專(zhuān)利名稱(chēng)：中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，特別是中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)。
在申請(qǐng)?zhí)枮椤?0100059.4”“00130351.1”的發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中，雖然所述的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)也具有不同的結(jié)構(gòu)布置及多種閥門(mén)結(jié)構(gòu)，膽因內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程是在副缸內(nèi)進(jìn)行，從而造成散熱損失較大，同時(shí)也不容易解決控制閥的耐熱問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)中的不足提供一種改進(jìn)的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)不僅散熱損失較小，也使控制閥門(mén)不受作功燃?xì)獾母邷赜绊?。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供多種不同的結(jié)構(gòu)更為完善、布局更為靈活的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)，使其能具有寬廣的功率范圍和適應(yīng)不同的實(shí)際需要。
本發(fā)明的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)包裝有排氣門(mén)的主汽缸和裝有進(jìn)氣門(mén)及出氣閥的壓氣汽缸，主汽缸中的動(dòng)力活塞和壓氣汽缸中的壓氣活塞分別經(jīng)連桿與曲軸相連，或者把壓氣汽缸設(shè)在主汽缸的底部、讓壓氣活塞與動(dòng)力活塞合為一體，并經(jīng)穿過(guò)底部缸蓋的活塞桿不傳動(dòng)件與曲軸相連；在主汽缸的側(cè)部設(shè)有其內(nèi)裝有配氣活塞的副缸，配氣活塞經(jīng)連桿與副曲軸相連，副缸通過(guò)所設(shè)的閥門(mén)能依次與相應(yīng)的充氣口、換氣出口、換氣進(jìn)口和熱氣出口相通，其中，充氣口經(jīng)中間冷卻器連通到壓氣汽缸的出氣閥控制的出氣口上，換氣出口經(jīng)置于排氣管路中的回?zé)崞骱笤倥c換氣進(jìn)口連通，熱氣出口與主汽缸連通，所述的熱氣出口是經(jīng)一個(gè)球形或類(lèi)似形狀的燃?xì)饣旌先紵液笤俳?jīng)連接通道與主汽缸相通，在缸蓋上裝有向燃?xì)饣旌先紵覂?nèi)噴油的噴油器，還設(shè)有相應(yīng)的電熱塞或火花塞。
在中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)的副缸閥門(mén)設(shè)置中，副缸頂部所設(shè)的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥，該轉(zhuǎn)閥的通氣道能依次與缸蓋的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的充氣口、換氣出口、換氣進(jìn)口和熱氣出口連通，轉(zhuǎn)閥通過(guò)軸被軸承保持其所在位置，軸的外端裝有圓錐齒輪，該齒輪與凸輪軸上的圓錐齒輪嚙合，轉(zhuǎn)閥與曲軸的傳動(dòng)比為1∶1，副曲軸與曲軸的傳動(dòng)比為2∶1。
在改進(jìn)的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)中，采用了雙副缸結(jié)構(gòu)，副缸的配氣過(guò)程被分開(kāi)在兩個(gè)副缸中進(jìn)行，主汽缸側(cè)的副缸內(nèi)的容積構(gòu)成熱腔，另設(shè)的小副缸構(gòu)成冷腔，熱腔的副缸頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥，該轉(zhuǎn)閥的通氣道能依次與缸蓋的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的換氣進(jìn)口和熱氣出口相通，轉(zhuǎn)閥通過(guò)軸被軸承保持其所在位置，軸的外端裝有圓錐齒輪，該齒輪與凸輪軸上的圓錐齒輪嚙合。小副缸通過(guò)控制閥可分別與充氣口和換氣出口連通，副缸內(nèi)的配氣活塞和小副缸內(nèi)的小配氣活塞分別經(jīng)各自的連桿與副曲軸連接，轉(zhuǎn)閥和副曲軸與曲軸的傳動(dòng)比為1∶1。
在繼續(xù)改進(jìn)的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，也采用了雙副缸結(jié)構(gòu)，副缸的配氣過(guò)程被分開(kāi)，是在具有雙作用功能的副缸的缸套內(nèi)進(jìn)行，副缸內(nèi)的配氣活塞把副缸分為頂部的熱腔和底部的小容積冷腔，配氣活塞經(jīng)穿過(guò)缸套底部缸蓋的活塞桿等傳動(dòng)件與副曲軸相連；副缸頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥，該轉(zhuǎn)閥的通氣道能依次與缸蓋的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的換氣進(jìn)口和熱氣出口相通，轉(zhuǎn)閥通過(guò)軸被軸承保持其所在位置，軸的外端裝有圓錐齒輪；該齒輪與凸輪軸上的圓錐齒輪嚙合；副缸底部的冷腔通過(guò)控制閥可分別與充氣口和換氣出口連通，轉(zhuǎn)閥和副曲軸與曲軸的傳動(dòng)比為1∶1。
在進(jìn)一步改進(jìn)的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)中，仍采用的是雙副缸結(jié)構(gòu)，副缸的配氣過(guò)程被分開(kāi)在兩個(gè)副缸中進(jìn)行，主汽缸側(cè)的副缸內(nèi)的容積構(gòu)成熱腔，另設(shè)的小副缸構(gòu)成冷腔；熱腔副缸的頂部所設(shè)的閥門(mén)為升降式氣門(mén)，副缸與換氣進(jìn)口的連通由設(shè)在缸蓋上的被凸輪控制的頂置式菌形氣門(mén)控制，副缸的熱氣出口與主汽缸的連通由裝在缸蓋上閥孔內(nèi)的柱塞氣門(mén)和相應(yīng)的密封座控制，柱塞氣門(mén)的頭部具有密封錐面和凸緣臺(tái)，其尾部具有左右突擊的橫檔，柱塞氣門(mén)的尾部被彈簧推動(dòng)使氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，其頭部的密封錐面壓在熱氣出口與燃?xì)饣旌先紵抑g的密封座上，頭部的凸緣臺(tái)堵在密封座的通氣孔中，所設(shè)的由凸輪軸上的凸輪控制的搖臂伸在柱塞氣門(mén)的橫檔底面，可帶動(dòng)拄塞氣門(mén)提升開(kāi)啟；小副缸通過(guò)控制閥可分別與充氣口和換氣出口連通，副缸內(nèi)的配氣活塞和小副缸內(nèi)的小配氣活塞分別經(jīng)各自的連桿與副曲軸連接，副曲軸與曲軸的傳動(dòng)比為1∶1。對(duì)于噴油器的布置，在所述的柱塞氣門(mén)上設(shè)有安裝噴油器的孔道，噴油器的頭部伸進(jìn)柱塞氣門(mén)的孔道中。噴油器在柱塞氣門(mén)的孔道內(nèi)能相對(duì)滑動(dòng)、并通過(guò)密封件密封時(shí)，噴油器通過(guò)其尾部與缸蓋的上蓋固定連接。噴油器也可固定在柱塞氣門(mén)中。
在上述副缸頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)中，也可把副缸的缸套與轉(zhuǎn)閥連為一體，構(gòu)成可轉(zhuǎn)動(dòng)的副缸。這樣布置后，副缸通過(guò)頂部的軸和缸套的底部被相應(yīng)的軸承保持其所在位置。對(duì)上述缸套與轉(zhuǎn)閥連為一體的雙作用副缸，其底部的控制閥是在雙作用副缸的缸套底部設(shè)有通氣道，相對(duì)應(yīng)的在缸體的閥壁上設(shè)有充氣口和換氣出口，副缸的底部冷腔經(jīng)通氣道可分別與充氣口和換氣出口接通。
在上述具有小副缸的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)中，為小副缸或雙作用副缸底部的冷腔所設(shè)的控制閥是具有中位關(guān)閉機(jī)能的三位三通滑閥，冷腔的通氣道與滑閥的中位環(huán)槽連通，滑閥的一個(gè)側(cè)位環(huán)槽經(jīng)充氣口通向中間冷卻器的出氣管，另一側(cè)位環(huán)槽經(jīng)換氣出口通向回?zé)崞鞯倪M(jìn)氣管，閥芯經(jīng)連桿被閥曲軸帶動(dòng)，小配氣活塞或雙作用副缸中的配氣活塞行到上、下止點(diǎn)時(shí)，閥芯正行到1/2行程的中位關(guān)閉位置處，閥曲軸與副曲軸的傳動(dòng)比為1∶1。
當(dāng)主汽缸底部作為氣泵而增設(shè)能讓活塞桿穿過(guò)的缸蓋時(shí)，缸蓋中的進(jìn)氣門(mén)裝在所設(shè)的氣門(mén)導(dǎo)管上，在氣門(mén)桿的端部設(shè)有檔座，所設(shè)的橫置彈簧經(jīng)頂座頂在安裝軸上的搖臂的彈力臂上，使搖臂的前端也頂在進(jìn)氣門(mén)的擋座的底面，搖臂通過(guò)其上的控制臂或自身的某一部位還被凸輪軸上的凸輪作用，在需開(kāi)啟進(jìn)氣門(mén)時(shí)，凸輪能使搖臂的前端離開(kāi)進(jìn)氣門(mén)擋座的底面，并使橫置彈簧被壓縮；安裝軸上的壓臂的前端壓在氣門(mén)桿上，壓臂上的拉力臂被穿過(guò)頂座的拉桿上的頂座與拉桿檔塊之間的開(kāi)啟彈簧作用，讓壓臂外端與搖臂外端受到夾緊的作用力。
對(duì)于進(jìn)氣汽缸出氣閥的布置，缸蓋中的出氣閥通過(guò)自身的氣閥頂桿裝在閥座的氣閥導(dǎo)管上，閥座的隔板的背部是中空的腔室，其內(nèi)設(shè)有被彈簧作用而頂在隔板上的升降套筒，升降套筒面向出氣閥的方向是開(kāi)口的，在升降套筒中裝有其背部被小彈簧作用的擋塞，該擋塞頂在出氣閥的氣閥頂桿上，擋塞可被升降套筒開(kāi)口處的擋圈阻擋，升降套筒的尾部穿出彈簧座并通過(guò)尾部所設(shè)的插孔被伸進(jìn)的由凸輪帶動(dòng)的搖臂控制，凸輪經(jīng)搖臂可使升降套筒通過(guò)其上的擋圈帶動(dòng)擋塞離開(kāi)出氣閥的氣閥頂桿。上述的這些部件均設(shè)在出氣管路的壓力腔內(nèi)，凸輪是被外面伸進(jìn)的凸輪軸控制。
