专利名称：微机控制的发动机及控制方法
技术领域：
本发明属于内燃机、发动机领域。
背景技术：
我国年消耗石油2.5亿吨，其中2/3用于发动机，国内外现有发动机的效率仅0.4，因此，每年有上亿吨的石油被浪费掉了，这么多的宝贵资源被浪费掉了，实在太可惜。经对发动机的分析发现，现有发动机存在很多严重问题。现有发动机采用曲柄连杆机构完成活塞直线运动到旋转运动的转换，损失达14％，现有发动机利用其曲轴作为反馈控制源，人为地将作功循环增加到4个行程，增多了转换机构往复的惯性和摩擦损失。目前，多数机械已进步到微机控制，唯独发动机仍沿用落后的机械控制。
发明内容
本发明采用微机控制代替掉部分机械控制，全面提高了发动机的工作水平，并提出了新的发动机结构。
本发明的目的之一是提供一种能够取消目前发动机中包括正时齿轮，凸轮轴系，挺杆，挺筒，摇臂，摇臂座等机械控制，采用微机顺序控制器完成发动机的计算机控制的发动机控制方法。本发明的另一个目的是提供实现这一技术方案发动机。实现了发动机性能的显著提高。
为解决上述问题，本发明的技术方案之一是这样的即一种发动机的微机控制方法，包括采用可编程控制器，执行电磁阀，延时继电器，以及被控制的发动机，其特征在于利用滚动螺旋机构完成直线运动到旋转运动的转换，其中每个活塞只作两个行程就完成一个的两行程工作循环，其控制方法的控制顺序包括a、第一行程作功行程时，启动开关、点火，燃烧，活塞移动螺杆带动螺旋套旋转，离合器结合，离合器带动齿轮，输出齿轮旋转，输出功率。
b、第二行程时，由弹簧将活塞推回原位，此时，由微机控制装置控制电磁阀将排气门打开，离合器断电；做功结束后，由复位弹簧推动活塞回到原位后，由微机控制装置控制电磁阀将进气阀打开，带压力的混合燃烧气源中的气体导速压入汽缸，当快排完废气时，微机控制装置控制排气阀关闭，当汽缸内压力达到混合气体压力时，微机控制装置控制进气阀关闭。则此时电火花点火，启动下循环。
c、将各作功单元均布在输出中心齿轮周围；若干个气缸构成的发动机工作时，各气缸之间的点火时间间隔相同，各缸总的工作循环时间应当大于单缸的工作循环时间。
在上述方法中，每个气缸单元的工作过程是独立的。当几个气缸单元配合组成多缸发动机时，则在发动机的一个工作循环中，各个气缸按顺序点火做功，每个气缸所占用的时间是为发动机工作周期的定百分比。工作周期的长短表示发动机的转速的高低。
实现本发明采用的技术方案之二是这样的即一种微机控制的发动机，包括可编程控制器，至少一个汽缸、每个气缸包括由电磁阀控制的进气阀门、排气阀门、直线运动到旋转运动转换组件，复位弹簧，离合器组件；其特征是直线运动到旋转运动转换组件由螺杆、花键套、止推轴承、螺套、电磁绳离合器构成，其中螺杆的一端与活塞固定，螺杆上有直线花键槽段和螺旋槽段，直线花键槽段通过滚珠与顶固定在汽缸套下端的花键套配合，螺旋槽段通过滚珠与螺旋套配合；花键套与螺旋套通过止推轴承连接；电磁绳离合器由螺旋套、电磁绳、电磁线圈及输出齿轮构成，电磁绳、电磁线圈位于螺旋套与输出齿轮之间；螺杆的另一端与复位弹簧接触；每个与电磁绳离合器固定的输出齿轮在圆周上与发动机的输出中心齿轮啮合。
本发明提供的顺序控制方法及装置，代替了包括正时齿轮，凸轮轴，凸轮座，凸轮，挺筒，挺杆，摇臂，摇臂座等机械部件。由于计算机具有时间虚拟控制功能，因此，延时继电器，延时继电器，延时继电器可由计算机完成。此外，对位置控制器，根据时间＝长度/速度，在已知速度时，亦可由时间控制代替，建模后，也由计算机完成。因此，控制系统为微机无传感器控制系统。
