专利名称：四冲程内燃发动机的燃气转缸辅助做功机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及内燃机发动机技术领域，具体涉及一种四冲程内燃发动机的燃气转缸辅助做功机构。
背景技术：
内燃发动机是一种动力机械，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。在内燃发动机中，活塞式内燃机的应用最为普遍，活塞式内燃机的气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件构成，该气缸还设置有进气阀门和排气阀门，通常通过凸轮轴驱动凸轮运动从而控制进气阀门和排气阀门的通断。工作时，燃料与空气混合后在气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气，燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆结构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。 自内燃发动机使用以来，为提高内燃发动机的工作效率，许多人在提高气缸压力和增加燃气膨胀做功体积等方面做了大量的探索并产生了大量的实用新型创造，但在推广使用上，却没有达到预期的效果，究其原因，主要有以下因素1、结构复杂、生产工艺要求高，生产成本居高不下；2、提高了燃油热能转换率，但输出功率明显降低，在不增加发动机体积的情况下，不能满足设备对功率的需要；3、明显增加了发动机的体积，但受传统技术的影响，许多设备预留的发动机舱空间有限，在推广使用的同时，需要改变相关行业现行设计标准，不利于推广。4、燃油热能转换率提高不明显，同时对发动机的改变在材质和辅助设施等方面有特殊的要求，推广价值不高。内燃发动机按照工作循环分为四冲程内燃发动机和二冲程内燃发动机，四冲程内燃发动机使用至今已有一百多年的历史，它经过了一百多年的优化、改进和提高，但热能转换率仍低于30%。四冲程内燃发动机包括进气冲程、压缩冲程、燃烧膨胀冲程(做功冲程)和排气冲程。四冲程内燃发动机主要有汽油机和柴油机。在四冲程内燃发动机工作的过程中，做功冲程结束时，在气缸内的高温高压的燃气由排气冲程直接排放到空气中，这样做功冲程结束后马上进入排气冲程导致大量能量损失。同时，四冲程内燃发动机设置有用于克服高压气体排出引起的空气爆鸣的减震装置，该减震装置对排气产生的阻力也会消耗大量能量。上述原因使得四冲程内燃发动机的热能转换率较低，通常低于30%。因此，在改进和设计内燃发动机的过程中，鉴于四冲程内燃发动机的市场占有率，主要考虑如何将原四冲程内燃发动机没有利用的能量利用起来，将原有的阻力消耗的能量降下来，下面就四冲程内燃发动机损失的能量情况分析如下现四冲程内燃发动机在膨胀做功时，汽油发动机气缸内温度为2200-2800K，做功冲程结束后，气缸内温度仍高达1200-1500K;柴油发动机在做功冲程开始温度为1800-2000K,做功冲程结束后，气缸内温度高达1000-1300K。做功冲程结束后，气缸温度约在最高温度与常温的中间值，即对常温状态，此时燃气的总热能的50%已转化为机械能和其他损失的能量，同时即有剩余50%的热能通过排气冲程排放到空气中，以现四冲程内燃发动机最高热能转换率为30%计算，则仍有约15%左右的能量通过气缸的热传导交换给冷却系统，5%克服磨擦消耗，故如何充分利用四冲程内燃发动机排气冲程损失的能量，在不影响发动机正常工作的情况下减少气缸热传导损失的能量，是提高发动机热能转换率的关键。
实用新型内容本实用新型为了克服现有技术存在的不足，提供一种能够有效提高四冲程内燃发动机热能转换率的燃气转缸辅助做功机构。本实用新型是通过以下技术方案实现的一种四冲程内燃发动机的燃气转缸辅助做功机构，包括两个气缸以及通过驱动凸轮控制这两个气缸的进气阀门、排气阀门通断的凸轮轴，所述的两个气缸之间设置有将这两个气缸连通的燃气转缸通道，所述燃气转缸通道设置有燃气转缸阀门，所述燃气转缸阀门与所述凸轮轴之间设置有用于控制该燃气转缸阀门通断实现燃气转缸辅助做功的凸轮。 本实用新型的有益效果是本实用新型是将曲轴与凸轮轴的传动比从原来的I 2调整为I : 3，在一定工作顺序的两个气缸之间增设燃气转缸通道，该燃气转缸通道设置有燃气转缸阀门，在上述结构的基础上，通过凸轮轴凸轮分别驱动控制气缸的进气阀门、排气阀门以及该燃气转缸阀门的通断，合理处理关联气缸之间的运转关系，在原四冲程内燃发动机的基础上增加一个燃气转缸做功冲程和一个燃气转缸排气冲程，使原四冲程内燃发动机成为六冲程内燃发动机。