CN101225765A - 多缸内燃机的气缸联动技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机设备技术领域，即：多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于用同一根联动杆同时固定连接四个或四个以上的参与联动的燃压双向气缸组和双向预压缩气缸组之活塞杆及活塞，使联动杆能带动所有参与联动的活塞同时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的气缸组的上止点或下止点或上下止点间的任一点的相同的行程位置，利用多缸内燃机的气缸联动技术结合多级预压缩、多级中冷及动力涡轮组结构，可用于制作多缸联动复合内燃机，该原理可用于制造汽油、柴油或天然气等各种类型的内燃机。

Description

多缸内燃机的气缸联动技术

技术领域：

本发明涉及内燃机技术领域，特指一种多缸内燃机的气缸联动技术及用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机。

背景技术：

内燃机是热机的一种，是将燃料的化学能经过释放转变为机械功的机械，燃料的燃烧和工质的膨胀做功均在气缸内部进行，因而，内燃机具有较高的压缩比，能量损失较小，具有较高的热效率。《内燃机构造与原理》(人民交通出版社2004年5月第一版，孙建新主编)、《高等内燃机学》(北京理工大学出版社2001年9月第一版，魏春源、张卫东、葛蕴珊编著)，及同类型的技术书籍，对内燃机的结构及原理都进行了详细的描述。

经过一个多世纪发展的常规往复活塞式内燃机，在日益完善的同时，其潜力也日趋枯竭，其效能再欲提升已经极为困难了，近来出现的米勒循环理论与废气涡轮增压等新技术，虽然效果显著，但由于内燃机结构上的限制，其以废气能量利用为基础，在功效与潜力上必然受到一定的制约。

能源问题一直是现代文明的主要社会矛盾之一，本发明追求更高的热功效率与更大的功率密度，应有助于社会文明的发展。由卡诺定律可知：增加压缩比，即扩大热库温差，能提升内燃机的热功转换效率，但常规往复活塞式内燃机却始终被曲柄连杆系统的机械负荷所阻，无法再有效提升压缩比。由标准的内燃机四行程循环可知，在理论上，作功行程传递给曲柄连杆系统的功，除了部分通过曲柄输出到外界，还必须有足够的能量通过连杆回馈给工质，才能保证循环的持续性。若把回馈给工质的这部分功作为内部能量流离出曲柄连杆体系，就可以摆脱往复活塞式内燃机受曲柄连杆系统机械负荷限制的困扰，从而大幅提升热效率，把内燃机的流动能量分配为内部循环能量与外部输出能量就是本发明的能量分流原理。

发明内容：

本发明的目的是提供一种可以使内燃机的能量分流、以摆脱常规往复活塞式内燃机受曲柄连杆系统机械负荷限制的内燃机技术和结构，即多缸内燃机的气缸联动技术及用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机。

本发明是这样实现的：多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于用同一根联动杆同时固定连接四个或四个以上的参与联动的燃压双向气缸组和双向预压缩气缸组之活塞杆及活塞，使联动杆能带动所有参与联动的活塞同时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的气缸组的上止点或下止点或上下止点间的任一点的相同的行程位置。

上述的所有的气缸组的工作行程相等，各气缸组需要作缸体轴线相互平行的空间固定。

上述的燃压双向气缸组为具有两个端盖的封闭的气缸体，气缸体的一个端盖采用的是四行程内燃机用的气缸盖及其组件，气缸体的另一个端盖采用的是二行程双向压缩机用的气缸座及其组件，使活塞两端分别形成一个四行程内燃机热力循环的燃气室和一个二行程压缩机泵气工作循环的压气室。

上述的参与联动的所有的气缸组的活塞杆的一端在压气室内与活塞连接，所有的活塞杆的另一端与气缸体外的联动杆连接，所有的活塞、活塞杆与联动杆固化为一体，所述的活塞杆为带十字头的活塞杆。

