专利名称：缸体固定、空间传输机构传动中冷回热内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，特别是一种缸体固体、空间传输机构传动中冷回热内燃机。
背景技术：
在中国发明专利申请公开说明书02125235.1所公开的中冷回热内燃机中，仍采用普通的曲柄连杆机构向外输出功率。以普通曲柄连杆机构和较多数量升降气门所构成的中冷回热内燃机通常在结构、重量和平衡性等方面难以达到要求。而近十几年发展起来的摆盘等空间传输机构虽然结构新频简单，但由于这种空间动力传输机构并不容易与普通四行程内燃机进行很好的组合，使空间传输机构在动力装置中应用范围并不大。
发明内容
本发明的目的是在上述中冷回热内燃机循环过程基础上，提供一种具有较少气门、结构紧凑简单的缸体固定，空间传输机构传动中冷回热内燃机，该中冷回热内燃机不仅具有最高的循环效率，而且还具有各种不同的结构类型。
在本发明的缸体固定、空间传输机构传动中冷回热内燃机基本布置方式中，它具有设在压气缸体和作功缸体上的绕输出轴环形排列的压气汽缸和作功汽缸，压气缸体和作功缸体以对置形式设在带动输出轴的空间传输机构两侧，压气汽缸中的压气活塞和作功汽缸中的动力活塞分别通过各自的连杆与空间传输机构的通过轴承倾斜安装在输出轴上的摆盘相连，或者通过各自的连杆与相应的绕输出轴径向布置的曲轴相连，各曲轴内端所设的锥齿轮分别与输出轴上的中心锥齿轮啮合；输出轴穿过压气缸体向外伸出，另一端伸进作功缸体，在作功汽缸上设有排气门，作功汽缸经排气门与装有回热器的排气管路相连，作功汽缸利用陶瓷隔热层进行隔热、并采用在汽缸内壁上设置密封环的密封方式；所述的中冷回热内燃机还包括副缸和其内的配气活塞，配气活塞把副缸分成大副缸和小副缸(被活塞杆占用部分容积)，副缸设在绕固定内轴转动的副缸体上并呈环形排列，副缸内的配气活塞经穿过缸盖的活塞杆、十字头和连杆与倾斜布置的周转斜盘相连，周转斜盘直接固定在经传动机构被输出轴带动的从动轴的端部；在压气汽缸的缸盖上设有通气口，在靠压气缸体外侧的输出轴上相应位置设有能遮挡住通气口的压气阀盘，在压气汽缸进行进气和压缩排出过程中，压气汽缸的通气口可分别被相对应的压气阀盘上所设的半环进气口和出气口沟通，半环进气口的另一侧与外端盖上相对应的进气环道连通，出气口与设在压气阀盘和输出轴内的出气管路连通，该出气管路从输出轴向外通出，与外围的通气座内壁上所设的通气环槽连通，通气环槽再经中间冷却器与副缸体的固定内轴上所设的充气阀口连通；在作功汽缸的缸盖上设有轴向开口(或向内侧径向开口)的燃气通气口，在输出轴上的与缸盖的相对应位置设有供气阀盘，供气阀盘通过其上相应的侧端面(或外圆面)能遮挡住作功汽缸的燃气通气口，在作功汽缸进行作功过程中，作功汽缸的燃气通气口可被供气阀盘侧端面(或外圆面)上所设的供气阀口沟通，供气阀盘内的主燃气道沿燃气管路通向供气阀口；在副缸体的大副缸和小副缸上分别设有上通气口和下通气口，副缸体被带动运转时，小副缸的下通气口在转到吸气位置后，与固定内轴上的充气阀口沟通，在转到排气位置时，又与设在固定内轴上的换气出口沟通，换气出口经固定内轴内的管路向外通出、与排气管路内的回热器连通，回热器的出气端则与副缸体外壳侧面的阀盘上所设的热气进口连通，在阀盘上还设有相应的热气出口；当大副缸转到吸气位置时，大副缸的上通气口与阀盘上的热气进口沟通，在大副缸完成二次压缩、转到热气排出位置时，大副缸的上通气口又与阀盘上的热气出口沟通；热气出口经供气管路和带燃料喷射器的燃烧室与供气阀盘上的主燃气道连通。
为适应实际中压气汽缸在某些工况下所增加的进气量，在压气汽缸的缸盖上增设有带出气单向阀的提前出气口，该出气口经出气单向阀与通向中间冷却器的管路连通。
压气汽缸进气量的变化也要求在阀盘上的热气出口之前位置增设适当数量的热气提前出口，所增设的热气提前出口分别经出气单向阀与热气出口的供气管路连通。
在本发明的中冷回热内燃机中，除上述最简单的燃烧室布置方式外，还可以通过设置循环泵来让燃烧室能进行连续的燃烧过程，在这种布置方式中，阀盘上的热气出口经供气管路后分成两股，一股经循环泵和通气管与带燃料喷射器的燃烧室相连通，该燃烧室伸进供气阀盘上的主燃气道内，在燃烧室的出口对应位置，主燃气道的部分区段向外扩张形成回流区，另一股经燃烧室与主燃气道之间形成的外围通气道与回流区连通。
在能使用煤炭等固体燃料的燃烧炉布置方式中，阀盘上的热气出口经供气管路后分成两股，一股经循环泵、带固体燃料供给系统的燃烧炉、离心式除尘器和燃气管路与供气阀盘上的主燃气道连通，另一股直接与燃气管路连通。
