多缸内燃机的气缸联动技术的制作方法

专利名称：多缸内燃机的气缸联动技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机技术领域，特指一种多缸内燃机的气缸联动技 术及用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机。
背景技术：
内燃机是热机的一种，是将燃料的化学能经过释放转变为机械功 的机械，燃料的燃烧和工质的膨胀做功均在气缸内部进行，因而，内 燃机具有较高的压縮比，能量损失较小，具有较高的热效率。《内燃机构造与原理》(人民交通出版社2004年5月第一版，孙建新主编)、 《高等内燃机学》(北京理工大学出版社2001年9月第一版，魏春 源、张卫东、葛蕴珊编著)，及同类型的技术书籍，对内燃机的结构 及原理都进行了详细的描述。经过一个多世纪发展的常规往复活塞式内燃机，在日益完善的同 时，其潜力也日趋枯竭，其效能再欲提升已经极为困难了，近来出现 的米勒循环理论与废气涡轮增压等新技术，虽然效果显著，但由于内 燃机结构上的限制，其以废气能量利用为基础，在功效与潜力上必然 受到一定的制约。能源问题一直是现代文明的主要社会矛盾之一，本发明追求更高 的热功效率与更大的功率密度,应有助于社会文明的发展。由卡诺定律 可知增加压縮比，即扩大热库温差，能提升内燃机的热功转换效率， 但常规往复活塞式内燃机却始终被曲柄连杆系统的机械负荷所阻，无 法再有效提升压縮比。由标准的内燃机四行程循环可知，在理论上， 作功行程传递给曲柄连杆系统的功，除了部分通过曲柄输出到外界，还必须有足够的能量通过连杆回馈给工质，才能保证循环的持续性。 若把回馈给工质的这部分功作为内部能量流离出曲柄连杆体系，就可 以摆脱往复活塞式内燃机受曲柄连杆系统机械负荷限制的困扰，从而 大幅提升热效率，把内燃机的流动能量分配为内部循环能量与外部输 出能量就是本发明的能量分流原理。

发明内容
本发明的目的是提供一种可以使内燃机的能量分流、以摆脱常规 往复活塞式内燃机受曲柄连杆系统机械负荷限制的内燃机技术和结 构，即多缸内燃机的气缸联动技术及用多缸内燃机的气缸联动技术制 作的多缸联动复合内燃机。本发明是这样实现的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于 用同一根联动杆同时固定连接四个或四个以上的参与联动的燃压双 向气缸组和双向预压縮气缸组之活塞杆及活塞，使联动杆能带动所有 参与联动的活塞同时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的 气缸组的上止点或下止点或上下止点间的任一点的相同的行程位置。上述的所有的气缸组的工作行程相等，各气缸组需要作缸体轴线 相互平行的空间固定。上述的燃压双向气缸组为具有两个端盖的封闭的气缸体，气缸体 的一个端盖采用的是四行程内燃机用的气缸盖及其组件，气缸体的另 一个端盖采用的是二行程双向压縮机用的气缸座及其组件，使活塞两 端分别形成一个四行程内燃机热力循环的燃气室和一个二行程压縮 机泵气工作循环的压气室。上述的参与联动的所有的气缸组的活塞杆的一端在压气室内与 活塞连接，所有的活塞杆的另一端与气缸体外的联动杆连接，所有的活塞、活塞杆与联动杆固化为一体，所述的活塞杆为带十字头的活塞 杆。可在上述的所有的燃压双向气缸组的压气室内设置活塞润滑系统。上述的所有执行作功行程的燃气室与执行排气行程的燃气室安 装方向相反，以保证强制排气过程的功由工质膨胀功直接传递或由工 质膨胀功经保守力转化而来。上述的使所有的燃压双向气缸组之进气行程与作功行程的燃气 室安装方向相同，压縮行程与排气行程的燃气室安装方向相同。一种用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机， 其特征在于外界工质经工质过滤器到达初级双向预压縮气缸组之压 气室的进气门，所有双向预压縮气缸组之压气室的排气门与同级预压 縮中冷室相通，各级双向预压縮气缸组之压气室的进气门与上一级预 压縮中冷室相通，末级预压縮中冷室与所有燃压双向气缸组之压气室 的进气门相通，所有的燃压双向气缸组之压气室的排气门与燃气中冷 室相通，燃气中冷室与所有的燃压双向气缸组之燃气室的进气门相 通，所有的燃压双向气缸组之燃气室的排气门与动力涡轮组的进气口 相通，活塞联动杆的往复运动带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主 轴功并强制燃压双向气缸组之燃气室内具有高温高压的燃气导入动 力涡轮中作功。