单模式四冲程微型水冷油气发电发动机的制作方法

技术领域

本发明涉及的是发动机技术领域，具体涉及一种即使几何压缩比高或低都能抑制启动时的启动扭矩的增加，并且能够抑制消声器内爆炸的四冲程水冷油气两用发电发动机。

背景技术：

目前，四冲程微型水冷油气发电发动机，已经广泛应用于各种设备中，例；纯电汽车用于移动充电装置，车载发电设备，用于山区、海岛发电设备，一般为了提高发动机的热效率，提高燃烧室中的压缩比(膨胀比)是有效的，但是，如果提高压缩比，压缩时的压力就会增加，因此，发动机启动时的启动扭矩增加，在具有手、自双启动装置的发电发动机的情况下，如果启动时扭矩大，则操作者需要更大的力，要安装减压装置，基于此，设计一种新型的单模式四冲程微型水冷油气发电发动机还是很有必要的。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种单模式四冲程微型水冷油气发电发动机，结构设计合理，无论几何压缩比高或低都能抑制启动时启动扭矩的增加，并抑制消声器内爆炸，并且低油、气耗，低噪音、质量轻、体积小，排量小，易于推广使用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：单模式四冲程微型水冷油气发电发动机，包括气缸、燃烧室、曲轴室、润滑油室、摇臂室和供电系统，气缸的后部设置有燃烧室，气缸的上部设置有摇臂室，气缸的下部设置有曲轴室，曲轴室的下部为润滑油室；所述气缸包括有缸体以及安装在缸体上端部的缸头，缸头上端部安装有缸头盖，缸体的下部设置有曲轴室，缸体中安装有能够以往复方式运动的活塞，活塞下方设置有连杆，活塞通过连杆与曲轴室中设置的能将活塞的往复运动转换成旋转运动的曲轴相连接，所述供电系统用于自供启动时的用电，又能向外供电，其包括有发电机，所述曲轴两端分别连接有发电机，曲轴配置在水平方向，曲轴与凸轮轴联动，曲轴与凸轮轴平行或大至平行地配置，曲轴上配置有曲柄臂及驱动齿轮，凸轮轴不与曲轴配置的曲柄臂干扰接触配置，活塞与曲轴通过连轩连接，活塞的往复运动通过曲轴转换成旋转运动，曲轴通过驱动齿轮与凸轮轴上设置的被驱动齿轮啮合，带动被驱动齿轮旋转；燃烧室的左端设置有缸内供给混合气体的一个或两个吸气口以及开闭所述吸气口的一个或两个吸气阀，燃烧室的右端设置有排气口以及开闭所述排气口的排气阀；所述缸头与缸体之间形成有将曲轴室内与缸头盖内的摇臂室连通的连通路，两侧连通路中均插接有推杆和设置于推杆的端部的挺杆，其中一侧挺杆的前端部在曲轴室与凸轮轴的吸气凸轮抵接，推杆的另一端与设置于摇臂室内一侧的摇臂抵接，该侧的摇臂通过阀簧与吸气阀连接，利用摇臂驱动由阀簧向上方施力的吸气阀，吸气口利用吸气阀关闭；另一侧挺杆的前端部在曲轴室与凸轮轴的排气凸轮抵接，推杆的另一端与设置于摇臂室内另一侧的摇臂抵接，该侧的摇臂通过阀簧与排气阀连接，利用摇臂驱动由阀簧始终向上施力的排气阀，排气口利用排气阀开闭。

作为优选，所述的曲轴室内设置有平衡件，平衡件通过齿轮与曲轴啮合，平衡件可减少振动。

作为优选，所述缸体的两边周面设置有水道，缸体的内周面设置有缸套，缸体内的活塞能够相对于缸套滑动。

作为优选，所述的气缸周围设置有冷却管道，发电机的进水口、出水口与水箱连接，形成有冷却系统，通过冷却系统防止内部温度过高而使整个发电发动机温度急剧上升防止活塞与缸抱死。

作为优选，所述的润滑油室中设置有雾化装置，雾化装置上安装有量子环喷射头，由量子喷射头雾化喷射出转化小方子的油，在曲轴室内直接喷射，触碰到曲轴的凸轮轴、缸体、缸头和缸头盖等部件，由此润滑曲轴、凸轮轴、缸体和摇臂等部件；润滑油室左侧设置有加润滑油口，使用润滑油可以得到很好润滑效果。

作为优选，所述的吸气口处设置有控制燃油和燃气转换的燃烧油管阀门、废气再循环系统阀门，燃烧油管阀门、废气再循环系统阀门与电控系统连接；电控系统控制曲轴后位置的传感器，控制凸轮轴位置传感器，控制水温传感器，控制节气门位置传感器，控制怠速控制阀，控制空气流量计，控制氧传感器，控制点火线圈，控制电喷油器。

