CN103122788A - 一种燃油发动机及其驱动装置和工作方法 - Google Patents

一种燃油发动机及其驱动装置和工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃油发动机及其驱动装置和工作方法，燃油发动机的驱动装置，该装置中燃油与空气的混合燃气在主缸体内燃烧带动第一活塞活动以使主缸做功，同时副缸体内的空气通过双向阀向主缸体内增压，而且，增压完成后主缸体内的混合燃气燃烧后的剩余燃气通过双向阀进入副缸体内以带动第二活塞活动以使副缸做功。混合燃气在主缸体内燃烧使主缸做功，且将主缸体内剩余的燃气供给至副缸体内，以使主缸做功完成之后，副缸可通过剩余燃气继续做功，可使发动机的燃油功效提高至50%以上，油耗小，且排放入大气中的剩余燃气少，环保节能。

Description

一种燃油发动机及其驱动装置和工作方法
技术领域
本发明涉及一种燃油发动机及其驱动装置和工作方法。
背景技术
现有传统的汽油发动机，一般采用二冲程或者四冲程式，其燃油功效只有30%左右，其余损耗于冷却液（约占30%）和排入大气中（约占30%-40%）。而需要提高发动机的燃油功效，就必须充分利用发动机做功后剩余的燃气。而现有的汽油发动机虽然设有主副缸，但是主副缸均设有喷油嘴和火花塞，也即主缸和副缸均采用混合气燃烧进行做功，其剩余燃气直接排出，油耗大。所以，有必要对现有的汽油发动机进行改进。
发明内容
本发明提供了一种燃油发动机及其驱动装置和工作方法，其克服了背景技术的所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一：
一种燃油发动机的驱动装置，其特征在于：包括主轴和气缸组，所述气缸组包括主缸和副缸，该主缸和副缸之间设有双向阀，其中：
所述主缸包括主缸体、活动装接在主缸体内的第一活塞和能传动连接主轴的第一传动件，所述主缸体设有喷油嘴、火花塞、第一进气口和第一排气口，第一活塞上下运动带动第一传动件活动以带动主轴转动；
所述副缸包括副缸体、活动装接在副缸体内的第二活塞和能传动连接主轴的第二传动件，所述副缸体设有第二进气口和第一排气口，第二活塞上下运动带动第二传动件活动以带动主轴转动；
燃油与空气的混合燃气在主缸体内燃烧带动第一活塞活动以使主缸做功，同时副缸体内的空气通过双向阀向主缸体内增压，而且，增压完成后主缸体内的混合燃气燃烧后的剩余燃气通过双向阀进入副缸体内以带动第二活塞活动以使副缸做功。
一较佳实施例之中：所述主轴设有轮齿，所述第一传动件和第二传动件均为能与主轴相啮合的齿轮，第一活塞上下运动带动第一传动件转动以带动主轴转动，且第二活塞上下运动带动第二传动件转动以带动主轴转动。
一较佳实施例之中：所述第一传动件和第二传动件分别位于主轴之左右二侧，且第一传动件和第二传动件的转动方向相同。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二：
一种应用上述燃油发动机的驱动装置的燃油发动机：它包括一座体，该座体装接有5N个所述的驱动装置，所述5N个驱动装置中的主轴共轴。
一较佳实施例之中：所述主轴设有轮齿，所述第一传动件和第二传动件均为能与主轴相啮合的齿轮，第一活塞上下运动带动第一传动件转动以带动主轴转动，且第二活塞上下运动带动第二传动件转动以带动主轴转动。
一较佳实施例之中：所述主轴之外周壁等分为十段，其中二段为无齿段且径向对称，第一活塞和第二活塞分别相对主缸体和副缸体在上止点和下止点之间单程运动时带动主轴转动一段的距离，且当第一传动件与无齿段相配合时第一活塞处于停顿状态，当第二传动件与无齿段相配合时第二活塞处于停顿状态。
一较佳实施例之中：所述主轴与第一传动件或者主轴与第二传动件的分度圆直径比为5:1。
一较佳实施例之中：还包括第一连杆和第一曲杆，第一连杆之一端连接第一活塞，其另一端铰接连接第一曲杆，第一曲杆传动连接第一传动件；还包括第二连杆和第二曲杆，第二连杆之一端连接第二活塞，其另一端铰接连接第二曲杆，第二曲杆传动连接第二传动件。