上述的活塞联动杆的往复运动仅带动连杆驱动曲柄旋转以输出 内燃机主轴功，而燃气室内的燃气作为废气直接排往大气。上述的活塞联动杆的往复运动强制燃压双向气缸组之燃气室内 具有高温高压的燃气导入动力涡轮中作功，而不用带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功。多缸联动技术是本发明的核心技术，是实现能量分流原理的关 键，参与联动的所有气缸组必须是工作行程相等、各气缸组均作缸体 轴线相互平行的空间固定、在任一活塞位于气缸内任一行程的止点上 时，参加联动的其它活塞必须同步位于相同方向的行程止点上、用联 动杆和活塞杆将各气缸组的活塞固化成为一个整体的联动活塞，该联 动活塞要有足够的刚性，并要保障联动活塞有足以完成行程的运动空 间，以避免联动活塞在运动中变形。在燃压双向气缸组中，气缸内的活塞将内腔分为两个气室，即压 气室和燃气室。用燃气中冷室的进口接压气室的排气门，用燃气中冷 室的出口接燃气室的进气门，让工质先入压气室预压，再由燃气中冷 室中冷，然后进燃气室作标准的内燃机四行程热力循环。根据燃压双向气缸组的工作特性，联动四组完全相同的燃压双向 气缸组作为一个气缸组群时，执行进气行程的燃气室正向于活塞联动 杆运动方向安装，执行压縮行程的燃气室逆向安装，执行作功行程的 燃气室正向安装，执行排气行程的燃气室逆向安装，在热力循环时， 在联动活塞的一个单向行程时间段内，行程过程中的联动活塞在其运 动方向上受到的各气缸组作用的综合过程都将相同，这是燃压双向气 缸组的对置安装特征。借助气缸联动技术，可以通过联动活塞推动燃气执行全程强制排 气，强制排气特征允许排气过程压强保持在作功行程终止压强之上， 以确保动力涡轮组的高热功效率。在整体上，本发明主要由工质预压机、燃气发生器和动力涡轮组 三部分构成。工质预压机的原型是二行程双向气缸式压縮机，但必须与燃压双向气缸组联动，因此双向预压縮气缸组除了要符合气缸联动 技术的要求外，还要考虑多级中冷时各级间的配合及末级与燃压双向 气缸组压气室间的配合等问题，工质预压机可前置叶轮压气机预压， 叶轮的动力由动力涡轮组传输，原理参考废气涡轮增压。燃气发生器 的原型是往复活塞式内燃机，但燃压双向气缸组必须符合气缸联动技 术特征、燃压双向气缸组特征、预压中冷特征和强制排气特征，对置 性布置气缸组是为了均衡各行程的运行差异性，以保障本发明运转的 稳定性，曲柄连杆系统与活塞联动杆连接的对称性是为了消减行程运 转过程中的整体力距，动力涡轮组的原型是涡轮轴发动机的低压涡轮 组，这里不再累述。工质在气缸内的循环虽然是标准的内燃机四行程循环，但多缸联 动复合内燃机的整机工作循环却已悄然发生变化，在进气预压过程 中，多级中冷对工质进行了准等温放热，从而允许在经历燃气发生器 和动力涡轮组循环后的工质恢复到进入多缸联动复合内燃机前的状 态(不计燃料成分引发的变化)，因此在理论上，多缸联动复合内燃机 允许进行先放热式的卡诺循环设计。本发明相比现有技术突出的优点是本发明利用能量分流原理，利用联动活塞直接传递给曲柄连杆输 出功率及强制排废气推动动力涡轮组作功来完成外部能量循环，构架 出一套新型的内燃机结构，热效率得到了充分地利用。本发明设计的燃压双向气缸组突破了传统的气缸结构，在同一个 气缸组内可分别完成四行程内燃机热力循环过程与二行程预压泵气 循环过程，减少了原内燃机气缸组单面工作的特征，功效提高一倍。借助刚性的联动活塞，在结构上保证了参与联动的各气缸组的活 塞相互间的相对空间位置不变，十字头可保障联动活塞的运动轨迹， 加之参与联动的各气缸组采用了气缸联动技术，使得在联动活塞移动 时，各气缸组工质可以通过联动活塞的支持力实现能量交换，当联动 活塞变速时，通过联动活塞的质量力，各气缸组工质的内能与联动活 塞的动能可以实现能量交换，支持力与质量力属保守力，因此在理论 上，以上两种能量交换可以忽略损耗。设计加工合理的活塞联动杆结 构足以承载内燃机技术要求的内部能量流，因此，限制常规内燃机压 縮比的负荷极限问题在采用气缸联动技术后再无意义，制约内燃机热 效率的关键可能转向燃烧系统的高温氮氧化物问题，这将使内燃机的 压縮比与循环模式发生巨大变化。很显然，假设有双向工作的四行程气缸组，其能兼备二行程气缸 组的充量效率与普通四行程气缸组的换气效率优势，但双向燃烧却会 导致双向四行程气缸组的热负荷与润滑等问题急剧恶化并难以解决。 在燃压双向气缸组的燃气室完成一个四行程内燃机热力循环过程足 够执行两次压气室二行程预压泵气循环过程的情况下，在燃气中冷室 中累积两倍于燃气室容积的预压縮工质将使燃气室获得双倍的工质 充量，燃压双向气缸组因此有等同双向作用四行程气缸组的工作效 果。