可在上述的所有的燃压双向气缸组的压气室内设置活塞润滑系统。

上述的所有执行作功行程的燃气室与执行排气行程的燃气室安装方向相反，以保证强制排气过程的功由工质膨胀功直接传递或由工质膨胀功经保守力转化而来。

上述的使所有的燃压双向气缸组之进气行程与作功行程的燃气室安装方向相同，压缩行程与排气行程的燃气室安装方向相同。

一种用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机，其特征在于外界工质经工质过滤器到达初级双向预压缩气缸组之压气室的进气门，所有双向预压缩气缸组之压气室的排气门与同级预压缩中冷室相通，各级双向预压缩气缸组之压气室的进气门与上一级预压缩中冷室相通，末级预压缩中冷室与所有燃压双向气缸组之压气室的进气门相通，所有的燃压双向气缸组之压气室的排气门与燃气中冷室相通，燃气中冷室与所有的燃压双向气缸组之燃气室的进气门相通，所有的燃压双向气缸组之燃气室的排气门与动力涡轮组的进气口相通，活塞联动杆的往复运动带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功并强制燃压双向气缸组之燃气室内具有高温高压的燃气导入动力涡轮中作功。

上述的活塞联动杆的往复运动仅带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功，而燃气室内的燃气作为废气直接排往大气。

上述的活塞联动杆的往复运动强制燃压双向气缸组之燃气室内具有高温高压的燃气导入动力涡轮中作功，而不用带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功。

多缸联动技术是本发明的核心技术，是实现能量分流原理的关键，参与联动的所有气缸组必须是工作行程相等、各气缸组均作缸体轴线相互平行的空间固定、在任一活塞位于气缸内任一行程的止点上时，参加联动的其它活塞必须同步位于相同方向的行程止点上、用联动杆和活塞杆将各气缸组的活塞固化成为一个整体的联动活塞，该联动活塞要有足够的刚性，并要保障联动活塞有足以完成行程的运动空间，以避免联动活塞在运动中变形。

在燃压双向气缸组中，气缸内的活塞将内腔分为两个气室，即压气室和燃气室。用燃气中冷室的进口接压气室的排气门，用燃气中冷室的出口接燃气室的进气门，让工质先入压气室预压，再由燃气中冷室中冷，然后进燃气室作标准的内燃机四行程热力循环。

根据燃压双向气缸组的工作特性，联动四组完全相同的燃压双向气缸组作为一个气缸组群时，执行进气行程的燃气室正向于活塞联动杆运动方向安装，执行压缩行程的燃气室逆向安装，执行作功行程的燃气室正向安装，执行排气行程的燃气室逆向安装，在热力循环时，在联动活塞的一个单向行程时间段内，行程过程中的联动活塞在其运动方向上受到的各气缸组作用的综合过程都将相同，这是燃压双向气缸组的对置安装特征。

借助气缸联动技术，可以通过联动活塞推动燃气执行全程强制排气，强制排气特征允许排气过程压强保持在作功行程终止压强之上，以确保动力涡轮组的高热功效率。

在整体上，本发明主要由工质预压机、燃气发生器和动力涡轮组三部分构成。工质预压机的原型是二行程双向气缸式压缩机，但必须与燃压双向气缸组联动，因此双向预压缩气缸组除了要符合气缸联动技术的要求外，还要考虑多级中冷时各级间的配合及末级与燃压双向气缸组压气室间的配合等问题，工质预压机可前置叶轮压气机预压，叶轮的动力由动力涡轮组传输，原理参考废气涡轮增压。燃气发生器的原型是往复活塞式内燃机，但燃压双向气缸组必须符合气缸联动技术特征、燃压双向气缸组特征、预压中冷特征和强制排气特征，对置性布置气缸组是为了均衡各行程的运行差异性，以保障本发明运转的稳定性，曲柄连杆系统与活塞联动杆连接的对称性是为了消减行程运转过程中的整体力距，动力涡轮组的原型是涡轮轴发动机的低压涡轮组，这里不再累述。

工质在气缸内的循环虽然是标准的内燃机四行程循环，但多缸联动复合内燃机的整机工作循环却已悄然发生变化，在进气预压过程中，多级中冷对工质进行了准等温放热，从而允许在经历燃气发生器和动力涡轮组循环后的工质恢复到进入多缸联动复合内燃机前的状态(不计燃料成分引发的变化)，因此在理论上，多缸联动复合内燃机允许进行先放热式的卡诺循环设计。