作功汽缸的排气门这样控制，在采用摆盘传动机构时，输出轴经传动机构带动套装在通气管上的从动轮同向同速转动，在从动轮的内侧设有排气凸轮，该凸轮可分别依次经相应的顶杆和摇臂带动相应的作功汽缸上的排气门。
在上述采用单独摆盘传动机构的中冷回热内燃机中，所设的摆盘会产生不平衡的振动力，为消除摆盘的振动力，压气汽缸内的压气活塞经连杆与另设的通过轴承倾斜安装在输出轴上的压气摆盘相连，压气摆盘与摆盘反向倾斜对置布置，在压气摆盘上设有较大直径的配重环。
除上述采用摆盘传动机构外，在采用曲轴、锥齿轮传动机构的中冷回热内燃机中，在各曲轴的外端分别装有排气凸轮，该凸轮经顶杆和摇臂带动所对应的作功汽缸的排气门。
在采用曲轴、锥齿轮传动机构后，在输出轴上的中心锥齿轮与各曲轴上的锥齿轮齿数相同，同时在作功缸体上均布四个作功汽缸时，相应的四个绕输出轴径向布置的曲轴的外侧向中心锥齿轮方向倾斜适当的角度，让各曲轴上的锥齿轮之间互不接触。而在输出轴上的中心锥齿轮的齿数是各曲轴上的锥齿轮的二倍时，相应的设在压气阀盘上的半环进气口和出气口所占的相位角度按1/2倍缩小，所形成的二套气口各占180°的角度范围；设在供气阀盘上的供气阀口形成两个，并相隔180°角分开布置。
本发明的缸体固体、空间传输机构传动中冷回热内燃机因只把作功汽缸的排气门制成的升降式气门，其它汽缸都采用转阀结构，这使机体的结构相对简单；所采用的空间传输机构不仅包括摆盘传动机构，还包括径向布置的曲轴、锥齿轮传动机构，从而丰富了发动机的结构类型、使不同结构类型的发动机具有不同的使用特点。为适应所使用的不同气体、液体及固体燃料，可相应配置不同结构的燃烧室或燃烧炉，这一特点扩展了发动机的燃料适应范围，实际中，可发展出一种能使用多种固体燃料的应用于农业机械、动力源和船舶等领域的全新动力装置。另外，用一个燃烧室或燃烧炉向全部作功汽缸提供作功燃气，不仅使燃烧过程更容易集中控制，而且通过设置循环泵，所进行的连续燃烧过程也有利于减少排气中污染物的含量。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明图1、是本发明中冷回热内燃机基本实施方式的剖视图。
图2、是在图1中压气汽缸基础上增设由出气单向阀控制的出气口结构剖视图。
图3、是图1中供气阀盘和作功汽缸的局部放大剖视图。
图4、沿图3中C-C线的剖视图。
图5、沿图1中A-A线的剖视图。
图6、沿图1中B-B线的剖视图。
图7和图8是本发明中冷回热内燃机的工作过程原理图。
图7中①进气过程 ②压缩排出过程 ③中间冷却过程图8中④回热过程 ⑤燃烧作功过程 ⑥排气过程图9、是本发明中冷回热内燃机采用双摆盘传动机构的实施方式剖视图。
图10、是本发明中冷回热内燃机采用锥齿轮传动、曲轴径向布置实施方式的剖视图。
图11、是本发明中冷回热内燃机的另一种采用锥齿轮传动、曲轴径向布置实施方式的剖视图。
图12、沿图11中D-D线的剖视图。
发明实施方式 图1所示的是本发明中冷回热内燃机的基本实施方式，图2至图6是图1中各不同结构剖视及示意图。在图1中，压气汽缸16设在左侧的压气缸体15上，作功汽缸64设在右侧的作功缸体62上，所设的压气汽缸和作功汽缸都是绕输出轴84呈环形排列，压气缸体15和作功缸体64以对置的形式设在带动输出轴84的空间传输机构83两侧。在这里，空间传输机构采用的是摆盘传动装置，摆盘94通过轴承97倾斜安装在输出轴84的斜轴颈92上。压气汽缸16中的压气活塞26经连杆27和球头28与摆盘94的左侧相连，作功汽缸64中的动力活塞74通过连杆75和球头76与摆盘94的右侧相连。在摆盘94朝向作功缸体62的一侧设有锥齿轮95，相应的在作功缸体上设有锥齿轮63，两锥齿轮数相同，以构成摆盘94的约束机构。装有摆盘的输出轴84穿过压汽缸体15从左侧向外伸出，另一端伸进右侧的作功缸体62。
在本发明的中冷回热内燃机中，除作功汽缸采用升降式气门进行排气外，其它各汽缸都采用转阀结构。在压气汽缸16中，为形成转阀结构，在缸盖17上设有通气口18，而在靠压气缸体外侧输出轴84上的相应位置设有能遮挡住通气口18的压气阀盘85，在压气阀盘上面设有半环进气口89和出气口90，半环进气口89的另一侧与外端盖30上相对应的进气环道31连通。在压气阀盘85随输出轴84转动时，在压气汽缸16进气过程中，压气汽缸的通气口18与压气阀盘上的半环进气口89沟通，外界的空气可沿外端盖30上的进气环道31经相通的半环进气口89从通气口18进入压气汽缸。