置是利用高压气 体或高压水蒸汽的压力从各个方向上向活塞或活塞悬浮段的侧面施加气体压力 使其在气缸内得到非接触悬浮设置；所谓磁力非接触悬浮设置是利用永久磁场或利用电磁场的磁力从各个方向上对活塞或活塞悬浮段的侧面施加电磁作用 力，此电磁作用力应设为电磁排斥力，使活塞或活塞悬浮段在气缸内得到非接 触悬浮设置。7所述活塞经连杆对外输出动力，或所述活塞动力段单独直接对外输出动力， 或在多缸悬浮活塞发动机中多个所述活塞动力段相互联接后对外输出动力。在所述活塞上设活塞转动驱动结构，所述活塞转动驱动结构设为内置气动 式活塞转动驱动结构或设为外置机械式活塞转动驱动结构，在设有所述外置机 械式活塞转动驱动结构的结构中，所述活塞受机械动力、流体动力或电磁动力 驱动按所述气缸的中心轴线转动，在设所述内置气动式活塞转动驱动结构的结 构中，所述活塞经所述内置气动式活塞转动驱动结构受所述气缸内的气压作用 按所述气缸的中心轴线转动，以减少或消除热变形的不均匀性。两个所述气缸对置设置构成对置气缸，在每个所述气缸中设置一个所述活 塞，此两个所述活塞相互对置设置，两个所述气缸单独或共同设为可按中心轴 线方向滑动的滑动式气缸，所述滑动式气缸作为所述对置气缸的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬浮活塞发动机，包括气缸（１）和活塞（２），其特征在于：所述活塞（２）全部或部分设置在所述气缸（１）内，所述活塞（２）在所述气缸（１）的上止点（１２１）和下止点（１２２）间的全部行程范围内或部分行程范围内与所述气缸（１）非接触悬浮设置或准悬浮设置。

【技术特征摘要】
1、一种悬浮活塞发动机，包括气缸(1)和活塞(2)，其特征在于所述活塞(2)全部或部分设置在所述气缸(1)内，所述活塞(2)在所述气缸(1)的上止点(121)和下止点(122)间的全部行程范围内或部分行程范围内与所述气缸(1)非接触悬浮设置或准悬浮设置。2、 如权利要求1所述悬浮活塞发动机，其特征在于所述活塞(2)由活 塞悬浮段(201)、活塞密封段(202)和活塞动力段(203)构成，所述活塞悬 浮段(201)与所述活塞密封段(202)连接，所述活塞密封段(202)与所述活 塞动力段(203)连接，所述活塞悬浮段(201)的长度大于或等于所述上止点(121)和所述下止点(122)之间的距离，所述活塞(2)经其所述活塞密封段 (202)与所述下止点(122)以外的所述气缸(1)设为直接滑动密封连接，或 设为径向弹性滑动密封连接，或设为轴向弹性密封连接，或设为非弹性密封伸 展连接；或设为这些连接方式中的两种或两种以上连接方式的组合连接形式。3、 如权利要求1所述悬浮活塞发动机，其特征在于在所述活塞(2)的 外表面设活塞隔热结构(3)，和/或在所述活塞(2)的活塞内顶壁(21)上和/或 活塞内侧壁(22)上设所述活塞隔热结构(3)，所述活塞隔热结构(3)设为活 塞隔热夹层(31)和/或活塞隔热层(32);和/或所述气缸(1)的气缸内侧壁(11)和气缸外侧壁(12)同时或单独设气缸隔热结构(4)，所述气缸隔热结 构(4)设为气缸隔热夹层(41)和/或气缸隔热层(42);发动机火花塞(5) 和/或发动机燃油喷射器(6)设在燃烧室(7)的外壁上，所述燃烧室(7)的 外壁设为气缸侧壁(1112)、活塞顶(23)或气缸盖(70)，在所述发动机火花 塞(5)与所述燃烧室(7)的外壁接触处和/或所述发动机燃油喷射器(6)与 所述燃烧室(7)的外壁接触处设局部冷却通道。4、 如权利要求1所述悬浮活塞发动机，其特征在于在所述气缸(1)整 体外侧或部分外侧设气缸流体通道(100)，所述气缸流体通道(100)设为与冷 却系统(8)连通或设为与控温系统(9)连通；和/或在所述活塞(2)内部设 活塞流体通道(200)，所述活塞流体通道(200)设为与所述冷却系统(8)连 通或设为与所述控温系统(9)连通。5、 如权利要求1所述悬浮活塞发动机，其特征在于所述活塞(2)由活塞悬浮段(201)、活塞密封段(202)和活塞动力段(203)构成，所述活塞悬 浮段(201)与所述活塞密封段(202)连接，所述活塞密封段(202)与所述活 塞动力段(203)连接，在所述气缸(1)内，所述活塞悬浮段(201)非接触悬 浮设置或准悬浮设置，所述活塞悬浮段(201)与所述活塞密封段(202)设为 固定连接、径向滑动连接、定点万向连接或非定点万向连接...

【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：实用新型
国别省市：11[]