專利名稱：三腔陶瓷發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效、節能的發動機，特別是三個工作腔和復合層缸體結構，屬于往復式內燃機。
為了提高發動機效率，節省燃料，現已出現了陶瓷式發動機，但它們都是以單腔形式出現，往復慣性力卻難以平衡，這就限制了它向大功率方向的發展，此外，發動機的重量，陶瓷層的厚度與陶瓷層的剛度和耐久性之間的矛盾，一直未能很好解決，使之難以進入實用化階段。
本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種既能保證陶瓷層的剛度和耐久性，又能保證活塞運動時發動機自身受力始終平衡的高效、節能型發動機。
本發明的核心結構原理在于在一個封閉的缸體內對稱裝有兩個相同的活塞，并通過滑桿與缸外的活塞驅動裝置相連接，兩活塞始終對稱地往復運動，實質上形式了三個工作腔式的發動機。此外，缸體本身是三層復合機構，即內襯陶瓷層、中間是高強絕熱層、外層是金屬加固缸體。實現本發明的方案如下三腔陶瓷發動機，包括陶瓷襯套(1)、高強絕熱層(2)、加固缸體(3)、活塞(4)、滑桿(5)、進氣閥(6)、排氣閥(7)、涵道外封環(11)、缸體潤滑系統以及設置在加固缸體(3)之外的活塞驅動裝置，其特征是a、陶瓷襯套(1)是內外均呈圓柱面的筒體，由中部圓筒段和兩端封頭蓋段拼合而成，它是用高強度工業陶瓷制造，兩個結構相同的活塞(4)對稱地置于襯套(1)內，將襯套(1)的內腔分成一個中腔和兩個邊腔，對應這三個工作腔各設有一套進氣閥孔、排氣閥孔、噴油咀(8)和火花塞(9)，其中進氣閥孔和排氣閥孔分別與對應的進、排氣閥的近缸管相通，在襯套(1)兩端封頭蓋中心各設有一個滑桿涵道孔，b、高強絕熱層(2)呈環狀，各環間距均勻并緊緊地夾在陶瓷襯套(1)和加固缸體(3)之間，它是用導熱系數低而強度和剛度高的材料制造的，c、加固缸體(3)是內呈圓柱面的封閉缸體，由多半的中部圓筒段和兩端封頭蓋段拼合而成，其中兩端封頭蓋鑄有涵道孔、涵道油腔(12)、冷卻水腔(13)、進氣閥體(6)和排氣閥體(7)，加固缸體(3)是用普通金屬制造，它緊貼在高強絕熱層(2)的外面，并用螺栓和多孔槽鋼封套緊固。
d、兩個活塞(4)在兩邊腔內分別與對應的滑桿(5)的一端剛接，每個滑桿(5)的另一端穿過涵道孔、涵道油腔(12)和涵道外封環(11)與缸外的活塞驅動裝置連接，活塞(4)的側壁中央處呈凹槽，其內嵌裝著毛細油刷環(18)，e、進氣閥(6)是一種液力滑塞閘閥，在該閥體上增設一根酒精噴射管(33)，當閥內滑塞閘向彈簧腔運動至死點區時，恰好將酒精噴射管(33)的噴口打開，酒精對準閥近缸管高速噴射，當滑賽閘回動一小段離開死點區時，立刻將該噴口關閉，噴射停止，f、排氣閥(7)是一種液力滑塞閘閥，它在加固體缸體(3)的兩端封頭蓋處與該封頭蓋鑄成一體，中腔與邊腔的排氣閥體(7)內均設有冷卻水腔(13)，g、涵道外封環(11)與滑桿(5)接觸的一面制有若干紋線，涵道油腔(12)的潤滑油能通過該紋線從外端滲出，h、缸體潤滑系統是從新鮮潤滑油箱(31)出來的潤滑油分成兩路，一路經直流管(27)通過缸壁的進油孔系滲入陶瓷襯套(1)內側壁，而另一路與涵道注油管(10)相連通，流入涵道油腔(12)內。
