專利名稱：新型內(nèi)燃機(jī)的制作方法
新型內(nèi)燃機(jī)本發(fā)明屬于一種熱機(jī)，特別是一種新型內(nèi)燃機(jī)。目前廣泛使用的內(nèi)燃機(jī)自發(fā)明以來(lái)歷經(jīng)百多年，其基本構(gòu)造和四沖程工作原理一直保持不變，人們?cè)诖丝蚣軆?nèi)只做些技術(shù)改進(jìn)工作，發(fā)明了許多新技術(shù)，例如電噴、共軌、渦輪增壓等等，不過這些都沒能使內(nèi)燃機(jī)有重大改進(jìn)，其效率還很低，還有許多缺點(diǎn)未克服。 當(dāng)今資源和環(huán)境對(duì)提高內(nèi)燃機(jī)效率有殷切期待，對(duì)限制內(nèi)燃機(jī)排放有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，然而要使內(nèi)燃機(jī)在高效率低排放方面有重大改進(jìn)，特別是效率有顯著提高，若不突破原有框架，只是尋求技術(shù)進(jìn)步，理論和實(shí)踐都證明極其困難，甚至可以說(shuō)已無(wú)可能。要使內(nèi)燃機(jī)有重大改進(jìn)就必須對(duì)其作重大改造。在所有熱機(jī)中，內(nèi)燃機(jī)的最特別之處是把發(fā)熱器和工作部分合二為一在吸氣沖程和壓縮沖程時(shí)它是發(fā)熱器，產(chǎn)生著高溫高壓工質(zhì)；在做功沖程和排氣沖程時(shí)它又變?yōu)楣ぷ鞑糠?，利用高溫高壓工質(zhì)膨脹做功。這種既是發(fā)熱器又是工作部分的特殊設(shè)計(jì)使內(nèi)燃機(jī)存在諸多缺點(diǎn)I.汽缸象內(nèi)燃機(jī)的心臟，把心房設(shè)為燃燒室很不科學(xué)，讓高溫在體內(nèi)最要害部位肆虐。為了避免機(jī)件因過熱遭受損壞就要增設(shè)高效冷卻裝置，嚴(yán)實(shí)包裹著汽缸的水套要奪去工質(zhì)35-40%的能量，從而大大降低內(nèi)燃機(jī)的熱效率，這是巨大的無(wú)奈的浪費(fèi)。2.由于內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程設(shè)定了壓縮比，排氣沖程只能按設(shè)定的壓縮比排出部分廢氣，未排出部分與下一工作循環(huán)的燃料混合將導(dǎo)致燃料因缺氧而燃燒不全，造成排放廢氣的污染物中總是含有可燃物HC、CO,冒黑煙現(xiàn)象則是嚴(yán)重缺氧。無(wú)論以后技術(shù)改進(jìn)到何種程度，即使內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)研究將來(lái)在技術(shù)上取得重大突破，內(nèi)燃機(jī)的燃燒效率也絕對(duì)不可能達(dá)到100%，因?yàn)樗豢赡苋∠麎嚎s比排出全部廢氣。3.采用多缸組合克服了轉(zhuǎn)動(dòng)不均勻的缺點(diǎn)，卻產(chǎn)生了機(jī)械效率降低的缺點(diǎn)，每個(gè)汽缸都有配氣機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)，在所有熱機(jī)中數(shù)內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，因機(jī)械損耗使其效率降低約10% .4.做功沖程末，工質(zhì)的溫度還很高，還有相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)，因活塞已到了下止點(diǎn)，工質(zhì)就無(wú)法再對(duì)活塞做功，只好作為廢工質(zhì)排出汽缸外，打開排氣閥時(shí)就發(fā)出類似響亮的鞭炮聲，這樣既浪費(fèi)了工質(zhì)的能量，又產(chǎn)生很大的噪音。雖然加裝消聲器能降噪，但無(wú)論技術(shù)如何改進(jìn)都無(wú)法讓“還有相當(dāng)壓強(qiáng)的工質(zhì)”能繼續(xù)做功直至壓強(qiáng)很小，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的“特殊設(shè)計(jì)”使其不可能做到單獨(dú)延長(zhǎng)四沖程中的做功沖程的行程。5.燃料爆燃瞬間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度很大的高溫高壓，這對(duì)機(jī)件的性能就提出很高的要求。耐熱合金使機(jī)器的成本增大，加厚機(jī)件使機(jī)器變得笨重。6.由發(fā)電機(jī)、蓄電池、電動(dòng)機(jī)組成的啟動(dòng)裝置雖不屬于內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造，卻是其重要的輔助設(shè)備，這套裝置在整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的成本中所占比重不小。