专利名称：高功率密度内燃机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种内燃机，特别涉及一种高功率密度内燃机。
背景技术：
内燃机是各种车辆、船舶及工程机械的核心部件，内燃机的 好坏直接关系到车辆、船舶及工程机械的技术性能，因此，不断 改进内燃机的技术性能、提高内燃机的功率密度是摆在人们面前 的一个重要课题。目前，提高内燃机功率密度的途径有二个，一个是提高活塞的运动速度，另一个是通过提高进气压力来提高平均有效压力。现在，活塞的运动速度一般都已经达到了 10 12m /s ，最高的甚至达到15m/s，在这个基础上如果还想提高，就会 受到充量系数下降，配气机构的惯性力增大，以及曲柄连杆机构 的惯性负荷增加的影响，导致机械效率损失过大、磨损加剧、寿 命降低、燃料经济性下降、噪音和排污增大的后果，因此，通过 提高活塞的运动速度来提高功率的途径已经行不通了。而对于后 者，通过提高进气压力来进一步提高平均有效压力主要受到过高 的热负荷和机械负荷的限制，热负荷通过加强冷却比较容易解 决，但机械负荷太高是很难解决的。目前，内燃机的进气压力一 般都已经达到2 2.5巴，当进气压力达到4巴时，其平均有效压
力将达到25巴，最高爆发压力超过160巴以上。这对内燃机的 零部件是非常严重的威胁，因为内燃机的曲轴形状复杂，应力集 中现象特别严重，特别是曲柄至轴颈的圆角过渡区及润滑油孔附 近和加工粗糙的部位，应力集中现象尤为突出。当机械负荷随着 进气压力的增加而增加时，最大爆发压力也会过度增加，巨大的 作用力使曲轴难以承受而断裂。目前，在大中型内燃机中，曲轴 的轴径已经与缸径一样粗了，继续增大曲轴的体积来提高抵抗机 械负荷的能力已经是不可能的了。另外，机械负荷太高还会引起 缸盖的密封问题，以及缸盖在最大爆发压力下变形的问题，这些 都会随着进气压力的增加而无法解决。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是，克服现有内燃机功率密度 低的问题，对现有的内燃机结构加以改进，提供一种高功率密度 内燃机。本实用新型有一个机座，机座上装有两个对置扫气的气缸， 每个气缸里有两个对置活塞，其特殊之处是，活塞的活塞杆通过 十字头与柱塞相连接，柱塞放置在油缸里，油缸通过进油管与液 压马达相连接，通过液压马达输出动力。在十字头中有一个带滑块的短轴，短轴与大摇臂相连接，大 摇臂的中间安装在偏心轴上，偏心轴安装在大摇臂连接体上，大 摇臂连接体固定在机座上，通过大摇臂使两个气缸实现工作与压縮状态的转换。所述的偏心轴与压縮比调整装置相连接，压縮比调整装置由
齿轮、齿条、压力感应缸、油液分配缸和动作执行缸构成，压力 感应缸与气缸的进气管相连接，油液分配缸通过软管与机油泵相 连接，压力感应缸中的活塞与油液分配缸中的阀杆相连接，油液 分配缸与动作执行缸通过油管相连接，动作执行缸的活塞固定不 动，所述的齿轮共有三个，其中的一个齿轮安装在大摇臂连接体 上，另外二个齿轮分别固定在二个偏心轴上，所述的齿条共有两 个，其中的一个固定在动作执行缸上，二个齿条分别与三个齿轮 相啮合。在进油管上还连接有缓冲型储能器，以缓解压力油对液压马 达的冲击。在液压马达的进油管和出油管上还连接有旁通滑阀，通过旁 通滑阀控制液压马达的运行或停止。在液压马达的出油管上还连接有辅助液压马达，以便于向其 他装置提供动力。本实用新型的优点在于1、两个对置活塞在一个两冲程直流扫气的气缸里压縮和做 功，通过与活塞同一轴线且刚性连接的柱塞压出液压油，驱动液 压马达转动，将动力传递出去，克服了传统内燃机曲轴在最大爆 发压力下断裂和变形问题，使内燃机在进气压力上升到20巴以 上，最大爆发压力达到400~600巴时也能正常工作，大大提高了 内燃机的功率密度，使内燃机的功率密度达到了 200马力/升， 并降低了内燃机的油耗，减小了内燃机的体积，增大了功率，同 时，由于活塞不承受侧压力，因此，气缸和活塞的摩擦力减小， 从而大幅度的提高了内燃机的机械效率，并大大延长了内燃机的 使用寿命。