[发明专利]一种双活塞杠杆高效发动机及其做功控制方法

说明书

本发明公开了一种双活塞杠杆高效发动机，包括发动机缸体，所述发动机缸体内设置有曲轴，所述曲轴通过一连杆连接一本活塞，所述发动机缸体的内还设置有一顶活塞，所述顶活塞通过一凸轮轴机构驱动。本发动机在做功冲程开始时，活塞在上止点位置，这时不具备做功条件(燃料不开始燃烧)，曲轴在惯性的作用下带动本活塞开始向下止点运行，同时同步凸轮轴机构开始加速推动顶活塞向下推过来。曲轴达到设定的角度时，顶活塞加速推行到近端位置，两个活塞之间形成一个密闭、狭小的压缩空间，同时燃料瞬间燃烧产生最大的压力(推力)，推动本活塞向下运行，同步曲轴有一定的角度，就会产生一个杠杆效应，把最大的推力高效的转化成旋转的动能输出。

技术领域

本发明属于发动机领域，具体而言涉及一种内燃发动机。

背景技术

众所周知，内燃发动机是燃料在缸筒、缸盖、活塞所形成的密闭空间内瞬间燃烧，产生的高压、高温气体推动活塞来实现内能向动能的转化，其基本结构参见图1所示。为了满足燃烧所需的三个条件燃料、氧气和燃点，内燃发功机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环。一个工作循环曲轴转两圈，做功冲程完成一次能量转化。备注:曲轴和活塞通过连杆连接在一起，两个部件运行是同步的。即曲轴在上止点或下止点位置时，活塞同步在上止点或下止点位置，连杆两端受的力的大小相等。

以下简要介绍，现有内燃机的做功过程：

1）吸气冲程:曲轴在外力惯性的作用下旋转，从上止点带动活塞向下运行，进气门开启，吸入空气和燃料混合气体(柴油机只吸入空气)一直到下止点，进气门关闭，吸气冲程结束。

2）压缩冲程:曲轴在外力惯性的作用下旋转，从下止点推动活塞向上运行，压缩吸入的气体，一直到上止点，压缩冲程结束。

3）做功冲程:曲轴旋转，活塞在止止点位置，燃料在密闭、狭小的压缩空间内，瞬间燃烧产生高压、高温气体推动活塞向下运行，活塞通过连杆把向下的推力转化成曲轴的旋转力对外输出，一直到下止点，做功冲程结束。

4）排气冲程:曲轴在外力惯性的作用下旋转，从下止点推动活塞向上运行，排气门开启，排出燃烧产生的废气，一直到上止点，排气门关闭，排气冲程结束。

做功冲程中活塞在气缸内作往复运动，曲轴以主轴颈为圆心，以主轴颈和连杆轴颈的圆心距为半径，作旋转运动。

剖析做功冲程：

活塞:做功冲程开始时，活塞和曲轴同步在上止点位置，活塞上端是密闭、狭小的压缩空间，这时燃料瞬间燃烧，产生高压、高温气体，推动活塞向下运行。气体在推动活塞向下运行的同时，活塞上端密闭空间增大，气体膨胀，压力降低，对活塞的推力持续减小。

曲轴:做功冲程开始时，曲轴在上止点位置，曲轴主轴颈的圆心点、连杆轴颈的圆心点和活塞销圆心点，三点在一条垂直线上(缸筒圆心点与曲轴主轴颈圆心点的直线上)，这时活塞上端密闭、狭小的压缩空间，燃料瞬间燃烧，产生的气体压力最高，对活塞的推力也最大。反而因为圆心点(曲轴主轴颈的圆心点)，旋转点(连杆轴颈的圆心点)和推力点(活塞销圆心点)三点在一条垂直线上，曲轴对这个最大推力的转化效率是零(曲轴不能把最大的推力转化成旋转动力输出)。而随着做功冲程的继续曲轴旋转，圆心点、旋转点和推力点，三点形成一个三角形。曲轴圆心点和旋转点形成一个杠杆转动过程中动力大小的变化。即做功冲程曲轴对活塞推动的转化效率。

由上述分析得知，现有技术的内燃机在做功冲程时，气体对活塞的推力是由大持续到小的减小变化过程，而曲轴对推力的转化过程是由小到大再到小的转化过程。这种情况下可以发现，最大的推力得不到最大的较化效率。而目前，现有技术中为了获得更大的动力输出，普遍采用了增压、增压中冷、四气门、缸内直喷、可变压缩比等技术，只是增加了做功冲程时的燃烧比，获得了更大的燃烧压力(推力)，反而忽略了曲轴从上止点(0度)到下止点(180度)之间的杠杆变化，错失了做功冲程中杠杆原理的使用，降低了曲轴对活塞推力的转化效率。

发明内容