一种分缸循环内燃机的制作方法

1.本实用新型涉及机械技术领域，具体而言涉及一种分缸循环内燃机。


背景技术：

2.柴油机热效率决定了柴油机经济型以及碳排放特性，因此柴油机热效率的研究是一个十分活跃的领域。分缸循环技术是提高柴油机热效率的手段之一，该技术将传统柴油机进气、压缩、膨胀、排气过程分解，利用多缸实现完整的工作循环。
3.然而，目前的分缸循环柴油机由于实际压缩比较低，充气效率较低、且不能实现废气的完全膨胀，因此热效率较低。并且，目前存在的分缸循环机，由于压缩膨胀缸存在无效冲程，因此功率密度较低。
4.因此，需要一种分缸循环内燃机，以至少部分地解决以上问题。


技术实现要素：

5.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.为至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种分缸循环内燃机，包括：
7.曲柄轴；
8.压缩缸，所述压缩缸具有压缩活塞，所述压缩活塞连接至所述曲柄轴；
9.第一燃烧缸，所述第一燃烧缸具有第一燃烧活塞，所述第一燃烧活塞连接至所述曲柄轴，所述第一燃烧缸与所述压缩缸连通，以接收来自所述压缩缸的气体；
10.第二燃烧缸，所述第二燃烧缸具有第二燃烧活塞，所述第二燃烧活塞连接至所述曲柄轴，所述第二燃烧缸与所述压缩缸连通，以接收来自所述压缩缸的气体，所述第一燃烧活塞与所述第二燃烧活塞同步运动；
11.膨胀缸，所述膨胀缸具有膨胀活塞，所述膨胀活塞连接至所述曲柄轴，所述膨胀缸与所述第一燃烧缸和所述第二燃烧缸均连通，以接收来自所述第一燃烧缸和所述第二燃烧缸的气体，所述膨胀活塞与所述压缩活塞同步；
12.当所述压缩活塞与所述膨胀活塞均处于下止点时，所述第一燃烧活塞与所述第二燃烧活塞同时处于上止点。
13.进一步地，所述第一燃烧缸顶部的中部设置有第一喷油器，所述第二燃烧缸顶部的中部设置有第二喷油器，所述分缸循环内燃机还包括控制装置，所述控制装置与所述第一喷油器和所述第二喷油器均信号连接，所述控制装置配置为：当所述第一燃烧活塞每次位于上止点时控制所述第一喷油器和所述第二喷油器中的一个喷油，且所述第一喷油器和所述第二喷油器依次交替喷油。
14.进一步地，所述压缩缸设置有：
15.第一送气阀，所述压缩缸通过所述第一送气阀与所述第一燃烧缸连通；
16.第二送气阀，所述压缩缸通过所述第二送气阀与所述第二燃烧缸连通；
17.其中，所述控制装置与所述第一送气阀和所述第二送气阀均信号连接，所述控制装置配置为，当所述压缩活塞每次位于下止点时控制所述第一送气阀和所述第二送气阀中的一个打开，且所述第一送气阀和所述第二送气阀依次交替打开；并且
18.在所述第一送气阀打开时，所述第二喷油器喷油，在所述第二送气阀打开时，所述第一喷油器喷油；并且
19.当所述压缩活塞每次从上止点向下止点运动的过程中，控制所述第一送气阀和所述第二送气阀均关闭。
20.进一步地，所述压缩缸还设置有至少一个吸气阀，所述控制装置与所述至少一个吸气阀信号连接；
21.其中，所述控制装置配置为，当所述第一送气阀和所述第二送气阀中的一个打开时，控制所述至少一个吸气阀关闭；并且
22.当所述第一送气阀和所述第二送气阀均关闭时，控制所述至少一个吸气阀打开。
23.进一步地，所述第一燃烧缸包括第一可变正时进气阀，所述第一可变正时进气阀通过第一进气管与所述第一送气阀连通；
24.所述第二燃烧缸包括第二可变正时进气阀，所述第二可变正时进气阀通过第二进气管与所述第二送气阀连通；
25.所述控制装置与所述第一可变正时进气阀和所述第二可变正时进气阀均信号连接，所述第一进气管和所述第二进气管构造为用于储存气体。
26.进一步地，所述第一燃烧缸包括第一排气阀，所述膨胀缸包括第一膨胀阀，所述第一排气阀与所述第一膨胀阀连通；
27.所述第二燃烧缸包括第二排气阀，所述膨胀缸包括第二膨胀阀，所述第二排气阀与所述第二膨胀阀连通；
28.其中，所述第一排气阀与所述第一膨胀阀同步开闭，所述第二排气阀与所述第二膨胀阀同步开闭；并且
29.所述控制装置与所述第一排气阀、所述第二排气阀、所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀均信号连接，所述控制装置配置为：
30.当所述第一喷油器喷油后且所述第一燃烧活塞从上止点运动至下止点时，控制所述第一排气阀打开，所述第二排气阀关闭；
31.当所述第二喷油器喷油后且所述第二燃烧活塞从上止点运动至下止点时，控制所述第二排气阀打开，所述第一排气阀关闭；
32.当所述燃烧活塞从上止点向下止点运动的过程中，控制所述第一排气阀和所述第二排气阀均关闭。