在以上述方案實現本發明時，活塞的驅動裝置可以采用這種具體結構在加固缸體(3)的兩側平行其軸向設有兩個滑道板(20)，其各開有兩個滑道槽(25)，兩個T字頭滑塊組合體(14)的四個滑塊(15)分別插入對應的四個滑道槽(25)內構成滑動副，每個滑塊(15)的端頭處呈懸臂銷(16)向外側穿過滑道槽(25)與對應的鏈桿(19)的一頭鉸接，而每個鏈桿(19)的另一頭又與對應的曲軸(21)鉸接；另外，在兩個滑道板(20)的外側中央部位設有兩個附加支承板(24)，將曲軸(21)夾持在滑道板(20)和附加支承板(24)之間，每個曲軸(21)的內主軸頸向內插入滑道板(20)的主軸承內，而其外主軸頸向外插入附加支承板(24)的主軸承并穿出該軸承與附加支承板(24)外側對應的連接齒輪(22)剛接，每側的兩個連接齒輪(22)均與該側對應的輸出齒輪(23)嚙合，再用同一根軸將兩側的輸出齒輪(23)剛接在一起，并與相應的飛輪傳動機構連接。
本發明具有以下優點1.采用了陶瓷層、絕熱層和加固缸體的復合式缸體結構，能提高絕熱效果，提高發動機效率，并增強了發動機強度。
2.采用了滑桿及設置在缸外的滑道式活塞驅動裝置，將工作腔內的主側壓力移至腔外滑道機構，從而明顯減少了陶瓷襯套與活塞間的磨損，延長了它們的使用壽命。
3.采用了在一個缸內置兩個相同活塞對稱作動，使發動機往復慣性力被平衡掉，這就完全避免了由往復慣性力而造成的發動機震動而產生的各種弊端，可使這種結構的發動機向大功率方向發展。
4.由于一個缸內具有三個工作腔，因此曲軸每轉動兩周，單缸有兩次作功沖程，明顯提高了效率。
5.由于進、排氣閥采用液力滑塞閘閥并配套采用液力配氣控制系統，從而大大簡化了發動機結構，降低了噪音，并明顯提高了充氣系數和掃氣效率。
6.由于滑桿涵道機構采用大滿灌潤滑，從而明顯簡化了涵道結構。
7.由于增設了腔外酒精噴射與腔內燃油噴射結合的技術，不但節省了燃油，而且可使排氣清潔。
下面結合附圖及實施例對本發明做進一步敘述
圖1是本發明點燃機結構示意圖。
圖2是本發明壓燃機結構示意圖。
圖3是圖2A-A剖面示意圖。
圖4是活塞驅動裝置結構示意圖。
圖5是圖4B-B剖面示意圖。
圖6是缸體潤滑系統示意圖。
圖內零部件名稱陶瓷襯套1、高強絕熱層2、加固缸體3、活塞4、滑桿5、進氣閥6、排氣閥7、噴油咀8、火花塞9、涵道注油管10、涵道外封環11、涵道油腔12、冷卻水腔13、T字頭滑塊組合體14、滑塊15、懸臂銷16、活塞環17、毛細油刷環18、鏈桿19、滑道板20、曲軸21、連接齒輪22、輸出齒輪23、附加支承板24、滑道槽25、滑道進油孔26、直流輸油管27、中腔脈動潤滑管系28、邊腔脈動潤滑管系29、同步分油泵30、新鮮潤滑油箱31、涵道內封環32、酒精噴射管33、泵進油管34、飛輪35。
附圖1是本發明點燃式三腔陶瓷發動機的結構示意圖，所顯示的瞬時工作狀態是兩個活塞正向兩邊腔對稱運動，這時的兩邊腔正在排氣，其排氣閥7處于全開狀態，而其進氣閥6則處于關閉狀態；這時的中腔正在充氣，其進氣閥6處于半開狀態，其排氣閥7則處于關狀態。當兩活塞繼續向兩邊腔運動并接近邊止點時，中腔進氣閥6處于全開狀態，設在進氣閥6的酒精噴射管33的噴口恰好打開，酒精對準該閥的近缸管高速噴射，兩活塞再繼續向兩邊腔運動即到達邊止點，也就是兩邊腔終止位置，曲軸21已轉到180度時，這時的中腔進氣閥6的滑塞閘已回動一小段離開死點區，恰好把噴射管33的噴口關閉，酒精噴射停止；與此同時，兩邊腔已從排氣過渡到掃氣，其進氣閥6已開近一半，而其排氣閥7已回落一半。