在压气汽缸16进行压缩排出过程中，压气汽缸的通气口18与压气阀盘85上的出气口90沟通，压气汽缸内被压缩到一定程度的压缩空气这时可经通气口18进入已沟通的压气阀盘上的出气口90，因出气口90与设在压气阀盘85和输出轴84内的出气管路91连通，该出气管路从输出轴上向外通出后，与外围所设的通气座内壁上的通气环槽22连通，通气环槽再经管路23和中间冷却器24与副缸体44的固定内轴56上的充气阀口58连通，所以进入出气口90的压缩空气在经中间冷却器24变成低温压缩空气后，便会流向副缸体44的充气阀口58。在具体实施中，压气汽缸的通气口18所占开口角度能满足进气时的流通截面即可，相配合的压气阀盘85上的半环进气口89和出气口90各自所处的角度位置和所占的开口角度要满足一般气泵的运行特性。
在压气汽缸的压气阀盘85上所设的出气口90有着固定的开口角度，虽然这一角度被设计成能适应大部分功率及转速状态，但实际中，为增加输出功率或回收刹车能量(车用时)而通过增压等方式额外增加进气量时，固定的出气口开口角便无法适应这种状态。为此，可采用图2中所示的结构，在压气汽缸16的缸盖17上再增设带出气单向阀21的提前出气口20，该出气口经出气单向阀与通向中间冷却器的管路23连通。这样，当压气汽缸16额外增加进气量后，被压气活塞26压缩的压缩空气提前达到出气压力时，多吸进的空气便会冲开出气单向阀21，先从提前出气口20进入通向中间冷却器的管路23，在压气阀盘85上的出气口90转到与压气汽缸的通气口18沟通位置后，汽缸内的大部分压缩空气便会经阻力更小的通气口18和出气口90进入与中间冷却器连通的管路23，这时出气单向阀21在弹簧作用下随后关闭，如图2中下侧压气汽缸16状态所示。
作功汽缸64所进行的排气过程由升降式排气门控制，如图1所示，在作功汽缸64上设有排气门71，作功汽缸经排气门71与装有回热器80的排气管路78相连。为减少作功汽缸64的散热损失，作功汽缸利用陶瓷隔热层72进行隔热，并采用在汽缸内壁上设置密封环70的密封方式。同时，也要让陶瓷隔热层72的下侧边缘与汽缸内壁之间形成充气环槽82，以便在动力活塞74快进行完排气过程、到开始作功过程之间的时间内，由控制阀(图中未画)控制向充气环槽82内充入经冷却的低温压缩空气，使其进入动力活塞74与隔瓷隔热层72之间的缝隙中，对动力活塞进行冷却；在使用固体燃料的中冷回热内燃机中，也可吹走进入缝隙内的少量灰份，同时在作功过程开始后，还可阻止含有灰份的燃气向缝隙内进入。
向作功汽缸64内进入的作功燃气由输出轴84上所设的供气阀盘122控制，供气阀盘122设在输出轴84上的与缸盖65相对应的位置，在作功汽缸的缸盖65上设有面向供气阀盘122而轴向开口的燃气通气口67，供汽阀盘122通过其上相应的侧端面能遮挡住作功汽缸64的燃气通气口67，在作功汽缸进行作功过程时，如图1中下侧作功汽缸内移到上止点的动力活塞74所示状态，作功汽缸的燃气通气口67可被供气阀盘122侧端面上设有的能提供作功燃气的供气阀口125沟通，供气阀盘122内的主燃气道126向内沿燃气管路通向供气阀口125。
由于供气阀盘122的主燃气道126内流通是高温高压作功燃气，为避免高温高压燃气的热量散失，同时也防止供气阀盘受燃气加热而过热，在主燃气道126和通向供气阀口125的燃气管路内壁上都要设有陶瓷隔热层130。对于供气阀盘122与作功汽缸的缸盖65之间的密封，可采用如图3和图4中所示的方案，在缸盖65上的燃气通气口67外围设置二道密封环70即可。另外，为防止作功燃气沿输出轴84向外泄漏，也要在靠供气阀盘侧的输出轴84上设置密封环103。
在配合压气汽缸和作功汽缸所设的副缸45中，其内的配气活塞50把副缸分成大副缸46和小副缸48(被活塞杆51占用部分容积)，副缸45设在绕固定内轴56转动的副缸体44上并呈环形排列，副缸内的配气活塞50经穿过缸盖的活塞杆51、十字头52和连杆53与倾斜布置的周转斜盘54相连。周转斜盘54直接固定在从动轴152的端部，从动轴经其上的从动轮153、传动带154和输出轴84上的主动轮155被带动。因周转斜盘54通过其上的锥齿轮55带动副缸体44上的锥齿轮57，在周转斜盘被带动运转时，相应的副缸体也随之同速旋转。在副缸体44转动过程中，当小副缸48的下通气口49在转到吸气位置后，与固定内轴56上的充气阀口58沟通，在转到排气位置时，又与设在固定内轴上的换气出口59沟通。由图1可见，换气出口59经固定内轴中的管路向外通出、再经管路79与排气管路78内的回热器80连通，回热器的出气端则经管路81与副缸体外壳36侧面的阀盘37上所设的热气进口38连通。在阀盘37上还设有相应的热气出口40。当大副缸46随副缸体转到吸气位置时，大副缸的上通气口47与阀盘37上的热气进口38沟通，在大副缸46内的配气活塞50向上止点移动完成二次压缩、转到热气排出位置时，大副缸46的上通气口47又与阀盘上的热气出口40沟通，以便让配气活塞50把大副缸内的热压缩空气经沟通的上通气口47和热气出口40压出大副缸，经供气管路61流向所设的燃烧室132进行燃烧。