33.进一步地，所述膨胀缸还包括至少一个出气阀，所述控制装置与所述至少一个出气阀信号连接；
34.其中，所述控制装置配置为：当所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀中的一个打开时，控制所述至少一个出气阀关闭；并且
35.当所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀均关闭时，控制所述至少一个出气阀打开。
36.进一步地，所述膨胀缸的容积是所述压缩缸容积的2～2.5倍；并且/或者
37.所述第一燃烧缸与所述第二燃烧缸的容积相同，所述压缩缸的容积是所述第一燃烧缸容积的3倍以上。
38.进一步地，所述膨胀缸外包裹有隔热层。
39.进一步地，所述第一燃烧缸和所述第二燃烧缸呈v形布置。
40.进一步地，所述曲柄轴包括主轴颈和从所述主轴颈凸出的第一曲轴颈、第二曲轴颈、第三曲轴颈和第四曲轴颈，所述第一曲轴颈与所述压缩活塞连接，所述第二曲轴颈与所述第一燃烧活塞连接，所述第三曲轴颈与所述第二燃烧活塞连接，所述第四曲轴颈与所述膨胀活塞连接；
41.其中所述第一曲轴颈和所述第二曲轴颈绕所述主轴颈的周向的相位差为180
°
，所述第二曲轴颈和所述第三曲轴颈绕所述主轴颈的周向的相位差为0
°
，第三曲轴颈和所述第四曲轴颈绕所述主轴颈的周向的相位差为0
°
。
42.根据本实用新型的分缸循环内燃机，压缩缸和膨胀缸每次往复均有一个燃烧缸做功，使得压缩缸和膨胀缸没有无效冲程，大幅度提高了功率密度，提高了内燃机热效率。
附图说明
43.本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。
44.附图中：
45.图1为根据本实用新型的一种优选实施方式的分缸循环内燃机侧视示意图；
46.图2为根据本实用新型的一种优选实施方式的分缸循环内燃机俯视示意图；以及
47.图3为沿图2中a-a’向的剖切面示意图。
48.附图标记说明：
49.100：分缸循环内燃机
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110：曲柄轴
50.120：压缩缸
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121：压缩活塞
51.122：第一送气阀
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123：第二送气阀
52.124：吸气阀
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125：吸气管
53.130：第一燃烧缸
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131：第一燃烧活塞
54.132：第一可变正时进气阀
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133：第一进气管
55.134：第一排气阀
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135：第一喷油器
56.136：第一排气管
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140：第二燃烧缸
57.141：第二燃烧活塞
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142：第二可变正时进气阀
58.143：第二进气管
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144：第二排气阀
59.145：第二喷油器
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146：第二排气管
60.150：膨胀缸
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151：膨胀活塞
61.152：第一膨胀阀
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153：第二膨胀阀
62.154：出气阀
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155：隔热层
63.156：出气管
具体实施方式
64.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
