CN104454180A - 一种内燃机动力装置、发动机以及该内燃机动力装置的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种内燃机动力装置，其包括：气缸；设置于气缸内并可于上止点与下止点之间往复运动的活塞；设置于气缸内并可于初始位置与末端位置之间运动的活动件；所述初始位置高于上止点，末端位置高于下止点；所述活动件具有相对的第一表面和第二表面，所述活动件上设置有可关闭或打开的气体通道。本发明通过增设活动件，活动件上设置可关闭或打开的气体通道使得内燃机动力装置进排气过程中废气与新鲜气体隔离，解决了现有的两冲程发动机新鲜气体与废气混合而造成的燃烧效率低、污染高的问题。本发明还公开一种发动机以及两种上述内燃机动力装置的运行方法。

Description

一种内燃机动力装置、发动机以及该内燃机动力装置的运行方法
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种内燃机动力装置、发动机以及该内燃机动力装置的运行方法。 
背景技术
现有的内燃机发动机根据工作过程大致可划分为四冲程发动机与两冲程发动机。四冲程发动机包括吸气、压缩、做功和排气四个动作过程。此类发动机工作稳定、气体燃烧效率高，被广泛应用于各类汽车中。然而此类发动机的吸气和排气冲程无功率输出，反而存在能量损耗。 
现有的两冲程发动机的工作过程包含两个行程：第一冲程：活塞自下止点向上移动，进气孔、排气孔和换气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩；在进气孔露出时，可燃混合气流入曲轴箱；第二冲程：活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动活塞下移作功。这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活塞接近下止点时排气孔开启，废气冲出；随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲入气缸，驱除废气，进行换气过程。 
现有的两冲程发动机相比四冲程发动机重量更轻、动力更足。但是现有的两冲程发动机中，废气被可燃混合气的压力排除出气缸，在换气过程中，可燃混合气体势必与废气混合导致废气不可能完全被排放出去，使得两冲程发动机的燃烧效率低、污染大。为解决此问题，现有技术对两冲程发动机进行了大量改进，例如公开号为CN103748334A的中国专利“内燃式两冲程发动机、运转 内燃式两冲程发动机的方法以及转换两冲程发动机的方法”，其通过在气缸盖上设置至少一个引燃预燃室；又如公开号为CN10333482A的中国专利“对置活塞两冲程内燃机”，其在气缸内设置相对的两个活塞，通过两个曲轴和连杆带动对置活塞在气缸内往复运动。然而现有的两冲程发动机的改进，其排气的方式仍是新鲜气体通过压力将废气排出，依然没有从根本上解决排气过程中，废气和新鲜空气混合而造成的燃烧效率低以及污染大的问题。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种相比现有四冲程发动机动力更足、质量更轻，相比现有两冲程发动机燃烧效率更高、污染更小的内燃机动力装置。 
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种内燃机动力装置，其包括： 
气缸； 
设置于气缸内并可于上止点与下止点之间往复运动的活塞； 
设置于气缸内并可于初始位置与末端位置之间运动的活动件；所述初始位置高于上止点，末端位置高于下止点； 
所述活动件具有相对的第一表面和第二表面，所述活动件上设置有可关闭或打开的气体通道。 
进一步地，所述气缸下端设置有排气口。 
进一步地，所述末端位置高于排气口。 
进一步地，所述气缸还包括缸盖，所述缸盖上设置有进气口。 
进一步地，所述气缸顶部敞开形成顶部开口，所述顶部开口连接至进气道。 
进一步地，所述活动件上设置有单向阀或电磁阀，通过单向 阀或电磁阀关闭或打开气体通道。 
进一步地，所述活动件第一表面上还设置有连接杆，通过连接杆带动活动件上下运动。 
