專利名稱：配氣缸活塞式液體輸出動力智能內(nèi)燃發(fā)動機(4)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)動機屬于內(nèi)燃發(fā)動機范疇。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機智能化是內(nèi)燃機汽車智能化的標(biāo)志，目前內(nèi)燃機方面配氣機構(gòu)的數(shù)控還很不理想，活塞運動、動能傳輸無法實施數(shù)控，未能實現(xiàn)發(fā)動機智能化；在控制、節(jié)能、環(huán)保方面存在著缺陷和不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)動機在配氣機構(gòu)、活塞運動、動能傳輸上實現(xiàn)數(shù)控，達(dá)到智能化。技術(shù)方案通過配氣缸、配氣缸缸體結(jié)構(gòu)、伺服電動機及傳動結(jié)構(gòu)、信息反饋結(jié)構(gòu)對燃料配給、排放，對活塞作功能、運動實施控制；通過活塞直接對傳動液體、傳動機構(gòu)、液壓馬達(dá)實現(xiàn)動能輸出，并由活塞、導(dǎo)向缸體感應(yīng)傳感結(jié)構(gòu)反饋活塞運動狀態(tài)；通過傳動機構(gòu)、傳感反饋結(jié)構(gòu)實施對動能傳輸過程控制，實施對活塞運動的控制。
本發(fā)明的技術(shù)特征從以下五個方面闡述(一)配氣缸及缸體結(jié)構(gòu)；活塞結(jié)構(gòu)、作功氣缸結(jié)構(gòu)、功能缸體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向缸體結(jié)構(gòu)。
(二)配氣缸十種功能狀態(tài)、活塞五個運動狀態(tài)的控制、檢測反饋結(jié)構(gòu)及流程。
(三)動能傳動機構(gòu)；動能傳輸型式，傳動機構(gòu)器件控制反饋形式。
(四)作功過程和動能傳輸過程控制形式。
(五)燃料氣體供給結(jié)構(gòu)、點火結(jié)構(gòu)、潤滑結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)構(gòu)；燃料恒量供給型式、預(yù)先控制型式、傳感器控制型式。
(一)配氣缸具有以下結(jié)構(gòu)錐面體(66)，上柱體(68)，吻合面(43)，球面體結(jié)構(gòu)(53)，反應(yīng)腔(50)，功能腔(45)，內(nèi)腔(67)，油道(13)，軸承(73)，傳動結(jié)構(gòu)(G、61、62、63)，動氣鼓。吻合面與球面結(jié)構(gòu)構(gòu)成底面結(jié)構(gòu)。配氣缸缸體具有以下結(jié)構(gòu)錐面體(2)，上柱體(1)，安裝平面(9)，進(jìn)氣口(3)，排氣口(4)，注油孔(11)，氣體燃料噴射結(jié)構(gòu)(5)，雙液體燃料噴射結(jié)構(gòu)(6、7)，點火結(jié)構(gòu)(8)，靜氣鼓。進(jìn)氣口、排氣口、點火結(jié)構(gòu)、噴射結(jié)構(gòu)、注油孔以及反應(yīng)腔、功能腔、油道具有對程分布排列結(jié)構(gòu)，液體燃料噴嘴并列排列構(gòu)成雙液體燃料噴射結(jié)構(gòu)。配氣缸錐面體、上柱體與缸體錐面體、上柱體相互吻合密封。配氣缸底面結(jié)構(gòu)與活塞(位于上止點時)吻合面、功能腔相互吻合。配氣缸上柱體通過軸承與缸體安裝平面相固定，配氣缸在缸體內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，并由注油孔、油道提供潤滑油。配氣缸上柱體傳動齒輪(63)與上柱體相固定。動氣鼓與上柱體相固定。活塞具有以下結(jié)構(gòu)活塞頂(34)，分隔結(jié)構(gòu)(39)，功能腔(32)吻合面(33)，活塞頂腔(36)柱體(38)，內(nèi)腔(48)，活塞環(huán)(35)，連接結(jié)構(gòu)(37)，內(nèi)密封環(huán)(42)，內(nèi)環(huán)座(41)，外密封環(huán)(47)，外環(huán)座(46)，感應(yīng)元件(m2)導(dǎo)向槽(40)，隔熱層(44)，活塞環(huán)、功能腔、吻合面、活塞頂腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成活塞頂?；钊p隔熱層結(jié)構(gòu)活塞頂腔和換氣腔、過流腔(27)、內(nèi)冷卻腔(22)，構(gòu)成第一層隔熱層結(jié)構(gòu)，活塞隔熱層(44)構(gòu)成第二層隔熱層結(jié)構(gòu)?；钊袘?yīng)元件與傳感元件槽位置對應(yīng)。作功氣缸具有以下結(jié)構(gòu)柱體(12)，常壓口(14)，中環(huán)流管(26)，換氣腔(21)。功能缸體具有以下結(jié)構(gòu)柱體(17)，過流口(19)，內(nèi)冷卻腔(22)，外冷卻腔(26)，上環(huán)流管(25)，下環(huán)流管(24)，導(dǎo)向環(huán)(15)，導(dǎo)流環(huán)(18)，環(huán)流管口(L)，上換氣口(20)，下?lián)Q氣口(28、29)，換氣腔(21)，過流腔(27)。作功氣缸是活塞頂作功運動區(qū)域，通過活塞環(huán)密封，導(dǎo)向環(huán)與活塞柱體相接觸吻合，導(dǎo)向環(huán)凸結(jié)構(gòu)(60)與導(dǎo)向槽相吻合，限制活塞軸向運動。