65.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
66.应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
67.本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。
68.现在，将参照图1到图3更详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。首先参考图1和图2，本实用新型的一种优选实施方式的分缸循环内燃机100包括曲柄轴110、压缩缸120、第一燃烧缸130、第二燃烧缸140、膨胀缸150和控制装置(未示出)。控制装置可以是处理器、芯片或电路板等。
69.其中，压缩缸120具有压缩活塞121，压缩活塞121连接至曲柄轴110。第一燃烧缸130具有第一燃烧活塞131，第一燃烧活塞131连接至曲柄轴110。第二燃烧缸140具有第二燃烧活塞141，第二燃烧活塞141连接至曲柄轴110。膨胀缸150具有膨胀活塞151，膨胀活塞151连接至曲柄轴110。即，压缩活塞121、第一燃烧活塞131、第二燃烧活塞141以及膨胀活塞151均连接至同一个曲柄轴110。优选地，第一燃烧缸130和第二燃烧缸140呈v形布置，以提高功率密度。膨胀缸150外优选设置有隔热层155，以充分利用废热，提高热效率。在本实施方式中，曲柄轴110每旋转2周，即720
°
，分缸循环内燃机100完成一个完整的进气、压缩、燃烧、排气的过程。
70.压缩缸120与第一燃烧缸130和第二燃烧缸140均连通，以向二者提供预压缩的空气。膨胀缸150与第一燃烧缸130和第二燃烧缸140均连通，以接收二者产生的燃烧废气。
71.并且，第一燃烧活塞131与第二燃烧活塞141同步运动，即二者同时到达上止点或下止点。或者说二者的曲柄相位相同或为360
°
。优选地，压缩活塞121与膨胀活塞151同步，且当压缩活塞121与膨胀活塞151均处于下止点时，第一燃烧活塞131与第二燃烧活塞141同时处于上止点。并且，当压缩活塞121与膨胀活塞151均处于上止点时，第一燃烧活塞131与第二燃烧活塞141同时处于下止点。示例性地，压缩活塞121与第一燃烧活塞131的曲柄相位
差为180
°
，压缩活塞121与第二燃烧活塞141的曲柄相位差为540
°
。膨胀活塞151与第一燃烧活塞131的曲柄相位差为180
°
，膨胀活塞151与第二燃烧活塞141的曲柄相位差为540
°
。
72.示例性地，曲柄轴包括主轴颈(未示出)和从所述主轴颈凸出的第一曲轴颈(未示出)、第二曲轴颈(未示出)、第三曲轴颈(未示出)和第四曲轴颈(未示出)。其中第一曲轴颈与压缩活塞121连接，第二曲轴颈与第一燃烧活塞131连接，第三曲轴颈述第二燃烧活塞141连接，第四曲轴颈与膨胀活塞151连接。并且，第一曲轴颈和第二曲轴颈绕主轴颈的周向的相位差为180
°
，第二曲轴颈和第三曲轴颈绕主轴颈的周向的相位差为0
°
，第三曲轴颈和第四曲轴颈绕主轴颈的周向的相位差为0
°
。
73.优选地，当第一燃烧缸130和第二燃烧缸140呈v形排列时，第二曲轴颈和第三曲轴颈可以为同一个，即v形排列第一燃烧缸130和第二燃烧缸140连接至同一个曲轴颈。
74.第一燃烧缸130的顶部和第二燃烧缸140的顶部分别设置有第一喷油器135和第二喷油器145。且控制装置与第一喷油器135和第二喷油器145均信号连接。控制装置配置为当第一燃烧活塞131每次位于上止点时控制第一喷油器135和第二喷油器145中的一个喷油，且第一喷油器135和第二喷油器145依次交替喷油。换言之，第一喷油器135和第二喷油器145的曲柄相位差为360
°
。或者说，第一燃烧活塞131与第二燃烧活塞141的曲柄相位差为360
°
。以使得曲柄轴110每旋转360
°
的过程中均有一个燃烧缸进行做功。
75.根据本实用新型的分缸循环内燃机100，压缩缸120和膨胀缸150每次往复均有一个燃烧缸做功，使得压缩缸120和膨胀缸150没有无效冲程。即，压缩活塞121每次上行均有一个燃烧缸在进气，膨胀活塞151每次下行均有一个燃烧缸在排气，大幅度提高了功率密度，提高了内燃机热效率。
76.具体而言，参考图2和图3。压缩缸120设置有第一送气阀122、第二送气阀123和至少一个吸气阀124。控制装置与第一送气阀122、第二送气阀123和至少一个吸气阀124均信号连接。压缩缸120通过第一送气阀122与第一燃烧缸130连通，并通过第二送气阀123与第二燃烧缸140连通。吸气阀124通过吸气管125从外界吸气，在本实施方式中，设置有两个吸气阀124。
