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本發(fā)明涉及內燃動力裝置。

本發(fā)明聯(lián)合循環(huán)內燃機組提供一種由兩種性質完全不同的內燃機共 同實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)的完整的內燃動力發(fā)動機，其加工、安裝、操縱簡便， 全電腦控制，熱效率高，有實用價值，使用范圍廣，功率從30馬力-50000 馬力之間自由選擇，小至摩托艇、家用驕車及發(fā)電機組，內燃機車、工 程機械大至萬噸巨輪等發(fā)動機均可使用。

傳統(tǒng)的內燃機具有體積小，功率大，使用攜帶方便，技術成熟和工 作可靠等優(yōu)點，但仍是一種高能耗，大污染的機器。特別是熱效率低， 因為除少量摩擦損失和附機損失外剩下的極大多數(shù)燃料熱能只有約1/3 左右能量轉化為有用功，另30％左右能量被冷卻液帶走，剩下1/3以上 能量則由廢氣白白從地排氣管中釋放掉。此外對燃料技術要求高，過度 依賴油氣資源，廢氣對環(huán)境的污染是長期無法解決的世界難題。

本發(fā)明聯(lián)合循環(huán)內燃機組是由一種可調壓縮比值，對置活塞布置， 二沖程高增壓往復式發(fā)動機與二級軸流式燃氣渦輪發(fā)動機共同實現(xiàn)聯(lián) 合循環(huán)。

由于利用了占發(fā)動機總能量1/3以上損失的廢氣能量，設計了齒輪 在負載工況下自動完成無級變速的特殊差動裝置使對置活塞及燃氣渦 輪兩種性質完全不同的內燃機實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)共同作功傳遞給曲軸，故發(fā) 動機的熱效率大大高于傳統(tǒng)技術。

在對置活塞發(fā)動機中采用了既簡便可靠又調節(jié)范圍大(4∶1-18∶1) 的可調壓縮比機構，使發(fā)動機在任何工況下都能獲得最佳動性能，最佳 燃燒效果，最高熱轉換效率，最好的排放效果。

本發(fā)明可采用自然散熱加機內氣冷技術大大減少傳統(tǒng)發(fā)動機被冷卻 液帶走的能量，即使帶走部分能量也能繼續(xù)在燃氣渦輪中作功。

本發(fā)明機組可使用多種燃料包括人工合成燃料，既降低了成本，又 推遲了能源危機到來，由于本機組可達到機內凈化，排污大大減少，可 使排放達到歐洲3號甚至4號標準。

本發(fā)明在對置活塞發(fā)動機結構上無氣缸蓋，氣門及其他配氣機構等 復雜元件，可適用陶瓷材料制作，對置活塞發(fā)動機只使用一根曲軸，簡 化了機構，又便于操作控制。與傳統(tǒng)相同功率發(fā)動機相比重量和體積減 少30％左右，造價降低10％左右，工作可靠，使用壽命延長50％以上。

聯(lián)合循環(huán)內燃機組第一段高溫高壓熱轉換過程在可調壓縮比值高增 壓二沖程對置活塞往復式發(fā)動機內完成其工作原理可簡述為：

當發(fā)動機啟動時由飛輪21從起動電機20獲取能量開始旋轉，通過 曲軸6，進氣連桿29I，排氣連桿29II，進氣連桿搖臂5I，排氣連桿 搖臂5II，進氣活塞桿22I、排氣活塞桿22II將飛輪21I的旋轉運動 變?yōu)檫M氣活塞23I和排氣活塞23II的往復對置運動。

當進氣活塞23I和排氣活塞23II由下止點向上止點作第一沖程運 動時新鮮空氣由空氣濾清器7經(jīng)過進氣管8進入壓氣機再經(jīng)過儲氣筒 (或中冷器)(圖中未畫出)從掃氣口34進入氣缸，廢氣從排氣口35溢出。 由于排氣活塞23II比進氣活塞23I先行12-15度，因此先由排氣活塞 23II將排氣口35關閉。此時掃氣口34仍在繼續(xù)充氣；接著進氣活塞23 I將掃氣口34關住。