一较佳实施例之中：所述第一传动件和第二传动件分别位于主轴之左右二侧，且第一传动件和第二传动件的转动方向相同。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之三：一种应用上述燃油发动机的工作方法：所述主缸和副缸分别具有五个冲程，其五个冲程分别为进气、压缩、做功、停顿和排气；
步骤10，当主缸处于进气冲程时，双向阀关闭，第一活塞从主缸的上止点运动至下止点以带动第一传动件活动以使主轴转动，空气通过第一进气口进入主缸体内，燃油通过喷油嘴进入主缸体内，在主缸体内形成燃油与空气的混合燃气，与此同时，副缸处于排气冲程，第二活塞从副缸的下止点运动至上止点并通过第二排气口将副缸体内的气体排出，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动；
步骤20，主缸从进气冲程进入压缩冲程，双向阀关闭，第一活塞从主缸的下止点运动至上止点以将混合燃气进行压缩，且第一活塞带动第一传动件活动以使主轴转动，与此同时，副缸从排气冲程进入进气冲程，第二活塞从副缸的上止点运动至下止点，空气通过第二进气口进入副缸体内，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动；
步骤30，主缸从压缩冲程进入做功冲程，双向阀打开，通过火花塞点燃混合燃气，第一活塞从主缸的上止点运动至下止点以使主缸做功，且带动第一传动件活动以使主轴转动，与此同时，副缸从进气冲程进入压缩冲程，第二活塞从副缸的下止点运动至上止点，副缸体内的空气通过双向阀向主缸体内增压，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动；
步骤40，主缸从做功冲程进入停顿冲程，双向阀打开，第一活塞停在主缸的下止点处，第一传动件也停止活动，与此同时，副缸从压缩冲程进入做功冲程，混合燃气燃烧后的剩余燃气通过双向阀进入副缸体内以带动第二活塞从副缸的上止点运动至下止点以使副缸做功，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动；
步骤50，主缸从停顿冲程进入排气冲程，双向阀关闭，第一活塞从主缸的下止点运动至上止点以将主缸体内的剩余燃气通过第一排气口排出，且第一活塞带动第一传动件活动以使主轴转动，与此同时，副缸从做功冲程进入停顿冲程，第二活塞停在副缸的下止点处，第二传动件也停止活动；
步骤60，主缸从排气冲程进入进气冲程，重复上述步骤。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.混合燃气在主缸体内燃烧使主缸做功，且将主缸体内剩余的燃气供给至副缸体内，以使主缸做功完成之后，副缸可通过剩余燃气继续做功，可使发动机的燃油功效提高至50%以上，油耗小，且排放入大气中的剩余燃气少，环保节能。
2.将主轴等分为十段，第一传动件先后与其中五段（含有一无齿段）相配合时，且主缸先后完成五个冲程；与此同时，第二传动件先后与另外五段（含有一无齿段）相配合，且副缸先后完成五个冲程。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了主缸刚完成进气冲程时的结构示意图，此时副缸刚好完成排气冲程。
图2绘示了主缸刚完成压缩冲程时的结构示意图，此时副缸刚好完成进气冲程。
图3绘示了主缸刚完成做功冲程时的结构示意图，此时副缸刚好完成压缩冲程。
图4绘示了主缸刚完成停顿冲程时的结构示意图，此时副缸刚好完成做功冲程。
图5绘示了主缸刚完成排气冲程时的结构示意图，此时副缸刚好完成停顿冲程。
图6绘示了燃油发动机沿第一活塞之中心轴线的剖视示意图。
图7绘示了燃油发动机沿第二活塞之中心轴线的剖视示意图。
图8、图9、图10、图11、图12分别绘示了发动机的五个驱动装置处于同一时刻的工作状态图。