侧阀盘37上的热气进口38和热气出口40所占的角度如图5所示，在大副缸内的配气活塞从上止点向下止点运行时，从a角度处开始到b处为止，大副缸46(虚线所示)的上通气口47与热气进口38处于沟通状态，让被回热器加热了的热压缩空气能进入大副缸。在b-c角度范围内，是大副缸内的配气活塞从下止点向上止点方向运行，对已吸入的热压缩空气进行二次压缩。当被压缩的热压缩空气达到与燃烧室及相连通的高压管路内的压力相同时，所设的热气出口40也从C角度处开启，以便让大副缸46(虚线所示)中的配气活塞在c-d角度范围内把热压缩空气压出大副缸。d-a间的距离范围是间隔角m，大副缸的上通气口47所占角度小于间隔角m，以防止热气出口40中的作功燃气经上通气口47向热气进口38泄漏。另外，因功率变化和进气量增加而使大副缸内的热压缩空气提前达到规定压力时，为避免配气活塞对热压缩空气进行不必要的压缩，在阀盘37上的热气出口40之前位置增设有适当数量的热气提前出口41，所增设的热气提前出口分别经出气单向阀42与热气出口的供气管路61连通，以便让超过压力的热压缩空气能从所增设的热气提前出口41经出气单向阀42进入供气管路61。图中依次增设了两个热气提前出口41，以适应较大的压力变化范围。
设在副缸体固定内轴56上的充气阀口58和换气出口59所占角度如图6所示，由于小副缸48在吸气、排气过程中不对压缩空气进行压缩，充气阀口58和换气出口59所占的开口角度较大，可使换气过程更流畅的进行。但小副缸48的下通气口49所占角度要略小于固定内轴56上充气阀口58和换气出口59之间的间隔距离，以防止两气口之间相互窜气。
对于热气出口40之外所设的燃烧室或燃烧炉等燃烧装置，因使用的气体、液体或固体燃料不同，其燃烧装置的差别也很大。最简单的方式是让热气出口40经供气管路61和带燃料喷射器134的燃烧室132直接与供气阀盘122上的主燃气道126连通，但在这种布置中，如供气阀盘122上的供气阀口125不能同时沟通两个作功汽缸64的燃气通气口67时，会使进入燃烧室的压缩空气只能以流动、停顿、流动的间断流动方式通过燃烧室，这就要求燃料喷射器134也能配合气体的间断流动方式喷射燃料，并在燃烧室内进行间断式燃烧。为减少燃烧过程中污染物的产生，让燃烧室内的燃烧过程能连续进行，在图1的实施方式中增设了循环泵136，其结构布置由图可见，阀盘37上的热气出口40经供气管路61后分成两股，一股经循环泵136和通气管138与带燃料喷射器134的燃烧室132相连通，燃烧室132伸进供气阀盘122上的主燃气道126内。另外，在燃烧室132的出口处对应位置，主燃气道126的部分区段向外扩张形成回流区128，出供气管路61的另一股管路145经燃烧室132与主燃气道126之间形成的外围通气道129与回流区128连通。这样，在燃烧室132连续燃烧而产生作功燃气时，当供气阀盘122上的供气阀口125与作功汽缸64的燃气通气口67沟通时，如图1中下侧作功汽缸所示状态，燃烧室132产生的作功燃气便会进入作功汽缸推动其内的动力活塞74下行作功。当供气阀盘的供气阀口125转过作功汽缸的燃气通气口67时，燃室产生的作功燃气暂时流向回流区128，而在供气阀口125又与燃气通气口67沟通时，从燃烧室132流出的和储存在回流区128的作功燃气共同进入作功汽缸64。循环泵136的输气量与输出轴84的转速相对应，未被循环泵吸入的气体作为二次空气经另一股管路流向燃烧室出口处的回流区128。
在图1所示的采用摆盘94传动机构的中冷回热内燃机中，各作功汽缸64的排气门71是由装在通气管138上的排气凸轮140进行控制的，由图可见，输出轴84经传动机构带动套装在通气管138上的从动轮139与输出轴保持同速同向转动，在从动轮的内侧设有控制排气门的排气凸轮140，该凸轮分别依次经相应的顶杆142和摇臂143带动相应的作功汽缸64上的排气门71。因全部作功汽缸的排气门只用一个排气凸轮140循环控制，相应简化了排气门的控制机构。
以上对图1中本发明中冷回热内燃机的基本实施方式进行了详细的说明，图7和图8是根据图1中基本实施方式所描绘的中冷回热内燃机的工作过程原理图。图7和图8所示的中冷回热内燃机的工作过程包括进气、压缩排出、中间冷却、回热、燃烧作功和排气六个热力循环过程。
