[發(fā)明專利]雙活塞轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510029762.9
• 申請(qǐng)日: 2015-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN104727936B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐仁杰;熊薇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 唐仁杰
• 主分類號(hào): F02B55/02
• 分類號(hào): F02B55/02;F02B55/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及旋轉(zhuǎn)活塞類雙活塞轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃機(jī)。

背景技術(shù)

熱機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，內(nèi)燃機(jī)是熱機(jī)的一個(gè)重要類型，內(nèi)燃機(jī)主要包括點(diǎn)火系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等。

自從公元1898年左右曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)發(fā)明至今，在地面車輛、航運(yùn)以及各種動(dòng)力設(shè)備中，曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)獲得了最為廣泛的應(yīng)用，并大大加速了人類的歷史進(jìn)程。曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的基本工作原理，是活塞在汽缸內(nèi)受燃燒的高壓氣體推動(dòng)作上下運(yùn)動(dòng)，并通過連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲軸的單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換和動(dòng)力輸出。

評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有功重比（功率/重量比，有時(shí)也采用氣缸升功率指標(biāo)）、耗油率、制造工藝性、使用維護(hù)壽命等。對(duì)于曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出是通過活塞、連桿和曲軸三者結(jié)合而成的曲軸連桿式傳動(dòng)系統(tǒng)完成的。這種內(nèi)燃機(jī)主要有如下結(jié)構(gòu)性缺點(diǎn):

1、曲軸連桿式傳內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)混合氣在壓力最大、容積最小的時(shí)候燃燒時(shí)間短，活塞此時(shí)下行，使燃燒不完全，廢氣濃度高，作功效率低。現(xiàn)有的曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，都在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前不同程度的提前點(diǎn)火或噴油，目的是為了讓混合氣在燃燒室容積最小的時(shí)候燃燒更快、更完全，從而能得到更大的功率輸出，并降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放廢氣濃度，但這樣做也產(chǎn)生了一定的負(fù)作用：因提前點(diǎn)火，缸內(nèi)壓力急劇升高，阻滯了活塞上行，增加了壓縮負(fù)功，并容易引起燃燒爆震現(xiàn)象。這種矛盾在現(xiàn)有的曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)中始終存在。

2、在曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，連桿對(duì)活塞的作用力方向周期性改變，且在發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出最大時(shí)，連桿對(duì)活塞的作用力沿氣缸壁面法線方向也達(dá)到最大值附近，由此引起活塞和氣缸之間的摩擦功率損耗很大，且容易導(dǎo)致活塞和氣缸之間表面因摩擦而引起的損壞。

3、在曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，活塞始終處于一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)氣時(shí)活塞在下止點(diǎn)瞬間又很快進(jìn)入壓縮行程，從而在缸體容積最大時(shí)沒有更多的時(shí)間吸進(jìn)更多的新鮮混和油氣，排氣時(shí)活塞到上止點(diǎn)瞬間又很快進(jìn)入進(jìn)氣行程，從而使氣缸容積最小的時(shí)候沒有更多的時(shí)間讓廢氣最大程度的排出，這些情況最終都影響更多的新鮮混和油氣進(jìn)入氣缸，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)換氣效率低，使發(fā)動(dòng)機(jī)升功率的提高受到一定的影響。

4、曲軸連桿機(jī)構(gòu)不是軸對(duì)稱部件，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由曲軸連桿機(jī)構(gòu)引起的振動(dòng)大、噪聲大；曲軸連桿機(jī)構(gòu)難平衡，其制造工藝較復(fù)雜，成本高；在使用過程中，活塞、曲軸連桿機(jī)構(gòu)等易磨損，維修費(fèi)用高；采用曲軸連桿的內(nèi)燃機(jī)極限轉(zhuǎn)速低，嚴(yán)重制約了發(fā)動(dòng)機(jī)功重比的提高。

5、曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的節(jié)氣門、曲軸連桿等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不夠緊湊。

進(jìn)入20世紀(jì)以來，能源危機(jī)的顯現(xiàn)，以及環(huán)境污染問題的嚴(yán)重化，促進(jìn)了對(duì)曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)工作。目前，經(jīng)過增壓燃燒、電噴化改進(jìn)等多個(gè)階段的設(shè)計(jì)改進(jìn)，曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)基本上已經(jīng)達(dá)到極致，但是受上述曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)性缺點(diǎn)的限制，要想獲得更好技術(shù)性能指標(biāo)的內(nèi)燃機(jī)，只有采用新的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)方案。

早在20世紀(jì)初，出現(xiàn)了一種被稱為三角轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)，并在后來獲得了較為廣泛的應(yīng)用。與曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)相比，三角轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)采用了齒輪傳動(dòng)形式的內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸對(duì)稱性較好，發(fā)動(dòng)機(jī)極限轉(zhuǎn)速高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的功重比更為出色，結(jié)構(gòu)也更為緊湊。但三角轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)也存在著一些不足之處。比如氣缸內(nèi)燃燒不充分、油耗過大，輸出軸扭矩過小，氣缸密封困難等。這是因?yàn)槿寝D(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃?xì)庾饔迷谵D(zhuǎn)子側(cè)面的膨脹壓力被分為兩個(gè)力，一個(gè)力推動(dòng)輸出軸旋轉(zhuǎn)，而另一個(gè)力指向輸出軸中心，從而導(dǎo)致整機(jī)的輸出扭矩過小；因?yàn)槠淦转M長而使燃燒率過低，油耗過高；因?yàn)槭褂锰厥庑螤畹臍飧祝瑢?dǎo)致了汽缸加工制造及氣缸密封設(shè)計(jì)制造的難度。上述的三角轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)存在的若干問題，導(dǎo)致其在能源危機(jī)及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的今天難以大范圍推廣使用。

進(jìn)入21世紀(jì)，一方面，從社會(huì)需求的角度：

1、能源危機(jī)更加顯著，環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，內(nèi)燃機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，從而促使人類尋找更加節(jié)能環(huán)保的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)。

2、在車船動(dòng)力裝置領(lǐng)域，尤其是在市場(chǎng)巨大的家用轎車領(lǐng)域，受電池續(xù)航能力、電池安全性、充電公用設(shè)施建設(shè)覆蓋度等的限制，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的家用轎車市場(chǎng)占有率依然很低，油電混合形式的內(nèi)燃機(jī)將成為未來城市社會(huì)的家用轎車等的綠色動(dòng)力裝置實(shí)用選擇。