CN113756933A - 双作用阀门中冷绝热内燃机 - Google Patents
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Abstract
一种双作用阀门中冷绝热内燃机，在专利申请号为201910039048.6的中冷绝热内燃机中，虽然通过创新的阀门机构和中间冷却器大幅度提高了发动机的效率，但所增加的阀门机构也较为复杂，在本发明的双作用阀门中冷绝热内燃机中，把所设的阀门(6)制成了双作用，由阀门顶部控制燃烧室的燃气出口(4)与汽缸(10)的连通，由阀门底部通过与阀套(40)相配合，控制汽缸(10)与中间冷却器(52)的连通，在双作用阀门(6)控制下，不但通过中间冷却器仍可进行等温压缩过程，让内燃机接近能提高效率的卡诺循环，同时也简化了发动机结构，使发动机的生产成本降低，适合制成较大功率，作为车辆、船舶和电站等的高效动力装置。
Description
技术领域 本发明涉及一种内燃机，特别是双作用阀门中冷绝热内燃机。
背景技术 在发明专利申请号为201910039048.6的中冷绝热内燃机和发明专利申请号为201910265164.X的可变中冷绝热内燃机中，虽然通过创新的阀门机构和中间冷却器大幅度提高了发动机的效率，但所增加的阀门机构也较为复杂，使产品的生产成也较高。
发明内容 本发明的目的是提供一种双作用阀门中冷绝热内燃机，不但通过中间冷却器仍进行可提高效率的等温压缩过程，同时还把所设的阀门制成双作用，从而相应简化了发动机结构，降低了发动机的生产成本。
本发明的双作用阀门中冷绝热内燃机包括缸盖和装有活塞的汽缸，在缸盖上形成有燃烧室，燃烧室通过燃气出口在阀门控制下可经通气口与汽缸进行连通，汽缸还经出气管路与中间冷却器连通，中间冷却器再经供气管路和燃烧室上的充气阀与燃烧室相连通，在燃烧室中设有火花塞，阀门的顶部与相对应的燃烧室的燃气出口外的燃气密封座相配合，可移进燃气密封座完全关闭燃气出口，或移出燃气密封座让燃气出口与汽缸的通气口连通并开启到最大距离状态，阀门也是双作用阀门，阀门的底部还与所设的阀套相配合，通过进入或移出阀套控制阀套底部的出气孔和阀套的阀腔与汽缸的通气口关闭或连通，阀门的高度略大于燃气出口外的燃气密封座与阀套之间的距离，在阀门顶部将要移出燃气密封座时，阀门的底部则已移进阀套，使汽缸在极短的时刻无法经通气口与燃烧室和阀套的阀腔相互连通，在阀套的外侧形成有套筒和中间的套管，阀套底部的出气孔按环形均布的排列在阀套底部的套筒和中间的套管之间，在出气孔外侧的套管上滑动的装有可控单向阀，该可控单向阀被外侧所套装的压套和弹簧作用压在出气孔的外面，防止中间冷却器内的压缩空气沿出气孔向汽缸泄漏，压套还经相连的吸铁可被装在套筒内的电磁线圈吸动，在汽缸内的活塞向外排出压缩空气时让压套离开可控单向阀，使可控单向阀这时不被压动，在阀套外侧的套筒上形成有外出气孔，与外出气孔相对应，在套筒外围形成有通向出气管路的出气环道，在阀门的底部移出阀套让阀套的阀腔与汽缸连通时，从汽缸向外排出的压缩空气可经通气口、阀腔、阀套底部的出气孔、被冲开的可控单向阀、外出气孔、出气环道和出气管路进入中间冷却器，阀门经穿过阀套外侧套管的阀杆后被外面相应的凸轮摆杆机构控制，在阀门被控制移进燃气出口外侧的燃气密封座，用阀门顶部的密封压面顶紧燃气密封座使燃气出口完全关闭时，燃烧室的充气阀被控制开启，让中间冷却器内经中冷降温的压缩空气经供气管路充进燃烧室，并通过喷油器喷油让燃烧室内的压缩空气形成燃油混合气，而阀门的底部则离开阀套最远的距离，让阀套的阀腔与汽缸连通，在汽缸中的活塞上行压缩汽缸内空气的压缩过程中，当汽缸内空气压力大于中间冷却器内压力时，汽缸内的压缩空气便会经阀套的出气孔顶开这时已不被弹簧压动的可控单向阀充向中间冷却器，由中间冷却器把压缩空气的压缩热导至外界，随着活塞的上行压缩并把压缩空气向外挤出，当活塞上移接近上止点、在燃烧室内的火花塞将要点火时，阀门也被控制、让阀门的顶部逐渐移出燃气出口的燃气密封座，同时让阀门的底部也逐渐靠近阀套，关小阀门与阀套之间的开启距离，在阀门的顶部即将移出燃气出口的燃气密封座后，阀门的底部也会相应提前先移进阀套的阀腔关闭阀套，使汽缸在极短的时刻与燃烧室和阀套的阀腔互不相通，汽缸内余下的少量压缩空气被移到上止点的活塞压缩进通气口和活塞与汽缸之间的余隙容积内，这时火花塞已经点火，燃烧室内已燃烧形成高温高压作功燃气，在活塞上移到上止点后，阀门也完全移出燃气出口的燃气密封座并且快速增大开启的距离，让燃烧室内的作功燃气经开通的燃气出口和通气口进入汽缸推动活塞下行作功，阀门的顶部快速离开燃气出口后，阀门的底部则移进阀套内，把留在阀套内的压缩空气经出气孔向外挤出流向中间冷却器，随后电磁线圈被控制断电，让压套被弹簧作用推动可控单向阀关闭出气孔；在阀门经阀杆被外面的凸轮摆杆机构控制时，阀门的阀杆向外穿出，与外侧压座导筒中的滑块相连，该滑块经上轴销与内摆臂相连，内摆臂的外端再经中间轴销与装在顶座上的摆臂的摆动端相连，顶座经带有限位挡头的拉杆装在底座上，在顶座与底座之间装有大弹力顶簧，在内摆臂与摆臂之间的中间轴销上装有滚轮，该滚轮可被一侧相对应的凸轮轴上的凸轮压动控制，摆臂则经其上的侧轴销与另一侧的伸缩杆座相连、并被侧推弹簧作用让摆臂及摆臂上的滚轮压向凸轮被凸轮控制，在凸轮压动滚轮使内摆臂和摆臂从折角状态摆动到接近伸直状态，经阀杆使被带动的阀门顶部也从距离燃气出口最远的位置移进到了燃气出口的燃气密封座，阀门的底部也同时移出了阀套，在阀门的顶部完全移进燃气出口的燃气密封座、让阀门上的密封压面落座在燃气密封座上后，随着凸轮继续压动滚轮，便把内摆臂和摆臂压动到伸直状态，使摆臂的下侧带动顶座小距离下移，压动下面的大弹力顶簧，让压力也传递到被带动的阀门顶部，使阀门被关闭的顶力大于燃烧室内的作功燃气压力。
