本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)機(jī)械領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前，單缸往復(fù)式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)有四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，但它們熱力對(duì)外做功只發(fā)生在其中一個(gè)過程中，即膨脹做工過程，而其他過程如吸氣、排氣、壓縮過程，活塞的動(dòng)力都靠慣性輪來維持。雖然多缸組合的發(fā)動(dòng)機(jī)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)軸趨于連續(xù)輸出功，但是對(duì)于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)來說，他是不連續(xù)的，有較大波動(dòng)的，且發(fā)動(dòng)機(jī)功率理論上也受到了沖程數(shù)的限制。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)需求越來越小型化和大功率化，需要將現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)存在的弊端做進(jìn)一步細(xì)化和改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)，其輸出功率較為穩(wěn)定，且輸出功率較高。本發(fā)明的目的還在于提供上述發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，該方法能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率較為穩(wěn)定，且輸出功率較高。

本發(fā)明提供的一種發(fā)動(dòng)機(jī)，包括氣缸、設(shè)置于所述氣缸內(nèi)的第一活塞和第二活塞，所述第一活塞和所述第二活塞將所述氣缸的內(nèi)腔依次分隔為第一側(cè)內(nèi)腔、中間內(nèi)腔和第二側(cè)內(nèi)腔。

優(yōu)選地，所述氣缸設(shè)有第一排氣口和第二排氣口；當(dāng)所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔同時(shí)膨脹至最大時(shí)，所述第一排氣口和所述第二排氣口一一對(duì)應(yīng)的與所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔相通、并與所述中間內(nèi)腔隔開；當(dāng)所述中間內(nèi)腔膨脹至最大時(shí)，所述第一排氣口和所述第二排氣口與所述中間內(nèi)腔相通、并與所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔隔開。

優(yōu)選地，沿所述第一側(cè)內(nèi)腔至所述第二側(cè)內(nèi)腔的方向，所述第一排氣口和所述第二排氣口設(shè)置在內(nèi)腔長(zhǎng)度的1/4～3/4的位置之間。

優(yōu)選地，所述第一排氣口設(shè)置在內(nèi)腔長(zhǎng)度的1/4～1/3的位置之間，所述第二排氣口設(shè)置在內(nèi)腔長(zhǎng)度的2/3～3/4的位置之間。

優(yōu)選地，所述第一側(cè)內(nèi)腔、中間內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔的腔壁上均對(duì)應(yīng)設(shè)置有噴油嘴、噴氣嘴和火花塞。

優(yōu)選地，所述噴油嘴和所述噴氣嘴的噴射方向均沿所述氣缸的內(nèi)圓周的切線方向。

優(yōu)選地，所述噴油嘴和所述噴氣嘴均向所述氣缸的中心方向噴射。

優(yōu)選地，所述火花塞安裝在油氣最先混合的位置。

優(yōu)選地，與所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔對(duì)應(yīng)設(shè)置的噴油嘴、噴氣嘴和火花塞，全部設(shè)置在所述氣缸的側(cè)壁上、全部設(shè)置在所述氣缸的端蓋上、或者至少一者設(shè)置在所述氣缸的側(cè)壁上其它設(shè)置在所述氣缸的端蓋上；與所述中間內(nèi)腔對(duì)應(yīng)設(shè)置的噴油嘴、噴氣嘴和火花塞都設(shè)置在所述氣缸的側(cè)壁上。

優(yōu)選地，所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔的容積之和等于所述中間內(nèi)腔的容易，且所述中間內(nèi)腔的噴油量為所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔的噴油量之和的1.5-2.5倍

本發(fā)明還提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，基于如上任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括步驟：

所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔內(nèi)的燃料同時(shí)燃燒產(chǎn)生膨脹力，以推動(dòng)所述第一活塞和所述第二活塞同時(shí)壓縮所述中間內(nèi)腔；