本发明相比现有技术突出的优点是：

本发明利用能量分流原理，利用联动活塞直接传递给曲柄连杆输出功率及强制排废气推动动力涡轮组作功来完成外部能量循环，构架出一套新型的内燃机结构，热效率得到了充分地利用。

本发明设计的燃压双向气缸组突破了传统的气缸结构，在同一个气缸组内可分别完成四行程内燃机热力循环过程与二行程预压泵气循环过程，减少了原内燃机气缸组单面工作的特征，功效提高一倍。

借助刚性的联动活塞，在结构上保证了参与联动的各气缸组的活塞相互间的相对空间位置不变，十字头可保障联动活塞的运动轨迹，加之参与联动的各气缸组采用了气缸联动技术，使得在联动活塞移动时，各气缸组工质可以通过联动活塞的支持力实现能量交换，当联动活塞变速时，通过联动活塞的质量力，各气缸组工质的内能与联动活塞的动能可以实现能量交换，支持力与质量力属保守力，因此在理论上，以上两种能量交换可以忽略损耗。设计加工合理的活塞联动杆结构足以承载内燃机技术要求的内部能量流，因此，限制常规内燃机压缩比的负荷极限问题在采用气缸联动技术后再无意义，制约内燃机热效率的关键可能转向燃烧系统的高温氮氧化物问题，这将使内燃机的压缩比与循环模式发生巨大变化。

很显然，假设有双向工作的四行程气缸组，其能兼备二行程气缸组的充量效率与普通四行程气缸组的换气效率优势，但双向燃烧却会导致双向四行程气缸组的热负荷与润滑等问题急剧恶化并难以解决。在燃压双向气缸组的燃气室完成一个四行程内燃机热力循环过程足够执行两次压气室二行程预压泵气循环过程的情况下，在燃气中冷室中累积两倍于燃气室容积的预压缩工质将使燃气室获得双倍的工质充量，燃压双向气缸组因此有等同双向作用四行程气缸组的工作效果。燃压双向气缸组的压气室的预压缩循环过程相对低温低压，因此采用燃压双向模式的气缸组能极大的缓解热负荷与润滑等设计难题，且预压中冷特征可进一步改善热效率，前置的工质预压机中的多级压缩及其中冷措施正是这种效应的延伸和扩展。

每当联动活塞完成一个完整的行程过程，总能在符合对置安装特征的联动燃压双向气缸组群中同时找出完整的工质行程来与内燃机的进气、压缩、作功、排气这四种行程一一对应，且进气和作功行程总是与联动活塞的运动同向，压缩和排气行程总是与联动活塞的运动逆向，总能找出两个压气室进气行程与联动活塞的运动同向，两个压气室压缩气行程与联动活塞的运动逆向，因此，符合对置安装特征的联动燃压双向气缸组群联动循环时，在联动活塞的运动方向上只体现唯一的综合行程过程，加上工质预压机的每组双向气泵循环时，每次行程也是同时存在正向于联动活塞运动的进气行程动作和反向于联动活塞运动的压缩泵气行程动作，所以，符合对置安装特征的多缸联动复合内燃机在联动活塞运动方向上只体现唯一的综合行程效果，其每个行程过程对所连接的曲柄连杆系统都有相同的功和力的传输过程。

利用气缸联动技术带来的高额低耗的内部能量流，多缸联动复合内燃机可以在排气行程取消自由排气过程，直接以联动活塞驱动燃气进行全程高压强制排气。高压强制排气特征能使工质保持不低于作功行程终止时的压强导入动力涡轮组，显而易见，在理论上，多缸联动复合内燃机的工质从气缸作功到涡轮作功并不产生额外的损耗，这对废气涡轮增压类内燃机设计来说是不可想象的，这将使多缸联动复合内燃机拥有更好的热功转换效率。