燃压双向气缸组的压气室的预压縮循环过程相对低温低压，因此 采用燃压双向模式的气缸组能极大的缓解热负荷与润滑等设计难题， 且预压中冷特征可进一步改善热效率，前置的工质预压机中的多级压 縮及其中冷措施正是这种效应的延伸和扩展。每当联动活塞完成一个完整的行程过程，总能在符合对置安装特 征的联动燃压双向气缸组群中同时找出完整的工质行程来与内燃机的进气、压縮、作功、排气这四种行程一一对应，且进气和作功行程 总是与联动活塞的运动同向，压縮和排气行程总是与联动活塞的运动 逆向，总能找出两个压气室进气行程与联动活塞的运动同向，两个压 气室压縮气行程与联动活塞的运动逆向，因此，符合对置安装特征的 联动燃压双向气缸组群联动循环时，在联动活塞的运动方向上只体现 唯一的综合行程过程，加上工质预压机的每组双向气泵循环时，每次 行程也是同时存在正向于联动活塞运动的进气行程动作和反向于联 动活塞运动的压縮泵气行程动作，所以，符合对置安装特征的多缸联 动复合内燃机在联动活塞运动方向上只体现唯一的综合行程效果，其 每个行程过程对所连接的曲柄连杆系统都有相同的功和力的传输过 程。利用气缸联动技术带来的高额低耗的内部能量流，多缸联动复合 内燃机可以在排气行程取消自由排气过程，直接以联动活塞驱动燃气 进行全程高压强制排气。高压强制排气特征能使工质保持不低于作功 行程终止时的压强导入动力涡轮组，显而易见，在理论上，多缸联动 复合内燃机的工质从气缸作功到涡轮作功并不产生额外的损耗，这对 废气涡轮增压类内燃机设计来说是不可想象的，这将使多缸联动复合 内燃机拥有更好的热功转换效率。本发明的总体构思是用往复活塞式内燃机充当燃气发生器，以燃 气涡轮机作框架的复合内燃机，工质预压机的主要用途在于消减活塞 气缸结构的工质充量劣势，因此本发明在总体构架上就有活塞式和涡 轮式内燃机之取长补短后的优势。双向预压縮气缸组及其中冷室是非 常成熟的容积式气体压縮机技术，且与气缸联动技术要求并无冲突， 因此联动活塞带来的高效低耗的内部能量流将成为工质预压机的极大优势，工质预压机的叶轮装置可参考废气涡轮增压的原理，这里不 再累述。燃气发生器实际上是一组特殊的往复活塞内燃机，其特殊性 在于必须符合气缸联动技术特征、燃压双向气缸组特征、预压中冷特 征和强制排气特征，同时也具备了以上特征所带来的优势，活塞联动 杆输送到曲柄连杆系统的大量外部能量流，可以有效缓解从燃气室排 气门到动力涡轮组进口的燃气输送管路与阀门的高温高压的恶劣条 件，动力涡轮组只是多缸联动复合内燃机必不可少的组成部分，其本 身并无特殊性。当内燃机的工作限制转移到低温(即环境温度)与高温(即氮氧化 物排放限制)间的限制时，卡诺循环的优点就不言而喻了，允许进行 先放热式的准卡诺循环设计自然会为本发明设计带来巨大优势。当本发明技术与低散热(即以前的绝热)内燃机技术结合使用时，就 会产生更加显著的功效。本发明可用于制造各种类型的内燃机。


图1是本发明的燃压双向气缸组对置安装及四行程工作原理示意图；图2是本发明的燃压双向气缸组的内部结构示意图；图3是本发明的多缸内燃机的气缸联动技术的结构原理示意图；图4是本发明的多缸联动复合内燃机结构原理示意图；图5是本发明的多缸联动复合内燃机结构布局简图；图中的符号含义是-丄--------------------工质过滤器；3---------------------级双向预压縮气缸组；4A、 4B----------------级双向预压縮气缸组压气室；5A、 5B----------------级双向预压縮气缸组压气室排气门;6----------------------级预压中冷室；7A、 7B---------------二级双向预压縮气缸组压气室进气门;8--------------------二级双向预压縮气缸组；9A、 9B---------------二级双向预压縮气缸组压气室；IOA、 10B-------------二级双向预压縮气缸组压气室排气门;11-------------------二级预压中冷室；12-------------------导管；13A、 13B、 13C、 13D-—燃压双向气缸组压气室进气门；14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D-—燃压双向气缸组；15A、 15B、 15C、 15D-—燃压双向气缸组压气室；16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 