導(dǎo)向缸體具有以下結(jié)構(gòu)柱體(51)，傳感元件槽(49)，上輸液口，支持結(jié)構(gòu)(55)，下輸液口，導(dǎo)向柱(54)，輸液腔(58)，缸體銜接座(59)，導(dǎo)向板(56)，輸入口(L3)、輸出口、引流管(L2)。傳感元件槽貫通柱體結(jié)構(gòu)與缸體外相通。導(dǎo)向缸體柱體結(jié)構(gòu)與活塞內(nèi)環(huán)座形成密封結(jié)構(gòu)，與活塞內(nèi)腔隔熱材料不相接觸(有微小距離)，導(dǎo)向缸體對傳動液流動和活塞運動起導(dǎo)向作用。傳感元件槽內(nèi)豎直等距離排列傳感元件，構(gòu)成傳感元件陣列。傳感元件陣列與傳感元件槽固定，傳感元件位置一定。引流管與內(nèi)冷卻腔相連通，收集滲漏傳動液回蓄液箱。配氣缸缸體、功能缸體、作功氣缸成一體結(jié)構(gòu)。常壓口與外界大氣壓力相同，或相通。
(二)配氣缸十種功能狀態(tài)配氣缸功能腔接通排氣口；功能腔切斷排氣口；功能腔接通進(jìn)氣口；功能腔切斷進(jìn)氣口；功能腔接通氣體燃料噴射結(jié)構(gòu)；功能腔非接通氣體燃料噴射結(jié)構(gòu)；功能腔接通液體燃料噴射結(jié)構(gòu)；功能腔非接通液體燃料噴射結(jié)構(gòu)；功能腔接通點火結(jié)構(gòu)；功能腔非接通點火結(jié)構(gòu)；功能腔功能狀態(tài)控制結(jié)構(gòu)由伺服電動機及傳動結(jié)構(gòu)構(gòu)成，由配氣缸在缸體內(nèi)旋轉(zhuǎn)實施完成。傳動結(jié)構(gòu)包括傳動齒輪(62)，傳動軸(61)，傳動連接結(jié)構(gòu)(G)，齒形同步帶。配氣缸檢測反饋結(jié)構(gòu)由傳動齒輪(63)和測量器(編碼器)構(gòu)成，或者由感應(yīng)元件(71)和傳感元件(72)構(gòu)成。檢測器件由測量器(編碼器)、伺服電動機內(nèi)測量器(編碼器)、傳感元件(72)構(gòu)成，檢測器件產(chǎn)生配氣缸運動狀態(tài)，功能狀態(tài)位置參數(shù)電信號向系統(tǒng)反饋，控制流程控制流程是數(shù)控系統(tǒng)→指令脈沖→位置控制→速度控制→伺服電動機；反饋流程是配氣缸測量器產(chǎn)生電信號→位置控制，電動要內(nèi)測量器產(chǎn)生電信號→速度控制。
活塞五個運動狀態(tài)活塞位于上止點的(停留)時間t1；活塞被燃料作功推動運動速度V1，活塞位于下止點的位置；活塞位于下止點附近的時間t2；活塞向上運動的速度(V2)及時間t3；活塞運動狀態(tài)控制結(jié)構(gòu)由配氣缸、蓄能罐、流量控制閥(85)構(gòu)成。輔助控制結(jié)構(gòu)由高壓加液器、減壓排氣裝置、燃料供給(供給量)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。活塞運動狀態(tài)檢測反饋結(jié)構(gòu)由感應(yīng)元件(m2)、傳感元件(m1)、傳感元件槽構(gòu)成，檢測器件是傳感元件陣列，檢測器件產(chǎn)生活塞位置，運動速度參數(shù)電信號向系統(tǒng)反饋。反饋流程感應(yīng)元件→(感應(yīng)傳感器)傳感器產(chǎn)生電信號→測量電路→中央處理系統(tǒng)。
(三)傳動機構(gòu)器件包括動力傳動管路(由發(fā)動機導(dǎo)向柱輸出口至液壓馬達(dá)區(qū)間)、回路管路(由馬達(dá)至發(fā)動機輸入口)、冷卻器(K)、傳感器組(81)、蓄能罐(83、84)、單向閥(86)、液壓馬達(dá)(82)、流量控制閥(85)、控制閥(92)、導(dǎo)向單向閥(87)、高壓加液器(88)、減壓排氣裝置(89、90)、過濾器(93)密閉式蓄液箱(92)。傳動機構(gòu)器件通過聯(lián)接管路與動力傳動管路或回路管路聯(lián)接。蓄能罐聯(lián)接管路上設(shè)置傳感器組和流量控制閥，馬達(dá)相連接的管路上設(shè)置傳感器組和流量控制閥，高壓加液器，減壓排氣裝置通過聯(lián)接管路與回路管路和蓄液箱連接，高壓加液器聯(lián)接管路上設(shè)置過濾器、傳感器組，減壓排氣裝置聯(lián)接管路上設(shè)置傳感器組。高壓加液器由高壓泵、單向閥構(gòu)成，減壓排氣裝置由減壓控制閥和緩流控制閥(89)、減壓箱(內(nèi)設(shè)壓力傳感器)、集氣錐(96)、放氣控制閥(95)、氣體量傳感器、輸送泵(97)構(gòu)成。高壓加液器具有向回路管路輸送蓄液箱內(nèi)傳動液的功能，減壓排氣裝置具有減少回路傳動液的功能，并向蓄液箱輸送傳動液；配合工作，使回路管路增加的傳動液量與減少的傳動液量相等，是循環(huán)排除傳動液氣體的功能。蓄能罐采用額定壓力可調(diào)單罐型式或多級連續(xù)型式。液壓馬達(dá)作功量(及轉(zhuǎn)速)由聯(lián)接管路上的傳感器組產(chǎn)生的反饋電信號拾取。傳感器組由測量液體壓力、流速、流量的傳感器構(gòu)成。冷卻器(K)功能是冷卻流體冷卻由導(dǎo)向柱腔出來的傳動液。
