活塞式切线驱动直轴内燃发动机及其控制方法与流程

本发明涉及活塞式内燃发动机技术领域，具体涉及一种活塞式切线驱动直轴内燃发动机及其控制方法。

背景技术：

内燃机分为活塞式内燃机与燃气轮机两大类。活塞式内然机按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车、船舶上应用最为广泛。

活塞式内燃发动机是利用汽油或者柴油燃料燃烧产生压力的。通常都不止一个活塞，每个活塞都在气缸内，在燃料被注入后燃料被点燃。热气膨胀，推动活塞向后运动。活塞的这种直线运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动。发动机大多是四冲程发动机，即一个气缸完成一个工作循环，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。

技术实现要素：

本发明主要解决现有技术中存在体积大、结构不紧凑、燃油热效率低和使用周期短的不足，提供了一种活塞式切线驱动直轴内燃发动机及其控制方法，其具有结构紧凑、燃油热效率高、使用周期长和方便装配及维修的特点，减轻了发动机的重量，降低了发动机轴因受到巨大的径向推力引起的故障。解决了因现有发动机曲轴驱动方式造成的活塞式内燃发动机热效率低下的技术限制问题。提高了发动机的可靠性，而且降低了发动机的成本。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种活塞式切线驱动直轴内燃发动机，包括发动机轴连接法兰，所述的发动机轴连接法兰端面上设有与发动机轴连接法兰相嵌接的发动机直轴，所述的发动机直轴上分别设有若干等间距相间隔的同向半周齿轮、异向半周齿轮，所述的发动机轴连接法兰侧边分别设有与发动机直轴相活动式套接的i型内燃机、v型内燃机，所述的同向半周齿轮设置在i型内燃机内且与i型内燃机呈相对旋转式啮合，所述的异向半周齿轮设置在v型内燃机内且与v型内燃机相对旋转式啮合；所述的i型内燃机包括上箱体和下箱体，所述的上箱体上端设有与活塞缸，所述的下箱体下端设有活塞缸，所述的v型内燃机包括v型箱体，所述的v型箱体上端面分别设有活塞缸；所述的活塞缸包括活塞缸体，所述的活塞缸体端面上依次设有与活塞缸体相嵌接且延伸至活塞缸体内的喷油嘴、火花塞、排、进气阀门，所述的活塞缸体内设有与活塞缸体相活动式间隙套接的活塞，所述的活塞上设有与活塞缸体相活动式密封套接的活塞环，所述的活塞上设有活塞杆，所述的活塞缸体中设有冷却剂腔体，所述的冷却剂腔体上设有与活塞缸体外壁相连通的冷却剂进出口，所述的冷却剂腔体侧边设有贯穿活塞缸体内外壁的润滑剂进出口。

采用双向活塞缸结构组成的i型内燃机和v型内燃机同步作用下使热能充分转化为动能，减少能量转化的损耗。根据需求进行多台i型内燃机和v型内燃机并列组合，提高输出功率满足最高速度要求。火花塞由磁电机产生的高压电在规定的时间产生电火花，将气缸内的混合气体点燃。发动机内燃料燃烧时产生的热量除转化为动能和排出的废气所带走的部分内能外，还有很大一部分传给了气缸壁和其他有关机件。冷却剂进出口和冷却剂腔体的作用就是将这些热量散发出去，以保证发动机的正常工作。采用润滑剂进出口在四个冲程中将润滑剂溅射到活塞缸、齿条和半周齿轮上，从而起到润滑作用。

作为优选，所述的i型内燃机内设有与活塞杆呈一体化的齿条框架，所述的齿条框架与同向半周齿轮相活动式齿形啮合，所述的上箱体内壁设有与齿条框架相活动式嵌接的齿条托架。

通过活塞缸内的活塞驱动齿条框架上下运动，齿条托架对齿条框架起到导向作用，从而带动发动机直轴上的同向半周齿轮和异向半周齿轮进行圆周运动，发动机的直轴向外输出驱动力。节约了结构空间，降低了发动机轴因受到巨大的径向推力引起的故障，提高了发动机的可靠性，而且降低了发动机的成本。