緊接著是下一個沖程，兩個活塞從兩邊腔向中腔對稱運動，這時兩邊腔正在充氣，其進氣閥6處于半開狀態，其排氣閥7則處于關狀態；與此同時，中腔正進入壓縮狀態，其進、氣閥全都關閉。當兩活塞繼續向中腔運動并接近中止點時，中腔的噴油咀8高速噴油并快速停噴；與此同時，兩邊腔進氣閥6已處于全開狀態，設在進氣閥6的酒精噴射管33的噴口恰好打開，酒精對準該閥的近缸管高速噴射，當兩活塞再繼續向中腔運動即到中止點，也就是中腔終止位置，曲軸21已轉到360度時，這時的兩邊腔進氣閥6的滑塞閘已回動一小段，離開死點區，恰好把噴射管33的噴口關閉，酒精噴射停止；與此同時，中腔的火花塞點火，中腔進入燃燒作功狀態，并推動兩活塞向兩邊腔運動。
緊接著是第三個沖程，兩個活塞開始向兩邊腔運動，這時兩邊腔進入壓縮狀態，其進、排氣閥全都關閉；與此同時，中腔正在燃燒作功，其進、排氣閥也全都關閉。當兩個活塞繼續向兩邊腔運動并接近邊止點時，兩邊腔的噴油咀8高速噴油并快速停噴；與此同時，中腔的排氣閥7已打開一小半，其進氣閥6仍關閉，中腔處于自由排氣狀態。當兩活塞再繼續向兩邊腔運動即到達邊止點，曲軸21轉到540度時，兩邊腔的火花塞9點火，兩邊腔進入燃燒作功狀態，并推動兩活塞向中腔運動；與此同時，中腔的排氣閥7已開啟一半，但其進氣閥6仍關閉。
緊接著是第四個沖程，兩活塞向中腔運動，這時兩邊腔正在燃燒作功，其進、排氣閥全都關閉；與此同時，中腔正在排氣，其排氣閥7處于全開狀態，但其進氣閥6還未打開，當兩活塞繼續向中腔運動，并接近中止點時，兩邊腔的排氣閥7已打開一小半，其進氣閥6仍關閉，兩邊腔處于自由排氣狀態；與此同時，中腔排氣已結束，并快速轉換成掃氣狀態，其進氣閥6剛開一小半，而其排氣閥7剛回落一小半；兩活塞再繼續向中腔運動即到達中止點，曲軸轉到720時，兩邊腔正在排氣，其排氣閥7已開一半，其進氣閥6仍關閉；與此同時，中腔的掃氣已快結束，其進氣閥6已開近一半，而其排氣閥7已回落一半。
再進行下去就回到第一沖程，各種工況重復進行。這里需要說明的是進氣閥滑塞閘的死點區、酒精噴射壓力、燃油噴射壓力、噴射角、噴射相位、噴射時間、點火提前角以及掃氣提前角等各種數據均需經試驗確定。
附圖2是一種壓燃式三腔陶瓷發動機，其工作腔內不設火花塞，其各腔的工作原理與現有的紫油機一樣，但是中腔與邊腔的工作次序只能是相繼進行。也就是說當兩邊腔處于燃燒作功狀態時，中腔只能是排氣或壓縮狀態，而不能是燃燒作功或充氣狀態。
壓燃機的沖程長一些，有利于提高效率，這一點在三腔陶瓷發動機更加明顯，而沖程加長后其活塞4與陶瓷襯套1間的潤滑應有所不同。因為高速短沖程三腔陶瓷發動機，其沖程長度與其活塞軸向長度的比值較小，活塞毛細油刷環18通過腔內時間最長的四個截面分別距離對應的兩個均分面較近，因此，在高速短沖程三腔發動機的兩個均分面設潤滑油孔系是比較合適的。這里的均分面指的是兩活塞處于平均分隔中腔和兩邊腔時兩活塞的中截面對應的兩截面。然而，在沖程較長的三腔陶瓷發動機的兩個均分面設潤孔系就不太合適，會出現潤滑不良或潤滑油過量等現象。因此，在活塞毛細油刷環18通過腔內時間最長的四個截面設潤滑孔系對長沖程三腔陶瓷發動機而言，是最佳選擇。把兩排中腔潤滑孔系連通起來形成油路28，再把兩排邊腔潤滑孔系連通起來形成油路29，然后分別與同步分油泵30的兩個出口連接，而同步分油泵30的柱塞往復運動頻率應與活塞同步，且步調一致，即當兩活塞移至中腔區時，泵30的柱塞應同步移至泵左邊，向中腔潤滑管系28泵油；而當兩活塞移至兩邊腔區時，泵30的柱塞應同步移至右邊向邊腔潤滑管系29泵油。
