一种四冲程内燃机气缸

技术领域

本发明属于动力机械领域，具体地说是一种四冲程内燃机气缸。

背景技术

四冲程内燃机气缸是引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件，通常所说的内燃机是指活塞式内燃机，活塞式内燃机以活塞在缸体中往复运动最为普遍，其将燃料和空气混合，在缸体内燃烧，释放出的热能使缸体内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。内燃机热能和机械能的转换，通过活塞在缸体中连续的进气，压缩，动力和排气四个过程完成一个工作循环。内燃机凭借其输出力矩大、功率稳定被广泛应用于发电、军事、建筑、船舶等领域。

作为内燃机的主要构件，受限于现有技术中内燃机的结构、材料和工作原理，目前单缸内燃机无法实现高效散热以及对燃料的充分利用，燃料利用率最高只能达到46％，没有充分燃烧的燃料会被当做废气排出进而对空气造成巨大的污染，而且，无法散失的热量溢出使缸体的温度上升，高温可能使缸体进气量不足导致输出功率下降，甚至会导致材料形变发生损坏。

鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明设计一种四冲程内燃机气缸，解决了上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供的一种四冲程内燃机气缸，通过提高单缸内燃机的散热能力和燃料利用率，避免因为高温使内燃机进气量不足，功率下降，甚至导致材料形变发生损坏的情况出现，同时减少没有充分燃烧的燃料废气进入空气进而减少对空气造成的巨大的污染。

本发明提供的一种四冲程内燃机气缸，包括缸体、燃烧室、活塞、销孔、活塞销、连杆、曲轴和飞轮，所述缸体内滑动安装有活塞；所述活塞下端设有销孔；所述销孔与连杆上端开孔同轴心安装并通过将活塞销插入销孔内实现活塞与连杆的转动连接；所述连杆的下端与曲轴通过轴承转动连接；所述曲轴一端与飞轮固定连接，在曲轴转动时带动飞轮一起转动；所述缸体外套设有环形降温壳；所述缸体外壁设有环形凹槽；所述降温壳插入环形凹槽与缸体外表面闭合形成腔室；所述降温壳转角处倒圆处理；所述降温壳壳壁上设有螺纹孔；所述降温壳上端开设有一端与进水口相通且另一端与腔室相通的输水管道；所述降温壳下端开设有一端与排水口相通且一端与腔室底部相通的排水管道；所述排水口和进水口外部连接有同一水箱；所述缸体上端设有燃烧室；所述燃烧室内壁设有贯通缸体和降温壳的通孔；所述通孔内部同轴心滑动安装有气动活塞；所述气动活塞长度小于通孔长度。

优选的，所述通孔的两端设有限位块；所述限位块内表面固定连接缓冲垫。

优选的，所述排水管道和输水管道内部均设有单向阀；所述输水管道中的单向阀入水口与进水口相通；所述排水管道中的单向阀入水口与腔室相通。

优选的，所述腔室底部呈倾斜状且低处与排水管道底端相接。

优选的，所述气动活塞采用高温陶瓷材料制作而成。

优选的，所述缸体顶端设有气门阀；所述气门阀呈球形。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种四冲程内燃机气缸，通过在缸体外壁中套设降温壳形成腔室，利用水比热容大吸热的特点，在内燃机工作时，向腔室内注入冷却水吸收缸体的热量，水的压力和缸体内活塞的压力可以实现气动活塞的往复运动，进而可以通过内燃机自身的工作过程实现冷却水进入腔室的开关并促进冷却水在腔室中的循环，无需外接动力源实现对单体气缸的高效散热，降低高温对燃料利用率和内燃机结构的不良影响，进而保证缸体处于正常的工作状态。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体示意图；

图2是本发明的局部放大图；

图3是本发明的排水端放大图；

图中：缸体1、燃烧室101、通孔102、输水管道103、排水管道104、凹槽105、限位块106、活塞2、销孔201、活塞销202、曲柄3、飞轮4、降温壳5、排水口6、气动活塞7、进水口8、气门阀9、腔室10、螺纹孔11、缓冲垫12、单向阀13、曲轴14。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明提供的一种四冲程内燃机气缸，包括缸体1、燃烧室101、活塞2、销孔201、活塞销202、连杆3、曲轴14和飞轮4，所述缸体1内滑动安装有活塞2；所述活塞2下端设有销孔201；所述销孔201与连杆3上端开孔同轴心安装并通过将活塞销202插入销孔201内实现活塞2与连杆3的转动连接；所述连杆3的下端与曲轴14通过轴承转动连接；所述曲轴14一端与飞轮4固定连接，在曲轴14转动时带动飞轮4一起转动；所述缸体1外套设有环形降温壳5；所述缸体1外壁设有环形凹槽105；所述降温壳5插入环形凹槽105与缸体1外表面闭合形成腔室10；所述降温壳5转角处倒圆处理；所述降温壳5壳壁上设有螺纹孔11；所述降温壳5上端开设有一端与进水口8相通且另一端与腔室10相通的输水管道103；所述降温壳5下端开设有一端与排水口6相通且一端与腔室10底部相通的排水管道104；所述排水口6和进水口8外部连接有同一水箱；所述缸体1上端设有燃烧室101；所述燃烧室101内壁设有贯通缸体1和降温壳5的通孔102；所述通孔102内部同轴心滑动安装有气动活塞7；所述气动活塞7长度小于通孔102长度。

