CN102061983A - 二冲程对爆直喷发动机 - Google Patents

Abstract

本发明的二冲程对爆直喷发动机，包括两相对设置的汽缸体，所述汽缸体上设置有换气装置和供油装置，所述汽缸体内设置有活塞体，其特别之处在于：所述两汽缸内的活塞体通过双面齿条相连接，所述双面齿条的两侧分别设置有与其相配合的前齿轮和后齿轮；所述前齿轮和后齿轮所在的齿轮轴连接有一同向变速箱，该同向变速箱内设置有把后齿轮和前齿轮的反向转动转化为同向运动的方向转化机构。本发明不仅实现了齿条往复的直线运动到输出轴的旋转运动的顺利转化，而且还改变了现有技术中齿轮与齿条的配合形式，有利于增加双面齿条的厚度和齿轮的直径，使得传动机构更加稳定和耐用；本发明还可设置喷水装置，实现了节能减排目的。

Description

二冲程对爆直喷发动机

技术领域

本发明涉及一种二冲程对爆直喷发动机，更具体的说，尤其涉及一种传动系统更加稳定和做功效率更高的二冲程对爆直喷发动机。

背景技术

现有发动机的动力传递均采用曲柄滑块机构，曲柄对转动轴的作用力与转动轴的转动方向之间的夹角是不断变化的，在曲柄与转动轴的转动方向之间的夹角较大时，曲柄的做工效率很低，进而也导致了现有发动机的整体效率不高。如果能保证发动机输出的作用力始终与转动轴的转动方向相同，或与传动机构的转动方向相同，且始终与转动轴的半径垂直，那么就可把发动机燃烧的化学能最大限度地转化为有效的机械能。

    专利号为ZL94238030的发明专利，公开了一种一冲程对爆自由活塞发动机，这种发动机活塞体的水平运动与主轴回转运动难以实现同步，难以保证主轴的正常运转；还有就是与活塞体相连接的齿条以齿面相对的形式设置，顺转棘轮和反向棘轮设置在两齿条之间，这种结构很难把齿条和齿轮的模数做大，影响发动机的使用寿命。专利号为ZL00225386的发明专利，作为对上述专利技术方案的改进，其采用的也是两齿条相对的传动形式，并采用了形似半边齿轮与齿条进行配合，这种依靠齿条与形似半边齿轮相配合来保证输出轴绕同一方向转动的形式，在使用的过程中确保形似半边齿轮的换向，而且活塞的形成也受齿轮大小的制约。还有，上述两个专利所公开的技术方案中，均没有公开发动机的启动方法，因为发动机的机械传递机构与现有的差别很大，现有的启动方法不再适用。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种传动系统更加稳定和做功效率更高的二冲程对爆直喷发动机。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，包括两相对设置的汽缸体，所述汽缸体上设置有换气装置和供油装置，所述汽缸体内设置有活塞体，其特别之处在于：所述两汽缸内的活塞体通过双面齿条相连接，所述双面齿条的两侧分别设置有与其相配合的前齿轮和后齿轮；所述前齿轮和后齿轮所在的齿轮轴连接有一同向变速箱，该同向变速箱内设置有把后齿轮和前齿轮的反向转动转化为同向运动的方向转化机构。所述换气装置用于实现汽缸体内气体与外界空气的交换，以便进入到汽缸体内的柴油或汽油充分燃烧；双面齿条上两相对面上设置有与前齿轮和后齿轮啮合的齿，由于前齿轮和后齿轮分别设置在齿条的两侧，这样不仅齿条的厚度和齿轮的体积可以做的较大，齿条和齿轮的模数也可选取较大值，以便提高其耐磨性和传动性能；由于两齿轮和齿条的质量较大，就使得整个传动系统有较大的惯性，有利于对汽缸内的气体进行压缩。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，所述方向转化机构包括设置于同向变速箱上的输出轴以及设置于输出轴上的两单向离合齿轮；所述前齿轮和后齿轮的齿轮轴上设置有分别与两单向离合齿轮相啮合的齿轮。两单向离合齿轮所驱动的输出轴转动的方向相同，在双面齿条所驱动的前齿轮和后齿轮的转动方向相反的情况下，才能使得输出轴的转动方向始终一致；即把齿条循环往复的直线运动转化为了输出轴恒定转向的旋转运动。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，所述换气装置包括设置于汽缸体底部的换气阀和设置于汽缸体上同一圆周位置上的多个排气口；所述同一汽缸体上的排气口与相应的排气管相连通。当活塞体位于排气口与换气阀之间并对该汽缸体内的气体压缩的过程中，换气阀处于关闭状态，以便对气体进行压缩；当活塞体位于排气口的外侧时，换气阀开启，空气由换气阀进入，并通过排气口排出，实现换气和扫气的作用。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，设置有用于对换气装置和供油装置进行控制的控制系统，该控制系统包括用于对双面齿条的位移信号进行检测的位移传感器。换气装置和供油装置的工作，只有在活塞体运动到一定的位置时才可发生，控制系统用于检测活塞体的位置信号并控制换气装置和供油装置产生相应的动作。由于活塞体与双面齿条固定连接，通过位移传感器检测双面齿条的位移信息，即可反映出活塞体的位置信息。