作为优选，所述的同向半周齿轮包括与发动机直轴相固定套接的齿轮盘，所述的齿轮盘外壁上设有若干在180度圆周上均匀排列的同向半周齿。

在满足内燃机运行时只需齿条与半周齿轮进行半圆周啮合运行，减少加工工序，降低半周齿轮的重量。

作为优选，所述的v型箱体内设有两分别与活塞杆呈一体化的齿条架，且两齿条架呈30度～45度相间隔平行分布，两齿条架与异向半周齿轮相活动式齿形啮合。

采用两齿条架与异向半周齿轮之间的驱动，相互进行导向和上下运动。缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量。

作为优选，所述的异向半周齿轮包括与发动机直轴相固定套接的齿轮盘，所述的齿轮盘外壁左下端设有若干在180度圆周上均匀排列的异向半周齿ⅰ，所述的齿轮盘外壁右上端设有若干在180度圆周上均匀排列的异向半周齿ⅱ。

在满足内燃机运行只需齿条架与异向半周齿轮进行半圆周啮合运行，降低半周齿轮的重量，防止齿条架与异向半周齿轮在无需啮合时的能量消耗，提高热能转化为动能的效率。

作为优选，所述的活塞式切线驱动直轴内燃发动机的控制方法包括如下操作步骤：

第一步i型内燃机的吸气冲程：在发动机直轴上的同向半周齿轮带动下，同向半周齿轮与齿条框架啮合，齿条框架在齿条托架上作滑动运动，排气阀门关闭，进气阀门打开，活塞从上止点向下止点运动，在活塞腔内吸入新鲜空气。在齿条框架向下止点运动的过程中，将上箱体内的润滑剂溅射到活塞缸体、齿条框架和同向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

第二步i型内燃机的压缩冲程：在发动机直轴上的同向半周齿轮带动下，同向半周齿轮与齿条框架啮合，齿条框架在齿条托架上作滑动运动，进气阀门和排气阀门关闭，活塞从下止点向上止点运动，上一冲程吸入缸体的空气被压缩到较高压力。在齿条框架从下止点向上止点运动的过程中，也将下箱体内的润滑剂带到活塞缸体、齿条框架和同向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

第三步i型内燃机的做功冲程：在活塞进入上止点时，发动机的喷油嘴喷入燃油，火花塞点火，燃油在瞬间完成燃烧，活塞体内产生高压燃气，高压燃气推动活塞从上止点位置向下止点位置运动，通过齿条框架在齿条托架上作滑动运动，驱动同向半周齿轮旋转，将活塞的直线运动转变为直轴的圆周运动，发动机的直轴向外输出驱动力。在齿条框架向下止点运动的过程中，将上箱体内的润滑剂溅射到活塞缸体、齿条框架和同向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

第四步i型内燃机的排气冲程：在活塞运动到下止点位置时，排气阀打开，在发动机直轴上的同向半周齿轮带动下，同向半周齿轮与齿条框架啮合，齿条框架在齿条托架上作滑动运动，活塞从下止点向上止点运动，上一冲程产生的燃气作为废气被排出缸体。在齿条框架从下止点向上止点运动的过程中，也将下箱体内的润滑剂带到活塞缸体、齿条框架和同向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

当上箱体上的活塞缸进行吸气冲程时，下箱体上的活塞缸进行排气冲程；当上箱体上的活塞缸进行压缩冲程时，下箱体上的活塞缸进行做功冲程；当上箱体上的活塞缸进行做功冲程时，下箱体上的活塞缸进行压缩冲程；当上箱体上的活塞缸进行排气冲程，下箱体上的活塞缸进行吸气冲程。

作为优选，所述的活塞式切线驱动直轴内燃发动机的控制方法包括如下操作步骤：

第一步：v型内燃机的吸气冲程：在发动机直轴上的异向半周齿轮带动下，异向半周齿轮与齿条架啮合，齿条架在异向半周齿轮上作滑动运动，排气阀门关闭，进气阀门打开，活塞从上止点向下止点运动，在活塞腔内吸入新鲜空气。在齿条架向下止点运动的过程中，将v型箱体内的润滑剂溅射到活塞缸体、齿条架和异向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