一、进气过程，如图7①所示，当输出轴上的摆盘94使压气汽缸16内的压气活塞26从上止点向下止点移动，同时也让旋转的压气阀盘85上的半环进气口89把压气汽缸16与外端盖上的环形气道31沟通时，即图7①中下侧压气汽缸16所示状态，外界的空气沿箭头1所示方向经半环进气口89进入压气汽缸16，让压气汽缸进行进气过程。压气活塞26移到下止点后，半环进气口89也转过所对应的压气汽缸16，进气过程结束。
二、压缩排出过程，如图7②所示，进气过程结束后，压气阀盘85上的半环进气口也转过所对应的压气汽缸，而其中的压气活塞被摆盘94带动离开下止点向上止点运行，压缩吸进压气汽缸16中的压缩空气。当空气被压缩到与中间冷却器24内的压缩空气压力相同时，压气阀盘85上的出气口90也转到与该压气汽缸相对应的沟通位置(图7②中上侧压气汽缸所示状态)，向上止点运行的压气活塞26便把压气汽缸内的压缩空气沿箭头2所示方向经压气阀盘上的出气口90向外排出，再沿箭头3方向流向中间冷却器24。压气阀盘上的出气口90转过压气汽缸16后，压缩排出过程结束。
三、中间冷却过程，如图7③所示，被排出压气汽缸的压缩空气沿箭头3方向流过中间冷却器24后，压缩空气的压缩热被中间冷却器导致外界，使压缩后的压缩空气温度和压气相应降低，让压气活塞所消耗的压缩功也相应减少。在副缸体44的小副缸48转到与固定内轴56上的充气阀口58沟通位置而进行吸气时，流过中间冷却器24的低温压缩空气便沿箭头4方向经开通的充气阀口58随配气活塞50进入小副48，然后中间冷却过程结束。
四、回热过程，如图8④所示，当副缸体44的小副缸48转到与固定内轴56上的热气出口59沟通位置而进行排气，同时大副缸46也转到与侧阀盘37上的热气进口38沟通位置而进行吸气后，随着配气活塞50向小副缸方向的运行，从小副缸48排出的低温压缩空气沿箭头5方向流向回热器80，而被回热器外面高温排气加热了的热压缩空气沿箭头6方向进入大副缸46。在大副缸46和小副缸48转过相应的热气进口38和换气出口59后，回热过程结束。
回热过程中，因小副缸48的部分容积被活塞杆51占用，小副缸的容积相应小于大副缸46，让回热器80内被加热了的热压缩空气能在大副缸46中相应膨胀，其压力并不上升，使回热能在等压状态中进行，因等压状态使进入回热器的低温压缩空气不会发生压力变化而升温，仍能被快流出回热器的温度已降低的排气加热，让排气热量能被回热器基本吸尽。由于排气温度通常可达到500℃-600℃，从中间冷却器来的低温压缩空气被回热器加热后，其温度升幅可达到300℃-400℃，所吸收的排气热量将在作功过程中转变为动力向外输出，直接提高了发动机的循环热效率。因中间冷却可减少压气活塞压缩功的消耗，而回热又让循环的热效率直接提高，因此，本发明的中冷回热内燃机在进行完中间冷却和回热过程后，将使发动机的热效率大幅度提高。
五、燃烧作功过程，如图8⑤所示，上述回热过程结束后，配气活塞50开始对进入大副缸46内的热压缩空气进行二次压缩，当热压缩空气被压缩到其力与燃烧室132内的压力相等时，大副缸46也转到图8⑤所示的与侧阀盘37上的热气出口40相沟通位置，让配气活塞50把大副缸内的热压缩空气排出大副缸，沿箭头7所示方向流向燃烧室132，与燃料喷射器134喷出的燃料混合燃烧，所形成的高温高压作功燃气在供气阀盘122上的供气阀口125转到应进行作功的作功汽缸64位置后，沿箭头12方向经供气阀口进入作功汽缸64，推动其内的动力活塞74下行作功，动力活塞所受到的作用力经连杆75传给摆盘94，再通过输出轴84向外输出。
动力活塞74行到下止点后，燃烧作功过程结束。
六、排气过程，如图8⑥所示，在作功汽缸64内的动力活塞移到下止点完成燃烧作功过程后，又将向上止点移动开始进行排气过程，这时相应的排气门71也被凸轮控制开启，让动力活塞74把作功汽缸内作功后的高温废气经排气门向外排出，沿箭头13方向流向回热器80，加热回热器内的低温压缩空气，让排气中的热量被充分回收。动力活塞74移到上止点后，排气门71关闭，排气过程结束。
由于压气汽缸和作功汽缸是绕输出轴84呈形排列的，压气汽缸16所进行的进气和压缩排出过程、作功汽缸64所进行的作功和排气过程都是随输出轴的转动方向依次循环进行的，而对各汽缸中所进行的工作过程描述也仅以处在上侧或下侧位置的汽缸工作状态为参照。由于作功汽缸64内的动力活塞74每进行一次上下往复移动都有一次作功过程，动力活塞是以二冲程方式工作的。另外，环形布置的作功汽缸64也使输出轴84在180°范围内被作功驱动力作用，并且这部分作功驱动力还带动着输出轴84同向同速旋转。