動能傳輸型式是單缸型式、雙缸型式和多缸型式。單缸型式是活塞由燃料氣體作功向活塞腔內(nèi)的傳動液傳送動力，動力(及傳動液)由導(dǎo)向柱腔，動力傳動管路(90)向蓄能罐蓄積(83)能量(傳動液)并向液壓馬達(dá)輸送，向蓄能罐(84)輸送蓄存，即動力經(jīng)過冷卻器(K)，過濾器(93，單向閥(86)蓄能罐(83)，導(dǎo)向閥(87)至液壓馬達(dá)，對馬達(dá)作功，至蓄能罐(84)，活塞位于下止點后，配氣缸功能腔接通排氣門，缸內(nèi)氣體壓力減小。蓄能罐(83、84)釋放動能(及傳動液)向液壓馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，同時對活塞作功(活塞由下止點向上運動)，活塞至上止點后，功能腔切斷排氣口由配氣缸供給燃料，燃料反應(yīng)對活塞作功……，該循環(huán)向液壓馬達(dá)傳輸動能的過程是單缸型式。
雙缸型式發(fā)動機(m1)的燃料氣體反應(yīng)對活塞(m1)作功，活寒(m1)向活塞腔內(nèi)的傳動液傳送動力，動力(傳動液)由導(dǎo)向柱腔、動力傳動管路向蓄能罐(83)蓄積能量(傳動液及動能)，向液壓馬達(dá)輸送；即動力經(jīng)過冷卻器(K)、過濾器(93)、單向閥(86)、蓄能罐至液壓馬達(dá)，對馬達(dá)作功；動力同時向發(fā)動機(m2)活塞腔輸送，對活塞(m2)作功(使活塞由下止點向上運動)；發(fā)動機(m1)的活塞至下止點后，配氣缸功能腔接通排氣門(缸內(nèi)氣體壓力減小)，蓄能罐釋放動能(及傳動液)向液壓馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，同時繼續(xù)對發(fā)動機(m2)活塞作功，活塞(m2)至上止點后，配氣缸功能腔提供燃料氣體對活塞(m1)作功，活塞向活塞腔內(nèi)的傳動液傳送動力，動力(傳動液)由導(dǎo)向柱腔、動力傳動管路向蓄能罐蓄積能量(傳動液及動能)，向液壓馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，動力同時向發(fā)動機(m1)活塞腔輸送，對活塞作功(使活塞由下止點向上運動)；發(fā)動機的活塞(m2)的活塞位于下止點后，配氣缸功能腔接通排氣門(缸內(nèi)氣體壓力減小)，蓄能罐釋放動能(及傳動液)向馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，同時繼續(xù)以發(fā)動機活塞(m1)作功，活塞(m1)至上止點后，配氣缸功能腔提供燃料氣體對活塞(m1)作功，活塞向活塞腔內(nèi)的傳動液傳送動力……該循環(huán)向液壓馬達(dá)傳輸動能的過程是雙缸型式。多缸型式與雙缸型式結(jié)構(gòu)相類同。
傳動機構(gòu)器件的控制反饋結(jié)構(gòu)及流程蓄能罐單罐型式由電動機控制額定壓力，多級連續(xù)蓄能罐由不同額定壓力蓄能構(gòu)成，蓄能罐所蓄積的能量及蓄能速度，由聯(lián)通管路上的控制閥控制。液壓馬達(dá)作功速度(功率)由控制閥控制。傳動機構(gòu)器件的控制型式是傳感器控制型式，控制器件是高壓泵、輸送泵、蓄能罐的驅(qū)動電機以及控制閥，反饋器件是測量器、傳感器組及傳感器。
(四)作功過程和動能傳輸過程控制形式。
配氣缸由伺服電動機通過傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)至功能腔切斷排氣口，活塞向上運動至上止點與配氣缸底面結(jié)構(gòu)相吻合，功能腔繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，功能腔續(xù)旋轉(zhuǎn)角度R，進(jìn)入燃料氣體(如空氣)，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至切斷進(jìn)氣口，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)角度R，功能腔接通氣體燃料噴射結(jié)構(gòu)，噴射結(jié)構(gòu)向功能腔(及反應(yīng)腔)噴射一定量的壓力氣體燃料。功能腔繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至非接通氣體燃料噴射結(jié)構(gòu)，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)角度R，接通雙液體燃料噴射結(jié)構(gòu)和點火結(jié)構(gòu)，噴射結(jié)構(gòu)向功能腔(反應(yīng)腔)噴射一定量的高壓液體燃料，同時點火結(jié)構(gòu)工作，使燃料反應(yīng)對活塞作功(1)活塞向內(nèi)腔傳動液傳遞功能，傳動液(及動能)由導(dǎo)向柱輸出口向動力傳動管路輸送，動力(及傳動液)通過動力傳力管路向蓄能罐蓄積能量(傳動液)并向液壓馬達(dá)輸送，向蓄能罐(84)輸送蓄存，即動力經(jīng)過冷卻器(K)，過濾器(93)，單向閥(86)蓄能罐(83)，導(dǎo)向閥(87)至液壓馬達(dá)，對馬達(dá)作功，至蓄能罐(84)，活塞位于下止點后，配氣缸功能腔接通排氣門，缸內(nèi)氣體壓力減小。