CN103953436A - 三冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

三冲程内燃机是一种内燃机领域的有三个工作冲程循环的内燃机，它有进气、做功、排气三个冲程，将压缩冲程分离出来，形成单独的压缩系统，可以自由调控气体压缩比，进气冲程进入的是已压缩气体。而且它的循环周期比进气、压缩、做功、排气四冲程的循环周期小一半，同时将进气和排气冲程分开比进气排气、压缩做功的二冲程更环保节油。它的飞轮和活塞直接通过连杆相连，进气冲程，飞轮转动大于5°小于等于90°，做功冲程飞轮转动大于等于90°小于175°，排气冲程飞轮转动180°。其结构系统比四冲程内燃机多了压缩系统外基本相同，进气系统、排气系统、点火系统，进燃料系统，冷却系统，和其他辅助系统。

Description

三冲程内燃机

所属技术领域

本发明涉及到内燃机领域，一种将四冲程内燃机冲程缩短为三个冲程，循环周期缩短一半的内燃机。

背景技术

目前的内燃机都是利用奥托循环原理制成的，最先由四冲程将奥托循环的进气、压缩、做功、排气四个循环分开执行，现在发展完善用在生机车等各领域。后有二冲程将压缩做功和排气进气同事执行，将四冲程的循环周期缩短一半，因此它可以做成小体积大功率的发动机，但它相对四冲程更耗油污染严重，多用在小体积机车和赛车上。

还有多种将奥托循环通过不同机械转换组成的一周期多做功的内燃发动机，如马自达的转子发动机，体积小一周期三做功，功率密度很大，但是机器结构特别和技术要求高所以维修难。还有发动机爱好者做的各种类转子发动机，将一循环做功次数增加很多，都在未成熟阶段，其工作循环还是四个冲程，每个冲程将多个奥托循环的其中之一环节叠加而成。但是三冲程内燃机多数处于专利阶段，还未在市场大量生产。

这些以奥托循环为基础的的内燃机每次做功输出功率与每次压缩的空气压缩比成正增长。

发明内容

为了增加发动机在较短周期内输出较多功，但同时环保节能，本发明提供了一种将奥托循环的进气、做功、排气的分开执行，将压缩分离出来，较四冲程内燃机周期缩短一半，较二冲程内燃机将进气和排气分开执行减少燃料浪费更环保，而且压缩过程脱离气缸内限制，可以依据实际情况增加压缩比。

其构成系统和单缸四冲程内燃机的构成系统十分相似，排气系统，进气系统，进燃料系统，点火系统，冷却系统,和其他辅助系统。

排气系统和四冲程内燃机都是通过飞轮转动带动偏心轮转动，偏心轮转动来控制排气口的关闭和打开，且偏心轮弧度近180°。不同的是偏心轮的转速和飞轮相同。

进气系统是通过气缸内气压和进气气压的压差来驱动弹性挡板从而控制进气口的关闭和打开的。或者同排气系统一样都是通过飞轮转动带动偏心轮转动，偏心轮转动来控制进气口的关闭和打开，但不同的是这个偏心轮的弧度近90°。

进燃料系统和四冲程内燃机一样，都是在内燃机进气的冲程中加燃料，不同的是比四冲程内燃机进燃料频率多一倍。

点火系统和四冲程内燃机一样,都是在内燃机进气的冲程完成瞬间点火，不同的是比四冲程内燃机点火频率多一倍。

冷却系统和四冲程内燃机一样。

本发明的压缩冲程被分离出来，所以工作循环时为了增大空气压缩比，需要配用压缩气缸，按缸体承压能力适当调配空气压缩比。因此本发明有独立的压缩系统。

本发明的飞轮配重位置和四冲程内燃机刚好相反，四冲程内燃机配重与连杆连接点隔着飞轮旋转中心相对，本发明配重与连杆连接点几乎在相同位置，配重重心略略超前连杆接点。或者不用配重，安装动力弹簧。也或者两者安装。

本发明的进气冲程活塞带动连杆，连杆带动飞轮，飞轮转动近90°，做工冲程飞轮转动近90°，排气冲程飞轮转动180°，压缩冲程在气缸内完成这些冲程的同时在气缸外完成。一个循环周期飞轮转动一圈。

在所附的图中，以非限制性的举例形式，说明本发明的几种实施例。

附图说明  

  图 1 是无压缩三冲程结构图。

图 2 是压缩比最小的飞轮直接传动给压缩系统图解。

 图 3 是外配高压压缩系统的三冲程结构图。

具体实施方案

一、图1无压缩三冲程内燃机实施方案

①　图 1-（1）中，1 动力弹簧固定端，2 动力弹簧，3 飞轮，4 缸体，5 活塞， 6 进气口，7 弹性挡板，8 点火器，9 喷油头，10 排气口，11 排气开关，12 轴承，13（180°）偏心轮，14 传动皮带，15 定滑轮，16 连杆，17 滑动套杆：