关闭燃烧室的阀门可按以下结构制作，在阀门顶部的中间形成有顶塞，在顶塞的圆形周边所形成的密封压面可被制成外凸或内凹形，与阀门顶部的形状相配合，在燃气出口外侧的燃气密封座上形成有与阀门上的密封压面相吻合的密封座面，而阀门顶部中间的顶塞则能移进燃气密封座，并与燃气密封座的内壁保持极小间隙形成堵塞密封。
阀门还可被制成圆柱形结构，在阀门顶部圆形周边所形成密封压面被制成外凸或内凹形，与阀门顶部的形状相配合，燃气出口外侧的燃气密封座采用内凹形结构，阀门的顶部能移进燃气密封座的外侧套壁，并与套壁保持极小间隙形成堵塞密封，在阀门内移到位后，燃气密封座内凹形结构底部的密封座面也与阀门顶部密封压面的形状相吻合。
为了让阀门在移入阀套后达到更好的密封效果，在阀门的底部设有密封环，相应的在阀门底部的阀套外侧形成有按圆周均匀排列的进气孔和进气孔外侧的外圆套，在阀门开启或关闭时，阀门底部的密封环始终处在阀套与外侧的外圆套范围内滑动，当阀门完全移进燃气密封座关闭燃气出口时，阀门的底部也会移出阀套、露出阀套上的进气孔，在开始作功过程、阀门离开燃气密封座而将开通燃气出口时，阀门的底部也会向阀套内移动及时遮挡住阀套上的进气孔，阻挡汽缸内的压缩空气再进入阀套。
在把本发明的这种中冷绝热内燃机制成四行程发动机时，汽缸的通气口设在缸盖与汽缸上端相交的位置处，阀门上侧的燃烧室也能躲开缸盖上的进、排气门。
为适应发动机大小功率的变化，在把这种四行程中冷绝热内燃机制成可变中冷绝热发动机时，缸盖上的燃烧室被制成了可变容积燃烧室，该可变容积燃烧室由外缸筒和其内的可变升程活塞构成，相应地在缸盖上的进、排气门另一侧形成有可变容积气缸和其内所装的随动活塞，可变容积气缸通过底部的通气孔与下面的汽缸连通，外缸筒内的可变升程活塞经活塞连杆与固定在中间轴上的横臂一侧相连，横臂的另一侧则经随动连杆与可变容积气缸内的随动活塞相连，中间轴被相连的容积控制电机带动，在发动机加大功率时，容积控制电机经横臂和活塞连杆上移使燃烧室的容积相应增大，同时横臂的另一侧也带动随动活塞下压，让可变容积气缸的容积相应变小，在与可变容积气缸底部的通气孔位置相对应的活塞顶面位置处，形成有可进出通气孔的柱塞，在阀门下移刚关闭阀套的阀腔同时，随活塞上移的柱塞也刚堵住可变容积气缸底部的通气孔，在活塞上行到上止点时，柱塞也随动上移进通气孔内。
在把这种中冷绝热内燃机制成二行程发动机时，汽缸的通气口设在缸盖的底面，控制通气口与燃气出口的阀门基本上横向设置在缸盖上，也可让阀门的外侧向下相应倾斜布置，与燃气出口连通的燃烧室处在汽缸上侧范围的缸盖内，控制阀门的凸轮摆杆机构也向外横出设置在缸盖的外侧，在汽缸下侧的下止点位置上，分别设有排气口和与扫气泵相连通的扫气口。
在把本发明的这种二行程中冷绝热内燃机制成可变中冷绝热发动机时，缸盖上横向设置的燃烧室是由外缸筒和其内的可变升程活塞构成，在燃烧室与可变升程活塞的顶部之间构成了可变容积燃烧室，可变升程活塞经穿过密封盖的顶杆被外侧的容积控制装置带动，在可变升程活塞背部与密封盖之间形成可变容积气缸，在发动机加大功率时，容积控制装置经顶杆带动可变升程活塞外移使燃烧室的容积相应增大，同时，可变升程活塞背部的可变容积气缸则相应变小，可变容积气缸通过靠近密封盖的通气孔与下面的汽缸连通，在与可变容积气缸的通气孔位置相对应的活塞顶面位置处，形成有可进入通气孔的柱塞，在阀门刚关闭阀套的同时，随活塞上移的柱塞也刚堵住可变容积气缸的通气孔，在活塞上行到上止点时，柱塞也随动上移进通气孔内。
在这种二行程可变中冷绝热发动机中，在与缸盖底面的通气口相对应的活塞顶面位置处，形成有可移入通气口的容积堵块，在活塞行到上止点时，容积堵块可占据部分通气口内的无益容积。在通气口的上半侧嵌入了陶瓷隔热件，在陶瓷隔热件与阀套之间形成有空出的通气半环道，并且该通气半环道的在朝向汽缸时是逐渐扩宽的。
在本发明上述的四行程和二行程双作用阀门可变中冷绝热内燃机中，不但通过中间冷却器仍进行可提高效率的等温压缩过程，同时还把所设的阀门制成了双作用结构，让阀门的顶部控制与燃烧室的关闭与连通，阀门的底部通过与可控单向阀相配合，还控制汽缸与中间冷却器的关闭或连通，从而可省去原来缸盖上所设的一套出气控制阀门和凸轮，相应简化了发动机结构，有利于降低发动机的生产成本。
附图说明 下面结合附图对本发明的双作用阀门中冷绝热内燃机进行详细的说明。
图1是本发明四冲程双作用阀门中冷绝热内燃机的结构剖视图。
图2是图1中阀门结构的放大图，图中的阀门已经离开了燃烧室的燃气出口，让燃烧室与汽缸连通。
图3是图1中双作用阀门中冷绝热内燃机的阀门刚要离开了燃烧室的燃气出口、阀门的下侧也刚向下移进阀套的动作图。
图4是图1中双作用阀门中冷绝热内燃机的阀门下侧已经下移进入阀套的动作图。
图5是四冲程双作用阀门中冷绝热内燃机的缸盖结构剖视图。