蓄能罐(83、84)釋放動能(及傳動液)向液壓馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，同時對活塞作功(活塞由下止點向上運動)，活塞至上止點后，功能腔切斷排氣口；(2)雙缸作功過程和動能傳輸過程發(fā)動機(m1)的燃料反應(yīng)對活塞(m1)作功，活寒(m1)向活塞腔內(nèi)的傳動液傳送動力，動力(傳動液)由導(dǎo)向柱腔、動力傳動管路向蓄能罐(83)蓄積能量(傳動液及動能)，向液壓馬達(dá)輸送；即動力經(jīng)過冷卻器(K)、過濾器(93)、單向閥(86)、蓄能罐至液壓馬達(dá)，對馬達(dá)作功；動力同時向發(fā)動機(m2)活塞腔輸送，對活塞(m2)作功(使活塞由下止點向上運動)；發(fā)動機(m1)的活塞至下止點后，配氣缸功能腔接通排氣門(缸內(nèi)氣體壓力減小)，蓄能罐釋放動能(及傳動液)向液壓馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，同時繼續(xù)對發(fā)動機(m2)活塞作功，活塞(m2)至上止點后，配氣缸功能腔提供燃料對活塞(m1)作功，活塞向活塞腔內(nèi)的傳動液傳送動力，動力(傳動液)由導(dǎo)向柱腔、動力傳動管路向蓄能罐蓄積能量(傳動液及動能)，向液壓馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，動力同時向發(fā)動機(m1)活塞腔輸送，對活塞作功(使活塞由下止點向上運動)；發(fā)動機的活塞(m2)的活塞位于下止點后，配氣缸功能腔接通排氣門(缸內(nèi)氣體壓力減小)，蓄能罐釋放動能(及傳動液)向馬達(dá)輸送，對馬達(dá)作功，同時繼續(xù)以發(fā)動機活塞(m1)作功，活塞(m1)至上止點后，配氣缸功能腔提供燃料對活塞(m1)作功，活塞向活塞腔內(nèi)的傳動液傳送動力……以上(1)是單缸作功過程的動能傳輸過程。(2)是雙缸作功過程和動能傳輸過程，完成一個作功、傳輸周期，旋轉(zhuǎn)角度R≥0°。
(五)燃料供給結(jié)構(gòu)氣體燃料供給結(jié)構(gòu)和液體燃料供給結(jié)構(gòu)。氣體燃料供給結(jié)構(gòu)包括氣體燃料原、氣體壓縮機、壓力罐(98)單向閥、傳感器組(壓力傳感器為主)，控制閥。液體燃料供給結(jié)構(gòu)包括燃料源、高壓泵、傳感器組(壓力傳感器為主)單向閥。燃料是通過高壓噴嘴(噴射結(jié)構(gòu))供給，氣體燃料還通過進(jìn)氣口供給。燃料噴嘴位置可以是進(jìn)氣口管道內(nèi)設(shè)置，向進(jìn)氣口方向噴射進(jìn)入功能腔(及反應(yīng)腔)，控制結(jié)構(gòu)是氣體壓縮機、高壓泵的控制電動機。點火結(jié)構(gòu)是花火塞結(jié)構(gòu)，潤滑油采用系統(tǒng)定量供給形式，冷卻流程是冷卻流體源→過濾器→循環(huán)壓縮機→傳感器組→被冷卻部位(動力傳動管路，配氣缸及缸體、作功氣缸缸體、內(nèi)外冷卻腔)→傳感器組→冷卻腔出口，動力傳動管路冷卻器的冷卻流體是液體，其冷卻流程是冷卻液箱→過濾器→循環(huán)壓縮機→傳感器組→被冷卻部位→散熱結(jié)構(gòu)→傳感器組→冷卻液箱(如此循環(huán))。潤滑結(jié)構(gòu)包括高壓油泵、控制閥、過濾器、傳感器組、注油管、注油孔、油道。潤滑油供給流程是潤滑油箱→過濾器→高壓油泵→傳感器組→注油管→注油孔→油道?？刂平Y(jié)構(gòu)是循環(huán)壓縮機、高壓油泵的驅(qū)動電動機。具有三條冷卻流程和一條可變流程，分別是①冷卻流體→動力泵→靜氣鼓→動氣鼓→配氣缸內(nèi)腔→動氣鼓→靜氣鼓→……②冷卻流體→動力泵→下環(huán)流管→下?lián)Q氣口(29)→內(nèi)冷卻腔(以及過流腔)→下?lián)Q氣口(28)或過流口(19)→外冷卻腔→上環(huán)流管→……③冷卻流體→動力泵→動力傳動管路管壁→傳感器組→……可變流程是冷卻流體→動力泵→下?lián)Q氣口(或上換氣口)→過導(dǎo)向環(huán)凹結(jié)構(gòu)(K1)→常壓口(或上換氣口)→……燃料恒量供給形式系統(tǒng)控制燃料壓力，流量等參數(shù)值，使每次向配氣缸供給的燃料量為一恒定值，恒量供給形式包括若干恒定值。
預(yù)選控制型式燃料供給結(jié)構(gòu)向功能腔提供的燃料量一定(恒量供給型式)，系統(tǒng)依據(jù)該量值的燃料，計算出燃料反應(yīng)對活塞的壓力值，在燃料反應(yīng)作功前，控制調(diào)整蓄能罐的額定壓力(控制電動機及控制閥)，以及傳動機構(gòu)各器件(如高壓加液器、減壓排氣裝置)的工作狀態(tài)，如此在燃料氣體反應(yīng)之前對各變量實施控制形式是預(yù)先控制。……傳感器控制型式是被測量值(壓力、溫度、流速、流量等)→傳感器組(或傳感器或測量器)→測量電路→中央處理系統(tǒng)→控制電路→控制器件→(改變)被測量值→……至達(dá)到規(guī)定值；同時控制指令(操作員指令、系統(tǒng)指令、規(guī)定值等)→電路→中央處理系統(tǒng)。反饋電信號由傳感器組(或傳感器)構(gòu)成的反饋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向系統(tǒng)反饋。發(fā)動機的燃料供給、冷卻、潤滑、傳動機構(gòu)器件的控制型式是傳感器控制型。本發(fā)明的有益效果發(fā)動機全過程數(shù)控，達(dá)到智能化是最重要的優(yōu)點，是計算機軟件時代的產(chǎn)物，成為以軟件為基礎(chǔ)控制作功過程的數(shù)控設(shè)備，并以各種燃料在實驗室取得的最優(yōu)參數(shù)，數(shù)據(jù)為控制依據(jù)，使得該發(fā)動機環(huán)保、高效節(jié)能的優(yōu)勢無與抗衡。