所述中間內(nèi)腔內(nèi)的燃料燃燒產(chǎn)生膨脹力，以推動(dòng)所述第一活塞和所述第二活塞同時(shí)向兩側(cè)方向運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，在一個(gè)氣缸中設(shè)置有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞將氣缸的內(nèi)腔依次分隔為第一側(cè)內(nèi)腔、中間內(nèi)腔和第二側(cè)內(nèi)腔。其中，第一側(cè)內(nèi)腔內(nèi)的燃料燃燒時(shí)，能夠推動(dòng)第一活塞做功，第二側(cè)內(nèi)腔內(nèi)的燃料燃燒時(shí)，能夠推動(dòng)第二活塞做功，中間內(nèi)腔的燃料燃燒時(shí)，能夠同時(shí)推動(dòng)第一活塞和第二活塞做功。本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)，可控制其第一側(cè)內(nèi)腔和第二側(cè)內(nèi)腔內(nèi)的燃料同時(shí)燃燒產(chǎn)生膨脹力，以推動(dòng)第一活塞和第二活塞同時(shí)壓縮中間內(nèi)腔；而后控制中間內(nèi)腔內(nèi)的燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的膨脹力，以推動(dòng)第一活塞和第二活塞同時(shí)向兩側(cè)方向運(yùn)動(dòng)。如此設(shè)置，第一活塞和第二活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)活塞的每次運(yùn)動(dòng)都是由熱力膨脹做功推動(dòng)，輸出為連續(xù)輸出，波動(dòng)較小，而且該類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的單缸功率較高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中噴油嘴和噴氣嘴都設(shè)置在氣缸壁上時(shí)的示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中噴油嘴和噴氣嘴都設(shè)置在氣缸蓋上時(shí)的示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式中第一側(cè)內(nèi)腔和第二側(cè)內(nèi)腔中的噴氣嘴、噴油嘴及火花塞都安裝在氣缸蓋上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式中第一側(cè)內(nèi)腔和第二側(cè)內(nèi)腔中的噴氣嘴、噴油嘴及火花塞都安裝在氣缸的側(cè)壁上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式中第一側(cè)內(nèi)腔和第二側(cè)內(nèi)腔中的噴氣嘴、噴油嘴安裝在氣缸的側(cè)壁、火花塞安裝在氣缸蓋上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式中中間內(nèi)腔中噴氣嘴、噴油嘴和火花塞均安裝在中間內(nèi)腔的側(cè)壁上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-圖6中：

第一活塞--11、第二活塞--12、氣缸—13、第一側(cè)內(nèi)腔—14、中間內(nèi)腔--15、第二側(cè)內(nèi)腔—16、第一傳動(dòng)桿—17、第二傳動(dòng)桿—18、第一曲柄連桿--19、第二曲柄連桿—20、氣缸蓋—21、第一排氣口—22、第二排氣口—23。

具體實(shí)施方式

本具體實(shí)施方式的核心在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)，其輸出功率較為穩(wěn)定，且輸出功率較高。

以下，參照附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說明。此外，下面所示的實(shí)施例不對(duì)權(quán)利要求所記載的發(fā)明內(nèi)容起任何限定作用。另外，下面實(shí)施例所表示的構(gòu)成的全部?jī)?nèi)容不限于作為權(quán)利要求所記載的發(fā)明的解決方案所必需的。

請(qǐng)參閱圖1-圖2，本具體實(shí)施方式提供的發(fā)動(dòng)機(jī)，其可以連續(xù)膨脹做工，該發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)氣缸13中裝入第一活塞11和第二活塞12，第一活塞11和第二 活塞12將氣缸13的內(nèi)腔分隔成三個(gè)相互獨(dú)立的小氣缸內(nèi)腔，即第一側(cè)內(nèi)腔14、中間內(nèi)腔15和第二側(cè)內(nèi)腔16。

需要說明的是，本具體實(shí)施方式中氣缸13可以為直線型，當(dāng)然也可為弧形、v型等結(jié)構(gòu)，只需能夠保證第一活塞11和第二活塞12在氣缸13的內(nèi)腔的順利滑動(dòng)即可。發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出做功，比如，第一活塞11和第二活塞12可分別對(duì)應(yīng)連接有第一傳動(dòng)桿17和第二傳動(dòng)桿18，第一傳動(dòng)桿17和第二傳動(dòng)桿18的另一端分別對(duì)應(yīng)連接有第一曲柄連桿19和第二曲柄連桿20，其中第一傳動(dòng)桿17和第二傳動(dòng)桿18需要與氣缸13的氣缸蓋21之間實(shí)現(xiàn)密封滑動(dòng)配合。

