专利名称：二冲程对爆直喷发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二冲程对爆直喷发动机，更具体的说，尤其涉及一种传动系 统更加稳定和做功效率更高的二冲程对爆直喷发动机。
背景技术：
现有发动机的动力传递均采用曲柄滑块机构，曲柄对转动轴的作用力与转动轴的 转动方向之间的夹角是不断变化的，在曲柄与转动轴的转动方向之间的夹角较大时，曲柄 的做工效率很低，进而也导致了现有发动机的整体效率不高。如果能保证发动机输出的作 用力始终与转动轴的转动方向相同，或与传动机构的转动方向相同，且始终与转动轴的半 径垂直，那么就可把发动机燃烧的化学能最大限度地转化为有效的机械能。专利号为ZL94238030的实用新型专利，公开了一种一冲程对爆自由活塞发 动机，这种发动机活塞体的水平运动与主轴回转运动难以实现同步，难以保证主轴的正常 运转；还有就是与活塞体相连接的齿条以齿面相对的形式设置，顺转棘轮和反向棘轮设置 在两齿条之间，这种结构很难把齿条和齿轮的模数做大，影响发动机的使用寿命。专利号为 ZL00225386的实用新型专利，作为对上述专利技术方案的改进，其采用的也是两齿条相对 的传动形式，并采用了形似半边齿轮与齿条进行配合，这种依靠齿条与形似半边齿轮相配 合来保证输出轴绕同一方向转动的形式，在使用的过程中确保形似半边齿轮的换向，而且 活塞的形成也受齿轮大小的制约。还有，上述两个专利所公开的技术方案中，均没有公开发 动机的启动方法，因为发动机的机械传递机构与现有的差别很大，现有的启动方法不再适 用。
发明内容本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种传动系统更加稳定和做功 效率更高的二冲程对爆直喷发动机。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，包括两相对设置的汽缸体，所述汽缸体上 设置有换气装置和供油装置，所述汽缸体内设置有活塞体，其特别之处在于所述两汽缸内 的活塞体通过双面齿条相连接，所述双面齿条的两侧分别设置有与其相配合的前齿轮和后 齿轮；所述前齿轮和后齿轮所在的齿轮轴连接有一同向变速箱，该同向变速箱内设置有把 后齿轮和前齿轮的反向转动转化为同向运动的方向转化机构。所述换气装置用于实现汽 缸体内气体与外界空气的交换，以便进入到汽缸体内的柴油或汽油充分燃烧；双面齿条上 两相对面上设置有与前齿轮和后齿轮啮合的齿，由于前齿轮和后齿轮分别设置在齿条的两 侧，这样不仅齿条的厚度和齿轮的体积可以做的较大，齿条和齿轮的模数也可选取较大值， 以便提高其耐磨性和传动性能；由于两齿轮和齿条的质量较大，就使得整个传动系统有较 大的惯性，有利于对汽缸内的气体进行压缩。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，所述方向转化机构包括设置于同向变速箱 上的输出轴以及设置于输出轴上的两单向离合齿轮；所述前齿轮和后齿轮的齿轮轴上设置有分别与两单向离合齿轮相啮合的齿轮。两单向离合齿轮所驱动的输出轴转动的方向相 同，在双面齿条所驱动的前齿轮和后齿轮的转动方向相反的情况下，才能使得输出轴的转 动方向始终一致；即把齿条循环往复的直线运动转化为了输出轴恒定转向的旋转运动。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，所述换气装置包括设置于汽缸体底部的换 气阀和设置于汽缸体上同一圆周位置上的多个排气口 ；所述同一汽缸体上的排气口与相应 的排气管相连通。当活塞体位于排气口与换气阀之间并对该汽缸体内的气体压缩的过程 中，换气阀处于关闭状态，以便对气体进行压缩；当活塞体位于排气口的外侧时，换气阀开 启，空气由换气阀进入，并通过排气口排出，实现换气和扫气的作用。