本发明的总体构思是用往复活塞式内燃机充当燃气发生器，以燃气涡轮机作框架的复合内燃机，工质预压机的主要用途在于消减活塞气缸结构的工质充量劣势，因此本发明在总体构架上就有活塞式和涡轮式内燃机之取长补短后的优势。双向预压缩气缸组及其中冷室是非常成熟的容积式气体压缩机技术，且与气缸联动技术要求并无冲突，因此联动活塞带来的高效低耗的内部能量流将成为工质预压机的极大优势，工质预压机的叶轮装置可参考废气涡轮增压的原理，这里不再累述。燃气发生器实际上是一组特殊的往复活塞内燃机，其特殊性在于必须符合气缸联动技术特征、燃压双向气缸组特征、预压中冷特征和强制排气特征，同时也具备了以上特征所带来的优势，活塞联动杆输送到曲柄连杆系统的大量外部能量流，可以有效缓解从燃气室排气门到动力涡轮组进口的燃气输送管路与阀门的高温高压的恶劣条件，动力涡轮组只是多缸联动复合内燃机必不可少的组成部分，其本身并无特殊性。

当内燃机的工作限制转移到低温(即环境温度)与高温(即氮氧化物排放限制)间的限制时，卡诺循环的优点就不言而喻了，允许进行先放热式的准卡诺循环设计自然会为本发明设计带来巨大优势。

当本发明技术与低散热(即以前的绝热)内燃机技术结合使用时，就会产生更加显著的功效。

本发明可用于制造各种类型的内燃机。

附图说明：

图1是本发明的燃压双向气缸组对置安装及四行程工作原理示意图；

图2是本发明的燃压双向气缸组的内部结构示意图；

图3是本发明的多缸内燃机的气缸联动技术的结构原理示意图；

图4是本发明的多缸联动复合内燃机结构原理示意图；

图5是本发明的多缸联动复合内燃机结构布局简图；

图中的符号含义是：

1--------------------工质过滤器；

2A、2B---------------一级双向预压缩气缸组压气室进气门；

3--------------------一级双向预压缩气缸组；

4A、4B---------------一级双向预压缩气缸组压气室；

5A、5B---------------一级双向预压缩气缸组压气室排气门；

6--------------------一级预压中冷室；

7A、7B---------------二级双向预压缩气缸组压气室进气门；

8--------------------二级双向预压缩气缸组；

9A、9B---------------二级双向预压缩气缸组压气室；

10A、10B-------------二级双向预压缩气缸组压气室排气门；

11-------------------二级预压中冷室；

12-------------------导管；

13A、13B、13C、13D---燃压双向气缸组压气室进气门；

14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D---燃压双向气缸组；

15A、15B、15C、15D---燃压双向气缸组压气室；

16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D--燃压双向气缸组燃气室；

17A、17B、17C、17D---燃压双向气缸组压气室排气门；

18-------------------燃气中冷室；

19A、19B、19C、19D---燃压双向气缸组燃气室进气门；

20A、20B、20C、20D---燃压双向气缸组燃气室排气门；

21-------------------动力涡轮组；

22-------------------多缸联动复合内燃机排气口；

23-------------------联动活塞；

24-------------------连杆；

25-------------------曲柄；

26-------------------联动杆；

27-------------------活塞杆；

28-------------------活塞；

29-------------------叶轮压气机；

30-------------------燃压双向气缸体；

301------------------燃压双向气缸组的气缸盖；

302------------------燃压双向气缸组的气缸座；

具体实施方式：

下面以具体实施例对本发明作进一步描述：

参见图1-5：多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于用同一根联动杆26同时固定连接四个或四个以上的参与联动的燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D和双向预压缩气缸组3、8之活塞杆27及活塞28。使联动杆能带动所有参与联动的活塞28同时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的气缸组3、8、14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D的上止点或下止点或上下止点间的任一点的相同的行程位置。

上述的所有的气缸组3、8、14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D的工作行程相等，各气缸组3、8、14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D需要作缸体轴线相互平行的空间固定。

上述的燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D为分别具有两个端盖的封闭的气缸体，气缸体的一个端盖采用的是四行程内燃机用的气缸盖及其组件，气缸体的另一个端盖采用的是二行程双向压缩机用的气缸座及其组件，使活塞两端分别形成一个四行程内燃机热力循环的燃气室16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D和一个二行程压缩机泵气工作循环的压气室15A、15B、15C、15D。

上述的参与联动的所有的燃压双向气缸组的活塞杆27的一端在压气室内与活塞28连接，所有的活塞杆的另一端与气缸体外的联动杆连接，所有的活塞、活塞杆与联动杆固化为一体，所述的活塞杆为带十字头的活塞杆。

