專利名稱：一種兩行程工作發(fā)動(dòng)機(jī)及其兩行程工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有汽車(chē)、火車(chē)，輪船等使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，都是采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)完成直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，這套機(jī)構(gòu)既是轉(zhuǎn)換動(dòng)力的部件，又是工作循環(huán)控制部件，由它的反饋將活塞的運(yùn)動(dòng)定死為第一行程—作功，第二行程—排氣，第三行程—吸氣，第四行程—壓氣，這已成為活塞運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典。這種工作循環(huán)的缺點(diǎn)為，行程動(dòng)作多，多行程，就要多占去時(shí)間份額，因此，作功的時(shí)間只有1/4；工作效率低；行程多，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的摩擦損失多，為克服動(dòng)力機(jī)構(gòu)慣性消耗的功率多；為此，我們分析出，第三行程和第四行程完全可以省去，只須留第一和第二行程。此外，由于采用曲軸旋轉(zhuǎn)反饋?zhàn)鳛樗膫€(gè)行程的運(yùn)動(dòng)控制，致使四個(gè)行程運(yùn)動(dòng)模式完全一樣，不能按需要分別優(yōu)化，是又一個(gè)缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)兩行程工作方法及兩行程工作發(fā)動(dòng)機(jī)，由于兩個(gè)行程互不制約，各行程的運(yùn)動(dòng)由微機(jī)控制，從而提高功率輸出時(shí)間比，優(yōu)化各動(dòng)作的參數(shù)，達(dá)到減少行程損耗，提高機(jī)械效率的目的。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的兩行程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩行程工作方法，包括采用發(fā)動(dòng)機(jī)體，進(jìn)排氣閥門(mén)，直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換組件，復(fù)位彈簧，離合器組件；其特征是利用滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)完成直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，活塞只作兩個(gè)行程就完成一個(gè)的兩行程工作循環(huán)，方法包括a、第一行程為作功行程包括進(jìn)氣、進(jìn)氣閥關(guān)閉、點(diǎn)火，燃燒，活塞移動(dòng)螺桿帶動(dòng)螺旋套旋轉(zhuǎn)，離合器結(jié)合，離合器帶動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，輸出功率；b、第二行程為排氣行程離合器松開(kāi)，由復(fù)位彈簧將活塞推回原位，此時(shí)，由電磁閥將排氣門(mén)打開(kāi)，活塞回到原位；由電磁閥將進(jìn)氣閥打開(kāi)，帶壓力的混合氣體迅速壓入汽缸，當(dāng)快排完廢氣時(shí)，排氣閥關(guān)閉，當(dāng)汽缸內(nèi)壓力達(dá)到混合氣體壓力時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉；由此，完成燃燒所需的全部要素。啟動(dòng)下一循環(huán)，電火花點(diǎn)火。
上述方法中，活塞、螺桿、螺旋套一個(gè)工作循環(huán)只作一次往復(fù)，減少了機(jī)構(gòu)反向慣性損耗和摩擦損耗。
第一行程時(shí)，螺桿壓縮彈簧，第一行程結(jié)束后，由復(fù)位彈簧完成活塞、螺桿的反向移動(dòng)，因此，第二行程時(shí)間可縮短，而且，活塞反向移動(dòng)時(shí)間為常數(shù)，不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的制約，便于優(yōu)化。
第二行程終了時(shí)，由電磁閥打開(kāi)慣性很小的進(jìn)氣閥，完成進(jìn)氣。進(jìn)氣時(shí)間很短，而且為常數(shù)，不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的制約，便于優(yōu)化。
凡為作功行程時(shí)，離合器接通，此組動(dòng)力機(jī)構(gòu)向中心輪輸出功率，此組動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工作頻率，不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的制約。它們之間，即可完成能量的傳遞，又互不制約，便于參數(shù)的優(yōu)化。
按上述方法工作時(shí)，循環(huán)中各種控制與原曲軸的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，便于各參數(shù)的優(yōu)化，首先，表現(xiàn)為可以省去起動(dòng)機(jī)及起動(dòng)齒輪，消除了起動(dòng)時(shí)的撞擊聲。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由微機(jī)控制各作功組件依次作功，將發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止慢慢起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不影響各組件作功的頻率。
現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)，最低轉(zhuǎn)速約為800轉(zhuǎn)/分，再低就要熄火。而本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速可下降到幾十轉(zhuǎn)/分，甚至幾轉(zhuǎn)/分也不會(huì)熄火。


以下通過(guò)通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明的方法及其裝置作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為活塞回到上止點(diǎn)時(shí)的燃燒室形狀圖。