本实用新型可以提高燃气膨胀做功效率，降低气缸温度，减少气缸热传导导致的热能损耗，同时降低燃气排放气压和温度，降低爆鸣引起的震动，减少排气冲程能量消耗，从而达到提高内燃发动机热能转换率。本实用新型适合现有二、三、四缸及缸数为三或四的倍数的各型内燃发动机(其中二缸发动机需按八冲程设计，因输出最大功率不足一般不建议采用该方案)，在基本不增加生产成本的情况下，经保守测算，四缸六冲程燃气转缸发动机可减少燃油消耗36. 79%以上，三缸六冲程燃气转缸发动机可减少燃油消耗39. 54%以上。同时，本实用新型的推广应用更加容易。
图I是实施例I的十二缸六冲程内燃发动机的一组的三个气缸处于第一工作状态的结构不意图；图2是实施例I的十二缸六冲程内燃发动机的一组的三个气缸处于第二工作状态的结构不意图；图3是实施例I的十二缸六冲程内燃发动机的一组的三个气缸处于第三工作状态的结构不意图；图4是实施例I的十二缸六冲程内燃发动机的一组的三个气缸处于第四工作状态的结构不意图；图5是实施例I的十二缸六冲程内燃发动机的一组的三个气缸处于第五工作状态的结构不意图；图6是实施例I的十二缸六冲程内燃发动机的一组的三个气缸处于第六工作状态的结构不意图；图7是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第一圈的第一工作状态的结构示意图；图8是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第一圈的第二工作状态的结构示意图；图9是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第一圈的第三工作状态的结构示意图；图10是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第一圈的第四工作状态的结构示意图；图11是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第二圈 的第一工作状态的结构示意图；图12是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第二圈的第二工作状态的结构示意图；图13是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第二圈的第三工作状态的结构示意图；图14是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第二圈的第四工作状态的结构示意图；图15是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第三圈的第一工作状态的结构示意图；图16是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第三圈的第二工作状态的结构示意图；图17是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第三圈的第三工作状态的结构示意图；图18是实施例2中的四缸六冲程内燃发动机的一组的四个气缸处于曲轴第三圈的第四工作状态的结构示意图。在图I-图6中1_第一气缸；2_第二气缸；3_第三气缸；4_燃气转缸通道；5_燃气转缸阀门；在图7-18中，I'-第一气缸；2'-第二气缸；3'-第三气缸；4'-第四气缸；5'-燃气转缸阀门；6'-燃气转缸通道。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细描述。一种四冲程内燃发动机的燃气转缸辅助做功机构，包括两个气缸以及通过驱动凸轮控制这两个气缸的进气阀门、排气阀门通断的凸轮轴，两个气缸之间设置有燃气转缸通道，燃气转缸通道设置有用于控制该燃气转缸通道通断的燃气转缸阀门，燃气转缸阀门与凸轮轴之间设置有用于控制该燃气转缸阀门通断实现燃气转缸辅助做功的凸轮。在上述结构的基础上，通过凸轮轴凸轮分别驱动控制气缸的进气阀门、排气阀门以及该燃气转缸阀门的通断，合理处理关联气缸之间的运转关系，可以在原四冲程内燃发动机的基础上增加一个燃气转缸做功冲程和一个燃气转缸排气冲程，使原四冲程内燃发动机成为六冲程内燃发动机。六冲程包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程、转缸做功冲程和转缸排气冲程。