該發(fā)動機每個作功周期均是獨立單元，與上一次作功、下一次作功無直接關(guān)系，因此無待速、空檔、啟動等概念，有效節(jié)能?，F(xiàn)代汽車在市區(qū)內(nèi)使用時待速、空檔、啟動所消耗的能量巨大。反饋系統(tǒng)，預(yù)先控制，傳感控制等建立起“神經(jīng)系統(tǒng)”使發(fā)動機的狀態(tài)、性能調(diào)整達(dá)到最優(yōu)，使發(fā)動機成為“活的心臟”。本發(fā)動工作狀態(tài)的六個變量實施數(shù)控，比較現(xiàn)行發(fā)動機的恒定不可控，是一個質(zhì)變，成為智能化的基礎(chǔ)?；钊\動至下止點附近停留一段時間，使燃料后期壓力作功，能源利用徹底(在車體低速行駛時最能體現(xiàn)此動能)，而現(xiàn)行發(fā)動機不能利用這部分能量。此能量是本發(fā)動機節(jié)能的重要部分。采用燃料恒量供給(即燃料能量恒定)型式，通過控制動能傳輸速度、時間來控制功率的方式比較現(xiàn)行通過控制燃料量、變速箱、檔位來控制功率的方式具有控制精度高、簡單、節(jié)能環(huán)保、適宜數(shù)控的優(yōu)點；通過控制閥來控制動能比通過齒輪、變速箱等控制動能形式具有控制部件單一、高效，實現(xiàn)真正意義的無級變速、無檔位?；钊肯蛳逻\動均為作功行程，效率提高，活塞處于液體環(huán)境，作功行程與上升行程急緩有節(jié)律，具有仿生動力的特征；發(fā)動機的往復(fù)運動、旋轉(zhuǎn)運動分別由活塞和液壓馬達(dá)“各司其職，分工協(xié)作”，使之無振動、慣性小、動能損失少(節(jié)能)，活塞壽命長；通過管道傳動不受路徑影響并可傳動兩個以上的馬達(dá)，并分別控制。蓄能罐均恒動能，使動能均勻、連續(xù)、無振動，在制動時儲存動能，解除制動后重新利用。不同于現(xiàn)行發(fā)動機，飛輪、曲軸在制動時增加制動慣性和不被利用損失動能，該動能在頻繁制動情況下，其節(jié)能意義重大。以雙缸形式為主取代多缸形式，使發(fā)動機缸數(shù)減少、質(zhì)量減輕、位置靈活。配氣缸由伺服電動機傳動，控制精度高、功能優(yōu)，進(jìn)氣、排氣的口徑、時間均可控制，遠(yuǎn)優(yōu)于多氣門、電噴形式，對稱反向排氣減少了振動源，并對燃燒過程有一定的控制作用，配氣缸與缸體旋轉(zhuǎn)摩合形式，有利于密封氣體的性能，并無機械沖擊，加之傳動液的減振作用使之成為無振動、低噪音發(fā)動機。本發(fā)動機可同時使用兩種以上的燃料，及不同壓力值(比例)的燃料，在使用氣體性質(zhì)燃料方面具有不可替代的優(yōu)點，燃料(氣體)壓力值不受局限，在環(huán)保方面更具優(yōu)勢。由供給燃料結(jié)構(gòu)提供清潔空氣的形式適應(yīng)沙塵環(huán)境。本發(fā)動機使控制操作達(dá)到最簡，液壓馬達(dá)在制動和車輪防抱死控制方面具有明顯優(yōu)點。發(fā)動機的單缸型式運用在摩托車上對摩托車具有革命性意義。本發(fā)動機作功、控制是全新理念、全新結(jié)構(gòu)，極具超前性，使節(jié)能效率達(dá)到內(nèi)燃機所能達(dá)到的極限值。本發(fā)動機最適宜轎車使用。


圖1是發(fā)動機結(jié)構(gòu)的剖視圖。活塞柱體與作功氣缸(12)以及導(dǎo)向環(huán)構(gòu)成換氣腔(21)，活塞柱體與功能缸體以及導(dǎo)向環(huán)構(gòu)成過流腔，過流腔是內(nèi)冷卻腔的一部分。活塞柱體與導(dǎo)向缸體以及功能缸體構(gòu)成內(nèi)冷卻腔(22)。該圖活塞接近下止點位置。配氣缸缸體與作功氣缸成一體結(jié)構(gòu)。
圖2是發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)剖視圖。導(dǎo)向環(huán)(15)以上部分是配氣缸缸體和作功氣缸。導(dǎo)向環(huán)以下部分是功能缸體結(jié)構(gòu)，外冷卻腔(26)通過過流口(19)與內(nèi)冷卻腔聯(lián)通。導(dǎo)流環(huán)(18)分隔內(nèi)、外冷卻腔，下環(huán)流管(24)通過下?lián)Q氣口(29)與內(nèi)冷卻腔聯(lián)通，常壓口(14)位于導(dǎo)向環(huán)上部。常壓口若干?！癓”是與下環(huán)流管聯(lián)通的環(huán)流管口，上、中、下環(huán)流管均設(shè)置環(huán)流管口結(jié)構(gòu)。上換氣口(20)若干，流體可以由一部分換氣口進(jìn)入過流腔，由另一部分換氣口出過流腔、形成單向流動。作功氣缸與功能缸體成一體結(jié)構(gòu)。
圖3是導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)圖。與局部g1位置相同，簧片(16)鎖緊導(dǎo)向環(huán)，上換氣口(20)位于功能缸體上部。
圖4是活塞結(jié)構(gòu)剖視圖?；钊?34)與柱體為分體結(jié)構(gòu)形式，是無間距連接固定。柱體直徑小于活塞頂，功能腔(32)為球面結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向槽(40)是凹結(jié)構(gòu)。g2是局部結(jié)構(gòu)圖。是內(nèi)密封環(huán)結(jié)構(gòu)。與柱體(51)形成密封結(jié)構(gòu)。M5、M4是一種密封結(jié)構(gòu)，M4具有高彈性。感應(yīng)元件(M2)與柱體固定方式多樣。
圖5是活塞結(jié)構(gòu)主視圖?；钊h(huán)(35)可以是兩個以上，為已有活塞環(huán)技術(shù)。
圖6是導(dǎo)向缸體結(jié)構(gòu)剖視圖。支持結(jié)構(gòu)(55)與柱體(51)、導(dǎo)向柱構(gòu)成上輸液口，傳動液由輸入口(L3)進(jìn)入輸液腔，導(dǎo)流板(56)使傳動液均勻向上運動。導(dǎo)流板周圍的輸液口是下輸液口位置。導(dǎo)向柱內(nèi)的傳動液是由上向下流動，由導(dǎo)向柱下部的輸出口流出，引流管(L2)與缸體銜接座聯(lián)通。
