专利名称：一种活塞往复内燃机的工质流动系统及其设置的制作方法
一种活塞往复内燃机的工质流动系统及其设置 技术领域 本发明属于活塞往复内燃发动机
背景技术：
为了提高活塞往复内燃机的功率，热效率和去污的需要，目前采用的方法是废气涡轮增 压或另设机构增压；废气涡轮增压难以适应各工况的需求，瞬态反应滞后，需添加辅助设施解决，增加了 发动机的复杂性和制造成本。机外机械增压，也增加了复杂性，同时还得另消耗功率，以上措施还缺少对 增压空气量和温度的调控，因此虽然取到一定的成效，但并不理想，在用途最广、数量最多的中小型发动 机上难以普及
发明内容
为了解决上述传统发动机强化和优化存在的问题，根据强化原理和优化要求，设计一种 两缸对置，供气缸大于发动缸，两活塞用框架结构连接成一体，动力传动部分置于框架内，动力轴从框架 前后穿出的发动机体内活塞式增压方案，同时增添了增压空气的量和温度的调控，排气增加了压縮空气旁 通和排气间歇时、涡轮吸气降温并予防喘振等设置。
用申请"一种齿轮齿条机构"作发动机的动力输出，将此机构的齿条框架的上端连接发动缸活塞，下 端横向连接部分直接作成增压缸活塞，两活塞成为一个整体同步运动且行程相同，与增压缸配合构成活塞 式增压机构。增压缸活塞直径是发动缸活直径的两倍以上(具体数值的增减由设计要求确定)。其积极效 果是利用了曲柄箱的空间，在不增加其他辅助设置下，实现超高增压，可获得5倍以上于发动缸的功率， 结构紧凑，传动直接，增压稳定，配合有序。便于实现对增压缸压縮喷水中冷降温(增压喷水机构在另一 申请中提出)，调控压缩空气温度，有利组织燃烧。中冷后的压縮空气还可以对发动缸和活塞进行降温， 于是本来受热负荷困扰的增压措施成为有力降温手段；同时还减少了压缩耗功。同不增压的功率相同的增 压缸相比，其散热面积縮小了3-4倍，减小了发动缸对外的传热损失，相对地增加了发动机的热效率。其 他积极效果为此齿条框架有利于连接往复惯性力消除机构和有利对其他机构的传动，有利组合双缸并联 结构(此技术在其他申请中提出)。
在用传统的曲柄连杆机构或无连杆机构作发动机的动力传输时，用一类似齿条框架结构的框架，将曲 柄、曲柄销和连杆置于框架内，曲柄轴从框架前后穿出，框架上端连接发动缸活塞，下端横向连接部分做 增压缸活塞与增压缸配合，构成与上述相同的活塞式增压机构。其不同之处只是发动机的功率输出方式不 同，其他方面和积极效果两者一样。
增压缸底盖板上，设有增压缸进气止回阈和压縮空气止回阀；缸外倒安装有进风管与底盖板下面通风 道连通，压气止回阀下面是压缩空气蓄气通道，由下面从缸俩伸出底盖板向上，再转弯后切向通往发动缸 套进气口，并环绕发动缸套下截成为发动缸的下部份。
经过滤的空气从发动机盖面进风口进入，流经发动缸顶部散热片、上部机体横隔通风口、经过及其他 机件进入增压缸进风管，经进风通道从进气止回阈进入增压缸，在缸内压縮中冷后，从压气止回阀进入压缩空气蓄气通道；当发动缸活塞下行打开发动缸套进气口时，上蓄气通道里的压缩空气以涡流切向进入发 动缸。其积极效果是空气流动沿途有一定的流速以及框架和其他运动机件的扰动，对发动缸发动缸活塞 及其他机件进行降温。由于采取进风管吸气时喷入水雾，空气进入增压缸压缩时产生的热由水雾汽化耗用 热吸收，实现压缩过程中冷，中冷后的空气(温度由喷入水雾的量确定)存储在蓄气通道里；中冷空气以 一定的压力高速切向进入气缸时，对活塞顶面和发动缸进行降温。发动缸活塞连接在框架上，框架上下运 动时活塞与蓄气通道里的冷空气相对运动，蓄气通道里的冷空气可导走活塞带有的热量，消除热负荷的 危害。采用蓄气通道伫储增压后的压缩空气，使发动缸的压缩和功率的输出等工作与增压工作有机地结合， 同时地进行。