圖3為本發(fā)明兩行程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩沖程工作方法的工作循環(huán)圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)附圖，對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為活塞運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1--為電磁進(jìn)氣閥，2--為電火花點(diǎn)火器，3--為電磁排氣閥，4--為汽缸套，5--為活塞，6--為螺桿，7--為直花鍵套，8--為止推軸承，9--為螺旋套，10--電磁繩離合器外套及齒輪，11--為輸出齒輪，12--為復(fù)往彈簧。13--為缸蓋，14為固定電磁鐵的隔熱板。
上述兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸套4、電磁閥控制的進(jìn)氣閥門(mén)3、排氣閥門(mén)1、直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件，復(fù)位彈簧12，離合器組件；其特征是直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件由螺桿6、花鍵套7、止推軸承8、螺套9、電磁繩離合器10構(gòu)成，其中螺桿6的一端與活塞固定，螺桿上有直線花鍵槽段和螺旋槽段，直線花鍵槽段通過(guò)滾珠與頂固定在汽缸套下端的花鍵套配合，螺旋槽段通過(guò)滾珠與螺旋套配合；花鍵套7與螺旋套9通過(guò)止推軸承8連接；電磁繩離合器10由螺旋套9、電磁繩、電磁線圈及輸出齒輪構(gòu)成，電磁繩、電磁線圈位于螺旋套9與輸出齒輪之間；螺桿6的另一端與復(fù)位彈簧12接觸。
上述兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩沖程工作原理是這樣的第一行程為作功由火花塞2點(diǎn)火，混合氣體燃燒，推動(dòng)活塞5及螺桿6向下移動(dòng)，經(jīng)滾動(dòng)螺旋副帶動(dòng)螺旋套9轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，電磁繩離合器處于結(jié)合狀態(tài)，帶動(dòng)離合器外套及齒輪10轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)輸出齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外作功。由于滾動(dòng)螺旋副能將活塞5的直線移動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺旋套9的純力偶類(lèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，沒(méi)有單力或徑向分力，因此，活塞5可以作得很短。反作用力矩由花鍵套7承受。
上述結(jié)構(gòu)中的電磁繩離合器在其電磁線圈通電后，產(chǎn)生磁場(chǎng)，使電磁繩將螺旋套和與電磁繩離合器一體的輸出齒輪結(jié)合在一起。
第二行程為排氣，當(dāng)活塞5運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，打開(kāi)電磁排氣閥，此時(shí)，由壓縮了的復(fù)往彈簧12將螺桿6及活塞5推到上止點(diǎn)。此時(shí)，電磁繩離合器斷開(kāi)，齒輪10及11仍繞原方向轉(zhuǎn)動(dòng)，僅螺旋套9、鋼球、螺桿6、活塞5反向運(yùn)動(dòng)，由它們組成慣性組件，由圖看出，慣性組件尺寸小，重量輕，運(yùn)動(dòng)速度較原曲柄連桿機(jī)構(gòu)低。
當(dāng)?shù)诙谐探K了時(shí)，打開(kāi)電磁進(jìn)氣閥1，帶壓力的混合氣體進(jìn)入汽缸內(nèi)，當(dāng)快排完廢氣時(shí)，排氣閥關(guān)閉，繼續(xù)進(jìn)混合器，達(dá)到要求的壓力后，關(guān)閉進(jìn)氣閥。由于進(jìn)排氣閥慣性小，動(dòng)作快；混合氣有壓力，進(jìn)氣快，因此，整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程所須的時(shí)間很短。
至此經(jīng)一次往復(fù)就完成一個(gè)完整的工作循環(huán)。較四行程工作方法少了兩個(gè)行程，從而提高了動(dòng)力組作功的時(shí)間比，減少了慣性機(jī)構(gòu)的功耗和摩擦損失。這種兩循環(huán)的另一特點(diǎn)為第二行程時(shí)間，只決定于彈簧彈力及阻力，是一個(gè)常數(shù)，便于優(yōu)化。進(jìn)排氣采用電磁閥，不由原曲柄連桿大機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，重量輕，慣性小，動(dòng)作快，節(jié)能又省時(shí)。
圖2示活塞回到上止點(diǎn)時(shí)燃燒室的形狀圖，當(dāng)打開(kāi)進(jìn)氣閥時(shí)，基本能作到混合氣體將廢氣由排氣閥擠出。
圖3為兩行程工作循環(huán)圖，橫座標(biāo)為時(shí)間，縱座標(biāo)包括電磁繩離合器10、點(diǎn)火器、活塞機(jī)構(gòu)、排氣閥、進(jìn)氣閥的動(dòng)作順序及時(shí)間。第一個(gè)動(dòng)作為點(diǎn)火a，混合氣燃燒作功，活塞移動(dòng)，由上止點(diǎn)b到下止點(diǎn)d，活塞到下止點(diǎn)后，排氣閥打開(kāi)c，復(fù)位彈簧推動(dòng)活塞作回程運(yùn)動(dòng)，到上止點(diǎn)e，進(jìn)氣閥打開(kāi)f，將燃燒室的廢氣擠出，待基本擠出完畢時(shí)，排氣閥關(guān)閉g，此時(shí)，進(jìn)氣閥繼續(xù)進(jìn)氣，待進(jìn)氣到額定壓力時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉h，完成整個(gè)工作循環(huán)。啟動(dòng)電火花點(diǎn)火，繼續(xù)第二個(gè)工作循環(huán)。
由圖看出，活塞回程與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，一般回程時(shí)間較短；另外進(jìn)排氣閥的質(zhì)量較小，進(jìn)排氣所需時(shí)間亦較短。而對(duì)現(xiàn)有四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)講，工作循環(huán)的各動(dòng)作由曲柄反饋操作，與轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此，原工作循環(huán)的時(shí)間t2＞t1，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)效率較低。圖中t2為曲柄連桿發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)時(shí)間，t1為本發(fā)明兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)工作時(shí)間。
