CN102032053B - 新型结构发动机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新型结构发动机及其工作方法，主要是为了提高现有发动机节能减排的效果而设计。本发明包括发动机，还包括一使所述发动机各气缸均处于前四个冲程对外作功，后四个冲程只进气和排气且不对外作功的工作循环的控制机构，所述控制机构包括进排气门补排气控制装置，以及所述发动机的喷油器在各气缸前四个冲程对外作功过程喷油一次，后四个冲程不对外作功过程不喷油的燃油正时控制系统。采用上述结构，本发明在保证发动机的正常动力输出的情况下，明显减少发动机的喷油次数，真正实现了发动机的节能减排。

Description

新型结构发动机及其工作方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种新型结构发动机及其工作方法。
背景技术
目前大多数的柴油发动机或汽油发动机，其工作过程都是四冲程循环往复，即吸气，压缩，爆炸和排气。曲轴每转两圈喷油器就要向燃烧室内喷油一次来实现发动机的连续运转。那么如何在能够保证发动机输出功率不变的情况下，又能节油同时又能减少尾气的排放？
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种排放低，且节油的新型结构发动机及其工作方法。
为达到上述目的，本发明所述新型结构发动机，包括发动机，还包括一使所述发动机各气缸均处于前四个冲程对外作功，后四个冲程只进气和排气且不对外作功的工作循环的控制机构，所述控制机构包括进排气门补排气控制装置，以及所述发动机的喷油器在各气缸前四个冲程对外作功过程喷油一次，后四个冲程不对外作功过程不喷油的燃油正时控制系统。
进一步地，所述进排气门补排气控制装置由带有进气门补气凸轮和排气门排气凸轮的次凸轮轴和次凸轮轴正时齿轮构成，所述次凸轮轴正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮相啮合；或所述进排气门补排气控制装置为电控装置。
特别地，所述次凸轮轴正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮的转速比为1∶2。
进一步地，所述燃油正时控制系统为电子燃油控制系统或机械式燃油控制系统；其中，所述机械式燃油控制系统由燃油正时凸轮轴和燃油正时齿轮构成，所述燃油正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮的转速比为1∶2。
进一步地，所述发动机的飞轮质量增重20％～30％。
本发明新型结构发动机工作方法，包括以下步骤：
(1)发动机的各气缸前四个冲程完成吸气，压缩，爆炸和排气，且在压缩冲程后喷油器在燃油正时控制系统的控制下向气缸内喷油一次；
(2)发动机的各气缸后四个冲程完成吸气，排气，吸气和排气，且整个过程所述喷油器在燃油正时控制系统的控制下不向气缸内喷油；
(3)所述发动机一次工作循环结束，下一循环重复步骤(1)和步骤(2)。
其中，步骤(2)中所述后四个冲程中的第一个吸气冲程为：活塞从上止点到下止点的过程中，进气门在发动机的凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启，排气门在发动机的凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭；
所述四个冲程中的第二个排气冲程为：活塞从下止点到上止点的过程中，进气门在发动机的凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭，排气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启；
所述四个冲程中的第三个进气冲程为：活塞再次从上止点到下止点的过程中，进气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启，排气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭；
所述四个冲程中的第四个排气冲程为：活塞再次从下止点到上止点的过程中，进气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭，排气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启。
其中，所述的进排气门补排气控制装置由带有进气门补气凸轮和排气门排气凸轮的次凸轮轴和次凸轮轴正时齿轮构成，所述次凸轮轴正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮相啮合且转速比为1∶2；或所述进排气门补排气控制装置为电控装置。
所述的燃油正时控制系统为电子燃油控制系统或机械式燃油控制系统；其中，所述机械式燃油控制系统由燃油正时凸轮轴和燃油正时齿轮构成，所述燃油正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮的转速比为1∶2。
本发明通过设置所述控制机构，将原本四冲程往复工作的发动机变成了前四个冲程处于正常的吸气、压缩、爆炸和排气工作状态，后四个冲程依靠所述发动的飞轮的惯性带动所述活塞完成吸气、排气、吸气和排气(即后四个冲程空转)，且喷油器不向缸内喷油，即后四个冲程不对外作功。此外，本发明为了使发动机运转的更平稳可靠，将所述发动机的飞轮增重20％～30％。本发明所述新型结构发动机在整个工作循环中喷油的次数明显比现有的发动机喷油次数少，真正实现了发动机的节能减排，且能够保证发动机的正常动力输出。
附图说明
图1为本发明新型结构发动机凸轮轴下置时进排气门补排气控制装置的结构示意图；