本实用新型适合现有二、三、四缸及缸数为三或四的倍数的各型内燃发动机(其中二缸发动机需按八冲程设计，因输出最大功率不足一般不建议采用该方案)。在发动机气缸总数为三或四的倍数的四冲程内燃发动机的基础上，按三或四的倍数将发动机气缸分为与该倍数相同数量的组，在各组的三或四个气缸中，一定工作顺序的两个气缸与这两个气缸之间的燃气转缸通道构成一个燃气转缸辅助做功机构。工作时，当某气缸活塞处于做功冲程的一定位置时，在其做功冲程的运行过程的某一时点，与其由燃气转缸通道连通的气缸进入转缸做功冲程，此时由凸轮控制的阀门打开，将转缸做功冲程的气缸与做功冲程的气缸连通，高温高压燃气通过转缸通道进入转缸做功气缸，同时推动两个气缸的活塞做功。当做功冲程的活塞继续向下运行到最合适的位置后，凸轮控制的阀门首先将燃气转缸通道关闭，然后第一个气缸的控制排气阀门打开，该气缸从做功冲程进入排气冲程，当转缸做功气缸活塞运行到最低点时，开启排气阀门，进入 转缸排气冲程。当发动机气缸总数为三和四的倍数时，按倍数将发动机气缸分组，即几倍为几个组，定义为n，各组之间相位差对提高发动机的工作效率和平稳性非常重要。以下将分别采取三缸六冲程和四缸六冲程的燃气转缸发动机各组相位的选取分析如下。对于燃气转缸方式以三缸为一组的发动机，因完成六冲程曲轴运行三圈为360X3=1080度角，本组内三个气缸相位差为1080 + 3 = 360度，即三个气缸的两两之间的运行相位差分别为360度，即实际三个气缸对于曲轴的几何相位相同。因第一气缸的做功冲程的同时是第二气缸的转缸做功冲程过程，故在曲轴上后一气缸的相位反而比前一缸提前360度角。对缸数为三的倍数发动机，按倍数n分组的各组在曲轴上平均分配是实现发动机工作效率最大化和平稳性最佳状态，因第一气缸的做功冲程的同时是第二气缸的转缸做功冲程过程，故在曲轴上后一气缸的相位反而比前一缸提前360度角，在设计上，这n组气缸按照相邻两组之间依次滞后360/n度角排列。故当组数为二时，两组在曲轴上按互相提前或滞后180度角排列；如果是三组时，则按相邻两组之间依次滞后120度角排列；四组则按按相邻两组之间依次滞后90度排列。对燃气转缸方式以四缸为一组的发动机，因完成六冲程曲轴运行三圈为360X3=1080度角，本组内四个气缸相位差为1080 + 4 = 270度，即四个气缸的两两之间的运行相位差分别为270度，实际四个气缸对于曲轴的几何相位分别相差90度。当某气缸处在做功冲程的中间位置时，第二气缸才进入转缸做功冲程，故在曲轴上后一气缸的相位反而比前一缸提前270度角。对缸数为四的倍数的发动机，按倍数n分组的各组在曲轴上平均分配是实现发动机工作效率最大化和平稳性最佳状态的需要，在设计上，这n组气缸按照相邻两组之间依次提前或滞后270/n度角排列。故当组数为二时，第二组与第一组在曲轴上需提前或滞后135度角；如果是三的倍数组时，这些组按照相邻组之间依次提前或滞后90度角；当为四组时，这些组按照相邻组之间依次提前或滞后67. 5度排列。对气缸总数不是三或四的倍数的发动机，理论上可以分成三和四的倍数来实现的，如气缸总数为十四缸的发动机，可以分为六缸和八缸来设计。两缸的发动机可以按照八缸来设计。[0041]实施例I表I为十二缸六冲程发动机各缸工作情况，以图I-图6中的第一气缸I的曲轴处于第一气缸吸气冲程始点为0度。表I
权利要求1.一种四冲程内燃发动机的燃气转缸辅助做功机构，包括两个气缸以及通过驱动凸轮控制这两个气缸的进气阀门、排气阀门通断的凸轮轴，其特征在于所述的两个气缸之间设置有将这两个气缸连通的燃气转缸通道，所述燃气转缸通道设置有燃气转缸阀门，所述燃气转缸阀门与所述凸轮轴之间设置有用于控制该燃气转缸阀门通断实现燃气转缸辅助做功的凸轮。
专利摘要一种四冲程内燃发动机的燃气转缸辅助做功机构，包括两个气缸以及通过驱动凸轮控制这两个气缸的进气阀门、排气阀门通断的凸轮轴，这两个气缸之间设置有将这两个气缸连通的燃气转缸通道，燃气转缸通道设置有燃气转缸阀门，燃气转缸阀门与凸轮轴之间设置有控制该燃气转缸阀门通断实现燃气转缸辅助做功的凸轮。通过凸轮轴分别驱动不同凸轮控制气缸的进气、排气以及燃气转缸阀门的通断，合理处理关联气缸之间的运转关系，在原四冲程内燃发动机的基础上增加一个燃气转缸做功冲程和一个燃气转缸排气冲程，使原四冲程内燃发动机成为六冲程内燃发动机。本实用新型能够有效提高内燃发动机热能转换率，降低噪音污染，更加节能和环保。
文档编号F02B75/02GK202545011SQ20122021541
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者黄绵坤 申请人:黄绵坤