可在上述的所有的燃压双向气缸组的压气室内设置活塞润滑系统。

上述的所有执行作功行程的燃气室16B、31B与执行排气行程的燃气室16A、31A安装方向相反，以保证强制排气过程的功由工质膨胀功直接传递或由工质膨胀功经保守力转化而来(参见图1)。

上述的所有的燃压双向气缸组之进气行程与作功行程的燃气室16D、31D与16B、31B安装方向相同，压缩行程与排气行程的燃气室1

16C、31C与6A、31A安装方向相同(参见图1)。

一种用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机，其特征在于外界工质经工质过滤器1到达初级双向预压缩气缸组3之压气室4A、4B的进气门2A、2B，所有双向预压缩气缸组3、8之压气室4A、4B、9A、9B之排气门5A、5B、10A、10B与同级预压缩预压中冷室6、11相通，各级双向预压缩气缸组3、8之压气室9A、9B的进气门7A、7B与上一级预压缩预压中冷室6相通，末级预压缩预压中冷室11与所有燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D之压气室15A、15B、15C、15D的进气门13A、13B、13C、13D相通，所有的燃压双向气缸组之压气室14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D的排气门17A、17B、17C、17D与燃气中冷室18相通，燃气中冷室18与所有的燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D之燃气室16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D的进气门19A、19B、19C、19D相通，所有的燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D之燃气室16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D的排气门20A、20B、20C、20D与动力涡轮组21的进气口相通，联动活塞23的往复运动带动连杆24、曲柄25输出内燃机主轴功和强制燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D之燃气室16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D内具有高温高压的燃气导入动力涡轮组21中作功。

上述的联动活塞23的往复运动仅带动连杆24、曲柄25输出内燃机主轴功，而燃气室16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D内的燃气作为废气直接排往大气。

上述的联动活塞23的往复运动强制燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D之燃气室16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D内具有高温高压的燃气导入动力涡轮组21中作功，而不用带动连杆24、曲柄25输出内燃机主轴功。

图2和图3中的燃压双向气缸组30A、30B、30C、30D与燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D的结构相同、对置安装，用以增加内燃机的作功能力和平衡作功时对联动活塞23造成的扭矩。

多缸内燃机的气缸联动技术，可用于制造各种类型的汽油机、柴油机等。汽油机与柴油机的区别之一在于喷油点火的方式及结构有所不同，这早为公众所知，当然，也可以用于制造用天燃气或其它燃料用于燃烧作功的发动机。

机械结构：本发明的核心是燃气发生器，燃气发生器的主体是燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D，活塞28将燃压双向气缸组14A、14B、14C、14D、30A、30B、30C、30D分别分割成燃气室16A、16B、16C、16D、31A、31B、31C、31D和压气室15A、15B、15C、15D。燃压双向气缸组30A、30B、30C、30D上的压气室、气缸座及其组件在图中均未标出，燃气室的气缸盖按四行程内燃机的气缸盖方式配置，压气室的气缸座按二行程双向气缸式压缩机的气缸座方式配置，缸体和活塞的润滑可在压气室中安排，八组(或十六组)完全相同的燃压双向气缸组以对置特征安装，应用气缸联动技术，将各气缸内的活塞用联动杆26和活塞杆27刚性固化成为一体，连杆24与曲柄25按带十字头型的普通内燃机的曲柄连杆系统的布置方式连接在联动活塞23的下方，燃气中冷室18通过导管与燃压双向气缸组压气室的排气门17A、17B、17C、17D和燃压双向气缸组燃气室的进气门19A、19B、19C、19D连通，以上构成本发明的燃气发生器；构成工质预压机的一级气泵的双向预压缩气缸组3及预压中冷室6和二级气泵的双向预压缩气缸组8及预压中冷室11按成熟的容积式二行程双向气体压缩机技术配置，一级双向预压缩气缸组压气室4A、4B的进气门2A、2B连通进气用的工质过滤器1，二级预压中冷室11经过导管12连通燃压双向气缸组压气室进气门13A、13B、13C、13D，一级预压中冷室6连通一级双向预压缩气缸组的排气门5A、5B和二级双向预压缩气缸组的进气门7A、7B，二级双向预压缩气缸组的排气门10A、10B接通二级预压中冷室11，按照容积式气体压缩机的多级配合原则，二级双向预压缩气缸组的压气室9A、9B内完成预定压缩比时的工质体积必需等于燃压双向气缸组压气室15A、15B、15C、15D容积的2倍，而一级双向预压缩气缸组压气室4A、4B中完成预定压缩比时的工质体积必需等于二级压气室9A、9B的容积，动力涡轮组21按燃气涡轮机的低压涡轮组配置，其进口接通燃压双向气缸组燃气室排气门20A、20B、20C、20D，而出口连通多缸联动复合内燃机的排气口22。

