CN105240118A - 一冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明一冲程内燃机涉及一种内燃机动力装置。其目的是为了提供一种稳定性好、效率高、结构简单、体积小的一冲程内燃机。本发明一冲程内燃机包括曲柄连杆机构、配气装置和机体，机体包括活塞和气缸，活塞包括柱状活塞体和环状活塞体，环状活塞体套装在柱状活塞体外侧，气缸包括相连通的柱状缸体和环状缸体，环状缸体套装在柱状缸体外侧。柱状活塞体位于柱状缸体中，柱状活塞体的左右两个工作面分别与柱状缸体左右两侧形成第一工作区和第四工作区。环状活塞体位于环状缸体中，环状活塞体的左右两个工作面分别与环状缸体左右两侧形成第二工作区和第三工作区。四个工作区的工作容积相同。工作区上安装有配气装置。

Description

一冲程内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机核心动力装置，特别是涉及一种一冲程内燃机。

背景技术

内燃机是一种动力机械，是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为机械动能的发动机。通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内压缩燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲轴连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。活塞在气缸中完成一个方向的运动叫做一个冲程，通过几个冲程完成一次做功的内燃机就叫几冲程内燃机，如常见的四冲程内燃机、二冲程内燃机等。目前也有依靠特殊的组合气缸连接活塞的做法来完成做功过程的一冲程内燃机，如中国发明专利CN1288102A中公开的一种一冲程活塞式内燃机，包括曲轴、连杆、滑块、活塞杆、活塞和气缸，其中活塞为双作用活塞，气缸为双作用气缸，通过双作用连杆和滑块带动两个双作用活塞在双作用气缸中运动，实现一冲程一次做功。但这实质上是一种多冲程内燃机的组合，而且这种组合式一冲程活塞式内燃机存在问题，首先双作用活塞和双作用气缸的结构较为复杂，安装不便，而且两个双作用活塞串联设置，导致整个活塞式内燃机长度较长、体积较大，运行时机械效率不高，安全性和稳定性也不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功效高、稳定性好、安全性高、结构简单、体积小的一冲程内燃机。

本发明一冲程内燃机，包括机体、曲柄连杆机构、配气装置、供油和点火控制装置，所述机体包括活塞和气缸，所述活塞包括柱状活塞体和环状活塞体，环状活塞体套装在柱状活塞体外侧，环状活塞体和柱状活塞体的左右两个端面均为工作面，所述气缸包括柱状缸体和环状缸体，环状缸体套装在柱状缸体外侧，且柱状缸体的中部和环状缸体的中部相连通，所述柱状活塞体位于柱状缸体中，柱状活塞体的外侧面与柱状缸体的内侧面贴合，其中位于柱状活塞体左端的第一工作面与柱状缸体左侧形成第一工作区，位于柱状活塞体右端的第二工作面与柱状缸体右侧形成第四工作区，所述环状活塞体位于环状缸体中，环状活塞体的外侧面与环状缸体的外侧面贴合，其中位于环状活塞体左端的第三工作面与环状缸体左侧形成第二工作区，位于环状活塞体右端的第四工作面与环状缸体右侧形成第三工作区，四个工作区的工作容积相同，所述配气装置包括气门组，气门组包括进气门和排气门，在每个工作区上安装有至少一个进气门和一个排气门，环状活塞体的上方、下方或上下两侧设置有连接头，所述连接头连接有曲柄连杆机构，环状缸体的上部或下部的对应位置留有安装曲柄连杆机构的开口。