具体实施方式
请查阅图1至图5，一种燃油发动机的驱动装置的一较佳实施例。
该驱动装置包括主轴100和气缸组。
本实施例中，所述主轴100之外周壁设有一圈轮齿，且所述主轴100之外周壁等分为十段，分别为如图的A段至J段，其中E段和J段为无齿段110且二段径向对称。如图可知，每一段的圆心角为36度。
所述气缸组包括主缸和副缸，该主缸和副缸之间设有双向阀200。本实施例中，所述主缸和副缸分别具有五个冲程，其五个冲程分别为进气、压缩、做功、停顿和排气。
所述主缸包括主缸体310、活动装接在主缸体310内的第一活塞320和能传动连接主轴100的第一传动件330，所述主缸体310设有喷油嘴311、火花塞312、第一进气口和第一排气口，第一活塞320上下运动带动第一传动件330活动以带动主轴100转动。
本实施例中，所述第一传动件330位于主轴100之左侧。本实施例中，所述第一传动件330为能与主轴100相啮合的齿轮，第一活塞320上下运动带动第一传动件330转动以带动主轴100转动。
本实施例中，所述主缸还包括第一连杆610和第一曲杆620，第一连杆610之一端连接第一活塞320，其另一端铰接连接第一曲杆620，第一曲杆620传动连接第一传动件330。
本实施例中，主轴100与第一传动件330的分度圆直径比为5:1。也即，主轴100转动一段的距离时第一传动件330转动180度。
所述副缸不设有喷油嘴和火花塞，该副缸包括副缸体410、活动装接在副缸体410内的第二活塞420和能传动连接主轴100的第二传动件430，所述副缸体410设有第二进气口和第一排气口，第二活塞420上下运动带动第二传动件430活动以带动主轴100转动。
本实施例中，所述第二传动件430位于主轴100之右侧，且第二传动件430和第一传动件330的转动方向相同。
本实施例中，第二传动件430为能与主轴100相啮合的齿轮，且第二活塞420上下运动带动第二传动件430转动以带动主轴100转动。
本实施例中，所述副缸还包括第二连杆630和第二曲杆640，第二连杆630之一端连接第二活塞420，其另一端铰接连接第二曲杆640，第二曲杆640传动连接第二传动件430。
本实施例中，主轴100与第二传动件430的分度圆直径比为5:1。也即，主轴100转动一段的距离时第二传动件430转动180度。
该驱动装置的工作原理如下：
当主缸处于进气冲程时，双向阀200关闭，第一活塞320从主缸的上止点运动至下止点以带动第一传动件330活动以使主轴100转动，也即第一传动件330与主轴之B段啮合配合，第一传动件330顺时针转动180度，主轴100逆时针转动36度；空气通过第一进气口进入主缸体310内，燃油通过喷油嘴311进入主缸体310内，在主缸体311内形成燃油与空气的混合燃气；与此同时，副缸处于排气冲程，第二活塞420从副缸的下止点运动至上止点并通过第二排气口将副缸体410内的气体排出，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴转动，此冲程中，第二传动件430与主轴100之F段相啮合配合也顺时针转动180度。
主缸从进气冲程进入压缩冲程，双向阀200关闭，第一活塞320从主缸的下止点运动至上止点以将混合燃气进行压缩，此时，第一传动件330与主轴100之C段相啮合配合，第一传动件330继续顺时针转动180度回到原点，主轴100继续逆时针转动36度；且第一活塞320带动第一传动件330活动以使主轴100转动；与此同时，副缸从排气冲程进入进气冲程，第二活塞420从副缸的上止点运动至下止点，空气通过第二进气口进入副缸体410内，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴100转动，此时第二传动件430与主轴100之G段相啮合配合。
