CN107859570A - 一种有穿孔的发动机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有穿孔的发动机，结构简单紧凑，零件部件少；其特征在于，包括缸体、活塞、贯穿孔；所述缸体，上部设有至少三个活塞缸孔，孔孔相通；所述活塞，为同一规格并且数量至少三个；所述贯穿孔，位于缸体内部，贯穿所有活塞缸孔底部，并从缸体左右露出；空气的进入、压缩、燃烧膨胀、排气全部通过至少三个活塞共同完成，所有活塞除具自身功能外还是气阀，活塞下压与抬升动作，通过凸轮机构实现，凸轮形状体现的活塞下压与抬升动作编码不同，空气进出口位置、输出功率都不同；其控制分为，启动、加速、降速、反转、停止五种控制。

Description

一种有穿孔的发动机及其控制方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体为一种有穿孔的发动机及其控制方法。
背景技术
发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机（汽油发动机等）、外燃机（斯特林发动机、蒸汽机等）、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器。
电动机是把电能转换成机械能的一种设备。
外燃机是一种外部燃烧的闭式循环往复活塞式热力发动机。
内燃机，是一种动力机械，它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动力的热力发动机；具体为，是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力；内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点，得到广泛的应用。内燃机分类，根据所用燃料分：汽油机、柴油机、天然气、LPG发动机、乙醇发动机；根据缸内着火方式分： 电燃式、点燃式、压燃式； 根据冲程数分：二冲程、三冲程、四冲程、五冲程、六冲程；根据活塞运动方式分： 往复式、旋转式； 根据气缸冷却方式分：水冷式、风冷式； 根据气缸数目分：单缸机、多缸机； 根据内燃机转速分：低速(<300r/min)、中速(300 ~ 1000 r/min)、高速(>1000 r/min)； 根据进气充量压力分:自然吸气式、增压式； 根据气缸排列分：立式、卧式直列、V型、对置X型、星型；根据气缸体积变化分：等体积式、变体积式。
上述发动机都是传统发动机，能控制的功能不是很多，不能实现类似伺服电机优越的电控性能，具体为，兼顾快速启停、快速正反转，步进转动控制。
综合上述技术不足，提供一种类似伺服电机的伺服发动机，显得尤为有价值，而实现伺服发动机，需要用到一种有穿孔的发动机作为原型；对穿孔发动机研究设计自然变得重要。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种有穿孔的发动机，该发动机是实现伺服发动机基础，结构简单紧凑，零件部件少，通过活塞下压与抬升动作编码实现发动机启停、正反转；通过多组设计，可实现复杂性能优异的发动机。
为了实现上述目的，本发明提供了一种有穿孔的发动机，其特征在于，包括缸体、活塞、贯穿孔；
所述缸体，上部设有至少三个活塞缸孔，孔孔相通；所述活塞，为同一规格并且数量至少三个；所述贯穿孔，位于缸体内部，贯穿所有活塞缸孔底部，并从缸体左右露出；
空气的进入、压缩、燃烧膨胀、排气全部通过至少三个活塞共同完成，所有活塞除具自身功能外还是气阀，活塞下压与抬升动作，通过凸轮机构实现，活塞下压与抬升动作编码不同，空气进出口位置、输出功率都不同。
作为进一步的技术方案，所述的一种有穿孔的发动机，任意时刻至少有一个活塞下压并且位于最底部，充当气阀。
作为进一步的技术方案，所述的一种有穿孔的发动机，一个工作循环中至少有两次排气动作。
作为进一步的技术方案，所述的一种有穿孔的发动机，所述活塞缸孔为三个，活塞有利动作编码有两种。
作为进一步的技术方案，所述的一种有穿孔的发动机，所述活塞缸孔为四个，活塞有利动作编码有四种。
一种有穿孔的发动机控制方法：
启动控制，通过外力转动输出轴，带动凸轮机构，活塞从准备进气阶段，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，使用外力转动输出轴，带动凸轮机构，与之连接的活塞下压或抬升，完成进气与压缩动作，当所有活塞同时运动到活塞缸孔底部并刚刚进入做功阶段，火花塞通电引燃或者压燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，完成做功动作，之后，经贯穿孔将废气分两次排出，回到准备进气阶段，凸轮机构获得转动力，启动完成；
加速控制，发动机加速控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，活塞从准备进气阶段，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构因惯性转动力，带动活塞下压或抬升，完成进气与压缩动作，当所有活塞同时运动到活塞缸孔底部并刚刚进入做功阶段，火花塞通电引燃或者压燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，完成做功动作，之后，经贯穿孔将废气分两次排出，回到准备进气阶段，凸轮机构继续获得更多的转动力，凸轮机构转动变得越来越快，完成加速控制；二种：发动机转动过程中，给发动机供更多的燃料；