本发明提供的发动机结构中，能量转换、运动变换和传递由机械完成；而发动机的控制则由可编程控制器，执行器组成，使发动机进步到现代机电系统的先进水平。发动机以输出齿轮为中心，按照缸数不同，将各作功单元均布在输出齿轮周围，由电磁离合器完成选择传动，使控制参数不受发动机转速的影响，在发动机上装隔热板，在板上装各种电子装置。进气管沿各缸外环布置，排气管由各缸所对的内壁连接一起输出。发动机外形呈圆柱形。
图1为发动机实施例结构图，它是图2的B-B截面图；图2为图1的A-A截面图；图3为发动机实施例结构示意图。
图4为工作循环控制框图。
图5为可编程逻辑控制器控制发动机的梯形图。
具体实施例方式
下面通过附图，对本发明具体实施方式
进一步说明。
参见图1及图2为发动机的总体布局结构图，发动机由上部的控制部件，中间的燃烧部件，及下面的传动及变换部件组成。由于省去了机械控制机构，发动机结构大为简化，外形尺寸显著缩小，重量约减轻一倍。
参见图3为发动机的结构示意图，图中1为传动及变换部件，2为燃烧部件，3为控制部件。控制部件3与燃烧部件2间有空隙及隔热板，可编程控制器5装在隔热板上，对于四缸发动机，相应地有4个呈圆柱形的作功组件4。发动机的作功组件由进气阀10，排气阀9，气缸套11，活塞12，螺杆13，直花键套14，螺旋套15，离合器及齿轮16，复位弹簧17组成。当气缸燃烧作功时，活塞12、螺杆13下移，直花键副14的作用是保证螺杆13只作上下移动。螺杆下移时，滚动螺旋副15将活塞的上下移动变换为螺旋套15的正反转动，离合器16的作用是，当活塞下移，螺旋套正转作功时，离合器16接通，由齿轮将动力传给输出齿轮。而螺杆13复位由弹簧17推动上移时，离合器松开。故活塞往复移动工和时，仅有活塞、螺杆、螺旋套、弹簧上、下移动，正反转动。而离合器外套、输出齿轮为恒方向转动。
图4为工作循环控制框图，按下起动开关A后，发动机点火B，混合气燃烧，活塞C正行程作功，电磁离合器合，将功率输出，当活塞C移到下止点后，延时继电器D打开电磁排气阀E打开，电磁离合器断电，活塞反行程排气F，经一定时间后，活塞移至上止点时，延时继电器G打开电磁进气阀H，压气泵I输出加压的空气，经喷油泵J喷油后，将混合气输入燃烧室K，新鲜气体在燃烧室内逐渐将废气挤出，经一定时间后，待废气基本挤完时，延时继电器L关闭电磁排气阀M，燃烧室继续进气，升压N，经一定时间升到额定气压后，延时继电器O关闭进气阀P，完成一个完整的工作循环。同时由逻辑电路将信号反馈回去点火，开始第二个工作循环。这里，延时继电器G、延时继电器L、延时继电器O为定时的，实际上可由计算机的虚拟线路完成。延时继电器D的动作时间与发动机转速有关，由位移、速度、时间模型求出，亦可由计算机的虚拟线路完成。
图5为可编程逻辑控制器PLC控制发动机的梯形图，用以完成上述顺序控制。以三菱公司的F-40M的PLC为例。X400为启动开关，M为辅助继电器，T为定时器，点火器、离合器、排气阀、进气阀、压气泵、喷油嘴分别由Y430、Y431、Y432、Y433、Y434、Y435代表。当按下启动开关X400后，点火器Y430，离合器Y431被驱动，定时器T450起动；定时器T450定时结束后，排气阀Y432被驱动，离合器Y431断开，定时器T451起动；定时器T451定时结束后，进气阀开，排气阀关，压气泵开，喷油嘴开，定时器T452起动；定时器T452定时结束后，压气泵Y434关，喷油嘴Y435关，进气阀Y433关，进气阀Y433关，排气阀Y432关，定时器T453起动；定时器T453定时结束后又开始下一个循环。
权利要求
