新型内燃机汽缸盖的设计与应用研究

崔云

摘要： 本新型内燃机是把涡轮式发动机的工作原理有机的集合在活塞式内燃机的汽缸盖配气系统当中，设计出了内燃机汽缸盖成为有配气功能和驱动功能的动力汽缸盖，并与活塞式发动机一体共同做功。产生出了内燃机与涡轮机二者的优势整合效能。

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.

关键词： 内燃机;轴管式配汽;涡轮加力;无气门盖汽缸盖

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

中图分类号：U464.132                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）17-0010-02

1  基本原理

本新型内燃机汽缸盖轴管式配气门的工作原理与旋转自来水水龙头孔口开关相似：涡轮加力增压的工作原理与现有的圆筒形无轴涡轮叶片发动机原理相似。

2  机械构造及创新特点

2.1 机械构造

①本新型内燃机轴管式配气门涡轮加力增压无气门盖汽缸盖外壳当中，设置有配气外轴管，和套装于配气外轴管内部的配气内轴管，配气内轴管气门口对口于配气外轴管气门口，360度顺向转动交会运行，以实现燃烧室气门口的打开和关闭（如图1所示）。内轴管内部相对于进、排气门口，和进、排气支管口设置有4种设计方案的多级涡轮加力增压叶片，并与内轴管内管壁焊接为一体（如图2所示）在实际应用中是图中所示的一个缸体燃烧室的设计应用方案。内轴管内部还有与内轴管同轴设置的配气中心管（如图4所示）。新型内燃机的散热润滑机理与现有的内燃机散热、润滑机理相同。配气外轴管与配气内轴管壁之间的运转间隙、润滑散热、密封摩擦等参数，与现有的内燃机缸筒和活塞之间的间隙、润滑、散熱、密封摩擦等参数基本相同。配气外轴管和配气内轴管生产制造的材料，与现有的生产制造内燃机汽缸筒、气门盖的生产制做材料工艺大体相同。

②本新型内燃机汽缸盖中的配气外轴管特点：配气外轴管的管壁上设置有进、排气门口（7），与内燃机燃烧室顶部的进、排气门口（7）一体对口联通：外轴管的管壁上设置有进、排气支管口与汽缸盖外壳的进、排气支管接口对口联通（4）：外轴管的管壁上设置有润滑油管道，外轴管内壁与内轴管外壁旋转磨合面之间，设置有润滑油孔或润滑油槽与润滑油泵联通（19），以解决外轴管内壁与内轴管外壁旋转磨合面之间的润滑问题：外轴管的进气门口旁边的管壁上设置有进气喷油头，给活塞燃烧室喷油做功：外轴管的排气门口旁边的管壁上设置有排气喷油头，给内轴管第二燃烧室涡轮加力增压做功和废气再燃烧喷油做功（如图1所示）。

③本新型内燃机汽缸盖中的配气内轴管：配气内轴管与正时齿轮一体，正时齿轮（17）是内轴管做功驱动齿轮，是与曲轴驱动轴轮共同联动做功齿轮。设计出曲轴驱动和内轴管正时齿轮驱动一起做功的新型内燃机。配气内轴管的管壁上设置有进气门口（9）、排气门口（10）和进、排气支管口（11），配气内轴管内部的加力增压涡轮叶片（12）对口于内燃机燃烧室的进、排气门口（7），涡轮加力增加叶片（13）对口于进、排气支管口（11），产生排气加力和进气增压的功效。设计出多种涡轮发动机的圆筒式燃烧室驱动叶片机构，巧妙地整合在活塞式内燃机汽缸盖的配气内轴管当中，创新出内燃机汽缸盖中的配气内轴管成为，内燃机的第二个动力燃烧室，做功机理是在内燃机的内轴管排气门口运转打开时段，在外轴管的管壁上设置有往活塞燃烧室排气门口喷出的压力火焰中喷射清洁燃料（如：酒精、天然气、液氢等）的喷油头，产生的爆发力推动内轴管当中的涡轮叶片旋转做功，同时第二次再燃烧内燃机废气当中的碳氢化合物。极大的提高燃料的效能，极大的减少了碳排放，在不开启第二燃烧室喷油头再燃烧做功的情况下，配气内轴管同样有很优异的配气加力增压效能。轴管式配气技术的产生，创造出涡轮发动机与内燃发动机二者联动做功成为现实。使得多品种燃料共同使用的有了可能性。

