[发明专利]一种内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及动力设备，具体涉及一种内燃机。 

背景技术

汽车和轻型飞机行业用内燃机的设计和制造是比较发达的技术领域。为了商业上的可行性，任何新的发动机配置必须在不牺牲性能的前提下，在能源和原材料节约（特别是燃油消耗量的改善）、保护环境和控制污染、保证乘客的安全和舒适、具有竞争力的设计和生产方式以减少成本和重量等方面也须大幅改善。以牺牲其它方面获得其中一方面的改善在商业上是不可行的。 

目前的四冲程内燃机在车用市场占据着主导地位，直列四缸配置是常见的机型。四缸发动机为了达到与之相符合的做功冲程输出指标而产生的需求，决定了发动机的尺寸和外形；同时因此也限制了设计师在将发动机放置在车辆上的选择。这些发动机气缸较小，对于高效燃烧和原始排放的减少通常是不利的。另外，因为直列四缸机有明显的不平衡自由惯性力存在，导致其噪声和振动较大，从而对乘客舒适性也有不利影响。 

长期以来，发动机设计人员已经认识到，二冲程发动机相对于四冲程发动机有一个重要的潜在优势。在二冲程发动机上，曲轴每旋转一圈，每个气缸做功一次。相对于相同做功输出指标的四冲程发动机，二冲程发动机只需要一半数量的气缸即可。更少的气缸数量使得发动机机械结构简单和体积更小。二冲程发动机本身相对于四冲程发动机具有较简单机械结构，原因在于开启和关闭进排气口的机械结构可以更简单。 

然而，二冲程发动机因为几个可以感知到的缺点而被限制了使用。二冲程发动机相对于四冲程发动机在平均有效压力方面存在弱点（例如，充气效率较低）。因为每个冲程中的很大的一部分压力必须用来扫除上一做功冲程的燃烧产物和燃烧空气供给（扫气），所以这部分压力将从做功冲程中损失。扫气本身也存在问题，特别是当发动机运转在一个宽泛的速度和载荷范围内时。众所周知，二冲程压燃式内燃机（柴油机）还有其他的缺点，包括较差 的启动性能和较高的颗粒排放。 

现代增压技术和燃油喷射技术可以克服很多先前与二冲程发动机相关的局限性，使两缸二冲程发动机可以替代四缸四冲程发动机成为可能。两缸二冲程发动机与四缸四冲程发动机具有相同的点火频率。如果二冲程发动机提供相当于四冲程发动机2/3的平均有效压力，且在二冲程发动机每个气缸的有效排量提高到四冲程发动机的3/2的情况下,那么二冲程发动机将产生（与四冲程）类似的功率输出。二冲程发动机气缸更少，但燃烧容积更大，对于改善燃烧效率和减少原始排放是有利的。二冲程发动机还可以免除四冲程发动机上的气门，这样在其燃烧室设计方面也具有了更大的灵活性。 

现在已经知道当前生产的发动机摩擦损失的重要根源；提高发动机的效率可以通过减少这些摩擦损失实现。当前生产的汽车用发动机上的最大摩擦损失根源，是旋转的连杆作用到活塞上的侧向力推动活塞贴紧气缸壁产生的，约占摩擦损失总量的一半左右。这些损失的大小是与曲轴半径r除以连杆长度l的比率，通常被称之为λ，相关的。通过增大连杆有效长度或减少曲轴半径，都可达到大幅减少摩擦损失的效果。 

活塞（或者更准确的说是活塞环）与气缸壁接触产生的摩擦损失同样是与活塞相对于气缸壁的平均运动速度相关的。在保持相同功率输出时，如果活塞的速度能够减慢，摩擦损失将减少。 

当前生产的发动机上的另一个重要摩擦损失根源是作用在曲轴主轴承上的较大的力。典型的四缸直列发动机有五个曲轴主轴承。因为有数以吨计的燃烧压力作用在曲轴上，这些力必须被转移到发动机的支撑结构上，所以五个主轴颈是必须的。曲轴和发动机的支撑结构必须被设计成具有足够大的强度（和相应的重量）来承受这些负荷。 

中国专利CN1710254A公开了一种新型二行程对置式内燃机，其两活塞分别装在一连杆的两端，机内中部设有由内燃机活塞通过连杆带动的油泵柱塞，工作时可将燃料燃烧产生的热能直接转化为液压能，采用液压马达驱动车辆行使。其液压系统中设用于实现液压与气压能转换的油缸和三个储气罐；用于回收部分减速、制动能量，并能将内燃机排出废气中的部分能量转化为有用功。工作时与传统内燃机相比可大大降低燃料消耗，减少尾气排放。此专利的油泵柱塞与本申请发明具有的曲轴结构存在明显的差别，也并未达到 改善整机高度，减轻质量等的技术效果。