工质流程(主要参见图4)：外界工质伴随着联动活塞23的上下运动，依次在本发明的设备中进入、通过并流出。联动活塞23下行时：一级压气室的进气门2A打开，外界工质由工质过滤器1进入一级压气室4A，而原先由工质过滤器1进入一级压气室4B中的工质将被压缩，并在达到预定压缩比时打开一级压气室4B的排气门5B，将工质泵入一级预压中冷室6；同理，二级压气室9A的进气门7A打开，工质由一级预压中冷室6进入二级压气室9A，二级压气室9B中的工质将被压缩并达到预定压缩比时，打开二级压气室的排气门10B泵入二级预压中冷室11；质预压机预压后的工质由二级预压中冷室11经导管12进入燃气发生器，在联动活塞23下行过程中，燃压双向气缸组压气室进气门13A、13C打开，工质由二级预压中冷室11经导管12进入燃压双向气缸组压气室15A、15C，原先存在于燃压双向气缸组压气室15B、15D中的工质将被压缩，并在合适的时机(大约二分之一压缩比)打开燃压双向气缸组压气室的排气门17B、17D泵入燃气中冷室18，至此，工质预压中冷过程结束。联动活塞23上行过程则与之相反：进气门2B、7B、13B、13D打开，压气室4B、9B和压气室15B、15D充入工质，排气门5A、10A、17A、17C打开，压气室4A、9A和压气室15A、15C的工质泵入预压中冷室6、11、18。由于燃压双向气缸组燃气室16A、16B、16C、16D执行内燃机四行程循环，进出燃压双向气缸组燃气室16A、16B、16C、16D的工质必须用行程一、二、三、四来解说，其中，行程一和行程三为下行行程，行程二和行程四为上行行程。行程一过程中：燃压双向气缸组燃气室的进气门19D打开，工质由燃气中冷室18充入燃压双向气缸组燃气室16D，燃压双向气缸组燃气室排气门20A打开，工质由燃压双向气缸组燃气室16A压入动力涡轮组21，行程开始后，燃压双向气缸组燃气室16B的工质和燃料开始加热过程，整个联动活塞23下行行程过程中都执行燃压双向气缸组燃气室16D进气，燃气室16C压缩，燃气室16B作功，燃气室16A排气的行程过程；行程二同理：打开燃压双向气缸组燃气室的进气门19A和燃压双向气缸组燃气室排气门20B，在整个联动活塞23上行行程过程中都执行燃压双向气缸组燃气室16A进气，燃气室16D压缩，燃气室16C作功，燃气室16B排气的行程过程；行程三同样：打开燃压双向气缸组燃气室进气门19B和燃压双向气缸组燃气室排气门20C，在整个联动活塞23下行行程过程中都执行燃压双向气缸组燃气室16B进气，燃气室16A压缩，燃气室16D作功，燃气室16C排气的行程过程；行程四照例：打开燃压双向气缸组燃气室进气门19C和燃压双向气缸组燃气室排气门20D，在整个联动活塞23上行行程过程中都执行燃压双向气缸组燃气室16C进气，燃气室16B压缩，燃气室16A作功，燃气室16D排气的行程过程，四类行程过程中，每类行程过程都各自有且只有一个燃压双向气缸组燃气室在执行进气、压缩、作功和排气这四个行程过程，只是分处的部位因各类行程不同时会有循环变化而已，因为联动活塞23是同轴固化的，所以，本发明的燃压双向气缸组的对置安装特征是可行的，其作用结果就是本发明的所有行程在联动活塞23运动方向上只体现唯一的综合行程效果，工质到达动力涡轮组21，脉动式的行程循环部分全部结束。上述工质流程过程中，只要燃压双向气缸组燃气室16A、16B、16C、16D的排气管路全部汇聚到动力涡轮组21的同一进气口上，那么在高压强制排气特征的效果下，本发明的内燃机的转速稳定时，在动力涡轮组21中可呈现稳定的叶轮机械的工质连续循环特性，在经历叶轮机械循环后，工质将以接近外界气压的状态由多缸联动复合内燃机的排气口22回归外界。

