周引擎和動(dòng)力凸輪機(jī)構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種發(fā)動(dòng)機(jī)，及其在燃?xì)廨啓C(jī)上的應(yīng)用。該發(fā)動(dòng)機(jī)被命名為周引擎，它包括氣缸、活塞、動(dòng)力凸輪機(jī)構(gòu)，該發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)依次經(jīng)歷吸氣沖程(1O)、壓縮沖程(1P)、燃燒時(shí)段(1Q)、膨脹沖程(1R)、排氣沖程(1S)，并利用所述動(dòng)力凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪軌道驅(qū)動(dòng)活塞、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)每完成一次工作循環(huán)中的每個(gè)工作過(guò)程的時(shí)間和活塞行程進(jìn)行任意分段、優(yōu)化，如圖中活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線所示。本發(fā)明專利技術(shù)在工作循環(huán)過(guò)程增加的燃燒時(shí)段、多余膨脹(1M)，能最大限度提高熱效率、降低碳排放和污染。用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器時(shí)，將有效提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率和功率密度。其中，動(dòng)力凸輪機(jī)構(gòu)在周引擎之外還有廣泛用途。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】本專利技術(shù)包括周引擎和動(dòng)力凸輪機(jī)構(gòu)。周引擎周引擎是一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)，它是一款內(nèi)燃機(jī)，也是一款燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。本專利技術(shù)的初始目的是提高熱效率。這將降低碳排放和污染，這二者都是現(xiàn)在全球的熱門議題。但，提高整機(jī)設(shè)備的功率密度也在論證過(guò)程中同時(shí)達(dá)到了。常規(guī)的四沖程柴油機(jī)在現(xiàn)代的所有內(nèi)燃機(jī)中具有最高的熱效率。它的工作過(guò)程經(jīng)歷吸氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程(或做功沖程)、排氣沖程，并重復(fù)、循環(huán)。它的活塞被曲軸連桿機(jī)構(gòu)所驅(qū)動(dòng)。它的活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(圖2中1H)接近于余弦曲線。它的缺點(diǎn)有：過(guò)短的燃燒時(shí)間、不充分的膨脹、由曲軸連桿機(jī)構(gòu)引起的巨大滑動(dòng)摩擦。這些缺點(diǎn)降低了熱效率、產(chǎn)生噪音等等。這些缺點(diǎn)將在周引擎中被克服。周引擎的工作原理與常規(guī)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有些相似。周引擎也有吸氣沖程(1O)、壓縮沖程(1P)、膨脹沖程(1R)、排氣沖程(1S)、氣門動(dòng)作、燃料注入、火花塞點(diǎn)火，其活塞(3E,9D)在其氣缸(3D,9L)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。但，周引擎有如下獨(dú)有的特點(diǎn)：1、周引擎的組成：兩個(gè)機(jī)殼(3C,9B)，多個(gè)氣缸(3D,9L)，多個(gè)活塞(3E,9D)，多條有齒滾柱排(toothed-rollerarray,3F,9E,9F)，一個(gè)動(dòng)力凸輪(power-cam,3B,9C)，一組缸頭、氣門及動(dòng)作機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)等。2、周引擎活塞的運(yùn)動(dòng)沿其活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(圖1中的1H)。這條活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線在設(shè)計(jì)時(shí)可以被任意分段，每一段可以被任意調(diào)整和優(yōu)化，以滿足我們的需要(參考圖16)。3、周引擎的工作循環(huán)(參考圖1)分五個(gè)過(guò)程——吸氣沖程(1O)、壓縮沖程(1P)、燃燒時(shí)段(1Q)、膨脹沖程(1R)、排氣沖程(1S)——期間，動(dòng)力凸輪(3B,9C)轉(zhuǎn)動(dòng)一周或半周，完成一次熱力學(xué)循環(huán)(參考圖14)。(a)其每一過(guò)程可以持續(xù)不同的時(shí)間；每一沖程可以有不等的行程。(b)吸氣沖程(1O)：其作用與常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的相同。進(jìn)氣門保持開啟，排氣門保持關(guān)閉。活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(圖1的1H)的吸氣沖程段可以被調(diào)整，使進(jìn)氣順暢，并使更多的空氣進(jìn)入氣缸(3D,9L)。(c)壓縮沖程(1P)：其作用與常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的相同。進(jìn)氣門和排氣門保持關(guān)閉。