[實用新型]自由活塞式負荷響應發動機

無效

• 申請號: 200820179108.1
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN201288608Y
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 靳北彪
• 申請（專利權）人: 靳北彪
• 主分類號: F02B71/00
• 分類號: F02B71/00;F02D15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及發動機領域。

背景技術

眾所周知，往復式內燃發動機已經擁有一百多年的歷史，是一種非常成功的熱功轉換機械。但目前人類所遇到的能源環境問題，對熱功轉換機械提出了更高的要求。為此，往復式內燃機就顯得體積大、重量大、效率低、低排放性差。近些年來，人們開始特別注重自由活塞式發動機的研究和開發。與往復式活塞發動機相比，自由活塞式發動機具有效率高、排放性好，體積小、重量輕等優點。但是，自由活塞發動機的行程和壓縮比的控制一直沒有得到解決，也已成為自由活塞發動機商業化應用的巨大障礙。

為此需要發明一種排放量(行程)和幾何壓縮比可控可調的新型自由活塞發動機，以提高自由活塞發動機的效率、低排放性和適用性。

發明內容

傳統往復式發動機的最大缺陷是在爆炸沖程上止點，活塞對曲軸沒有力矩，而且在相當轉角內力矩也較小，因而使氣缸內的高溫高壓氣體維持時間過長導致熱量損失大，氮氧化物形成多，效率低，排放差。而自由活塞式發動機則不然，活塞在爆炸沖程開始時就具有很大的力矩，燃燒室內氣體膨脹快，熱量損失小，氮氧化物形成少，效率高，排放好。但是，自由活塞發動機的行程和壓縮比的控制是十分困難的，一直是自由活塞發動機商業化應用的巨大障礙。

無論何種內燃發動機都是一種熱功轉換機械。其效率的核心是氣缸內燃燒后的溫度和壓力，即燃燒后的工況。燃燒后的工況決定發動機的熱效率，而燃燒后的工況基本上是由燃燒前的工況和空燃比決定的。所以燃燒前氣缸內的壓力、溫度和空燃比基本上決定了發動機的熱效率，而空氣的量決定發動機可能實現的功率。原則上講，燃燒后的溫度越高壓力也就越大，效率也就越高。在考慮爆燃、材料的強度和材料的熱負荷等實際因素的前提下，一種燃料只有一個最佳工況，即一個最佳溫度值、最佳壓力值和最佳空燃比值，而且溫度、壓力和空燃比中任何一個參數偏離此最佳值都會嚴重影響發動機的效率。由于發動機的配氣機構的節流效應很大，所以當發動機負荷和轉速變化時，單一吸氣沖程吸入氣缸內的空氣的量是不同的，由于傳統發動機的幾何壓縮比是定值，故壓縮沖程完了時氣缸內的溫度和壓力也是不同的。在柴油發動機中，因沒有節氣門，轉速越低吸入的空氣越多，壓縮后的溫度和壓力也越高。而轉速低往往是負荷小的時候，所以只能向氣缸內噴入少量燃油，致使空燃比大幅度偏離最佳值進而嚴重影響發動機的熱效率，而且由于大量剩余氧氣的存在導致大量氮氧化物的生成污染環境。在汽油發動機中，由于考慮到汽油點燃的問題不得不設置節氣門，使發動機在低速時進氣量減少以使在噴入少量燃油時仍可點燃發動機。然而，這導致汽油機在低轉速低負荷時壓縮沖程完了時的工況嚴重偏離最佳值，發動機的效率也因此而大幅度下降。由此可見，當轉速和負荷變化時，傳統發動機的工況和空燃比都會大幅度偏離最佳值，從而導致發動機的效率嚴重下降，排放嚴重惡化。當發動機的轉速和負荷變化時，如都能保持發動機的最佳工況和最佳空燃比，則將大幅度提高發動機的效率和環保性。為實現這一目的，必須使發動機氣缸的幾何壓縮比和排氣量同時可調。

本實用新型的目的就是要公開一種排氣量(行程)和幾何壓縮比可控可調的新型自由活塞發動機，可根據燃料不同和負荷變化調整排氣量(行程)和壓縮比，即自由活塞式負荷響應發動機，以提高發動機的效率、低排放性和適用性。該目的是這樣實現的：

一種自由活塞式負荷響應發動機，包括：氣缸和自由活塞，分別在共軸線設置的所述氣缸中設置所述自由活塞，所述自由活塞的背部經連接件連接，在所述共軸線設置的所述氣缸之間、所述氣缸的各自連接件之間、所述氣缸的各自固定件之間或所述氣缸的各自隨動件之間設置可調式距離控制裝置，在所述自由活塞、所述自由活塞的各自連接件、所述自由活塞的各自固定件或所述自由活塞的各自隨動件和與所述自由活塞相配裝的所述氣缸、所述氣缸的各自連接件、所述氣缸的各自固定件或所述氣缸的各自隨動件之間設置可調式行程控制裝置。

所述可調式距離控制裝置設為機械可調式距離控制裝置，所述機械可調式距離控制裝置設為由受控絲杠構成的絲杠可調式距離控制裝置，或設為由受控偏心軸構成的偏心軸可調式距離控制裝置，或設為由受控凸輪構成的凸輪可調式距離控制裝置。通過所述受控絲杠、所述受控偏心軸和/或受控凸輪的轉動實現兩氣缸間的距離的調整。

所述可調式行程控制裝置設為機械可調式行程控制裝置，所述機械可調式行程控制裝置設為由連桿A、連桿B和受控端部銷軸構成的二連桿可調式行程控制裝置，或設為由所述連桿A、所述連桿B、連桿C和所述受控端部銷軸構成的三連桿可調式行程控制裝置。