第二步v型内燃机的压缩冲程：在发动机直轴上的异向半周齿轮带动下，异向半周齿轮与齿条架啮合，齿条架在异向半周齿轮上作滑动运动，进气阀门和排气阀门关闭，活塞从下止点向上止点运动，上一冲程吸入缸体的空气被压缩到较高压力。在齿条架从下止点向上止点运动的过程中，也将v型箱体内的润滑剂带到活塞缸体、齿条架和异向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

第三步v型内燃机的做功冲程：在活塞进入上止点时，发动机的喷油嘴喷入燃油，火花塞点火，燃油在瞬间完成燃烧，活塞体内产生高压燃气，高压燃气推动活塞从上止点位置向下止点位置运动，通过齿条架在异向半周齿轮上作滑动运动，并驱动异向半周齿轮旋转，将活塞的直线运动转变为直轴的圆周运动，发动机的直轴向外输出驱动力。在齿条架向下止点运动的过程中，将v型箱体内的润滑剂溅射到活塞缸体、齿条架和异向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

第四步v型内燃机的排气冲程：在活塞运动到下止点位置时，排气阀打开，在发动机直轴上的异向半周齿轮带动下，异向半周齿轮与齿条架啮合，齿条架在异向半周齿轮上作滑动运动，活塞从下止点向上止点运动，上一冲程产生的燃气作为废气被排出缸体。在齿条架从下止点向上止点运动的过程中，也将v型箱体内的润滑剂带到活塞缸体、齿条架和异向半周齿轮上，从而起到润滑作用。

当v型箱体左侧的活塞缸进行吸气冲程时，v型箱体右侧的活塞缸进行排气冲程；当v型箱体左侧的活塞缸进行压缩冲程时，v型箱体右侧的活塞缸进行做功冲程；当v型箱体左侧的活塞缸进行做功冲程时，v型箱体右侧的活塞缸进行压缩冲程；当v型箱体左侧的活塞缸进行排气冲程，v型箱体右侧的活塞缸进行吸气冲程。

本发明能够达到如下效果：

本发明提供了一种活塞式切线驱动直轴内燃发动机及其控制方法，与现有技术相比较，该内燃发动机具有结构紧凑、燃油热效率高、使用周期长和方便装配及维修的特点，减轻了发动机的重量，解决了因现有发动机曲轴驱动方式造成的活塞式内燃发动机热效率低下的技术限制瓶颈问题。降低了发动机轴因受到巨大的径向推力引起的故障，良好的冷却系统提高了发动机的可靠性，而且降低了发动机的成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的i型内燃机的结构剖视图。