77.控制装置配置为当压缩活塞121每次位于下止点时控制第一送气阀122和第二送气阀123中的一个打开，且第一送气阀122和第二送气阀123依次交替打开。即，第一送气阀122和第二送气阀123的曲柄相位差为360
°
。
78.并且在第一送气阀122打开时，第二喷油器145喷油，在第二送气阀123打开时，第一喷油器135喷油。当压缩活塞121每次从上止点向下止点运动的过程中，控制第一送气阀122和第二送气阀123均关闭。换言之，第一送气阀122与第一喷油器135的曲柄相位为360
°
，第二送气阀123与第二喷油器145的曲柄相位为360
°
。
79.并且，当第一送气阀122和第二送气阀123中的一个打开时，控制装置控制至少一个吸气阀124关闭，当第一送气阀122和第二送气阀123均关闭时，控制装置控制至少一个吸气阀124打开。示例性地，至少一个吸气阀124与第一送气阀122的曲柄相位为180
°
，至少一个吸气阀124与第二送气阀123的曲柄相位为540
°
。
80.继续参考图2，第一燃烧缸130上设置有第一可变正时进气阀132，其通过第一进气管133与第一送气阀122连通。第二燃烧缸140上设置有第二可变正时进气阀142，其通过第二进气管143与第二送气阀123连通。控制装置与第一可变正时进气阀132和第二可变正时
进气阀142均信号连接，以在第一燃烧缸130进入进气冲程时控制第一可变正时进气阀132打开，并在第二燃烧缸140进入进气冲程时控制第二可变正时进气阀142打开。在这种情况下，由于第一可变正时进气阀132与第一送气阀122之间，以及第二可变正时进气阀142与第二送气阀123之间开闭可能不同步，由此第一进气管133和第二进气管143构造为可用于储存气体，以使得燃烧缸能够进气充分。在本实施方式中，设置可变正时进气阀，能够使得分缸循环内燃机100具有多种工况，即能够适应变工况的条件，有利于节省能源。
81.继续参考图2，膨胀缸150设置有第一膨胀阀152、第二膨胀阀153和至少一个出气阀154。第一燃烧缸130还设置有第一排气阀134，第二燃烧缸140还设置有第二排气阀144。
82.其中，第一排气阀134与第一膨胀阀152通过第一排气管136连通，第二排气阀144与第二膨胀阀153通过第二排气管146连通。出气阀154通过出气管156向外界排气。在本实施方式中，设置有两个出气阀154。控制装置与第一膨胀阀152、第二膨胀阀153、第一排气阀134、第二排气阀144和至少一个出气阀154均信号连接。
83.其中，第一排气阀134与第一膨胀阀152同步开闭，第二排气阀144与第二膨胀阀153同步开闭。并且控制装置配置为当第一喷油器135喷油后且第一燃烧活塞131从上止点运动至下止点时，控制第一排气阀134打开，第二排气阀144关闭。当第二喷油器145喷油后且第二燃烧活塞141从上止点运动至下止点时，控制第二排气阀144打开，第一排气阀134关闭。即，第一排气阀134打开和第二排气阀144的曲柄相位差为360
°
，且第一排气阀134和第一喷油器135的曲柄相位差为360
°
，第二排气阀144和第二喷油器145的曲柄相位差为360
°
。当燃烧活塞从上止点向下止点运动的过程中，控制第一排气阀134和第二排气阀144均关闭。
84.当第一膨胀阀152和第二膨胀阀153中的一个打开时，控制至少一个出气阀154关闭，当第一膨胀阀152和第二膨胀阀153均关闭时，控制至少一个出气阀154打开。示例性地，至少一个出气阀154与第一膨胀阀152的曲柄相位为180
°
，至少一个出气阀154与第二膨胀阀153的曲柄相位为540
°
。
85.在一种可选实施方式中，膨胀缸150的容积是压缩缸120容积的2～2.5倍。优选地，膨胀缸150的容积是压缩缸120容积的2.3倍。由此，能够使得废气在膨胀缸150内完全膨胀，即膨胀为常压，以最大幅度了利用废气进行做功。
86.可选地，在本实施方式中，第一燃烧缸130与第二燃烧缸140的容积优选相同。并且，压缩缸120的容积是第一燃烧缸130容积的3倍以上，由此使得第一燃烧缸130和第二燃烧缸140能够进气充分，提高热效率。
87.未示出的实施方式中，第一燃烧缸130与第二燃烧缸140的容积可以根据实际需要设置。
88.根据本实用新型的分缸循环内燃机100，热效率可达57％以上。
89.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
90.本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领
域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。