动力弹簧固定端1用来固定动力弹簧2。滑动套杆17贯穿在动力弹簧2中，用来限制弹簧形变方向，防止测湾。动力弹簧的固定端还可以在缸体上，如【图1-（2）】，这样可以节省空间，减小体积。

动力弹簧2的另一端安装在飞轮3上，同连杆16在飞轮3上的安装点是同一位置。有动力弹簧2可以不要给飞轮配重，没有动力弹簧2的则要给飞轮配重，如【图2-18】，也可以配重和动力弹簧都有。

连杆16的另一端安装在活塞5上，用来传递活塞5的动态。缸体4和普通四冲程缸体完全一样，进气口6、排气口10、点火器8、喷油头9，所处位置不变，燃烧室仍是点火器8和喷油头9所在空间。

进气口6是在进气冲程【图1-A】进入空气的入口，排气气口10是在排气冲程【图1-C】排出做功废弃的出口。弹性挡板7是进气口的开关，利用进气气压和缸体内气压差工作。或者进气口6的开关和排气口开关11是相同的，都是飞轮3通过传动皮带14带动偏心轮13转动来控制打开与关闭，不同的是  偏心轮13的弧度，控制进气开关的是近90°偏心轮，控制排气开关11的是近180°偏心轮，如【图3-28】和【图1-13】所示。

定滑轮15是用来改变传动皮带方向的，轴承12是用来减小偏心轮和排气开关11接触部位摩擦的。

喷油头9是在进气冲程【图1-A】工作，在进气的同时将燃料油喷进缸体内，待进气冲程完成时喷油停止，点火器8瞬间点火，做功冲程【图1-B】开始。燃油和空气急剧燃烧产生高温高压气体推动活塞5向上远动。

 

②　图1-(3)中，A进气冲程，B做功冲程，C排气冲程：

进气冲程1开始，排气口【图1-10】关闭，进气口【图1-6】打开，喷油头【图1-9】打开喷油。进气冲程完成，喷油头关闭停止喷油。活塞向上运动，飞轮和偏心轮转动大于5°小于等于90°。

做功冲程2开始，排气口【图1-10】关闭，点火器【图1-8】点火，进气口【图1-6】关闭，活塞向上运动，做功冲程完成，飞轮和偏心轮转动大于等于90°小于175°。

排气冲程3开始，排气口【图1-10】打开，气口【图1-6】关闭，活塞向下运动，排气冲程完成，飞轮和偏心轮转动180°。

二、图 2 是压缩比最小的飞轮直接传动给压缩系统实施方案

①　图2-（1）中，18 配重飞轮，19 压缩缸，20 弹性挡板，21 压缩活塞，22 进气通道：

配重飞轮1，利用惯性使其顺利转过最低点，同时将压缩缸2内的空气压缩。动力弹簧【图1-1】是进行弹性势能和动能的转换，使飞轮转动，使活塞复位，【图1-（1）】所处位置，也可以更低一点。

压缩缸2的工作原理和打气筒原理相同，压缩活塞4向上运动，弹性挡板3打开，空气进入压缩缸2内部，压缩活塞4运动到最上端然后向下运动的，弹性挡板3关闭，压缩缸2内部的空气被压缩，压缩到极限。

 

②　图2中，（1）气体交换，（2）做功、进气，（3）排气、进气压缩：

气体交换（1），是进气冲程【图1-（3）-A】中，压缩缸2内的已压缩空气通过进气通道【图2-22】被压进缸体【图1-4】中的过程。

气体交换完成后是做功、进气（2），是做功冲程【图1-B】中，配重飞轮【图2-18】带动压缩活塞【图2-21】运动，弹性挡板【图2-20】因为外界大气压和压缩缸   【图2-19】内的气压差打开，空气进入缸内。

做功、进气完成后是排气、进气压缩（3），是排气冲程【图1-C】中，配重飞轮  【图2-18】带动压缩活塞【图2-21】继续向上运动，远动到压缩缸【图2-19】的极限位置，此时排气冲程进行到一半，然后压缩活塞【图2-21】继续向下运行，压缩缸【图2-19】内空气被压缩，直到排气冲程【图1-C】完成时压缩也完成。

排气、进气压缩（3）完成后又开始气体交换（1），如此循环。

 

