CN113187606B - 具有高运行稳定性的自动变速发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有高运行稳定性的自动变速发动机，包括四个汽缸，分别为用于完成吸气冲程和压缩冲程的第一汽缸和第三汽缸，用于完成做功冲程和排气冲程的第二汽缸和第四汽缸；所述第一汽缸和所述第二汽缸为一组工作循环，所述第三汽缸和所述第四汽缸为一组工作循环；所述第二汽缸和所述第四汽缸的燃烧室内均设有用于控制热交换器进入所述第二汽缸、所述第四汽缸的气体流量的节气阀。本发明发动机结构简洁，具有自动变速功能，可节省复杂的变速结构，使车辆整体安全性以及稳定性上升。低速运行时油耗相对更小。在保证低速运行平稳的同时，也可保证车辆的高速运行能力。

Description

具有高运行稳定性的自动变速发动机
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其是具有高运行稳定性的自动变速发动机。
背景技术
发动机是用于将其他形式的能量转化为机械能的机器。车辆上的发动机将燃料燃烧的化学能转化为轴的转速。
而变速箱每个档位都有不同传动比，低速行驶时用低传动比，大轴转速低于发动机转速，根据公式P＝FV，可获得更大的驱动力。高速时用高传动比，大轴转速高于发动机转速，降低牵引力获得更高速度，切档位即选择不同尺寸的齿轮和大轴的齿轮啮合。从而变速箱和发动机的配合使用使得车辆在运行中获得不同的速度需求。
现有技术中，车辆在行驶过程中，根据公式P＝FV。车辆行驶速度低时，为了获得更大的牵引力，必定需要变速箱降低传动比，此时发动机相对于车轮的转速变高，更高的转速代表着发动机需要消耗相对较多的空气，从而低速行驶油耗相对较大。而高速行驶时，更大的传动比使得发动机转速相对于车轮的转速下降，相对于低速行驶耗油也随之量下降。
为了解决上述技术问题，本领域技术人员尝试低速时关闭部分汽缸或者采用混动方案，但是上述的改进导致发动机的结构过于复杂。而复杂的结构必定导致机器的运行稳定性和安全性下降。
因此如何在不提高发动机的结构复杂性，保持其运行稳定性和安全性的条件下，提供一种发动机变速方案显得极为重要。
发明内容
本发明的目的是提供具有高运行稳定性的自动变速发动机，解决现有发动机低速油耗量大的技术问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
具有高运行稳定性的自动变速发动机，包括四个汽缸，分别为用于完成吸气冲程和压缩冲程的第一汽缸和第三汽缸，用于完成做功冲程和排气冲程的第二汽缸和第四汽缸；所述第一汽缸和所述第二汽缸为一组工作循环，所述第三汽缸和所述第四汽缸为一组工作循环；
所述第二汽缸和所述第四汽缸的燃烧室内均设有用于控制热交换器进入所述第二汽缸、所述第四汽缸的气体流量的节气阀。
其中，所述节气阀包括可调部和固定部；所述固定部开设排气口，所述可调部设有与所述排气口适配的遮挡件，所述可调部安装于所述固定部上，当调整所述遮挡件遮挡所述排气口的面积时，使所述节气阀的排出气体流量改变。
其中，所述第一汽缸的活塞运动至上止点形成高压空气，所述第一汽缸的气门在高压空气的作用下自动抬升打开，所述高压空气由所述所述第一汽缸的气门进入到所述热交换器内。
其中，所述高压空气经由所述热交换器形成高温高压空气，所述高温高压空气从所述第二汽缸的气道通过所述第二汽缸的配气阀进入至所述第二汽缸的燃烧室的上部；位于上部的所述高温高压空气通过所述节气阀进入至所述第二汽缸的燃烧室燃烧，使所述第二汽缸的活塞向下运动做功。
其中，还包括，凸轮轴；所述凸轮轴转动，则打开所述第四汽缸的气门，使所述第四汽缸排出上一冲程的废气进入至所述热交换器内。
其中，还包括，与凹轮轴相适配的活动阀；所述活动阀的作用端设置于所述第二汽缸的气道内。
其中，当车辆运行速度低于临界速度时，凹轮轴下移，节气阀排出气体流量降低，使扭矩增加。
其中，当车辆运行速度高于临界速度时，凹轮轴上移，节气阀排出气体流量增加，使扭矩降低。