图6是二冲程双作用阀门中冷绝热内燃机的结构剖视图。
图7是双作用阀门中冷绝热内燃机的阀门放大结构图。
图8是双作用阀门中冷绝热内燃机的另一种阀门放大结构图。
图9是二冲程双作用阀门中冷绝热内燃机的带有密封环的阀门结构图。
图10是沿图9中A-A线的阀套结构图
具体实施方式 图1是本发明四冲程双作用阀门中冷绝热内燃机的结构剖视图，由图可见，这种双作用阀门中冷绝热内燃机包括缸盖1和装有活塞11的汽缸10，活塞经连杆89女曲轴箱90内的曲轴88传动相连。在缸盖1上形成有燃烧室3，燃烧室通过燃气出口4在阀门6控制下可经通气口7与汽缸10进行连通，汽缸还经出气管路51与中间冷却器52相连通，中间冷却器再经供气管路53和燃烧室3上的充气阀2与燃烧室相连通，在燃烧室3中设有火花塞12(参看图5)。图1中的双作用阀门中冷绝热内燃机被制成了四行程发动机，汽缸10的通气口7设在缸盖1与汽缸上端相交的位置处，阀门6上侧的燃烧室3也能躲开缸盖上的进、排气门(图1中只示出了进气门14)。
为让阀门6按要求控制燃烧室3的燃气出口4开通或关闭，阀门6的顶部与相对应的燃烧室的燃气出口4外的燃气密封座75相配合(参看图2中燃气密封座75的放大图)，可移进燃气密封座完全关闭燃气出口4，如图1中所示状态。或移出燃气密封座75让燃气出口4与汽缸10的通气口7连通并开启到最大距离状态，如图2中所示状态。
为简化原来专利申请文件中的中冷绝热内燃机结构，控制燃烧室3的阀门6顶部除与相对应的燃烧室燃气出口4处的燃气密封座75相配合以外，阀门6也被制成双作用阀门，阀门的底部还与所设的阀套40相配合，参看图2放大图，通过进入或移出阀套40控制阀套底部的出气孔38和阀套的阀腔8与汽缸10的通气口7关闭或连通，这样，便省去了原来在缸盖内专门设置的出气阀和相应的控制凸轮。由于阀门6被制成双作用阀门，阀门6上移关闭燃烧室3时，阀门6的底部则移出阀套40的阀腔8，如图1中状态所示，让汽缸10经通气口7与阀套40底部的出气孔38连通。而在阀门6下移让燃烧室3与汽缸连通时，阀门6的底部则移进阀套40，关闭汽缸10经通气口7与阀套40底部出气孔38的连通，如图2中状态所示。在图2状态中，发动机已结束作功过程进行排气过程，这时排气门15开启，进气门14关闭，汽缸10中的活塞11正上行进行排气过程。阀门6的高度略大于燃气出口外的燃气密封座75与阀套40之间的距离，在阀门6顶部将要移出燃气密封座75时，阀门的底部则已移进阀套40，使汽缸在极短的时刻无法经通气口7与燃烧室3和阀套40的阀腔8相互连通，这时阀门的位置状态如图3中所示。
在阀套40的外侧形成有套筒44和中间的套管55，阀套40底部的出气孔38按环形均布的排列在阀套底部的套筒44和中间的套管55之间。在出气孔38外侧的套管55上滑动的装有可控单向阀9，该可控单向阀被外侧所套装的压套45和弹簧48作用压在出气孔38的外面，如图2中状态所示，防止中间冷却器52内的压缩空气沿出气孔向汽缸10泄漏。实际中，为达到更好的密封效果，可在可控单向阀9的密封面上形成一层耐磨的密封软垫。关闭可控单向阀9的压套45还经相连的吸铁47可被装在套筒44内的电磁线圈49吸动，在汽缸内的活塞向外排出压缩空气时，让压套45离开可控单向阀9，使可控单向阀这时不被压动(参看图3中所示状态)，汽缸内的压缩空气便能很容易的冲开可控单向阀9向外排出。在阀套40外侧的套筒44上形成有外出气孔43，与外出气孔相对应，在套筒外围形成有通向出气管路51的出气环道50。在阀门6的底部移出阀套40、让阀套的阀腔8与汽缸10连通时，从汽缸向外排出的压缩空气可经通气口7、阀腔8、阀套底部的出气孔38、被冲开的可控单向阀9、外出气孔43、出气环道50和出气管路51进入中间冷却器52。
阀门6经穿过阀套40外侧套管55的阀杆21后被外面相应的凸轮摆杆机构84控制，在阀门6被控制移进燃气出口4外侧的燃气密封座75，用阀门顶部的密封压面18顶紧在燃气密封座上，使燃气出口完全关闭时(如图1所示状态)，燃烧室3的充气阀2被控制开启，让中间冷却器52内经中冷降温的压缩空气经供气管路53充进燃烧室3，并通过喷油器13喷油让燃烧室内的压缩空气形成燃油混合气，而阀门6的底部则离开阀套40最远的距离，让阀套的阀腔8与汽缸10连通。在图1中，喷油器13设在了供气管路53与进燃烧室3相连处的油雾室16上。由于燃烧室3的内壁采用的是陶瓷隔热层17来降低散热损失，如图2所示，如喷油器13因提前喷油让所形成燃油混合气进入燃烧室可能会被较热的陶瓷内壁提前点火，也可把喷油器13设在燃烧室3上，这样，在燃烧室3的充气阀2开启让中冷降温的压缩空气进入燃烧室时，可先让低温压缩空气对燃烧室的内壁进行降温冷却，然后再让喷油器13向燃烧室3内喷油形成燃油混合气。在压缩空气充入燃烧室、充气阀2关闭后，低温压缩空气因冷却燃烧室内壁被相对的加热升温(能升温100度左右)，也是对燃烧室内壁热量的回收。
在图1中，汽缸10内上行的活塞11正在压缩已经吸入汽缸的空气，但汽缸内空气的压力还小于中间冷却器52内压力，这时套筒44内的电磁线圈49会被控制通电，经吸铁47拉动压套45离开可控单向阀9，让上行的活塞在汽缸内空气压力大于中间冷却器压力时能容易的推开出气孔38外面的可控单向阀9。当汽缸10中的活塞继续上行，压缩汽缸内的空气使空气压力大于中间冷却器52内的气体压力时，汽缸内的压缩空气便会经阀套40的出气孔38顶开这时已不被弹簧压动的可控单向阀9充向中间冷却器52(参看图3)，由中间冷却器把压缩空气的压缩热导至外界，使压缩过程在等温状态下进行，因低温压缩空气更容易压缩，相应减少了压缩功的消耗。