主缸从压缩冲程进入做功冲程，双向阀200打开，通过火花塞312点燃混合燃气，第一活塞320从主缸的上止点运动至下止点以使主缸做功，且带动第一传动件330活动以使主轴100转动，此时，第一传动件330与主轴100之D段相啮合配合，第一传动件330继续顺时针转动180度；与此同时，副缸从进气冲程进入压缩冲程，第二活塞420从副缸的下止点运动至上止点，副缸体410内的空气通过双向阀200向主缸体310内增压，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴100转动，此时第二传动件430与主轴100之H段相啮合配合。
主缸从做功冲程进入停顿冲程，双向阀200打开,此时，第一传动件330与主轴100之J段配合，第一活塞320停在主缸的下止点处，第一传动件330也停止转动；与此同时，副缸从压缩冲程进入做功冲程，混合燃气燃烧后的剩余燃气通过双向阀200进入副缸体410内以带动第二活塞420从副缸的上止点运动至下止点以使副缸做功，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴100转动，此时，第二传动件430与主轴100之D段相啮合配合。
主缸从停顿冲程进入排气冲程，双向阀200关闭，第一活塞320从主缸的下止点运动至上止点以将主缸体310内的剩余燃气通过第一排气口排出，且第一活塞320带动第一传动件330活动以使主轴100转动，此时，第一传动件330与主轴100之A段相啮合配合；与此同时，副缸从做功冲程进入停顿冲程，第二传动件430与主轴100之E段相配合，第二活塞420停在副缸的下止点处，第二传动件430也停止转动。
主缸从排气冲程进入进气冲程，重复上述步骤。
请查阅图6至图12，一种燃油发动机的一较佳实施例。
该燃油发动机包括一座体500，该座体500装接有5N个上述的驱动装置，N为自然数，所述5N个驱动装置中的主轴100共轴。
本实施例中，上述驱动装置个数设为五个，五个主轴100通过输出轴120相互连接。或者，驱动装置个数可以设为十个或十五个等，且其主轴100均为共轴。
如图8至图12，为燃油发动机中的五个驱动装置处于同一时刻的工作状态图。
如图8所示，为第一个驱动装置的工作状态图，此时，主缸刚好完成停顿冲程，第一活塞320停在主缸的下止点处，第一传动件330也停止转动；与此同时，副缸刚好完成做功冲程，第二活塞420位于副缸之下止点处。
如图9所示，为第二个驱动装置的工作状态图。此时，主缸刚好完成排气冲程，第一活塞320处于主缸之上止点处，副缸刚好完成停顿冲程，第二活塞420位于副缸之下止点处。
如图10所示，为第三个驱动装置的工作状态图。此时，主缸刚好完成进气冲程，第一活塞320处于主缸之下止点处，副缸刚好完成排气冲程，第二活塞420位于副缸之上止点处。
如图11所示，为第四个驱动装置的工作状态图。此时，主缸刚好完成压缩冲程，第一活塞320位于主缸之上止点处，副缸刚好完成进气冲程，第二活塞420位于副缸之下止点处。
如图12所示，为第五个驱动装置的工作状态图。此时，主缸刚好完成做功冲程，第一活塞320位于主缸之下止点处，副缸刚好完成压缩冲程，第二活塞420位于副缸之上止点处。
由以上的状态图可以看出，任意状态下至少有一个驱动装置处于做功冲程才能保证该燃油发动机始终保持工作状态而不会熄火。
一种应用上述的燃油发动机的工作方法，该燃油发动机的每个驱动装置的工作方法如下：
步骤10，主缸处于进气冲程时，双向阀200关闭，第一活塞320从主缸的上止点运动至下止点以带动第一传动件330活动以使主轴100转动，也即第一传动件330与主轴之B段啮合配合，第一传动件330顺时针转动180度，主轴100逆时针转动36度；空气通过第一进气口进入主缸体310内，燃油通过喷油嘴311进入主缸体310内，在主缸体311内形成燃油与空气的混合燃气；与此同时，副缸处于排气冲程，第二活塞420从副缸的下止点运动至上止点并通过第二排气口将副缸体410内的气体排出，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴转动，此冲程中，第二传动件430与主轴100之F段相啮合配合也顺时针转动180度。