當工作時進氣活塞23I和排氣活塞23II同時上行，壓氣正式開始。 當排氣活塞23II接近上止點時燃燒室噴油工作早已完成，由于本發(fā)明噴 油提前角為120°-130°，故高速旋轉的壓縮氣流與瞬間形成的霧狀燃 油已經(jīng)成為混合氣。此時排氣活塞23II已越過上止點，開始向下運行， 第一沖程結束，第二沖程開始。(圖2是第二沖程位置圖)活塞越過上止 點后，燃燒開始，起初較慢逐步變快。

當進氣活塞23I下行5-10度，排氣活塞23II下行18-23度，氣缸 套1內開始激劇燃燒，這種激劇燃燒可以持續(xù)20-30度，然后燃燒變得 緩慢；當兩個活塞下行40-50度時燃燒基本結束。由于排氣活塞23II比 進氣活23I先行12-15度，所以當排氣活塞23II先打開排氣口35至 12-15度時，進氣活塞23I剛好到掃氣口34位置。由于氣缸套1內燃 氣對排氣活塞23II做功后仍有較高的溫度和壓力，因此大量廢氣從排氣 口35高速溢出。當進氣活塞23I和排氣活塞23II繼續(xù)下行，排氣口35 會開得更大，此時掃氣口34也開始被打開，掃氣口34被打開時，氣缸 套1內的燃氣壓力已低于進氣增壓壓力，因此掃氣工作正式開始進行， 由于高速氣流的慣性，不會發(fā)生掃氣口34倒流現(xiàn)象。當排氣活塞23II 移止下止點而要開始上行，此時掃氣口34，排氣口35幾乎全部開足， 掃氣工作進入峰值階段，從掃氣口34進入氣缸套1內的高速旋轉氣流 將廢氣強行從排氣口35中急速趕出，此時排氣口35開始變小，而掃氣 口34則仍在變大，第二沖程結束。

當排氣活塞23II繼續(xù)上行，先將排氣口35關閉，此時進氣活塞 23I仍離關閉掃氣口34有12-15度，故仍在繼續(xù)充氣。到進氣活塞 23I上行至掃氣口34關閉時，壓氣工作又開始連續(xù)進行，由此循環(huán)往 復完成兩沖程發(fā)動機運行全過程。

由于一組在同一氣缸內對置活塞采用呈小偏差非對稱往復式運動， 其獲得的實際功率也不盡相同，其中排氣活塞23II產(chǎn)生約57％功率，進 氣活塞23I產(chǎn)生約43％的功率。

下面結合附圖詳細描述本發(fā)明專利一實施例以便更清楚地了解本發(fā) 明的目的特點和優(yōu)點。

圖1是本發(fā)明一實施例的正視結構示意圖。

圖2是本發(fā)明一實施例的左視圖。

圖3是本發(fā)明圖1所示結構的俯視圖。

為了方便和清楚說明起見，所有附圖中相同的符號表示相同的部件 和結構。此外，為了說明本發(fā)明的核心技術，對傳統(tǒng)技術中的另部件視 圖中大部分不顯示。

附圖1、2、3共同給出了本發(fā)明一實施例，它是一臺聯(lián)合循環(huán)內燃 機組的結構示意圖。

參看圖1、2、3與飛輪21相連的曲軸6上裝有一組連桿即進氣連桿 29I和排氣連桿29II，進氣連桿搖臂5I與進氣連桿29I相連；排氣連 桿搖臂5II與排氣連桿29II相連。氣缸套1內裝有進氣活塞23I和排氣 活塞23II，進氣活塞23I通過進氣活塞桿22I與進氣連桿搖臂5I相 連，排氣活塞23II通過排氣活塞桿22II與排氣連桿搖臂5II相連。

結構與運行方式完全對稱的一組兩個偏心主軸4I與4II各與一組 兩個蝸輪30I和30II相連。蝸輪30I和30II與由可控電機24同步驅 動的蝸桿31I和31II相嚙合。氣缸套1上還有掃氣口34和排氣口35。