當(dāng)把中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)用于車(chē)輛中時(shí)，出中間冷卻器的管路分成兩條，一條管路經(jīng)截止閥與充氣口連通，另一管路又分成兩股，一股經(jīng)可控單向閥通向儲(chǔ)氣瓶，另一股經(jīng)減壓閥連接到截止閥后的通向充氣口的管路上。內(nèi)燃機(jī)的曲軸還經(jīng)離合器和一組增速齒輪帶動(dòng)一個(gè)增壓器，該增壓器通常為葉輪式、串聯(lián)在通向進(jìn)氣門(mén)的進(jìn)氣管路上，進(jìn)氣門(mén)還可被另設(shè)的向外放氣的延遲關(guān)閉機(jī)構(gòu)控制。
在本發(fā)明的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)中，副缸經(jīng)熱氣出口后再通過(guò)增設(shè)的球形燃?xì)饣旌先紵遗c主汽缸連通后，因燃燒過(guò)程不再在副缸中進(jìn)行，使副缸不會(huì)產(chǎn)生額外的散熱損失。同時(shí)，控制副缸與主汽缸接通的通氣道或閥門(mén)也不會(huì)受高溫燃?xì)獾挠绊憽Ｅc普通內(nèi)燃機(jī)相比，中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的副缸與主汽缸因在上止點(diǎn)前不能提前較大的角度接通，噴油器只能提前較小的角度進(jìn)行噴油，但由于采用了回?zé)崞魇篃嵝蚀蠓忍岣?，在上止點(diǎn)前不能?chē)娙肴紵抑械娜加蛯⒈还?jié)省下來(lái)，而內(nèi)燃機(jī)的輸出功率因熱效率的提高并不會(huì)減少。在較大輸出功率時(shí)，雖然噴油器的噴油持續(xù)角被相對(duì)延長(zhǎng)，燃燒過(guò)程被向后推遲，使排氣溫度相應(yīng)提高，但由于可利用回?zé)崞鲗?duì)排氣中的熱量進(jìn)行更多的回收，并不會(huì)使中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的熱效率降低，這與普通內(nèi)燃機(jī)是完全不同的。當(dāng)中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)采用雙副缸的結(jié)構(gòu)后，副缸配氣過(guò)程被分開(kāi)是在兩個(gè)大小不同的副缸中進(jìn)行的，因副缸具有了與主汽缸相同的更大曲軸轉(zhuǎn)角，這樣就可利用副缸內(nèi)的配氣活塞在與主汽缸未接通前進(jìn)行第二次壓縮，使較低的相對(duì)于壓氣汽缸的壓縮比繼續(xù)提高，從而有利于獲得較高的基礎(chǔ)熱效率。當(dāng)讓熱腔的副缸容積大于冷腔的副缸容積時(shí)，會(huì)進(jìn)一步增大回?zé)崞鞯奈鼰釢摿?，這樣便會(huì)得到更高的循環(huán)熱效率，使內(nèi)燃機(jī)的油耗更低。
下面給合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明其副缸采用轉(zhuǎn)閥的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的總體結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2為圖1中轉(zhuǎn)閥的通氣道及閥內(nèi)壁上各氣口的角度位置圖。
圖3為圖1中內(nèi)燃機(jī)的側(cè)視圖。
圖4是本發(fā)明其副缸的缸套與轉(zhuǎn)閥合為一體的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的總體結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖5為圖4中A-A的剖視圖。
圖6為圖4中副缸和主汽缸部分的放大圖。
圖7為圖4中轉(zhuǎn)閥及相應(yīng)各氣口的位置分布圖。
圖8是副缸和主汽缸間相關(guān)的曲軸轉(zhuǎn)角的角度范圍圖。
圖9是本發(fā)明的雙副缸型并采用轉(zhuǎn)閥的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的總體結(jié)構(gòu)剖視10為圖9中轉(zhuǎn)閥及相應(yīng)的換氣進(jìn)口和熱氣出口的角度位置劃分11是副缸和主汽缸間相關(guān)的曲軸轉(zhuǎn)角的角度范圍圖。
圖12中的①～⑧圖是本發(fā)明的雙副缸型中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程圖。其中，圖①、進(jìn)程過(guò)程。圖②、經(jīng)中間冷卻的壓縮排出過(guò)程。圖③、出中間冷卻器的低溫壓縮空氣進(jìn)入副缸的冷腔。圖④、回?zé)徇^(guò)程。圖⑤、經(jīng)回?zé)岬臒釅嚎s空氣進(jìn)入副缸的熱腔。圖⑥、副缸內(nèi)的二次壓縮過(guò)程。圖⑦、主汽缸內(nèi)的燃燒作功過(guò)程。圖⑧、排氣過(guò)程。
圖13是本發(fā)明中主汽缸對(duì)置的雙副缸型中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的總體結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖14為圖13中B向的汽缸蓋上的進(jìn)、出氣閥的布置圖。
圖15是進(jìn)氣門(mén)及相應(yīng)控制機(jī)構(gòu)的剖視圖。
圖16是出氣閥及相應(yīng)控制機(jī)構(gòu)的剖視圖。
圖17是出氣閥的電磁控制機(jī)構(gòu)的剖視圖。
圖18是本發(fā)明的利用雙作用副缸來(lái)構(gòu)成雙副缸型的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的總體結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖19是本發(fā)明的副缸采用升降式氣門(mén)的雙副缸型中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的總體結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖20是本發(fā)明的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)用于車(chē)輛時(shí)為回收利用剎車(chē)能量而增設(shè)的輔助系統(tǒng)的布置圖。
圖1、圖2和圖3所示的副缸采用轉(zhuǎn)閥的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)是一種直列四缸機(jī)，裝有排氣門(mén)6的兩個(gè)主汽缸14處在飛輪31側(cè)，裝有進(jìn)氣門(mén)33和出氣閥42的兩個(gè)壓氣汽缸26處在前側(cè)，主汽缸中的動(dòng)力活塞18和壓氣汽缸中的壓氣活塞29分別經(jīng)各自的連桿與曲軸24相連。副缸45設(shè)在主汽缸14的側(cè)部，其中的配氣活塞72經(jīng)連桿73與副曲軸76相連。在副缸頂部所設(shè)的閥門(mén)是轉(zhuǎn)閥58，如圖1和圖2中所示，該轉(zhuǎn)閥按箭頭181方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)閥上的通氣道60能依次與缸蓋1的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的充氣口90、換氣出口94、換氣進(jìn)口98和熱氣出口99連通。轉(zhuǎn)閥58是通過(guò)軸62被軸承68、69保持其所在位置，軸承68起止推作用，可承受轉(zhuǎn)閥所受到的較大壓力。在軸62的外端裝有圓錐齒輪66，該齒輪與凸輪軸9上的圓錐齒輪67嚙合。凸輪軸9上的凸輪經(jīng)中間搖臂13和搖臂10控制主汽缸14上的排氣門(mén)6，讓凸輪軸9同時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)閥和排氣門(mén)，其布置方式是較緊湊的。由于曲軸24轉(zhuǎn)一周需副缸的副曲軸76轉(zhuǎn)兩周配氣活塞72才能完成讓壓縮空氣充入副缸、把壓縮空氣壓入回?zé)崞?、讓回?zé)岷蟮膲嚎s空氣回到副缸和把壓縮空氣壓入主汽缸的四個(gè)配氣過(guò)程，因此，副曲軸76與曲軸24的傳動(dòng)比為2∶1。而轉(zhuǎn)閥58轉(zhuǎn)動(dòng)一周便可完成與上述配氣過(guò)程相適應(yīng)的和四個(gè)不同氣口的依次接通過(guò)程，因此，轉(zhuǎn)閥58與曲軸24的轉(zhuǎn)速相同，兩者的傳動(dòng)比為1∶1。
在缸蓋1的閥體內(nèi)壁上的各不同氣口中，充氣口90經(jīng)中間冷卻器92連通到壓氣汽缸26的出氣閥42控制的出氣口41上(參看圖3)。換氣出口94經(jīng)置于排氣管路5中的回?zé)崞?6后再與換氣進(jìn)口98連通(參看圖1和圖2)。熱氣出口99是與主汽缸14的動(dòng)力活塞18上部的作功腔相連通，在這里，為了給燃油與壓縮空氣的混合燃燒提供一個(gè)適當(dāng)空間，熱氣出口99是經(jīng)一個(gè)球形或類(lèi)似形狀的燃?xì)饣旌先紵?00后再經(jīng)連接通道101與主汽缸相通的，如圖1中所示。由缸蓋1上所裝的噴油器103向燃燒室100內(nèi)噴油，同時(shí)，還為燃燒室設(shè)置了點(diǎn)火所需的火花塞或電熱塞，圖中為燃燒室設(shè)置了電熱塞104(參看圖2)。
圖4和圖5所示的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)采用V型汽缸排列，其中，壓氣汽缸26 在左側(cè)，主汽缸14設(shè)在右側(cè)。在本實(shí)施的方案中，副缸的缸套與轉(zhuǎn)閥被制成一體，構(gòu)成了可轉(zhuǎn)動(dòng)的副缸45。副缸通過(guò)頂部的軸62和缸套46的底部被軸承69、70保持其所在位置。這種采用可轉(zhuǎn)動(dòng)副缸的布置方式主要特點(diǎn)是可以采用平頂?shù)呐錃饣钊备醉敳康妮S62所占空間也較小，有利于進(jìn)一步降低缸蓋的高度。但這種結(jié)構(gòu)也使轉(zhuǎn)閥部位的密封線(xiàn)被相對(duì)加長(zhǎng)，副缸繞配氣活塞轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使所產(chǎn)生的摩擦力相應(yīng)增大。
設(shè)在缸蓋上的各不同氣口的布置如圖5所示，為了增加回?zé)崞鲀?nèi)被加熱的壓縮空氣溫度，出回?zé)崞鞯墓苈?7在排氣管路5中一直伸到排氣門(mén)6處才與缸蓋1上的通向換氣進(jìn)口98的通氣道相連接。為了獲得較高的排氣溫度，在排氣管的內(nèi)壁面，鋪設(shè)了陶瓷隔熱層11。圖6是圖4中副缸45和主汽缸14的局部放大圖，圖中副缸內(nèi)的配氣活塞72已行到接近上止點(diǎn)的位置，把副缸內(nèi)的壓縮空氣沿?zé)釟獬隹?9壓進(jìn)燃?xì)饣旌先紵?00內(nèi)，與噴油器103噴出的燃油在混合的同時(shí)被電熱塞104點(diǎn)燃后也進(jìn)行著燃燒，燃燒所產(chǎn)生的作功燃?xì)饨?jīng)連接通道101進(jìn)到主汽缸14，推動(dòng)其內(nèi)的動(dòng)力活塞18下行作功。只要噴油器所噴出的燃油量與副缸所排出的壓縮空氣量相適合，噴出的燃油便會(huì)始終與剛進(jìn)入燃燒室的壓縮空氣進(jìn)行混合，然后繼續(xù)其燃燒過(guò)程，這種不同于普通內(nèi)燃機(jī)的供氣燃燒方式，會(huì)有利于獲得較充分的燃燒過(guò)程，使排氣中的污染物質(zhì)減少。由于副缸與主汽缸在上止點(diǎn)前適當(dāng)角度的接通時(shí)刻是固定的，因此，隨后進(jìn)行的開(kāi)始噴油和點(diǎn)火時(shí)間也是固定好，如果讓燃油一噴入燃燒室便立即進(jìn)行燃燒，可安裝不用調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)刻的電熱塞進(jìn)行點(diǎn)火。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的功率控制，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)噴油量和噴油持續(xù)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。噴油量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其輸出功率就大，反之則減小。另外，中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的這種供氣燃燒方式會(huì)對(duì)燃料的性質(zhì)不太敏感，實(shí)際中使用汽油、柴油或其它燃料都可以，只要能被電熱塞或火花塞容易點(diǎn)燃便可穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由于不會(huì)提前向壓縮空氣內(nèi)噴入超量的燃料，同時(shí)其供氣燃燒基本上是在等壓狀態(tài)下進(jìn)行的，實(shí)際中的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)不可能有粗爆燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生，只能穩(wěn)定柔和的進(jìn)行功率輸出。
圖7和圖8示出了轉(zhuǎn)閥及相應(yīng)的閥體內(nèi)壁上的氣口、副缸和主汽缸間相關(guān)的曲軸轉(zhuǎn)角的位置范圍圖。由于副缸的副曲軸轉(zhuǎn)兩周曲軸才轉(zhuǎn)一周，因此，在副缸內(nèi)配氣活塞從下止點(diǎn)移到上止點(diǎn)的180°副曲軸轉(zhuǎn)角中，反映在圖8上的主汽缸曲軸轉(zhuǎn)角，則相當(dāng)于從D線(xiàn)位置轉(zhuǎn)90°到A線(xiàn)位置。圖中O線(xiàn)是主汽缸中動(dòng)力活塞的上止點(diǎn)位置線(xiàn)，其中的頭151表示排氣過(guò)程所占的曲軸轉(zhuǎn)角，箭頭152表示主汽缸中動(dòng)力活塞作功所占角度，排氣過(guò)程后由于要進(jìn)行作功過(guò)程，排氣門(mén)是在上止點(diǎn)前S線(xiàn)位置處提前15°～20°角度關(guān)閉的。按圖7和圖8中的角度劃分，副缸與主汽缸是在上止點(diǎn)前8°的t線(xiàn)位置處被轉(zhuǎn)閥58接通的。t線(xiàn)與排氣門(mén)的關(guān)閉位置S線(xiàn)之間必須隔開(kāi)一定的角度，否則會(huì)使副缸中的壓縮空氣沿排氣門(mén)泄漏。25°的D、O線(xiàn)之間是副缸中配氣活塞對(duì)進(jìn)入的壓縮空氣進(jìn)行二次壓縮，相當(dāng)于50°副曲軸轉(zhuǎn)角。D、t線(xiàn)之間(18°)是配氣活塞在對(duì)壓縮空氣壓縮時(shí)副缸還未與主汽缸接通。通常，D、O間的二次壓縮角不能太大，以避免過(guò)多擠占熱氣出口99所占角度，如圖7中所示。圖7中充氣口90處在AB角之間，換氣出口94處在BC角之間，換氣進(jìn)口98處在CD角之間，熱氣出口99處在DA角之間。
在副缸與主汽缸接通后(從上止點(diǎn)開(kāi)始)，兩者所占的接通角是從O線(xiàn)到A線(xiàn)的65°曲軸轉(zhuǎn)角(參看圖8)，如果在接近65°的噴油持續(xù)角θ范圍內(nèi)進(jìn)行完噴油燃燒過(guò)程，就會(huì)有較長(zhǎng)的后燃時(shí)間(與普通柴油機(jī)相比)，從單純的曲軸轉(zhuǎn)角看，這是不利的。而實(shí)際中，由于在副缸與主汽缸接通后，配氣活塞正被副曲軸以更有效的角度推動(dòng)迅速上移，動(dòng)力活塞則因剛離開(kāi)上止點(diǎn)移動(dòng)較慢，因此，配氣活塞可較快的把大部分壓縮空氣先壓入主汽缸，同時(shí)噴油器也適量的多噴燃油，主要的噴油燃燒過(guò)程便可以在離上止點(diǎn)較近的距離內(nèi)完成。由于設(shè)有回?zé)崞?，在大功率下就是后燃時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，排氣中增多的熱量也會(huì)被回?zé)崞髯畲笙薅鹊幕厥眨粫?huì)對(duì)熱率造成較大影響，這一特點(diǎn)是普通內(nèi)燃機(jī)不能相比的。
圖1與圖4所示出的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)因都采用了一個(gè)副缸，兩者的工作原理相同，其工作過(guò)程是①壓氣汽缸的進(jìn)氣過(guò)程，②經(jīng)中間冷卻器的壓縮排出過(guò)程，③把冷卻后的壓縮空氣充入副缸，④副缸中的配氣活塞再把壓縮空氣壓進(jìn)回?zé)崞鞅慌艢饧訜?，⑤被回?zé)崞骷訜崃说膲嚎s空氣返回副缸，⑥副缸在與主汽缸接通后，又把壓縮空氣推向主汽缸，并經(jīng)燃?xì)饣旌先紵倚纬勺鞴θ細(xì)猓苿?dòng)動(dòng)力活塞下行作功，⑦主汽缸的排氣過(guò)程，排氣經(jīng)回?zé)崞骱髮?duì)其內(nèi)的低溫壓縮空氣進(jìn)行加熱，使排氣熱量被充分回收。
圖9示出的是采用轉(zhuǎn)閥的雙副缸型中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)，與上述采用一個(gè)副缸的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)不同，圖9中的內(nèi)燃機(jī)把原副缸內(nèi)進(jìn)行的配氣過(guò)程分開(kāi)在兩個(gè)副缸中進(jìn)行，主汽缸14側(cè)的副缸47內(nèi)的容積構(gòu)成熱腔48，另設(shè)的小副缸54構(gòu)成冷腔55。這里的小副缸54與副缸47呈對(duì)置式布局，實(shí)際中也可以與副缸成V型排列或直列排列。副缸47頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥，實(shí)際中可把轉(zhuǎn)閥制成圖1中單獨(dú)的形式，或如圖4中所示讓轉(zhuǎn)閥與副缸的缸套合成一體，圖9中的轉(zhuǎn)閥采用了與缸套合成一體的結(jié)構(gòu)，該轉(zhuǎn)閥61的通氣道60能依次與缸蓋1的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的換氣進(jìn)口98和熱氣出口99相通，轉(zhuǎn)閥與兩氣口的角度位置劃分如圖10所示。轉(zhuǎn)閥61通過(guò)頂部的軸62和底部的缸套49被軸承69、70保持其所在位置，軸62的外端裝有圓錐齒輪66，該齒輪被凸輪軸9上的圓錐齒輪67帶動(dòng)。副缸47內(nèi)的配氣活塞72和小副缸54內(nèi)的小配氣活塞78分別經(jīng)各自的連桿與副曲軸76連接，由于配氣過(guò)程分在兩個(gè)副缸中進(jìn)行，副曲軸的轉(zhuǎn)速也相對(duì)降低，與曲軸24的傳動(dòng)比為1∶1，同轉(zhuǎn)閥合為一體的副缸47與曲軸24的傳動(dòng)比也是1∶1。
另設(shè)的小副缸54通過(guò)控制閥106可分別與充氣口90和換氣出口94連通，由于小副缸內(nèi)只進(jìn)行單純的換氣過(guò)程，并且，進(jìn)入小副缸的壓縮空氣與回?zé)崞鲀?nèi)的壓縮空氣之間的壓差較小，其控制閥的工作要求也較低，只要使其具有足夠的流通截面積和相應(yīng)的開(kāi)閉時(shí)間配合即可。在圖9中，為小副缸54所設(shè)的控制閥106是具有中位關(guān)閉機(jī)能的三位三通滑閥，小副缸的冷腔通氣道65與滑閥的中位環(huán)槽108連通，滑閥的側(cè)位環(huán)槽109經(jīng)充氣口90通往中間冷卻器92的出氣管91，另一側(cè)環(huán)槽110經(jīng)換氣出口94通向回?zé)崞?6的進(jìn)氣管95。滑閥的閥芯107經(jīng)過(guò)連桿被閥曲軸112帶動(dòng)，小副缸內(nèi)的小配氣活塞78行到上、下止點(diǎn)時(shí)，閥芯被帶動(dòng)正行到1/2行程的中位關(guān)閉位置處。圖9中閥芯107正把充氣口90開(kāi)啟，讓中間冷卻器92而來(lái)的低溫壓縮空氣充進(jìn)小副缸。閥曲軸112與副曲軸76的傳動(dòng)比為1∶1。
在圖9所示的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，為了能利用主汽缸下部的空間作為氣泵，壓氣汽缸設(shè)在了主汽缸14的底部，同時(shí)，壓氣活塞也與動(dòng)力活塞18合為一體，并經(jīng)穿過(guò)主汽缸底部缸蓋32的活塞桿20與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄環(huán)22相連。圖中曲軸24通過(guò)滑塊23正帶動(dòng)曲柄環(huán)22和其上部的動(dòng)力活塞18行到上止點(diǎn)位置處，副缸47經(jīng)其上的通氣道60也剛與主汽缸14接通，副缸內(nèi)的熱壓縮空氣充進(jìn)了球形的燃?xì)饣旌先紵?00內(nèi)，噴油器102也開(kāi)始向燃燒室中噴入燃料并被電熱塞104點(diǎn)燃，已便進(jìn)行接下去的對(duì)外作功過(guò)程。
圖10和圖11是轉(zhuǎn)閥與換氣進(jìn)口和熱氣出口、副缸和主汽缸間的氣口位置及角度范圍劃分圖。圖中O線(xiàn)是主汽缸中動(dòng)力活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)的位置線(xiàn)，由于圖9中的內(nèi)燃機(jī)副曲軸與曲軸的轉(zhuǎn)速相同，但為了不使副缸與主汽缸的接通角O線(xiàn)與C線(xiàn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角過(guò)大(圖中為70°)，副缸中的配氣活塞要在與主汽缸未接通時(shí)(在D線(xiàn)和O線(xiàn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi))，對(duì)其中的壓縮空氣進(jìn)行二次壓縮，這一特點(diǎn)正好使壓氣汽缸相對(duì)于副缸所形成的較低壓縮比得到進(jìn)一步提高，從而有利于提高中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)熱效率。在雙副缸的內(nèi)燃機(jī)中，D線(xiàn)與O線(xiàn)之間的二次壓縮角通常在110°，但一般不超過(guò)120°，否則會(huì)使熱氣出口99所占的角度過(guò)小，如圖10中所示。換氣進(jìn)口98處在C線(xiàn)至m線(xiàn)角度范圍內(nèi)，與另一側(cè)的熱氣出口99相比，開(kāi)啟角度是很大的。
按圖10和圖11中的角度劃分，箭頭152表示主汽缸內(nèi)動(dòng)力活塞作功過(guò)程所占的曲軸轉(zhuǎn)角，箭頭151表示排氣過(guò)程所占的曲軸轉(zhuǎn)角，排氣過(guò)程之后因要進(jìn)行作功過(guò)程，排氣門(mén)在上止點(diǎn)前S線(xiàn)位置處關(guān)閉，提前關(guān)閉角在15°～20°之間。t線(xiàn)是副缸與主汽缸被轉(zhuǎn)閥61接通時(shí)刻的角度位置，可設(shè)在上止點(diǎn)前8°位置處。為防止副缸與主汽缸接通后從副缸而來(lái)的壓縮空氣沿排氣門(mén)泄漏，排氣門(mén)的關(guān)閉位置S線(xiàn)與副缸和主汽缸的接通位置t線(xiàn)是被隔開(kāi)適當(dāng)角度的。副缸在D線(xiàn)與t線(xiàn)之間是在完全封閉狀態(tài)下先對(duì)其內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行二次壓縮的，圖中這一角度范圍為102°曲軸轉(zhuǎn)角。
圖9中的這種雙副缸型中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程如圖12①～⑧所示，下面結(jié)合工作過(guò)程圖對(duì)這種內(nèi)燃機(jī)的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
①進(jìn)氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程在壓氣汽缸中進(jìn)行，因壓氣汽缸設(shè)在了主汽缸的下部，當(dāng)雙作用主動(dòng)活塞18上行時(shí)，進(jìn)氣門(mén)33開(kāi)啟，空氣被吸入動(dòng)力活塞下側(cè)的壓氣腔28，動(dòng)力活塞行到上止點(diǎn)后，其下側(cè)的壓氣腔已充滿(mǎn)了吸入的空氣，然后進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束。
②經(jīng)中間冷卻的壓縮排出過(guò)程 當(dāng)動(dòng)力活塞18到達(dá)上止點(diǎn)后又開(kāi)始下行時(shí)，對(duì)吸入下側(cè)壓氣腔中的空氣進(jìn)行壓縮。在空氣被壓縮到其壓力大于中間冷卻器92內(nèi)的氣體壓力時(shí)，所形成的壓縮空氣便沖開(kāi)出氣閥42充入中間冷卻器92中，由于中間冷卻器已把空氣的壓縮熱導(dǎo)至外界，使所進(jìn)行的壓縮排出過(guò)程更接近于等溫壓縮，讓所形成的壓縮空氣的溫度和壓力相應(yīng)降低，使壓縮空氣更容易被壓進(jìn)中間冷卻器，活塞所消耗的壓縮功也較少。動(dòng)力活塞18行到下止點(diǎn)后，壓縮排出過(guò)程結(jié)束。實(shí)際中，壓氣汽缸與副缸所形成的相對(duì)壓縮比可超過(guò)6∶1。
③出中間冷卻器的低溫壓縮空氣進(jìn)入副缸的冷腔在副缸54內(nèi)的小配氣活塞78上行吸氣時(shí)，控制閥106也使中間冷卻器92與副缸54的冷腔接通，讓中間冷卻器而來(lái)的低溫壓縮空氣充入副缸。
④回?zé)徇^(guò)程當(dāng)副缸54內(nèi)的小配氣活塞78到達(dá)上部位置又向下返回時(shí)，控制閥106使副缸54的冷腔與回?zé)崞?6接通，下行的小配氣活塞把吸進(jìn)冷腔內(nèi)的低溫壓縮空氣又排向回?zé)崞?6。因回?zé)崞鞅话仓迷谂艢夤苈?內(nèi)，進(jìn)入回?zé)崞鞯牡蜏貕嚎s空氣便被主汽缸排出的高溫排氣加熱，變成熱壓縮空氣，使排氣中的熱量得到回收。低溫壓縮空氣經(jīng)回?zé)崞骰責(zé)岷螅錅囟群蛪毫χ匦律?，但由于副缸及相?yīng)工作過(guò)程之間的隔離性，升高的氣體壓力并不會(huì)反傳到所進(jìn)行的壓縮排出過(guò)程。
⑤經(jīng)回?zé)岬臒釅嚎s空氣進(jìn)入副缸的熱腔在副缸47內(nèi)的配氣活塞72離開(kāi)上止點(diǎn)向下移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)閥使副缸的熱腔48與回?zé)崞?6的出氣管相通，被回?zé)崞骷訜崃说臒釅嚎s空氣便隨下行的配氣活塞72充進(jìn)副缸47中。
⑥副缸內(nèi)的二次壓縮過(guò)程在副缸47的轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)過(guò)換氣進(jìn)口但與主汽缸還未接通時(shí)，上行的配氣活塞72把吸入副缸熱腔48內(nèi)的熱壓縮空氣進(jìn)行二次壓縮，使相對(duì)壓氣汽缸的較低壓縮比被進(jìn)一步提高，這一過(guò)程隨著副缸與主汽缸的接通而結(jié)束。如熱腔的副缸容積稍大于或等于冷腔的副缸容積時(shí)，再進(jìn)行二次壓縮過(guò)程后，可使總壓縮比升高到10∶1至12∶1。
⑦主汽缸內(nèi)的燃燒作功過(guò)程隨著副缸內(nèi)的配氣活塞72繼續(xù)上行，轉(zhuǎn)閥61讓副缸與主汽缸14接通，副缸內(nèi)被提高了壓力的熱壓縮空氣便立即進(jìn)到燃?xì)饣旌先紵?00和主汽缸14中，此刻噴油器103便向燃燒室內(nèi)開(kāi)始噴油，同時(shí)電熱塞104(或火花塞)也把形成的燃油混合氣點(diǎn)燃，經(jīng)燃燒形成作功所需的高溫高壓燃汽，推動(dòng)行到上止點(diǎn)的動(dòng)力活塞18下行作功。作功過(guò)程中，上行的配氣活塞連續(xù)地把副缸內(nèi)的熱壓縮空氣壓入燃燒室參與燃燒，產(chǎn)生新的作功燃?xì)馊ネ苿?dòng)主汽缸中的動(dòng)力活塞向下移動(dòng)，這一過(guò)程直到配氣活塞72行到上止點(diǎn)為止。然后，已進(jìn)入主汽缸的全部燃?xì)饫^續(xù)推動(dòng)著動(dòng)力活塞向下運(yùn)行作功。動(dòng)力活塞行到下止點(diǎn)后，作功過(guò)程結(jié)束。
⑧排氣過(guò)程動(dòng)力活塞18完成作功過(guò)程后，排氣門(mén)6開(kāi)啟，開(kāi)始上行的動(dòng)力活塞18把作功后的高溫廢氣排出主汽缸14，被排出的廢氣在流過(guò)回?zé)崞?6后，其部分熱量被回?zé)崞飨鄳?yīng)吸收?；钊械缴现裹c(diǎn)后，排氣過(guò)程結(jié)束，以便繼續(xù)進(jìn)行接下來(lái)的作功過(guò)程。
以上對(duì)本發(fā)明的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程是分開(kāi)描述的，實(shí)際上，主汽缸中的動(dòng)力活塞是以二沖程方式工作的，其它各部分的工作過(guò)程也是按相互順序連續(xù)進(jìn)行的，從而實(shí)現(xiàn)從進(jìn)氣過(guò)程開(kāi)始至最后的排氣過(guò)程結(jié)束、由八個(gè)工作過(guò)程及動(dòng)作組成的整體循環(huán)過(guò)程。
上述是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的具體工作過(guò)程，從熱循環(huán)的角度去概括劃分以上各運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這種雙副缸型的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)主要包括進(jìn)氣、經(jīng)中間冷卻的壓縮排出、回?zé)?、二次壓縮、燃燒作功和排氣六個(gè)過(guò)程。在中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，作為提高效率的中間冷卻器，由于可把壓縮過(guò)程中的壓縮熱導(dǎo)致外界，使壓氣汽缸產(chǎn)生的壓縮空氣從未冷卻時(shí)的400℃以上降低到不超過(guò)50℃。最大限度的降低壓縮終點(diǎn)時(shí)壓縮空氣的溫度和壓力，所帶來(lái)的好處是使活塞消耗的壓縮功減少，內(nèi)燃機(jī)的最高循環(huán)溫度和壓力相應(yīng)大幅度降低，從而有利于減少內(nèi)燃機(jī)所受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，也有利于提高內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率。另外，所進(jìn)行的中間冷卻過(guò)程也為將要進(jìn)行的回?zé)徇^(guò)程提供了很大的溫度差。回?zé)崞髂苤苯犹岣哐h(huán)的熱效率，由于中間冷卻器已給回?zé)崞骰厥张艢鉄崃縿?chuàng)造了很大的溫度差，在500℃以上的排氣溫度下，如果回?zé)崞髂馨哑鋬?nèi)的低溫壓縮空氣從50℃升高到350℃以上，其效率提高幅度是很大的。在采用雙副缸的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，如讓熱腔的副缸容積適當(dāng)大于冷腔的副缸容積，還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大回?zé)崞鞯奈鼰釢摿Α＞C合中間冷卻器和回?zé)崞魉a(chǎn)生的有益溫度變化值，兩者的高低溫度差可很容易的超過(guò)600℃，所帶來(lái)的有益壓力變化也會(huì)超過(guò)10bar，因此所增加的有效效率在原效率的基礎(chǔ)上至少提高20％以上，從而可使中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的有效效率達(dá)到或超過(guò)60％，成為具有最高循環(huán)熱效率的熱機(jī)。
在圖13所示的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，主汽缸14采用了對(duì)質(zhì)的布局方式，由于要利用汽缸的底部作為氣泵，這種內(nèi)燃機(jī)采用了曲柄滑塊式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，每側(cè)的動(dòng)力活塞18分別經(jīng)活塞桿20連接到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的曲柄環(huán)22上。在這里，動(dòng)力活塞18是經(jīng)兩根平行的活塞桿20與曲柄環(huán)22相連的，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是可以在汽缸底部的缸蓋32上布置直徑較大的進(jìn)氣門(mén)33，如圖14所示。在圖13中，為主汽缸14所設(shè)的副缸采用的是雙副缸結(jié)構(gòu)，如只采用圖13中所示的一套總體結(jié)構(gòu)時(shí)，它便相當(dāng)于一臺(tái)四汽缸直列的普通四沖程內(nèi)燃機(jī)，實(shí)際中，發(fā)動(dòng)機(jī)的這種結(jié)構(gòu)布置方式所占用的軸向空間是最小的。
當(dāng)利用主汽缸14的底部作為氣泵而在其底部設(shè)置缸蓋32時(shí)，為了在較薄的缸蓋上能布置下進(jìn)氣門(mén)及其相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)，在圖15中給出了一種經(jīng)改進(jìn)的進(jìn)氣門(mén)布置方案，在這種方案中，缸蓋32中的進(jìn)氣門(mén)33裝在所設(shè)的氣門(mén)導(dǎo)管38上，在氣門(mén)桿34的端部設(shè)有擋座36，在擋座底面不設(shè)彈簧，這與普通內(nèi)燃機(jī)中的氣門(mén)不同。所設(shè)的橫置彈簧114經(jīng)頂座115頂在安裝軸117上的搖臂118的彈力臂120上，讓搖臂118的前端119也頂在進(jìn)氣門(mén)的擋座36的底面37上，使進(jìn)氣門(mén)處在關(guān)閉狀態(tài)。搖臂118通過(guò)其上的控制臂121(或自身的某一部位)還被凸輪軸127上的凸輪128作用。在需開(kāi)啟進(jìn)氣門(mén)33時(shí)，凸輪128能使搖臂118的前端119離開(kāi)進(jìn)氣門(mén)擋座36的底面37，并使橫置彈簧114被相應(yīng)壓縮。安裝軸117上的壓臂122的前端壓在氣門(mén)桿34上，壓臂上的拉力臂123被穿過(guò)頂座115的拉桿124上的頂座115與拉桿擋塊125之間的開(kāi)啟彈簧126作用，讓壓臂外端與搖臂外端受到夾緊的作用力。之所以不用凸輪的直接控制力來(lái)開(kāi)啟進(jìn)氣門(mén)，這是因?yàn)閴簹馄资且詺獗梅绞竭M(jìn)行工作的，當(dāng)活塞進(jìn)行完壓縮排出過(guò)程后，留在余隙容積內(nèi)的少量壓縮空氣是應(yīng)推動(dòng)活塞膨脹作功的，使這部分壓力被相應(yīng)回收。在采用圖15的這種機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣門(mén)后，當(dāng)活塞完成壓縮排出過(guò)程后要遠(yuǎn)離缸蓋32并將開(kāi)始進(jìn)氣過(guò)程時(shí)，凸輪128首先控制搖臂118的前端119離開(kāi)氣門(mén)桿的擋座36，消除進(jìn)氣門(mén)所受的關(guān)閉作用力，與此同時(shí)，拉桿124上的開(kāi)啟彈簧126通過(guò)拉桿和壓臂122也給進(jìn)氣門(mén)施加了一個(gè)開(kāi)啟作用力，但因這時(shí)壓氣汽缸內(nèi)的殘留氣體壓力還較高，進(jìn)氣門(mén)所受的開(kāi)啟力還小于汽缸內(nèi)氣體對(duì)進(jìn)氣門(mén)的作用力，隨著活塞的繼續(xù)遠(yuǎn)離，進(jìn)氣門(mén)所受的開(kāi)啟力很快便超過(guò)汽缸內(nèi)的氣體壓力，這時(shí)進(jìn)氣門(mén)33便會(huì)被開(kāi)啟彈簧126迅速開(kāi)啟，以較快的速度移到最大開(kāi)度位置，讓外界的空氣能更流暢的充進(jìn)壓氣汽缸。完成進(jìn)氣過(guò)程后，凸輪128轉(zhuǎn)過(guò)搖臂118，橫置彈簧114經(jīng)搖臂118的前端也帶動(dòng)氣門(mén)的擋座36使氣門(mén)關(guān)閉。由于這種被彈簧開(kāi)啟的進(jìn)氣門(mén)更能配合活塞回收少量壓縮空氣的壓縮功，同時(shí)也使進(jìn)氣門(mén)在壓力達(dá)到平衡后迅速開(kāi)啟，因此，實(shí)際中這種機(jī)構(gòu)會(huì)優(yōu)于用凸輪直接控制的進(jìn)氣門(mén)，在高轉(zhuǎn)速下，也會(huì)優(yōu)于利用空氣負(fù)壓來(lái)開(kāi)啟的進(jìn)氣門(mén)。
對(duì)壓氣汽缸的出氣閥設(shè)置，要求在高速狀態(tài)下被壓出汽缸的空氣在流經(jīng)出氣閥時(shí)，不應(yīng)再受到出氣閥背部的彈簧對(duì)氣流所施加的阻力，以盡可能減少所產(chǎn)生的壓力損失，這對(duì)依靠氣泵提供壓縮空氣進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)是非常重要的。圖16所提供的出氣閥及相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)便能滿(mǎn)足上述要求，由圖可見(jiàn)，缸蓋32中的出氣閥42通過(guò)自身的氣閥頂桿43裝在閥座130的氣閥導(dǎo)管133上，閥座的隔板131是與外套管132制成一體，使其背部形成中空的腔室134，在腔室內(nèi)設(shè)有被彈簧135作用而頂在隔板131上的升降套筒136，升降套筒面向出氣閥的方向是開(kāi)口的。在升降套筒136內(nèi)裝有其背部被小彈簧138作用的擋塞139，該擋塞又頂在出氣閥的氣閥頂桿43上。擋塞可被升降套筒開(kāi)口處的擋圈137阻擋，但擋圈與擋塞之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，以便讓擋塞139能頂在氣閥頂桿43上。升降套筒136的尾部穿出彈簧座149并通過(guò)其尾部所設(shè)的插孔141被伸進(jìn)的搖臂142控制，搖臂142由凸輪143帶動(dòng)。當(dāng)活塞把吸進(jìn)的空氣進(jìn)行壓縮，使其壓力接近出氣閥背后的氣體壓力時(shí)，凸輪143經(jīng)搖臂142便使升降套筒136通過(guò)其上的擋圈137帶動(dòng)擋塞139離開(kāi)出氣閥的氣閥頂桿43，讓出氣閥42這時(shí)不再受其背部的彈簧關(guān)閉作用力，只要汽缸內(nèi)被壓縮的空氣壓力超過(guò)出氣閥背部的氣體壓力，所形成的壓縮空氣便推開(kāi)不受彈力作用的出氣閥42，充進(jìn)通向中間冷卻器的管路93內(nèi)，讓流出汽缸的壓縮空氣所受到的阻力最小。當(dāng)活塞行到止點(diǎn)位置而返回時(shí)，凸輪143是以很陡的凸輪型面轉(zhuǎn)離開(kāi)搖臂142的，讓搖臂迅速失去控制力，使彈簧135能快速帶動(dòng)升降套筒136及其內(nèi)的擋塞139等回位，回位的擋塞也帶動(dòng)出氣閥42隨即關(guān)閉。在回位過(guò)程中，升降套筒承受了較大的關(guān)閉沖擊力。由于出氣閥處在出氣管路的壓力腔內(nèi)，因此上述的各控制部件也設(shè)在壓力腔內(nèi)，凸輪是被外面伸進(jìn)的凸輪軸127帶動(dòng)。
圖17還給出了一種由電磁鐵控制的出氣閥的結(jié)構(gòu)，當(dāng)出氣閥42將開(kāi)啟時(shí)，電磁線(xiàn)圈145通電，銜鐵146便帶動(dòng)中間頂桿147離開(kāi)出氣閥頂桿43，讓出氣閥不再受彈簧138的彈力作用。
圖18示出了一種利用雙作用副缸來(lái)構(gòu)成雙副缸型的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)，在這種內(nèi)燃機(jī)中，主汽缸14被制成雙作用汽缸，通過(guò)在其底部增設(shè)缸蓋32，構(gòu)成下部的氣泵結(jié)構(gòu)。動(dòng)力活塞18經(jīng)穿過(guò)缸蓋32的活塞桿20與十字頭式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的十字頭21相連。在主汽缸旁的副缸中，被分開(kāi)的配氣過(guò)程是在具有雙作用功能的副缸47的缸套50內(nèi)進(jìn)行，副缸內(nèi)的配氣活塞72把副缸分為頂部的熱腔48和底部的小容積冷腔55，配氣活塞72經(jīng)穿過(guò)缸套底部缸蓋53的活塞桿74與十字頭式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的十字頭75相連，十字頭再經(jīng)連桿73與副曲軸76相連。在圖18中，副缸47頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥61，并且采用了與圖9相同的讓缸套與轉(zhuǎn)閥連為一體的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)閥61的通氣道60能依次與缸蓋1的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的換氣進(jìn)口98和熱氣出口99相通(參看圖10)。因轉(zhuǎn)閥與缸套合為一體構(gòu)成了可轉(zhuǎn)動(dòng)的副缸，其下部的冷腔55與充氣口和換氣出口的連通也是靠轉(zhuǎn)閥實(shí)現(xiàn)的。如圖所示，在雙作用缸套50的底部設(shè)有通氣道51來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的轉(zhuǎn)閥，同時(shí)在缸體的閥壁上設(shè)有充氣口90和換氣出口94，以便讓副缸下部的冷腔55能經(jīng)通氣道51分別與充氣口和換氣出口接通。充氣口90直接連通在缸體15內(nèi)的中間冷卻器92的出氣端上，換氣出口94經(jīng)連接管路95與回?zé)崞?6連通。在這里，由于是利用雙副缸進(jìn)行配氣，副曲軸76與曲軸24的傳動(dòng)比為1∶1，與缸套連為一體的轉(zhuǎn)閥61通過(guò)其頂部軸62上的圓錐齒輪66被凸輪軸9上的圓錐齒輪67帶動(dòng)，轉(zhuǎn)閥與曲軸的傳動(dòng)比也為1∶1。在圖18中，主汽缸內(nèi)的動(dòng)力活塞18正行到下止點(diǎn)，副缸上的頂部、底部轉(zhuǎn)閥也同時(shí)把回?zé)崞鞯膿Q氣進(jìn)、出口接通，副缸中的配氣活塞72在下行時(shí)把已吸進(jìn)的低溫壓縮空氣壓入回?zé)崞?6中讓排氣加熱，而被回?zé)崞骷訜崃说臒釅嚎s空氣則從開(kāi)啟的換氣進(jìn)口92進(jìn)入副缸的熱腔48。
如把雙作用副缸的缸套50以固定方式裝在缸體15中時(shí)，副缸頂部的轉(zhuǎn)閥便要采用如圖1中所示的單獨(dú)轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)，副缸底部的冷腔也要采用與圖9中相同的三位三通滑閥來(lái)與充氣口和換氣出口進(jìn)行接通。如把配氣活塞72的活塞桿74通過(guò)軸承與十字頭75相連，讓配氣活塞能與缸套同轉(zhuǎn)也可消除因缸套50與配氣活塞72之間的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力。圖18中的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)由于配氣活塞和動(dòng)力活塞都采用了十字頭式曲柄連桿機(jī)構(gòu)，是一種中、低轉(zhuǎn)速的較大功率發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖19示出的是副缸采用升降式氣門(mén)的雙副缸型中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)。與上述各實(shí)施方案不同，圖19中內(nèi)燃機(jī)的副缸采用了升降式氣門(mén)來(lái)控制與換氣進(jìn)口和熱氣出口的接通，由圖可見(jiàn)，副缸的配氣過(guò)程也是被分開(kāi)在兩個(gè)副缸中進(jìn)行，靠近主汽缸14側(cè)的副缸47的容積構(gòu)成熱腔48，另設(shè)的小副缸54構(gòu)成冷腔55，圖中的小副缸54與副缸47成V型排列。副缸47頂部的閥門(mén)為升降式氣門(mén)，副缸與換氣進(jìn)口98的連通由設(shè)在缸蓋1上的被凸輪71控制的頂置式菌形氣門(mén)52控制，該氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間相當(dāng)于圖10中C線(xiàn)至m線(xiàn)之間的換氣進(jìn)口98所占的角度。副缸的熱氣出口99與主汽缸14的連通由裝在缸蓋1上的閥孔內(nèi)的柱塞氣門(mén)80和相應(yīng)的密封座86控制，柱塞氣門(mén)80的頭部具有密封錐面81和凸緣臺(tái)82，其尾部具有為抬升氣門(mén)而左右突出的橫擋83(圖中角度只能示出一個(gè))。柱塞氣門(mén)的尾部被彈簧85推動(dòng)使氣門(mén)被關(guān)閉，其頭部的密封錐面81壓在熱氣出口99與燃?xì)饣旌先紵?00之間的密封座86上，頭部上的凸緣臺(tái)82堵在密封座的通氣孔中。所設(shè)的由凸輪軸89上的凸輪88控制的搖臂87伸在柱塞氣門(mén)的橫擋83底面，以便能帶動(dòng)柱塞氣門(mén)提升開(kāi)啟。柱塞氣門(mén)80被凸輪88控制開(kāi)啟的角度及時(shí)刻相當(dāng)于圖11中t線(xiàn)至C線(xiàn)的角度范圍。由于留給柱塞氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間并不多，在柱塞氣門(mén)頭部所設(shè)的凸緣臺(tái)82可使氣門(mén)的有效升程從氣門(mén)速度較大的位置開(kāi)始。圖中的柱塞氣門(mén)80處在關(guān)閉位置，當(dāng)凸輪88轉(zhuǎn)到開(kāi)啟位置時(shí)，經(jīng)搖臂87帶動(dòng)氣門(mén)尾部的橫擋83，在克服彈簧85的彈力后便可帶動(dòng)柱塞氣門(mén)升高開(kāi)啟。因柱塞氣門(mén)具有左右突出的橫檔83，其搖臂87和凸輪88也是雙排的，處在凸輪71兩側(cè)。在柱塞氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，為了能密封壓力較大的作功燃?xì)猓髲椈?5的彈力也要足夠大，這就要求柱塞氣門(mén)頭部的密封錐面81和相接觸的密封座86具有很大的硬度和耐沖擊性，同時(shí)也要求凸輪能產(chǎn)生很大的控制力使關(guān)閉氣門(mén)的彈簧85能被壓縮。
為配合副缸47的傾斜頂面，配氣活塞72的頂面也是傾斜的，并沒(méi)有導(dǎo)流槽77。所設(shè)的小副缸54通過(guò)控制閥106依次與充氣口90和換氣出口94接通，控制閥與圖9中相同，采用的也是三位三通滑閥。副缸的配氣活塞72和小副缸的小配氣活塞78分別經(jīng)各自的連桿與副曲軸76連接，副曲軸與曲軸24的傳動(dòng)比為1∶1。
對(duì)于噴油器的設(shè)置，在圖19中把噴油器設(shè)在了柱塞氣門(mén)中，為了安裝噴油器102，在柱塞氣門(mén)80中設(shè)有孔道84，噴油器102的頭部伸進(jìn)柱塞氣門(mén)的孔道中。當(dāng)讓噴油器102在柱塞氣門(mén)的孔道84內(nèi)能相對(duì)滑動(dòng)，并通過(guò)密封件與孔道內(nèi)壁密封時(shí)，噴油器是通過(guò)其尾部與缸蓋1的上蓋12固定連接的。另外，也可把噴油器固定在柱塞氣門(mén)的孔道中，但由于噴油器會(huì)隨氣門(mén)的開(kāi)閉上下移動(dòng)，要通過(guò)滑動(dòng)油路給噴油器提供燃油。
在圖19給出的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，主汽缸14內(nèi)的動(dòng)力活塞18是經(jīng)兩平行的活塞桿20與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄環(huán)相連的，以使主汽缸底部缸蓋32上的進(jìn)氣門(mén)33(參看圖14)具有較大的直徑尺寸。由于動(dòng)力活塞上行時(shí)只是為了排出作功后的廢氣，受到的作用力很小，因此所設(shè)的曲柄環(huán)22向左偏置，以便作功時(shí)減小動(dòng)力活塞18所受的側(cè)推力，如圖中狀態(tài)所示。
在以上所給出的不同類(lèi)型中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，對(duì)于作用和功能相同，但結(jié)構(gòu)不同的部件或構(gòu)成，可完全重新組合或替換，以形成更多的機(jī)體變型，滿(mǎn)足不同的布置和用途。
當(dāng)把中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)用于車(chē)輛當(dāng)中時(shí)，尤其是用于公路和鐵路車(chē)輛，要求發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生較大的制動(dòng)力，這在中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中是很容易實(shí)現(xiàn)的，并且還同時(shí)可以把剎車(chē)能量進(jìn)行回收利用，這是普通內(nèi)燃機(jī)無(wú)法相比的。能產(chǎn)生較大制動(dòng)力并可回收利用剎車(chē)能量的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)及所增設(shè)的相應(yīng)系統(tǒng)如圖20所示，在這里，出中間冷卻器92的管路分成兩條，管路91經(jīng)截止閥155與充氣口90連通，另一管路又分成兩股，一股經(jīng)可控單向閥160通向儲(chǔ)氣瓶162，另一股經(jīng)減壓閥164連接到截止閥155后的通向小副缸充氣口90的管路上。同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的曲軸24還經(jīng)離合器66和一組增速齒輪171帶動(dòng)增壓器172，該增壓器為葉輪式、串聯(lián)在通向進(jìn)氣門(mén)33的進(jìn)氣管路39上。在葉輪式增壓器不工作時(shí)，要求所具有的流通面積不影響進(jìn)氣管路39內(nèi)的空氣流動(dòng)。在整個(gè)系統(tǒng)布置中，還要求進(jìn)氣門(mén)能被另設(shè)的向外放氣的延遲關(guān)閉機(jī)構(gòu)40控制。
實(shí)際中，利用圖20中的制動(dòng)及剎車(chē)能量回收系統(tǒng)主要是控制車(chē)輛的初始減速和下坡時(shí)減速，較緊急的制動(dòng)仍由車(chē)輛自身的制動(dòng)系統(tǒng)完成。當(dāng)需減速時(shí)，把制動(dòng)踏板173(也可用手動(dòng))踩較小的角度，電源開(kāi)關(guān)174經(jīng)兩條線(xiàn)路158、170分別通過(guò)電磁閥157、169利用中間冷卻器內(nèi)的壓縮空氣壓力讓截止閥155關(guān)閉，同時(shí)讓離合器166接合，立即帶動(dòng)增壓器172運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)的增壓器172開(kāi)始為發(fā)動(dòng)機(jī)提供超額的進(jìn)氣空氣，讓壓氣汽缸產(chǎn)生的壓縮空氣大幅度增加，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力也相應(yīng)增加，使車(chē)輛的行駛速度開(kāi)始降低。多產(chǎn)生的壓縮空氣被充進(jìn)中間冷卻器92后，因截止閥155已經(jīng)關(guān)閉，而所設(shè)的減壓閥164為保持經(jīng)充氣口進(jìn)入小副缸的壓縮空氣壓力不變(不升高)，不會(huì)讓過(guò)多的壓縮空氣流過(guò)減壓閥，這部分增多的壓縮空氣便推開(kāi)可控單向閥160充入儲(chǔ)氣瓶162內(nèi)，讓剎車(chē)能量以?xún)?chǔ)存壓縮空氣的形式被回收。如松開(kāi)制動(dòng)踏板173，離合器166便立即分離，讓增壓器172停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而截止閥155則會(huì)相應(yīng)延遲開(kāi)啟，因中間冷卻器內(nèi)的壓縮空氣壓力還高于正常值。如進(jìn)一步踩制動(dòng)踏板進(jìn)行較急的剎車(chē)，因電源開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)已互相離開(kāi)，也會(huì)達(dá)到上述松開(kāi)制動(dòng)踏板的同樣效果。
在設(shè)有自動(dòng)的壓力控制開(kāi)關(guān)163時(shí)，當(dāng)松開(kāi)制動(dòng)踏板而控制油門(mén)踏板時(shí)，如儲(chǔ)氣瓶162內(nèi)的氣體壓力超過(guò)規(guī)定值，壓力控制開(kāi)關(guān)163便會(huì)自行帶動(dòng)一個(gè)多路開(kāi)關(guān)176，通過(guò)電磁閥161開(kāi)啟可控單向閥160，也通過(guò)電磁閥157讓截止閥155關(guān)閉，同時(shí)還使進(jìn)氣門(mén)33的延遲關(guān)閉機(jī)構(gòu)40開(kāi)始動(dòng)作，讓壓氣汽缸停止產(chǎn)生壓縮空氣，當(dāng)然這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)也不再消耗壓縮功。壓氣汽缸停止產(chǎn)生壓縮空氣后，儲(chǔ)氣瓶162內(nèi)所儲(chǔ)存的壓縮空氣便經(jīng)開(kāi)啟的單向閥160和減壓閥164繼續(xù)流向小副缸的充氣口90，發(fā)動(dòng)機(jī)在這種狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，因沒(méi)有壓縮功的消耗，其油耗會(huì)更少，使運(yùn)行效率相應(yīng)提高。當(dāng)儲(chǔ)氣瓶162內(nèi)的氣體壓力降到規(guī)定值后，壓力控制開(kāi)關(guān)帶動(dòng)多路開(kāi)關(guān)176關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如接通單設(shè)的開(kāi)關(guān)178，在截止閥155關(guān)閉、離合器166被接合后，因增壓器172增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣，這時(shí)可利用發(fā)動(dòng)機(jī)自身的動(dòng)力給儲(chǔ)氣瓶162充氣，或者帶動(dòng)其它的氣動(dòng)裝置工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)轉(zhuǎn)，中間冷卻器和回?zé)崞鲀?nèi)已沒(méi)有壓縮空氣時(shí)，如開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)180，讓電磁閥161帶動(dòng)可控單向閥160開(kāi)啟，便可放出儲(chǔ)氣瓶162內(nèi)的壓縮空氣，讓發(fā)動(dòng)機(jī)獲得基本的起動(dòng)氣壓。
以上對(duì)中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)的不同類(lèi)型、工作過(guò)程和相應(yīng)的輔助系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)是一種以可靠和較容易實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)達(dá)到了最高的循環(huán)熱效率，為進(jìn)一步大幅度提高熱機(jī)的效率開(kāi)辟了一條新路。由于中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)新增了不同的部件和系統(tǒng)，為使所提高的效率不被如氣體節(jié)流損失和轉(zhuǎn)閥摩擦力等減少太多，實(shí)際中應(yīng)在以下方面進(jìn)行更有效的改進(jìn)、完善和加強(qiáng)。
1.減小氣體的流動(dòng)損失。為壓氣汽缸設(shè)置主動(dòng)控制的進(jìn)氣門(mén)和出氣閥，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速和減小壓縮空氣被排出汽缸時(shí)所受的節(jié)流。
2.讓余隙容積內(nèi)的壓縮空氣壓力能被活塞回收。在中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)中，可讓活塞回收的壓縮空氣壓力主要處在兩個(gè)部位，首先是壓氣汽缸內(nèi)的壓氣活塞在進(jìn)行完壓縮排出過(guò)程后，其余隙容積內(nèi)的壓縮空氣壓力還較大，應(yīng)適當(dāng)推遲進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)啟，讓這部分氣體的壓力推動(dòng)活塞回返，然后再使進(jìn)氣門(mén)迅速開(kāi)啟，以進(jìn)行進(jìn)氣過(guò)程。另外是在副缸與主汽缸接通并進(jìn)行完燃燒過(guò)程后，行到上止點(diǎn)的配氣活塞是不能把余隙容積和通氣道內(nèi)的殘留壓縮空氣充進(jìn)主汽缸的，由于這部分氣體壓力很大，應(yīng)推動(dòng)配氣活塞下行作功，這就要求控制閥門(mén)推遲與下一個(gè)氣口的接通。在圖1和圖4所示的單副缸內(nèi)燃機(jī)中，轉(zhuǎn)閥推遲與充氣口接通的角度如圖7中轉(zhuǎn)離A線(xiàn)的箭頭153所示，配氣活塞在此角度內(nèi)被推動(dòng)下行。在圖9、圖13、圖18和圖19所示的雙副缸內(nèi)燃機(jī)中，轉(zhuǎn)閥推遲與換氣進(jìn)口接通的角度如圖10中轉(zhuǎn)離C線(xiàn)的箭頭154所示，副缸內(nèi)的配氣活塞在這一角度里被推動(dòng)下行，使殘留其內(nèi)的氣體壓力被回收。
3.中間冷卻器要有足夠的冷卻能力。增加冷卻器的冷卻能力，可給回?zé)崞骰厥张艢庵械臒崃縿?chuàng)造很大的溫度差，有利于回?zé)崞鞲嗟奈张艢庵械臒崃俊＿@一要求在船用內(nèi)燃機(jī)中是最容易得到滿(mǎn)足的，因此，船用的中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)將具有最高的熱效率。同樣，冬季的低溫也有利于中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的效率提高。
4.回?zé)崞鲬?yīng)有足夠的換熱能力。提高回?zé)崞鞯膿Q熱能力主要是加大回?zé)崞鞯臒峤粨Q面積和與排氣采用逆流換熱方式。同時(shí)，對(duì)已回收的熱量，就不讓其再損失掉。
5.至少在活塞頂面、主氣缸蓋的底面和排氣管的內(nèi)壁要鋪設(shè)陶瓷的隔熱層，最大限度的減小發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱損失，使排氣保持較高的溫度，以便回?zé)崞鞲嗟幕責(zé)帷?br> 6.減少轉(zhuǎn)閥的漏氣損失和所受的摩擦阻力。
7.主汽缸中的動(dòng)力活塞和副缸中的配氣活塞都制成雙作用結(jié)構(gòu)，也可進(jìn)一步減少所產(chǎn)生的摩擦阻力。
8.與現(xiàn)有的渦輪增壓技術(shù)相結(jié)合。中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)采用渦輪增壓后，不僅直接增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，也可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更有利的二級(jí)壓縮、二級(jí)中間冷卻的壓縮過(guò)程。
充分協(xié)調(diào)好上述各有利條件，把中冷、回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)的不良因素降到最低，便可以得到一種具有最高效率、并適合未來(lái)發(fā)展的全新型內(nèi)燃機(jī)。這種中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)適合制成較大的功率，把它用于船舶、電站、動(dòng)力源和車(chē)輛等方面是完全可行的。
權(quán)利要求
1.中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)，它包括裝有排氣門(mén)(6)的主汽缸(14)和裝有進(jìn)氣門(mén)(33)及出氣閥(42)的壓氣汽缸(26)，主汽缸(14)中的動(dòng)力活塞(18)和壓氣汽缸(26)中的壓氣活塞(29)分別經(jīng)連桿與曲軸(24)相連，或者把壓氣汽缸設(shè)在主汽缸(14)底部、讓壓氣活塞與動(dòng)力活塞(18)合為一體，并經(jīng)穿過(guò)底部缸蓋(32)的活塞桿及傳動(dòng)件與曲軸(24)相連；在主汽缸(14)側(cè)部設(shè)有其內(nèi)裝有配氣活塞(72)的副缸(45)，配氣活塞經(jīng)連桿與副曲軸(76)相連，副缸通過(guò)所設(shè)的閥門(mén)能依次與相應(yīng)的充氣口(90)、換氣出口(94)、換氣進(jìn)口(98)和熱氣出口(99)相通，其中，充氣口(90)經(jīng)中間冷卻器(92)連通到壓氣汽缸(26)的出氣閥(42)控制的出氣口上，換氣出口(94)經(jīng)置于排氣管路中的回?zé)崞?96)后再與換氣進(jìn)口(98)連通，熱氣出口(99)與主汽缸(14)連通，本發(fā)明的特征是熱氣出口(99)經(jīng)一個(gè)球形或類(lèi)似形狀的燃?xì)饣旌先紵?100)后再經(jīng)連接通道(101)與主汽缸(14)相通，在缸蓋(1)上裝有向燃?xì)饣旌先紵覂?nèi)噴油的噴油器(102)，還設(shè)有相應(yīng)的電熱塞(104)或火花塞(105)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是副缸(45)頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥(58)，該轉(zhuǎn)閥的通氣道(60)能依次與缸蓋(1)的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的充氣口(90)、換氣出口(94)、換氣進(jìn)口(98)和熱氣出口(99)連通，轉(zhuǎn)閥通過(guò)軸(62)被軸承保持其所在位置，軸(62)的外端裝有圓錐齒輪(66)，該齒輪與凸輪軸(9)上的圓錐齒輪(67)嚙合，轉(zhuǎn)閥(58)與曲軸(24)的傳動(dòng)比為1∶1，副曲軸(76)與曲軸(24)的傳動(dòng)比為2∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是副缸的配氣過(guò)程被分開(kāi)在兩個(gè)副缸中進(jìn)行，主汽缸(14)側(cè)的副缸(47)內(nèi)的容積構(gòu)成熱腔(48)，另設(shè)的小副缸(54)構(gòu)成冷腔(55)，副缸(47)頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥(61)，該轉(zhuǎn)閥的通氣道(60)能依次與缸蓋(10的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的換氣進(jìn)口(98)和熱氣出口(99)相通，轉(zhuǎn)閥(61)通過(guò)軸(62)被軸承保持其所在位置，在軸的外端裝有圓錐齒輪(66)，該齒輪與凸輪軸(9)上的圓齒輪(67)嚙合；小副缸(540通過(guò)控制閥可分別與充氣口(90)和換氣出口(94)連通，副缸(47)內(nèi)的配氣活塞(72)和小副缸(54)內(nèi)的小配氣活塞(78)分別經(jīng)各自的連桿與副曲軸(76)連接，轉(zhuǎn)閥(61)和副曲軸(76)與曲軸(24)的傳動(dòng)比為1∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是副缸的配氣過(guò)程被分開(kāi)在具有雙作用功能的副缸(47)的缸套(50)內(nèi)進(jìn)行，副缸(47)內(nèi)的配氣活塞(72)把副缸分為頂部的熱腔(48)和底部的小容積冷腔(55)，配氣活塞(72)經(jīng)穿過(guò)缸套(50)底部缸蓋(53)的活塞桿(74)等傳動(dòng)件與副曲軸(76)相連；副缸(47)頂部的閥門(mén)為轉(zhuǎn)閥(61)，該轉(zhuǎn)閥的通氣道(60)能依次與缸蓋(1)的閥體內(nèi)壁上相應(yīng)的換氣進(jìn)口(98)和熱氣出口(99)相通，轉(zhuǎn)閥(61)通過(guò)軸(62)被軸承保持其所在位置，在軸的外端裝有圓錐齒輪(66)，該齒輪與凸輪軸(9)上的圓錐齒輪(67)嚙合；副缸底部的冷腔(55)通過(guò)控制閥可分別與充氣口(90)和換氣出口(94)連通，轉(zhuǎn)閥(61)和副曲軸(76)與曲軸(24)的傳動(dòng)比為1∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是副缸的配氣過(guò)程被分開(kāi)在兩個(gè)副缸中進(jìn)行，主汽缸側(cè)的副缸(47)內(nèi)的容積構(gòu)成熱腔，另設(shè)的小副缸(54)構(gòu)成冷腔；副缸(47)頂部所設(shè)的閥門(mén)為升降式氣門(mén)，副缸與換氣進(jìn)口(98)的連通由設(shè)在缸蓋(1)上的被凸輪控制的頂置式菌形氣門(mén)(52)控制，副缸的熱氣出口(99)與主汽缸(14)的連通由裝在缸蓋(1)上閥孔內(nèi)的柱塞氣門(mén)(80)和相應(yīng)的密封座(86)控制，柱塞氣門(mén)(80)的頭部具有密封錐面(81)和凸緣臺(tái)(82)，其尾部具有左右突出的橫擋(83)，柱塞氣門(mén)的尾部被彈簧(85)推動(dòng)使氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，其頭部的密封錐面(81)壓在熱氣出口(99)與燃?xì)饣旌先紵?100)之間的密封座(86)上，頭部的凸緣臺(tái)(82)堵在密封座的通氣孔中，所設(shè)的由凸輪軸(89)上的凸輪(88)控制的搖臂(87)伸在柱塞氣門(mén)的橫檔(83)底面，可帶動(dòng)柱塞氣門(mén)提升開(kāi)啟；小副缸(54)通過(guò)控制閥可分別與充氣口(90)和換氣出口(94)連通，副缸(47)內(nèi)的配氣活塞(72)和小副缸(54)內(nèi)的小配氣活塞(78)分別經(jīng)各自的連桿與副曲軸(76)連接，副曲軸(76)與曲軸(24)的傳動(dòng)比為1∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的柱塞氣門(mén)(80)設(shè)有安裝噴油器(102)的孔道(84)，噴油器(102)的頭部伸進(jìn)柱塞氣門(mén)的孔道(84)中，當(dāng)噴油器(102)在柱塞氣門(mén)的孔道內(nèi)能相對(duì)滑動(dòng)，并通過(guò)密封件密封時(shí)，噴油器(102)通過(guò)其尾部與缸蓋的上蓋(12)固定連接；噴油器也可固定在柱塞氣門(mén)中。
7.根據(jù)權(quán)利要2、3或4所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是副缸的缸套與轉(zhuǎn)閥連為一體，構(gòu)成可轉(zhuǎn)動(dòng)的副缸后，副缸是通過(guò)頂部的軸(62)和缸套的底部被相應(yīng)的軸承(69)、(70)保持其所在位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是在雙作用副缸(47)的缸套(50)底部設(shè)有通氣道(51)，相對(duì)應(yīng)的在缸體的閥壁上設(shè)有充氣口(90)和換氣出口(94)，副缸的底部冷腔(55)經(jīng)通氣道(51)可分別與充氣口和換氣出口接通。
9.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是為小副缸或雙作用副缸底部的冷腔(55)所設(shè)的控制閥是具有中位關(guān)閉機(jī)能的三位三通滑閥，冷腔(55)的通氣道(65)與滑閥的中位環(huán)槽(108)連通，滑閥的側(cè)位環(huán)槽(109)經(jīng)充氣口通往中間冷卻器的出氣管(91)，另一側(cè)環(huán)槽(110)經(jīng)換氣出口通向回?zé)崞?96)的進(jìn)氣管(95)，閥芯(107)經(jīng)連桿被閥曲軸(112)帶動(dòng)，小配氣活塞(78)或雙作用副缸中的配氣活塞(72)行到上、下止點(diǎn)時(shí)，閥芯(107)正行到1/2行程的中位關(guān)閉位置處，閥曲軸(112)與副曲軸(76)的傳動(dòng)為1∶1。
10.根據(jù)權(quán)利要墳2、3、4或5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是當(dāng)主汽缸(14)底部作為氣泵而增設(shè)能讓活塞桿穿過(guò)的缸蓋(32)時(shí)，缸蓋中的進(jìn)氣門(mén)(33)裝在所設(shè)的氣門(mén)導(dǎo)管(38)上，在氣門(mén)桿(34)的端部設(shè)有擋座(36)，所設(shè)的橫置彈簧(114)經(jīng)頂座(115)頂在安裝軸(117)上的搖臂(118)的彈力臂(120)上，使搖臂(118)的前端(119)也頂在進(jìn)氣門(mén)的擋座(36)的底面(37)上，搖臂(118)通過(guò)其上的控制臂(121)或身的某一部位還被凸輪軸(127)上的凸輪(128)作用，在需開(kāi)啟進(jìn)氣門(mén)時(shí)，凸輪(128)能使搖臂(118)的前端(119)離開(kāi)進(jìn)氣門(mén)擋座(36)的底面(37)，并使橫置彈簧(114)被壓縮；安裝軸(117)上的壓臂(122)的前端壓在氣門(mén)桿(34)上，壓臂上的拉力臂(123)被穿過(guò)頂座(115)的拉桿(124)上的頂座與拉桿檔塊(125)之間的開(kāi)啟彈簧(126)作用，讓壓臂外端與搖臂外端受到夾緊的作用力。
11.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、或5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是缸蓋中的出氣閥(42)通過(guò)自身的氣閥頂桿(43)裝在閥座(130)的氣閥導(dǎo)管(133)上，閥座的隔板(131)的背部是中空的腔室(134)，其內(nèi)設(shè)有被彈簧(135)作用而頂在隔板上的升降套筒(136)，升降套筒面向出氣閥的方向是開(kāi)口的，在升降套筒(136)中裝有其背部被小彈簧(138)作用的檔塞(139)，該檔塞又頂在出氣閥的氣閥頂桿(43)上，擋塞可被套筒開(kāi)口處的擋圈(137)阻擋，升降套筒(136)的尾部穿出彈簧座(149)并通過(guò)尾部所設(shè)的插孔(141)被伸進(jìn)的由凸輪(143)帶動(dòng)的搖臂(142)控制，凸輪經(jīng)搖臂(142)可使升降套筒(136)通過(guò)其上的擋圈(137)帶擋塞(139)離開(kāi)出氣閥的氣閥頂桿(43)，上述部件均設(shè)在出氣管路的壓力腔內(nèi)，凸輪(143)被外面伸進(jìn)的凸輪軸(127)控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是在所述的內(nèi)燃機(jī)用于車(chē)輛中時(shí)，出中間冷卻器(92)的管路分成兩條，管路(91)經(jīng)截止閥(155)與充氣口(90)連通，另一管路(159)又分成兩股，一股經(jīng)可控單向閥(160)通向儲(chǔ)氣瓶(162)，另一股經(jīng)減壓閥(164)連接到截止閥(155)后的通向充氣口(90)的管路上；內(nèi)燃機(jī)的曲軸(24)還經(jīng)離合器(166)和一組增速齒輪(171)帶動(dòng)增壓器(172)，該增壓器通常為葉輪式，串聯(lián)在通向進(jìn)氣門(mén)(33)的進(jìn)氣管路(39)上，進(jìn)氣門(mén)(33)還被另設(shè)的向外放氣的延遲關(guān)閉機(jī)構(gòu)(40)控制。
全文摘要
本發(fā)明提供的中冷、回?zé)崾蕉_程內(nèi)燃機(jī)包括作功所需的主汽缸14和壓氣汽缸26，副缸47設(shè)在主汽缸側(cè)旁，它通過(guò)控制閥可依次與充氣口、換氣出口、換氣進(jìn)口和熱氣出口連通，從而完成具有中間冷卻和回?zé)岬膭?dòng)力循環(huán)過(guò)程；所述的熱氣出口99經(jīng)燃?xì)饣旌先紵?00及連接通道101后與主汽缸14相通，因燃燒不在副缸進(jìn)行，消除了副缸所產(chǎn)生的散熱損失，同時(shí)，因燃燒過(guò)程在燃燒室和主汽缸進(jìn)行，也使控制閥不會(huì)受作功燃?xì)獾母邷赜绊憽?br> 文檔編號(hào)F02B33/02GK1414228SQ0212523
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者韓培洲 申請(qǐng)人:韓培洲