圖3是潤滑孔系缸截面分布圖，應盡量保證各孔向腔內的滲油量相等。
圖6是缸體潤滑系統示意圖，從新鮮潤滑油箱31出來的潤滑油分成兩路，一路與涵道注油管10相連通，流入涵道油腔12內；而另一路有兩種連接方案，一種是將此油路與直流輸油管27連通，由缸壁的進油孔系流入陶瓷襯套內側壁；第二種方案是將此油路與同步分油泵30的進油管34連通，然后再分別流入陶瓷襯套1內側壁的中腔區和邊腔區。
滑桿涵道潤滑系統是一種大滿灌形式，既有利于潤滑滑桿5，又有利于涵道的散熱以防止油溫過高，而且涵道結構也明顯簡化，其中涵道外封環11與滑桿5接觸的一面制有若干紋線，涵道油腔(12)的潤滑油能通過該紋線從外端滲出，內封環32則應嚴格密封。對于一些小功率三腔陶瓷發動機以及品質較高的中小功率三腔陶瓷發動機，一般很少拆卸或拆卸也不困難的情況下，其內封環32可與封頭蓋鑄成一體，如圖2所示，這實際上更加簡化。然而，對于大型機，其活塞和封頭蓋的重量都很大，如果其內封環32不能分離的話，拆裝就可能造成損傷。
附圖4和圖5是活塞驅動裝置結構示意圖，其T字頭滑塊組合體14有向內加筋呈三角形和內外加筋呈菱形兩種，其中菱形結構剛性最好，在T字頭兩端滑塊朝上開有進油孔，其橫截面呈孤形，具有刮油作用，當滑塊15在滑道槽25往復滑動時，自然會將滑道槽上緣內油槽的潤滑油刮入該孔內并經內油道流入銷與鏈桿的軸承內。活塞驅動裝置的工作原理是兩活塞4對稱往復運動時將動力通過兩滑桿5傳到兩個T字頭滑塊組合體14，而每個滑塊組合體14的兩端頭是懸臂銷16分別與對應的兩側鏈桿19的一頭鉸接，而每個鏈桿19的另一頭又與對應的曲軸21鉸接，當T字頭滑塊組合體14沿滑桿軸向往復滑動時，往復作用力又通過銷16傳到曲軸鏈桿機構，從而把往復直線運動變成圓周運動。而曲軸21的轉動又帶動連接齒輪22的轉動，發動機兩側共有四個連接齒輪22，每側的兩個連接齒輪22均與該側對應的輸出齒輪23嚙合，再用同一根軸將兩側的輸出齒輪23剛接在一起，從而使兩則的力矩均衡輸出，然后再與相應的飛輪傳動機構連接，并輸出扭矩。
權利要求
1.三腔陶瓷發動機，包括陶瓷襯套(1)、高強絕熱層(2)、加固缸體(3)、活塞(4)、滑桿(5)、進氣閥(6)、排氣閥(7)、涵道外封環(11)、缸體潤滑系統以及設置在加固缸體(3)之外的活塞驅動裝置，其特征是a、陶瓷襯套(1)是內外均呈圓柱面的筒體，由中部圓筒段和兩端封頭蓋段拼合而成，它是用高強度工業陶瓷制造，兩個結構相同的活塞(4)對稱地置于襯套(1)內，將襯套(1)的內腔分成一個中腔和兩個邊腔，對應這三個工作腔各設有一套進氣閥孔、排氣閥孔、噴油咀(8)和火花塞(9)，其中進氣閥孔和排氣閥孔分別與對應的進、排氣閥的近缸管相通，在襯套(1)兩端封頭蓋中心各設有一個滑桿涵道孔，b、高強絕熱層(2)呈環狀，各環間距均勻并緊緊地夾在陶瓷襯套(1)和加固缸體(3)之間，它是用導熱系數低而強度和剛度高的材料制造的，c、加固缸體(3)是內呈圓柱面的封閉缸體，由多半的中部圓筒段和兩端封頭蓋段拼合而成，其中兩端封頭蓋鑄有涵道孔、涵道油腔(12)、冷卻水腔(13)、進氣閥體(6)和排氣閥體(7)，加固缸體(3)是用普通金屬制造，它緊貼在高強絕熱層(2)的外面，并用螺栓和多孔槽鋼封套緊固，d、兩個活塞(4)在兩邊腔內分別與對應的滑桿(5)的一端剛接，每個滑桿(5)的另一端穿過涵道孔、涵道油腔(12)和涵道外封環(11)與缸外的活塞驅動裝置連接，活塞(4)的側壁中央處呈凹槽，其內嵌裝著毛細油刷環(18