本發(fā)明的可調壓縮比值是通過可控電機24同步驅動蝸桿31和31II， 并使蝸輪30I和30II轉動，使偏心主軸4I和4II發(fā)生前后轉向并改變 進氣連桿搖臂5I和排氣連桿搖臂5II支點的位置，使進氣活塞23I和 排氣活塞23II的行程也發(fā)生前后移動。由于進氣活塞23I和排氣活塞 23II的位移不改變曲軸6和進氣連桿29I和排氣連桿29II尺寸，因此 進氣活塞23I和排氣活塞23II的有效行程不變，改變的只是活塞23I 和23II的起迄點；而活塞23I和23II停留在上止點位置高度發(fā)生變化 就可改變燃燒室容積大小即可明顯改變壓縮比值，這種壓縮比調節(jié)方式 既靈敏又可靠，調節(jié)范圍能滿足全部工況要求。

下止點的位置變化可改變掃氣口34的截面積和開啟角度，在改變壓 縮比值的同時達到理想地改變掃氣口34的高度和角度，使兩沖程發(fā)動 機的換氣過程遠遠超過四沖程發(fā)動機的換氣過程，克服傳統(tǒng)兩沖程發(fā)動 機換氣質量差，換氣能量損失大的巨大缺陷，使發(fā)動機在任何工況區(qū) 域燃燒始終處于最佳點。

本發(fā)明曲軸6的位置上稍微向內進行位移，連桿搖臂5I與5II也稍 微向內彎曲，既保證了排氣活塞23II先行12-15度的技術要求，也使 連桿29I和29II在曲軸6上保持180°的傳統(tǒng)角度，避免了加工不對稱 曲軸的困難，更為重要的是使動平衡獲得最好效果，既簡單又可靠。

聯(lián)合循環(huán)內燃機組第二段低熱、低壓熱轉換過程是在燃氣渦輪機內 完成。共工作原理可簡述如下。

傳統(tǒng)的內燃機約有1/3以上的能量白白從排氣管中釋放掉，即使用 自由廢氣渦輪增壓技術來利用這部分能量，但在可變工況下難以實現(xiàn)與 發(fā)動機理想匹配，即自動完成供氣平衡和輸出動力，在使用中還出現(xiàn)啟 動困難和怠速工況不佳，高效理想工作區(qū)域變窄等情況，而且廢氣的能 量利用率只有30％左右，故自由廢氣渦輪增壓機只能作為主機的附機協(xié) 助使用。

本發(fā)明聯(lián)合循環(huán)內燃機組與傳統(tǒng)技術最大本質區(qū)別是利用占發(fā)動機 總能量1/3以上損失的具高溫和一定壓力的內燃機廢氣排放的全部能量 進行再次作功并且設計非常巧妙簡單的自動完成無級變速機構使這部 分能量傳遞給曲軸，故本發(fā)明機組的熱效率大大高于傳統(tǒng)內燃機。

為了連結和組合這兩種性能完全不同的內燃機組，尤其是在變工況 下始終獲得良好匹配，共同完成動力輸出工作，最后終于找到配有五個 工作元件，四個連接構件、三個自由度，并在動液和行星齒輪相互協(xié)調 配合下以三構件同時運作的特殊差動裝置完成了齒輪也可在負載工況 下自動完成無級變速的世界難題。

本發(fā)明的目的利用五個工作元件：增壓泵輪、燃氣渦輪、液力偶合 渦輪、液力偶合器泵輪、第二降速小齒輪；四個聯(lián)接構件：增壓泵主軸， 燃氣渦輪主軸、內齒輪主軸，第一段降速軸組成帶有動液傳動與行星齒 輪傳動融為一體的特殊差動裝置。

聯(lián)接構件一，增壓泵主軸的一端與工作元件增壓泵輪固定連接，另 一端與行星架固定連接，中間穿過與液力偶合器泵輪相連的一組齒輪中 的第一級降速小齒輪。

聯(lián)接構件二，燃氣渦輪主軸的一端與工作元件燃氣渦輪作固定連接， 另一端與太陽輪相連。

聯(lián)接構件三內齒輪一端與液力偶合器渦輪相連的一組齒輪中的第一 級主降速小齒輪，另一端與三個行星齒輪相嚙合。

聯(lián)接構件四??第一段降速軸一端與液力偶合器渦輪相連，另一端與 工作元件第二段降速小齒輪相連，其中第一段主降速則由與內齒圈相連 的小齒輪與液力偶合器渦輪相連的大齒輪完成。