当活塞上移接近上止点、随着活塞11的上行压缩并把压缩空气向外挤出，在燃烧室3内的火花塞12将要点火时，阀门6也被控制、让阀门的顶部逐渐移出燃气出口4的燃气密封座75，同时让阀门6的底部也逐渐靠近阀套40，关小阀门与阀套之间的开启距离。在阀门6的顶部即将移出燃气出口的燃气密封座75后，阀门6的底部也会相应提前先移进阀套40的阀腔8关闭阀套，如图3所示，使汽缸10在极短的时刻与燃烧室3和阀套40的阀腔8互不相通，在活塞11上移到上止点时，汽缸内余下的少量压缩空气被活塞压缩进通气口7和活塞与汽缸之间的余隙容积内，这时燃烧室内的火花塞12已经点火，燃烧室3内已燃烧形成的高温高压作功燃气在活塞上移到上止点后，阀门6也完全移出燃气出口4的燃气密封座75、并且快速增大开启的距离，如图4状态所示，让燃烧室3内的作功燃气经开通的燃气出口4和通气口7进入汽缸10推动活塞11下行作功。阀门6的顶部快速离开燃气出口4后，阀门的底部则移进阀套40内，把留在阀套内的压缩空气经出气孔38向外挤出流向中间冷却器，随后电磁线圈49被控制断电，让压套45被弹簧48作用推动可控单向阀9关闭出气孔38。
阀门6经阀杆21被外面的凸轮摆杆机构84如图1中所示，凸轮摆杆机构处于缸体39外面的侧箱56内。阀门6的阀杆21向外穿出，与外侧压座46导筒中的滑块22相连，该滑块经上轴销23与内摆臂24相连，内摆臂的外端再经中间轴销25与装在顶座29上的摆臂27的摆动端相连，顶座29经带有限位挡头的拉杆30装在侧箱56的底座31上，在顶座29与下面的底座31之间装有大弹力顶簧32。在内摆臂24与摆臂27之间的中间轴销25上装有滚轮26，该滚轮可被一侧相对应的凸轮轴37上的凸轮36压动控制，摆臂27则经其上的侧轴销33与另一侧的伸缩杆座35相连、并被侧推弹簧34作用让摆臂27及摆臂上的滚轮26压向凸轮36被凸轮控制。在凸轮36压动滚轮26使内摆臂24和摆臂27从折角状态摆动到接近伸直状态过程中，经阀杆21使被带动的阀门6顶部也从距离燃气出口4最远的位置移进了如图1所示的燃气出口4的燃气密封座，同时阀门6的底部则移出了阀套40。在阀门6的顶部完全移进燃气出口的燃气密封座75、让阀门上的密封压面18落座在燃气密封座上后，随着凸轮36继续压动滚轮26，便把内摆臂24和摆臂27压动到如图1所示的伸直状态，使摆臂27的下侧带动顶座29小距离下移，压动下面的大弹力顶簧32，让压力也传递到被带动的阀门6顶部，使阀门被关闭的顶力大于燃烧室3内的作功燃气压力。图1中也示出了充气阀2经阀杆57、顶柱58和摇臂59被凸轮控制的机构布置。
在图3中，因活塞11将移到上止点进行作功过程，凸轮摆杆机构正控制阀门6将要开启燃烧室3的燃气出口4，这时凸轮36的凹形侧28正快速转离摆臂27上的滚轮26，也会让阀门6能迅速的开启燃烧室的燃气出口4，从而有利于燃烧室内的作功燃气进入汽缸推动活塞作功。
图2中的四行程中冷绝热内燃机正进行排气过程，活塞11向上移动排气，排气门15开启，随后阀门6会被控制上移关闭燃烧室3的燃气出口4，以便让中间冷却器而来的低温压缩空气在充气阀2开启时进入燃烧室。
阀门6顶部的具体结构如图2的放大图所示，在阀门6顶部的中间形成有凸出的顶塞5，在顶塞的圆形周边处是所形成的外凸形的密封压面18。或者如图8所示，把顶塞5圆形周边的密封压面18制成了凹形结构。与阀门6的顶部形状相配合，在燃气出口外侧的燃气密封座75上形成有与阀门6上的密封压面18相吻合的密封座面91，而阀门6顶部中间的顶塞5则能移进燃气密封座75，并与燃气密封座75的内壁92保持极小间隙形成堵塞密封，从而在阀门6上的密封压面18离开燃气密封座75的密封座面91过程中，也不会让燃烧室3内的作功燃气泄漏较多。
阀门6的底部除采用图1和图2所示的结构以外，还可如图5所示，在阀门6的底部设有密封环20，相应的在阀门底部的阀套40外侧形成有按圆周均匀排列的进气孔41和进气孔外侧顺延所形成的外圆套42。在阀门6开启或关闭时，阀门6底部的密封环20始终处在阀套40与外侧的外圆套42范围内滑动。当阀门6完全移进燃气密封座75关闭燃气出口时，阀门6的底部也会移出阀套40、露出阀套上的进气孔41，(参看图9中阀门6的所示状态)。在要开始作功过程、阀门6离开了燃气密封座75而将开通燃气出口时，阀门6的底部也会向阀套40内移动及时遮挡住阀套上的进气孔41，类似图3中使汽缸在极短的时刻与燃烧室3和阀套40的阀腔8互不相通状态，以阻挡汽缸内的压缩空气再进入阀套40，由于这一状态下控制阀门6的凸轮36正快速转离滚轮26，在活塞11行到上止点开始作功过程后，阀门6也会快速离开燃气出口的燃气密封座75，并快速移进阀套40，让阀门6的底部把留在阀腔8中的压缩空气经出气孔38、被冲开的可控单向阀9向外挤出(参看图5)，经出气管路51压入中间冷却器52。这一动作完成后，电磁线圈49被控制断电，将让压套45被弹簧48作用推动可控单向阀9关闭阀套40底部的出气孔38。