降速控制，发动机降速控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构转动，活塞动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞同时运动到活塞缸孔底部，火花塞通电引燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构降速，完成降速控制；二种：发动机转动过程中，直接断开火花塞电源线路以及燃料通路，使凸轮机构自然降速；
反转控制：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构转动，活塞动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞同时运动到活塞缸孔底部，火花塞通电引燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构降速直至反转，完成反转控制；
停止控制，发动机停止控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构转动，活塞动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞同时运动到活塞缸孔底部，火花塞通电引燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构降速，直至速度为零，完成停止控制；二种：发动机转动过程中，直接断开火花塞电源线路以及燃料通路，使凸轮机构自然停机。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种有穿孔的发动机，其特征在于，包括缸体、活塞、贯穿孔；所述缸体，上部设有至少三个活塞缸孔，孔孔相通；所述活塞，为同一规格并且数量至少三个；所述贯穿孔，位于缸体内部，贯穿所有活塞缸孔底部，并从缸体左右露出；空气的进入、压缩、燃烧膨胀、排气全部通过至少三个活塞共同完成，所有活塞除具自身功能外还是气阀，活塞下压与抬升动作，通过凸轮机构实现，活塞下压与抬升动作编码不同，空气进出口位置、输出功率都不同。
其中需要着重说明的是，本发明的活塞动作编码，可用凸轮机构或液压系统实现；引燃方式有：压燃、电引燃。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中有三缸孔时进气原理图；
图2为本发明实施例一中有三缸孔时压缩原理图；
图3为本发明实施例一中有三缸孔时做功原理图；
图4为本发明实施例一中有三缸孔时第一次排气原理图；
图5为本发明实施例一中有三缸孔时第二次排气原理图；
图6为本发明实施例一中有三缸孔时活塞有利动作编码表A；
图7为本发明实施例一中有三缸孔时活塞有利动作编码表B；
图8为本发明实施例一中有四缸孔时进气原理图；
图9为本发明实施例一中有三缸孔时凸轮编码表；
图10为本发明实施例一中有四缸孔时活塞有利动作编码表A1；
图11为本发明实施例一中有四缸孔时活塞有利动作编码表B1；
图12为本发明实施例一中有四缸孔时分步压缩做功活塞有利动作编码表A1；
图13为本发明实施例一中有四缸孔时分步压缩做功活塞有利动作编码表B1；
图14为本发明实施例一中使用电引燃火花塞安装示意图；
图15为本发明实施例二中不同的缸体示意图A；
图16为本发明实施例二中不同的缸体示意图B；
图17为本发明实施例三中不同的缸体示意图C；
图18为基于图17的本发明实施例三中提供的AA-AA处的剖视图。
图标：1-凸轮机构；2-缸体；3-活塞；4-贯穿孔；5-火花塞；6-活塞缸孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“左”、“右”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
具体结构请参照图1-18：
图1为本发明实施例一中有三缸孔时进气原理图；
图2为本发明实施例一中有三缸孔时压缩原理图；
图3为本发明实施例一中有三缸孔时做功原理图；
图4为本发明实施例一中有三缸孔时第一次排气原理图；
图5为本发明实施例一中有三缸孔时第二次排气原理图；
图6为本发明实施例一中有三缸孔时活塞有利动作编码表A；
图7为本发明实施例一中有三缸孔时活塞有利动作编码表B；
图8为本发明实施例一中有四缸孔时进气原理图；
图9为本发明实施例一中有三缸孔时凸轮编码表；
图10为本发明实施例一中有四缸孔时活塞有利动作编码表A1；
图11为本发明实施例一中有四缸孔时活塞有利动作编码表B1；
图12为本发明实施例一中有四缸孔时分步压缩做功活塞有利动作编码表A1；
图13为本发明实施例一中有四缸孔时分步压缩做功活塞有利动作编码表B1；
图14为本发明实施例一中使用电引燃火花塞安装示意图；
图15为本发明实施例二中不同的缸体示意图A；
图16为本发明实施例二中不同的缸体示意图B；
图17为本发明实施例三中不同的缸体示意图C；
图18为基于图17的本发明实施例三中提供的AA-AA处的剖视图。