进一步地，本发明的二冲程对爆直喷发动机，所述控制系统为PLC控制系统或单片机控制系统；所述位移传感器为两个电感式位移传感器，所述两个电感式位移传感器采集的信号用于对发动机的启动、换气、喷油以及喷水过程进行控制。电感式位移传感器可实现对被测物体的非接触形式的测量，便于在各种恶劣条件下使用；位移传感器所检测的活塞体运动的最左端或最右端信号，用于对发动机的启动和喷油动作进行控制，所检测的活塞体运动到排气口外侧的信号，用于对发动机换气动作的控制。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，还包括启动装置，该启动装置包括启动电机、两启动齿轮和两电磁离合齿轮；所述两启动齿轮之一与启动电机输出轴相固定，所述两启动齿轮与两电磁离合齿轮分别相连接，所述两电磁离合齿轮可控地与双面齿条相啮合。上述启动装置是依靠驱动双面齿条的运动来实现发动机的启动的，两启动齿轮的转动方向相反，在启动的过程中，通过有规律地控制两电磁离合齿轮与双面齿条的啮合状态，即可实现对双面齿条的驱动，直到汽缸体内的汽油或柴油达到燃烧的状态。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，还包括喷水装置，该喷水装置与控制系统相连接。喷水装置的喷水动作，应在相应汽缸体做功行程的后半段发生，这时，汽缸体内混合气体的温度还很高，喷水之后依靠水的汽化，即可驱动活塞体继续做功，也可实现一定的降温作用。喷水动作的发生由控制系统控制。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，所述汽缸体上设置有起到扫气作用的电动涡轮；所述汽缸体上设置有冷却装置和散热器。电动涡轮用于产生压力较高的气体，以便在换气阀打开的瞬间，快速实现换气和扫气功能。

本发明的二冲程对爆直喷发动机，所述左汽缸体和右汽缸体成对设置且数量为多个。为了实现有较大的动力输出，可以采用多个成对设置的左汽缸体和右汽缸体级联在一起。

本发明的有益效果是：（1）本发明通过设置与两活塞体相连接的双面齿条以及与双面齿条相配合的前齿轮和后齿轮，不仅实现了齿条往复的直线运动到输出轴的旋转运动的顺利转化，而且还改变了现有技术中齿轮与齿条的配合形式，有利于增加双面齿条的厚度和齿轮的直径，使得传动机构更加稳定和耐用；（2）本发明中的同向变速箱中设置有两个与前齿轮和后齿轮输出轴相配合的单向离合齿轮，方便地实现了输出轴的同向不间断转动；（3）本发明还公开了发动机的启动装置，实现了依靠双面齿条刚性连接的两活塞体的自动控制启动，使得本发明的二冲程对爆直喷发动机使用更加方便；（4）本发明可以在汽缸贯通扫气的情况下设置喷水装置，不仅可以利用水蒸气进一步做功，而且还可起到一定的降温和减排作用；（5）本发明中的位移传感器可以采用电感式位移传感器，可实现对双面齿条非接触的精确的位移测量，有利于对发动机产生各种动作进行控制。