31D—燃压双向气缸组燃气室;17A、 17B、 17C、 17D-—燃压双向气缸组压气室排气门；18-------------------燃气中冷室；19A、 19B、 19C、 19D-—燃压双向气缸组燃气室进气门； 20A、 20B、 20C、 20D—-燃压双向气缸组燃气室排气门;21-------------------动力涡轮组；22-------------------多缸联动复合内燃机排气口；23-------------;------联动活塞；24-------------------连杆；25-------------------曲柄；26-------------------联动杆；27-------------------活塞杆；28-------------------活塞；29-------------------叶轮压气机；30-------------------燃压双向气缸体；301------------------燃压双向气缸组的气缸盖；302------------------燃压双向气缸组的气缸座；
具体实施例方式下面以具体实施例对本发明作进一步描述参见图1一5:多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于用同一根 联动杆26同时固定连接四个或四个以上的参与联动的燃压双向气缸组14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D和双向预压縮气缸组3、8之活塞杆27及活塞28。使联动杆能带动所有参与联动的活塞28同 时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的气缸组3、 8、 14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D的上止点或下止点或上下止点 间的任 一 点的相同的行程位置。上述的所有的气缸组3、 8、 14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 3 0C、 30D的工作行程相等，各气缸组3、 8、 14A、 14B、 14C、 14D、 30 A、 30B、 30C、 30D需要作缸体轴线相互平行的空间固定。上述的燃压双向气缸组14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 3 OD为分别具有两个端盖的封闭的气缸体，气缸体的一个端盖采用的是 四行程内燃机用的气缸盖及其组件，气缸体的另一个端盖采用的是二 行程双向压縮机用的气缸座及其组件，使活塞两端分别形成一个四行 程内燃机热力循环的燃气室16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 3 1D和一个二行程压縮机泵气工作循环的压气室15A、 15B、 15C、 15D。上述的参与联动的所有的燃压双向气缸组的活塞杆27的一端在压气室内与活塞28连接，所有的活塞杆的另一端与气缸体外的联动杆连接，所有的活塞、活塞杆与联动杆固化为一体，所述的活塞杆为 带十字头的活塞杆。可在上述的所有的燃压双向气缸组的压气室内设置活塞润滑系统。上述的所有执行作功行程的燃气室16B、 31B与执行排气行程的 燃气室16A、 31A安装方向相反，以保证强制排气过程的功由工质膨 胀功直接传递或由工质膨胀功经保守力转化而来(参见图l)。上述的所有的燃压双向气缸组之进气行程与作功行程的燃气室1 6D、 31D与16B、 31B安装方向相同，压縮行程与排气行程的燃气室1 16C、 31C与6A、 31A安装方向相同(参见图l)。一种用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机， 其特征在于外界工质经工质过滤器1到达初级双向预压縮气缸组3之 压气室4A、 4B的进气门2A、 2B，所有双向预压縮气缸组3、 8之压 气室4A、 4B、 9A、 9B之排气门5A、 5B、 IOA、 IOB与同级预压縮预 压中冷室6、 ll相通，各级双向预压縮气缸组3、 8之压气室9A、 9B 的进气门7A、 7B与上一级预压縮预压中冷室6相通，末级预压縮预 压中冷室11与所有燃压双向气缸组14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D之压气室15A、 15B、 15C、 15D的进气门13A、 13B、 13C、 1 