实施例一：
如图1-13所示，本实施例提供的一种有穿孔的发动机，其特征在于，包括缸体2、活塞3、贯穿孔4；所述缸体2，上部设有至少三个活塞缸孔6，孔孔相通；所述活塞3，为同一规格并且数量至少三个；所述贯穿孔4，位于缸体2内部，贯穿所有活塞缸孔6底部，并从缸体2左右露出；空气的进入、压缩、燃烧膨胀、排气全部通过至少三个活塞3共同完成，所有活塞3除具自身功能外还是气阀，活塞3下压与抬升动作，通过凸轮机构1实现，活塞3下压与抬升动作编码不同，空气进出口位置、输出功率都不同。
具体地，针对本实施例中一种有穿孔的发动机的各个具体结构作详细说明：
本实施例的可选方案中，一种有穿孔的发动机，任意时刻至少有一个活塞3下压并且位于最底部，充当气阀。
需要指出的是，本发明的所有活塞3，没有主次之分。
本实施例的可选方案中，一种有穿孔的发动机，一个工作循环中至少有两次排气动作。
具体地，排气动作是分阶段进行，第一次排气是将废气转移到另一活塞缸孔6；第二次排气是将废气进一步排出。
本实施例的可选方案中，活塞缸孔6为三个，活塞3有利动作编码有两种。
需要指出的是，选择“图6”为活塞3有利动作编码，发动机输出轴正转，排气位置为贯穿孔4右端；选择“图7”为活塞3有利动作编码，发动机输出轴反转，排气位置为贯穿孔4左端。
活塞3有利动作编码，通过凸轮机构实现，具体见“图8”。
本实施例的可选方案中，活塞缸孔6为四个，活塞3有利动作编码有四种。
需要指出的是，选择“图10”或“图12”为活塞3有利动作编码，发动机输出轴正转，排气位置为贯穿孔4右端；选择“图11”或“图13”为活塞3有利动作编码，发动机输出轴反转，排气位置为贯穿孔4左端。选择“图12”或“图13”为活塞3有利动作编码的发动机运行更加平稳，输出功率相对于选择“图10”或“图11”为活塞3有利动作编码的发动机，输出功率要小。
本实施例的可选方案中，活塞3有利动作编码，可用凸轮机构或液压系统实现。
本实施例的可选方案中，发动机引燃方式为：压燃或电引燃，具体为，通过火花塞5点火。
一种有穿孔的发动机控制方法：
启动控制，通过外力转动输出轴，带动凸轮机构1，活塞3从准备进气阶段，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，使用外力转动输出轴，带动凸轮机构1，与之连接的活塞3下压或抬升，完成进气与压缩动作，当所有活塞3同时运动到活塞缸孔6底部并刚刚进入做功阶段，火花塞5通电引燃或者压燃，活塞3被高温高压燃气推动，向上运动，完成做功动作，之后，经贯穿孔4将废气分两次排出，回到准备进气阶段，凸轮机构1获得转动力，启动完成；
加速控制，发动机加速控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，活塞3从准备进气阶段，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构1因惯性转动力，带动活塞3下压或抬升，完成进气与压缩动作，当所有活塞3同时运动到活塞缸孔6底部并刚刚进入做功阶段，火花塞5通电引燃或者压燃，活塞3被高温高压燃气推动，向上运动，完成做功动作，之后，经贯穿孔4将废气分两次排出，回到准备进气阶段，凸轮机构1继续获得更多的转动力，凸轮机构1转动变得越来越快，完成加速控制；二种：发动机转动过程中，给发动机供更多的燃料；
降速控制，发动机降速控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构1转动，活塞3动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞3同时运动到活塞缸孔6底部，火花塞5通电引燃，活塞3被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞3动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构1降速，完成降速控制；二种：发动机转动过程中，直接断开火花塞5电源线路以及燃料通路，使凸轮机构1自然降速；
反转控制：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构1转动，活塞3动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞3同时运动到活塞缸孔6底部，火花塞5通电引燃，活塞3被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞3动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构1降速直至反转，完成反转控制；
1-凸轮机构；2-缸体；3-活塞；4-贯穿孔；5-火花塞；6-活塞缸孔。
停止控制，发动机停止控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表B1动作编码运动；具体地，凸轮机构1转动，活塞3动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞3同时运动到活塞缸孔6底部，火花塞5通电引燃，活塞3被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞3动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构1降速，直至速度为零，完成停止控制；二种：发动机转动过程中，直接断开火花塞5电源线路以及燃料通路，使凸轮机构1自然停机。