中間內(nèi)腔15內(nèi)的燃料燃燒時(shí)，中間內(nèi)腔15膨脹，能夠推動(dòng)第一活塞11和第二活塞12向兩側(cè)方向運(yùn)動(dòng)，以壓縮第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16。當(dāng)兩側(cè)的第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16內(nèi)的燃料燃燒時(shí)，第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16同時(shí)膨脹，進(jìn)而推動(dòng)第一活塞11和第二活塞12向中間方向運(yùn)動(dòng)，以壓縮中間內(nèi)腔15，工作時(shí)，第一活塞和第二活塞呈鏡面對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。這樣構(gòu)成了活塞的一個(gè)往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，此過程中的動(dòng)力輸出都是由熱力膨脹過程推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)軸在較大功率下平穩(wěn)輸出，同時(shí)減小沖擊和波動(dòng)，減小慣性輪的尺寸，減小發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和體積；也使得單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)具備兩根軸，且兩根軸的轉(zhuǎn)速和軸功率相等。

當(dāng)然，本具體實(shí)施方式提供的發(fā)動(dòng)機(jī)，也可進(jìn)行如下控制，可首先控制第一側(cè)內(nèi)腔14內(nèi)的燃料燃燒產(chǎn)生膨脹力，以推動(dòng)第一活塞和第二活塞向壓縮第二側(cè)內(nèi)腔的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到極限位置后，第二側(cè)內(nèi)腔內(nèi)的燃料燃燒產(chǎn)生膨脹力，以推動(dòng)第二活塞或第一活塞向第一側(cè)內(nèi)腔方向壓縮，如此循環(huán)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，也可通過其它方式實(shí)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，比如，根據(jù)實(shí)際情況控制單個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)，或者控制兩個(gè)活塞同時(shí)運(yùn)動(dòng)。

本具體實(shí)施方式中，氣缸13的側(cè)壁上設(shè)有第一排氣口22和第二排氣口23；當(dāng)?shù)谝粋?cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16同時(shí)膨脹至最大時(shí)，第一排氣口22和第二排氣口23一一對(duì)應(yīng)的與第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16相通、并與中間內(nèi)腔15隔開，以將第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16中燃燒后的廢氣排出，并保證中間內(nèi)腔15中的待燃燒燃料被壓縮；當(dāng)中間內(nèi)腔15膨脹至最大時(shí)，第一排氣口22和第二排氣口23與中間內(nèi)腔15相通、并與第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16隔開，以將中間內(nèi)腔15中的廢氣排出，并保證第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16中的待燃燒燃料能夠被壓縮。

優(yōu)選地，沿氣缸13的內(nèi)腔的延伸方向，第一排氣口22和第二排氣口23設(shè)置在內(nèi)腔長(zhǎng)度的1/4～3/4的位置之間。

進(jìn)一步地，第一排氣口22設(shè)置在內(nèi)腔長(zhǎng)度的1/4～1/3的位置之間，第二排氣口23設(shè)置在內(nèi)腔長(zhǎng)度的2/3～3/4的位置之間。如此，最大程度地避免了中間內(nèi)腔15膨脹不完全而導(dǎo)致燃料的浪費(fèi)。

另外，需要說明的是，本具體實(shí)施方式提供的發(fā)動(dòng)機(jī)可以為燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)然也可為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，或者，可以為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，也可為火花塞點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。下面內(nèi)容，本文以火花塞點(diǎn)燃式為例對(duì)本具體實(shí)施方式提供的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

第一側(cè)內(nèi)腔14、中間內(nèi)腔15和第二側(cè)內(nèi)腔16中都各自配有噴油嘴和噴氣嘴以及火花塞。

與第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16對(duì)應(yīng)設(shè)置的噴油嘴、噴氣嘴和火花塞，可以全部設(shè)置在氣缸的側(cè)壁上、或者全部設(shè)置在所述氣缸的端蓋上、或者至少一者設(shè)置在氣缸的側(cè)壁上其它設(shè)置在氣缸的端蓋上；與中間內(nèi)腔15對(duì)應(yīng)設(shè)置的噴油嘴、噴氣嘴和火花塞都設(shè)置在氣缸13的側(cè)壁上。