进一步地，所述活动件第二表面与活塞之间设置有伸缩杆，通过伸缩杆带动活动件上下运动。 
进一步地，所述活动件由导磁材料制成，所述气缸外设置有可带动活动件上下运动的可控磁场。 
进一步地，所述初始位置可调节。 
进一步地，所述排气口连接至涡轮泵。 
本发明还公开一种发动机，其特征在于，包括上述内燃机动力装置。 
进一步地，所述发动机还包括可切换不同燃油类型使得内燃机动力装置可采用不同类型的燃油作为燃料的切换件。 
本发明还公开一种内燃机动力装置的运行方法，其特征在于，包括步骤： 
做功：活塞处于上止点，活动件处于初始位置；气体燃烧膨胀，活塞由上止点向下止点运行； 
进气以及排气：排气口打开，活动件由初始位置向末端位置运行，废气排出同时新鲜气体填充活动件向末端位置运行形成的填充空间；排气口关闭，活动件向初始位置运行，气体通道打开，填充空间内的新鲜气体通过气体通道转移至活动件与活塞之间； 
压缩：气体通道关闭，活塞向活动件运行直至达到上止点。 
进一步地，在进气以及排气步骤中，活塞向下止点运行越过排气口位置后，排气口打开。 
进一步地，所述末端位置位于排气口上侧附近；活动件运行至末端位置后停留；活塞继续向下运行至下止点并由下止点向上运行至排气口下侧附近时，排气口关闭，活动件向上回复至初始 位置。 
进一步地，还包括调整活动件初始位置的步骤。 
进一步地，在进气以及排气步骤前，还包括调整新鲜气体压力的步骤。 
进一步地，在做功步骤前，还包括调整燃油类型的步骤。 
本发明还公开另一种内燃机动力装置的运行方法，其特征在于，包括步骤： 
做功：活塞处于上止点，活动件处于初始位置；气体燃烧膨胀，活塞由上止点向下止点运行； 
排气：排气口打开，活动件向末端位置运行； 
进气：排气口关闭，活动件回复至初始位置，进气口打开，气体通道打开，新鲜气体通过气体通道进入活动件与活塞之间； 
压缩：进气口关闭，气体通道关闭，活塞向活动件运行直至达到上止点。 
本发明通过增设活动件，活动件上设置可关闭或打开的气体通道使得内燃机动力装置进排气过程中废气与新鲜气体隔离，解决了现有的两冲程发动机新鲜气体与废气混合而造成的燃烧效率低、污染高的问题。 
本发明还可通过调整活动件初始位置使得本内燃机动力装置的压缩比可调，从而使得本发明的发动机具有很高的功率质量比，并且本发明的内燃机动力装置能在较宽的范围内根据负荷调整输出功率，使得内燃机始终在最佳的燃油经济性范围内运行。 
本发明在调整压缩比后，还可通过调整进气压力以避免爆震或者不能点火的问题。 
附图说明
图1a-图1c为本发明一较佳实施例中内燃机动力装置第一运 行方法中做功、排气/进气以及气体转换的原理示意图； 
图2a-图2c为本发明一较佳实施例中内燃机动力装置第二运行方法中做功、排气、进气的原理示意图； 
图3为本发明第二较佳实施例中内燃机动力装置的结构示意图。 
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。 
请参照图1a-图1c，内燃机动力装置包括气缸100、气缸上设置有气缸盖110、气缸盖上形成有进气口111、气缸下方设置有排气口120。 
活塞200在曲轴和连杆的带动下在气缸100内循环往复运动。气缸内还设置有活动件300，活动件300可在初始位置与末端位置之间运动，且初始位置高于上止点，末端位置高于下止点。活动件300具有相对的第一表面310和第二表面320。 
活动件300上还设置有可关闭或打开的气体通道330。本实施例中，气体通道330通过单向阀关闭或打开。当然也可通过电磁阀等其他控制方法使得气体通道330打开或关闭。 
活动件300上固连有连接杆400，连接杆400可带动活动件300在气缸100内运动。带动活动件300在气缸100内运动的方式有多种，例如在活动件300与活塞200之间设置可伸缩的伸缩杆，或者使得活动件由导磁材料制成，例如各类金属材料等，所述气缸外设置有可带动活动件上下运动的可控磁场，例如在气缸外缠绕线圈，通过改变线圈的正负极以改变磁场方向。 
在废气排出过程中，活动件300上的气体通道关闭，从而将废气与新鲜气体隔离开。当需要使得新鲜气体通过气体通道进入 活动件300与活塞200之间以供压缩做功用时，将气体通道打开。新鲜气体填充活动件300与活塞200之后，再将气体通道关闭。 