实施例二
在实施例一的基础上，缸体2可设计成多种样式。
具体地，“图15”为圆柱体端面均布开孔；“图16”为圆柱体柱面上均布开孔。
实施例三
在实施例一的基础上，缸体2可以将基本活塞缸孔6数量设计成大于四个，使发动机输出功率增加或者提高运转稳定性。
具体地，“图17”、 “图18”为圆柱体柱面上均布开孔，基本活塞孔6数量设计为五个，沿圆柱面均布有四组。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种有穿孔的发动机，其特征在于，包括缸体、活塞、贯穿孔；
所述缸体，上部设有至少三个活塞缸孔，孔孔相通；所述活塞，为同一规格并且数量至少三个；所述贯穿孔，位于缸体内部，贯穿所有活塞缸孔底部，并从缸体左右露出；
空气的进入、压缩、燃烧膨胀、排气全部通过至少三个活塞共同完成，所有活塞除具自身功能外还是气阀，活塞下压与抬升动作，通过凸轮机构实现，活塞下压与抬升动作编码不同，空气进出口位置、输出功率都不同。
2.根据权利要求1所述的一种有穿孔的发动机，其特征在于，任意时刻至少有一个活塞下压并且位于最底部，充当气阀。
3.根据权利要求1所述的一种有穿孔的发动机，其特征在于，一个工作循环中至少有两次排气动作。
4.根据权利要求1所述的一种有穿孔的发动机，其特征在于，活塞缸孔为三个，活塞有利动作编码有两种。
5.根据权利要求1所述的一种有穿孔的发动机，其特征在于，活塞缸孔为四个，活塞有利动作编码有四种。
6.一种如权利要求1所述的一种有穿孔的发动机控制方法，其特征在于，该发动机有五种控制：
启动控制，通过外力转动输出轴，带动凸轮机构，活塞从准备进气阶段，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表 B1动作编码运动；具体地，使用外力转动输出轴，带动凸轮机构，与之连接的活塞下压或抬升，完成进气与压缩动作，当所有活塞同时运动到活塞缸孔底部并刚刚进入做功阶段，火花塞通电引燃或者压燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，完成做功动作，之后，经贯穿孔将废气分两次排出，回到准备进气阶段，凸轮机构获得转动力，启动完成；
加速控制，发动机加速控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，活塞从准备进气阶段，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表 B1动作编码运动；具体地，凸轮机构因惯性转动力，带动活塞下压或抬升，完成进气与压缩动作，当所有活塞同时运动到活塞缸孔底部并刚刚进入做功阶段，火花塞通电引燃或者压燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，完成做功动作，之后，经贯穿孔将废气分两次排出，回到准备进气阶段，凸轮机构继续获得更多的转动力，凸轮机构转动变得越来越快，完成加速控制；二种：发动机转动过程中，给发动机供更多的燃料；
降速控制，发动机降速控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表 B1动作编码运动；具体地，凸轮机构转动，活塞动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞同时运动到活塞缸孔底部，火花塞通电引燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构降速，完成降速控制；二种：发动机转动过程中，直接断开火花塞电源线路以及燃料通路，使凸轮机构自然降速；
反转控制：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表 B1动作编码运动；具体地，凸轮机构转动，活塞动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞同时运动到活塞缸孔底部，火花塞通电引燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构降速直至反转，完成反转控制；
停止控制，发动机停止控制分两种方式，一种：发动机转动过程中，依次按照有三缸孔时活塞有利动作编码表A或按照有三缸孔时活塞有利动作编码表B或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表A1或按照有四缸孔时活塞有利动作编码表 B1动作编码运动；具体地，凸轮机构转动，活塞动作进入压缩阶段后期，此时，未使所有活塞同时运动到活塞缸孔底部，火花塞通电引燃，活塞被高温高压燃气推动，向上运动，因活塞动作未到达做功准备阶段，固使凸轮机构降速，直至速度为零，完成停止控制；二种：发动机转动过程中，直接断开火花塞电源线路以及燃料通路，使凸轮机构自然停机。
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