缸外压缩可变冲程发动机.pdf

一种可变冲程内燃式发动机，主要结构由曲轴，连杆，活塞，汽缸，汽缸盖，储气罐，恒压机构，燃料供应机构，进气机构，点火机构，排气机构，等组成。发动机的压缩过程在汽缸外进行，发动机可以在曲轴旋转一周进行一次点火做功工作在2冲程状态，也可以曲轴旋转2周完成一次做功过程工作在四冲程状态，还可以曲轴旋转3周或3周以上完成一次点火做功工作在多冲程状态。发动机可以工作在多种冲程状态，输出不同功率，通过改变压缩比可以使用不同燃料，具有运行平稳，低噪音，低震动，高效率的优点。

1.  一种缸外压缩可变冲程发动机，发动机的主要由曲轴，连杆，活塞，汽缸，汽缸盖，储气罐，恒压机构，燃料供应机构，进气机构，点火机构，排气机构，等组成。曲轴通过连杆带动活塞在汽缸内做往复运动。进气机构，点火机构，排气机构置于汽缸盖上，储气罐向恒压机构提供压缩空气，进气机构向汽缸周期性地提供恒压机构供来符合压缩比要求的的压缩气，燃料供应机构与进气机构同步供应燃料。点火机构周期性地为汽缸内的混合气点火，排气机构将做功后的废气排除汽缸。其特征是：工作在缸外压缩状态时压缩过程在汽缸外完成，压缩气体由汽缸外的供气机构直接向汽缸注入，活塞在缸内运行无压缩过程。