步骤20，主缸从进气冲程进入压缩冲程，双向阀200关闭，第一活塞320从主缸的下止点运动至上止点以将混合燃气进行压缩，此时，第一传动件330与主轴100之C段相啮合配合，第一传动件330继续顺时针转动180度回到原点，主轴100继续逆时针转动36度；且第一活塞320带动第一传动件330活动以使主轴100转动；与此同时，副缸从排气冲程进入进气冲程，第二活塞420从副缸的上止点运动至下止点，空气通过第二进气口进入副缸体410内，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴100转动，此时第二传动件430与主轴100之G段相啮合配合。
步骤30，主缸从压缩冲程进入做功冲程，双向阀200打开，通过火花塞312点燃混合燃气，第一活塞320从主缸的上止点运动至下止点以使主缸做功，且带动第一传动件330活动以使主轴100转动，此时，第一传动件330与主轴100之D段相啮合配合，第一传动件330继续顺时针转动180度；与此同时，副缸从进气冲程进入压缩冲程，第二活塞420从副缸的下止点运动至上止点，副缸体410内的空气通过双向阀200向主缸体310内增压，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴100转动，此时第二传动件430与主轴100之H段相啮合配合。
步骤40，主缸从做功冲程进入停顿冲程，双向阀200打开,此时，第一传动件330与主轴100之J段配合，第一活塞320停在主缸的下止点处，第一传动件330也停止转动；与此同时，副缸从压缩冲程进入做功冲程，混合燃气燃烧后的剩余燃气通过双向阀200进入副缸体410内以带动第二活塞420从副缸的上止点运动至下止点以使副缸做功，且第二活塞420带动第二传动件430活动以使主轴100转动，此时，第二传动件430与主轴100之D段相啮合配合。
步骤50，主缸从停顿冲程进入排气冲程，双向阀200关闭，第一活塞320从主缸的下止点运动至上止点以将主缸体310内的剩余燃气通过第一排气口排出，且第一活塞320带动第一传动件330活动以使主轴100转动，此时，第一传动件330与主轴100之A段相啮合配合；与此同时，副缸从做功冲程进入停顿冲程，第二传动件430与主轴100之E段相配合，第二活塞420停在副缸的下止点处，第二传动件430也停止转动。
步骤60，主缸从排气冲程进入进气冲程，重复上述步骤10、步骤20、步骤30、步骤40和步骤50。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种燃油发动机的驱动装置，其特征在于：包括主轴和气缸组，所述气缸组包括主缸和副缸，该主缸和副缸之间设有双向阀，其中： 
所述主缸包括主缸体、活动装接在主缸体内的第一活塞和能传动连接主轴的第一传动件，所述主缸体设有喷油嘴、火花塞、第一进气口和第一排气口，第一活塞上下运动带动第一传动件活动以带动主轴转动； 
所述副缸包括副缸体、活动装接在副缸体内的第二活塞和能传动连接主轴的第二传动件，所述副缸体设有第二进气口和第一排气口，第二活塞上下运动带动第二传动件活动以带动主轴转动； 
燃油与空气的混合燃气在主缸体内燃烧带动第一活塞活动以使主缸做功，同时副缸体内的空气通过双向阀向主缸体内增压，而且，增压完成后主缸体内的混合燃气燃烧后的剩余燃气通过双向阀进入副缸体内以带动第二活塞活动以使副缸做功。 
2.根据权利要求1所述的一种燃油发动机的驱动装置，其特征在于：所述主轴设有轮齿，所述第一传动件和第二传动件均为能与主轴相啮合的齿轮，第一活塞上下运动带动第一传动件转动以带动主轴转动，且第二活塞上下运动带动第二传动件转动以带动主轴转动。 