7.低溫嚴(yán)寒難啟動(dòng)，冷卻水結(jié)冰會(huì)損壞機(jī)件。本發(fā)明的目的是提供一種效率高、成本低、重量輕、低排放、低噪音、故障少、易維修的新型內(nèi)燃機(jī)，通過對(duì)現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)作重大改造來(lái)實(shí)現(xiàn)，從根本上解決現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)因設(shè)計(jì)的缺陷而出現(xiàn)的諸多問題。下面結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明提出的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的發(fā)熱器由空氣濾清器(I)、進(jìn)氣管(2)、壓氣機(jī)(3)、輸氣管(4)、燃料供給系統(tǒng)(5)、點(diǎn)火裝置(6)、燃燒室(7)等構(gòu)成，工作部分由汽缸(8)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(9)、進(jìn)氣閥(10)、排氣閥(11)、排氣管(12)等構(gòu)成，啟動(dòng)裝置由貯氣筒(13)、啟動(dòng)閥(14)、止回閥
(15)等構(gòu)成，見圖I.燃燒室(7)由外套(16)、火焰管(17)構(gòu)成，見圖2.進(jìn)氣閥(10)由閥門(18)、閥桿(19)、彈簧(20)構(gòu)成，見圖3.外套用直徑4_6cm的普通鋼管制成，長(zhǎng)度根據(jù)機(jī)器功率的大小設(shè)計(jì)；火焰管用布滿小孔的鋼片卷成管狀，直徑略小于外套，長(zhǎng)度與外套相同。進(jìn)氣閥的開閉由活塞控制當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣閥處于開啟狀態(tài)；當(dāng)工質(zhì)推動(dòng)活塞下行時(shí)，進(jìn)氣閥跟著下行；當(dāng)進(jìn)氣閥的閥門關(guān)閉進(jìn)氣口后，工質(zhì)便作絕熱膨脹推動(dòng)活塞繼續(xù)下行直至下止點(diǎn)；當(dāng)活塞從下止點(diǎn)上行時(shí)，進(jìn)氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)活塞上行壓縮彈簧時(shí)，工質(zhì)的壓力使閥門仍緊閉；當(dāng)活塞將上行到上止點(diǎn)時(shí)就頂起閥桿推開閥門，彈簧再將閥門推到進(jìn)氣閥的上止點(diǎn)。排氣閥的開閉由凸輪、挺柱、推桿、搖臂組成的配氣機(jī)構(gòu)控制，機(jī)軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周排氣閥就開閉一次，活塞上行時(shí)排氣閥就打開，活塞下行時(shí)排氣閥就關(guān)閉。
實(shí)施例本發(fā)明的工作原理經(jīng)過濾清的空氣從進(jìn)氣管進(jìn)入壓氣機(jī)被壓縮，壓強(qiáng)增大到 6-9個(gè)大氣壓，經(jīng)輸氣管進(jìn)入燃燒室的外套與火焰管之間的夾層，再?gòu)脑S多小孔進(jìn)入管膛幫助燃料燃燒，生成約900°C的高溫燃?xì)?，燃料燃燒釋放的熱能大大增?qiáng)工質(zhì)做功的能力，然后進(jìn)入汽缸推動(dòng)活塞做功，使活塞與進(jìn)氣閥一起下行，在進(jìn)氣閥閉氣后工質(zhì)就作絕熱膨脹推動(dòng)活塞做功，當(dāng)活塞下行到下止點(diǎn)時(shí)工質(zhì)的壓強(qiáng)接近大氣壓，溫度大大降低，最后被活塞全部排出汽缸。工質(zhì)做的功部分輸給壓氣機(jī)，其余向外輸出機(jī)械功。本發(fā)明的啟動(dòng)打開啟動(dòng)閥，貯氣筒內(nèi)的壓縮空氣就進(jìn)入輸氣管再經(jīng)燃燒室進(jìn)入汽缸推動(dòng)活塞使曲軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)壓氣機(jī)、燃料供給系統(tǒng)和點(diǎn)火裝置工作，機(jī)器便進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)可關(guān)閉啟動(dòng)閥。