2.  根据权利要求1所述的发动机，其特征是：改变一个做功周期曲轴旋转的周数即可改变发动机的冲程，发动机的冲程为可变冲程。

3.  根据权利要求1所述的发动机，其特征是：注入汽缸内的压缩气压力值可根据燃料需要而改变，改变压力值便可改变发动机的压缩比，使发动机能使用不同燃料。

4.  根据权利要求1所述的发动机，可改变进气机构，排气机构的开闭时机，使发动机能按常规缸内压缩四冲程发动机工作状态运行。

缸外压缩可变冲程发动机
所属技术领域
本发明涉及一种内燃式发动机，尤其是将压缩过程置于缸外完成的缸外压缩可变冲程发动机。
背景技术
目前，公知的内燃式发动机有两冲程发动机和四冲程发动机，其共同点是工作过程都是由进气，压缩，燃烧做功，排气四个过程完成一个做功周期。其工作原理是发动机将气体吸入汽缸压缩后点燃压缩的混合气体，燃烧产生高温加热缸内的压缩气体，使气体急剧膨胀推动活塞运动。二冲程发动机是在一个曲轴旋转周期360°内完成四个过程，即曲轴每旋转一周，单个汽缸便做一次功，其优势是输出功率大，缺点是油耗高。四冲程发动机是在两个曲轴旋转周期720°内完成四个冲程，即曲轴旋转两周，单个汽缸做一次功，具有低油耗的优点，但在同排量同转速的情况下四冲程发动机输出功率比二冲程发动机小。目前的发动机设计定型后便有了固定的冲程和固定的压缩比，每款发动机只能固定使用一种燃料，工作在固定的冲程状态，在同转速下输出固定的输出功率。发动机压缩过程在汽缸内完成，高速度大压缩比对缸内气体进行压缩时会使汽缸内的气体温度在点火前就急剧上升，使压缩气体提前膨胀，对活塞产生巨大的阻力，一方面会消耗发动机的功率，另一方面降低汽缸内气体的膨胀效率，从而降低发动机的效率。
为了克服现有的发动机不可改变冲程，不可改变压缩比以及效率低下的缺陷，本发明提供一种缸外压缩可变冲程发动机，该发动机可改变冲程，用不同的冲程工作，满足不同功率输出的要求，也能根据需要改变压缩比来达到改变输出功率和使用不同燃料的需求，使用常温或低温压缩气来提升气体膨胀效率，提升发动机的效率，达到节能的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：发动机的主要结构由曲轴，连杆，活塞，汽缸，汽缸盖，储气罐，恒压机构，燃料供应机构，进气机构，点火机构，排气机构，等组成。曲轴通过连杆带动活塞在汽缸内做往复运动。进气机构，点火机构，排气机构置于汽缸盖上，储气罐向恒压机构提供压缩空气，进气机构向汽缸周期性地提供符合压缩比要求的压缩气，燃料供应机构向汽缸内喷射燃料。点火机构周期性地为汽缸内的混合气点火，排气机构将做功后的废气排除汽缸。其工作过程是：储气罐用于储存供发动机使用的压缩空气，储气罐内压缩空气压力值高于发动机设计压缩比的压力，恒压机构向汽缸内提供符合发动机设计压缩比的压缩空气，当活塞由下止点向上止点运行时，排气门打开，将汽缸内的气体排除汽缸，活塞运行接近上止点时，进气机构向汽缸内注入符合压缩比要求的压缩气完成进气过程，同时燃料喷射机构喷射燃料在汽缸内形成可燃混合气，点火机构开始点火，压缩混合气燃烧产生高温使汽缸内的气体急剧膨胀，产生巨大的压力推动活塞运行，完成做功过程。在需要大功率输出时，曲轴每旋转一周进行一次点火做功，此时发动机工作在2冲程状态；如果需要工作在常规四冲程状态时，曲轴旋转2周完成一次点火做功，此时发动机便工作在四冲程状态；如果需要发动机更小功率输出，可以在曲轴旋转3周或3周以上完成一次点火做功，此时发动机便工作在多冲程状态。在储气罐内无压缩空气或压力值达不到要求时，在燃料供应机构，进气机构，点火机构，排气机构等配合下，发动机按常规四冲程发动机工作状态运行，此时发动机工作于缸内压缩的常规四冲程状态。
发动机改变冲程数便可改变发动机输出功率，以满足不同工作状态下的需求，达到节能的目的。由于发动机活塞在缸内没有压缩过程，活塞在缸内的运行没有压缩阻力，发动机运行会更加平稳，具有低震动，低噪音的有点。由于采用缸外压缩技术，改变缸外供应的压缩气体的压力值便可改变发动机的压缩比，此发动机可以根据燃料的压缩比要求改变压缩比，适应不同燃料，因此发动机能使用不同的燃料。压缩气以常温状态或低温状态下注入汽缸，没有常规发动机在压缩过程中产生的热量而造成的燃烧前气体膨胀，大幅提升了气体的膨胀效率，进一步提升发动机的效率，也避免了常规发动机压缩比过高时混合气提前燃烧产生“爆缸”缺陷。