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，设置有用于对换气装置和供油装置进行控 制的控制系统，该控制系统包括用于对双面齿条的位移信号进行检测的位移传感器。换气 装置和供油装置的工作，只有在活塞体运动到一定的位置时才可发生，控制系统用于检测 活塞体的位置信号并控制换气装置和供油装置产生相应的动作。由于活塞体与双面齿条固 定连接，通过位移传感器检测双面齿条的位移信息，即可反映出活塞体的位置信息。进一步地，本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，所述控制系统为PLC控制系统 或单片机控制系统；所述位移传感器为两个电感式位移传感器，所述两个电感式位移传感 器采集的信号用于对发动机的启动、换气、喷油以及喷水过程进行控制。电感式位移传感器 可实现对被测物体的非接触形式的测量，便于在各种恶劣条件下使用；位移传感器所检测 的活塞体运动的最左端或最右端信号，用于对发动机的启动和喷油动作进行控制，所检测 的活塞体运动到排气口外侧的信号，用于对发动机换气动作的控制。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，还包括启动装置，该启动装置包括启动电 机、两启动齿轮和两电磁离合齿轮；所述两启动齿轮之一与启动电机输出轴相固定，所述两 启动齿轮与两电磁离合齿轮分别相连接，所述两电磁离合齿轮可控地与双面齿条相啮合。 上述启动装置是依靠驱动双面齿条的运动来实现发动机的启动的，两启动齿轮的转动方向 相反，在启动的过程中，通过有规律地控制两电磁离合齿轮与双面齿条的啮合状态，即可实 现对双面齿条的驱动，直到汽缸体内的汽油或柴油达到燃烧的状态。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，还包括喷水装置，该喷水装置与控制系统 相连接。喷水装置的喷水动作，应在相应汽缸体做功行程的后半段发生，这时，汽缸体内混 合气体的温度还很高，喷水之后依靠水的汽化，即可驱动活塞体继续做功，也可实现一定的 降温作用。喷水动作的发生由控制系统控制。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，所述汽缸体上设置有起到扫气作用的电动 涡轮；所述汽缸体上设置有冷却装置和散热器。电动涡轮用于产生压力较高的气体，以便在 换气阀打开的瞬间，快速实现换气和扫气功能。本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，所述左汽缸体和右汽缸体成对设置且数量 为多个。为了实现有较大的动力输出，可以采用多个成对设置的左汽缸体和右汽缸体级联
在一起。本实用新型的有益效果是(1)本实用新型通过设置与两活塞体相连接的双面齿 条以及与双面齿条相配合的前齿轮和后齿轮，不仅实现了齿条往复的直线运动到输出轴的 旋转运动的顺利转化，而且还改变了现有技术中齿轮与齿条的配合形式，有利于增加双面 齿条的厚度和齿轮的直径，使得传动机构更加稳定和耐用；(2)本实用新型中的同向变速箱中设置有两个与前齿轮和后齿轮输出轴相配合的单向离合齿轮，方便地实现了输出轴的 同向不间断转动；(3)本实用新型还公开了发动机的启动装置，实现了依靠双面齿条刚性 连接的两活塞体的自动控制启动，使得本实用新型的二冲程对爆直喷发动机使用更加方 便；(4)本实用新型可以在汽缸贯通扫气的情况下设置喷水装置，不仅可以利用水蒸气进 一步做功，而且还可起到一定的降温和减排作用；(5)本实用新型中的位移传感器可以采 用电感式位移传感器，可实现对双面齿条非接触的精确的位移测量，有利于对发动机产生 各种动作进行控制。
