一种活塞往复式单缸内燃发动机的制作方法_3

文档序号:9928209阅读:来源:国知局
调速器(5.56)连接 的指令伸缩杆(5.50)上装有指令板(5.53 ),系统由指令板(5.53)指令(即由调速器指令), 用电磁铁(5.43)通电磁力和所述系统各自调控轴即滑动轴(5.14、5.11、5.07、5.04)上装配 的弹簧(5.59、5.66、5.51、5.75)的合力(电磁铁通电磁力>弹簧力>系统阻力)双向牵引,使 系统随发动机工况的变化工作。当指令板(5.53)前行与电开关(5.67)接触,电磁铁(5.43) 通电磁力拉动横向联接板(5.65)前行;指令板后退与电开关脱开,电磁铁(5.43)断电磁力 消退,弹簧合力使横向连接板(5.65)后退;当指令板(5.53)随发动机工况稳定在某一位置 时,如果电开关(5.67)与指令板(5.53)接触,则电磁铁(5.43)通电,通电磁力拉动横向连接 板(5.65)前行,电开关(5.67)与指令板(5.65)脱开,电磁铁断电磁力消退,弹簧合力又使电 开关(5.67)与指令板(5.53)接触,与此反复,横向连接板(5.67)动态地随指令板(5.53)稳 定在一定的位置;于是横向连接板(5.65)随指令板(5.53)指令的工况位置运动,那么,横向 连接板(5.65)上所联接的各工作系统起调控作用的滑动轴都随发动机工况的变化工作,则 分别联接各滑动轴(调控轴)的工作系统都随发动机工况的变化工作。图5.05、5.07结合图 5.01示出:调速器工况伸缩杆(5.50)的杆座(5.49)上配有第一、二调节板(5.46、5.72 ),调 速器伸缩杆(5.50)的杆头上装配的第一手柄(5.48)与第一调节板(5.46)配合,操作发动机 的启动、关闭、怠速或无极调速,并可通过第五螺母(5.47)微调;图5.05示出:调速拉杆 (5.69)的尾端连接构件(5.68)(参看图5.06),调速拉杆前端杆头上的第二手柄(5.70)与第 二调节板(5.72)配合,操作调拉杆进退,使构件(5.68)压缩或放松调速器的调速弹簧,由此 调控发动机的速度,第六螺母(5.71)可进行微调。此综合调控的积极效果是,将所述需随发 动机工况变化工作且有内在关联各工作系统的调控综合起来,使之统一地同步地随发动机 工况的变化处在任一工况的任一同一工作循环中,各自在该任一同一工作循环的自己的工 作参数下工作,使各工作系统的工作有机的紧密地形成一个整体的工作;同时充分地利用 了所调控的工作系统的工作部件及其占用的空间,具有结构紧凑、操作方便、便于装配、检 测、更换和维修的优点,与现有电控调控技术相比,可节省大量的制造和维修的费用;此发 明整个详细技术特征,敬请参看其说明书记载。
[0036]发明专利,专利号ZL201310434603.8、公告号CN103498729B、公告日 2016.01.06, 该专利发明了一种发动缸活塞工作环境强化系统,其主要的技术特征如图6.01(参看图 4.04)示出:发明专利"ZL200710193940.7"中发明的组成各工作系统的挺杆(6.07),分别分 布在发动缸的左右和前边;图6.02(参照图4.01)示出:将各挺杆杆身原机械强度增加至可 以承受系统定位所需的机械强度,并在杆身活动口作出耐磨承压块(6.09)减小挺杆与活动 口的磨损(如图6.02示出),使各挺杆具有稳定可靠的精确的定位功能,于是,发动缸活塞 (6.03)各方位得到准确、稳定、可靠地定位;以上的定位措施,结合对置的增压缸活塞与增 压缸严密的定位功能(参看图1.01和图3.01示出),使发动缸活塞(6.03)在发动缸(6.02)内 工作时,实现精准地没有外力干扰的上下滑动,由此,将发动缸活塞设计为位于下止点时, 除顶段活塞环区段留在发动缸尾部供风口区段接受供风冷却外,其余部分伸出发动缸外, 接受从机体横隔板通风口(6.08)进入增压缸的冷空气冷却(图6.02下部分示出),达到消除 活塞热负荷危害的同时,大幅度地省去了传统的活塞在发动缸内与发动缸内壁面的摩擦; 