图5所示的发动机也是四行程中冷绝热内燃机，图中的发动机正在进行着作功过程。火花塞12设在了燃烧室3的侧面，为躲开燃烧室3，进气门14和排气门倾斜布置，让其上的气门杆19与燃烧室隔开足够的距离。
为了方便控制发动机功率的大小，图1中的中冷绝热内燃机被制成的是四行程可变中冷绝热发动机，由图可见，在这种发动机中，缸盖1上的燃烧室3被制成了可变容积燃烧室，该可变容积燃烧室由外缸筒65和其内的可变升程活塞66构成。为减少燃烧室的散热损失，除在燃烧室内壁采用陶瓷隔热层17之外，可变升程活塞66也采用了陶瓷隔热顶83。在缸盖1上的进、排气门另一侧形成有可变容积气缸67和其内所装的随动活塞73，可变容积气缸67通过底部的通气孔74与下面的汽缸10连通，外缸筒内的可变升程活塞66经活塞连杆68与固定在中间轴70上的横臂69一侧相连，横臂的另一侧则经随动连杆72与可变容积气缸67内的随动活塞73相连，中间轴70被相连的容积控制电机71带动。在发动机加大功率时，容积控制电机经横臂69和活塞连杆68上移使燃烧室3的容积相应增大，同时横臂的另一侧也带动随动活塞73下压，让可变容积气缸67的容积相应变小。在图1中，发动机处于最大功率状态，可变升程活塞66处于最高位置，让可变容积燃烧室的燃烧室3达到最大容积，而另一侧的随动活塞73则处于最低位置，挤没了可变容积气缸的空间，让汽缸内的全部压缩空气基本被充入中间冷却器52进行中间冷却，然后再经充气阀2进入燃烧室3。
在图3所示的中冷绝热内燃机工作过程中，发动机处于中等功率状态，可变升程活塞66也处于半程位置，燃烧室3的容积相应变小，发动机功率相应降低，而另一侧的随动活塞73则相应上移，让不进行燃烧作功的压缩空气充进可变容积气缸67内不再进行中间冷却，防止发动机的排气温度过低。如需要再降低发动机功率，还可再相应调小燃烧室3的容积，让汽缸内的压缩空气更多的充入容积又相应变大的可变容积气缸67。
在开始作功过程时，为防止从燃烧室3进入汽缸的作功燃气再进入与可变容积气缸67产生节流损失，在与可变容积气缸底部的通气孔74位置相对应的活塞11顶面位置处，形成有可进出通气孔74的柱塞78，在阀门6下移到如图3所示的刚关闭阀套的阀腔8同时，随活塞上移的柱塞78也刚堵住可变容积气缸底部的通气孔74，在活塞11上行到上止点时，把汽缸内余下的少量压缩空气被压缩进通气口7和活塞与汽缸之间的余隙容积内，而柱塞78也随动向上移进通气孔74中。
在把这种中冷绝热内燃机制成二行程发动机时，发动机的结构如图6所示，汽缸10的通气口7设在缸盖1的底面，控制通气口7与燃气出口4的阀门6基本上横向设置在缸盖1上，也可让阀门6的外侧向下相应倾斜布置，与燃气出口4连通的燃烧室3处在汽缸上侧范围的缸盖1内，控制阀门6的凸轮摆杆机构84也向外横出设置在缸盖1的外侧，在汽缸10下侧的下止点位置上，分别设有排气口87和与扫气泵86相连通的扫气口85。汽缸10内的活塞11经连杆89与曲轴箱90中的曲轴88传动相连。
图6中的二行程中冷绝热内燃机也是一种可变中冷绝热发动机，如图所示，缸盖1上横向设置的燃烧室3是由外缸筒65和其内的可变升程活塞66构成，在燃烧室3与可变升程活塞66的顶部之间构成了可变容积燃烧室。可变升程活塞66经穿过密封盖95的顶杆94被外侧的容积控制装置96带动，在可变升程活塞66的背部与密封盖95之间形成了可变容积气缸67。
图6中的可变中冷绝热发动机处于中等功率状态，可变升程活塞66也处于外缸筒65内的中间位置处。在发动机加大功率时，容积控制装置96会经顶杆94带动可变升程活塞66外移使燃烧室3内的容积相应增大，同时，让可变升程活塞背部的可变容积气缸67则相应变小。可变容积气缸67通过靠近密封盖95的通气孔74与下面的汽缸10连通，在与可变容积气缸的通气孔74位置相对应的活塞11顶面位置处，形成有可进入通气孔74的柱塞78，在阀门6刚关闭阀套40、活塞11将上移到上止点时，随活塞上移的柱塞78也刚堵住可变容积气缸的通气孔74，汽缸内余下的少量压缩空气会被移到上止点的活塞11压缩进通气口7和活塞与汽缸之间的余隙容积内，在活塞11上行到上止点时，柱塞78也随动上移进通气孔74内。
在以上描述的四行程中冷绝热内燃机中，阀门6被制成了带有顶塞的结构，为简化阀门结构，还可以如图6图7所示，把阀门6制成圆柱形，并在阀门6顶部圆形周边形成所需要的外凸的密封压面18，参看图7阀门放大图。在把阀门6制成圆柱形的结构后，如图7所示，与阀门顶部的形状相配合，燃气出口外侧的燃气密封座75也采用内凹形结构，让阀门6的顶部能移进燃气密封座的外侧套壁93，并与套壁保持极小间隙形成堵塞密封。而在阀门6被压动控制内移到位后，燃气密封座内凹形结构底部的密封座面91也与阀门6顶部密封压面18的形状相吻合，达到阀门与燃气密封座之间完全密封。与阀门顶部带有顶塞5的阀门相比，在与套壁93密封间隙相同时，因圆柱形的阀门直径稍大，在阀门开启燃烧室的燃气出口4过程中漏气量也会稍多。实际中，采用带有顶塞的阀门还是采用圆柱形阀门，以及是否在阀门底部设置密封环，要根据发动机的工作行程及实测后的阀门密封性、耐磨损性和散热损失大小来确定具体的阀门结构。
在图5中的四行程中冷绝热内燃机和图6至图9的二行程中冷绝热内燃机中，在把汽缸的通气口7设在了缸盖1底面后，在与缸盖底面的通气口7相对应的活塞11顶面位置处，形成有可移入通气口7的容积堵块77，在活塞11行到上止点时，容积堵块77可占据部分通气口7内的无益容积。