本发明一冲程内燃机，其中所述环状活塞体的外形为圆柱状或哑铃型，柱状活塞体和环状活塞体的内部为实心或空心。

本发明一冲程内燃机，其中所述柱状活塞体的左右两端伸出到环状活塞体的外侧。

本发明一冲程内燃机，其中所述柱状活塞体和环状活塞体为一体加工成型。

本发明一冲程内燃机，其中所述柱状缸体和环状缸体为一体加工成型。

本发明一冲程内燃机，还包括冷却系统、润滑系统和启动系统。

本发明一冲程内燃机与现有技术不同之处在于本发明一冲程内燃机在气缸内安装有一个活塞，通过活塞和气缸的结构设计，将气缸分成四个工作容积相同的工作区。设备运行时，根据程序控制气缸内的四个工作区独立按照“吸、压、爆、排”的顺序依次完成做功，不需附加辅助设备，真正实现了单活塞一个冲程完成一次做功，机体结构简单，体积也更小。技术成熟、实现简单。本发明一冲程内燃机，在同样容积和转速下，其输出功率是四冲程内燃机输出功率的四倍，机器的功效高；其做功频率是四冲程内燃机的四倍，机器运行的稳定性高，震动和噪音将大大降低。设备运行时四个工作区联动工作，相当于“四工备份”，机器运行的安全性高，其熄火等故障率将比四冲程内燃机降低75％以上。

下面结合附图对本发明的一冲程内燃机作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一冲程内燃机工作状态1的结构示意图；

图2为本发明一冲程内燃机工作状态2的结构示意图；

图3为本发明一冲程内燃机工作状态3的结构示意图；

图4为本发明一冲程内燃机工作状态4的结构示意图；

图5为本发明一冲程内燃机中气缸的剖视图；

图6为本发明一冲程内燃机中气缸的侧视图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明一冲程内燃机包括供油系统、点火控制装置、冷却系统、润滑系统、启动系统、曲柄连杆机构、配气装置和机体。机体包括活塞1和气缸2。活塞1包括一体加工成型的柱状活塞体5和环状活塞体10，其中环状活塞体10套装在柱状活塞体5外侧，且柱状活塞体5的左右两端伸出到环状活塞体10的外侧。环状活塞体10的外形为圆柱状，也可为哑铃型。柱状活塞体5和环状活塞体10的内部为实心，也可为空心。柱状活塞体5的左端面为第一工作面，柱状活塞体5的右端面为第二工作面，环状活塞体10的左端面为第三工作面，环状活塞体10的右端面为第四工作面。如图5和图6所示，气缸2包括一体加工成型的柱状缸体3和环状缸体12，柱状缸体3的中部和环状缸体12的中部相连通。气缸2也可以设计成中间连接的左右对称组合型。如图1-4所示，柱状活塞体5位于柱状缸体3中，柱状活塞体5的外侧面与柱状缸体3的内侧面贴合，且第一工作面与柱状缸体3左侧形成第一工作区4，第二工作面与柱状缸体3右侧形成第四工作区11。环状活塞体10的外侧面分别与环状缸体12的内侧面贴合，且第三工作面与环状缸体12左侧形成第二工作区6，第四工作面与环状缸体12右侧形成第三工作区9。四个工作区在工作时体积均不断变化，但四个工作区的工作容积相同。配气装置包括气门组，每个工作区上均安装有气门组。环状活塞体10的上方设置有连接头8，连接头8连接有曲柄连杆机构(未画出)，环状缸体12的上部的对应位置留有安装曲柄连杆机构的开口7。连接头8也可以设置在环状活塞体10的下方或上下方各设置一个，此时环状缸体12的上部或下部的对应位置也需要对应留有开口7。

本发明一冲程内燃机的工作原理如下：在内燃机每个工作循环中，曲轴旋转两周，此时活塞1往复两次，内燃机完成四次做功，每个工作循环包括以下四个工作状态：

工作状态1：如图1所示，此时第一工作区4内的混合气体压缩后发生爆燃，第一工作区4的进气阀41和排气阀42均关闭，处于做功状态，高温高压气体推动活塞1在气缸2内向右移动，第一工作区4体积增大；与此同时第二工作区6体积增大，第二工作区6的进气阀61打开，排气阀62关闭，处于吸气状态；第三工作区9体积减小，第三工作区9的进气阀91和排气阀92均关闭，处于压缩状态；第四工作区11体积减小，第四工作区11的进气阀111关闭，排气阀112打开，处于排气状态。