3D相通，所有的燃压双向气缸组之压气室14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D的排气门17A、 17B、 17C、 17D与燃气中冷室18相通， 燃气中冷室18与所有的燃压双向气缸组14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D之燃气室16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 31D的进气门19A、 19B、 19C、 19D相通，所有的燃压双向气缸组14A、 1 4B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D之燃气室16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 31D的排气门20A、 20B、 20C、 20D与动力涡轮组21 的进气口相通，联动活塞23的往复运动带动连杆24、曲柄25输出内 燃机主轴功和强制燃压双向气缸组14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D之燃气室16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 31D内具 有高温高压的燃气导入动力涡轮组21中作功。上述的联动活塞23的往复运动仅带动连杆24、曲柄25输出内燃 机主轴功，而燃气室16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 31D内 的燃气作为废气直接排往大气。上述的联动活塞23的往复运动强制燃压双向气缸组14A、 14B、 1 4C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D之燃气室16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 31D内具有高温高压的燃气导入动力涡轮组21中作功，而 不用带动连杆24、曲柄25输出内燃机主轴功。图2和图3中的燃压双向气缸组30A、 30B、 30C、 30D与燃压双 向气缸组14A、 14B、 14C、 14D的结构相同、对置安装，用以增加内 燃机的作功能力和平衡作功时对联动活塞23造成的扭矩。多缸内燃机的气缸联动技术，可用于制造各种类型的汽油机、柴 油机等。汽油机与柴油机的区别之一在于喷油点火的方式及结构有所 不同，这早为公众所知，当然，也可以用于制造用天燃气或其它燃料 用于燃烧作功的发动机。机械结构本发明的核心是燃气发生器，燃气发生器的主体是燃 压双向气缸组14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D，活塞28 将燃压双向气缸组14A、 14B、 14C、 14D、 30A、 30B、 30C、 30D分别分割成燃气室16A、 16B、 16C、 16D、 31A、 31B、 31C、 31D和压气室1 5A、 15B、 15C、 15D。燃压双向气缸组30A、 30B、 30C、 30D上的压气 室、气缸座及其组件在图中均未标出，燃气室的气缸盖按四行程内燃 机的气缸盖方式配置，压气室的气缸座按二行程双向气缸式压縮机的 气缸座方式配置，缸体和活塞的润滑可在压气室中安排，八组(或十 六组)完全相同的燃压双向气缸组以对置特征安装，应用气缸联动技 术，将各气缸内的活塞用联动杆26和活塞杆27刚性固化成为一体， 连杆24与曲柄25按带十字头型的普通内燃机的曲柄连杆系统的布置 方式连接在联动活塞23的下方，燃气中冷室18通过导管与燃压双向 气缸组压气室的排气门17A、 17B、 17C、 17D和燃压双向气缸组燃气 室的进气门19A、 19B、 19C、 19D连通，以上构成本发明的燃气发生 器；构成工质预压机的一级气泵的双向预压縮气缸组3及预压中冷室 6和二级气泵的双向预压縮气缸组8及预压中冷室11按成熟的容积式 二行程双向气体压縮机技术配置， 一级双向预压縮气缸组压气室4A、 4B的进气门2A、 2B连通进气用的工质过滤器l，二级预压中冷室11 经过导管12连通燃压双向气缸组压气室进气门13A、 13B、 13C、 13D， 一级预压中冷室6连通一级双向预压縮气缸组的排气门5A、 5B和二 级双向预压縮气缸组的进气门7A、 7B， 二级双向预压缩气缸组的排气 门IOA、 IOB接通二级预压中冷室11，按照容积式气体压縮机的多级 配合原则，二级双向预压縮气缸组的压气室9A、 9B内完成预定压縮 比时的工质体积必需等于燃压双向气缸组压气室15A、 15B、 15C、 15 D容积的2倍，而一级双向预压縮气缸组压气室4A、 4B中完成预定压 縮比时的工质体积必需等于二级压气室9A、 9B的容积，动力涡轮组2 1按燃气涡轮机的低压涡轮组配置，其进口接通燃压双向气缸组燃气室排气门20A、 20B、 20C、 20D，而出口连通多缸联动复合内燃机的排 气口 22。