作为优选，所述发电发动机使用气体燃料、生物燃料、液体燃料(汽油)，几何压缩比为8.3以上，为气体燃料工作；几何压缩比为4.3以上；为汽油燃烧工作，通过吸气口设置的阀门控制燃油和燃气的转换，总控制由电控系统来控制转换。在几何压缩比为8.3以上，以气体燃料工作，吸气阀关闭至阀升程量为1.02mm的位置的时间点定义的吸气阀的闭阀时刻设定在止点后至止点的范围内；几何压缩比4.3以上，以汽油燃料工作，所述吸气阀关闭至阀升程量为1.25mm的位置的时间点定义的吸气阀的闭阀时刻设定在下止点后至上止点的范围；所述气体燃料工作时，吸气阀的闭阀时刻按从下止点起的曲轴转角设定在44°-75°的范围内；汽油燃料工作时，吸气阀的闭阀时刻俺从下止点起的曲轴转角设定在45°-76°的范围内。

本发明的有益效果：本发电发动机，其零部件少，体积小，质量减轻，排量小，便于携带，并且低油、气耗，低噪音，便于携带无论几何压缩比高或低都能抑制启动时启动扭矩的增加，并抑制消声器内爆炸。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明发动机纵截面的结构示意图；

图2为本发明截断缸头盖、缸头、缸体和曲轴室时，发电机润滑油室雾化装置的结构示意图；

图3为本发明电控系统及冷却系统的结构示意图；

图4为本发明混合气体进燃气室的结构示意图；

图5为本发明混合气体出燃气室的结构示意图；

图6为本发明吸气阀的开关时刻的结构示意图；

图7为本发明吸气阀和排气阀升程量曲轴转角的曲线图；

图8为本发明发电发动机转速与吸入空气量的关系曲线图；

图9为本发明发电发动机转速与扭矩的关系曲线图；

图10为本发明发电发动机转速与燃料的关系曲线图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-10，本具体实施方式采用以下技术方案：单模式四冲程微型水冷油气发电发动机，包括气缸、燃烧室1、曲轴室2、润滑油室3、摇臂室4和供电系统，气缸的后部设置有燃烧室1，气缸的上部设置有摇臂室4，气缸的下部设置有曲轴室2，曲轴室2的下部为润滑油室3；所述气缸包括有缸体6以及安装在缸体6上端部的缸头5，缸头5上端部安装有缸头盖11，缸体6的下部设置有曲轴室2，缸体6的两边周面设置有水道29，缸体6的内周面设置有缸套30，缸体6内的活塞7能够相对于缸套30以往复方式运动，活塞7下方设置有连杆8，活塞7通过连杆8与曲轴室2中设置的能将活塞7的往复运动转换成旋转运动的曲轴9相连接，所述供电系统用于自供启动时的用电，又能向外供电，其包括有发电机10，所述曲轴9两端分别连接有发电机10，曲轴9配置在水平方向，曲轴9与凸轮轴12联动，曲轴9与凸轮轴12平行或大至平行地配置，曲轴9上配置有曲柄臂13及驱动齿轮14，凸轮轴12不与曲轴9配置的曲柄臂13干扰接触配置，活塞7与曲轴9通过连轩8连接，活塞7的往复运动通过曲轴9转换成旋转运动，曲轴9通过驱动齿轮14与凸轮轴12上设置的被驱动齿轮15啮合，带动被驱动齿轮15旋转；燃烧室1的左端设置有缸内供给混合气体的一个或两个吸气口21以及开闭所述吸气口21的一个或两个吸气阀22，燃烧室1的右端设置有排气口23以及开闭所述排气口23的排气阀24。

所述缸头5与缸体6之间形成有将曲轴室2内与缸头盖11内的摇臂室4连通的连通路16，两侧连通路16中均插接有推杆17和设置于推杆17的端部的挺杆18，其中一侧挺杆18的前端部在曲轴室2与凸轮轴12的吸气凸轮19抵接，推杆17的另一端与设置于摇臂室4内一侧的摇臂20抵接，该侧的摇臂20通过阀簧25与吸气阀22连接，利用摇臂20驱动由阀簧25向上方施力的吸气阀22，吸气口21利用吸气阀22关闭；另一侧挺杆18的前端部在曲轴室2与凸轮轴12的排气凸轮26抵接，推杆17的另一端与设置于摇臂室4内另一侧的摇臂20抵接，该侧的摇臂20通过阀簧25与排气阀24连接，利用摇臂20驱动由阀簧25始终向上施力的排气阀24，排气口23利用排气阀24开闭。