能量流程(参见图4)：由于取消了能量回馈，以燃烧作为能量来源，其执行作功行程中，燃压双向气缸组燃气室成为唯一的能量流出子系统(能量源系统)，其它所有牵涉到能量流程的子系统如各气缸组、曲柄连杆、动力涡轮组等，甚至包括机件运动产生的损耗，都无一例外的成为纯能量消费(接受)单位；燃压双向气缸组燃气室执行的是内燃机四行程循环，必然导致作功行程燃气室无法连续固定在某组燃压双向气缸组上，但是根据气缸联动技术特征，气缸组对置安装特征及联动气缸同轴安装要求，依据行程循环轮流出现在不同燃压双向气缸组中的作功行程，并不影响由作功行程起始的联动机能量流程，因此，对本发明的能量循环流程来说，解释单一行程与解释多个配合的行程并无差异，或者说，多缸联动复合内燃机的任意行程的能量流程都可以代表所有循环行程的能量流程。

首先从能量源----当时执行作功行程的燃压双向气缸组燃气室16B说起，行程启动时，联动活塞23开始下移，作功行程燃气室16B中的工质开始受热膨胀(燃烧膨胀)，正常情况下，不管工质是在前期的受热膨胀还是后期的绝热膨胀，随着行程的进行，工质压强总体逐步下降的，相反的是，在执行压缩行程的燃压双向气缸组燃气室16C中的工质随着行程的进行，其压强呈现逐步上升趋势，作功行程燃气室与压缩行程燃气室主导着整机的能量流程，其工质状态基本决定了联动活塞23的移动规律，燃压双向气缸组燃气室16D执行进气行程，其工质压强略低于燃气中冷室18内的压强，燃压双向气缸组燃气室16A执行排气行程，其工质压强略高于动力涡轮组21的进口压强，燃压双向气缸组压气室15A、15C执行进气行程，其工质压强略低于双向预压缩气缸组二级预压中冷室11内的压强，双向预压缩气缸组二级压气室9A执行进气行程，其工质压强略低于双向预压缩气缸组一级预压中冷室6内的压强，双向预压缩气缸组一级压气室4A执行进气行程，其工质压强略低于外界气压，以上的工质压强基本不随行程的进度而改变。双向预压缩气缸组一级压气室4B的最终工质压强略高于双向预压缩气缸组一级预压中冷室6内的压强，双向预压缩气缸组二级压气室9B的最终工质的压强略高于双向预压缩气缸组二级预压中冷室11内的压强，燃压双向气缸组压气室15B、15D的最终工质压强略高于燃气中冷室18内的压强，以上行程都是泵气行程，其前期工质压强呈现规律上升，在达到预定压缩比时，随着排气门的打开，工质压强就基本保持不变了。很显然，只有通过活塞联动杆，本发明的各个系统才能达成能量流动，联动活塞23的移动决定着本发明的能量流程，综上所述，只有作功行程燃气室在推进联动活塞23运动，其它系统包括尚未述及的曲柄连杆系统和动力涡轮组都在消耗联动活塞23的运动能量，因此，在行程起始，作功行程燃气室16B的工质压强本来就是压缩行程终了时的压强，再加上其工质为受热膨胀状态，而其它气缸中的工质基本处于相对低压状态，尤其是压缩行程燃气室16C中，其工质刚由进气状态开始压缩，所以在行程前期，联动活塞23处于加速状态，作功行程燃气室16B输出的能量除了各个系统的直接消费外，大部分用于转化为活塞联动杆动能，随着行程的继续，特别是作功行程燃气室16B的工质由受热膨胀状态转向绝热膨胀状态，其工质压强急剧降低，相反，随着行程的进度，各泵气行程系统的工质压强逐步上升，并相继进入持续高压的排气期，特别是压缩行程燃气室16C随着压缩的进度，其工质压强将迅速增高，因此，在行程中期，联动活塞23的加速度将逐步降低并最终消失，作功行程燃气室16B输出的能量大部分消耗于各个系统需求，只有小部分用于转化为联动活塞23动能；进入行程后期，虽然其它气缸系统都进入压强稳定期，但压缩行程燃气室16C的工质压强在行程后期急剧增高并远超出其它气缸系统，而此时作功行程燃气室16B的工质压强已经非常低，对联动活塞23的推动效果极其微弱了。很显然，相对于其它能量流程系统，多缸联动复合内燃机的大部分能量转换集中在作功行程中的燃气室工质到联动活塞23动能到压缩行程燃气室的工质，这基本上与四行程内燃机的作功行程到惯性轮动能到压缩行程类似，主要差别在于本发明不再需要曲柄连杆系统作中间环节。非常幸运，由于惯性的存在，形成联动活塞23极大的加速度到微小的加速度到极大的负加速度并最终停止的抛物线运动规律与曲柄连杆系统的正弦运动规律很接近，因此本发明在稳定循环时，其曲柄的转速将相当均匀。本发明的各气缸组通过联动活塞23完成内部能量循环，而联动活塞23通过曲柄连杆系统直接输出功及通过推进强制排气过程推动动力涡轮组作功来完成外部能量循环。