通过在缸体1的环形外部凹槽105中插入两片半环形降温壳5，并通过两片半环形壳体上设置的螺纹孔11用螺栓实现降温壳5合体紧固，降低了生产难度，在缸体1的外壁沿着环形凹槽105套设安装环形降温壳5，环形降温壳5嵌入到凹槽105中不仅使螺栓紧固的降温壳5在缸体1外壁安装地更为牢固，防止降温壳5在缸体1外壁因为震动等外部因素发生纵向位移，同时也提高了降温壳5内表面与缸体1外表面所形成腔室10的密封性。

内燃机工作时，降温壳5上端的进水口8会利用管道从水箱中吸水并通过输水管道103向腔室10内部注满冷却水，当进入内燃机的压缩冲程时，缸体1顶部的气门阀9关闭，缸体1内壁与活塞2组成一个密闭空间，在上一个做功冲程的余功和飞轮4的惯性作用下，活塞2沿着缸体1内壁向上移动从而压缩空气，同时，因为上一个做功冲程所释放的能量和活塞2的频繁快速往复运动摩擦会使缸体1缸壁温度升高，密闭空间中缸体1由于活塞2压缩空气导致缸内气压升高，高气压会推动通孔102内部同轴心滑动安装的气动活塞7向腔室10中移动，并压缩腔室10中冷却水的体积，进而压迫部分冷却水经腔室10底部的排水管道104从排水口6排出，排出的冷却水再通过外接管道回到水箱中，实现冷却水的重复利用。

压缩冲程结束后，进入做功冲程，缸体1顶部的气门阀9依然关闭，缸体1内壁与活塞2组成一个密闭空间，在喷油嘴和火花塞的作用下，燃料在压缩空气中爆炸性燃烧，使气体剧烈膨胀产生更高的瞬时气体压强，气体推动活塞2向下带动飞轮4将动力传递出去并且也会持续支撑气动活塞7前出在通孔102靠近腔室10的一端，近似保持压缩冲程时气动活塞7在通孔102中的位置状态。

之后，进入排气冲程，排气气门阀9打开，此时缸体1未处于密封状态，在做功冲程的余功和飞轮4的惯性作用下，移动到缸体1底部完成动力传输的活塞2会沿着缸体1向上移动，进而挤压缸体1内的空间排出缸体1内的废气，此时，在失去做功冲程中的高压气体的约束后，气动活塞7会在腔室10中冷却水的压力和冷却水接触到高温缸壁所产生的蒸气气压的作用下又向通孔2中缸体1一侧移动，在移动的过程中，在腔室10中产生负压，进而从进水口8经输水管道103从外界水箱吸入冷却水，同时配合缸体1底部的活塞2将废气挤出缸体1，提高了在排气冲程中缸体1排气的效率和速度，进而减少下一个进气冲程中缸体1内所混有的废气，进一步提高燃料的燃烧效率。

在进气冲程中，进气气门阀9打开，此时缸体未处于密封状态，在做功冲程的余功和飞轮4的惯性作用下，活塞2沿着缸体1内壁向下移动吸入空气，此时，在腔室10中水压力、蒸气压力和缸体1内负压的作用下，气动活塞7近似保持排气冲程时气动活塞7在通孔102中的位置状态，之后等待下一个压缩冲程。

所述降温壳5转角处倒圆处理，提高腔室10的结构强度，避免因为腔室10因为过大的压力差或应力过于集中对腔室10产生结构性损伤，提高降温壳5的使用寿命。

相较于传统单缸发动机所采用的水冷和风冷方式，在缸体1外套设降温壳5，利用水的比热容大的特点，直接将冷却水与高温缸体1接触，高效率带走热量的同时，进一步利用缸体1内部因为冲程不同导致的正压和负压变换与腔室10中水压和蒸汽压力配合实现通孔102中气动活塞7的往复移动，进而实现腔室10中冷却水的抽排，在无外接动力装置的前提下实现腔室10中冷却水的更换和流动，进一步提高了降温效果，进而提高气缸的使用寿命、稳定性以及燃料利用率,同时，为了保证在冷却过程中不会产生过多的外部震动，提高腔室10的稳定性，所以，在缸体1的两侧对称安装两个气动活塞7。

