[发明专利]一种由缸内直轴传递动力的发动机

说明书

技术领域

本发明技术属于发动机领域，涉及一种由缸内直轴传递动力、并以汽油、柴油或天然气、乙醇等作燃料的往复活塞式内燃机(下简称内燃机)。

背景技术

内燃机是广泛运用于汽车、火车、轮船上的重要核心部件。现有的汽车、火车和轮船，绝大部分都是由内燃机提供的动力驱使其行走运动，它们是汽车、火车和轮船上不可或缺的核心装置。

现有的4冲程往复活塞式内燃机将热能转变为机械能的过程是经过进气、压缩、作功、排气4个连续过程来实现的；凡是曲轴旋转两周，活塞经4个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。业内将四冲程发动机的作功过程俗称“4冲程2转”，即通过活塞的4个冲程达至曲轴的2周旋转；这在各国100多年来发明、改进、使用的所有内燃机上都没有发生改变。尤其是被称为发动机的“心脏”部分的曲轴，更是经历了百多年来往复活塞式内燃机的无数次变革改进而更加巩固，形状基本依旧。因此，将现有的内燃机称为“曲轴式内燃机”或“曲轴式发动机”十分贴切，该称呼与本发明涉及的“直轴式发动机”在名称上更便于区别和比较。

众所周知，曲轴是“曲轴式发动机”中生产工艺最难，制造成本最高，造成整机品质变化最大的部件之一。又由于曲轴的存在而固化了活塞式内燃机的“4冲程2转”这一运动形式，致使进一步提高内燃机对多种车辆、船只的适应变化及自身燃油性能的改进都造成了相当大的难度。对进一步提高“曲轴式发动机”工作的平稳性、静音度也十分有限。

曲轴在生产过程中工艺复杂，加工手段要求非常高。首先，在材质上要采用优质合金中碳钢模锻成型。切削加工中要采用专用的车床和磨床进行粗、精加工。还要采用特殊的手段进行表面热处理。全部加工好后还要采用非常的手段进行动平衡实验、调试及配重。几乎所有的加工设备和调试仪器都是专用和昂贵的。因此，曲轴的造价都很高。一般中小功率的汽油发动机每根曲轴的价格为数千至上万元人民币，而大型船用柴油发动机的一根曲轴要几十万人民币甚至几十上百万美金。

生产曲轴的设备专业而昂贵。目前我国在中小功率的发动机曲轴制造设备上还基本可以生产和自给。但在大型和超大型船用柴油发动机曲轴的专用设备上就不能完全生产和自给了。例如，要生产万吨级以上船用柴油发动机的曲轴，其所需的关键设备还得全部进口。其全套设备进口的费用高达数百乃至数千万美元。

由于曲轴的生产工艺复杂，专用制造设备的昂贵及局限，更由于曲轴本身形状结构的局限，在现有的常规船用发动机的格局上再进一步发展超大功率的船用发动机尤为艰难。一百多年来，汽、柴油发动机的发展若以缸数来衡量，最多的也只有十几个缸。若以功率来讲，最大的不超过10万KW(目前已问世的最大柴油发动机14缸，功率约8万KW)。因此，“曲轴式发动机”再向更大型方向发展将在金钱上耗费巨大，在技术上还要攻克多道难关。

由于直冲程活塞汽、柴油或天然气、乙醇等作燃料的发动机全部都是“曲轴式发动机”因此“4冲程2转”(或2冲程1转)的运动模式不可改变。但是，依靠发动机作运动的海、陆、空各类车、船、机、舰以及用柴油、天然气、乙醇等作燃料的发电机组对发动机的作功要求是不完全相同的。例如小型乘用车、小型直升飞机、小型快艇及柴油、天然气、乙醇等作燃料的发电机组要求的是高转速发动机。而大型载重汽车需要的是中、低转速发动机，大型舰艇、船舶则需要的是低转速发动机。要达到上述的各类机、车、船的不同需求，就必须在发动机外连接所需的减速器。若转速比过大，必会造成减速器体积的增大而使发动机总成的安装空间加大，也会增加减速器的制造成本，还会造成燃油的浪费。

由于“曲轴式发动机”受曲轴的几何形状及物理性能所定格，因此，在制造过程中无论将曲轴的动平衡调试到多理想，但曲轴在高速运转下所产生的惯性力，还是会使发动机出现不同程度的颤动和噪音。尤其是在大型船用柴油机和发电机组上表现更为突出。有些噪音将给使用者造成难以弥补的缺失。例如军用舰艇，尤其是潜艇。其噪音的大小，决定着它的隐蔽性和作战效能。人们为了在“曲轴式发动机”内减低曲轴旋转所造成的惯性力，大都增设安装一些辅助装置来降低曲轴旋转所造成的惯性力。虽然取得了一定的效果，但并未达到理想的境界。该等辅助装置同样占据了一定的安装空间，使发动机结构复杂化，更是增加了发动机的生产成本。

本发明技术“直轴式发动机”就是要解决和弥补上述中“曲轴式发动机”所存在的一些技术缺陷和不足。这些缺陷和不足可归纳成以下几点：

1，“曲轴式发动机”生产工艺复杂，对制造设备(非通用设备)的要求过于专一，生产成本太高。

2，“曲轴式发动机”向超大功率机型发展时所面对的巨额费用及要攻克的技术难关在相当一段时期内还难以实现。