图6.02还示出:将机体横隔板上原设计的垂直通风口(参看图6.02有4个通风口)改为出口 缩小,且面向发动缸活塞伸出发动缸外部分的通风口(6.08),对发动缸活塞进行强化冷却 和润滑工作;发动缸活塞(6.03)内腔,作出连接活塞顶面燃烧室(6.10)的外壁面(位于活塞 内腔的壁面)和活塞内腔壁面的散热片(6.11),接受动力机构(齿轮齿条机构)高速转动所 扰动的空气和机油的冷却,在流经所述通风口(6.08)冷空气强制冷却的共同作用下,将发 动缸活塞顶端部分的热负荷导出,确保发动缸活塞不受热负荷的危害安全可靠地工作;
[0037] 现有常规内燃机活塞往复的速度,由于受着活塞组热负荷高、曲柄连杆机构不平 衡的旋转惯性力、曲柄销线速度高和离心力大、侧倾力、以及侧倾力造成的摩擦等危害的局 限,活塞平均速度增大会使上述不利因素增大,系统工作恶化,磨损加剧,寿命下降,甚至造 成系统的损坏,一般最大许用值的速度不超过15m/s。当采用齿轮齿条机构作动力机构,消 除了曲柄连杆机构不平衡旋转惯性力和离心力大及曲柄销线速度高的危害;加上所述技术 手段消除了活塞组热负荷的危害和侧倾力的冲击及侧倾力造成的摩擦,同时将发动缸活塞 大部分伸出发动缸外大幅度地减小了活塞与发动缸内壁面的接触;全面地消除了现有影响 活塞平均速度最大许用值提高的各不利因素后,对活塞平均速度可提高的最大许用值估算 如下:(1)将所述现有活塞平均速度15m/s时的各不利因素综合在一起,统称为"速度阻率", 设此"速度阻率"为1,若此"速度阻率"减少,则活塞平均速度相应增大;若此"速度阻率"增 大,则活塞平均速度相应地减小,此"速度阻率"与活塞平均速度成反比;再将所述技术方案 和齿轮齿条机构作动力机构两者共同消除的不利因素而所消除的"速度阻率"的数值,保守 地取值为〇. 7-0.75,则所剩的速度阻率的数值为0.3-0.25,活塞往复平均速度最大许用值 可为:50-60m/s; (2)与曲柄销线速度比较进行估算:取与曲柄销线速度的相关数值:缸径Di = 85mm,行程S = 90mm,连杆大头孔内径(以此内径作活塞销直径)D2 = 48mm,活塞平均速度cm < 18m/s( ? 18m/s)(以上数值摘自百度介绍发动机)。由:曲柄销绕曲轴转动,其外圆直径D3 = S+D2,贝丨彳曲柄销转动外圆的周长=(90mm+48mm) X3.14 = 433mm;由活塞上下一循环与曲 柄转动1周同步,又,活塞行程为90mm时活塞速度cm ? 18m/s;设曲柄销的线速度为X,则X = 18m/sX(433 + 2S) ?43m/s。由于优化工作环境后的发动缸活塞的运动,远比在不平衡旋转 惯性力影响下并在发动缸内爆发压力下工作的、曲柄销的运动要轻松得多;如果将所述曲 柄销的线速度定为活塞平均速度的最大许用值,则这个活塞平均速度最大许用值仍有充裕 的提高空间。现结合前述活塞速度c m ? 50-60m/s,取活塞平均速度最大许用值为45m/s。此 值仍可达现有最大许用值15m/s的3倍。则从提高活塞平均速度最大许用值的途径,在其他 条件不变的情况下,将发动机的功率提高为活塞平均速度为15m/s时功率的3倍。
[0038] 实用新型专利,专利号ZL201420022888.4、公告号CN2037301114U、公告日 2014.07.23 (该专利同日就同样的内容提交了发明申请,申请号"201410020453.0、名称'一 种活塞往复内燃机喷水冷却系统'、公布日2014.06.25")。