工作状态2：如图2所示，此时第三工作区9内的混合气体压缩后发生爆燃，第三工作区9的进气阀91和排气阀92均关闭，处于做功状态，高温高压气体推动活塞1在气缸2内向左移动，第三工作区9体积增大；与此同时第四工作区11体积增大，第四工作区11的进气阀111打开，排气阀112关闭，处于吸气状态；第一工作区4体积减小，第一工作区4的进气阀41关闭，排气阀42打开，处于排气状态；第二工作区6体积减小，第二工作区6的进气阀61和排气阀62均关闭，处于压缩状态。

工作状态3：如图3所示，此时第二工作区6内的混合气体压缩后发生爆燃，第二工作区6的进气阀61和排气阀62均关闭，处于做功状态，高温高压气体推动活塞1在气缸2内向右移动，第二工作区6体积增大；与此同时第一工作区4体积增大，第一工作区4的进气阀41打开，排气阀42关闭，处于吸气状态；第三工作区9体积减小，第三工作区9的进气阀91关闭，排气阀92打开，处于排气状态；第四工作区11体积减小，第四工作区11的进气阀111和排气阀112均关闭，处于压缩状态。

工作状态4：如图4所示，此时第四工作区11内的混合气体压缩后发生爆燃，第四工作区11的进气阀111和排气阀112均关闭，处于做功状态，高温高压气体推动活塞1在气缸2内向左移动，第四工作区11体积增大；与此同时第三工作区9体积增大，第三工作区9的进气阀91打开，排气阀92关闭，处于吸气状态；第一工作区4体积减小，第一工作区4的进气阀41和排气阀42均关闭，处于压缩状态；第二工作区6体积减小，第二工作区6的进气阀61关闭，排气阀62打开，处于排气状态。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种一冲程内燃机，包括机体、曲柄连杆机构、配气装置、供油和点火控制装置，其特征在于：所述机体包括活塞和气缸，所述活塞包括柱状活塞体和环状活塞体，环状活塞体套装在柱状活塞体外侧，环状活塞体和柱状活塞体的左右两个端面均为工作面，所述气缸包括柱状缸体和环状缸体，环状缸体套装在柱状缸体外侧，且柱状缸体的中部和环状缸体的中部相连通，所述柱状活塞体位于柱状缸体中，柱状活塞体的外侧面与柱状缸体的内侧面贴合，其中位于柱状活塞体左端的第一工作面与柱状缸体左侧形成第一工作区，位于柱状活塞体右端的第二工作面与柱状缸体右侧形成第四工作区，所述环状活塞体位于环状缸体中，环状活塞体的外侧面与环状缸体的外侧面贴合，其中位于环状活塞体左端的第三工作面与环状缸体左侧形成第二工作区，位于环状活塞体右端的第四工作面与环状缸体右侧形成第三工作区，四个工作区的工作容积相同，所述配气装置包括气门组，气门组包括进气门和排气门，在每个工作区上安装有至少一个进气门和一个排气门，环状活塞体的上方、下方或上下两侧设置有连接头，所述连接头连接有曲柄连杆机构，环状缸体的上部或下部的对应位置留有安装曲柄连杆机构的开口。

2.根据权利要求1所述的一冲程内燃机，其特征在于：所述环状活塞体的外形为圆柱状或哑铃型，柱状活塞体和环状活塞体的内部为实心或空心。

3.根据权利要求1所述的一冲程内燃机，其特征在于：所述柱状活塞体的左右两端伸出到环状活塞体的外侧。

4.根据权利要求1所述的一冲程内燃机，其特征在于：所述柱状活塞体和环状活塞体为一体加工成型。

5.根据权利要求4所述的一冲程内燃机，其特征在于：所述柱状缸体和环状缸体为一体加工成型。

6.根据权利要求1所述的一冲程内燃机，其特征在于：所述柱状缸体和环状缸体为一体加工成型。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一冲程内燃机，其特征在于：还包括冷却系统、润滑系统和启动系统。