2、 压缩比调整装置可以根据进气压力的变化自动自动调整 压縮比，其压縮比可以在25 6之间自由变动，使内燃机从起动 时进气压力1巴上升到20巴都能正常工作，并可燃用多种燃料 或重油，降低了燃料费用。3、 在液压马达的迸油管和出油管上设置旁通滑阀，取代传 统内燃机中的离合器，消除了传统离合器打滑和切不开的现象， 且体积小、寿命长，使用方便。4、 起动方式灵活，既可以釆用电力起动机起动，也可以釆 用压縮空气起动。5、 应用范围宽，既可以应用在铁路机车、普通船舶、运输 机械及工程机械中，也可以应用在军用坦克、装甲车、常规舰艇 等对功率密度要求极高的设备上。
图1是本实用新型的结构示意图； 图2是图1的A—A剖视图； 图3是图1的B —B剖视图； 图4是图1的C—C剖视图。
具体实施方式
如附图所示，本实用新型有一个机座39，机座39上装有两 个对置扫气的气缸1，气缸1上有一个进气管46和一个排气管 40,进气管46用来向气缸1中供气，排气管40用来排出气缸1
中的废气；在每个气缸1里有两个对置活塞2，活塞2的活塞杆 通过十字头3与柱塞5相连接，在每个十字头3上均接有冷却油 管4，冷却油管4通过十字头3和活塞杆接入到每个活塞2中， 对活塞2进行冷却；柱塞5放置在油缸7里，油缸7通过进油管 6、进油管23、进油管25与液压马达29相连接，通过液压马达 29输出动力；在液压马达29的出油口上还接有出油管30和回 油管26，所述的进油管6将两个油缸7连接在一起，进油管23 及进油管25构成进油回路，出油管30和回油管26构成回油回 路，进油管6与进油回路及回油回路共同构成整套液压工作回 路；在油缸7与进油管23之间装有出油单向阀22,在油缸7与 回油管26之间装有回油单向阀20,当一个气缸做功时，该侧的 出油单向阀22打开，回油单向阀20关闭，液压油通过迸油管 23和进油管25进入到液压马达29中，驱动液压马达29旋转，而另一个气缸则处于压縮过程中，此时，压縮侧的出油单向阀 22关闭，回油单向阀20打开，从液压马达29中流出的液压油 进入到压縮侧气缸所对应的两个油缸7中；在液压马达29两端 的进油管25和出油管30上通过连接管33还连接有旁通滑阀34， 通过旁通滑阀34控制液压马达29的运行或停止，起传统内燃机 中离合器的作用；在进油管23上还连接有缓冲型储能器21，以 缓解工作过程中压力油对液压马达29的冲击；在十字头3中有 一个带滑块的短轴12，短轴12可在十字头3中滑动，所述的短 轴12与大摇臂IO相连接,大摇臂10的中间安装在偏心轴11上， 偏心轴11安装在大摇臂连接体38上，大摇臂连接体38固定在
机座39上，通过大摇臂10使两个气缸实现工作与压縮状态的转 换；在大摇臂IO上还装有同步装置，所述的同步装置由两个连 接杆36和一个摆动臂37构成，两个连接杆36分别与大摇臂10 和摆动臂37铰接在一起，摆动臂37铰接在一个支承座上，该支 承座固定在大摇臂连接体38上，同步装置使两个大摇臂10同步 摆动，从而使对置的活塞2同步工作；在两个气缸l上分别装有 三个喷油器14，两个气缸1上的喷油器14通过油管13分别与 两个喷油泵9相连接，在上端的两个十字头3上分别固定有喷油 泵驱动齿条8，喷油泵驱动齿条8带动各自的喷油泵9向气缸1 中喷油；所述的偏心轴11与压縮比调整装置相连接，压縮比调 整装置由齿轮41、齿轮43、齿条42、齿条44、压力感应缸15、 油液分配缸18和动作执行缸17构成，压力感应缸15与气缸的 进气管相连接，油液分配缸18通过软管与机油泵相连接，压力 感应缸15中的活塞与油液分配缸18中的阀杆16相连接，油液 分配缸18与动作执行缸17固定在一起，并通过两根油管相连接， 动作执行缸17中的活塞19固定不动，通过支承座固定在大摇臂 连接体38上，动作执行缸17上、下运动，在动作执行缸17的 活塞杆上还装有弹簧，以确保其工作可靠；所述的齿轮共有三个， 其中的一个齿轮41安装在大摇臂连接体38上，另外二个齿轮 43分别安装在二个偏心轴11上，并与偏心轴11固定在一起，所 述的齿条共有两个，即齿条42和齿条44，齿条44固定在动作 