止回閥與啟動(dòng)閥并聯(lián)，在機(jī)器進(jìn)入工作狀態(tài)后，當(dāng)輸氣管的氣壓高于貯氣筒的氣壓時(shí)，止回閥就打開；當(dāng)貯氣筒的氣壓高于輸氣管的氣壓時(shí)，止回閥就關(guān)閉，這樣就能保證下次啟動(dòng)時(shí)有足夠的氣壓。本發(fā)明與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)I.效率高。(I)燃燒效率燃料在充足空氣助燃下燃燒溫度可達(dá)200(TC，本發(fā)明按黃金分割確定工質(zhì)的最佳工作溫度為約900°C，就需用更多新鮮空氣與熾熱燃?xì)饣旌仙煞瞎ぷ鳒囟纫蟮墓べ|(zhì)，充裕的空氣使燃料能充分燃燒，同時(shí)燃燒室的科學(xué)設(shè)計(jì)為燃料能充分燃燒提供技術(shù)支持，故其燃燒效率可達(dá)100%。(2)熱效率工質(zhì)做功前的溫度900°C遠(yuǎn)低于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的2000°C，做功后的溫度也低得多，因此只需在機(jī)體的部分表面安裝散熱片即可，無(wú)需用水套大面積包裹全部汽缸奪走大量熱能致使工質(zhì)做功的能力大大降低，另外做功后的工質(zhì)不僅溫度低，壓強(qiáng)也低至接近大氣壓，廢工質(zhì)帶走的能量就少，熱效率就高。
(3)機(jī)械效率為使機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)均勻，本發(fā)明的壓氣機(jī)宜采用雙缸，工作部分宜采用三缸，共5個(gè)缸，與五缸內(nèi)燃機(jī)相比，前者只有3個(gè)排氣閥的開閉需消耗機(jī)械能，其余閥門均自動(dòng)開閉，而后者有5個(gè)進(jìn)氣閥和5個(gè)排氣閥的開閉需消耗機(jī)械能，并且還有大小齒輪摩擦的損耗，所以本發(fā)明的機(jī)械效率較高。2.成本低。(I)僅廉價(jià)的啟動(dòng)裝置一項(xiàng)就使其成本降低不少，若應(yīng)用到汽車上作為汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，既可以跟汽車的制動(dòng)裝置共用一個(gè)貯氣筒，同時(shí)又可以為制動(dòng)裝置省去一個(gè)壓氣機(jī)， 從而進(jìn)一步降低成本。(2)工質(zhì)的溫度和壓強(qiáng)較低，對(duì)機(jī)件的性能要求就較低，機(jī)器的制造成本也就較低。另外其燃料供給系統(tǒng)是連續(xù)工作的，就無(wú)須象現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的那樣加工要求高精密度，并且產(chǎn)生的工質(zhì)能供應(yīng)多缸工作。(3)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室需用昂貴的耐熱合金制造，本發(fā)明的燃燒室科學(xué)設(shè)計(jì)使其可以用普通材料制造壓縮空氣進(jìn)入外套與火焰管之間的狹長(zhǎng)夾層后再?gòu)脑S多小孔進(jìn)入管膛與燃料充分接觸幫助燃料燃燒，既能不斷冷卻管體，又能巧妙利用氣流使熾熱燃?xì)獾母邷貐^(qū)域始終出現(xiàn)在管膛的中心而不會(huì)靠近管壁。3.重量輕。其工作壓強(qiáng)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)燃料爆燃瞬間產(chǎn)生的高壓，所以對(duì)機(jī)件的強(qiáng)度要求低，可以用較薄的材料制造，另外省去了龐大的水套散熱器冷卻系統(tǒng)，從而較大減輕了重量和減小了體積。4.低排放。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)取決于燃燒效率，由于燃料能充分燃燒，所以排放廢氣的污染物中只含不可燃物，可燃物HC、CO的排放為零，能達(dá)到最高排放標(biāo)準(zhǔn)，完全杜絕冒黑煙現(xiàn)象。5.低噪音?？梢酝ㄟ^改變進(jìn)氣閥彈簧的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整工質(zhì)的膨脹比，或通過缸徑大小的設(shè)計(jì)，或通過活塞行程長(zhǎng)短的設(shè)計(jì)，使工質(zhì)作絕熱膨脹做功后的壓強(qiáng)接近大氣壓，這樣噪音就很小，無(wú)需加裝消聲器。6.故障少。發(fā)熱器只有壓氣機(jī)、燃料供給系統(tǒng)和點(diǎn)火裝置易出故障，而這些裝置已分別在空氣壓縮機(jī)、燃?xì)鉄崴魃媳粡V泛使用，技術(shù)已很成熟，從這些裝置的使用情況看， 長(zhǎng)時(shí)間工作也很少發(fā)生故障；工作部分只是簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置，在較低的溫度壓強(qiáng)下工作，易保養(yǎng)不易出故障；啟動(dòng)裝置除了啟動(dòng)閥經(jīng)無(wú)數(shù)次開閉造成的磨損，基本無(wú)故障，經(jīng)久耐用， 特別適合頻繁啟動(dòng)的汽車采用。