附图说明

图1为本发明的结构原理图的主视图；

图2为本发明的结构原理图的俯视图；

图3为本发明的同向变速箱的结构原理图；

图4为本发明的启动装置的原理图；

图中：1左汽缸体，2右汽缸体，3左活塞体，4右活塞体，5双面齿条，6前齿轮，7后齿轮，8同向变速箱，9排气口，10缸盖，11换气阀，12喷油嘴，13冷却装置，14散热器，15启动装置，16电动涡轮，17前齿轮轴，18后齿轮轴，19、20单向离合齿轮，21启动电机，22、24启动齿轮，23、25电磁离合齿轮，26位移传感器，27输出轴，28排气管，29储气室。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，给出了本发明的结构示意图，其包括左汽缸体1、右汽缸体2、左活塞体3、右活塞体4、双面齿条5、前齿轮6、后齿轮7、同向变速箱8、冷却装置13、散热器14、启动装置15、电动涡轮16、排气管28；所示的左汽缸体1和右汽缸体2以开口相对的形式设置，分别设置在左汽缸体1和右汽缸体2内的左活塞体3和右活塞体4通过双面齿条5相连接，前齿轮6和后齿轮7分别设置在双面齿条5的两侧，前齿轮6和后齿轮7均与双面齿条5相啮合。所示的两汽缸体的底部为缸盖10，在该缸盖10上设置有电动涡轮16，用以产生压缩空气并存储在储气室29中。在左汽缸体1和右汽缸体2上还均设置有换气阀11、喷油嘴12和冷却装置13，在距离两汽缸体的开口处还设置有排气口9，排气口9在汽缸体上成圆周分布，排气口沿汽缸体轴线方向的宽度在5～20mm之间。所示的换气阀11在打开状态下，能够连通电动涡轮16的储气室29与汽缸体空腔，以便在换气阀11打开的过程中，储气室中的空气可快速的进入到汽缸体空腔中，实现换气和扫气作用。喷油嘴12用于实现喷油功能，喷水装置设置有单独的喷水嘴，通过控制系统的控制，可实现喷水功能；为了便于安装和保证喷水的有益效果，可以把喷油嘴12与喷水嘴设置在一起。冷却装置13设置在相应汽缸体的外侧，实现冷却作用；为了提高冷却性能，还在汽缸体的外部设置有散热器14。

本发明中设置有用控制左汽缸体1和右汽缸体2产生换气、排气、喷水、喷油动作的控制系统，该控制系统为单片机控制系统或PLC控制系统，该控制系统中包括用于检测两活塞体位置的电感式位移传感器，电感式位移传感器的数量为两个，分别实现对相应汽缸体的控制；在安装的过程中，把电感式位移传感器安装在支架上，可实现非接触式的测量。通过在双面齿条5上设置若干与位移传感器26相配合的测量点，来实现对双面齿条5的位移测量。

