新型內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

崔云

摘要： 本新型內(nèi)燃機(jī)是把渦輪式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理有機(jī)的集合在活塞式內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋配氣系統(tǒng)當(dāng)中，設(shè)計(jì)出了內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋成為有配氣功能和驅(qū)動(dòng)功能的動(dòng)力汽缸蓋，并與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)一體共同做功。產(chǎn)生出了內(nèi)燃機(jī)與渦輪機(jī)二者的優(yōu)勢(shì)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(guān)鍵詞： 內(nèi)燃機(jī);軸管式配汽;渦輪加力;無(wú)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(hào)：U464.132? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）17-0010-02

1? 基本原理

本新型內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋軸管式配氣門的工作原理與旋轉(zhuǎn)自來(lái)水水龍頭孔口開(kāi)關(guān)相似：渦輪加力增壓的工作原理與現(xiàn)有的圓筒形無(wú)軸渦輪葉片發(fā)動(dòng)機(jī)原理相似。

2? 機(jī)械構(gòu)造及創(chuàng)新特點(diǎn)

2.1 機(jī)械構(gòu)造

①本新型內(nèi)燃機(jī)軸管式配氣門渦輪加力增壓無(wú)氣門蓋汽缸蓋外殼當(dāng)中，設(shè)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(duì)口于配氣外軸管氣門口，360度順向轉(zhuǎn)動(dòng)交會(huì)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)燃燒室氣門口的打開(kāi)和關(guān)閉（如圖1所示）。內(nèi)軸管內(nèi)部相對(duì)于進(jìn)、排氣門口，和進(jìn)、排氣支管口設(shè)置有4種設(shè)計(jì)方案的多級(jí)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(shí)際應(yīng)用中是圖中所示的一個(gè)缸體燃燒室的設(shè)計(jì)應(yīng)用方案。內(nèi)軸管內(nèi)部還有與內(nèi)軸管同軸設(shè)置的配氣中心管（如圖4所示）。新型內(nèi)燃機(jī)的散熱潤(rùn)滑機(jī)理與現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)散熱、潤(rùn)滑機(jī)理相同。配氣外軸管與配氣內(nèi)軸管壁之間的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙、潤(rùn)滑散熱、密封摩擦等參數(shù)，與現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)缸筒和活塞之間的間隙、潤(rùn)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(jī)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(jī)汽缸蓋中的配氣外軸管特點(diǎn)：配氣外軸管的管壁上設(shè)置有進(jìn)、排氣門口（7），與內(nèi)燃機(jī)燃燒室頂部的進(jìn)、排氣門口（7）一體對(duì)口聯(lián)通：外軸管的管壁上設(shè)置有進(jìn)、排氣支管口與汽缸蓋外殼的進(jìn)、排氣支管接口對(duì)口聯(lián)通（4）：外軸管的管壁上設(shè)置有潤(rùn)滑油管道，外軸管內(nèi)壁與內(nèi)軸管外壁旋轉(zhuǎn)磨合面之間，設(shè)置有潤(rùn)滑油孔或潤(rùn)滑油槽與潤(rùn)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(zhuǎn)磨合面之間的潤(rùn)滑問(wèn)題：外軸管的進(jìn)氣門口旁邊的管壁上設(shè)置有進(jìn)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(shè)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(jī)汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管：配氣內(nèi)軸管與正時(shí)齒輪一體，正時(shí)齒輪（17）是內(nèi)軸管做功驅(qū)動(dòng)齒輪，是與曲軸驅(qū)動(dòng)軸輪共同聯(lián)動(dòng)做功齒輪。設(shè)計(jì)出曲軸驅(qū)動(dòng)和內(nèi)軸管正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)一起做功的新型內(nèi)燃機(jī)。配氣內(nèi)軸管的管壁上設(shè)置有進(jìn)氣門口（9）、排氣門口（10）和進(jìn)、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(duì)口于內(nèi)燃機(jī)燃燒室的進(jìn)、排氣門口（7），渦輪加力增加葉片（13）對(duì)口于進(jìn)、排氣支管口（11），產(chǎn)生排氣加力和進(jìn)氣增壓的功效。設(shè)計(jì)出多種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的圓筒式燃燒室驅(qū)動(dòng)葉片機(jī)構(gòu)，巧妙地整合在活塞式內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋的配氣內(nèi)軸管當(dāng)中，創(chuàng)新出內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管成為，內(nèi)燃機(jī)的第二個(gè)動(dòng)力燃燒室，做功機(jī)理是在內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)軸管排氣門口運(yùn)轉(zhuǎn)打開(kāi)時(shí)段，在外軸管的管壁上設(shè)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(dòng)內(nèi)軸管當(dāng)中的渦輪葉片旋轉(zhuǎn)做功，同時(shí)第二次再燃燒內(nèi)燃機(jī)廢氣當(dāng)中的碳?xì)浠衔?。極大的提高燃料的效能，極大的減少了碳排放，在不開(kāi)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(shù)的產(chǎn)生，創(chuàng)造出渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)二者聯(lián)動(dòng)做功成為現(xiàn)實(shí)。使得多品種燃料共同使用的有了可能性。

2.2 創(chuàng)新特點(diǎn)