在压缩过程中活塞11行到上止点时，因汽缸内余下的少量压缩空气会被压缩进通气口7和活塞与汽缸之间余隙容积，通气口7内的无益容积越大，不能参与燃烧作功的压缩空气也会越多，因此，在保证不影响压缩空气向阀套40充入及作功燃气流向汽缸条件下，尽量让容积堵块77能充满通气口7内、阀套40以下面向汽缸的无益容积。在压缩过程中活塞11行到上止点后，在通气口7的无益容积较小状态下，因压缩空气被绝热压缩，其气体压力已接近燃烧室内作功燃气的压力，从而有利于接下去的作功过程。
在图1所示的四行程中冷绝热内燃机中，因汽缸10的通气口7与汽缸侧面相通，不能在活塞上设容积堵块，在自吸气式发动机中，就要在汽缸排量上相应增加，使活塞11行到上止点后，让进入通气口7无益容积内的压缩空气压力接近燃烧室内作功燃气的压力。如发动机进行涡轮增压，只要多吸入一点空气即可让进入通气口无益容积内的压缩空气压力接近燃烧室内的作功燃气压力。
在图9所示的二行程中冷绝热内燃机局部剖视图中，在阀门6的底部也设置了密封环20，相应的在阀门底部的阀套40外侧形成有按圆周均匀排列的进气孔41，在进气孔的外侧形成有向外顺延的外圆套42，阀套40的剖视结构如图10所示。当活塞11行到上止点后，活塞顶面的容积堵块77在留出作功燃气排出时所占的通道后，应尽可能占满靠向阀套进气孔41外侧通气口7的无益容积(参看图10)，以便把通气口7和活塞与汽缸之间余隙容积内的少量压缩空气也尽可能更多的压缩进中间冷却器。
为减少作功燃气流经通气口7流向汽缸时的散热损失，如图9所示，在通气口的上半侧嵌入了陶瓷隔热件79，在陶瓷隔热件79与阀套40之间形成有空出的通气半环道80，并且该通气半环道的在朝向汽缸时是逐渐扩宽的。在阀门6的顶面也设置了隔热层81，在活塞11上也设置了陶瓷活塞顶82。
Claims (10)
1.一种双作用阀门中冷绝热内燃机，包括缸盖(1)和装有活塞(11)的汽缸(10)，在缸盖(1)上形成有燃烧室(3)，燃烧室通过燃气出口(4)在阀门(6)控制下可经通气口(7)与汽缸(10)进行连通，汽缸(10)还经出气管路(51)与中间冷却器(52)连通，中间冷却器再经供气管路(53)和燃烧室(3)上的充气阀(2)与燃烧室相连通，在燃烧室(3)中设有火花塞(12)，其特征在于：阀门(6)的顶部与相对应的燃烧室的燃气出口(4)外的燃气密封座(75)相配合，可移进燃气密封座完全关闭燃气出口(4)，或移出燃气密封座(75)让燃气出口(4)与汽缸(10)的通气口(7)连通并开启到最大距离状态，阀门(6)也是双作用阀门，阀门(6)的底部还与所设的阀套(40)相配合，通过进入或移出阀套(40)，控制阀套底部的出气孔(38)和阀套的阀腔(8)与汽缸(10)的通气口(7)关闭或连通，阀门(6)的高度略大于燃气出口外的燃气密封座(75)与阀套(40)之间的距离，在阀门(6)顶部将要移出燃气密封座(75)时，阀门的底部则已移进阀套(40)，使汽缸在极短的时刻无法经通气口(7)与燃烧室(3)和阀套(40)的阀腔(8)相互连通，在阀套(40)的外侧形成有套筒(44)和中间的套管(55)，阀套(40)底部的出气孔(38)按环形均布的排列在阀套底部的套筒(44)和中间的套管(55)之间，在出气孔(38)外侧的套管(55)上滑动的装有可控单向阀(9)，该可控单向阀被外侧所套装的压套(45)和弹簧(48)作用压在出气孔(38)的外面，防止中间冷却器(52)内的压缩空气沿出气孔向汽缸(10)泄漏，压套(45)还经相连的吸铁(47)可被装在套筒(44)内的电磁线圈(49)吸动，在汽缸内的活塞向外排出压缩空气时让压套(45)离开可控单向阀(9)，使可控单向阀这时不被压动，在阀套(40)外侧的套筒(44)上形成有外出气孔(43)，与外出气孔相对应，在套筒外围形成有通向出气管路(51)的出气环道(50)，在阀门(6)的底部移出阀套(40)让阀套的阀腔(8)与汽缸(10)连通时，从汽缸向外排出的压缩空气可经通气口(7)、阀腔(8)、阀套底部的出气孔(38)、被冲开的可控单向阀(9)、外出气孔(43)、出气环道(50)和出气管路(51)进入中间冷却器(52)，阀门(6)经穿过阀套(40)外侧套管(55)的阀杆(21)后被外面相应的凸轮摆杆机构(84)控制，在阀门(6)被控制移进燃气出口(4)外侧的燃气密封座(75)，用阀门顶部的密封压面(18)顶紧在燃气密封座上使燃气出口完全关闭时，燃烧室(3)的充气阀(2)被控制开启，让中间冷却器(52)内经中冷降温的压缩空气经供气管路(53)充进燃烧室(3)，并通过喷油器喷油让燃烧室内的压缩空气形成燃油混合气，而阀门(6)的底部则离开阀套(40)最远的距离，让阀套的阀腔(8)与汽缸(10)连通，在汽缸(10)中的活塞(11)上行压缩汽缸内空气的压缩过程中，当汽缸内空气压力大于中间冷却器(52)内压力时，汽缸内的压缩空气便会经阀套(40)的出气孔(38)顶开这时已不被弹簧压动的可控单向阀(9)充向中间冷却器(52)，由中间冷却器把压缩空气的压缩热导至外界，随着活塞(11)的上行压缩并把压缩空气向外挤出，当活塞上移接近上止点、在燃烧室(3)内的火花塞(12)将要点火时，阀门(6)也被控制、让阀门的顶部逐渐移出燃气出口(4)的燃气密封座(75)，同时让阀门(6)的底部