图3给出了本发明中同向变速箱8的结构原理图，其包括前齿轮轴17、后齿轮轴18、两单向离合齿轮（19、20）、输出轴27，所示的输出轴27通过轴承设置在同向变速箱8上，两单向离合齿轮（19、20）设置在输出轴27上，前齿轮轴17和后齿轮轴18分别与前齿轮6和后齿轮7相固定，固定设置在前齿轮轴17上的齿轮与单向离合齿轮20相啮合，固定设置在后齿轮轴18上的齿轮与单向离合齿轮19相啮合。两单向离合齿轮（19、20）所能驱动转动轴27的转动方向相反。假设齿条5此时垂直于纸面向外运动，并设定此时前齿轮6的转动方向为顺时针，单向离合齿轮20和单向离合齿轮19逆时针旋转时对输出轴27有作用力。由于前齿轮6会驱使单向离合齿轮20逆时针转动，故也可驱动输出轴27沿逆时针方向转动，此时，后齿轮为逆时针旋转，回驱使单向离合齿轮19顺指针转动，此时对输出轴27不产生作用力。当齿条沿垂直于纸面的方向向里运动时，此时的前齿轮6和后齿轮7的转动方向分别为逆时针和顺时针，此时单向离合齿轮20对输出轴没有作用力，而单向离合齿轮19对输出轴有作用力，也会驱使输出轴逆时针转动。随着双面齿条的5往复运动，周而复始的重复上述过程。

如图4所示，给出了本发明的启动装置的结构示意图，包括启动电机21、两启动齿轮（22、24）和两电磁离合齿轮（23、25），所示的启动齿轮22与启动电机21的输出轴相连接，电磁离合齿轮23与启动齿轮22相固定，启动齿轮22与启动齿轮24相啮合；电磁离合齿轮25与启动齿轮24相固定，两电磁离合齿轮（23、25）均可控制地与双面齿条5上表面或下表面上的齿面相啮合。

本发明的发动机的启动过程：

首先启动电动涡轮，然后再发动启动电机21，并假设启动电机21的转动方向由启动齿轮22朝电磁离合齿轮23望去为顺时针，这时电磁离合齿轮23与双面齿条5为啮合状态，电磁离合齿轮25与双面齿条5处于不接触状态，这时启动电机21会驱使双面齿条5向左方向运动，左汽缸体1内的气体被压缩；当双面齿条5运动到最左端（这个位置信号可由位移传感器26进行检测）时，两电磁离合齿轮（23、25）与双面齿条5的啮合状态发生改变，只有电磁离合齿轮25与双面齿条5相啮合，由于启动齿轮24按照逆时针方向转动，此时的启动电机21会驱使双面齿条5相右方向运动，右汽缸体2内的气体被压缩，如此循环往复运动。在左汽缸体1和右汽缸体2的压缩末端，可控制喷油嘴进行喷油，直至相应汽缸体内的被压缩气体的温度达到气油混合物的燃烧条件，燃烧爆发推动双面齿条5进行做功，此时，两电磁离合齿轮（23、25）与双面齿条5均相脱离，双面齿条5在左活塞体3和右活塞体4的推动下进行往复运动，实现了发动机启动。

本发明的发动机的换气过程：在启动过程中，当左汽缸体1内的空气被压缩时，右汽缸体2内会出现一定的真空状态，这时右汽缸体2上的换气阀11会适应性开启，使该侧的真空状态消失；当右活塞体4运动到排气口位置时，并恰好使得换气阀11与排气口9处于连通情况下，换气阀11被彻底打开，由电动涡轮16产生的高压气体会贯穿右汽缸体2并由排气口9排出，实现了换气和扫气功能，这在正常工作过程中还能带走大量热量，起到冷却作用。当双面齿条5向右运动的过程中，右汽缸体2内的空气被压缩，左汽缸体1将实现与上面相同的换气过程。

结合图1说明本发明的发动机的工作过程：

首先假设双面齿条5向左运动，且此时的左活塞体3和右活塞体4均处于排气口9与换气阀11之间；随着双面齿条5的不断向左移动，左汽缸体1内的气体不断被压缩，当右活塞体4运动到排气口9的位置时，此时由电动涡轮产生的高压气体进入右汽缸体2并由排气口9排出，完成换气和扫气作用；当位移传感器26检测到双面齿条5运动到最左端时，控制系统就会控制喷油嘴进行喷油，此时，左汽缸体1内的气油混合物被引爆，并推动左活塞体3向右运动，双面齿条5推动着前齿轮6逆时针旋转，后齿轮7顺时针转动；当位移传感器26检测到左活塞体3运动到处于做功行程的后半段时，此时，左活塞体3还介于换气阀11与排气口9之间，控制系统控制喷水装置进行喷水动作，水遇高温产生的水蒸气可以进一步推动左活塞体进行做功，同时还起到了降温和减少有害物质的作用；随着左活塞体3的不断运动，当左活塞体3运动到使得换气阀11与排气口9可以连通时，换气阀11打开，由电动涡轮16产生的高压空气会进入到左汽缸体1中，并由排气口9排出，完成了左汽缸体1的换气和扫气作用。