执行缸17上，与动作执行缸17—起运动，齿条42和齿条44分 别与三个齿轮相啮合，即齿条42和齿条44分别与固定在偏心轴11上的齿轮43相相啮合，并同时与安装在大摇臂连接体38上 的齿轮41相啮合；压縮比调整装置的作用是根据进气压力的变 化调整压缩比，当内燃机刚起动时，进气压力与大气压力相同， 随着燃机的运行，涡轮增压器使进气压力越来越高，压力感应缸 15中的活塞向下移动，带动油液分配缸18中的阀杆16向下移 动，此时，油液分配缸18下面的油管与动作执行缸17接通，动 作执行缸17向下移动，并通过与其固定在一起的齿条44带动齿 轮41转动，同时，齿条44还带动与其相啮合的齿轮43转动， 而齿轮41的转动则带动齿条42运动，齿条42又带动与其相啮 合的齿轮43转动，使两个偏心轴ll同时转动，从而改变两个大 摇臂10中部的中心点之间距离，进而改变压縮侧气缸内活塞2 的行程，改变内.燃机的压缩比，并使内燃机的压缩比随着进气压 力的变化而不断变化；在液压马达29的出油管30上还连接有辅 助液压马达31，以便于向发动机水泵、发电机、机油泵等其他 装置提供动力；在回油管26上还装有电磁背压阀27，电磁背压 阀27使回油管26中的液压油保持一定的压力；在回油管26上 还装有散热器32，以降低油路中液压油的温度；在进油管25与 出油管30之间还有一个连接管28,连接管28上装有安全阀24， 以便于在油压过高时卸荷，保护液压马达29不被损坏；在回油 管26还有一个加油口 35，以便于在液压油不足时补充液压油； 在气缸1与油缸7之间还装有拉杆45，拉杆45对油缸7起到固定作用。
权利要求1、一种高功率密度内燃机，它有一个机座，机座上装有两个对置扫气的气缸，每个气缸里有两个对置活塞，其特征在于，活塞的活塞杆通过十字头与柱塞相连接，柱塞放置在油缸里，油缸通过进油管与液压马达相连接，通过液压马达输出动力。
2、 根据权利要求l所述的高功率密度内燃机，其特征在于, 在十字头中有一个带滑块的短轴，短轴与大摇臂相连接，大摇臂 的中间安装在偏心轴上，偏心轴安装在大摇臂连接体上，大摇臂 连接体固定在机座上。
3、 根据权利要求2所述的高功率密度内燃机，其特征在于，所述的偏心轴与压縮比调整装置相连接，压缩比调整装置由齿 轮、齿条、压力感应缸、油液分配缸和动作执行缸构成，压力感 应缸与气缸的进气管相连接，油液分配缸通过软管与机油泵相连 接，压力感应缸中的活塞与油液分配缸中的阀杆相连接，油液分 配缸与动作执行缸通过油管相连接，动作执行缸的活塞固定不 动，所述的齿轮共有三个，其中的一个齿轮安装在大摇臂连接体 上，另外二个齿轮分别固定在二个偏心轴上，所述的齿条共有两 个，其中的一个固定在动作执行缸上，二个齿条分别与三个齿轮 相啮合。
4、 根据权利要求l所述的高功率密度内燃机，其特征在于, 在进油管上还连接有缓冲型储能器。
5、 根据权利要求l所述的高功率密度内燃机，其特征在于， 在液压马达的进油管和出油管上还连接有旁通滑阀。
6、 根据权利要求l所述的高功率密度内燃机，其特征在于， 在液压马达的出油管上还连接有辅助液压马达。
专利摘要一种高功率密度内燃机，解决了现有内燃机功率密度低的问题；本实用新型有一个机座，机座上装有两个对置扫气的气缸，每个气缸里有两个对置活塞，其特殊之处是，活塞的活塞杆通过十字头与柱塞相连接，柱塞放置在油缸里，油缸通过进油管与液压马达相连接，通过液压马达输出动力；优点在于，通过与活塞同一轴线且刚性连接的柱塞压出液压油，驱动液压马达转动，将动力传递出去，克服了传统内燃机曲轴在最大爆发压力下断裂和变形问题，使内燃机在进气压力上升到20巴以上，最大爆发压力达到400～600巴时也能正常工作，大大提高了内燃机的功率密度，使内燃机的功率密度达到了200马力/升，并降低了内燃机的油耗，增大了功率，延长了内燃机的使用寿命。
文档编号F02B71/04GK201025122SQ20072001086
公开日2008年2月20日 申请日期2007年3月10日 优先权日2007年3月10日
发明者波 刘 申请人:波 刘