[发明专利]双活塞转子式内燃机有效

专利信息
申请号: 201510029762.9 申请日: 2015-01-22
公开(公告)号: CN104727936B 公开(公告)日: 2017-03-08
发明(设计)人: 唐仁杰;熊薇 申请(专利权)人: 唐仁杰
主分类号: F02B55/02 分类号: F02B55/02;F02B55/14
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 330024 江西省南昌市*** 国省代码: 江西;36
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摘要:
搜索关键词: 活塞 转子 内燃机
【说明书】:

技术领域

发明涉及内燃机技术领域,特别涉及旋转活塞类双活塞转子式内燃机。

背景技术

热机是将热能转换为机械能的装置,内燃机是热机的一个重要类型,内燃机主要包括点火系统、燃烧系统、传动系统、冷却系统、供油系统、润滑系统等。

自从公元1898年左右曲轴连杆式内燃机发明至今,在地面车辆、航运以及各种动力设备中,曲轴连杆式内燃机获得了最为广泛的应用,并大大加速了人类的历史进程。曲轴连杆式内燃机的基本工作原理,是活塞在汽缸内受燃烧的高压气体推动作上下运动,并通过连杆带动曲轴旋转,将活塞的直线往复运动转换成曲轴的单向旋转运动,从而实现曲轴连杆式内燃机的热功转换和动力输出。

评价内燃机的主要技术指标有功重比(功率/重量比,有时也采用气缸升功率指标)、耗油率、制造工艺性、使用维护寿命等。对于曲轴连杆式内燃机,发动机功率输出是通过活塞、连杆和曲轴三者结合而成的曲轴连杆式传动系统完成的。这种内燃机主要有如下结构性缺点:

1、曲轴连杆式传内燃机气缸内混合气在压力最大、容积最小的时候燃烧时间短,活塞此时下行,使燃烧不完全,废气浓度高,作功效率低。现有的曲轴连杆式内燃机为了提高发动机性能,都在活塞到达上止点前不同程度的提前点火或喷油,目的是为了让混合气在燃烧室容积最小的时候燃烧更快、更完全,从而能得到更大的功率输出,并降低发动机的排放废气浓度,但这样做也产生了一定的负作用:因提前点火,缸内压力急剧升高,阻滞了活塞上行,增加了压缩负功,并容易引起燃烧爆震现象。这种矛盾在现有的曲轴连杆式内燃机中始终存在。

2、在曲轴连杆式内燃机运转过程中,连杆对活塞的作用力方向周期性改变,且在发动机功率输出最大时,连杆对活塞的作用力沿气缸壁面法线方向也达到最大值附近,由此引起活塞和气缸之间的摩擦功率损耗很大,且容易导致活塞和气缸之间表面因摩擦而引起的损坏。

3、在曲轴连杆式内燃机的运转过程中,活塞始终处于一种往复运动状态,进气时活塞在下止点瞬间又很快进入压缩行程,从而在缸体容积最大时没有更多的时间吸进更多的新鲜混和油气,排气时活塞到上止点瞬间又很快进入进气行程,从而使气缸容积最小的时候没有更多的时间让废气最大程度的排出,这些情况最终都影响更多的新鲜混和油气进入气缸,从而导致发动机换气效率低,使发动机升功率的提高受到一定的影响。

4、曲轴连杆机构不是轴对称部件,内燃机运转过程中由曲轴连杆机构引起的振动大、噪声大;曲轴连杆机构难平衡,其制造工艺较复杂,成本高;在使用过程中,活塞、曲轴连杆机构等易磨损,维修费用高;采用曲轴连杆的内燃机极限转速低,严重制约了发动机功重比的提高。

5、曲轴连杆式内燃机的节气门、曲轴连杆等结构复杂,占用空间大,导致发动机结构不够紧凑。

进入20世纪以来,能源危机的显现,以及环境污染问题的严重化,促进了对曲轴连杆式内燃机的设计改进工作。目前,经过增压燃烧、电喷化改进等多个阶段的设计改进,曲轴连杆式内燃机的技术性能指标基本上已经达到极致,但是受上述曲轴连杆式内燃机的结构性缺点的限制,要想获得更好技术性能指标的内燃机,只有采用新的内燃机设计方案。

早在20世纪初,出现了一种被称为三角转子式发动机的内燃机,并在后来获得了较为广泛的应用。与曲轴连杆式内燃机相比,三角转子式发动机采用了齿轮传动形式的内燃机传动系统设计,齿轮传动机构的轴对称性较好,发动机极限转速高,因此发动机的功重比更为出色,结构也更为紧凑。但三角转子式发动机也存在着一些不足之处。比如气缸内燃烧不充分、油耗过大,输出轴扭矩过小,气缸密封困难等。这是因为三角转子发动机气缸内燃气作用在转子侧面的膨胀压力被分为两个力,一个力推动输出轴旋转,而另一个力指向输出轴中心,从而导致整机的输出扭矩过小;因为其汽缸狭长而使燃烧率过低,油耗过高;因为使用特殊形状的气缸,导致了汽缸加工制造及气缸密封设计制造的难度。上述的三角转子式发动机存在的若干问题,导致其在能源危机及环境污染问题日益严重的今天难以大范围推广使用。

进入21世纪,一方面,从社会需求的角度:

1、能源危机更加显著,环境问题日趋严重,内燃机的排放标准不断提高,从而促使人类寻找更加节能环保的内燃机技术。

2、在车船动力装置领域,尤其是在市场巨大的家用轿车领域,受电池续航能力、电池安全性、充电公用设施建设覆盖度等的限制,在相当长一段时间内纯电动驱动的家用轿车市场占有率依然很低,油电混合形式的内燃机将成为未来城市社会的家用轿车等的绿色动力装置实用选择。

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