当左汽缸体1内的气体对左活塞体3做功行程完成后，右活塞体4会在前齿轮6、后齿轮7以及与前齿轮和后齿轮传动连接部件的惯性作用下，继续对右汽缸体2内的气体继续压缩，当位移传感器26检测到右活塞体3运动到最右端时，控制系统就会控制喷油嘴12进行喷油，此时，右汽缸体2内的气油混合物被引爆，并推动右活塞体4向左运动，双面齿条5推动着前齿轮6顺时针旋转，后齿轮7逆时针转动；当位移传感器26检测到左活塞体1运动到处于做功行程的后半段时，此时，右活塞体4还介于换气阀11与排气口9之间，控制系统控制喷水装置进行喷水动作，水遇高温产生的水蒸气可以进一步推动右活塞体4进行做功，同时还起到了降温和减少有害物质的作用；随着右活塞体4的不断运动，当右活塞体4运动到使得换气阀11与排气口9可以连通时，换气阀11打开，由电动涡轮16产生的高压空气会进入到右汽缸体2中，并由排气口9排出，完成了左汽缸体1的换气和扫气作用。至此，本发明的发动机完成了一个完整的循环过程，通过重复上述过程，可实现连续的动力输出。

Claims (9)

1.一种二冲程对爆直喷发动机，包括两相对设置的汽缸体，所述汽缸体上设置有换气装置和供油装置，所述汽缸体内设置有活塞体，其特征在于：所述两汽缸内的活塞体通过双面齿条（5）相连接，所述双面齿条（5）的两侧分别设置有与其相配合的前齿轮（6）和后齿轮（7）；所述前齿轮（6）和后齿轮（7）所在的齿轮轴连接有一同向变速箱（8），该同向变速箱（8）内设置有把后齿轮和前齿轮的反向转动转化为同向运动的方向转化机构。

2.根据权利要求1所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：所述方向转化机构包括设置于同向变速箱（8）上的输出轴（27）以及设置于输出轴上的两单向离合齿轮（19、20）；所述前齿轮（6）和后齿轮（7）的齿轮轴上设置有分别与两单向离合齿轮（19、20）相啮合的齿轮。

3.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：所述换气装置包括设置于汽缸体底部的换气阀（11）和设置于汽缸体上同一圆周位置上的多个排气口（9）；所述同一汽缸体上的排气口（9）与相应的排气管相连通。

4.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：设置有用于对换气装置和供油装置进行控制的控制系统，该控制系统包括用于对双面齿条（5）的位移信号进行检测的位移传感器（26）。

5.根据权利要求4所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：所述控制系统为PLC控制系统或单片机控制系统；所述位移传感器为两个电感式位移传感器，所述两个电感式位移传感器采集的信号用于对发动机的启动、换气、喷油以及喷水过程进行控制。

6.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：还包括启动装置（15），该启动装置包括启动电机（21）、两启动齿轮（22、24）和两电磁离合齿轮（25）；所述两启动齿轮之一与启动电机输出轴相固定，所述两启动齿轮与两电磁离合齿轮分别相连接，所述两电磁离合齿轮可控地与双面齿条（5）相啮合。

7.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：还包括喷水装置，该喷水装置与控制系统相连接。

8.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：所述汽缸体上设置有起到扫气作用的电动涡轮（16）；所述汽缸体上设置有冷却装置（13）和散热器（14）。

9.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于：所述左汽缸体（1）和右汽缸体（2）成对设置且数量为多个。

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