压縮空气止回阀杆从蓄气通道伸出至发动机底盖板外面，联接"增压缸吸入空气调节机构"调节压气 止回阀关闭间隙，使一定量的压縮空气返回增压缸，达到调节增压缸吸入空气量的目的。其积极效果是可 以调节发动缸的压縮比，有利发动机的启动，按发动机的负荷供气，配备合理的空燃比；如将空气调节机 构与调速器构件连接，按发动机的转速和负荷适时供气，可便于实现机械式汽油缸内喷射燃烧。
排气口设在发动缸后上侧，减小发动缸顶面热负荷，便于其他设置在顶面布置。排气管进口上边，设 有吸入空气止回阀，利用排气结束间断时间涡轮鼓风能量吸入冷空气对废气流动系统降温，同时避免废气 涡在排气间歇时的喘振。
闸板式排气阔下面是压縮空气旁通通道口，排气阀在开启排气口的同时打开旁通口，使压缩空气供入 排气管进口与废气混合，对废气去污，同时对排气口和废气进行降温。旁通口还配有调节机构，对旁通空 气进行调控。以上措施有利于小型发动机和排气温度高的内燃机实现废气涡轮回收能量增加发动机的热效 率和功率，并兼有去污功效。下面结合附图对以上发明作进一步详细说明。
图l:供风系统增压机构剖面图；图2. 1:增压缸及增压缸底盖板上供风系统结构图； 图2.2:蓄气通道压縮空气供入发动缸横向剖视图；图2.3:供风系统纵向剖视图；图3:增压缸吸入空 气调控机构图；图4. 1:排气系统平面结构图；图4. 2:,排气系统结构纵向剖视图；图5:压縮旁通调节 机构横向剖视图图6:曲柄连杆机构发动机增压结构图。
具体实施方式
1 :如图1所示采用申请"一种齿轮齿条机构"(申请号200710147446. 7)作功率传 输，此机构[6]中齿条框架上端横向连接部份连接发动缸活塞[7]，下端横向连接部份作成增压缸活塞[5]， 于是两活塞同步且行程相同；增压缸活塞[5]的直径是发动活塞[7]的直径的2倍以上，构成超高增压机构， 使发动机的功率为发动缸不增压时功率的5倍以上(具体数值依设计要求而定)，增压缸作在功率输出轴 (齿轮轴)下面，四面用横隔连铸在机体上(如图2. l所示)。
增压缸底盖板[20]缸内的面积布置有进气止回阀[2]和压气止回阀[3],图2.1还示出增压气缸外侧 在盖板[20]上安装进风管[14]、 [15]，与进风通道[l]连通(图中虚线所示)，进风管[14]上端风口正对 中冷喷水降温喷咀，(中冷喷水降温机构在另申请中提出，此处说明从略)。压縮空气连接管[19]下端安装在缸增压底盖板上增压缸左后侧，与下面的压縮空气蓄气通道[4](图中虚线示出)连通，上端连通上压 缩空气蓄气通道[9](图2.3所示)，蓄气通道[9]切向通往发动缸缸套[10]的进气口并环形围抱发动缸缸 套[10]下段(图2.2、 2.3所示)。
图4.2所示发动缸[11]上后侧排气口[12](图l中所示)由闸板式排气阀[21]定时开闭排气，排气 阀[21]下面，设置有压縮空气旁通孔道[25]连通压縮空气蓄气通道[9](图4.2所示)，压縮空气旁通孔 道[25]由排气阀的操作与排气口同步开闭，在发动缸排气期间供入压縮空气对排气口和废气实现降温，并. 兼有去污的功效。