3.根据权利要求2所述的一种燃油发动机的驱动装置，其特征在于：所述第一传动件和第二传动件分别位于主轴之左右二侧，且第一传动件和第二传动件的转动方向相同。 
4.一种应用权利要求1的燃油发动机的驱动装置的燃油发动机，其特征在于：它包括一座体，该座体装接有5N个所述的驱动装置，所述5N个驱动装置中的主轴共轴。 
5.根据权利要求4所述的一种燃油发动机，其特征在于：所述主轴设有轮 齿，所述第一传动件和第二传动件均为能与主轴相啮合的齿轮，第一活塞上下运动带动第一传动件转动以带动主轴转动，且第二活塞上下运动带动第二传动件转动以带动主轴转动。 
6.根据权利要求5所述的一种燃油发动机，其特征在于：所述主轴之外周壁等分为十段，其中二段为无齿段且径向对称，第一活塞和第二活塞分别相对主缸体和副缸体在上止点和下止点之间单程运动时带动主轴转动一段的距离，且当第一传动件与无齿段相配合时第一活塞处于停顿状态，当第二传动件与无齿段相配合时第二活塞处于停顿状态。 
7.根据权利要求5所述的一种燃油发动机，其特征在于：所述主轴与第一传动件或者主轴与第二传动件的分度圆直径比为5:1。 
8.根据权利要求5所述的一种燃油发动机，其特征在于：还包括第一连杆和第一曲杆，第一连杆之一端连接第一活塞，其另一端铰接连接第一曲杆，第一曲杆传动连接第一传动件；还包括第二连杆和第二曲杆，第二连杆之一端连接第二活塞，其另一端铰接连接第二曲杆，第二曲杆传动连接第二传动件。 
9.根据权利要求5所述的一种燃油发动机的驱动装置，其特征在于：所述第一传动件和第二传动件分别位于主轴之左右二侧，且第一传动件和第二传动件的转动方向相同。 
10.一种应用权利要求4的燃油发动机的工作方法，其特征在于：所述主缸和副缸分别具有五个冲程，其五个冲程分别为进气、压缩、做功、停顿和排气； 
步骤10，当主缸处于进气冲程时，双向阀关闭，第一活塞从主缸的上止点运动至下止点以带动第一传动件活动以使主轴转动，空气通过第一进气口进入主缸体内，燃油通过喷油嘴进入主缸体内，在主缸体内形成燃油与空气的混合燃气，与此同时，副缸处于排气冲程，第二活塞从副缸的下止点运动至上止点 并通过第二排气口将副缸体内的气体排出，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动； 
步骤20，主缸从进气冲程进入压缩冲程，双向阀关闭，第一活塞从主缸的下止点运动至上止点以将混合燃气进行压缩，且第一活塞带动第一传动件活动以使主轴转动，与此同时，副缸从排气冲程进入进气冲程，第二活塞从副缸的上止点运动至下止点，空气通过第二进气口进入副缸体内，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动； 
步骤30，主缸从压缩冲程进入做功冲程，双向阀打开，通过火花塞点燃混合燃气，第一活塞从主缸的上止点运动至下止点以使主缸做功，且带动第一传动件活动以使主轴转动，与此同时，副缸从进气冲程进入压缩冲程，第二活塞从副缸的下止点运动至上止点，副缸体内的空气通过双向阀向主缸体内增压，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动； 
步骤40，主缸从做功冲程进入停顿冲程，双向阀打开，第一活塞停在主缸的下止点处，第一传动件也停止活动，与此同时，副缸从压缩冲程进入做功冲程，混合燃气燃烧后的剩余燃气通过双向阀进入副缸体内以带动第二活塞从副缸的上止点运动至下止点以使副缸做功，且第二活塞带动第二传动件活动以使主轴转动； 
步骤50，主缸从停顿冲程进入排气冲程，双向阀关闭，第一活塞从主缸的下止点运动至上止点以将主缸体内的剩余燃气通过第一排气口排出，且第一活塞带动第一传动件活动以使主轴转动，与此同时，副缸从做功冲程进入停顿冲程，第二活塞停在副缸的下止点处，第二传动件也停止活动； 
步骤60，主缸从排气冲程进入进气冲程，重复上述步骤。 
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