图1为本实用新型的结构原理图的主视图；图2为本实用新型的结构原理图的俯视图；图3为本实用新型的同向变速箱的结构原理图；图4为本实用新型的启动装置的原理图；图中1左汽缸体，2右汽缸体，3左活塞体，4右活塞体，5双面齿条，6前齿轮，7后 齿轮，8同向变速箱，9排气口，10缸盖，11换气阀，12喷油嘴，13冷却装置，14散热器，15启 动装置，16电动涡轮，17前齿轮轴，18后齿轮轴，19,20单向离合齿轮，21启动电机，22,24 启动齿轮，23,25电磁离合齿轮，26位移传感器，27输出轴，观排气管，29储气室。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。如图1和图2所示，给出了本实用新型的结构示意图，其包括左汽缸体1、右汽缸 体2、左活塞体3、右活塞体4、双面齿条5、前齿轮6、后齿轮7、同向变速箱8、冷却装置13、 散热器14、启动装置15、电动涡轮16、排气管观；所示的左汽缸体1和右汽缸体2以开口相 对的形式设置，分别设置在左汽缸体1和右汽缸体2内的左活塞体3和右活塞体4通过双 面齿条5相连接，前齿轮6和后齿轮7分别设置在双面齿条5的两侧，前齿轮6和后齿轮7 均与双面齿条5相啮合。所示的两汽缸体的底部为缸盖10，在该缸盖10上设置有电动涡 轮16，用以产生压缩空气并存储在储气室四中。在左汽缸体1和右汽缸体2上还均设置有 换气阀11、喷油嘴12和冷却装置13，在距离两汽缸体的开口处还设置有排气口 9，排气口 9在汽缸体上成圆周分布，排气口沿汽缸体轴线方向的宽度在5 20mm之间。所示的换气 阀11在打开状态下，能够连通电动涡轮16的储气室四与汽缸体空腔，以便在换气阀11打 开的过程中，储气室中的空气可快速的进入到汽缸体空腔中，实现换气和扫气作用。喷油嘴 12用于实现喷油功能，喷水装置设置有单独的喷水嘴，通过控制系统的控制，可实现喷水功 能；为了便于安装和保证喷水的有益效果，可以把喷油嘴12与喷水嘴设置在一起。冷却装 置13设置在相应汽缸体的外侧，实现冷却作用；为了提高冷却性能，还在汽缸体的外部设 置有散热器14。本实用新型中设置有用控制左汽缸体1和右汽缸体2产生换气、排气、喷水、喷油 动作的控制系统，该控制系统为单片机控制系统或PLC控制系统，该控制系统中包括用于 检测两活塞体位置的电感式位移传感器，电感式位移传感器的数量为两个，分别实现对相 应汽缸体的控制；在安装的过程中，把电感式位移传感器安装在支架上，可实现非接触式的测量。通过在双面齿条5上设置若干与位移传感器沈相配合的测量点，来实现对双面齿条 5的位移测量。图3给出了本实用新型中同向变速箱8的结构原理图，其包括前齿轮轴17、后齿轮 轴18、两单向离合齿轮(19、20)、输出轴27，所示的输出轴27通过轴承设置在同向变速箱8 上，两单向离合齿轮(19、20)设置在输出轴27上，前齿轮轴17和后齿轮轴18分别与前齿 轮6和后齿轮7相固定，固定设置在前齿轮轴17上的齿轮与单向离合齿轮20相啮合，固定 设置在后齿轮轴18上的齿轮与单向离合齿轮19相啮合。两单向离合齿轮(19、20)所能驱 动转动轴27的转动方向相反。假设齿条5此时垂直于纸面向外运动，并设定此时前齿轮6 的转动方向为顺时针，单向离合齿轮20和单向离合齿轮19逆时针旋转时对输出轴27有作 用力。由于前齿轮6会驱使单向离合齿轮20逆时针转动，故也可驱动输出轴27沿逆时针 方向转动，此时，后齿轮为逆时针旋转，回驱使单向离合齿轮19顺指针转动，此时对输出轴 27不产生作用力。当齿条沿垂直于纸面的方向向里运动时，此时的前齿轮6和后齿轮7的 转动方向分别为逆时针和顺时针，此时单向离合齿轮20对输出轴没有作用力，而单向离合 齿轮19对输出轴有作用力，也会驱使输出轴逆时针转动。随着双面齿条的5往复运动，周 而复始的重复上述过程。如图4所示，给出了本实用新型的启动装置的结构示意图，包括启动电机21、两启 动齿轮(22J4)和两电磁离合齿轮(23、25)，所示的启动齿轮22与启动电机21的输出轴相 连接，电磁离合齿轮M与启动齿轮22相固定，启动齿轮22与启动齿轮M相啮合；电磁离 合齿轮25与启动齿轮M相固定，两电磁离合齿轮(23、25)均可控制地与双面齿条5上表 面或下表面上的齿面相啮合。