图5示出压縮空气旁通孔道[25]的供气量，由板弹簧[26]、闸板[24]、楔形头伸縮杆[27]、螺母[28] 构成的调控机构进行调节，旋动螺母[28]使伸縮杆[27]楔形头压迫剪闸板[24]前进，縮小或关闭旁通孔道 口[25]，旋动螺母[28]使伸缩杆[27]后退，板弹簧[26]回复弹力使闸板[24]的后退，旁通孔道口随之打 开或扩大，从而调节旁通空气供入量。
图4.1、图4.2示出排气管[23]进口上边，设置一空气吸入止回阀[22]，排气管[23]通往废气涡轮 (图中未画出)，在发动缸排气间断时，废气涡轮的鼓风作用，空气从止回阀[22]吸入，对排气管和废气 涡轮降温，同时预防废气涡轮的喘振。废气涡轮回收的的废气能量通过齿轮传递到功率轴上输出，增加发 动机的热效率。便于转速高、排气温度高，缸数少的中小型发动机实现废气能量回收。
图3示出增压缸压縮空气止回阀[3]阀杆伸出发动机底盖板，伸出的杆头连接摇杆[17]的一端，摇杆 [17]另一端连接调控伸缩杆[29]。拉动伸缩杆[29]上升使摇杆[17]牵动止回阀[3]杆头后退，则止回阀[3] 关闭有一定的间隙，因此有一定的压縮空气返回增压缸，使增压缸减少从进风通道里吸入空气；旋转螺母 使伸縮杆在板弹簧[18]的作用力下降，在止回阀杆弹簧的作用下，止回阀关闭间隙縮小或关闭。减小或者 关闭压縮空气的返回。由此，调节伸缩杆[29]的上下，就能调节增压缸的增压空气量。
发动机运行，工质流动系统中、工质流动机制如下 '
发动缸[ll]作功时，两活塞同步下行，活塞[5]压縮已吸入增压缸[16]的空气；同时吸入经过滤的空 气(空气过滤器图中未画出)从发动机盖面进风口[13]进入发动机机体，流经发动缸[ll]顶部散热片，往 下通过发动机横隔通风口[8]，齿条框架中空部位及其他空间，伫于增压缸上部空间(即活塞[5]上面)；活 塞下行至发动缸[7]位于发动缸缸套进风口上附近处，排气阀[21]开启进行排气，旁通孔道[25]同时打开， 蓄气通道里的压缩空气随之供入，对排气口实现降温并与废气混合去污；旁通空气量由调控机构根据工况 和排气温度适时调控。活塞[5]继续压縮增压缸内空气，当增压缸内空气压力超过蓄气通道内压縮空气的 压力时，压气止回阀[3]打开，压缩空气进入压缩蓄气通道，暂时伫储；活塞下行至活塞[7]打开发动缸[11] 的缸套进风口[10]时，压缩空气以涡流进入发动缸，对发动缸活塞顶面组成燃烧室部分的凹进部分扫气并 实现降温，并同时对发动缸实行扫气和降温，扫气结束，排气阀[21]关；活塞继续下行至下止点，发动机 缸套进风口[10]全开，此时充气容积最大，压縮空气压力降低，对发动缸实现降温；增压缸压气止回阀[3]关闭。活塞从下止点向上返行，增压缸[16]开始吸入空气(已进入机体的空气)，发动缸活塞[5]压缩发动 缸[ll]和蓄气通道内的空气，至发动缸套进气口[10]关闭时，发动缸[11]和蓄气通道[9]里的压縮空气隔
开，蓄气通道里的空气保持分开时的压力伫在蓄气通道里，发动缸里的压縮空气继续压縮；与此同时，中
冷喷水咀向进风管[14]喷入水雾，水雾随空气混合进入增压缸，在活塞[5]向下运动压縮时受热汽化，由
汽化吸热对增压空气实现中冷降温；废气涡轮在发动机排气停止时产生鼓风作用，从吸入空气止回阀[22]
f入空气，对排气系统实现降温，并防止了涡轮的喘振。排气开始时，止回阀[22]关闭，排气正常进行， 活塞行至上止点，发动缸内压縮完成，燃烧开始，增压缸吸入完成，增压进气止回阀关闭，活塞从上止点 向下运动，下轮循环开始，如此循环。
具体实施方式
2:如图6所示框架[30]上端连接活塞[7](活塞下口作出活塞裙，用螺钉连接在框