本发明的发动机结构简洁，具有自动变速功能，可节省复杂的变速结构，使车辆整体安全性以及稳定性上升。低速运行时油耗相对更小。在保证低速运行平稳的同时，也可保证车辆的高速运行能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是基本原理图；
图2是本发明的发动机结构示意图；
图3是本发明的发动机的热交换器部分的结构示意图；
图4是本发明的发动机结构示意图；
图5是本发明的发动机的热交换器部分的结构示意图；
图6是本发明的换挡时凸轮轴结构变化示意图；
图7是本发明可调部的结构示意图；
图8是本发明固定部的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
汽车发动机是将某种形式的能量转变为机械能并对外输出动力的机器，通过底盘驱动汽车行驶。
发动机把热能转换成机械能的过程包括进气，把可燃混合气引入汽缸，然后将进入汽缸的可燃混合气压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气，可燃混合气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外做功，最后排出燃烧后的废气，形成一个完整的工作循环。
曲柄连杆机构用于将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，对外输出动力。
蒸汽机与车轮同步，低速扭矩大、低速稳定性好、而高速性能差、高速爆发力差。而内燃机高速性好、高速爆发为强，而低速扭矩差、低速稳定性差。本方案通过吸取蒸汽机的低速扭矩大，低速稳定性好和内燃机的高速爆发力强的两大优点的相互转换来达到自动变速的目的。
通过控制空气的燃烧速度而改变活塞的运动速度来控制车辆的运行速度。目前的发动机在同一汽缸完成四个冲程，由于混合气的局限性不可能在同一汽缸内完成真正的分层燃烧或线性燃烧。这里引入燃气轮机气体流动性的工作理念:即空气首先吸入压气机叶轮经过压缩高压空气经过燃烧室的燃烧，高温高压空气推动做叶轮做功后排出机外。
根据图1所示，X轴为活塞行程，Y轴为车辆行驶速度。P点为临界速度，即手动挡或自动档最高档时的初始速度。PL线为辍燃线，辍燃线指的是不同转速时结束燃烧的时间，转速越快，燃烧时间越短，转速越慢，燃烧时间越长，即不同车速对应的混合气结束燃烧对应的点形成的线。右侧为四个气缸在曲轴上的位置关系图。
具有高运行稳定性的自动变速发动机，包括四个汽缸，通过四个汽缸来保证发动机低速运行时的动力连续性。分别为用于完成吸气冲程和压缩冲程的第一汽缸1和第三汽缸3，用于完成做功冲程和排气冲程的第二汽缸2和第四汽缸4；所述第一汽缸1和所述第二汽缸2为一组工作循环，所述第三汽缸3和所述第四汽缸4为一组工作循环；
所述第二汽缸2和所述第四汽缸4的燃烧室内均设有用于控制热交换器5进入所述第二汽缸2、所述第四汽缸4的气体流量的节气阀6。节气阀可以根据发动机的转速、换热器内的平均压力、供油量以及供油量的突然变化来改变热交换器进入汽缸空气的流量，从而改变燃烧速度。
所述节气阀6包括可调部601和固定部602；所述固定部602开设排气口603，所述可调部601设有与所述排气口603适配的遮挡件604，所述可调部601安装于所述固定部602上，当调整所述遮挡件604遮挡所述排气口603的面积时，使所述节气阀6的排出气体流量改变。
如图2-3、7-8所示，所述第一汽缸1的活塞101运动至上止点压缩空气形成高压空气，所述第一汽缸1的气门102在高压空气的作用下自动抬升打开，所述高压空气由所述所述第一汽缸1的气门102进入到所述热交换器5内。
所述高压空气经由所述热交换器5形成高温高压空气，所述高温高压空气从所述第二汽缸2的气道201通过所述第二汽缸2的配气阀202进入至所述第二汽缸2的燃烧室203的上部204；位于上部204的所述高温高压空气通过所述节气阀6进入至所述第二汽缸2的燃烧室203，进入燃烧室的高温高压空气与喷油嘴喷出的燃料混合经火花塞点火燃烧，使所述第二汽缸2的活塞205向下运动做功，使曲柄连杆机构7将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，对外输出动力。
