[發(fā)明專利]一種具有對置活塞對置氣缸單曲軸的內(nèi)燃機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310070037.7
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN103174513A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏迎松;李傳友;左朝鳳;陳新;李業(yè)振
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽中鼎動力有限公司
• 主分類號: F02B75/32
• 分類號: F02B75/32;F02B75/24;F02B75/28;F02B37/04;F02F1/22;F02F1/18
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機，尤其涉及一種具有對置活塞對置氣缸單曲軸的內(nèi)燃機。?

背景技術(shù)

汽車和輕型飛機工業(yè)的內(nèi)燃機設(shè)計和制造技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達。為了在商業(yè)上的應(yīng)用，任何新型的發(fā)動機結(jié)構(gòu)，必須在不犧牲性能的情況下，能夠在節(jié)約能源和原材料上有明顯的改善（特別是燃油消耗的改善），達到環(huán)境保護和污染控制的目的，并在乘客的安全性和舒適性方面有顯著改善，以及采用有競爭力的設(shè)計和生產(chǎn)方法來降低成本和重量。?

新的發(fā)動機結(jié)構(gòu)必須具有在簡單的機械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上使摩擦損失最小化，而且必須適合發(fā)展最大限度地提高燃燒效率和增大燃油利用率的技術(shù)。也就是說，新的發(fā)動機結(jié)構(gòu)應(yīng)具體解決在內(nèi)燃機中最主要要的摩擦力損耗的問題；并且發(fā)動機應(yīng)具有最佳體積和最高燃燒效率的燃燒室；還要能適合于利用先進的增壓和燃油直噴技術(shù)。?

新的發(fā)動機結(jié)構(gòu)必需在重量上更輕，最好能夠減小高度尺寸，從而提高適配性和乘客的安全性。對于在汽車上的應(yīng)用，發(fā)動機高度的降低就可以允許將發(fā)動機安裝在座位下或行李箱中。對于在輕型飛機上的應(yīng)用，低的外形尺寸就允許發(fā)動機被直接安裝在機翼內(nèi)，甚至不需要發(fā)動機導流罩。?

新的發(fā)動機結(jié)構(gòu)應(yīng)該能達到動態(tài)平衡，以盡量減少噪音和振動。理論上，能夠?qū)崿F(xiàn)完全平衡的發(fā)動機就是兩缸發(fā)動機；而大的發(fā)動機僅需在結(jié)構(gòu)上把這種小發(fā)動機連接到一起。在低負荷條件下，發(fā)動機的整體（隨同其相關(guān)的機械損耗）可以在脫離的同時又不會破壞發(fā)動機的平衡性。?

對于汽車和輕型飛機來說，盡管運用外部連續(xù)燃燒技術(shù)（例如斯特林發(fā)動機和燃料電池）最終能為汽車和輕型飛機提供低排放且高效的動力，但由?于其在重量、空間、駕駛性能、能量密度和成本上的固有缺點，這些技術(shù)仍然不能替代內(nèi)燃機，對于這些應(yīng)用領(lǐng)域活塞式內(nèi)燃機在許多年以內(nèi)還將是最重要的動力形式。?

當前在汽車市場上四沖程內(nèi)燃機占主導地位，其通常為四缸直列布置。為了實現(xiàn)發(fā)動機做功過程的連續(xù)和穩(wěn)定一般至少需要四個氣缸做功，因此就決定了發(fā)動機的尺寸和形狀會很大，因此極大的限制了工程師在整車內(nèi)布置發(fā)動機位置的選擇。這類發(fā)動機擁有的較小的氣缸對于燃燒的效率或者說對于降低初始氣體的排放并不是最佳的設(shè)計方案。四缸直列的布置方式對于乘客的駕乘感受也有負面的影響，因其設(shè)計帶來的運動件不平衡力導致了高的噪音和高的振動幅度。?

長期以來發(fā)動機的設(shè)計者已經(jīng)認識到二沖程發(fā)動機對于四沖程發(fā)動機具有更明顯地優(yōu)勢：曲軸每旋轉(zhuǎn)一周每個氣缸就有一次做功沖程；所以相比較于四沖程的發(fā)動機在相同轉(zhuǎn)速速率下，二沖程發(fā)動機輸出的功率會是四沖程發(fā)動機的二倍。通常氣缸數(shù)越少機械結(jié)構(gòu)就會越簡單而且便于運輸。而二沖程發(fā)動機相比四沖程發(fā)動機不僅結(jié)構(gòu)簡單，同時進排氣口打開和關(guān)閉的機構(gòu)也非常簡單。?

然而，二沖程發(fā)動機因為其明顯的缺點而限制了它的應(yīng)用。即二沖程發(fā)動機平均有效壓力（即，容積效率較差）低于四沖程發(fā)動機，因為在每個沖程中都會損失一些有效地燃料混合氣用于移除之前做功沖程的燃燒產(chǎn)物（掃氣）或者用于助燃空氣的補充過程，因此做功沖程會失去這部分燃料提供的動力。掃氣是二沖程發(fā)動機固有的問題，尤其是當發(fā)動機必須在超過某個大范圍的速度并在負載的條件下運行時。二沖程壓燃式（柴油）發(fā)動機還有其它已知的缺點，包括起動性差和高顆粒物排放。?

現(xiàn)代增壓和燃油直噴技術(shù)可以克服許多二沖程發(fā)動機以前的限制，使得兩缸二沖程發(fā)動機代替四缸四沖程發(fā)動機變得可行。假如一個兩缸二沖程發(fā)動機和四缸四沖程發(fā)動機有相同的著火頻率。如果二沖程發(fā)動機能夠提供四沖程發(fā)動機2/3的平均有效壓力，并且二沖程發(fā)動機每個缸的有效容積比四沖程發(fā)動機增加50%，那么這兩種發(fā)動機能夠產(chǎn)生幾乎相同的輸出功率。數(shù)量更少但體積更大的二沖程發(fā)動機燃燒室在提高燃燒效率和減少初始氣體排放上將有更好的表現(xiàn)；二沖程還可以去除像四沖程發(fā)動機那樣的氣閥，因此?允許在燃燒室的設(shè)計上擁有更大的靈活性。?

目前生產(chǎn)的發(fā)動機已知的缺點是有顯著地摩擦損失；因此通過減少這些摩擦損失可以達到提高發(fā)動機效率的目的。當前生產(chǎn)的汽車發(fā)動機摩擦損失最大的部分來源于旋轉(zhuǎn)的連桿推動活塞在氣缸壁產(chǎn)生的側(cè)向力，這部分摩擦大約占整個摩擦損失的一半。這個損失的大小可以用一個關(guān)系式來表示：即曲軸曲柄半徑r，除以連桿長度l；這個比值通常稱為λ。想要減小λ，可以通過增加連桿有效長度或減少曲軸的曲柄半徑，這樣就可以最大化的降低整體的摩擦損失。?

由于活塞（或者更精確的說是活塞環(huán)）和氣缸壁接觸導致的摩擦損失和活塞相對于氣缸壁的平均速度同樣有一個對應(yīng)關(guān)系。即在保持同樣的功率輸出的同時降低活塞的速度，也可以使摩擦損失相應(yīng)減少。?