图2为本发明新型结构发动机凸轮轴下置时正时齿轮箱的一实施例的结构示意图；
图3为本发明新型结构发动机凸轮轴上置时进排气门补排气控制装置的结构示意图；
图4为本发明新型结构发动机凸轮轴上置时正时齿轮箱的一实施例的结构示意图；
图5为本发明新型结构发动机某一缸处于吸气冲程的工作状态图；
图6为本发明新型结构发动机某一缸处于压缩冲程的工作状态图；
图7为本发明新型结构发动机某一缸处于爆炸冲程的工作状态图；
图8为本发明新型结构发动机某一缸处于排气冲程的工作状态图；
图9为本发明新型结构发动机某一缸处于后四个冲程的第一吸气冲程的工作状态图；
图10为本发明新型结构发动机某一缸处于后四个冲程的第二排气冲程的工作状态图；
图11为本发明新型结构发动机某一缸处于后四个冲程的第三吸气冲程的工作状态图；
图12为本发明新型结构发动机某一缸处于后四个冲程的第四排气冲程的工作状态图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
本发明所述新型结构发送机，包括发动机，还包括一使所述发动机各气缸均处于前四个冲程对外作功，后四个冲程只进气和排气且不对外作功的工作循环的控制机构，所述控制机构包括进排气门补排气控制装置，以及所述发动机的喷油器在各气缸前四个冲程对外作功过程喷油一次，后四个冲程不对外作功过程不喷油的燃油正时控制系统。
如图1所示本发明新型结构发动机凸轮轴下置时进排气门补排气控制装置的结构示意图。所述进排气门补排气控制装置由带有进气门补气凸轮131和排气门排气凸轮132的次凸轮轴和次凸轮轴正时齿轮6构成，所述次凸轮轴正时齿轮6与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮4相啮合且转速比为1∶2；或所述进排气门补排气控制装置为电控装置。所述进气门补气凸轮131和排气门排气凸轮132经顶杆12与摇臂11接触，来实现控制进气门1和排气门2开启和关闭的动作。当发动机的凸轮轴是上置时，所述进气门补气凸轮131和排气门排气凸轮132直接与摇臂接触(如图3所示)。
所述进排气门补排气控制装置工作过程为：所述进气门1和排气门2在后四个冲程的第一吸气冲程时，所述进气门1和所述排气门2均由所述发动机的凸轮轴控制，进气门1开启，排气门2关闭。第二排气冲程时，所述发动机的凸轮轴上的进气凸轮141和排气凸轮142均处于小端，进气门1和排气门2处于关闭状态，此时可通过设置的次凸轮轴控制所述排气门打开，进气门处于关闭状态，即活塞由下止点到上止点过程，活塞将气缸中吸入的空气再排出，此时应注意当所述活塞到达上止点时避免碰到排气门，可通过排气凸轮的轮廓设计来实现。第三进气冲程时，所述发动机的凸轮轴上的进气凸轮141和排气凸轮142均处于小端，进气门1和排气门2处于关闭状态，此时通过设置的次凸轮轴控制所述进气门打开，排气门处于关闭状态，即活塞由上止点到下止点过程，吸入空气。在后四个冲程的第四排气冲程时，所述进气门1和所述排气门2均由所述发动机的凸轮轴控制。在整个工作过程中，所述次凸轮轴上的进气门补气凸轮131和排气门排气凸轮132的轮廓应配合所述发动机凸轮轴正时关系设计。
所述燃油正时控制系统为电子控制燃油系统或机械式控制燃油系统；其中，电子控制燃油系统可以为电控直列泵燃油系统、电控分配泵燃油系统或电控高压共轨燃油系统。前两种燃油系统是在传统的机械式燃油系统的基础上增加了一套精确控制发动机喷油量和喷油时间的电子装置，从而大大降低了发动机排放污染并提高了燃油经济性。第三种燃油系统是通过各种传感器检测出发动机的实际运行状态，通过计算机的计算和处理，可以对发动机的喷油量、喷油时间、喷油压力和喷油率进行最佳控制。所述机械式控制燃油系统由燃油正时凸轮轴和燃油正时齿轮8构成。
如图2和图4所示，分别为本发明新型结构发动机凸轮轴下置时正时齿轮箱的一实施例的结构示意图和发动机凸轮轴上置时正时齿轮箱的一实施例的结构示意图。图2中，所述发动机曲轴动力输出齿轮3与所述发动机的凸轮轴正时齿轮4相啮合，所述发动机的凸轮轴上设置了一齿轮5，该齿轮5与所述次凸轮轴正时齿轮6相啮合，所述次凸轮轴正时齿轮6经过渡齿轮7将动力传输给所述燃油正时齿轮8。图4中，所述发动机曲轴动力输出齿轮3经齿形带9将动力输出给所述发动机的凸轮轴正时齿轮4，所述发动机的凸轮轴上设置了一齿轮5，该齿轮5与所述次凸轮轴正时齿轮6相啮合，所述次凸轮轴正时齿轮6经齿形带9将动力传输给所述燃油正时齿轮8。在所述发动机曲轴动力输出齿轮3和所述发动机的凸轮轴正时齿轮4之间设有用于起胀紧作用的胀紧轮102，所述次凸轮轴正时齿轮6和所述燃油正时齿轮8之间设有用于起胀紧作用的胀紧轮101。所述次凸轮轴正时齿轮6与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮4的转速比为1∶2。所述燃油正时齿轮8与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮4的转速比为1∶2。另外，除使用齿形带传动外，所述发动机各正时齿轮还可以采用链传动。
本发明为保证所述新型结构发动机运转更平稳，将所述发动机的飞轮质量增重20％～30％。
图5～图12为本发明新型结构发动机的工作流程图，其详细描述如下：
(1)发动机的各气缸前四个冲程完成吸气，压缩，爆炸和排气(如图5，图6，图7和图8所示)，且在压缩冲程后喷油器在燃油正时控制系统的控制下向气缸内喷油一次；
(2)发动机的各气缸后四个冲程完成吸气，排气，吸气和排气，且整个过程所述喷油器在燃油正时控制系统的控制下不向气缸内喷油；
其中，步骤(2)中所述四个冲程中的第一个吸气冲程为：活塞从上止点到下止点的过程中，进气门1在发动机的凸轮轴和进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启，排气门2在发动机的凸轮轴和进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭(如图9所示)；