工质流程(主要参见图4):外界工质伴随着联动活塞23的上下 运动，依次在本发明的设备中进入、通过并流出。联动活塞23下行 时 一级压气室的进气门2A打开，外界工质由工质过滤器1进入一级 压气室4A，而原先由工质过滤器1进入一级压气室4B中的工质将被 压縮，并在达到预定压缩比时打开一级压气室4B的排气门5B，将工 质泵入一级预压中冷室6;同理，二级压气室9A的进气门7A打开， 工质由一级预压中冷室6进入二级压气室9A， 二级压气室9B中的工 质将被压縮并达到预定压縮比时，打开二级压气室的排气门IOB泵入 二级预压中冷室11;工质预压机预压后的工质由二级预压中冷室11 经导管12进入燃气发生器，在联动活塞23下行过程中，燃压双向气 缸组压气室进气门13A、 13C打开，工质由二级预压中冷室11经导管 12进入燃压双向气缸组压气室15A、 15C，原先存在于燃压双向气缸 组压气室15B、 15D中的工质将被压縮，并在合适的时机(大约二分 之一压縮比)打开燃压双向气缸组压气室的排气门17B、 17D泵入燃 气中冷室18，至此，工质预压中冷过程结束。联动活塞23上行过程 则与之相反进气门2B、 7B、 13B、 13D打开，压气室4B、 9B和压气 室15B、 15D充入工质，排气门5A、 IOA、 17A、 17C打开，压气室4A、 9A和压气室15A、 15C的工质泵入预压中冷室6、 11、 18。由于燃压 双向气缸组燃气室16A、 16B、 16C、 16D执行内燃机四行程循环，进 出燃压双向气缸组燃气室16A、 16B、 16C、 16D的工质必须用行程一、 二、三、四来解说，其中，行程一和行程三为下行行程，行程二和行 程四为上行行程。行程一过程中燃压双向气缸组燃气室的进气门19D打开，工质由燃气中冷室18充入燃压双向气缸组燃气室16D,燃 压双向气缸组燃气室排气门20A打开，工质由燃压双向气缸组燃气室 16A压入动力涡轮组21，行程开始后，燃压双向气缸组燃气室16B的 工质和燃料开始加热过程，整个联动活塞23下行行程过程中都执行 燃压双向气缸组燃气室16D进气，燃气室16C压縮，燃气室16B作功， 燃气室16A排气的行程过程；行程二同理打开燃压双向气缸组燃气 室的进气门19A和燃压双向气缸组燃气室排气门20B，在整个联动活 塞23上行行程过程中都执行燃压双向气缸组燃气室16A进气，燃气 室16D压縮，燃气室16C作功，燃气室16B排气的行程过程；行程三 同样打开燃压双向气缸组燃气室进气门19B和燃压双向气缸组燃气 室排气门20C，在整个联动活塞23下行行程过程中都执行燃压双向气 缸组燃气室16B进气，燃气室16A压縮，燃气室16D作功，燃气室1 6C排气的行程过程；行程四照例打开燃压双向气缸组燃气室进气门 19C和燃压双向气缸组燃气室排气门20D，在整个联动活塞23上行行 程过程中都执行燃压双向气缸组燃气室16C进气，燃气室16B压縮， 燃气室16A作功，燃气室16D排气的行程过程，四类行程过程中，每 类行程过程都各自有且只有一个燃压双向气缸组燃气室在执行进气、 压縮、作功和排气这四个行程过程，只是分处的部位因各类行程不同 时会有循环变化而已，因为联动活塞23是同轴固化的，所以，本发 明的燃压双向气缸组的对置安装特征是可行的，其作用结果就是本发 明的所有行程在联动活塞23运动方向上只体现唯一的综合行程效果， 工质到达动力涡轮组21，脉动式的行程循环部分全部结束。上述工质 流程过程中，只要燃压双向气缸组燃气室16A、 16B、 16C、 16D的排 气管路全部汇聚到动力涡轮组21的同一进气口上，那么在高压强制排气特征的效果下，本发明的内燃机的转速稳定时，在动力涡轮组2 1中可呈现稳定的叶轮机械的工质连续循环特性，在经历叶轮机械循 环后，工质将以接近外界气压的状态由多缸联动复合内燃机的排气口 22回归外界。