Claims (10)

1.多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于用同一根联动杆同时连接四个或四个以上的参与联动的燃压双向气缸组和双向预压缩气缸组之活塞杆及活塞，使联动杆能带动所有参与联动的活塞同时向同一方向运动，并同时到达参与联动的所有的气缸组的上止点或下止点或上下止点间的任一点的相同的行程位置。

2.根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于所述的所有的气缸组的工作行程相等，各气缸组需要作缸体轴线相互平行的空间固定。

3.根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于所述的燃压双向气缸组为具有两个端盖的封闭的气缸体，气缸体的一个端盖采用的是四行程内燃机用的气缸盖及其组件，气缸体的另一个端盖采用的是二行程双向压缩机用的气缸座及其组件，使活塞两端分别形成一个四行程内燃机热力循环的燃气室和一个二行程压缩机泵气工作循环的压气室。

4.根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于所述的参与联动的所有的气缸组的活塞杆的一端在压气室内与活塞连接，所有的活塞杆的另一端与气缸体外的联动杆连接，所有的活塞、活塞杆与联动杆固化为一体，所述的活塞杆为带十字头的活塞杆。

5.根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于可在所述的燃压双向气缸组的压气室内设置活塞润滑系统。

6.根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于所述的所有执行作功行程的燃气室与执行排气行程的燃气室安装方向相反，以保证强制排气过程的功由工质膨胀功直接传递或由工质膨胀功经保守力转化而来。

7.根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术，其特征在于使所述的所有的燃压双向气缸组之进气行程与作功行程的燃气室安装方向相同，压缩行程与排气行程的燃气室安装方向相同。

8.一种用根据权利要求1所述的多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机，其特征在于外界工质经工质过滤器到达初级双向预压缩气缸组之压气室的进气门，所有双向预压缩气缸组之压气室的排气门与同级预压缩中冷室相通，各级双向预压缩气缸组之压气室的进气门与上一级预压缩中冷室相通，末级预压缩中冷室与所有燃压双向气缸组之压气室的进气门相通，所有的燃压双向气缸组之压气室的排气门与燃气中冷室相通，燃气中冷室与所有的燃压双向气缸组之燃气室的进气门相通，所有的燃压双向气缸组之燃气室的排气门与动力涡轮组的进气口相通，活塞联动杆的往复运动带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功并强制燃压双向气缸组之燃气室内具有高温高压的燃气导入动力涡轮中作功。

9.根据权利要求8所述的用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机，其特征在于所述的活塞联动杆的往复运动仅带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功，而燃气室内的燃气作为废气直接排往大气。

10.根据权利要求8所述的用多缸内燃机的气缸联动技术制作的多缸联动复合内燃机，其特征在于所述的活塞联动杆的往复运动强制燃压双向气缸组之燃气室内具有高温高压的燃气导入动力涡轮中作功，而不用带动连杆驱动曲柄旋转以输出内燃机主轴功。

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