①革命性的去掉了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋當(dāng)中進(jìn)、排氣的氣門蓋、凸輪軸、搖臂、回位彈簧等諸多構(gòu)件，革新成為配氣內(nèi)軸管360度順向旋轉(zhuǎn)做功，完成進(jìn)、排氣門口的打開(kāi)和關(guān)閉;取消了現(xiàn)有氣門蓋式配氣線形往返運(yùn)動(dòng)的配氣運(yùn)動(dòng)方式;取消了傳統(tǒng)氣門蓋式配氣產(chǎn)生的凸輪軸旋轉(zhuǎn)扭打氣門回位彈簧的噪聲;取消了氣門蓋線形往返運(yùn)動(dòng)打開(kāi)關(guān)閉氣門口時(shí)敲打氣門口的噪聲;取消了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)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(jī)氣門蓋配氣系統(tǒng)中繁雜的機(jī)械構(gòu)件、同時(shí)消除了因?yàn)檫@些構(gòu)件發(fā)生故障造成停機(jī)和維修的風(fēng)險(xiǎn)，取消了內(nèi)燃機(jī)用在舊的配氣系統(tǒng)的功率消耗、同時(shí)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(duì)短的諸多弊端?？s小了汽缸蓋的體積，增加了壓縮比，創(chuàng)造出進(jìn)、排氣流在通過(guò)進(jìn)、排氣門口時(shí)無(wú)氣門蓋阻擋的直進(jìn)、直排氣流形態(tài)，增加了內(nèi)燃機(jī)功率和可靠性，延長(zhǎng)了新型內(nèi)燃機(jī)的工作壽命。

②本新型內(nèi)燃機(jī)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(zhuǎn)，是手工不能拆解的唯一的一個(gè)配氣機(jī)械構(gòu)件，創(chuàng)造性的把傳統(tǒng)的氣門蓋式配氣系統(tǒng)的繁雜構(gòu)件集合在一個(gè)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(shè)計(jì)，解決了在正常做功磨損情況下，磨損密封度和磨損補(bǔ)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(hù)免換件的可能。

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

④本新型內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋中的配氣內(nèi)軸管內(nèi)部還有與內(nèi)軸管同軸設(shè)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(gè)進(jìn)氣支管、一個(gè)排氣支管既能完全滿足內(nèi)燃機(jī)的做功要求，設(shè)計(jì)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(jī)汽缸蓋推翻了傳統(tǒng)的氣門蓋式配氣機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出了全新的內(nèi)燃機(jī)燃燒室進(jìn)氣門口、排氣門口：數(shù)量只有一個(gè)（7），一個(gè)氣門口的面積接近汽缸筒的面積，實(shí)現(xiàn)氣門口最大化、氣門口位置居中、進(jìn)排氣流形態(tài)直進(jìn)直排等新業(yè)態(tài)：能根據(jù)機(jī)械做功需要，隨意設(shè)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(shè)、疊加等形狀（如圖3所示）在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中是其中的一個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用圖形方案。

⑥本新型內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋革新了氣缸蓋外殼進(jìn)、排氣支管的設(shè)置格局和數(shù)量格局。一個(gè)進(jìn)、排氣支管能滿足二個(gè)相鄰汽缸體的進(jìn)、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(shè)置不同角度、不同數(shù)量的進(jìn)、排氣支管。由于配氣中心管的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，凡是直列式多缸體汽缸蓋的進(jìn)、排氣支管數(shù)量可以減少為兩個(gè)，最大限度的減少了進(jìn)、排氣支管數(shù)量、體積、重量。進(jìn)、排氣氣流經(jīng)過(guò)氣門口時(shí)，沒(méi)有了氣門蓋的阻擋，進(jìn)排氣流的直進(jìn)直排，解決了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣氣流通過(guò)燃燒室氣門口時(shí)由于氣門蓋的阻擋，產(chǎn)生的進(jìn)、排氣之間混流、反流、占位等進(jìn)氣不完全、排氣有殘留，或進(jìn)氣中有廢氣、排氣中有可燃?xì)獾入y題。

⑦本新型內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)出曲軸能順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)做功，也能逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)做功，實(shí)現(xiàn)了本新型內(nèi)燃機(jī)能兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)做功的技術(shù)突破。

⑧本新型內(nèi)燃機(jī)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(hào)的直列式、V型、W型內(nèi)燃機(jī)汽缸體上，也能夠安裝在單配氣軸管和2個(gè)以上多配氣軸管汽缸體上，通用性好。

3? 存在的問(wèn)題

本新型軸管式配氣門渦輪加力增壓無(wú)氣門蓋內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋及內(nèi)燃機(jī)汽缸體，在理論設(shè)計(jì)方面比較完美，在生產(chǎn)實(shí)用中還存在一些未知因素，由于本新型內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)原理適當(dāng)、在設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)考慮了存在問(wèn)題的解決，在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中不存在太多的技術(shù)障礙，發(fā)明人已設(shè)計(jì)出幾種解決具體問(wèn)題的技術(shù)方案，制作了樣機(jī)模型，一般的汽缸蓋生產(chǎn)企業(yè)不需要增加生產(chǎn)設(shè)備既可生產(chǎn)，能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)社會(huì)化推廣應(yīng)用，存在一些小的具體問(wèn)題在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)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(kāi)發(fā)事宜。

4? 結(jié)語(yǔ)

本新型內(nèi)燃機(jī)創(chuàng)造出全新的技術(shù)方案，解決了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的弊端，極大的優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的機(jī)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(huì)效益巨大。

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