还包括，凸轮轴8；随着所述凸轮轴8转动，进一步打开所述第四汽缸4的气门401，使所述第四汽缸4排出上一冲程的废气进入至所述热交换器5内。然后第三汽缸依次吸气冲程和压缩冲程。四个汽缸依次运作从而完成发动机的正常运转。
还包括，与凹轮轴9相适配的活动阀10；所述活动阀10的作用端设置于所述第二汽缸2的气道201内。
当车辆阻力增大，如爬坡时在供油量不变的情况下，由于阻力增大，发动机转速逐渐降低，由于供油量没有减少，在涡轮增压器的作用下，因为单位时间内的进气量不变所以进入第一汽缸和第三汽缸的空气量反而增加。当车辆的运行速度低于临界速度，阻力继续增大。
如图4-6所示，车辆运行速度降低调速器驱动带动凹轮轴向下移动，活动阀对应凹轮轴的相应位置控制燃气的做功形成，节气阀控制燃气的膨胀速度的共同作用下，发动机的转速越低，燃气的做功行程越长，扭矩越大。现有技术中汽车在爬坡时司机一直加大油门其实是被动降速。如果想要主动减速，这时减少供油量，发动机转速会逐渐渐降低，调速器同样根据发动机的转速带动凹轮轴向下移动，发动机转越低，燃气做功行程越长，车辆运行越平稳。反之如果加大供油量配气阀收到反馈信息，同时增加进气量发动机转速的提高带动凹轮轴向上移动使空气在汽缸内的膨胀速度逐渐缩短，提高爆发力而提高车辆的运行速度。当车辆运行速度低于临界速度时，如图4所示，凹轮轴9随之下移，节气阀6排出气体流量降低，使扭矩增加。当车辆运行速度高于临界速度时，凹轮轴9上移，节气阀6排出气体流量增加，使扭矩降低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.具有高运行稳定性的自动变速发动机，包括四个汽缸，分别为用于完成吸气冲程和压缩冲程的第一汽缸和第三汽缸，用于完成做功冲程和排气冲程的第二汽缸和第四汽缸；所述第一汽缸和所述第二汽缸为一组工作循环，所述第三汽缸和所述第四汽缸为一组工作循环；
其特征在于：所述第二汽缸和所述第四汽缸的燃烧室内均设有用于控制热交换器进入所述第二汽缸、所述第四汽缸的气体流量的节气阀；还包括与凹轮轴相适配的活动阀；所述活动阀的作用端设置于所述第二汽缸的气道内；当车辆运行速度低于临界速度时，凹轮轴下移，节气阀排出气体流量降低，使扭矩增加；当车辆运行速度高于临界速度时，凹轮轴上移，节气阀排出气体流量增加，使扭矩降低；凹轮轴的上下移动带动活动阀改变气道气体流通，改变节气阀排出气体流量进行自动变速。
2.根据权利要求1所述的具有高运行稳定性的自动变速发动机，其特征在于：所述节气阀包括可调部和固定部；所述固定部开设排气口，所述可调部设有与所述排气口适配的遮挡件，所述可调部安装于所述固定部上，当调整所述遮挡件遮挡所述排气口的面积时，使所述节气阀的排出气体流量改变。
3.根据权利要求2所述的具有高运行稳定性的自动变速发动机，其特征在于：所述第一汽缸的活塞运动至上止点形成高压空气，所述第一汽缸的气门在高压空气的作用下自动抬升打开，所述高压空气由所述第一汽缸的气门进入到所述热交换器内。
4.根据权利要求3所述的具有高运行稳定性的自动变速发动机，其特征在于：所述高压空气经由所述热交换器形成高温高压空气，所述高温高压空气从所述第二汽缸的气道通过所述第二汽缸的配气阀进入至所述第二汽缸的燃烧室的上部；位于上部的所述高温高压空气通过所述节气阀进入至所述第二汽缸的燃烧室燃烧，使所述第二汽缸的活塞向下运动做功。
5.根据权利要求4所述的具有高运行稳定性的自动变速发动机，其特征在于：还包括，凸轮轴；所述凸轮轴转动，则打开所述第四汽缸的气门，使所述第四汽缸排出上一冲程的废气进入至所述热交换器内。
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