但，本壓縮沖程占用更少的時(shí)間，以減少熱損失和為其它過(guò)程預(yù)留時(shí)間。(d)燃燒時(shí)段(1Q)：常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒過(guò)程中有一些問(wèn)題，包括提前點(diǎn)火、敲缸、后燃燒等。這些問(wèn)題均與燃燒時(shí)間過(guò)短有關(guān)。在周引擎的工作循環(huán)中有“燃燒時(shí)段”(1Q)，預(yù)留了時(shí)間段以改善燃燒。在燃燒時(shí)段中，進(jìn)氣門和排氣門保持關(guān)閉。在燃燒時(shí)段開始時(shí)，注入燃料，如有需要火花塞點(diǎn)火，最好的燃燒狀態(tài)在“燃燒時(shí)段”內(nèi)進(jìn)行。這個(gè)燃燒狀態(tài)可以是等容燃燒、等溫燃燒、或其它更好的燃燒狀態(tài)——按我們的設(shè)計(jì)，可以是邊噴油、邊燃燒、活塞邊按活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(圖1中1H)運(yùn)動(dòng)。我們能夠控制燃燒過(guò)程在可承受的高溫、高壓邊界上進(jìn)行，以獲取盡可能高的熱效率。這樣，我們就避免了常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中的問(wèn)題，而獲取更高的熱效率。周引擎還能夠使用多種燃料，包括汽油、煤油、柴油、天然氣、一氧化碳、酒精、氫氣等等。我們能夠用絕熱陶瓷包圍周引擎中燃燒的工質(zhì)以減少熱損失。(e)膨脹沖程(1R)：其功能與常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的相似，有少許差別。進(jìn)氣門和排氣門保持關(guān)閉。周引擎的膨脹沖程(1R)，開始時(shí)燃燒過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，這個(gè)膨脹沖程僅僅是膨脹做功，還可以有多余膨脹(extraexpansion，1M)。我們可以調(diào)整活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(1H)的膨脹沖程(1R)段，使其高溫過(guò)程占據(jù)更少的時(shí)間，降低熱損失。(f)排氣沖程(1S)：其作用與常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的相同。進(jìn)氣門保持關(guān)閉，排氣門保持開啟。活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(1H)的排氣沖程段可以被精細(xì)的調(diào)整，使氣流平順，并盡可能減少殘留廢氣。這有利于減少噪音和提高熱效率。(g)進(jìn)一步的精細(xì)調(diào)整其活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(圖1中的1H)，可以更好的優(yōu)化周引擎。4、為了實(shí)現(xiàn)上述第2、3款，有兩種實(shí)例的周引擎，例A(參看圖3～8)和例B(參看圖9～13)。它們的工作原理如下：(a)每個(gè)活塞(3E,9D)在一個(gè)氣缸(3D,9L)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)氣缸內(nèi)只有一個(gè)活塞。(b)氣缸(3D,9L)可以成對(duì)設(shè)置，每對(duì)氣缸均在同一軸線上。相應(yīng)地，活塞(3E,9D)成對(duì)工作，每對(duì)活塞也在同一軸線上，并且精確反向運(yùn)動(dòng)。這樣，周引擎就在動(dòng)力平衡中，消除了振動(dòng)。(c)每個(gè)活塞(3E,9D)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，被氣缸和有齒滾柱排(3F,9E,9F)約束。有齒滾柱排(圖8中3F，圖13中9E、9F)是——多個(gè)有齒滾柱(3I,13A)被一個(gè)滾柱保持架(3L,13B,13C)約束，并同步。每個(gè)有齒滾柱(3I,13A)有一承載面(8A,13E)和多個(gè)齒(8B,13D)。每個(gè)有齒軌道(3R,3Q,9U,9V)有一承載面(3M,3J,10B,12C)和齒條邊緣(3N,3K,10E,12D)。有齒滾柱排(3F,9E,9F)，或說(shuō)同步的有齒滾柱，在活塞的有齒軌道(3Q,9V)和機(jī)殼的有齒軌道(3R,9U)間滾動(dòng)，正壓力由它們的承載面(8A,3J,3M,13E,12C,10B)接觸來(lái)承受，并嚙合它們的齒(8B,3K,3N,13D,12D,10E,參看圖3中DetailA)。這樣，同步的有齒滾柱(3I,13A)總是在合適的位置、合適的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、不滑動(dòng)，以其承載面(8A,13E)承受住來(lái)自于動(dòng)力凸輪(3B,9C)的活塞側(cè)向力。(d)以動(dòng)力凸輪上的軌道(4C,11B)和活塞上的輪子(6A,6B,9H,12A)，一個(gè)動(dòng)力凸輪(3B,9C)和多個(gè)活塞(3E,9D)相互驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力凸輪軌道(4C,11B)的設(shè)計(jì)和制造依據(jù)活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(圖1中1H)。(e)常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，使用曲軸連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞，其中許多組件有滑動(dòng)摩擦。