请再次参照图1a-图1c，图1a-图1c示出了本发明一实施例中内燃机动力装置的第一种运行方法的示意图。 
做功：活塞200处于上止点，活动件300处于初始位置，活塞200与活动件300第二表面320之间的压缩气体爆炸燃烧膨胀后，活塞200由上止点向下止点运行。 
进气以及排气：当活塞200越过设置在气缸下端的排气口120时，排气口120打开，连接杆400带动活动件300由初始位置向下运动至末端位置将废气通过排气口120排出。在活动件由初始位置向下运动时或者活动件由初始位置向下运动后，新鲜气体通过设置在气缸盖上的进气口111进入气缸内，即进入活动件向末端位置运行形成的填充空间500。具体到本实施例中，该填充空间500即指活动件第一表面310与气缸内表面以及气缸盖之间形成的空间。在进气和排气过程中，活动件300上的气体通道330为关闭状态。 
本实施例中，进气和排气过程中，新鲜气体和废气被活动件隔开，二者不会发生混合。另外，本实施例中进气及排气同时进行，进气效率高，进气以及排气所需的时间少。 
当废气排完后，排气口120与进气口111均关闭，活动件300向上回复至初始位置，在回复至初始位置的过程中，气体通道330打开，使得填充空间500内的新鲜气体通过气体通道330转移至活动件第二表面320与活塞200之间的压缩空间600。 
压缩：新鲜气体转移完成后，气体通道330关闭，活塞200向上运行压缩压缩空间600的新鲜气体。 
活塞运行至上止点后，使得活塞200与活动件300第二表面320之间的压缩气体燃烧爆炸膨胀做功。如此循环往复。 
进一步地，为使得废气排出更为干净，在本实施例中，活动件300的末端位置位于排气口120上侧附近，当活塞200向下运行使得排气口120打开，活动件300由初始位置向下运行至末端位置以将废气排出后，活动件300停止在末端位置，活塞200继续运行至下止点并由下止点向上止点运行，当活塞200快接近活动件300第二表面320时，排气口120关闭，活动件300迅速回复至初始位置。 
更优选地，为使得本实施例中内燃机动力装置的压缩比可根据内燃机的实际运行状况调节，本实施例中活动件的初始位置可调节。调节活动件初始位置后，活塞在运行至上止点后，活塞与活动件第二表面之间的体积改变，从而改变压缩比。 
更加优选地，还可通过诸如涡轮增压等方式改变进入气缸内新鲜气体的压力以适应压缩比的改变，避免爆震或不能点火等情况发生。 
由于本实施例中，废气被活动件以较快的速度通过废气口排出，为利用废气排出时的气压，本实施例的排气口连接至涡轮泵。 
为了进一步提高本实施例内燃机动力装置的燃烧效率，在做功步骤前，还包括调整燃油类型的步骤。 
请参照图2a-图2c，本发明还提供另一种内燃机动力装置的运行方法，包括步骤： 
做功：活塞200处于上止点，活动件300处于初始位置，活塞200与活动件300第二表面320之间的压缩气体爆炸燃烧膨胀后，活塞200由上止点向下止点运行。 
排气：排气口120打开，活动件300向末端位置运行以将废气排出；此时，活动件300的气体通道处于关闭状态。 
进气：完成废气排出后，排气口120关闭，活动件300回复至初始位置，进气口打开，气体通道打开，新鲜气体直接通过气 体通道进入活动件与活塞之间以供压缩做功用。 
压缩：进气口关闭，气体通道关闭，活塞向活动件运行直至达到上止点。 
本运行方法中，进气和排气分开进行。 
本运行方法依然可采用第一运行方法中的其他优选步骤，例如调整活动件初始位置以调整压缩比，调整新鲜气体压力，调整燃油类型等。 
请参照图3，本发明还提供了内燃机动力装置的第二较佳实施例。在图3中，内燃机动力装置的气缸没有设置缸盖，相反地，气缸顶部敞开，形成开口110’，开口110’直接连接至进气道111’。采用此种方式后，省去了传统气缸的缸盖，同时新鲜气体能够更加快速的进入填充空间。 
本发明还提供一种发动机，包括上述内燃机动力装置。 
由于内燃机动力装置的效率质量比极高，因此发动机可根据不同的工况，采用不同的燃油以达到最佳的运行状态。因此，在在一较佳实施例中，发动机还包括有可切换不同燃油类型的切换件。例如切换不同型号的汽油，甚至切换柴油与汽油。 
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

Claims (20)

