[发明专利]一种活塞往复式单缸高速内燃发动机

说明书

所属领域

本发明属内燃发动机领域，具体涉及一种活塞往复式单缸高速内燃发动机。

背景技术

现有曲柄连杆机构活塞往复内燃机，简称之为常规内燃发动机，自发明以来，在长期的实践和本领域科技人员不断地改进和完善中，各方面技术已达到相当成熟的阶段，在当今的进步与发展方向上，似乎除应用电控技术和新科技材料之外，其优点无以复加；其缺陷无须克服而置之不计。为了清楚地表述现有常规内燃机的缺陷和不足之处，下面，将其采用电控技术和新科技材料以外的技术，统称之为发动机的“本体技术”进行表述。

现有常规内燃机的“本体技术”，虽然已经达到了相当成熟的阶段，且在长期与诸多新型设计技术方案的竞争中立于不败之地，然而，面临当今全球燃油价格不断攀升，为争夺石油资源时而引起国际争端和大量不良燃烧污物及二氧化碳向大气中排放严重地威胁着人类身体健康并引起气候恶劣变化日趋严峻的形势，以及相对于涡轮燃气发动机需大幅度地降低发动机比重量、提高发动机的使用价值和降低生产制造成本的迫切要求，却显出诸多严重的缺陷和不足之处，具体如下：

动力系统的曲柄连杆机构，除不平衡的旋转惯性力和曲柄销线速度高的危害影响发动机工作性能和功率的提高外，发动缸内爆发时，发动缸活塞、连杆、以及曲柄销和曲轴，处于接近于直线相位，导致发动缸内瞬时爆发力输出不畅，造成系统机械负瞬时剧增和工作粗暴的危害；为了抑制爆发力危害，采取限制发动缸内最高爆发力，导致了发动缸内组织燃烧工作的困难，同时也影响燃料热效率的发挥和局限了发动缸活塞速度最大许用值，局限了发动机功率的强化工作；上述缺陷连同曲轴转动1周活塞往复1次的运动机制，致使不能从动力输出装置的途径成数倍地提高发动机的功率，是发动机的比重量不能大幅度降低的主要原因之一。

现有废气涡轮增压方式，瞬时反应滞后，涡轮与车用发动机流量特征不合、离心压气机流量范围以及小型涡轮机性能等原因，严重地影响发动机的工作性能和正常地运转，须得添加多项辅助设置，增加了发动机的复杂性和制造成本；其增压发动机，除应用于大型船泊外，不适合在交通工具上应用，此外，实现增压比πk≥5的超高增压困难多、增压度低，且在汽油发动机和中小型发动机上难以普及应用，局限了活塞往复内燃机增压工作全面地展开。

现有发动装置的冷却，不论水冷或风冷，都是以确保发动装置不受到热负荷危害安全可靠地工作为目标，在发动缸外大面积、不间断、无调控或大致地调控进行冷却；对冷却与热效率关系的认知，有关资料(朱仙鼎编著，上海科技出版社出版《特种发动机原理与结构》第125面)指出：“冷却带走发动缸内30％的燃料热量，此热量虽大，但热的品位低，以此品位为依据对燃料“火用”[注：此“火用”二字为一字，因无法打印以“火用”替代]值(作功能力)作出分配，冷却损失的“火用”值(作功能力)只约为3.5％。因此，从热的质量上讲，冷却损失的燃料热率只约3.5％(见资料附图8.08和8.09示出)”。此认知上的误区导致人们认为：冷却带走的大量燃料热量是没有作功能力的废热，对燃料的热效率实质上损失很小，但可保发动装置不受热负荷的危害安全可靠地工作，此热量损失不足为惜，长期以来熟视无睹。，此认知上的误区至今仍误导着对发动装置冷却采用的技术手段。

常识告诉我们，装置在冷却时，温度是从顶端往下降，其高温减去低温存在，绝不会是顶端的温度不变，从下往上地减去底端的温度而高温依然存在，由此证明，冷却带走发动缸内燃料燃烧的热，总是发动缸内位于顶端温度热能密集品位高的热，而且经论证得出：冷却带走发动缸内燃料热量的数值约为30％。，则冷却带走发动缸内燃料“火用”值的数值也同样约为30％，即从热的质量上讲同样损失了约30％燃料热效率。冷却水携带的热品位低，所表现的“火用”值仅约为燃料“火用”值的3.5％，但此“火用”值实质上是发动缸内位于顶端温度热能密集品位高的热经冷却水稀释后所表现出来的“火用”值(作功能力)，而不是冷却造成的发动缸内损失的燃料“火用”值(作功能力)，以此“火用”值当作冷却损失的发动缸内燃料的“火用”值，显然是不正确的。[注：有关详细的论述，请参看发明申请“201410020453.0‘一种活塞往复内燃机的喷水冷却系统’”]。