1.一种发动机的微机控制方法，包括采用可编程控制器，执行电磁阀，延时继电器，以及被控制的发动机，其特征在于利用滚动螺旋机构完成直线运动到旋转运动的转换，其中每个活塞只作两个行程就完成一个的两行程工作循环，其控制方法的控制顺序包括a、第一行程作功行程时，启动开关、点火，燃烧，活塞移动螺杆带动螺旋套旋转，离合器结合，离合器带动齿轮，输出齿轮旋转，输出功率；b、第二行程时，由弹簧将活塞推回原位，此时，由微机控制装置控制电磁阀将排气门打开，离合器断电；做功结束后，由复位弹簧推动活塞回到原位后，由微机控制装置控制电磁阀将进气阀打开，带压力的混合燃烧气源中的气体导速压入汽缸，当快排完废气时，微机控制装置控制排气阀关闭，当汽缸内压力达到混合气体压力时，微机控制装置控制进气阀关闭。则此时电火花点火，启动下循环；c、将各作功单元均布在输出中心齿轮周围；若干个气缸构成的发动机工作时，各气缸之间的点火时间间隔相同，各缸总的工作循环时间应当大于单缸的工作循环时间。
2.一种微机控制的发动机，包括可编程控制器，至少一个汽缸(5)、每个气缸包括由电磁阀控制的进气阀门(10)、排气阀门(9)、直线运动到旋转运动转换组件，复位弹簧(17)，离合器组件；其特征是直线运动到旋转运动转换组件由螺杆(13)、花键套(14)、止推轴承、螺旋套(15)、电磁绳离合器(16)构成，其中螺杆的一端与活塞(12)固定，螺杆上有直线花键槽段和螺旋槽段，直线花键槽段通过滚珠与顶固定在汽缸套下端的花键套配合，螺旋槽段通过滚珠与螺旋套配合；花键套与螺旋套通过止推轴承连接；电磁绳离合器由螺旋套、电磁绳、电磁线圈及输出齿轮构成，电磁绳、电磁线圈位于螺旋套与输出齿轮之间；螺杆的另一端与复位弹簧接触；每个与电磁绳离合器固定的输出齿轮在圆周上与发动机的输出中心齿轮(6)啮合。
3.根据权利要求1所述的发动机微机控制方法，其特征在于延时继电器(G)，延时继电器(L)，延时继电器(O)可由可编程控制器完成，对于位置控制器(D)，根据时间＝长度/速度，在已知速度时，亦可由时间控制代替，建模后，也由可编程控制器完成。
4.根据权利要求2所述的微机控制的发动机，其特征在于发动机的能量转换，运动变换和传递由机械完成，而发动机的控制则由微机，虚拟传感器，执行器组成；发动机以输出中心齿轮为中心，按照缸数不同，将各作功单元均布在输出齿轮周围，由电磁离合器完成造择传动，使控制参数不受发动机转速的影响，在发动机上装隔热板，在板上装可编程控制器PLC及各种电子装置。进气管沿各缸外环布置，排气管由各缸所对的内壁连接一起输出；发动机外形呈圆柱形。
5.根据权利要求1所述的微机控制的发动机控制方法，其特征在于每个气缸单元的工作过程是独立的。当几个气缸单元配合组成多缸发动机时，则在发动机的一个工作循环中，各个气缸顺序工作(点火做功)，每个气缸所占用的时间是为发动机工作周期的定百分比。工作周期的长短表示发动机的转速的高低。
全文摘要
发动机的微机控制方法利用滚动螺旋机构完成直线运动到旋转运动的转换，每个气缸活塞只作两个行程就完成一个的两行程工作循环，将各作功单元均布在输出中心齿轮周围，通过微机控制作功单元控制做功时序。微机控制的发动机包括可编程控制器，至少一个汽缸、每个气缸包括由电磁阀控制的进气阀门、排气阀门、直线运动到旋转运动转换组件及电磁绳离合器，每个与电磁绳离合器固定的输出齿轮在圆周上与发动机的输出中心齿轮啮合。本发明利用微机顺序控制代替正时齿轮，凸轮轴，凸轮，凸轮轴承，挺筒，挺杆，摇杆后，将使发动机结构大为简化，重量大为减轻，参数大为优化，效率大为提高，并改变了发动机的总体结构。
文档编号F02D29/02GK1523215SQ0313580
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月8日 优先权日2003年9月8日
发明者梁锡昌, 王光建 申请人:重庆大学