7.易維修。構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)高精零部件；發(fā)熱器和工作部分明確分開，出現(xiàn)故障時(shí)容易尋找根源。8.采用點(diǎn)燃式，低溫不影響啟動(dòng)，而且氣溫越低越有利于機(jī)器工作。無(wú)冷卻水，不會(huì)因結(jié)冰損壞機(jī)件。
權(quán)利要求
1.1.一種新型內(nèi)燃機(jī)，其特征是發(fā)熱器由空氣濾清器(I)、進(jìn)氣管(2)、壓氣機(jī)(3)、輸氣管(4)、燃料供給系統(tǒng)(5)、點(diǎn)火裝置(6)、燃燒室(7)等構(gòu)成，工作部分由汽缸(8)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(9)、進(jìn)氣閥(10)、排氣閥(11)、排氣管(12)等構(gòu)成，啟動(dòng)裝置由貯氣筒(13)、啟動(dòng)閥(14)、止回閥(15)等構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的技術(shù)方案，其特征是燃燒室(7)由外套(16)、火焰管(17) 構(gòu)成，外套用直徑4-6cm的普通鋼管制成，長(zhǎng)度根據(jù)機(jī)器功率的大小設(shè)計(jì)；火焰管用布滿小孔的鋼片卷成管狀，直徑略小于外套，長(zhǎng)度與外套相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的技術(shù)方案，其特征是進(jìn)氣閥(10)由閥門(18)、閥桿(19)、 彈黃(20)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的技術(shù)方案，其特征是進(jìn)氣閥的開閉由活塞控制，當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣閥處于開啟狀態(tài)；當(dāng)工質(zhì)推動(dòng)活塞下行時(shí)，進(jìn)氣閥跟著下行；當(dāng)進(jìn)氣閥的閥門關(guān)閉進(jìn)氣口后，工質(zhì)便作絕熱膨脹推動(dòng)活塞繼續(xù)下行直至下止點(diǎn)；當(dāng)活塞從下止點(diǎn)上行時(shí)， 進(jìn)氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)活塞上行壓縮彈簧時(shí)，工質(zhì)的壓力使閥門仍緊閉；當(dāng)活塞將上行到上止點(diǎn)時(shí)就頂起閥桿推開閥門，彈簧再將閥門推到進(jìn)氣閥的上止點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的技術(shù)方案，其特征是排氣閥的開閉由凸輪、挺柱、推桿、搖臂組成的配氣機(jī)構(gòu)控制，機(jī)軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周排氣閥就開閉一次，活塞上行時(shí)排氣閥就打開，活塞下行時(shí)排氣閥就關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型內(nèi)燃機(jī)，其發(fā)熱器由空氣濾清器(1)、進(jìn)氣管(2)、壓氣機(jī)(3)、輸氣管(4)、燃料供給系統(tǒng)(5)、點(diǎn)火裝置(6)、燃燒室(7)等構(gòu)成，工作部分由汽缸(8)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(9)、進(jìn)氣閥(10)、排氣閥(11)、排氣管(12)等構(gòu)成，啟動(dòng)裝置由貯氣筒(13)、啟動(dòng)閥(14)、止回閥(15)等構(gòu)成，從根本上解決現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)因設(shè)計(jì)的缺陷而出現(xiàn)的諸多問題，具有效率高、成本低、重量輕、低排放、低噪音、故障少、易維修等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02B75/40GK102588106SQ201210060489
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者張善沐 申請(qǐng)人:張善沐