该专利中发明的一种冷却系统, 由发明专利"ZL200710193940.7"中发明的,可以定部位、随发动机工况变化定时、定量、定 速率工作的、二次发动缸内喷水冷却系统(见图7.01、7.02、7.03示出的挺杆头上第一次喷 水的工作形状(7.01)和第二次喷水的工作形状(7.02)并参看前(0027-0028)段记载)及增 压缸内中冷压缩喷水系统(见前(0031)段记载)和发明申请"201310434603.8"中所述发动 缸活塞冷却技术手段(见前(0036)段记载和图6.02示出)构成;其任务是:将上述冷却技术 方案和技术手段统一地归纳为冷却系统,统筹地设计对系统的冷却;以新发明的、喷水工作 参数取值的理念和方法,对二次发动缸内喷水和增压缸内中冷压缩喷水的工作参数如何取 值作出介定;其技术措施是:栗喷水咀安置在发动缸内燃烧室顶面热负荷最严重的部位;用 发明专利"ZL200710193940.7"中发明的随发动机工况变化工作的一次燃油栗喷系统(前 (0025)段记载)或二次燃油栗喷系统(前(0029)段记载)和随发动机工况变化的增压缸内吸 入空气量调控系统(前(0032)段记载)相互配合,确定和保持发动缸内燃料完全燃烧的最佳 热效率空燃比,由此不仅可以提高发动机的热效率,并可得出和保持一定工况下发动缸内 混合气一定的燃烧的热力状况,进而得知发动缸内热负荷严重部位的热负荷情况,为确定 系统喷水的工作参数提供依据;
[0039] 主要技术措施还包括,二次发动缸内第一次喷水工作参数的介定:(1)在发动缸内 不生成高温污染物的时刻(图7.03中& /^(1/(1//(/1//&//& /内区段)和工况时,从栗喷水咀渗 出微量的水液,对燃烧室顶面热负荷危害严重的区位进行冷却,其渗水的工作参数,由燃烧 室顶面热负荷出现的时刻、大小、速率确定;(2)发动缸内生成高温污染N0工况(图7.03中 abcdcT 1/ a' a区段)喷水工作参数的界定:此喷水的定时选择在生成N0临界温度出现的时 亥丨J。一定的生成N0的工况,在生成N0临界温度出现的时刻,缸内有个一定的热值,此时喷入 缸内的水液越多,燃气温度下降越低,喷入缸内水液所形成的水蒸汽团的顶端温度相应地 低,其水蒸汽团爆发力越小;反之,水蒸汽团的爆发冲击力越大;由此,在生成N0临界温度出 现时,向发动缸内喷入能抑制生成N0温度出现且水蒸汽团的爆发冲击力最大的水液量为最 佳喷水量;此喷水量,由喷水时刻(生成N0临界温度出现时刻)发动缸内可生成N0温度的热 值、喷入水液汽化和汽化后升温吸热、吸热后高温高压水蒸汽团的冲击使燃气的温度和成 份重新混合、以及活塞作功快速下降等因素联合确定;缸内先期高温燃气团生成氧化氮N0 的温度受到抑制并与混合气重新混合,混合后的燃气立即迅猛全面地燃烧,顶端温度急剧 上升,如此同时活塞作功迅速下降,当活塞迅速下降仍不能抑制生成N0的温度还会出现时, 则继续向发动缸内喷入可以抑制生成N0的温度出现且生成最大爆发力水蒸汽团的水液量, 抑制N0的生成(图7.03中bcWb区段);在生成N0温度受到抑制,燃烧室顶面热负荷严重 时,仍采用所述渗水手段消除其热负荷危害(图7.03中cddW区段);
[0040] 发动缸内第二次喷水(图7.03中EFGGYWIW区段)工作参数的介定:第二次喷 水的定时,选择在缸内预排气结束至扫气工作即将结束的时刻,喷水量依具体工况下缸内 预排气温度、缸内壁上段、排气口及排气阀、排气管进口及管道、以及废气涡轮内工作部件 等热负荷状况确定;可以消除上述部件和区段热负荷危害且最少的水液量为最佳喷水量;
[0041] 增压缸内中冷压缩喷水工作参数的介定:喷水定时和速率与增压缸内吸气过程同 步;增压机构未满负荷工作区段(图7.07中,扇形凸轮(7.04)上a-b区段),喷水量依增压缸 吸入空气的量、空气温度、以及基本上不影响缸内燃料最佳热效率的界定作出,增压机构满 负荷工作区段(图7.07中扇形凸轮(7.04上b-c区段)每工作循环喷水工作参数,在a-b区段 界定的喷水量的基础上,以满足二次发动缸内喷水抑制N0生成的需求而确定;