本发明的有益效果是，发动机效率大幅提高，能在同排量同转速时输出多种功率，能使用不同的燃料，发动机运行平稳，具有低噪音低震动等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明活塞位于下止点的示意图。
图2是本发明活塞接近上止点进气的示意图。
图3是本发明点火做功冲程的示意图。
图4是本发明排气冲程的示意图。
图中1.曲轴，2.连杆，3.活塞，4.汽缸，5.进气机构，6.燃料喷射机构，7.点火机构，8.排气机构，9.恒压机构，10.储气罐。
具体实施方式
在图1中，曲轴(1)旋转，使连杆(2)带动活塞(3)在汽缸(4)内作往复运动，储气罐(10)向恒压机构(9)供应高于发动机设计压缩比例压力值的压缩气体，恒压机构(9)通过进气机构(5)向汽缸(4)内压入符合发动机设计压缩比要求的压缩气体，同时燃料喷射机构(6)在需要做功的冲程时向汽缸内喷射燃料，在汽缸内形成可燃压缩混合气，点火机构(7)对汽缸(4)内的可燃混合气进行点火，混合气燃烧产生的高温使汽缸(4)内产生高压，推动活塞(3)做功，排气机构(8)将汽缸内的废气排除汽缸。当活塞运行到图1的位置时便是一个做功周期的开始。图一至图4是曲轴(1)旋转一周活塞的运行状况，下面就发动机工作在不同冲程状态作具体说明：
发动机工作在2冲程状态：当活塞运行到图1的位置时是一个做功周期的开始，此时排气机构(8)打开，进气机构(5)关闭，活塞(3)向上运动，汽缸(4)内的气体从排气机构(8)排出，当活塞(3)运行到图2的位置时，排气机构(8)关闭，进气机构(5)打开，恒压机构(9)将符合压缩比的压缩气体压入汽缸(4)，同时燃料喷射机构(6)向汽缸(4)内喷射燃料，在汽缸(4)内形成可燃压缩混合气，活塞(3)继续运行到图3的位置时，进气机构(5)关闭，点火机构(7)点火，混合气在汽缸(4)内燃烧，燃烧产生的热量使汽缸(4)内的气体温度升高，汽缸(4)内的气体在高温下膨胀产生高压气体推动活塞(3)运行做功，当活塞运行到图一的位置时完成一个做功周期，开始下一个做功周期，这样，曲轴每旋转一周，发动机便做一次功，发动机工作在2冲程状态，此时发动机输出功率最大。
发动机工作在4冲程状态：当活塞(3)运行到图1的位置时是一个做功周期的开始，此时排气机构(8)打开，进气机构(5)关闭，活塞(3)向上运行，汽缸(4)内的气体从排气机构(8)排出，当活塞(3)运行到图2的位置时，排气机构(8)关闭，进气机构(5)打开，恒压机构(9)将符合压缩比的压缩气体压入汽缸(4)(为节省压缩气体可以设计成此时进入汽缸内的是常压气体)，与2冲程状态不同的是燃料喷射机构此时不喷射燃料，活塞继续运行到图3的位置时，进气机构(5)关闭，点火机构(7)点火(点火机构可以设计成此时不点火)，由于无燃料喷射，汽缸(4)内此周期无燃烧过程，此过程不做功，活塞(3)在发动机的惯性作用下继续运行到第2次到达图2的位置时排气机构(8)关闭，进气机构(5)打开，恒压机构(9)将符合压缩比的压缩气体压入汽缸(4)，同时燃料喷射机构(6)向汽缸(4)内喷射燃料，在汽缸(4)内形成可燃压缩混合气，活塞(3)继续运行到图3的位置时，进气机构(5)关闭，点火机构(7)点火，混合气在汽缸(4)内燃烧，燃烧产生的热量使汽缸(4)内的气体温度升高，汽缸(4)内的气体在高温下膨胀产生高压气体推动活塞(3)运行做功。此时，曲轴旋转2周发动机有一次点火做功的过程，发动机工作在缸外压缩4冲程状态。当缸外压缩气体压力值达不到设计要求时，改变进气机构和排气机构的开闭状态，使其按常规四冲程发动机工作状态进行开闭，采用常压进气，使发动机工作在常规的缸内压缩四冲程状态。
发动机工作在6冲程或多冲程状态：发动机只需要很小功率输出时，发动机可以根据需要，在曲轴旋转3周或3周以上进行一次点火做功过程，使发动机工作在6冲程或更多冲程状态。
由于不同的燃料需要使用不同的压缩比，而本发明的发动机在的压缩过程在汽缸外完成，可以很方便地调节压缩气体的压力值来改变压缩比，通过改变压缩比使本发动机可以使用多种燃料，缸外提供的压缩气体是常温压缩气体，而常规发动机在缸内压缩时产生的高温使气体提前膨胀，提前膨胀的气体会对发动机产生很大的阻力，还会降低膨胀效率，而本发明的发动机使用常温压缩气使发动机具有更高的效率。同时发动机工作过程无压缩阻力，发动机具有更平稳更低噪音的特点。储气罐内高压气体的来源可以由发动机带动的高效率空压机提供，可设计加气口用其他方式对压缩气体进行补给。