图3是本发明的v型内燃机的结构剖视图。

图4是本发明的同向半周齿轮的结构示意图。

图5是本发明的异向半周齿轮的结构示意图。

图中：发动机轴连接法兰1，发动机直轴2，i型内燃机3，活塞缸4，v型内燃机5，上箱体6，活塞缸体7，喷油嘴8，火花塞9，排、进气阀门10，活塞环11，活塞12，活塞杆13，齿条框架14，齿条托架15，同向半周齿轮16，润滑剂进出口17，冷却剂腔体18，冷却剂进出口19，下箱体20，v型箱体21，齿条架22，异向半周齿轮23，齿轮盘24，同向半周齿25，异向半周齿ⅰ26，异向半周齿ⅱ27。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：如图1～5所示，一种活塞式切线驱动直轴内燃发动机，包括发动机轴连接法兰1，发动机轴连接法兰1端面上设有与发动机轴连接法兰1相嵌接的发动机直轴2，发动机直轴2上分别设有1个等间距相间隔的同向半周齿轮16、异向半周齿轮23，发动机轴连接法兰1侧边分别设有与发动机直轴2相活动式套接的i型内燃机3、v型内燃机5，同向半周齿轮16设置在i型内燃机3内且与i型内燃机3呈相对旋转式啮合，同向半周齿轮16包括与发动机直轴2相固定套接的齿轮盘24，齿轮盘24外壁上设有14个在180度圆周上均匀排列的同向半周齿25。i型内燃机3内设有与活塞杆13呈一体化的齿条框架14，齿条框架14与同向半周齿轮16相活动式齿形啮合，上箱体6内壁设有与齿条框架14相活动式嵌接的齿条托架15。异向半周齿轮23设置在v型内燃机5内且与v型内燃机5相对旋转式啮合，异向半周齿轮23包括与发动机直轴2相固定套接的齿轮盘24，齿轮盘24外壁左下端设有14个在180度圆周上均匀排列的异向半周齿ⅰ26，齿轮盘24外壁右上端设有14个在180度圆周上均匀排列的异向半周齿ⅱ27。i型内燃机3包括上箱体6和下箱体20，上箱体6上端设有与活塞缸4，下箱体20下端设有活塞缸4，v型内燃机5包括v型箱体21，v型箱体21上端面分别设有活塞缸4，v型箱体21内设有两分别与活塞杆13呈一体化的齿条架22，且两齿条架22呈30度相间隔平行分布，两齿条架22与异向半周齿轮23相活动式齿形啮合。活塞缸4包括活塞缸体7，活塞缸体7端面上依次设有与活塞缸体7相嵌接且延伸至活塞缸体7内的喷油嘴8、火花塞9、排、进气阀门10，活塞缸体7内设有与活塞缸体7相活动式间隙套接的活塞12，活塞12上设有与活塞缸体7相活动式密封套接的活塞环11，活塞12上设有活塞杆13，活塞缸体7中设有冷却剂腔体18，冷却剂腔体18上设有与活塞缸体7外壁相连通的冷却剂进出口19，冷却剂腔体18侧边设有贯穿活塞缸体7内外壁的润滑剂进出口17。

活塞式切线驱动直轴内燃发动机的i型内燃机3控制方法包括如下操作步骤：

第一步i型内燃机3的吸气冲程：在发动机直轴2上的同向半周齿轮16带动下，同向半周齿轮16与齿条框架14啮合，齿条框架14在齿条托架15上作滑动运动，排气阀门关闭，进气阀门打开，活塞12从上止点向下止点运动，在活塞腔内吸入新鲜空气。在齿条框架14向下止点运动的过程中，将上箱体6内的润滑剂溅射到活塞缸体7、齿条框架14和同向半周齿轮16上，从而起到润滑作用。

第二步i型内燃机3的压缩冲程：在发动机直轴2上的同向半周齿轮16带动下，同向半周齿轮16与齿条框架14啮合，齿条框架14在齿条托架15上作滑动运动，进气阀门和排气阀门关闭，活塞12从下止点向上止点运动，上一冲程吸入缸体的空气被压缩到较高压力。在齿条框架14从下止点向上止点运动的过程中，也将下箱体20内的润滑剂带到活塞缸体7、齿条框架14和同向半周齿轮16上，从而起到润滑作用。

第三步i型内燃机3的做功冲程：在活塞12进入上止点时，发动机的喷油嘴8喷入燃油，火花塞9点火，燃油在瞬间完成燃烧，活塞体7内产生高压燃气，高压燃气推动活塞12从上止点位置向下止点位置运动，通过齿条框架14在齿条托架15上作滑动运动，驱动同向半周齿轮16旋转，将活塞12的直线运动转变为直轴的圆周运动，发动机的直轴向外输出驱动力。在齿条框架14向下止点运动的过程中，将上箱体6内的润滑剂溅射到活塞缸体7、齿条框架14和同向半周齿轮16上，从而起到润滑作用。

第四步i型内燃机3的排气冲程：在活塞12运动到下止点位置时，排气阀打开，在发动机直轴2上的同向半周齿轮16带动下，同向半周齿轮16与齿条框架14啮合，齿条框架14在齿条托架15上作滑动运动，活塞12从下止点向上止点运动，上一冲程产生的燃气作为废气被排出缸体。在齿条框架14从下止点向上止点运动的过程中，也将下箱体20内的润滑剂带到活塞缸体7、齿条框架14和同向半周齿轮16上，从而起到润滑作用。