本發(fā)明中，可以通過(guò)微機(jī)、PLC對(duì)進(jìn)、排氣閥門(mén)的電磁閥及電磁繩離合器的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1.一種兩行程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩行程工作方法，包括采用發(fā)動(dòng)機(jī)體，由電磁閥控制的進(jìn)排氣閥門(mén)、直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件，復(fù)位彈簧，離合器組件，其特征是利用滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)完成直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，其中活塞只作兩個(gè)行程就完成一個(gè)的兩行程工作循環(huán)，方法包括a、第一行程為作功行程包括進(jìn)氣、關(guān)閉進(jìn)氣閥、點(diǎn)火，燃燒，活塞移動(dòng)螺桿帶動(dòng)螺旋套旋轉(zhuǎn)，離合器結(jié)合，離合器帶動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，輸出功率；b、第二行程為排氣行程離合器松開(kāi)，由復(fù)位彈簧將活塞推回原位，此時(shí)，由電磁閥將排氣門(mén)打開(kāi)，活塞回到原位；由電磁閥將進(jìn)氣閥打開(kāi)，帶壓力的混合氣體迅速壓入汽缸，當(dāng)快排完廢氣時(shí)，排氣閥關(guān)閉，當(dāng)汽缸內(nèi)壓力達(dá)到混合氣體壓力時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉；由此，完成燃燒所需的全部要素。啟動(dòng)下一循環(huán)，電火花點(diǎn)火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩行程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩行程工作方法，其特征在于第一行程時(shí)，螺桿壓縮彈簧，第一行程結(jié)束后，由復(fù)位彈簧完成活塞、螺桿的反向移動(dòng)，活塞反向移動(dòng)時(shí)間為常數(shù)，不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的制約。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)兩行程工作方法及裝置，其特征在于第二行程終了時(shí)，由電磁閥打開(kāi)慣性很小的進(jìn)氣閥，完成進(jìn)氣；進(jìn)氣時(shí)間很短，而且為常數(shù)，不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的制約。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)兩行程工作方法及裝置，其特征在于凡為作功行程時(shí)，離合器接通，此組動(dòng)力機(jī)構(gòu)向中心輪(11)輸出功率，此組動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工作頻率，不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的制約。它們之間，即可完成能量的傳遞，又互不制約。
5.一種兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸套(4)、電磁閥控制的進(jìn)氣閥門(mén)(3)、排氣閥門(mén)(1)、直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件，復(fù)位彈簧(12)，離合器組件；其特征是直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件由螺桿(6)、花鍵套(7)、止推軸承(8)、螺套(9)、電磁繩離合器(10)構(gòu)成，其中螺桿(6)的一端與活塞固定，螺桿上有直線花鍵槽段和螺旋槽段，直線花鍵槽段通過(guò)滾珠與頂固定在汽缸套下端的花鍵套配合，螺旋槽段通過(guò)滾珠與螺旋套配合；花鍵套(7)與螺旋套(9)通過(guò)止推軸承(8)連接；電磁繩離合器(10)由螺旋套(9)、電磁繩、電磁線圈及輸出齒輪構(gòu)成，電磁繩、電磁線圈位于螺旋套(9)與輸出齒輪之間；螺桿(6)的另一端與復(fù)位彈簧(12)接觸。
全文摘要
一種兩行程工作發(fā)動(dòng)機(jī)的兩行程工作方法a.第一行程為作功行程包括進(jìn)氣、關(guān)閉進(jìn)氣閥、點(diǎn)火，燃燒，活塞移動(dòng)螺桿帶動(dòng)螺旋套旋轉(zhuǎn)，離合器結(jié)合，離合器帶動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，輸出功率；b.第二行程為排氣行程離合器松開(kāi)，由復(fù)位彈簧將活塞推回原位。本發(fā)明的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)體，由電磁閥控制的進(jìn)排氣閥門(mén)、直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件，復(fù)位彈簧，離合器組件。本發(fā)明通過(guò)電磁閥完成排、進(jìn)氣動(dòng)作，這樣，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。由于擺脫了發(fā)動(dòng)機(jī)的作功循環(huán)受曲軸轉(zhuǎn)速的影響，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)不熄火，并可省去起動(dòng)機(jī)及其齒輪副，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)直接平穩(wěn)起動(dòng)。
文檔編號(hào)F02B75/02GK1523211SQ03135800
公開(kāi)日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者梁錫昌 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)