[其他]一冲程发动机

说明书

本发明系机械工程中原动机、特别是一冲程内燃机的发明。

随着世界各国内燃机产量的逐步增多，汽油，柴油的消耗量越来越大。地球上有限的石油资源越来越成为人们担忧的问题，面临燃油的日趋紧张，因而各国对内燃机性能指标提出了更高的要求，不仅要求高的升功率，低燃油消耗率，而且要求低污染，低噪音。内燃机正在向增压技术，电脑辅助设计，控制废气污染物和噪音方面发展。

内燃机从诞生到现在经历了一百二十多年历史，其中，汽油发动机的有效热效率达到了28%，压燃式笛塞尔柴油机的有效热效率达到了45%。

近年来，内燃机又出现了几种新的机型：

1.绝热发动机：国外开始研制和发展绝热柴油机。这种发动机是将活塞、气缸盖、气阀、气缸套和排气道等零件用耐高温的陶瓷材料制成，以控制发动机燃烧室内的热交换。这样，发动机在接近绝热状态下工作。减少热量损失，从而达到提高发动机功率和经济性的目的。这种发动机的热能转换成机械能用的仍然是曲轴连杆机构。

2.斯特林发动机：斯特林发动机（或称热气发动机是一种带回热器的外燃机，采用闭式循环，工质不更换，只要随着加热与放热而改变气缸容积，从而驱动双层活塞相对往复运动。它的旋转输出仍然是靠两个曲柄、连杆机构。且结构复杂，造价较高，重量和尺寸不如内燃机。

3.燃气轮机：燃气轮机也属于内燃机一类的动力，是一种旋转叶片式发动机，热效率可达60%，它没有曲轴连杆机构。燃气轮机的燃油消耗率高，制动困难。

4.旋转活塞发动机：旋转活塞发动机也称转子式发动机，发动机的活塞是三角形的，是一个作旋转运动的转子，它没有曲轴连杆机构。旋转活塞发动机的转子的园周速度不能太高;燃烧室形状很难理想，低速时，扭矩低，燃油消耗率较高。

到了廿世纪，内燃机的热效率提高很慢。传统的曲轴连杆内燃机热能转换成机械能是通过活塞，曲轴连杆机构来实现的，曲轴连杆机构成了这种发动机中的关键部件。1780年，曲轴装置由詹姆士、比吉特取得专利权到今天，已经有200多年历史，曲轴装置始终在内燃机中占据着重要位置，它从下述几方面限制了发动机的主要性能：

1）限制了发动机热效率的提高。气缸产生最大爆发压力时，曲轴连杆机构正处在上死点附近，而输出的力矩最小，压力通过活塞作用在连杆曲轴机构上。对机构起破坏作用，为了存受冲击力，所以不得不加大机件尺寸。处于下死点附近时，压力不但直接传给机构本身而且起止转作用。

2）排气阀早开40°曲轴转角。使热量在作功冲程180°曲轴转角内损失22%，为了减轻活塞曲轴连杆机构处于死点附近的不利影响所以不得不提早40°曲轴转角将高压气体排放掉，缩短了高压气体的作用时间。

3）作用在曲轴上力的矩是变化的。曲轴连杆机构将活塞的往复直线运动转变为旋转运动的过程中，作用在曲轴上力的矩由上死点的零增大到曲轴偏心距又减小到下死点的零。在180°曲轴转角内，力矩又损失41%。

4）曲轴结构复杂，体积大，特别是多缸发动机用曲轴。机械强度和精度要求又高，加工困难，制造成本高。

5）活塞受旋转力矩的交变作用，使气缸壁在一个固定的对径方向上磨损加剧，气缸密封变坏，加大漏气，使功率下降;燃气废气漏入齿轮箱，增加大气污染。

6）气缸只能单端利用。由于连杆作周期摆动，下部气缸不能形成工作缸，工质只能在活塞顶端气缸内燃烧膨胀。

7）曲轴行程受到严格限制。它受缸径，机械强度，整机尺寸的约束。

8）发动机的高度很高，由于气缸轴线垂直于曲轴轴线，发动机气缸的排列不管是气缸轴线垂直于水平面，或者是“V”型放置。发动机的高度都高。如果气缸平行于水平面放置，发动机又显得太宽。

9）往复活塞式内燃机、将活塞的往复运动转变为旋转运动，采用曲轴连杆机构时，气缸内爆发压力高，运转时产生不平衡的力和力矩，振动大，噪音高。

10）发动机的单位马力的重量大，体积大。

本发明的一个目的是为了提高内燃机的有效热效率，降低单位马力重量

缩小外型尺寸。通过这种新型发动机，消耗较少的燃料为人类提供更大的动力。

本发明的第二个目的，在气缸内实现（CO，HC等）废气的燃烧处理，减少大气污染。

本发明第三个目的，除了用石油产品作燃料外，将甲醇、乙醇、氢、煤气、液态甲烷作为这种起动轻便的发动机的燃料。

本发明的第四个目的，将一冲程发动机内的园柱曲面导槽连杆机构应用于蒸气机，以提高蒸气机的热效率，使热能转换成机械能的机器性能更加完善。