图9示出的是本发明中冷回热内燃机采用双摆盘对置传动机构的结构方式，由于图1实施方式中的摆盘在摆动时会产生很大的不平衡力，为使摆盘的不平衡力能被平衡，在图9的布置方式中，压气汽缸16内的压气活塞26经连杆27与另设的通过轴承倾斜安装在输出轴84上的压气摆盘98相连，所设的压气摆盘98与被作功汽缸64作用的摆盘94反向倾斜对置布置，使摆盘94的不平衡力能被所设的压气摆盘98抵消。由于压气汽缸的最大工作压力相对较低，所设的压气活塞26、连杆27和压气摆盘98通常也被制作得相对轻便，使摆盘98所产生的总的不平衡力不足以平衡右侧摆盘94的不平衡力，为此，在压气摆盘98上还设有较大直径的配重环102。图9中压气摆盘98和摆盘94分别通过各自的拉杆104和拉杆105与外壳14内的销座106相连，以构成摆盘的约束机构。在压气摆盘98与摆盘94之间还设有通过轴承支撑着输出轴84的伞形支撑内板35，从而使机体的结构得到加强。
图10是本发明中冷回热内燃机采用锥齿轮传动、曲轴径向布置的结构方式，与上述实施方式中的摆盘传动机构不同，在这种结构布置中，压气汽缸16和作功汽缸64以对置方式分别设在绕输出轴84径向布置的曲轴112两侧，压气汽缸的压气活塞26和作功汽缸中的动力活塞74分别通过各自的连杆27和75与相应的曲轴112相连。在所设的各曲轴112内端设有锥齿轮110，锥齿轮110又分别与输出轴84上的中心锥齿轮109相啮合，以使环形布置的各作功汽缸所产生的动力能被输出轴向外输出。在图10中的实施方式中，输出轴84上的中心锥齿轮109与各曲轴112上的锥齿轮110具有相同的齿数，在这种传动布置方式中，最多只能设四个作功汽缸和四个压气汽缸，并且在作功缸体62上均布四个作功汽缸64时，相应的四个绕输出轴径向布置的曲轴112的外侧还要向中心锥止轮109方向倾斜适当的角度，以便让各曲轴上的锥齿轮110之间互不接触，防止各齿轮间产生自锁不能转动。由于各曲轴112的倾斜布置，也相应的使压气汽缸和作功汽缸随之倾斜设置。在只设三个径向布置的曲轴112时，因各曲轴上的锥齿轮110具有了足够的安装空间，所设的曲轴112便可与输出轴84保持垂直，相应的压气汽缸16和作功汽缸64也与输出轴84平行布置。采用三或四个作功汽缸，只相当于六或八缸普通四行程内燃机，因此图10中的结构类型适合制成中小功率的动力装置。
采用曲轴、锥齿轮传动机构后，为能控制作功汽缸的排气门，如图10中所示，在各曲轴112的外端分别装有排气凸轮118，该凸轮经顶杆119和摇臂120带动所对应的作功汽缸64的排气门71。图10中的实施方式采用了不设循环泵的简单管路系统，燃烧室132的出气端直接伸在供气阀盘122上的主燃气通道126中，这就要求燃料喷射器134能适应燃烧室132内间断流动的气流状态，以有效控制燃烧过程中污染物的产生。另外，供气阀盘122上的供气阀口125设在了供气阀盘的外圆面124上，而作功汽缸缸盖65上的燃气通气口67则向内侧径向开口。当供气阀口125转过作功汽缸64的燃气通气口67后，供气阀盘122的外圆面124便会封堵住燃气通气口67，以防止进入作功汽缸中的作功燃气泄漏。
在图11本发明的中冷回热内燃机中，采用的也是锥齿轮传动、曲轴绕输出轴径向布置的结构方式，但与图10中实施方式不同，输出轴84上的中心锥齿轮109的齿数是各曲轴112上锥齿轮110的二倍，在这种锥齿轮传动方案中，径向布置的曲轴112通过其内端的锥齿轮110减速带动输出轴84的中心锥齿轮109。由于所设的锥齿轮之间的传动比发生了改变，相应的设在压气阀盘85上的半环进气口和出气口90所占的相位角度也按1/2倍缩小，所形成的两套气口如图12所示，各占180°的角度范围。同样，设在供气阀盘122上的供气阀口125相应的形成两个，所占的相位角度也同时缩小，并相隔180°角分开布置。由于设置了两个供气阀口，作功时便会有两个作功汽缸同时作功，为使动力输出扭矩波动变化较小，应采用较多数量的作功汽缸，但因受锥齿轮布置空间的限制，图11中的结构方案最多可设置六个作功汽缸(参看图12中虚线位置布局所示)，相当于十二缸普通四行程内燃机。