)，e、進氣閥(6)是一種液力滑塞閘閥，在該閥體上增設一根酒精噴射管(33)，當閥內滑塞閘向彈簧腔運動至死點區時，恰好將酒精噴射管(33)的噴口打開，酒精對準閥近缸管高速噴射，當滑賽閘回動一小段離開死點區時，立刻將該噴口關閉，噴射停止，f、排氣閥(7)是一種液力滑塞閘閥，它在加固體缸體(3)的兩端封頭蓋處與該封頭蓋鑄成一體，中腔與邊腔的排氣閥體(7)內均設有冷卻水腔(13)，g、涵道外封環(11)與滑桿(5)接觸的一面制有若干紋線，涵道油腔(12)的潤滑油能通過該紋線從外端滲出，h、缸體潤滑系統是從新鮮潤滑油箱(31)出來的潤滑油分成兩路，一路經直流管(27)通過缸壁的進油孔系滲入陶瓷襯套(1)內側壁，而另一路與涵道注油管(10)相連通，流入涵道油腔(12)內。
2.根據權利要求1所述的三腔陶瓷發動機，其特征是在加固缸體(3)的兩側平行其軸向設有兩個滑道板(20)，其各開有兩個滑道槽(25)，兩個T字頭滑塊組合體(14)的四個滑塊(15)分別插入對應的四個滑道槽(25)內構成滑動副，每個滑塊(15)的端頭處呈懸臂銷(16)向外側穿過滑道槽(25)與對應的鏈桿(19)的一頭鉸接，而每個鏈桿(19)的另一頭又與對應的曲軸(21)鉸接，另外，在兩個滑道板(20)的外側中央部位設有兩個附加支承板(24)，將曲軸(21)夾持在滑道板(20)和附加支承板(24)之間，每個曲軸(21)的內主軸頸向內插入滑道板(20)的主軸承內，而其外主軸頸向外插入附加支承板(24)的主軸承并穿出該軸承與附加支承板(24)外側對應的連接齒輪(22)剛接，每側的兩個連接齒輪(22)均與該側對應的輸出齒輪(23)嚙合，再用同一根軸將兩側的輸出齒輪(23)剛接在一起，并與相應的飛輪傳動機構連接。
3.根據權利要求1或2所述的三腔陶瓷發動機，其特征是缸內不設火花塞(9)，使其成為壓燃式三腔陶瓷發動機。
4.根據權利要求3所述的三腔陶瓷發動機，其特征是采用四排脈動潤滑孔系，即在活塞毛細油刷環(18)通過腔內時間最長的四個截面各設一排潤滑孔系，每排孔系主要分布在缸體橫截面上半周，兩個中腔脈動潤滑管系(28)連通后與同步分油泵(30)的一個出口相連，兩個邊腔脈動潤滑管系(29)連通后與同步分油泵(30)的另一個出口相連，該油泵(30)的入口與新鮮潤滑油箱出油管連接。
5.根據權利要求4所述的三腔陶瓷發動機，其特征是進氣閥(6)可采用氣動閥，并與相應的進氣系統配套。
6.根據權利要求5所述的三腔陶瓷發動機，其特征是加固缸體(3)內壁加工光滑后，鍍一層黃金，再上一層保護膜。
7.根據權利要求5或6所述的三腔陶瓷發動機，其特征是加固缸體(3)內壁還可以鍍其它高反射性材料。
全文摘要
本發明涉及一種三腔陶瓷發動機,其特征是:缸體是內層陶瓷襯套(1)、中層高強絕熱層(2)和外層加固缸體(3)的復合結構,兩個相同的活塞(4)對稱置于陶瓷襯套(1)內,將其分成兩個邊腔和一個中腔,對應這三個工作腔各設有一套進氣閥(6)、排氣閥(7)和噴油嘴(8),兩個活塞(4)在兩邊腔內分別與對應的滑桿(5)一端剛接;兩個滑桿(5)的另一端穿出加固缸體(3)與缸外的活塞驅動裝置相連接。本發明具有體積小、重量輕、震動小、效率高、節能明顯等優點。此外,采用酒精、燃油輪流噴射技術,可使排氣清潔。
文檔編號F02B75/04GK1170082SQ96106740
公開日1998年1月14日 申請日期1996年7月1日 優先權日1996年7月1日
發明者馬強 申請人:馬強