2.2 创新特点

①革命性的去掉了现有内燃机汽缸盖当中进、排气的气门盖、凸轮轴、摇臂、回位弹簧等诸多构件，革新成为配气内轴管360度顺向旋转做功，完成进、排气门口的打开和关闭;取消了现有气门盖式配气线形往返运动的配气运动方式;取消了传统气门盖式配气产生的凸轮轴旋转扭打气门回位弹簧的噪声;取消了气门盖线形往返运动打开关闭气门口时敲打气门口的噪声;取消了传统的内燃机用在气门盖配气系统的功率消耗;彻底清除了现有内燃机气门盖配气系统中繁杂的机械构件、同时消除了因为这些构件发生故障造成停机和维修的风险，取消了内燃机用在旧的配气系统的功率消耗、同时取消了磨损率大、故障率高、噪音大、维修换件多、使用寿命相对短的诸多弊端。缩小了汽缸盖的体积，增加了压缩比，创造出进、排气流在通过进、排气门口时无气门盖阻挡的直进、直排气流形态，增加了内燃机功率和可靠性，延长了新型内燃机的工作寿命。

②本新型内燃机汽缸盖中的配气内轴管成为气缸盖配气系统中360度顺向做功旋转，是手工不能拆解的唯一的一个配气机械构件，创造性的把传统的气门盖式配气系统的繁杂构件集合在一个配气内轴管中，并发挥出诸多如：做功、配气、废气再燃烧、重力再平衡等功能。配气内轴管的圆锥形设计，解决了在正常做功磨损情况下，磨损密封度和磨损补差的难题，创造出了配气内轴管工作中基本做到终身免维护免换件的可能。

③本新型内燃机汽缸盖中的配气内轴管，不仅是配气轴管和涡轮动力加废气再燃烧360度全角度做功的动力轴管，它还是有配重旋转平衡和做功动力旋转再平衡功能的平衡轴管，解决了内燃机曲轴做功角度缺失的难题，创造出新型内燃机和涡轮叶片机叠加做功更加平稳、高效运转的综合效能。

④本新型内燃机汽缸盖中的配气内轴管内部还有与内轴管同轴设置的专一功能配气中心管，创造了凡是直列式多缸体（以六缸体为例）汽缸盖外壳只有一个进气支管、一个排气支管既能完全满足内燃机的做功要求，设计出了排气支管数量少、分布体积小、重量轻的新格局。

⑤本新型内燃机汽缸盖推翻了传统的气门盖式配气机构，设计出了全新的内燃机燃烧室进气门口、排气门口：数量只有一个（7），一个气门口的面积接近汽缸筒的面积，实现气门口最大化、气门口位置居中、进排气流形态直进直排等新业态：能根据机械做功需要，随意设置成为各种形状的燃烧室气门口形状：口字方型、O字圆型、口字方型和O字圆型、或相互分设、叠加等形状（如图3所示）在实际生产应用中是其中的一个设计应用图形方案。

⑥本新型内燃机汽缸盖革新了气缸盖外壳进、排气支管的设置格局和数量格局。一个进、排气支管能满足二个相邻汽缸体的进、排气工作要求;能在汽缸盖外壳径向180度的任意角度内，随意设置不同角度、不同数量的进、排气支管。由于配气中心管的创新设计，凡是直列式多缸体汽缸盖的进、排气支管数量可以减少为两个，最大限度的减少了进、排气支管数量、体积、重量。进、排气气流经过气门口时，没有了气门盖的阻挡，进排气流的直进直排，解决了现有内燃机进、排气气流通过燃烧室气门口时由于气门盖的阻挡，产生的进、排气之间混流、反流、占位等进气不完全、排气有残留，或进气中有废气、排气中有可燃气等难题。

⑦本新型内燃机设计出曲轴能顺时针方向转动做功，也能逆时针方向转动做功，实现了本新型内燃机能两个方向旋转做功的技术突破。

⑧本新型内燃机汽缸盖有良好的通用性，能够安装在现有使用的各种型号的直列式、V型、W型内燃机汽缸体上，也能够安装在单配气轴管和2个以上多配气轴管汽缸体上，通用性好。

3  存在的问题

本新型轴管式配气门涡轮加力增压无气门盖内燃机汽缸盖及内燃机汽缸体，在理论设计方面比较完美，在生产实用中还存在一些未知因素，由于本新型內燃机设计原理适当、在设计过程中已经考虑了存在问题的解决，在生产实验中不存在太多的技术障碍，发明人已设计出几种解决具体问题的技术方案，制作了样机模型，一般的汽缸盖生产企业不需要增加生产设备既可生产，能在短时间内实现社会化推广应用，存在一些小的具体问题在生产实验中都可以解决，需要科研生产企业给予大力支持。发明人有意与生产企业面商开发事宜。

4  结语

本新型内燃机创造出全新的技术方案，解决了现有内燃机领域长期存在的弊端，极大的优化内燃机的机械性能，在提高功率，节能减排，降低成本等方面取得重大突破，社会效益巨大。

参考文献：

[1]张儒华.气缸盖中一些关键功能结构的承载机理研究[J].内燃机学报，22（3）：22-44.

[2]袁兆成.内燃机设计[M].北京：机械工业出版社，2008：33-39.

[3]杨江伟.柴油机缸盖气道的设计和研究[J].内燃机及配件，2010（9）：23-24.

[4]刘梦，李娜.浅谈机械自动化在机械制造中的实践[J].科技风，2020（01）：131.