也逐渐靠近阀套(40)，关小阀门(6)与阀套(40)之间的开启距离，在阀门(6)的顶部即将移出燃气出口的燃气密封座(75)后，阀门(6)的底部也会相应提前先移进阀套(40)的阀腔(8)关闭阀套，使汽缸在极短的时刻与燃烧室(3)和阀套40的阀腔(8)互不相通，汽缸内余下的少量压缩空气被移到上止点的活塞压缩进通气口(7)和活塞与汽缸之间的余隙容积内，这时火花塞(12)已经点火，燃烧室(3)内已燃烧形成高温高压作功燃气，在活塞上移到上止点后，阀门(6)也完全移出燃气出口(4)的燃气密封座(75)并且快速增大开启的距离，让燃烧室(3)内的作功燃气经开通的燃气出口(4)和通气口(7)进入汽缸(10)推动活塞(11)下行作功，阀门(6)的顶部快速离开燃气出口(4)后，阀门的底部则移进阀套(40)内，把留在阀套内的压缩空气经出气孔(38)向外挤出流向中间冷却器，随后电磁线圈(49)被控制断电，让压套(45)被弹簧(48)作用推动可控单向阀(9)关闭出气孔(38)；在阀门(6)经阀杆(21)被外面的凸轮摆杆机构(84)控制时，阀门(6)的阀杆(21)向外穿出，与外侧压座(46)导筒中的滑块(22)相连，该滑块经上轴销(23)与内摆臂(24)相连，内摆臂的外端再经中间轴销(25)与装在顶座(29)上的摆臂(27)的摆动端相连，顶座(29)经带有限位挡头的拉杆(30)装在底座(31)上，在顶座(29)与底座(31)之间装有大弹力顶簧(32)，在内摆臂(24)与摆臂(27)之间的中间轴销(25)上装有滚轮(26)，该滚轮可被一侧相对应的凸轮轴(37)上的凸轮(36)压动控制，摆臂(27)则经其上的侧轴销(33)与另一侧的伸缩杆座(35)相连、并被侧推弹簧(34)作用让摆臂(27)及摆臂上的滚轮(26)压向凸轮(36)被凸轮控制，在凸轮(36)压动滚轮(26)使内摆臂(24)和摆臂(27)从折角状态摆动到接近伸直状态，经阀杆(21)使被带动的阀门(6)顶部也从距离燃气出口(4)最远的位置移进到了燃气出口的燃气密封座(75)，阀门(6)的底部也同时移出了阀套(40)，在阀门(6)的顶部完全移进燃气出口的燃气密封座(75)、让阀门上的密封压面(18)落座在燃气密封座上后，随着凸轮(36)继续压动滚轮(26)，便把内摆臂(24)和摆臂(27)压动到伸直状态，使摆臂(27)的下侧带动顶座(29)小距离下移，压动下面的大弹力顶簧(32)，让压力也传递到被带动的阀门(6)顶部，使阀门被关闭的顶力大于燃烧室(3)内的作功燃气压力。
2.根据权利要求1所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在阀门(6)顶部的中间形成有顶塞(5)，在顶塞的圆形周边所形成的密封压面(18)被制成外凸或内凹形，与阀门(6)顶部的形状相配合，在燃气出口外侧的燃气密封座(75)上形成有与阀门(6)上的密封压面(18)相吻合的密封座面(91)，而阀门(6)顶部中间的顶塞(5)则能移进燃气密封座(75)，并与燃气密封座(75)的内壁(92)保持极小间隙形成堵塞密封。
3.根据权利要求1所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：阀门(6)被制成圆柱形结构，在阀门(6)顶部圆形周边所形成密封压面(18)被制成外凸或内凹形，与阀门(6)顶部的形状相配合，燃气出口外侧的燃气密封座(75)采用内凹形结构，阀门(6)的顶部能移进燃气密封座的外侧套壁(93)，并与套壁保持极小间隙形成堵塞密封，在阀门(6)内移到位后，燃气密封座内凹形结构底部的密封座面(91)也与阀门(6)顶部密封压面(18)的形状相吻合。
4.根据权利要求1所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在阀门(6)的底部设有密封环(20)，相应的在阀门底部的阀套(40)外侧形成有按圆周均匀排列的进气孔(41)和进气孔外侧的外圆套(42)，在阀门(6)开启或关闭时，阀门底部的密封环(20)始终处在阀套(40)与外侧的外圆套(42)范围内滑动，当阀门(6)完全移进燃气密封座(75)关闭燃气出口时，阀门(6)的底部也会移出阀套(40)、露出阀套上的进气孔(41)，在开始作功过程、阀门(6)离开燃气密封座(75)而将开通燃气出口时，阀门(6)的底部也会向阀套(40)内移动及时遮挡住阀套上的进气孔(41)，阻挡汽缸内的压缩空气再进入阀套(40)。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在把这种中冷绝热内燃机制成四行程发动机时，汽缸(10)的通气口(7)设在缸盖(1)与汽缸上端相交的位置处，阀门(6)上侧的燃烧室(3)也能躲开缸盖上的进、排气门。