尤其是活塞和氣缸間的巨大正壓力誘導(dǎo)的滑動(dòng)摩擦。這些滑動(dòng)摩擦浪費(fèi)了機(jī)械功，降低了熱效率。周引擎沒有曲軸連桿機(jī)構(gòu)。周引擎只有很少的滑動(dòng)摩擦——活塞和氣缸間密封引起的滑動(dòng)摩擦；有齒滾柱(3I,13A)與滾柱保持架(3L,13B,13C)間的滑動(dòng)摩擦；有齒滾柱和有齒軌道間的齒嚙合的滑動(dòng)摩擦，其齒間作用力很小。來(lái)自動(dòng)力凸輪的、巨大的活塞側(cè)向力，由有齒滾柱(3I,13A)支撐在有齒軌道(3R,3Q,9U,9V)上，不產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦。這進(jìn)一步提高了周引擎的熱效率。(f)如前所述，周引擎的活塞與氣缸間的摩擦力遠(yuǎn)小于常規(guī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，我們能夠使活塞運(yùn)動(dòng)更快，由此提高轉(zhuǎn)速，提高功率密度。5、例C，參看圖14～16，是周引擎與多級(jí)壓氣渦輪、做功渦輪的匹配工作，或者說(shuō)，是周引擎作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器工作。其特點(diǎn)如下：(a)圖14是周引擎的pV圖。與燃?xì)廨啓C(jī)的pV圖相比，周引擎是一活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。活塞發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的壓縮比、燃燒溫度和工作壓力，能夠獲得更高的熱效率。與常規(guī)四沖程柴油機(jī)的pV圖相比，周引擎有等容燃燒(14B)和多余膨脹(1M)。這些將產(chǎn)生更多的功、獲取更高的熱效率。參考圖15～16，這個(gè)pV圖也適合于周引擎(15G)與多級(jí)壓氣渦輪(15B)、做功渦輪(15C)的匹配工作。我們?cè)谶@個(gè)pV圖選取一些點(diǎn)(14E,14F,14H)，進(jìn)行參數(shù)匹配。(b)對(duì)于周引擎(圖15中15G)，我們能夠精確調(diào)整活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(圖16中1H)中的吸氣沖程(1O)段，消除吸氣總流中的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
周引擎是一種發(fā)動(dòng)機(jī)，它是一款內(nèi)燃機(jī)，也是一款燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。其組成部分有：2個(gè)機(jī)殼，多個(gè)氣缸，多個(gè)活塞，多條有齒滾柱排，1個(gè)動(dòng)力凸輪，一組缸頭、氣門及控制機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)等。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2014.02.14 CA PCT/CA2014/0501061.周引擎是一種發(fā)動(dòng)機(jī)，它是一款內(nèi)燃機(jī)，也是一款燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。其組成部分有：2個(gè)機(jī)殼，多個(gè)氣缸，多個(gè)活塞，多條有齒滾柱排，1個(gè)動(dòng)力凸輪，一組缸頭、氣門及控制機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)等。2.權(quán)利要求1所述的周引擎，其特征為：(a)其工作循環(huán)經(jīng)歷五個(gè)過(guò)程，吸氣沖程、壓縮沖程、燃燒時(shí)段、膨脹沖程、排氣沖程，完成一次熱力學(xué)循環(huán)，動(dòng)力凸輪轉(zhuǎn)一圈或半圈。(b)權(quán)利要求1所述的活塞，活塞沿活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線(1H)運(yùn)動(dòng)，這條曲線在設(shè)計(jì)時(shí)可以被任意分段，每段可被任意調(diào)整，每個(gè)工作過(guò)程可以有任意不同的時(shí)間長(zhǎng)短，每個(gè)沖程有不同的行程。3.權(quán)利要求1所述的機(jī)殼，其特征是：有或能夠安裝多個(gè)權(quán)利要求1所述的氣缸；有多條有齒軌道；有軸孔以安裝和轉(zhuǎn)動(dòng)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力凸輪；有安裝用孔。4.權(quán)利要求1所述的活塞，其特征是：有輪子，有多條有齒軌道5.權(quán)利要求1所述的氣缸和活塞，其特征是：氣缸成對(duì)設(shè)置，并在同一軸線上，在氣缸對(duì)中的兩個(gè)活塞，精確反向運(yùn)動(dòng)，以消除振動(dòng)。6.權(quán)利要求1所述的有齒滾柱排，其特征是：約束和同步多個(gè)有齒滾柱(圖13中13A)。7.權(quán)利要求1所述的動(dòng)力凸輪，其特征是：其軌道按權(quán)利要求2(b)所述的活塞頂運(yùn)動(dòng)曲線設(shè)計(jì)和制造。8.權(quán)利要求1所述的動(dòng)力凸輪和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周經(jīng)淵，周濟(jì)華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：周經(jīng)淵，周濟(jì)華，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河南;41