參看圖1、2、3對置活塞三缸發(fā)動機排氣管3即渦輪發(fā)動機9的進 氣管，以連接兩臺發(fā)動機。渦輪發(fā)動機9有一個出氣管12。對置活塞三 缸發(fā)動機的動力由曲軸6傳遞到飛輪21，飛輪21通過離合器或齒輪箱 (圖中未畫出)與負載相連。曲軸6的另一端裝有皮帶輪37以便帶動內 燃機其他附機，38是防振裝置。

渦輪發(fā)動機9通過其主軸與太陽輪16相連，太陽輪16與行星齒輪 15嚙合，行星齒輪15與內齒圈14嚙合，內齒圈14上固定小齒輪13， 小齒輪13與大齒輪26嚙合，大齒輪26與液力偶合器渦輪固定；行星 架17上固定小齒輪18，小齒輪18與大齒輪28嚙合，大齒輪28與液力 偶合器泵輪固定。小齒輪18固定在增壓泵主軸40的一端，增壓泵主軸 40的另一端與工作元件增壓泵輪19固定連接。

第一段主降速軸41與液力偶合器27的渦輪固定，另一端與工作元 件第二段降速小齒輪10固定，第二段降速小齒輪與第二段降速大齒輪 11嚙合，第二段降速大齒輪固定在曲軸6上以此與飛輪21實現(xiàn)動力匯 流。

從安裝在燃氣渦輪主軸39上的燃氣渦輪9開始一直到曲軸6的各個 聯(lián)接構件和工作元件組成了具備自動適應性的齒輪在負載工況下實現(xiàn) 無級變速的特殊的差動裝置。

下面對聯(lián)合循環(huán)內燃機組在四種不同工況下的工作原理作簡要說 明：

1、起動狀態(tài)：

由起動電機20驅動飛輪21，對置活塞發(fā)動機1開始工作，以發(fā)動 機旋轉驅動增壓泵19完成進氣增壓工作的起動過程。

2、怠速狀態(tài)：????

對置活塞發(fā)動機1僅能維持自身穩(wěn)定旋轉，燃氣渦輪發(fā)動機9雖已 成為主動的工作元件，并帶動太陽輪16、行星輪15、內齒圈14，行星 架17通過小齒輪18帶動大齒輪28，內齒圈14通過小齒輪13帶動大齒 輪26，大齒輪26與液力偶合器27的渦輪相連，大齒輪28與液力偶合 器27的泵輪相連。但由于提供的動力很小，不能滿足進氣增壓需要， 必須通過第二級降速小齒輪10從飛輪21處獲取對置活塞發(fā)動機1產(chǎn)生 的功率進行動力回輸。這時整個差動裝置內無相對運動，以一剛體方式 傳遞動力，這使發(fā)動機處于理想的怠速狀態(tài)。

這里需指出的是，只要渦輪發(fā)動機9產(chǎn)生的能量小于壓氣機19所需 的能量，并能從對置活塞發(fā)動機1獲取能量進行補充，則整個差動的裝 置都將停止所有齒輪和動液的相對運動，以一剛體方式傳遞動力。

3、小負載狀態(tài)：

這時對置活塞發(fā)動機1經(jīng)第一次作功后產(chǎn)生的低壓，低熱燃氣進入 渦輪發(fā)動機9實現(xiàn)第二次熱功轉換。渦輪發(fā)動機9產(chǎn)生的功率只能滿足 進氣增壓需要。但無多余功率匯輸給第一動力主機即對置活塞發(fā)動機1， 因此整個差動裝置仍然停止所有齒輪和動液的相對運動，以一剛體方式 傳遞動力。

4、中、大、全負載狀態(tài)：

這時對置活塞發(fā)動機1經(jīng)第一次做功后排放的燃氣進入渦輪發(fā)動機 9進行第二次熱功轉換，渦輪發(fā)動機9產(chǎn)生的功率遠遠超過進氣增壓所 需的功率，其剩余的大部分功率通過自動適應動力往復回輸差動裝置匯 輸給第一動力主機，從而使渦輪發(fā)動機9真正成為第二動力輸出主機。 聯(lián)合循環(huán)內燃機組的工作使大部分廢氣能量得以充分利用的目標實現(xiàn) 得以成為現(xiàn)實。

聯(lián)合循環(huán)內燃機組其他部件均采用傳統(tǒng)技術，并對技術參數(shù)進行全 電腦控制在此不再詳述。