6.根据权利要求5所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在把这种四行程中冷绝热内燃机制成可变中冷绝热发动机时，缸盖(1)上的燃烧室(3)被制成了可变容积燃烧室，该可变容积燃烧室由外缸筒(65)和其内的可变升程活塞(66)构成，相应地在缸盖(1)上的进、排气门另一侧形成有可变容积气缸(67)和其内所装的随动活塞(73)，可变容积气缸(67)通过底部的通气孔(74)与下面的汽缸(10)连通，外缸筒内的可变升程活塞(66)经活塞连杆(68)与固定在中间轴(70)上的横臂(69)一侧相连，横臂的另一侧则经随动连杆(72)与可变容积气缸(67)内的随动活塞(73)相连，中间轴(70)被相连的容积控制电机(71)带动，在发动机加大功率时，容积控制电机经横臂(69)和活塞连杆(68)上移使燃烧室(3)的容积相应增大，同时横臂的另一侧也带动随动活塞(73)下压，让可变容积气缸(67)的容积相应变小，在与可变容积气缸底部的通气孔(74)位置相对应的活塞(11)顶面位置处，形成有可进出通气孔(74)的柱塞(78)，在阀门(6)下移刚关闭阀套(40)的阀腔(8)同时，随活塞上移的柱塞(78)也刚堵住可变容积气缸底部的通气孔(74)，在活塞(11)上行到上止点时，柱塞(78)也随动上移进通气孔(74)内。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在把这种中冷绝热内燃机制成二行程发动机时，汽缸(10)的通气口(7)设在缸盖(1)的底面，控制通气口(7)与燃气出口(4)的阀门(6)基本上横向设置在缸盖(1)上，也可让阀门(6)的外侧向下相应倾斜布置，与燃气出口(4)连通的燃烧室(3)处在汽缸上侧范围的缸盖(1)内，控制阀门(6)的凸轮摆杆机构(84)也向外横出设置在缸盖(1)的外侧，在汽缸(10)下侧的下止点位置上，分别设有排气口(87)和与扫气泵(86)相连通的扫气口(85)。
8.根据权利要求7所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在把这种二行程中冷绝热内燃机制成可变中冷绝热发动机时，缸盖(1)上横向设置的燃烧室(3)是由外缸筒(65)和其内的可变升程活塞(66)构成，在燃烧室(3)与可变升程活塞(66)的顶部之间构成了可变容积燃烧室，可变升程活塞(66)经穿过密封盖(95)的顶杆(94)被外侧的容积控制装置(96)带动，在可变升程活塞(66)背部与密封盖(95)之间形成可变容积气缸(67)，在发动机加大功率时，容积控制装置(96)经顶杆(94)带动可变升程活塞(66)外移使燃烧室(3)的容积相应增大，同时，可变升程活塞背部的可变容积气缸(67)则相应变小，可变容积气缸(67)通过靠近密封盖(95)的通气孔(74)与下面的汽缸(10)连通，在与可变容积气缸的通气孔(74)位置相对应的活塞(11)顶面位置处，形成有可进入通气孔(74)的柱塞(78)，在阀门(6)刚关闭阀套(40)的同时，随活塞上移的柱塞(78)也刚堵住可变容积气缸的通气孔(74)，在活塞(11)上行到上止点时，柱塞(78)也随动上移进通气孔(74)内。
9.根据权利要求7所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在与缸盖(1)底面的通气口(7)相对应的活塞(11)顶面位置处，形成有可移入通气口(7)的容积堵块(77)，在活塞(11)行到上止点时，容积堵块(77)可占据部分通气口(7)内的无益容积。
10.根据权利要求7所述的双作用阀门中冷绝热内燃机，其特征在于：在通气口(7)的上半侧嵌入了陶瓷隔热件(79)，在陶瓷隔热件(79)与阀套(40)之间形成有空出的通气半环道(80)，并且该通气半环道的在朝向汽缸时是逐渐扩宽的。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202010515279.2A CN113756933A (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 双作用阀门中冷绝热内燃机 |
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| CN202010515279.2A CN113756933A (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 双作用阀门中冷绝热内燃机 |
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| CN113756933A true CN113756933A (zh) | 2021-12-07 |
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ID=78785353
Family Applications (1)
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| CN202010515279.2A Pending CN113756933A (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 双作用阀门中冷绝热内燃机 |
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2020
- 2020-06-05 CN CN202010515279.2A patent/CN113756933A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |