新型內(nèi)燃機汽缸蓋的設計與應用研究

崔云

摘要： 本新型內(nèi)燃機是把渦輪式發(fā)動機的工作原理有機的集合在活塞式內(nèi)燃機的汽缸蓋配氣系統(tǒng)當中，設計出了內(nèi)燃機汽缸蓋成為有配氣功能和驅動功能的動力汽缸蓋，并與活塞式發(fā)動機一體共同做功。產(chǎn)生出了內(nèi)燃機與渦輪機二者的優(yōu)勢整合效能。

Abstract： This new type of internal combustion engine organically integrates the working principle of a turbo engine in the cylinder head gas distribution system of a piston internal combustion engine. The cylinder head of the internal combustion engine is designed to become a power cylinder head with gas distribution and driving functions. The integrated engine does work together， producing the advantages of the combination of internal combustion engine and turbine efficiency.

關鍵詞： 內(nèi)燃機;軸管式配汽;渦輪加力;無氣門蓋汽缸蓋

Key words： internal combustion engine;shaft-tube steam distribution;turbo afterburner;cylinder head without valve cover

中圖分類號：U464.132? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）17-0010-02

1? 基本原理

本新型內(nèi)燃機汽缸蓋軸管式配氣門的工作原理與旋轉自來水水龍頭孔口開關相似：渦輪加力增壓的工作原理與現(xiàn)有的圓筒形無軸渦輪葉片發(fā)動機原理相似。

2? 機械構造及創(chuàng)新特點

2.1 機械構造

①本新型內(nèi)燃機軸管式配氣門渦輪加力增壓無氣門蓋汽缸蓋外殼當中，設置有配氣外軸管，和套裝于配氣外軸管內(nèi)部的配氣內(nèi)軸管，配氣內(nèi)軸管氣門口對口于配氣外軸管氣門口，360度順向轉動交會運行，以實現(xiàn)燃燒室氣門口的打開和關閉（如圖1所示）。內(nèi)軸管內(nèi)部相對于進、排氣門口，和進、排氣支管口設置有4種設計方案的多級渦輪加力增壓葉片，并與內(nèi)軸管內(nèi)管壁焊接為一體（如圖2所示）在實際應用中是圖中所示的一個缸體燃燒室的設計應用方案。內(nèi)軸管內(nèi)部還有與內(nèi)軸管同軸設置的配氣中心管（如圖4所示）。新型內(nèi)燃機的散熱潤滑機理與現(xiàn)有的內(nèi)燃機散熱、潤滑機理相同。配氣外軸管與配氣內(nèi)軸管壁之間的運轉間隙、潤滑散熱、密封摩擦等參數(shù)，與現(xiàn)有的內(nèi)燃機缸筒和活塞之間的間隙、潤滑、散熱、密封摩擦等參數(shù)基本相同。配氣外軸管和配氣內(nèi)軸管生產(chǎn)制造的材料，與現(xiàn)有的生產(chǎn)制造內(nèi)燃機汽缸筒、氣門蓋的生產(chǎn)制做材料工藝大體相同。

②本新型內(nèi)燃機汽缸蓋中的配氣外軸管特點：配氣外軸管的管壁上設置有進、排氣門口（7），與內(nèi)燃機燃燒室頂部的進、排氣門口（7）一體對口聯(lián)通：外軸管的管壁上設置有進、排氣支管口與汽缸蓋外殼的進、排氣支管接口對口聯(lián)通（4）：外軸管的管壁上設置有潤滑油管道，外軸管內(nèi)壁與內(nèi)軸管外壁旋轉磨合面之間，設置有潤滑油孔或潤滑油槽與潤滑油泵聯(lián)通（19），以解決外軸管內(nèi)壁與內(nèi)軸管外壁旋轉磨合面之間的潤滑問題：外軸管的進氣門口旁邊的管壁上設置有進氣噴油頭，給活塞燃燒室噴油做功：外軸管的排氣門口旁邊的管壁上設置有排氣噴油頭，給內(nèi)軸管第二燃燒室渦輪加力增壓做功和廢氣再燃燒噴油做功（如圖1所示）。

③本新型內(nèi)燃機汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管：配氣內(nèi)軸管與正時齒輪一體，正時齒輪（17）是內(nèi)軸管做功驅動齒輪，是與曲軸驅動軸輪共同聯(lián)動做功齒輪。設計出曲軸驅動和內(nèi)軸管正時齒輪驅動一起做功的新型內(nèi)燃機。配氣內(nèi)軸管的管壁上設置有進氣門口（9）、排氣門口（10）和進、排氣支管口（11），配氣內(nèi)軸管內(nèi)部的加力增壓渦輪葉片（12）對口于內(nèi)燃機燃燒室的進、排氣門口（7），渦輪加力增加葉片（13）對口于進、排氣支管口（11），產(chǎn)生排氣加力和進氣增壓的功效。設計出多種渦輪發(fā)動機的圓筒式燃燒室驅動葉片機構，巧妙地整合在活塞式內(nèi)燃機汽缸蓋的配氣內(nèi)軸管當中，創(chuàng)新出內(nèi)燃機汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管成為，內(nèi)燃機的第二個動力燃燒室，做功機理是在內(nèi)燃機的內(nèi)軸管排氣門口運轉打開時段，在外軸管的管壁上設置有往活塞燃燒室排氣門口噴出的壓力火焰中噴射清潔燃料（如：酒精、天然氣、液氫等）的噴油頭，產(chǎn)生的爆發(fā)力推動內(nèi)軸管當中的渦輪葉片旋轉做功，同時第二次再燃燒內(nèi)燃機廢氣當中的碳氫化合物。極大的提高燃料的效能，極大的減少了碳排放，在不開啟第二燃燒室噴油頭再燃燒做功的情況下，配氣內(nèi)軸管同樣有很優(yōu)異的配氣加力增壓效能。軸管式配氣技術的產(chǎn)生，創(chuàng)造出渦輪發(fā)動機與內(nèi)燃發(fā)動機二者聯(lián)動做功成為現(xiàn)實。使得多品種燃料共同使用的有了可能性。

2.2 創(chuàng)新特點

①革命性的去掉了現(xiàn)有內(nèi)燃機汽缸蓋當中進、排氣的氣門蓋、凸輪軸、搖臂、回位彈簧等諸多構件，革新成為配氣內(nèi)軸管360度順向旋轉做功，完成進、排氣門口的打開和關閉;取消了現(xiàn)有氣門蓋式配氣線形往返運動的配氣運動方式;取消了傳統(tǒng)氣門蓋式配氣產(chǎn)生的凸輪軸旋轉扭打氣門回位彈簧的噪聲;取消了氣門蓋線形往返運動打開關閉氣門口時敲打氣門口的噪聲;取消了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機用在氣門蓋配氣系統(tǒng)的功率消耗;徹底清除了現(xiàn)有內(nèi)燃機氣門蓋配氣系統(tǒng)中繁雜的機械構件、同時消除了因為這些構件發(fā)生故障造成停機和維修的風險，取消了內(nèi)燃機用在舊的配氣系統(tǒng)的功率消耗、同時取消了磨損率大、故障率高、噪音大、維修換件多、使用壽命相對短的諸多弊端。縮小了汽缸蓋的體積，增加了壓縮比，創(chuàng)造出進、排氣流在通過進、排氣門口時無氣門蓋阻擋的直進、直排氣流形態(tài)，增加了內(nèi)燃機功率和可靠性，延長了新型內(nèi)燃機的工作壽命。

②本新型內(nèi)燃機汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管成為氣缸蓋配氣系統(tǒng)中360度順向做功旋轉，是手工不能拆解的唯一的一個配氣機械構件，創(chuàng)造性的把傳統(tǒng)的氣門蓋式配氣系統(tǒng)的繁雜構件集合在一個配氣內(nèi)軸管中，并發(fā)揮出諸多如：做功、配氣、廢氣再燃燒、重力再平衡等功能。配氣內(nèi)軸管的圓錐形設計，解決了在正常做功磨損情況下，磨損密封度和磨損補差的難題，創(chuàng)造出了配氣內(nèi)軸管工作中基本做到終身免維護免換件的可能。

③本新型內(nèi)燃機汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管，不僅是配氣軸管和渦輪動力加廢氣再燃燒360度全角度做功的動力軸管，它還是有配重旋轉平衡和做功動力旋轉再平衡功能的平衡軸管，解決了內(nèi)燃機曲軸做功角度缺失的難題，創(chuàng)造出新型內(nèi)燃機和渦輪葉片機疊加做功更加平穩(wěn)、高效運轉的綜合效能。

④本新型內(nèi)燃機汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管內(nèi)部還有與內(nèi)軸管同軸設置的專一功能配氣中心管，創(chuàng)造了凡是直列式多缸體（以六缸體為例）汽缸蓋外殼只有一個進氣支管、一個排氣支管既能完全滿足內(nèi)燃機的做功要求，設計出了排氣支管數(shù)量少、分布體積小、重量輕的新格局。

⑤本新型內(nèi)燃機汽缸蓋推翻了傳統(tǒng)的氣門蓋式配氣機構，設計出了全新的內(nèi)燃機燃燒室進氣門口、排氣門口：數(shù)量只有一個（7），一個氣門口的面積接近汽缸筒的面積，實現(xiàn)氣門口最大化、氣門口位置居中、進排氣流形態(tài)直進直排等新業(yè)態(tài)：能根據(jù)機械做功需要，隨意設置成為各種形狀的燃燒室氣門口形狀：口字方型、O字圓型、口字方型和O字圓型、或相互分設、疊加等形狀（如圖3所示）在實際生產(chǎn)應用中是其中的一個設計應用圖形方案。

⑥本新型內(nèi)燃機汽缸蓋革新了氣缸蓋外殼進、排氣支管的設置格局和數(shù)量格局。一個進、排氣支管能滿足二個相鄰汽缸體的進、排氣工作要求;能在汽缸蓋外殼徑向180度的任意角度內(nèi)，隨意設置不同角度、不同數(shù)量的進、排氣支管。由于配氣中心管的創(chuàng)新設計，凡是直列式多缸體汽缸蓋的進、排氣支管數(shù)量可以減少為兩個，最大限度的減少了進、排氣支管數(shù)量、體積、重量。進、排氣氣流經(jīng)過氣門口時，沒有了氣門蓋的阻擋，進排氣流的直進直排，解決了現(xiàn)有內(nèi)燃機進、排氣氣流通過燃燒室氣門口時由于氣門蓋的阻擋，產(chǎn)生的進、排氣之間混流、反流、占位等進氣不完全、排氣有殘留，或進氣中有廢氣、排氣中有可燃氣等難題。

⑦本新型內(nèi)燃機設計出曲軸能順時針方向轉動做功，也能逆時針方向轉動做功，實現(xiàn)了本新型內(nèi)燃機能兩個方向旋轉做功的技術突破。

⑧本新型內(nèi)燃機汽缸蓋有良好的通用性，能夠安裝在現(xiàn)有使用的各種型號的直列式、V型、W型內(nèi)燃機汽缸體上，也能夠安裝在單配氣軸管和2個以上多配氣軸管汽缸體上，通用性好。

3? 存在的問題

本新型軸管式配氣門渦輪加力增壓無氣門蓋內(nèi)燃機汽缸蓋及內(nèi)燃機汽缸體，在理論設計方面比較完美，在生產(chǎn)實用中還存在一些未知因素，由于本新型內(nèi)燃機設計原理適當、在設計過程中已經(jīng)考慮了存在問題的解決，在生產(chǎn)實驗中不存在太多的技術障礙，發(fā)明人已設計出幾種解決具體問題的技術方案，制作了樣機模型，一般的汽缸蓋生產(chǎn)企業(yè)不需要增加生產(chǎn)設備既可生產(chǎn)，能在短時間內(nèi)實現(xiàn)社會化推廣應用，存在一些小的具體問題在生產(chǎn)實驗中都可以解決，需要科研生產(chǎn)企業(yè)給予大力支持。發(fā)明人有意與生產(chǎn)企業(yè)面商開發(fā)事宜。

4? 結語

本新型內(nèi)燃機創(chuàng)造出全新的技術方案，解決了現(xiàn)有內(nèi)燃機領域長期存在的弊端，極大的優(yōu)化內(nèi)燃機的機械性能，在提高功率，節(jié)能減排，降低成本等方面取得重大突破，社會效益巨大。

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