图11中的中冷回热内燃机为使用固体燃料设置了相应的燃烧炉148，采用燃烧炉后，阀盘37上的热气出口40经供气管路61后分成二股，一股经循环泵136、带固体燃料供给系统147的燃烧炉148、离心式除尘器149和燃气管路150与供气阀盘122上的主燃气道126连通，另一股管路145直接与燃气管路150连通。被大副缸排出的热压缩空气也沿管路流向两个方向，一股进入循环泵136，另一股流向管路145，循环泵136把吸入的热压缩空气沿箭头9方向送入燃烧炉148与固体燃料146燃烧，所形成的能连续流动的作功燃气在沿箭头10方向通过离心式除尘器149时，有助于分离出作功燃气中所含的灰份。当进入燃气管路150内的作功燃气因供气阀盘122上的供气阀口125未开启而停顿下来时，从离心式除尘器流出的作功燃气便暂时进入管路145，在供气阀口125开通后，进入管路145内的作功燃气再同从离心式除尘器149流出的作功燃气沿箭头12共同流向供气阀口125，进入作功汽缸推动动力活塞74下行作功。
以上对本发明的中冷回热内燃机不同结构类型和工作原理进行了详细的说明，在和利用燃烧室或燃烧炉向作功汽缸提供作功燃气时，由于没有普通内燃机那种在上止点进行的快速燃烧过程，通常燃气的最高压力不是很高，在把供气阀盘122上的供气阀口125制成较大的开口角后，也会让作功燃气的最高燃烧压力大大低于普通汽油机的最高燃烧压力，因此，可把这种结构的中冷回热内燃机制作得相对轻便一些，使摆盘或曲轴所受的压力相应减少，也有利于延发动机的使用寿命。由于燃烧室及相应的连通管路具有较大的内部容积，在实际使用时会让加速的响应性相应降低，所以本发明的中冷回热内燃机适合用于加速性要求不要的车辆和动力源等，更适合作为船舶的动力装置长时间运转。
权利要求
1.一种缸体固定、空间传输机构传动中冷回热内燃机，它具有设在压气缸体(15)和作功缸体(62)上的绕输出轴(84)环形排列的压气汽缸(16)和作功汽缸(64)，压气缸体(15)和作功缸体(62)以对置形式设在带动输出轴(84)的空间传输机构(83)两侧，压气汽缸(16)中的压气活塞(26)和作功汽缸(64)中的动力活塞(74)分别通过各自的连杆与空间传输机构的通过轴承倾斜安装在输出轴(84)上的摆盘(94)相连，或者通过各自的连杆与相应的绕输出轴(84)径向布置的曲轴(112)相连，各曲轴内端所设的锥齿轮(110)分别与输出轴(84)上的中心锥齿轮(109)啮合；输出轴(84)穿过压气缸体(15)向外伸出，另一端伸进作功缸体(62)，在作功汽缸(64)上设有排气门(71)，作功汽缸经排气门(71)与装有回热器(80)的排气管路(78)相连，作功汽缸(64)利用陶瓷隔热层进行隔热、并采用在汽缸内壁上设置密封环的密封方式；所述的中冷回热内燃机还包括副缸(45)和其内的配气活塞(50)，配气活塞把副缸(45)分成大副缸(46)和小副缸(48)(被活塞杆占用部分容积)，副缸(45)设在绕固定内轴(56)转动的副缸体(44)上并呈环形排列，副缸内的配气活塞(50)经穿过缸盖的活塞杆(51)、十字头(52)和连杆(53)与倾斜布置的周转斜盘(54)相连，周转斜盘直接固定在经传动机构被输出轴(84)带动的从动轴(152)的端部，本发明的特征是在压气汽缸(16)的缸盖(17)上设有通气口(18)，在靠压气缸体(15)外侧的输出轴(84)上相应位置设有能遮挡住通气口(18)的压气阀盘(85)，在压气汽缸(16)进行进气和压缩排出过程中，压气汽缸的通气口(18)可分别被相对应的压气阀盘(85)上所设的半环进气口(89)和出气口(90)沟通，半环进气口(89)的另一侧与外端盖(30)上相对应的进气环道(31)连通，出气口(90)与设在压气阀盘(85)和输出轴(84)内的出气管路(91)连通，该出气管路从输出轴向外通出，与外围的通气座内壁上所设的通气环槽(22)连通，通气环槽再经中间冷却器(24)与副缸体(44)的固定内轴(56)上所设的充气阀口(58)连通；在作功汽缸(64)的缸盖(65)上设有轴向开口(或向内侧径向开口)的燃气通气口(67)，在输出轴(84)上的与缸盖(65)相对应位置设有供气阀盘(122)，供气阀盘通过其上相应的侧端面(或外圆面)能遮挡住作功汽缸(64)的燃气通气口(67)，在作功汽缸进行作功过程中，作功汽缸的燃气通气口(67)可被供气阀盘(122)侧端面(或外圆面)上所设的供气阀口(125)沟通，供气阀盘(122)内的主燃气道(126)沿燃气管路通向供气阀口(125)；在副缸体(44)的大副缸(46)和小副缸(48)上分别设有上通气口(47)和下通气口(49)，副缸体被带动运转时，小副缸(48)的下通气口(49)在转到吸气位置后，与固定内轴(56)上的充气阀口(58)沟通，在转到排气位置时，又与设在固定内轴(56)上的换气出口(59)沟通，换气出口经固定内轴内的管路向外通出、与排气管路(78)内的回热器(80)连通，回热器的出气端则与副缸体外壳(36)侧面的阀盘(37)上所设的热气进口(38)连通，在阀盘(37)上还设有相应的热气出口(40)；当大副缸(46)转到吸气位置时，大副缸的上通气口(47)与阀盘(37)上的热气进口(38)沟通，在大副缸(46)完成二次压缩、转到热气排出位置时，大副缸的上通气口(47)又与阀盘(37)上的热气出口(40)沟通；热气出口(40)经供气管路(61)和带燃料喷射器(134)的燃烧室(132)与供气阀盘(122)上的主燃气道(126)连通。