圖7是活塞分體結(jié)構(gòu)形式，由中間柱體(37)連接，活塞頂與柱體是有間距連接。
圖8是活塞感應(yīng)元件結(jié)構(gòu)與柱體傳感元件槽對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖。M2是感應(yīng)元件，可以是發(fā)磁體或金屬塊，M1是磁敏傳感元件或感應(yīng)電容變化傳惑元件等。
圖9是一種形式發(fā)動機結(jié)構(gòu)剖視圖。該結(jié)構(gòu)的配氣缸及缸體結(jié)構(gòu)，作功氣缸結(jié)構(gòu)導(dǎo)向缸體結(jié)構(gòu)與圖1結(jié)構(gòu)相同。
圖10是一種具有外密封環(huán)及外環(huán)座結(jié)構(gòu)的活塞結(jié)構(gòu)圖。g3是局部結(jié)構(gòu)圖，外環(huán)座及外密封環(huán)與柱體(17)形成密封結(jié)構(gòu)。
圖11是具有通過流體結(jié)構(gòu)(K1)的導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以不設(shè)置。凸結(jié)構(gòu)(60)與導(dǎo)向槽(40)吻合。導(dǎo)向環(huán)斷開部分程相互交叉疊層結(jié)構(gòu)，如圖中所示。
圖12是一種活塞分體結(jié)構(gòu)形式，由柱體結(jié)構(gòu)(37)相互連接，是有間距連接?；钊斍粌?nèi)可以充以隔熱材料。
圖13是感應(yīng)元件感應(yīng)傳感元件原理圖。位于傳感元件槽內(nèi)的傳感元件陣列(M1)等距離(S)排列，其電線引出槽外，每一個傳感元件的位置一定，感應(yīng)元件位置代表活塞位置，被感應(yīng)的傳感元件產(chǎn)生的電信號表示活塞的位置，感應(yīng)元件順序感應(yīng)傳感元件的時間T可知，活塞運動速度(S/T)值。是系統(tǒng)已知量。
圖14是圖9發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)圖。下?lián)Q氣口(29)與下環(huán)流管連通，是為進(jìn)入流體，下?lián)Q氣口(28)與外冷卻腔(26)連通。是向外冷卻腔流動流體的出口。常壓口(14)為圓角方形結(jié)構(gòu)。數(shù)量較多，有限制作功氣缸熱量向功能缸體傳送的功能。同時常壓口可以引收集一部分燃燒滲漏氣體。作功氣缸和功能缸體柱體結(jié)構(gòu)(H1)外側(cè)可設(shè)置散熱片結(jié)構(gòu)(31)以增強熱交換效果。
圖15是配氣缸內(nèi)腔冷卻結(jié)構(gòu)圖。冷卻管由長管(64)和短管(65)構(gòu)成。
圖16、圖17是配氣缸上柱體內(nèi)壁傳動結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式是凹結(jié)構(gòu)(K2)或凸結(jié)構(gòu)(K1)，該結(jié)構(gòu)及銷釘結(jié)構(gòu)與傳動結(jié)構(gòu)(G)的凸凹結(jié)構(gòu)相對應(yīng)吻合。由銷釘鎖緊，使對應(yīng)吻合部位緊密接觸。G4、G5是局部結(jié)構(gòu)圖。簧片(K5)通過固定孔(K6)與上柱體固定并壓緊銷釘。
圖18是配氣缸缸體錐面體結(jié)構(gòu)圖。該視圖是圖9的A-A剖視位置的視圖。箭頭所示是配氣缸運動的方向。
氣體燃料噴射結(jié)構(gòu)(5)，及雙液體燃料噴射結(jié)構(gòu)(6、7)的噴嘴結(jié)構(gòu)(L1)由座(10)相固定，注油孔座(10)與注油管路相連接。噴嘴結(jié)構(gòu)采用已有發(fā)動機電噴結(jié)構(gòu)的噴嘴結(jié)構(gòu)。
圖19是配氣缸與缸體結(jié)構(gòu)關(guān)系說明圖。功能腔處于接通進(jìn)氣口(或排氣口)狀態(tài)。配氣缸由軸承(73)固定。配氣缸功能腔的功能狀態(tài)呈對稱相同的形式。安裝平面可固定軸承(73)、伺服電動機、靜氣鼓、檢測反饋器件等。
圖20是配氣缸結(jié)構(gòu)圖。包括配氣缸主視圖、頂視圖、底視圖、剖視圖四種視圖。功能腔(45)、反應(yīng)腔(50)為一體對稱結(jié)構(gòu)。寬度值(Y1)圖21、圖22是具有分隔結(jié)構(gòu)的活塞功能腔結(jié)構(gòu)圖。分隔結(jié)構(gòu)(39)在活塞位于上止點時，功能腔接通進(jìn)氣口進(jìn)入燃料氣體時，使反應(yīng)腔成為獨立的兩部分。此結(jié)構(gòu)使配氣缸可同時進(jìn)入兩種壓力值不同或自燃性強的兩種氣體。配氣缸旋轉(zhuǎn)，配氣缸功能腔切斷進(jìn)氣口后，分隔結(jié)構(gòu)隨配氣缸的旋轉(zhuǎn)使反應(yīng)腔成為一個聯(lián)通的腔體。
圖23a是傳動結(jié)構(gòu)(G)結(jié)構(gòu)視圖。支持結(jié)構(gòu)(K4)之間形成空間(69)，該空間通過冷卻管(64、65)，傳動軸(61)與傳動結(jié)構(gòu)(G)相固定。箭頭所示為傳動軸及傳動結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)動力的方向。