[0042] 用所述界定工作参数工作的二次发动缸内喷水系统和增压缸内中冷压缩喷水系 统,连同发明申请"201310434603.8"中发明的发动缸活塞冷却技术(前(0049)段记载)构成 的冷却系统,其主要积极效果是:在可靠地消除系统热负荷危害,确保发动装置安全可靠地 工作的前提下,避免了发动缸内高温污染物N0的生成。由采用了燃料完全燃烧最佳热效率 空燃比、发动缸内底端温度高、高温高压水蒸汽团在缸内产生扰动和对流可使缸内混合气 的温度和成份重新混合并减小缸壁处温度较低未燃混合气的厚度、以及重新混合后缸内全 面快速的燃烧可消除高温缺氧和低温污染物的生成等因素的作用,可达到从冷却技术的途 径在发动缸内全面地避免各不良燃烧污染物生成,基本上消除现有发动机向大气中排放大 量不良燃烧污染的现象。发动缸内第一次喷水中抑制NO生成的喷水,是充分考虑了准确喷 水时缸内可生成NO温度的热值,先期高温燃气与未燃混合气重新混合、以及活塞快速作功 对生成NO高温作出抑制作用后的、仅对可生成NO高温进行抑制的喷水,其喷入水液的量是 很微小的;第二次预排气结束后的喷水,缸内工质对外界作功已完毕且已进入废气涡轮对 外界作功,此次对缸内和排气系统热负荷严重部位进行冷却的喷水,以及所述抑制NO生成 喷水,对发动缸内燃料"火用"值(作功能力)的损失都是很微小的;所述增压缸内中冷压缩 喷水和对发动缸活塞的冷却,均将冷却时携出的热保留在工值中;但上述的冷却,由于水液 的汽化和汽化后升温吸热,不可避免的会对发动缸内燃料的"火用"值(作功能力)造成一定 量的损失,不过,由于水蒸汽吸热升温后仍可作为工质对外界作功,缸内先期高温燃气与未 燃混合气重新混合后快速全面完全地燃烧,增压缸内中冷压缩可节省压缩耗功,以及各工 况各工作循环中都有一个最佳热效率空燃比等方面可增大发动机热效率,以此与所述损失 的热效率相抵消,所述冷却系统基本上不会造成发动缸内燃料"火用"值(作功能力)的损 失;由于从发动装置内消除了热负荷对装置的危害,也就自然地省去了现有冷却方式在发 动缸外冷却造成的约30%的燃料热效率损失和采用的冷却设置,将发动机的热效率在现有 热效率约40%的基础再增加约30% (参看附图8.08和8.09即可得出),则增加后的热效率约 为现有柴油机的1.7倍、现有汽油机的2倍。同时,由于热效率的提高,相应地减少了大量的 C02向大气中排放,并且还可以将柴油发动机的功率相应地增加0.7倍,汽油机的功率增加1 倍。
[0043]发明申请"201410208643.5'一种活塞往复内燃机的发动缸及其排气设置公布 号"CN103993972A",实用新型专利号"ZL201420249261.2"),发明了一种从发动缸体上段侧 设置排气口的发动缸及其排气口与排气阀,其主要特征如图8.01、8.03、8.04联合示出:发 动缸盖板(8.05)与发动缸体(8.03)为整体结构,缸盖板(8.05)上作出的凸台(8.06)与缸盖 板(8.05)也为一整体,排气口(8.04)作在缸盖板内壁下面的侧边,凸台(8.06)的上面从上 往下作出插口(8.07),插口(8.07)的横截面与排气口(8.05)的横截面相同(图8.06、8.07示 出)且相互贯通,使插口(8.07)空间与排气口(8.04)缺口空间形成为一整体空间;图8.05示 出:排气阀由阀柄(8.14)、阀盖板(8.13)、闸板(8.10)三个部分构成,闸板(8.10)作在阀盖 板(8.13)的下面,闸板的形状,以与所述插口空间和排气口缺口空间连成的整体空间形状 相吻合作出;图8.05示出:当排气阀在拉力弹簧(8.12)的拉力下关闭排气口(8.04)时,闸板 (8.10)的左右两边和底边与所述整体空间的左右两边和底边紧密吻合,闸板(8.10)下部分 的内边与发动缸内壁面排气口缺口相吻合,使发动缸内壁面成为一个完整的圆筒壁面(图 8.02示出);阀盖板(8.13)下面除作出闸板(8.10)的部分,其余部分与凸台(8.06)上面除作 出插口外的部分紧密吻合;图8.05示出:阀柄与发明专利"ZL200710193940.7"中发明的顶 置排气系统(8.15)联接,使排气阀在顶置排气系统(8.15)的操作下,随发动机工况变化对 发动缸进行排气工作;图8.01、8.03示出:发动缸尾段作出的进气口(8.02)区段,紧密地插 入发明专利"21^2007101939383"中发明的、增压系统上压缩空气蓄气通道(8.01)形成的发 动缸座内,其进气口(8.02)与所述上压缩蓄气通道(8.01)配合的相位,可使压缩空气以强 劲的涡流供入发动缸内,便于燃料与空气的混合和快速地燃烧。