能量流程(参见图4):由于取消了能量回馈，以燃烧作为能量 来源，其执行作功行程中，燃压双向气缸组燃气室成为唯一的能量流 出子系统(能量源系统)，其它所有牵涉到能量流程的子系统如各气缸 组、曲柄连杆、动力涡轮组等，甚至包括机件运动产生的损耗，都无 一例外的成为纯能量消费(接受)单位；燃压双向气缸组燃气室执行的是内燃机四行程循环，必然导致作功行程燃气室无法连续固定在某组 燃压双向气缸组上，但是根据气缸联动技术特征，气缸组对置安装特 征及联动气缸同轴安装要求，依据行程循环轮流出现在不同燃压双向 气缸组中的作功行程，并不影响由作功行程起始的联动机能量流程， 因此，对本发明的能量循环流程来说，解释单一行程与解释多个配合 的行程并无差异，或者说，多缸联动复合内燃机的任意行程的能量流 程都可以代表所有循环行程的能量流程。首先从能量源----当时执行作功行程的燃压双向气缸组燃气室16B说起，行程启动时，联动活塞23开始下移，作功行程燃气室16B 中的工质开始受热膨胀(燃烧膨胀)，正常情况下，不管工质是在前期 的受热膨胀还是后期的绝热膨胀，随着行程的进行，工质压强总体逐 步下降的，相反的是，在执行压縮行程的燃压双向气缸组燃气室16C 中的工质随着行程的进行，其压强呈现逐步上升趋势，作功行程燃气 室与压縮行程燃气室主导着整机的能量流程，其工质状态基本决定了 联动活塞23的移动规律，燃压双向气缸组燃气室16D执行进气行程，其工质压强略低于燃气中冷室18内的压强，燃压双向气缸组燃气室16A执行排气行程，其工质压强略高于动力涡轮组21的进口压强，燃 压双向气缸组压气室15A、 15C执行进气行程，其工质压强略低于双 向预压縮气缸组二级预压中冷室11内的压强，双向预压縮气缸组二级 压气室9A执行进气行程，其工质压强略低于双向预压縮气缸组一级 预压中冷室6内的压强，双向预压縮气缸组一级压气室4A执行进气 行程，其工质压强略低于外界气压，以上的工质压强基本不随行程的 进度而改变。双向预压縮气缸组一级压气室4B的最终工质压强略高 于双向预压縮气缸组一级预压中冷室6内的压强，双向预压縮气缸组 二级压气室9B的最终工质的压强略高于双向预压縮气缸组二级预压 中冷室11内的压强，燃压双向气缸组压气室15B、 15D的最终工质压 强略高于燃气中冷室18内的压强，以上行程都是泵气行程，其前期 工质压强呈现规律上升，在达到预定压縮比时，随着排气门的打开， 工质压强就基本保持不变了。很显然，只有通过活塞联动杆，本发明 的各个系统才能达成能量流动，联动活塞23的移动决定着本发明的 能量流程，综上所述，只有作功行程燃气室在推进联动活塞23运动， 其它系统包括尚未述及的曲柄连杆系统和动力涡轮组都在消耗联动 活塞23的运动能量，因此，在行程起始，作功行程燃气室16B的工 质压强本来就是压縮行程终了时的压强，再加上其工质为受热膨胀状 态，而其它气缸中的工质基本处于相对低压状态，尤其是压縮行程燃 气室16C中，其工质刚由进气状态开始压縮，所以在行程前期，联动 活塞23处于加速状态，作功行程燃气室16B输出的能量除了各个系 统的直接消费外，大部分用于转化为活塞联动杆动能，随着行程的继 续，特别是作功行程燃气室16B的工质由受热膨胀状态转向绝热膨胀 状态，其工质压强急剧降低，相反，随着行程的进度，各泵气行程系统的工质压强逐步上升，并相继进入持续高压的排气期，特别是压縮 行程燃气室16C随着压縮的进度，其工质压强将迅速增高，因此，在行程中期，联动活塞23的加速度将逐步降低并最终消失，作功行程 燃气室16B输出的能量大部分消耗于各个系统需求，只有小部分用于转化为联动活塞23动能；进入行程后期，虽然其它气缸系统都进入压强稳定期，但压縮行程燃气室16C的工质压强在行程后期急剧增高 并远超出其它气缸系统，而此时作功行程燃气室16B的工质压强已经 非常低，对联动活塞23的推动效果极其微弱了。很显然，相对于其 它能量流程系统，多缸联动复合内燃机的大部分能量转换集中在作功 行程中的燃气室工质到联动活塞23动能到压縮行程燃气室的工质， 这基本上与四行程内燃机的作功行程到惯性轮动能到压縮行程类似， 主要差别在于本发明不再需要曲柄连杆系统作中间环节。非常幸运， 由于惯性的存在，形成联动活塞23极大的加速度到微小的加速度到 极大的负加速度并最终停止的抛物线运动规律与曲柄连杆系统的正 弦运动规律很接近，因此本发明在稳定循环时，其曲柄的转速将相当 均匀。本发明的各气缸组通过联动活塞23完成内部能量循环，而联 动活塞23通过曲柄连杆系统直接输出功及通过推进强制排气过程推 动动力涡轮组作功来完成外部能量循环。
权利要求
1、多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于用同一根联动杆同时连接四个或四个以上的参与联动的燃压双向气缸组和双向预压缩气缸组之活塞杆及活塞，使联动杆能带动所有参与联动的活塞同时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的气缸组的上止点或下止点或上下止点间的任一点的相同的行程位置。