本实用新型的发动机的启动过程首先启动电动涡轮，然后再发动启动电机21，并假设启动电机21的转动方向由启 动齿轮22朝电磁离合齿轮23望去为顺时针，这时电磁离合齿轮23与双面齿条5为啮合状 态，电磁离合齿轮25与双面齿条5处于不接触状态，这时启动电机21会驱使双面齿条5向 左方向运动，左汽缸体1内的气体被压缩；当双面齿条5运动到最左端(这个位置信号可由 位移传感器沈进行检测)时，两电磁离合齿轮(23、25)与双面齿条5的啮合状态发生改变， 只有电磁离合齿轮25与双面齿条5相啮合，由于启动齿轮M按照逆时针方向转动，此时的 启动电机21会驱使双面齿条5相右方向运动，右汽缸体2内的气体被压缩，如此循环往复 运动。在左汽缸体1和右汽缸体2的压缩末端，可控制喷油嘴进行喷油，直至相应汽缸体内 的被压缩气体的温度达到气油混合物的燃烧条件，燃烧爆发推动双面齿条5进行做功，此 时，两电磁离合齿轮(23、25)与双面齿条5均相脱离，双面齿条5在左活塞体3和右活塞体 4的推动下进行往复运动，实现了发动机启动。本实用新型的发动机的换气过程在启动过程中，当左汽缸体1内的空气被压缩 时，右汽缸体2内会出现一定的真空状态，这时右汽缸体2上的换气阀11会适应性开启，使 该侧的真空状态消失；当右活塞体4运动到排气口位置时，并恰好使得换气阀11与排气口 9处于连通情况下，换气阀11被彻底打开，由电动涡轮16产生的高压气体会贯穿右汽缸体 2并由排气口 9排出，实现了换气和扫气功能，这在正常工作过程中还能带走大量热量，起 到冷却作用。当双面齿条5向右运动的过程中，右汽缸体2内的空气被压缩，左汽缸体1将 实现与上面相同的换气过程。[0028]结合图1说明本实用新型的发动机的工作过程首先假设双面齿条5向左运动，且此时的左活塞体3和右活塞体4均处于排气口 9与换气阀11之间；随着双面齿条5的不断向左移动，左汽缸体1内的气体不断被压缩，当 右活塞体4运动到排气口 9的位置时，此时由电动涡轮产生的高压气体进入右汽缸体2并 由排气口 9排出，完成换气和扫气作用；当位移传感器沈检测到双面齿条5运动到最左端 时，控制系统就会控制喷油嘴进行喷油，此时，左汽缸体1内的气油混合物被引爆，并推动 左活塞体3向右运动，双面齿条5推动着前齿轮6逆时针旋转，后齿轮7顺时针转动；当位 移传感器沈检测到左活塞体3运动到处于做功行程的后半段时，此时，左活塞体3还介于 换气阀11与排气口 9之间，控制系统控制喷水装置进行喷水动作，水遇高温产生的水蒸气 可以进一步推动左活塞体进行做功，同时还起到了降温和减少有害物质的作用；随着左活 塞体3的不断运动，当左活塞体3运动到使得换气阀11与排气口 9可以连通时，换气阀11 打开，由电动涡轮16产生的高压空气会进入到左汽缸体1中，并由排气口 9排出，完成了左 汽缸体1的换气和扫气作用。当左汽缸体1内的气体对左活塞体3做功行程完成后，右活塞体4会在前齿轮6、 后齿轮7以及与前齿轮和后齿轮传动连接部件的惯性作用下，继续对右汽缸体2内的气体 继续压缩，当位移传感器沈检测到右活塞体3运动到最右端时，控制系统就会控制喷油嘴 12进行喷油，此时，右汽缸体2内的气油混合物被引爆，并推动右活塞体4向左运动，双面 齿条5推动着前齿轮6顺时针旋转，后齿轮7逆时针转动；当位移传感器沈检测到左活塞 体1运动到处于做功行程的后半段时，此时，右活塞体4还介于换气阀11与排气口 9之间， 控制系统控制喷水装置进行喷水动作，水遇高温产生的水蒸气可以进一步推动右活塞体4 进行做功，同时还起到了降温和减少有害物质的作用；随着右活塞体4的不断运动，当右活 塞体4运动到使得换气阀11与排气口 9可以连通时，换气阀11打开，由电动涡轮16产生 的高压空气会进入到右汽缸体2中，并由排气口 9排出，完成了左汽缸体1的换气和扫气作 用。至此，本实用新型的发动机完成了一个完整的循环过程，通过重复上述过程，可实现连 续的动力输出。