作为本发明的一种具体实施方式，所述通孔102的两端设有限位块106；所述限位块106内表面固定连接缓冲垫12；

无论是缸体1内部的气压还是腔室10内的水压和蒸汽气压，在密闭空间中都会产生很大的力推动气动活塞7移动，为了保证气动活塞7的位移距离不会对气缸和腔室10的正常工作造成影响，所以在通孔102两端设置限位块106，从而限制气动活塞7的位移范围，使气动活塞7始终位于通孔102内不会干扰气缸的正常工作，同时，为了避免在压力的作用下，气动活塞7与限位块106之间的撞击损伤气动活塞7和限位块106的结构，所以在限位块106和气动活塞7的撞击面均设有缓冲垫12，进而缓冲减弱气动活塞7对限位块106的撞击，减少震动，从而提高气动活塞7的使用寿命和工作稳定性。

作为本发明的一种具体实施方式，所述排水管道104和输水管道103内部均设有单向阀13；所述输水管道103中的单向阀13入水口与进水口8相通；所述排水管道104中的单向阀13入水口与腔室10相通；

为了腔室10中的冷却水在气动活塞7的作用下实现循环，所以在排水管道104和输水管道103中均设有单向阀13，保证在腔室10内正压时，输水管道103的单向阀13关闭而排水管道104的单向阀13打开，从而排出部分已经吸收热量的冷却水；而当腔室10内负压时，输水管道103的单向阀13打开而排水管道104的单向阀13关闭，负压会从输水管道103吸取温度低的新的冷却水，从而保证了腔室10中冷却水循环效果的实现，提高了冷却效率。

作为本发明的一种具体实施方式，所述腔室10底部呈倾斜状且低处与排水管道104底端相接。

在腔室10底部设有坡度并与排水管道104相同，便于部分吸热后的冷却水或水蒸气在重力或者压力的作用下沿着排水管道106从排水口5更加顺利流出，排水口5可以通过外接水箱，使冷却水可以重复使用。

作为本发明的一种具体实施方式，所述气动活塞7采用高温陶瓷材料制作而成；

高温陶瓷按材料主要化学组成可分为高温氧化物陶瓷(如Al

作为本发明的一种具体实施方式，所述缸体1上端的气门阀9设为球形；

缸体1上端的两个气门阀9设为球形，相比较现有技术中的平面阀和半球阀，球形曲面更符合流体动力学，使气缸在进气和排气的过程中都更加顺畅，缩短了进气和排气所需要的的时间，提高了气缸的工作效率。

工作原理：通过在缸体1的外壁沿着环形凹槽105套设安装环形降温壳5，在降温壳5内表面与缸体1外表面形成一个密闭腔室10，内燃机工作时，降温壳5上端的进水口8会通过输水管道103向腔室10内部注满冷却水，当进入内燃机的压缩冲程时，缸体1顶部的气门阀9关闭，缸体1内壁与活塞2组成一个密闭空间，在上一个做功冲程的余功和飞轮4的惯性作用下，活塞2沿着缸体1内壁向上移动从而压缩空气导致缸内气压升高，高气压会推动通孔102内部同轴心滑动安装的气动活塞7向腔室10中移动，并压缩腔室10中冷却水的体积，进而压迫部分冷却水经腔室10底部的排水管道104从排水口6排出。

进入做功冲程，缸体1顶部的气门阀9依然关闭，缸体1内壁与活塞2组成一个密闭空间，在喷油嘴和火花塞的作用下，燃料在压缩空气中爆炸性燃烧，使气体剧烈膨胀产生更高的瞬时气体压强，气体推动活塞2向下带动飞轮4将动力传递出去并且也会持续支撑气动活塞7前出在通孔102靠近腔室10的一端，近似保持压缩冲程时气动活塞7在通孔102中的位置状态。之后，进入排气冲程，排气气门阀9打开，此时缸体1未处于密封状态，在做功冲程的余功和飞轮4的惯性作用下，移动到缸体1底部完成动力传输的活塞2会沿着缸体1向上移动，进而挤压缸体1内的空间排出缸体1内的废气，此时，在失去做功冲程中的高压气体的约束后，气动活塞7会在腔室10中冷却水的压力和冷却水接触到高温缸壁所产生的蒸气气压的作用下又向通孔2中缸体1一侧移动，在移动的过程中，在腔室10中产生负压，进而从进水口8经输水管道103从外界水箱吸入冷却水，同时配合缸体1底部的活塞2将废气挤出缸体1，提高了在排气冲程中缸体1排气的效率和速度，进而减少下一个进气冲程中缸体1内所混有的废气，进一步提高燃料的燃烧效率，在进气冲程中，进气气门阀9打开，此时缸体未处于密封状态，在做功冲程的余功和飞轮4的惯性作用下，活塞2沿着缸体1内壁向下移动吸入空气，此时，在腔室10中水压力、蒸气压力和缸体1内负压的作用下，气动活塞7近似保持排气冲程时气动活塞7在通孔102中的位置状态，之后等待下一个压缩冲程，上述过程利用压强差的原理实现气动活塞7的往复移动并结合单向阀13的结构特性实现腔室10中冷却水的抽取和排出，进而实现冷却水的一个自动循环，保证了冷却水可以顺利将所吸收的热量带走并有新的冷却水自动补充，从而实现对气缸的高效散热、提高工作效率的同时也减少了高温带给气缸的负面作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。