值得注意的是，所述的曲轴室2内设置有平衡件27，平衡件27通过齿轮28与曲轴9啮合，平衡件27可减少振动。

值得注意的是，所述的气缸周围设置有冷却管道31，发动机上的水泵在其前侧的水箱的进水口和出水口用橡胶管连接，用于冷却发动机，温度设置在60℃，水箱上有温控开关，发电机的进水口、出水口也与水箱连接，形成有冷却系统。

发动机的后方设置消声器，来自发动机的排气经过消声器向外排出，消声器设置滤罐，燃料罐与空气净仪器经由滤罐连接，来自燃料罐的汽油蒸汽被吸附在滤罐中，燃料罐中收纳作为供给至发动机的燃料的汽油，安装在支架上，在这种发电机中，打开钥匙门，起动反冲起动器发电机旋转发电同时、曲轴旋转，发动机起动、则开始发电机的发电工作。

值得注意的是，所述的润滑油室3中设置有雾化装置32，雾化装置32上安装有量子环喷射头33，由量子喷射头22雾化喷射出转化小方子的油，在曲轴室2内直接喷射，触碰到曲轴9的凸轮轴12、缸体6、缸头5和缸头盖11等部件，由此润滑曲轴9、凸轮轴12、缸体6和摇臂20等部件；润滑油室3左侧设置有加润滑油口34，使用润滑油可以得到很好润滑效果。

此外，所述的吸气口21处设置有控制燃油和燃气转换的燃烧油管阀门35、废气再循环系统阀门36，燃烧油管阀门35、废气再循环系统阀门36与电控系统ECU连接；电控系统ECU控制曲轴后位置的传感器，控制凸轮轴位置传感器，控制水温传感器，控制节气门位置传感器，控制怠速控制阀，控制空气流量计，控制氧传感器，控制点火线圈，控制电喷油器。

本具体实施方式在使用时，气缸里的活塞7来回往复运动，当活塞7向下运动时，吸气组件打开，吸入混合气体，关闭排气组件，将活塞7往复运动到底部时吸气组件关闭，当活塞7向上往复运动时，压缩气缸中的混合气体，当活塞7运动到顶部时，燃烧室1在吸气口21和排气口23的配合下，气体快速升温迅速膨胀推动活塞7向下运动，如此往复运动的活塞7转换成旋转运动的曲轴9，曲轴9在运动过程中通过润滑油室中雾化装置32将润滑油雾仪，从而将润滑油转换为更小的分子，量子喷射头33将雾化的油分子分散到空间中从而进入到各个零部件中起到很好的润滑效果，通过冷却系统防止内部温度过高而使整个发电发动机温度急剧上升防止活塞与缸抱死；曲轴9带动齿轮发电机旋转推动推杆17带动机器旋转，进油阀门可以将润滑油投入到润滑油室中，及时补充以增加工作的效率，发动机在任何位置工作时润滑系统都能使各个部件润滑，而且对控制润滑油流量的主要零部件曲轴室和曲轴的结构进行简化，减轻了发动机质量。

本具体实施方式与多缸发动机相比，若相同排量则活塞与缸的滑动面积少，所以摩擦损失少，润滑室中设置的雾化装置将润滑油雾化使润滑油转换成更小的分子，量子喷射头将雾化的油分子分散到空间中从而进入各个零部件中起到很好的润滑效果，从而减少控制润滑油流量的主要零部件，曲轴室和曲轴的结构进行了简化，减轻发动机质量，提升发动机的热效率，还有效抑制了启动时扭矩的增加。

本具体实施方式既能使用气体燃料，也能使用汽油等液体燃料，气体燃料与汽油等液体燃料相比往往是低位发热量小、相同排气量下的输出低，为了提高输出、要求提高压缩比但是与液体燃料发动机时同样，容易发生爆震的异常燃烧，根据本发电发动机能够抑制异常燃烧并能够保持高输出，所以本装置既适合气体燃料又适合汽油等液体燃料。