架[30]上)，曲柄轴[31]从框架[30]前后中间开口穿出，曲柄销[33]安置在框架[30]内，在框架 [30〕内转动。框架[30]的下端横向连接部分作成增压缸活塞[5],增压缸[16]和盖板[20]以及 其他各部分的结构和设置与实施方式l相同，图中表示与说明此处从略。
权利要求
1.“一种齿轮齿条机构”作功率传输的活塞往复发动机的增压机构，其特征在于“齿轮齿条机构”的齿条框架上端的横向连接部分，连接发动缸活塞[7]，下端横向连接部分做成增压缸活塞[5]，活塞[5]的直径大于活塞[7]的直径，具体数值依增压设计要求确定，两活塞同步且行程相同；发动缸活塞[7]在爆发压力推动作功下行的同时，增压缸活塞[5]压缩缸内吸入的空气，并将经过滤的空气从发动机盖面进风口[13]吸入，经横隔通风口[8]至增压缸上部空间。活塞返回上行时，发动缸活塞[7]压缩发动缸[11]内的空气，同时增压缸活塞[5]将已吸入机体内的空气从增压缸[16]的进风管[14]吸入增压缸[16]。在增压缸进风管[14]吸入空气的同时，对进风管[14]进行喷射水雾使之与空气混合进入增压缸，对增压空气在受压缩时产生的热实行降温。
2. —种传统的曲柄连杆机构或无连杆机构输出功率的发动机的增压机构，其特征在于曲柄连杆机构 的曲柄、曲柄销[33]和连杆[32]置于连接两对置活塞的框架[30]内，曲轴[31]从框架[30]前后 开口穿出，框架上端连接发动缸活塞[7]，下端横向连接部分做成增压缸[16]的活塞[5],与增压缸配 合，构成机体内活塞式缸内增压机构，此增压机构除功率传输方式与权利要求l的不同外，其他结构和原 理及运动方式与权利要求1相同。
3. 由权利要求1或2所述一种增压机构与增压缸底盖板[20]，底盖板[20]上面的增压缸进风管[14] [15],进气止回阀[2],压缩空气止冋阀[3]，及底盖板[20]下面的进气通道[l]，压縮空气蓄气通道[4],压縮空气通道管[19],上压縮空气蓄气通道[9],发动缸套进风口 [10]和发动缸[11]构成的 增压供风系统，其特征在于活塞向上运动从进风管[14] [15]进入的与喷射的水雾混合的空气，由底 盖板[20]下面的进气通道[1]通过进气止回阀[2]进入增压缸[16];活塞下行，进气止回阀[2关闭， 增压缸活塞[5]对增压缸[16]吸入的与水雾混合的空气实现中冷压缩，当增压缸[16]内的空气压力大于 蓄气通道里空气的压力时，压缩空气止回阀[3]开启，增压缸内剩余容积与蓄气通道连通，两活塞同步 下行至发动缸予排气结束，活塞[7]打开发动缸套[11]的进气口 [10]时，压縮空气连通容积(蓄气通 道[4]、连通管[19]和蓄气通道[9])里的压縮而且中冷的空气，以涡流进入发动缸[11],对活塞[7]顶 面组成燃烧室的凹进部分扫气，相继对发动缸[11]扫气，扫气结束时，排气阀[21]关闭排气口 [12]; 活塞继续下行，发动缸继续充气，上述过程同时，压縮中冷空气对发动缸[11]和活塞[7]进行降温，至 下止点时，增压缸压气止回阀[3]关闭，此时压縮空气的容积相对发动缸[11]的进气口[10]未开时的容积 大，压力降低，这对发动缸[11]和活塞[7]也取到降温功效；活塞从下止点返回向上运动，增压缸[16] 进气止回闽[2]开，增压缸[16]吸气；发动缸活塞[7]压縮发动缸里充入的空气，活塞7]上行在关闭发 动缸进气口时，将压縮空气隔开， 一部分伫储在压缩空气蓄气通道里，另一部分由活塞[7]上升继续压 縮，参与燃烧。