1.一种内燃机动力装置，其特征在于：包括： 
气缸； 
设置于气缸内并可于上止点与下止点之间往复运动的活塞； 
设置于气缸内并可于初始位置与末端位置之间运动的活动件；所述初始位置高于上止点，末端位置高于下止点； 
所述活动件具有相对的第一表面和第二表面，所述活动件上设置有可关闭或打开的气体通道。 
2.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述气缸下端设置有排气口。 
3.根据权利要求2所述的内燃机动力装置，其特征在于：、所述末端位置高于排气口。 
4.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述气缸还包括缸盖，所述缸盖上设置有进气口。 
5.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述气缸顶部敞开形成顶部开口，所述顶部开口连接至进气道。 
6.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述活动件上设置有单向阀或电磁阀，通过单向阀或电磁阀关闭或打开气体通道。 
7.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述活动件第一表面上还设置有连接杆，通过连接杆带动活动件上下运动。 
8.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述活动件第二表面与活塞之间设置有伸缩杆，通过伸缩杆带动活动件上下运动。 
9.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述活动件由导磁材料制成，所述气缸外设置有可带动活动件上下运动的可控磁场。 
10.根据权利要求1所述的内燃机动力装置，其特征在于： 所述初始位置可调节。 
11.根据权利要求2所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述排气口连接至涡轮泵。 
12.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的内燃机动力装置。 
13.根据权利要求12所述的发动机，其特征在于：所述发动机还包括可切换不同燃油类型使得内燃机动力装置可采用不同类型的燃油作为燃料的切换件。 
14.一种内燃机动力装置的运行方法，其特征在于，包括步骤： 
做功：活塞处于上止点，活动件处于初始位置；气体燃烧膨胀，活塞由上止点向下止点运行； 
进气以及排气：排气口打开，活动件由初始位置向末端位置运行，废气排出同时新鲜气体填充活动件向末端位置运行形成的填充空间；排气口关闭，活动件向初始位置运行，气体通道打开，填充空间内的新鲜气体通过气体通道转移至活动件与活塞之间； 
压缩：气体通道关闭，活塞向活动件运行直至达到上止点。 
15.根据权利要求14所述的运行方法，其特征在于：在进气以及排气步骤中，活塞向下止点运行越过排气口位置后，排气口打开。 
16.根据权利要求15所述的运行方法，其特征在于：在所述末端位置位于排气口上侧附近；活动件运行至末端位置后停留；活塞继续向下运行至下止点并由下止点向上运行至排气口下侧附近时，排气口关闭，活动件向上回复至初始位置。 
17.根据权利要求14所述的运行方法，其特征在于：在还包括调整活动件初始位置的步骤。 
18.根据权利要求14所述的运行方法，其特征在于：在在进气以及排气步骤前，还包括调整新鲜气体压力的步骤。 
19.根据权利要求14所述的运行方法，其特征在于：在在做功步骤前，还包括调整燃油类型的步骤。 
20.一种内燃机动力装置的运行方法，其特征在于，包括步骤： 
做功：活塞处于上止点，活动件处于初始位置；气体燃烧膨胀，活塞由上止点向下止点运行； 
排气：排气口打开，活动件向末端位置运行； 
进气：排气口关闭，活动件回复至初始位置，进气口打开，气体通道打开，新鲜气体通过气体通道进入活动件与活塞之间； 
压缩：进气口关闭，气体通道关闭，活塞向活动件运行直至达到上止点。 
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