請(qǐng)參考圖3-圖6，本具體實(shí)施方式針對(duì)兩個(gè)側(cè)內(nèi)腔和中間內(nèi)腔15的不同位置設(shè)計(jì)了噴油嘴、噴氣嘴和火花塞可能的安裝位置，并按a-b-c優(yōu)選等級(jí)從上到下排列，其中，圖3-圖6中，最優(yōu)選等級(jí)為a級(jí)中所示的安裝方式。

圖中，噴油嘴、噴氣嘴和火花塞分別用x，y，z表示；噴油和噴氣方向如箭頭所示。其中，中間內(nèi)腔15的噴油嘴、噴氣嘴、火花塞均是安裝在氣缸13壁上的；它的優(yōu)選等級(jí)方案中，a級(jí)表示噴油和噴氣要么都斜向圓周的切向噴射混合；要么都向著中心噴射混合；火花塞安置油霧和空氣最先混合處；更具體的，當(dāng)噴油和噴氣都為斜向圓周同一方向噴射時(shí)(即a等級(jí)左邊圖所示)要求噴油的方向更靠近內(nèi)側(cè)，而噴氣方向靠近外側(cè)，即噴氣方向盡可能沿著內(nèi)側(cè)壁；以保證油霧在空氣的包裹范圍內(nèi)盡可能燃盡。b級(jí)表示噴油嘴和噴氣嘴安裝在氣缸13的對(duì)立面位置；此種方法也是要么向著圓周的切向斜著噴出，要么向著中間軸線處噴出；其中，按左邊所示的情況，火花塞安裝在二者噴射方向的中間位置；而右邊圖則任意安裝。c級(jí)為b級(jí)的一種情況，它表示噴油和噴氣都沿著氣缸13壁，且都按同一時(shí)針方向噴射，該種方法是可行的，只是混合速度不如前兩個(gè)等級(jí)快，影響燃燒速度；火花塞安裝在噴油嘴和空氣噴嘴前端一段距離均可，但安裝在噴油前可能會(huì)造成油多氣少而不完全燃燒。

兩個(gè)側(cè)內(nèi)腔的噴油嘴、噴氣嘴和火花塞安裝的較為靈活，可以全部安裝在側(cè)壁，也可以全部安裝在氣缸蓋21上，還可以分別安裝在氣缸13壁和氣缸蓋21上。

如圖4所示的為全部安裝在氣缸13壁上的情況，這種情況與中間氣缸13的安裝是一樣的，這里不再贅述。

如圖3所示的為全部安裝在汽缸蓋時(shí)的情況，這種方式也是目前常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝方式。其中a級(jí)表示噴油嘴、噴氣嘴和火花塞安裝在彼此都較接近的位置，左圖表示噴油和噴氣均直接噴向氣缸13的情況，火花塞安裝在最先混 合處；右圖表示噴油和噴氣均向著同一方向的側(cè)壁噴射，火花塞安裝在最先混合處。

如圖5所示，此種安裝方式與上述中間內(nèi)腔15上的安裝方式僅火花塞的安裝位置改在了氣缸蓋21上，其他要點(diǎn)是一樣的，這里不再贅述。

本具體實(shí)施方式還提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，基于如上具體實(shí)施方式中所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括步驟：

所述第一側(cè)內(nèi)腔和所述第二側(cè)內(nèi)腔內(nèi)的燃料同時(shí)燃燒產(chǎn)生膨脹力，以推動(dòng)所述第一活塞和所述第二活塞同時(shí)壓縮所述中間內(nèi)腔；

所述中間內(nèi)腔內(nèi)的燃料燃燒產(chǎn)生膨脹力，以推動(dòng)所述第一活塞和所述第二活塞同時(shí)向兩側(cè)方向運(yùn)動(dòng)。

如此，本具體實(shí)施方式提供的發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率較為穩(wěn)定，且輸出功率較高。

另外，本方案中要求油液和空氣處于高壓狀態(tài)，壓力大于噴入時(shí)的氣缸壓力，以方便噴入氣缸，此時(shí)的氣缸壓力是大于大氣壓的，所以需要空氣先被壓縮成高壓狀態(tài)才能噴入；

而且第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16的容積之和等于所述中間內(nèi)腔15的容積，使得兩端氣缸的燃料噴入量相同，但是中間內(nèi)腔15的噴油量理論上為第一側(cè)內(nèi)腔14和第二側(cè)內(nèi)腔16的噴油量之和的1.5-2.5倍。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。