4. 由权利要求3中所述压縮空气止回阀[3]，摇杆[17],板弹簧[18]和伸縮杆[29]构成的增压 空气调空机构，其特征在于摇杆[17] —端联接压缩空气止回阀[3]的伸出发动缸底盖板外面的杆头，另一端联接伸縮杆[29下端杆头，调节伸縮杆[29]上升，带动摇杆[17]与之相联接的摇臂，另一摇臂拉动压 缩空气止回阀[3]的杆头，使压縮空气止回闽[3的关闭有一定的间隙不能完全关闭或加大已留有的间隙；调 节伸縮杆[29下降，板弹簧[18的弹力固定伸縮杆[29]的下降位置和摇杆[17]的位置，压縮空气止回阀的弹 簧压力使压縮止回阀[3的关闭间隙縮小或关闭，通过上述方法，调节压縮空气止回阀[3]的关闭间隙，使一 定量的压缩空气返回增压缸[16]，增压缸[16]随之相应的减少从进风管吸入空气，从而达到调控增压空气量 的目的。
5. —种由发动缸[11]的排气口[12]，排气阀[21]，排气管[23]，吸入空气止回阀[22j和废气涡轮构成的 排气系统，其特征在于排气口[12]设在发动缸[11]顶后侧，闸板式排气阔[21]上下运动开闭排气口[12]; 排气管[23]进口上边装配吸气止回阀[22]，在排气管[23]排气间断时间里，由废气涡轮此时的鼓风作用，从 止回阀[22]吸入空气，对排气管口降温，同时防止废气涡轮的喘振。排气管排气时，止回阀[22]在自身配置 的弹簧的作用下关闭，使排气工作正常进行。排气管尾端连通废气涡轮，回收废气中的能量，增加发动机 的热效率。
6. 由权利要求5中的所述的排气阀[21]，权利要求3中的所述的压縮空气蓄气通道[9]，压縮空气 旁通孔道[25]及由旁通孔道闸板[24，板弹簧[26]，楔形头伸缩杆[27],螺母[28]构成的旁通孔道供气调控机 构和增压空气旁通系统。其特征在于旋动螺母[28]使伸縮杆[27前进，伸縮杆[27]杆头斜面压迫闸板[24] 前行，縮小或关闭旁通孔道[25]并同时推动板弹簧[26],旋动螺母[28]使伸縮杆[27]后退，板弹簧[26的弹力 使闸板[24]相应后退，开通或扩大旁通孔道[25]，由上述方法调控压縮蓄气通道里的压縮中冷空气从旁通孔 道[25进入排气管[23]的量；排气阀[21]的下边，紧压旁通孔道出口，排气阀[21]开闭排气口 [12] 的同时，开闭旁通孔道[25]的出口，使之在排气进行的同时供入空气与废气混合实行降温去污，同时对 排气口降温。
全文摘要
本发明公开一种活塞往复内燃机的工质流动系统及其调控设置。随功率轴转动而上下运动的框架的上端，连接发动缸活塞[7]，下端作成增压缸活塞[5]，增压缸底盖板上装有进风管[14]，进气止回阀[2]，压气止回阀[3]；增压缸从进风管[14]吸入的空气喷有水雾，供压缩时中冷，蓄气通道储存压缩空气，切向供入发动缸套进气口[10]，压气止回阀[3]的杆头连接压缩空气调控机构。发动缸排气口[12]设在缸顶后侧，闸板式排气阀[21]下边紧压的增压空气旁通孔道和排气管进口上边的空气吸入止回阀[22]，对排气系统和废气降温并兼有去污和预防废气涡轮喘振的功效。上述增压机构结构紧凑，传动直接，增压稳定并兼有降温功能；工质流动系统，增设有优化性能的调控设置，便于中小型发动机实施。
文档编号F02B41/10GK101289956SQ200710193938
公开日2008年10月22日 申请日期2007年11月24日 优先权日2007年11月24日
发明者肖光宇 申请人:肖光宇