2.根据权利要求1所述的中冷回热内燃机，其特征是在压气汽缸(16)的缸盖(17)上增设带出气单向阀(21)的提前出气口(20)，该出气口经出气单向阀与通向中间冷却器(14)的管路(23)连通。
3.根据权利要求2所述的中冷回热内燃机，其特征是在阀盘(37)上的热气出口(40)之前位置增设适当数量的热气提前出口(41)，所增设的热气提前出口分别经出气单向阀(42)与热气出口的供气管路(61)连通。
4.根据权利要求3所述的中冷回热内燃机，其特征是阀盘(37)上的热气出口(40)经供气管路(61)后分成两股，一股经循环泵(136)和通气管(138)与带燃料喷射器(134)的燃烧室(132)相连通，该燃烧室伸进供气阀盘(122)上的主燃气道(126)内，在燃烧室(132)的出口对应位置，主燃气道(126)的部分区段向外扩张形成回流区(128)，另一股经燃烧室(132)与主燃气道(126)之间形成的外围通气道(129)与回流区(128)连通。
5.根据权利要求3所述的中冷回热内燃机，其特征是阀盘(37)上的热气出口(40)经供气管路(61)后分成两股，一股经循环泵(136)、带固体燃料供给系统的燃烧炉(148)、离心式除尘器(140)和燃气管路(150)与供气阀盘(122)上的主燃气道(126)连通，另一股直接与燃气管路(150)连通。
6.根据权利要求3、4或5所述的中冷回热内燃机，其特征是在采用摆盘传动机构时，输出轴(84)经传动机构带动套装在通气管(138)上的从动轮(139)同向同速转动，在从动轮(139)的内侧设有排气凸轮(140)，该凸轮可分别依次经相应的顶杆(142)和摇臂(143)带动相应的作功汽缸(64)上的排气门(71)。
7.根据权利要求6所述的中冷回热内燃机，其特征是压气汽缸(16)内的压气活塞(26)经连杆(27)与另设的通过轴承倾斜安装在输出轴(84)上的压气摆盘(98)相连，压气摆盘(98)与摆盘(94)反向倾斜对置布置，在压气摆盘(98)上设有较大直径的配重环(102)。
8.根据权利要求3、4或5所述的中冷回热内燃机，其特征是在采用曲轴、锥齿轮传动机构时，在各曲轴(112)的外端分别装有排气凸轮(18)，该凸轮经顶杆(119)和摇臂(120)带动所对应的作功汽缸的排气门(71)。
9.根据权利要求8所述的中冷回热内燃机，其特征是输出轴(84)上的中心锥齿轮(109)与各曲轴(112)上的锥齿轮(110)齿数相同，在作功缸体(62)上均布四个作功汽缸(64)时，相应的四个绕输出轴径向布置的曲轴(112)的外侧向中心锥齿轮(109)方向倾斜适当的角度，让各曲轴上的锥齿轮(110)之间互不接触。
10.根据权利要求8所述的中冷回热内燃机，其特征是输出轴(84)上的中心锥齿轮(109)的齿数是各曲轴(112)上的锥齿轮(110)的二倍，相应的设在压气阀盘(85)上的半环进气口(89)和出气口(90)所占的相位角度按1/2倍缩小，所形成的二套气口各占180°的角度范围；设在供气阀盘(122)上的供气阀口(125)形成两个，并相隔180°角分开布置。
全文摘要
本发明提供了一种缸体固定、空间传输机构传动中冷回热内燃机，包括绕输出轴84环形排列的压气汽缸16和作功汽缸64，所设的副缸45设在绕固定内轴56转动的副缸体44上并呈环形排列，副缸45通过连接管路与压气汽缸16、中间冷却器24、回热器80和作功汽缸64的相互连接，构成了高效的中冷回热动力装置。因只有作功汽缸采用了升降式排气门，其它汽缸都采用的是转阀结构，这使发动机的结构相应简化。在本发明中，通过设置不同的燃烧室或燃烧炉，便可使用不同的气体、液体或固体燃料，从而扩大了发动机的燃料使用范围，本发明的中冷回热内燃机可制成不同功率的动力装置，适用于车辆、农业机械和船舶等领域。
文档编号F02B29/04GK101089377SQ20061008692
公开日2007年12月19日 申请日期2006年6月16日 优先权日2006年6月16日
发明者韩培洲 申请人:韩培洲