所述四个冲程中的第二个排气冲程为：活塞从下止点到上止点的过程中，进气门1在发动机的凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭，排气门2在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启(如图10所示)；
所述四个冲程中的第三个吸气冲程为：活塞再次从上止点到下止点的过程中，进气门1在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启，排气门2在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭(如图11所示)；
所述四个冲程中的第四个排气冲程为：活塞再次从下止点到上止点的过程中，进气门1在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭，排气门2在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启(如图12所示)。
(3)所述发动机一次工作循环结束，下一循环重复步骤(1)和步骤(2)。
采用上述结构，本发明所述新型结构发动机在整个工作循环中喷油的次数明显比现有的发动机喷油次数少，真正实现了发动机的节能减排，且能够保证发动机的正常动力输出。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种新型结构发动机，包括发动机，其特征在于，还包括一使所述发动机各气缸均处于前四个冲程对外作功，后四个冲程只进气和排气且不对外作功的工作循环的控制机构，所述控制机构包括进排气门补排气控制装置，以及所述发动机的喷油器在各气缸前四个冲程对外作功过程喷油一次，后四个冲程不对外作功过程不喷油的燃油正时控制系统；
其中，所述进排气门补排气控制装置由带有进气门补气凸轮和排气门排气凸轮的次凸轮轴和次凸轮轴正时齿轮构成，所述次凸轮轴正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮相啮合；或所述进排气门补排气控制装置为电控装置。
2.根据权利要求1所述新型结构发动机，其特征在于，所述次凸轮轴正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮的转速比为1∶2。
3.根据权利要求1所述新型结构发动机，其特征在于，所述燃油正时控制系统为电子燃油控制系统或机械式燃油控制系统；其中，所述机械式燃油控制系统由燃油正时凸轮轴和燃油正时齿轮构成，所述燃油正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮的转速比为1∶2。
4.根据权利要求1所述新型结构发动机，其特征在于，所述发动机的飞轮质量增重20％～30％。
5.一种新型结构发动机工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)发动机的各气缸前四个冲程完成吸气，压缩，爆炸和排气，且在压缩冲程后喷油器在燃油正时控制系统的控制下向气缸内喷油一次；
(2)发动机的各气缸后四个冲程完成吸气，排气，吸气和排气，且整个过程所述喷油器在燃油正时控制系统的控制下不向气缸内喷油；
(3)所述发动机一次工作循环结束，下一循环重复步骤(1)和步骤(2)；
其中，步骤(2)中所述后四个冲程中的第一个吸气冲程为：活塞从上止点到下止点的过程中，进气门在发动机的凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启，排气门在发动机的凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭；
所述四个冲程中的第二个排气冲程为：活塞从下止点到上止点的过程中，进气门在发动机的凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭，排气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启；
所述四个冲程中的第三个进气冲程为：活塞再次从上止点到下止点的过程中，进气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启，排气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭；
所述四个冲程中的第四个排气冲程为：活塞再次从下止点到上止点的过程中，进气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由开启到关闭，排气门在凸轮轴和/或进排气门补排气控制装置的控制下由关闭到开启。
6.根据权利要求5所述新型结构发动机工作方法，其特征在于，所述进排气门补排气控制装置由带有进气门补气凸轮和排气门排气凸轮的次凸轮轴和次凸轮轴正时齿轮构成，所述次凸轮轴正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮相啮合且转速比为1∶2；或所述进排气门补排气控制装置为电控装置。
7.根据权利要求5所述新型结构发动机工作方法，其特征在于，所述燃油正时控制系统为电子燃油控制系统或机械式燃油控制系统；其中，所述机械式燃油控制系统由燃油正时凸轮轴和燃油正时齿轮构成，所述燃油正时齿轮与所述发动机的凸轮轴的正时齿轮的转速比为1∶2。
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