2、 根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于所述的所有的气缸组的工作行程相等，各气缸组需要作缸体轴线 相互平行的空间固定。
3、 根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征 在于所述的燃压双向气缸组为具有两个端盖的封闭的气缸体，气缸体 的一个端盖采用的是四行程内燃机用的气缸盖及其组件，气缸体的另 一个端盖采用的是二行程双向压縮机用的气缸座及其组件，使活塞两 端分别形成一个四行程内燃机热力循环的燃气室和一个二行程压縮 机泵气工作循环的压气室。
4、 根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征 在于所述的参与联动的所有的气缸组的活塞杆的一端在压气室内与 活塞连接，所有的活塞杆的另一端与气缸体外的联动杆连接，所有的 活塞、活塞杆与联动杆固化为一体，所述的活塞杆为带十字头的活塞 杆。
5、 根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征 在于可在所述的燃压双向气缸组的压气室内设置活塞润滑系统。
6、 根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征 在于所述的所有执行作功行程的燃气室与执行排气行程的燃气室安 装方向相反，以保证强制排气过程的功由工质膨胀功直接传递或由工质膨胀功经保守力转化而来。
7、 根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征 在于使所述的所有的燃压双向气缸组之进气行程与作功行程的燃气 室安装方向相同，压縮行程与排气行程的燃气室安装方向相同。
8、 一种用根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机，其特征在于外界工质经工质过滤器到达初 级双向预压縮气缸组之压气室的进气门，所有双向预压縮气缸组之压 气室的排气门与同级预压縮中冷室相通，各级双向预压縮气缸组之压 气室的进气门与上一级预压縮中冷室相通，末级预压縮中冷室与所有 燃压双向气缸组之压气室的进气门相通，所有的燃压双向气缸组之压 气室的排气门与燃气中冷室相通，燃气中冷室与所有的燃压双向气缸 组之燃气室的进气门相通，所有的燃压双向气缸组之燃气室的排气门 与动力涡轮组的进气口相通，活塞联动杆的往复运动带动连杆驱动曲 柄旋转以输出内燃机主轴功并强制燃压双向气缸组之燃气室内具有 高温高压的燃气导入动力涡轮中作功。
9、 根据权利要求8所述的用多缸内燃机的气缸联动技术制作的 多缸联动复合内燃机，其特征在于所述的活塞联动杆的往复运动仅带 动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功，而燃气室内的燃气作为废 气直接排往大气。
10、 根据权利要求8所述的用多缸内燃机的气缸联动技术制作的 多缸联动复合内燃机，其特征在于所述的活塞联动杆的往复运动强制 燃压双向气缸组之燃气室内具有高温高压的燃气导入动力涡轮中作 功，而不用带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功。
全文摘要
本发明涉及内燃机设备技术领域，即多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于用同一根联动杆同时固定连接四个或四个以上的参与联动的燃压双向气缸组和双向预压缩气缸组之活塞杆及活塞，使联动杆能带动所有参与联动的活塞同时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的气缸组的上止点或下止点或上下止点间的任一点的相同的行程位置，利用多缸内燃机的气缸联动技术结合多级预压缩、多级中冷及动力涡轮组结构，可用于制作多缸联动复合内燃机，该原理可用于制造汽油、柴油或天然气等各种类型的内燃机。
文档编号F02B33/02GK101225765SQ20081005969
公开日2008年7月23日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者谢凌辉, 谢声利 申请人:谢声利