[0044]所述发动缸的积极效果:改变了现有技术的从发动缸缸盖板上面设置排气口及联 接排气管的方式,可使发明专利"ZL200710193940.7"中发明的、多项工作系统主要的工作 部分和综合调控系统紧凑地布置在发动机的顶盖板上,且不受到发动缸内排气热负荷的危 害;有机地联接了发明专利"ZL200710193940.7"中发明的顶置排气系统和发明专利 "ZL200710193938.X"中发明的增压系统,使此述两项专利中的两发明在发动机的整体结构 中有机地联接成为工质工作过程流动系统,此外,排气阀具有关闭排气口严密、工作可靠、 摩擦力小、磨损少、寿命长、散热好、尤其具有便于装配、检测、更换和维修的优点。
[0045]我国发明专利"ZL200810169739.X ' 一种内燃发动机用纯净水的回收与制取设 置'",(公告号CN101434419B公告日2013年4月24日)中发明的发动机用纯净水的回收与制 取设置,是一种联接在废气涡轮排气管(9.01)后面的设置,其主要技术特征如图9.01示出: 用横隔板(9.05、9.09)将并联散热支管联接起来而构成的散热支管组架(9.03),一端插入 所述设置的壳体(9.02)中,构成与排气管(9.01)联接的排气减速降压室(9.06)和水蒸汽发 生室(9.07),另一端连接分离箱(9.10);图9.02示出:此设置的壳体侧边联接水蒸汽冷凝 箱;携有发动机高温高压时喷入水液所生成的水蒸汽的排气,进入减速降压室(9.06)后,其 流速和压力降低,然后进入并联散热支管(9.03)内(此支管外为水蒸汽发生室(9.07)区 段),至此,喷水咀在蒸汽发生室向散热支管喷水,对支管内的排气进行冷却;图9.02示出: 喷水生成的水蒸汽从其出口(9.16)进入冷凝箱的冷凝支管(9.15)冷却,冷凝的水液成为制 取的纯净水,流入存水箱(9.14),散热支管(9.03)内的排气在流入分离箱(9.10)的沿途冷 却后,所携带的水蒸汽冷凝成水滴淅出,流入分离箱经管道(9.12)与存水箱(9.14)内制取 的纯净水汇合,供发动机工作时使用;淅出水蒸汽后的排气,经分离箱出气口(9.11)排入大 气。
[0046] 所述纯净水回收与制取设置的积极效果:节省了专门制取发动机用纯净水所需的 厂房、设备、能源、水源、运输、储存、以及人力耗用的费用,只需耗用少量的普通清洁水就可 以解决发动机用纯净水的需求,使喷水冷却工艺很方便得到实施。此外,还具有结构简单、 便于拆卸除去水垢和维修,以及可以采取延长(或弯曲)涡轮排气管的方法选择合适的安装 位置,便于安装布置制造成本低等优点。
[0047] 以上所述现有技术中各发明专利和发明申请分别作出的各发明的技术特征,由于 内容较多,在本申请中不便详述,只能择其主要的突出的方面简要地作出介绍,有关全面的 详细的内容、技术特征、工作原理,敬请查看各发明所属发明专利或所属发明申请的记载和 附图的示出。
[0048]以上所述发明专利中作出的发明,可分别克服所述现有常规内燃机的各种缺陷和 不足之处,但难以分别在现有常规内燃机上应用而实现其积极效果,只有将其有机地组合 起来,共同构成一种新型的活塞往复内燃机,所述各发明才能全部地得到应用,那么,该组 成的新型的活塞往复内燃机将全面地克服所述现有常规内燃机的缺陷和不足之处,把所述 各发明的积极效果聚集于一身,成为一种热效率达约70%,相对于现有常规内燃机的单位 功率增加约30倍,在不增设尾气去污装置的条件下,消除各不良燃烧污染物向大气中排放, 并相对于热效率的提高,相应地减少大量二氧化碳向大气中排放的新型活塞往复式内燃发 动机。
[0049]所述现有发明专利中作出
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