权利要求1.一种二冲程对爆直喷发动机，包括两相对设置的汽缸体，所述汽缸体上设置有换气 装置和供油装置，所述汽缸体内设置有活塞体，其特征在于所述两汽缸内的活塞体通过双 面齿条(5)相连接，所述双面齿条(5)的两侧分别设置有与其相配合的前齿轮(6)和后齿 轮(7);所述前齿轮(6)和后齿轮(7)所在的齿轮轴连接有一同向变速箱(8)，该同向变速箱 (8)内设置有把后齿轮和前齿轮的反向转动转化为同向运动的方向转化机构。
2.根据权利要求1所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于所述方向转化机构包 括设置于同向变速箱(8)上的输出轴(27)以及设置于输出轴上的两单向离合齿轮(19、20); 所述前齿轮(6)和后齿轮(7)的齿轮轴上设置有分别与两单向离合齿轮(19、20)相啮合的 齿轮。
3.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于所述换气装置包 括设置于汽缸体底部的换气阀(11)和设置于汽缸体上同一圆周位置上的多个排气口(9); 所述同一汽缸体上的排气口(9)与相应的排气管相连通。
4.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于设置有用于对换 气装置和供油装置进行控制的控制系统，该控制系统包括用于对双面齿条(5)的位移信号 进行检测的位移传感器(26)。
5.根据权利要求4所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于所述控制系统为PLC 控制系统或单片机控制系统；所述位移传感器为两个电感式位移传感器，所述两个电感式 位移传感器采集的信号用于对发动机的启动、换气、喷油以及喷水过程进行控制。
6.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于还包括启动装置 (15)，该启动装置包括启动电机(21)、两启动齿轮(22、24)和两电磁离合齿轮(25)；所述两 启动齿轮之一与启动电机输出轴相固定，所述两启动齿轮与两电磁离合齿轮分别相连接， 所述两电磁离合齿轮可控地与双面齿条(5)相啮合。
7.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于还包括喷水装置， 该喷水装置与控制系统相连接。
8.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于所述汽缸体上设 置有起到扫气作用的电动涡轮(16)；所述汽缸体上设置有冷却装置(13)和散热器(14)。
9.根据权利要求1或2所述的二冲程对爆直喷发动机，其特征在于所述左汽缸体(1) 和右汽缸体(2)成对设置且数量为多个。
专利摘要本实用新型的二冲程对爆直喷发动机，包括两相对设置的汽缸体，所述汽缸体上设置有换气装置和供油装置，所述汽缸体内设置有活塞体，其特别之处在于所述两汽缸内的活塞体通过双面齿条相连接，所述双面齿条的两侧分别设置有与其相配合的前齿轮和后齿轮；所述前齿轮和后齿轮所在的齿轮轴连接有一同向变速箱，该同向变速箱内设置有把后齿轮和前齿轮的反向转动转化为同向运动的方向转化机构。本实用新型不仅实现了齿条往复的直线运动到输出轴的旋转运动的顺利转化，而且还改变了现有技术中齿轮与齿条的配合形式，有利于增加双面齿条的厚度和齿轮的直径，使得传动机构更加稳定和耐用；本实用新型还可设置喷水装置，实现了节能减排目的。
文档编号F02D41/04GK201865756SQ20102063086
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者徐广平 申请人:徐广平