圖23b是配氣缸上柱體內(nèi)壁傳動結(jié)構(gòu)(凸結(jié)構(gòu))圖和傳動結(jié)構(gòu)(G)凸結(jié)構(gòu)圖。銷釘(70)與凸結(jié)構(gòu)合并構(gòu)成一個半圓柱形凸結(jié)構(gòu)，該半圓柱形凸結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的凹結(jié)構(gòu)吻合，并且銷釘可使吻合部位緊密接觸。
圖24、圖25是冷卻結(jié)構(gòu)動氣鼓的結(jié)構(gòu)圖。動氣鼓與配氣缸上柱體固定，隨配氣缸一同作旋轉(zhuǎn)運動。N7是密封材料，上氣口(N1)與靜氣鼓上氣口(n1)對接吻合，下氣口(N2)與靜氣鼓下氣口(n2)對接吻合，上氣口由盤面結(jié)構(gòu)(N3、N4)構(gòu)成容積(N8)，下氣口由盤面結(jié)構(gòu)(N5、N6)構(gòu)成容積(N8)剖視部位h-h是圖24、25的剖視部位。容積分別與兩對冷卻管聯(lián)通。
圖26是靜氣鼓結(jié)構(gòu)。包括局部結(jié)構(gòu)，靜氣鼓與安裝平面固定，動氣鼓與靜氣鼓相對運動。上氣口(n1)由盤面(n3、n4)構(gòu)成容積(n8)，下氣口(n2)由盤面(n5、n6)構(gòu)成容積(n8)容積與出入管道(N)聯(lián)通。
圖27是配氣缸傳動結(jié)構(gòu)。傳動軸(61)及齒輪(62)通過齒形同步帶與伺服電動機連接。傳動齒輪(63)與測量器連接。(71)感應(yīng)元件(如發(fā)磁體)與上柱體相固定。感應(yīng)傳感器(72，如磁敏傳感器)，傳感器與安裝平面相固定。
圖28是蓄能額定壓力可調(diào)式蓄能罐結(jié)構(gòu)原理圖。電動機及傳動結(jié)構(gòu)(c、c1)調(diào)整彈簧(77)的位置及壓力(位移)。測量器(c2)測量彈簧(77)的彈性變形距離(即彈力)，并產(chǎn)生反饋電信號，活塞及連桿(c3、c4)可接收彈簧(77)的彈力。彈簧(78)是固定壓力彈簧。彈簧(77、78)共同作用活塞對腔內(nèi)(C6)傳動液產(chǎn)生作用力。
圖29是配氣缸功能狀態(tài)的控制、檢測反饋結(jié)構(gòu)示意圖。電動機由控制導(dǎo)線和反饋導(dǎo)線(76)構(gòu)成，配氣缸(A)由傳動結(jié)構(gòu)(75)傳動。檢測器件(測量器)m3產(chǎn)生反饋電信號向系統(tǒng)輸送。
圖30是活塞運動狀態(tài)及配氣缸功能狀態(tài)檢測反饋結(jié)構(gòu)示意圖?；钊?D)的位置由傳感器陣列(m1)產(chǎn)生位置電信號向系統(tǒng)(B)反饋，配氣缸(A)的位置、功能狀態(tài)由測量器(m3)向系統(tǒng)(B)反饋。
圖31是氣體燃料供給結(jié)構(gòu)示意圖。不包括噴射結(jié)構(gòu)或進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)，壓力罐(98)可以恒定氣壓值。M為高壓泵。
圖32是減壓排氣裝置結(jié)構(gòu)簡圖。聯(lián)接管路(79)分別與蓄液箱和回路管路聯(lián)接。傳動液通過減壓控制閥、緩流控制閥(89)進(jìn)入減壓箱，減壓箱(90)內(nèi)的傳動液壓力為一個大氣壓。集氣錐(96)收集傳動液中的氣體成份，由傳感器(99)感知氣體量，由排氣控制閥(95)排出氣體。
圖33是多級連續(xù)蓄能罐示意圖。并接或串接在動力傳動管路，聯(lián)接管路(79)上設(shè)置流量控制閥和傳感器組。每個蓄能罐的蓄能標(biāo)準(zhǔn)壓力不同，通過控制閥控制蓄能壓力、蓄能量。傳感器組向系統(tǒng)反饋蓄能量、速度信號。
圖34是動能傳輸型式的單缸傳動示意圖。蓄能罐(83、84)功能不相同，冷卻器(K)冷卻傳動管路的傳動液，導(dǎo)向單向閥(87)具有導(dǎo)向功能。單向閥(86)位于蓄能罐(83)之前。流量控制閥(85)控制液壓馬達(dá)(82)的轉(zhuǎn)速及活塞上升的速度?？刂崎y(92)為動力切斷閥。高壓加液器與減壓排氣裝置結(jié)構(gòu)，功能與圖35相同。
圖35是動能傳輸型式的雙缸傳動型式示意圖。圖中符號、器件與單缸傳動一至。高壓加液器(88)、減壓排氣裝置(90)、緩流控制閥(89)位于回路管路(94)，動力傳動管路(80)是指由發(fā)動機至馬達(dá)區(qū)間，回路管路是指由馬達(dá)至發(fā)動機區(qū)間。蓄液箱(91)為容積可變密閉式。過濾器(98)依據(jù)要求安裝在不同位置上。
具體實施例方式配氣缸及缸體、活塞頂、作功氣缸使用的熱膨脹系數(shù)小的陶瓷材料，溫度不高的部件可采用復(fù)合材料等。由于特種陶瓷成型技術(shù)已成熟，工藝水平高，工業(yè)化生產(chǎn)成熟、液壓技術(shù)、設(shè)備的高度發(fā)展為本發(fā)動機提供了前提基礎(chǔ)，本發(fā)動機屬精密加工制造。本發(fā)動機的感應(yīng)元件與傳感器陣列可以是電磁感應(yīng)形式(發(fā)磁體、磁場傳感器)，電容感應(yīng)形式(金屬體、電容感應(yīng)傳感器)等形式。傳感器陣列與其他材料壓制成一體與槽體固定。活塞頂與缸體間隙(距離)尺寸依據(jù)熱膨脹系數(shù)及最大溫差計算，使用陶瓷材料并可使用現(xiàn)行的活塞環(huán)技術(shù)。配氣缸測量器可使用編碼器等器件，感應(yīng)元件(71)可以是發(fā)磁體(72是磁場傳感器)。測量器(C2)可以是磁柵尺、容柵尺、光柵尺等形式。