当上箱体6上的活塞缸4进行吸气冲程时，下箱体20上的活塞缸4进行排气冲程；当上箱体6上的活塞缸4进行压缩冲程时，下箱体20上的活塞缸4进行做功冲程；当上箱体6上的活塞缸4进行做功冲程时，下箱体20上的活塞缸4进行压缩冲程；当上箱体6上的活塞缸4进行排气冲程，下箱体20上的活塞缸4进行吸气冲程。

活塞式切线驱动直轴内燃发动机的v型内燃机5控制方法包括如下操作步骤：

第一步：v型内燃机5的吸气冲程：在发动机直轴2上的异向半周齿轮23带动下，异向半周齿轮23与齿条架22啮合，齿条架22在异向半周齿轮23上作滑动运动，排气阀门关闭，进气阀门打开，活塞12从上止点向下止点运动，在活塞腔内吸入新鲜空气。在齿条架22向下止点运动的过程中，将v型箱体21内的润滑剂溅射到活塞缸体7、齿条架22和异向半周齿轮23上，从而起到润滑作用。

第二步v型内燃机5的压缩冲程：在发动机直轴2上的异向半周齿轮23带动下，异向半周齿轮23与齿条架22啮合，齿条架22在异向半周齿轮23上作滑动运动，进气阀门和排气阀门关闭，活塞12从下止点向上止点运动，上一冲程吸入缸体的空气被压缩到较高压力。在齿条架22从下止点向上止点运动的过程中，也将v型箱体21内的润滑剂带到活塞缸体7、齿条架22和异向半周齿轮23上，从而起到润滑作用。

第三步v型内燃机5的做功冲程：在活塞12进入上止点时，发动机的喷油嘴8喷入燃油，火花塞9点火，燃油在瞬间完成燃烧，活塞体7内产生高压燃气，高压燃气推动活塞12从上止点位置向下止点位置运动，通过齿条架22在异向半周齿轮23上作滑动运动，并驱动异向半周齿轮23旋转，将活塞12的直线运动转变为直轴的圆周运动，发动机的直轴向外输出驱动力。在齿条架22向下止点运动的过程中，将v型箱体21内的润滑剂溅射到活塞缸体7、齿条架22和异向半周齿轮23上，从而起到润滑作用。

第四步v型内燃机5的排气冲程：在活塞12运动到下止点位置时，排气阀打开，在发动机直轴2上的异向半周齿轮23带动下，异向半周齿轮23与齿条架22啮合，齿条架22在异向半周齿轮23上作滑动运动，活塞12从下止点向上止点运动，上一冲程产生的燃气作为废气被排出缸体。在齿条架22从下止点向上止点运动的过程中，也将v型箱体21内的润滑剂带到活塞缸体7、齿条架22和异向半周齿轮23上，从而起到润滑作用。

当v型箱体21左侧的活塞缸4进行吸气冲程时，v型箱体21右侧的活塞缸4进行排气冲程；当v型箱体21左侧的活塞缸4进行压缩冲程时，v型箱体21右侧的活塞缸4进行做功冲程；当v型箱体21左侧的活塞缸4进行做功冲程时，v型箱体21右侧的活塞缸4进行压缩冲程；当v型箱体21左侧的活塞缸4进行排气冲程，v型箱体21右侧的活塞缸4进行吸气冲程。

综上所述，该活塞式切线驱动直轴内燃发动机采用i型内燃机3与v型内燃机5同步通过以上四个冲程完成热能转化为动能，提高了发动机的热能转化为动能，减少能量消耗及浪费，减轻了发动机的重量，增强了驱动稳定性，延长了使用周期。具有结构紧凑、燃油热效率高、使用周期长和方便装配及维修的特点，解决了因现有发动机曲轴驱动方式造成的活塞式内燃发动机热效率低下的技术限制瓶颈问题。降低了发动机轴因受到巨大的径向推力引起的故障，提高了发动机的可靠性，而且降低了发动机的成本。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。