另外，本发电发动机用车载发电、移动充电中、发电发动机的发动机在发电时经常在3000-3600rpm下使用，如果实际的压缩比高则在直至常用的高旋转域为止的低中旋转域中、容易发生爆震，到目前为止，有这样的技术比如在吸气两阀的发动机情况下使用可变动阀机构，根据发动机的转速分别控制两个吸气阀的关闭阀时刻，调整压缩比抑制爆震发生这种情况下控制变复杂零部件增多。对比本方案在使用吸气阀的闭阀时刻为下止点，具有一个或两个吸气阀的发动机中混合气体返回到吸气阀的上游的量，因发动机转速不同而不同，即发动机转速越大混合气体流速越大，所以对要返回到吸气阀的上游的混合气体的阻力增大，并且从活塞处于下止点的时间点至吸气阀关闭的时间点的时间缩短，所以混合气体难以返回到吸气阀的上游。这意味着相比于高旋转域而言能够缩小低中旋转域的实际压缩比，并且高旋转域的实际压缩比并不降低，因此在将本装置的具有一个或两个吸气阀的发电发动机用于发电的情况下能够抑制制造成本，在低中的旋转中能够抑制爆震并在3000-5000rpm的高旋转域中能够获得良好的热效和输出，并且润滑室效果很好的情况下发电发动机有更良好的热效和输出，所以本装置有良好的发电与输出。

几何压缩比为8.3以上，为气体燃料工作，几何压缩比为4.3以上；为汽油燃烧工作，通过吸气口21设置的阀门控制燃油和燃气的转换，总控制由电控系统ECU来控制转换。在几何压缩比为8.3以上，以气体燃料工作，吸气阀22关闭至阀升程量为1.02mm的位置的时间点定义的吸气阀的闭阀时刻设定在止点后至止点的范围内，以吸气阀关闭至阀升程量为1.02mm的位置的时间点来定义吸气阀的闭阀时刻，其原因在于阀升程量越接近0mm的位置，阀升程的变量越小，难以正确确定该位置的曲轴转角；几何压缩比4.3以上，以汽油燃料工作，所述吸气阀22关闭至阀升程量为1.25mm的位置的时间点定义的吸气阀的闭阀时刻设定在下止点后至上止点的范围。

吸气阀在下止点以后也打开着，所以暂时被吸入缸的燃烧室内的混合气体，返回到吸气阀的上游，因此即使几何压缩比高达8.3以上，实际的压缩比也要比几何压缩比低，于是实际的压缩压力不高，既能够获得高膨胀比，因此能够提高发电发动机的热效率，并且能够抑制利用手、自双启动装置启动时扭矩的增加，另外混合气体并非向排气管侧释放，而是向吸气管侧释放，所以能够抑制消声器内爆炸，发电发动机用气体作燃料时工作状态，所述用汽油作燃料时工作状态，即使几何压缩比高达4.3以上，实际的压缩比也比几个压缩比低，其所述内容与气体作为燃料时的工作状态相同。

吸气阀开闭阀时刻如图6所示那样设定，吸气阀在上止点的略微前面打开，在下止点关闭，将以吸气阀关闭至阀升程量为1.02mm的位置的时间点定义的吸气阀的闭时刻设定在下止点后至上止点的范围内，即令从下止点起的曲轴转角位0时，该闭阀时刻设定在0°＜0＜180°的范围内，该闭阀时刻优选设定在44°≤0≤75°(用气体燃料)，升程量位1.25mm的位置的时间点定义的，闭阀时刻优选设定在45°≤0≤76°(用液体汽油燃料)；如果吸气阀的关闭阀时刻按从下止点起的曲轴转角计在44°以上75°以下的范围内，则能够适当的减少压缩比，所以能够提高发电发动机热效率，并且能够抑制起动时的扭矩的增加。

图8表示替代燃料与空气的混合气体，当吸气阀关闭时，吸入到缸内的空气量的结果，发动机转速越大空气难以返回到吸气阀的上游，因此吸入空气量增多；另外比较吸入空气量，则在发动机转速的低中旋转中与比较例相比，发动机较少在3200rpm反转，在高转速中与比较不利相比，发动机较多。

参照图9比较发动机扭矩在发动机转速低时与比较例相比，发动机较小，但以3000rpm反转，在高转速中与比较例相比发动机扭矩大。

参照图10比较燃料消耗率，在从发动机转速低至高转速时，与比较例相比，发动机小，越到高转速，两者之间差越大，与比较例相比发动机的燃料性好，工作效率高，节能。

由以上的实验结果可知，根据发动机，发动机转速越大，混合气体难以返回到吸气阀，因此，在低转速旋转中能够抑制爆震，并且在转速旋转中，能获得良好的热效率，节能和较大的输出(扭矩)。

此外在上述实施方式中，对作为燃料使用汽油的情况进行的说明，但是燃料也可以是气体(燃气)等气体燃料，本发电发动机既可以用气体燃料，也可以用液体燃料(汽油)，同时提高压缩比，都能够抑制异常燃烧，并能够保持高输出，所以发电发动机，即适用于液体燃料(汽油)、适合气体燃料的发电发动机。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。