冷卻流體以氣體最適，配氣缸冷卻氣體經(jīng)由靜氣鼓至動氣鼓進(jìn)入交換熱量后經(jīng)由動氣鼓至靜氣鼓出來，冷卻器k的結(jié)構(gòu)及冷卻型式采用已有技術(shù)即可。流量控制閥的工作狀態(tài)是關(guān)閉狀態(tài)至最大通過狀態(tài)。功能腔的容積結(jié)構(gòu)可以有不同的結(jié)構(gòu)形式(結(jié)構(gòu)變形)，功能腔及進(jìn)氣口、排氣口可以是不同的構(gòu)成形狀，改善各種功能狀態(tài)，附合不同的功能要求。在排氣口與功能腔形成接通排氣功能狀態(tài)的邊口結(jié)構(gòu)可加工成曲面結(jié)構(gòu)，以減小聲響。作功氣缸缸體常壓口(部分)如聯(lián)接真空泵，則具備冷卻降溫的功能。在液壓馬達(dá)的位置可并置或串接兩個以上的馬達(dá)，并在職接管路上設(shè)置控制閥和傳感器組，可在配氣缸缸體相對應(yīng)的部位、角度增加功能裝置，以增加發(fā)動機的功能，在這方面該發(fā)動機具有增加功能容易有效結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。多缸型式的活塞作功，具有一個以上活塞共同對傳動液作功，該部分是動能疊加部分，動能疊加部分傳動液的壓力值與蓄能罐的壓力值相匹配，蓄能罐額定容量對傳動液提供的壓力是蓄能標(biāo)準(zhǔn)壓力(額定壓力)?；钊麑鲃右旱淖畲髩毫χ到咏鼧?biāo)準(zhǔn)壓力值即達(dá)到相匹配。由常壓口出來的傳動液經(jīng)過濾器向蓄液箱輸送，傳動液的泄漏或損失量由中央處理系統(tǒng)計算測量器、傳感器組提供的傳動液容量、流量等參數(shù)，可以得到傳動液的損失、泄漏量及速度的數(shù)值，并作出相應(yīng)的控制?；钊轮裹c的位置與燃料作功的壓力值、傳動機構(gòu)傳動液量(高壓加液器增加液位置，減壓排氣裝置減少液體量)、蓄能罐的匹配壓力三個量值成比例關(guān)系，系統(tǒng)依據(jù)該比例關(guān)系控制活塞下止點的位置，配氣缸通過功能狀態(tài)控制活塞的作功參數(shù)，流量控制閥控制活塞上升的速度、時間。對該發(fā)動機實施數(shù)控的數(shù)控系統(tǒng)，由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化以及技術(shù)的普及，數(shù)控系統(tǒng)可獨立設(shè)計開發(fā)，亦可選擇代用品。
權(quán)利要求
1配氣缸活塞式液體輸出動力智能內(nèi)燃發(fā)動機(4)由燃料供給結(jié)構(gòu)、發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)、活塞、傳動機構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)、檢測反饋結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)構(gòu)、潤滑結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其技術(shù)特征配氣缸缸體結(jié)構(gòu)、活塞、作功氣缸、功能缸體、導(dǎo)向缸體結(jié)構(gòu)；配氣缸功能狀態(tài)、活塞運動狀態(tài)及其控制、檢測反饋結(jié)構(gòu)；動能傳動機構(gòu)、動能傳輸型式及傳動機構(gòu)器件控制反饋形式；作功過程和動能傳輸過程控制形式。燃料恒量供給型式、預(yù)先控制型式，傳感器控制型式，潤滑結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)構(gòu)、點火結(jié)構(gòu)。
2如權(quán)利要求1所述的配氣缸活塞式液體輸出動力智能內(nèi)燃發(fā)動機(4)，其特征是噴射結(jié)構(gòu)的雙液體噴射結(jié)構(gòu)和氣體噴射結(jié)構(gòu)。
3如權(quán)利要求1所述的配氣缸活塞式液體輸出動力智能內(nèi)燃發(fā)動機(4)其特征是活塞雙隔熱層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)動機每個作功周期均是獨立單元，與上一次作功、下一次作功無直接關(guān)系，因此無待速、空檔、啟動等概念，有效節(jié)能?，F(xiàn)代汽車在市區(qū)內(nèi)使用時待速、空檔、啟動所消耗的能量巨大。反饋系統(tǒng)，預(yù)先控制，傳感控制等建立起“神經(jīng)系統(tǒng)”使發(fā)動機的狀態(tài)、性能調(diào)整達(dá)到最優(yōu)，使發(fā)動機成為“活的心臟”。本發(fā)動工作狀態(tài)的六個變量實施數(shù)控，比較現(xiàn)行發(fā)動機的恒定不可控，是一個質(zhì)變，成為智能化的基礎(chǔ)?；钊\動至下止點附近停留一段時間，使燃料氣體后期壓力作功，能源利用徹底，在車體低速行駛時最能體現(xiàn)此動能，通過控制動能傳輸速度、時間來控制功率的方式比較現(xiàn)行通過控制燃料量、變速箱、檔位來控制功率的方式具有控制精度高、簡單、節(jié)能環(huán)保，實現(xiàn)真正意義的無級變速、無檔位。發(fā)動機的往復(fù)運動、旋轉(zhuǎn)運動分別由活塞和液壓馬達(dá)“各司其職，分工協(xié)作”，使之無振動。
文檔編號G05D13/00GK1616810SQ20031011622
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者李曉晨 申請人:李曉晨