[发明专利]悬浮活塞发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机领域。

背景技术

自从发动机诞生以来，发动机燃烧室的高效密封一直是发动机的研发者和 制造商所追求的重中之重，现代发动机活塞与气缸套之间通过机油润滑活塞环 的设置，使活塞与气缸套之间滑动密封，这种结构确实大幅度提高了发动机的 密封性，但是由于气缸套和活塞以及活塞环之间存在滑动摩擦，对于活塞、活 塞环尤其是气缸套的材料要求具有相当高的耐磨性能，为了维持发动机的密封 性、密封的持续性以及发动机寿命就必须采用高耐磨材料制成的气缸套，并采 用机油进行润滑，这样就决定了发动机气缸套和活塞的工作温度必须保持在较 低水平（现代发动机在400～500℃之间）。在传统发动机的结构中这个温度无法 再提高，否则就可能出现机油变质、气缸套熔化、活塞热损等问题。然而，众 所周知，为了维持活塞和气缸套之间这一较低温度，就要对发动机进行强制冷 却以致燃料30%左右的能量将通过缸套、活塞和缸盖流出，形成利用价值不大 的低品质余热。如果我们能够避免或减少流出缸套、活塞和气缸盖的热量，我 们就可以大幅度提高发动机的效率。这一问题如果得到解决，发动机的效率几 乎可以成倍提高，解决这一问题的关键就必须使燃烧室包络界面（即气缸包络 界面，在传统发动机中为气缸、活塞和气缸盖）的耐热性大幅度提高。为了实 现这一目的，必须解决发动机活塞和气缸套间的在高温状态能够既密封又不会 严重磨损的问题，因此需要发明一种新型发动机能够使气缸缸套和活塞在高温 下正常工作。

发明内容

本发明所述的非接触悬浮设置是指气缸与活塞之间既不发生接触又维持相 当小的间隙，从而实现既密封又不磨损的目的。所谓准悬浮设置是指活塞和气 缸之间处于接触与非接触的临界状态，这样就可以进一步提高密封性，又可避 免磨损。活塞隔热层结构设置的目的是为了减少热量损失，同理，气缸隔热结 构的设置也是为了减少热量损失。气缸流体通道和活塞流体通道的设置是为了 适当冷却并通过流入流体通道中的流体介质维持温度的均匀性以减少冷热形 变，保持活塞与气缸的高度密封性。为了进一步提高发动机的效率，减少传统 气缸盖的热量损失，本发明中的一个实施例公开了一种悬浮活塞对置设置滑动 缸配气发动机，这种结构的发动机中没有气缸盖，两个缸套端部对置设置，在 两个气缸对置设置的端部接口处设置进气道和排气道，配气是通过气缸滑动实 现的。在排气冲程开始时，一个或两个气缸同时开始滑动，在端部与另一个气 缸脱离，从而将两个气缸同时打开，并同时与进气道、排气道连通，在这种结 构中，如果将进排气流场组织好，或在进气道上设置压气涡轮，在排气道上设 动力涡轮，并将两涡轮同轴，这样就可以使排气流向排气道，使新鲜空气被压 气机压入气缸内，在这种结构中，发动机火花塞和/或发动机燃油喷射器可设置 在气缸壁侧面并在火花塞和/或燃油喷射器与气缸侧壁接触处设局部冷却通道。 为了使活塞能够更好的悬浮在气缸内，本发明还公开了一种磁悬浮和一种气/汽 悬浮结构，其目的在于使活塞能够在磁力或气体压力下悬浮在气缸内，只按气 缸轴向方向做往复运动而不与气缸侧壁接触。

为了克服传统发动机的上述缺陷，本发明公开了一种悬浮活塞发动机。本 发明的目的是这样实现的：一种悬浮活塞发动机，包括气缸和活塞，所述活塞 全部或部分设置在所述气缸内，在与所述活塞的活塞上止点对应的所述气缸上 的上止点和与所述活塞的活塞下止点对应的所述气缸上的下止点之间的全部行 程范围内或部分行程范围内所述活塞与所述气缸非接触悬浮设置或准悬浮设 置。

所述活塞由活塞悬浮段、活塞密封段和活塞动力段构成，所述活塞悬浮段 与所述活塞密封段连接，所述活塞密封段与所述活塞动力段连接，所述活塞悬 浮段的长度大于或等于所述上止点和所述下止点之间的距离，所述活塞经其所 述活塞密封段与所述下止点以外的所述气缸设为直接滑动密封连接，所述活塞 密封段与所述气缸的滑动密封环面的直径小于所述上止点与所述下止点之间的 所述气缸的直径；或设为径向弹性滑动密封连接，所述活塞密封段与所述气缸 的滑动密封环面的直径小于所述上止点与所述下止点之间的所述气缸的直径； 或设为轴向弹性密封连接；或设为非弹性密封伸展连接；或设为这些连接方式 中的两种或两种以上连接方式的组合连接形式。