③　图2-（4）中，23 弹性挡板，24 燃气进口：

燃料可以用燃气，燃气系统的燃气可以通过燃气进口24在气体交换    【图2-（1）】过程进入缸体【图1-4】内。弹性挡板23防止空气和燃气相混合。然后完成循环。

 

三、图 3 是外配高压压缩系统的三冲程内燃机实施方案

①　图3-（1）中，25 传动皮带，26 加速飞轮，27 储气室，28 弹性挡板：

传动皮带25将配重飞轮【图2-18】的动能经过加速系统传递给加速飞轮26，加速飞轮2的转速高于配重飞轮【图2-18】，加速系统可通过调配轮子大小、位置、多少来控制加速飞轮26，当配重飞轮【图2-18】转动一圈时加速飞轮26转动圈数大于一圈，因此完成多次气体压缩，压缩的气体被存储在储气室27中，压缩的气体压强高于储气室27中的气压时，弹性挡板28打开，气体进入储气室27中。在进气冲程【图1-A】时，储气室27中的压缩气体进入缸体【图1-4】内。

这样本发明的进气冲程进的是高压缩比的空气，空气压缩比就可以通过调控增大，输出功率也会相应增加。

 

②　图3-（2）中，33 轴承，29 （90°）偏心轮，30 进气开关,31 进气活塞，32 活塞通孔：

轴承33是用来减小摩擦的，（90°）偏心轮29是用来控制进气开关3的，进气活塞31是进气开关30的内部构件，活塞通孔32是起连通器作用，能使进气活塞4顺利向下运行严密关闭进气口。

 

③　图3-（3）中，34 弹性挡板，35 气罐，36 气压表，37 气缸开关：

储气室【图3-27】通过弹性挡板34与气罐35相连，将过剩的压缩气体存储在气罐35内，机器运转稳定时，则气罐35内的气压也较稳定，就是一个小型空气压缩机。

 

本发明可以将多个本发明的飞轮转动轴连接起来，组成发动机组，机组可以共用一个压缩缸，一个储气室。这样本发明的体积就可以大大减小。

Claims (10)

1.一种以奥托循环基础，有进气、做功、排气三个冲程，将压缩分离出来的内燃机,它的结构有气缸、活塞、连杆、飞轮、配重且或动力弹簧，还有进气系统、排气系统、点火系统、进燃料系统、冷却系统、压缩系统，其中冷却系统和普通四冲程内燃机一样，同样适用。

2.根据权利要求1所述的内燃机，有进气、做功、排气三个冲程，而压缩冲程被分离出来，被隐藏在这三个冲程过程中。

3.根据权利要求1所述，连杆直接将活塞和飞轮连接，有动力弹簧，则动力弹簧一端固定一端和飞轮和连杆连接，且或有配重，则配重重心略略超前飞轮与连杆的连接点。

4.根据权利要求2和3所述的内燃机，一个循环周期有进气、做功、排气三个冲程，进气冲程过程中飞轮转动大于5°小于等于90°，做功冲程过程中飞轮转动大于等于90°小于175°，排气冲程过程中飞轮转动180°，一个循环飞轮转动一圈。

5.根据权利要求2所述，本发明的压缩系统是来完成压缩冲程的，压缩系统有加速系统控制加速飞轮的转速进而控制压缩缸内压缩活塞的压缩频率，压缩后的气体存储在储气室，之后通过进气通道在进气冲程进入缸体。

6.根据权利要求5所述，压缩系统组成有加速系统，加速系统是普通的加速器或者可调加速器，压缩系统的压缩原理是利用了普通打气筒原理，压缩活塞抽出过程进气，进入过程压缩气体。

7.根据权利要求5和所述的内燃机，它的压缩系统可以通过内部加速系统调节压缩频率，供给内燃机充足的压缩气体之外，还能稳定输出过剩压缩气体，做空气压缩机用途。

8.根据权利要求1所述的内燃机，它有进气系统和排气系统，都是由活塞通过连杆带动飞轮转动，飞轮转动带动偏心轮转动，偏心轮转动分别控制进气开关和排气开关的打开和关闭，偏心轮转速和飞轮转速相同。

9.根据权利要求1和4所述的内燃机，它有进燃料系统和点火系统，工作循环一次进燃料系统和点火系统工作一次，在进气冲程时进燃料系统工作，向缸内加进燃料，进气冲程完成时，进燃料系统也完成进燃料关闭，点火系统点火一次。

10.根据以上权利要求所述的内燃机，多个组成的发动机组，共用一个压缩系统，将压缩系统中的储气室通过进气通道直接与各内燃机的进气口相连接。