专利名称：一种环保型内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，尤其涉及一种双向(相互反向)利用燃料燃烧而 产生的气体膨胀动力的、以齿轮作为动力装置载体的环保型内燃机。
背景技术：
一直以来，内燃机基本都是往复式活塞发动机，另外也有少数的汪克尔转 子发动机，这些传统内燃机的工作原理都是把可燃气体和助燃气体压縮后点燃， 高压气体燃烧后产生大量的热量，在热膨胀的作用下，这个热量使燃烧室内的 高压混合气体的压力骤然增大数倍，这个压力推动活塞向下移动，活塞推动连 杆向下移动，连杆推动曲轴旋转，在曲轴飞轮的惯性作用(如单缸发动机)或 其它气缸连杆的推动作用(如双缸发动机、四缸发动机等)下，活塞向上移动， 压縮燃烧室内的气体，活塞移动到位后，火花塞再次点火，重复以上过程，如 此反复，带动曲轴飞轮旋转。
上述传统内燃机的缺陷在于在利用燃料燃烧产生的膨胀做功动力(简称 燃烧做功动力)的过程中，都是单向利用燃烧做功动力，而作用在气缸内壁的 压力则被浪费了，所以燃烧做功动力利用不够充分；另外，由于每次燃烧后的
废气的排放都比较充分，所以废气中未完全燃烧的燃气没有进行继续燃烧就被 排出，形成了燃料浪费，降低了效率，同时废气排放量较大，不利于环保。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种环保型内燃机，这种内 燃机采用双向(相互反向)利用燃料燃烧的膨胀动力来带动齿轮飞轮旋转的方 式，使燃烧做功动力被更加充分地利用。
本发明是通过以下技术方案来实现上述目的的本发明包括气缸和气缸内的动力装置，在气缸上设置有燃料进气口、空气 进气口、废气排气口和火花塞，所述气缸内的动力装置是所述气缸内的动力 装置是在气缸内安装有两个通过齿和齿槽相互咬合的齿轮，当第一个齿轮的 齿与第二个齿轮的齿槽相互咬合时，在相互咬合最充分的一对齿和齿槽中，第 一个齿轮的齿两侧的外边缘与第二个齿轮的齿槽两侧的内边缘接触分别形成两 个可滑动密封点，第一个齿轮的齿两侧的外边缘、第二个齿轮的齿槽两侧的内 边缘和两个可滑动密封点共同形成第一燃烧室，在第一燃烧室位置的气缸端盖 上设置火花塞；所述两个齿轮的齿顶与所述气缸的内壁之间为可滑动密封结构， 即在齿轮的齿可以轻易滑动的前提下，齿轮的齿顶与气缸的内壁之间尽可能地 靠近形成密封状态；所述两个齿轮的轴与气缸外的传动齿轮的轴连接为一体， 并由气缸外的传动齿轮的轴承固定其在气缸内的位置；以所述齿轮靠近所述气 缸壁的旋转方向为方向，在所述气缸壁上先设置有废气排气口，后设置有燃料 进气口和空气进气口 ，在与两个齿轮分别相对应的气缸壁上分别设置有各自独 立的废气排气口。在实际应用中，与现有相关结构一样，为了达到更好的滑动 密封效果，在第一个齿轮的外边缘和第二个齿轮的内边缘上分别安装有密封条， 在气缸的内壁上安装有密封环。
作为本发明的优选技术方案，所述第一个齿轮的齿两侧的外边缘和第二个 齿轮的齿槽两侧的内边缘的形状满足以下条件在所述相互咬合最充分的一对 齿和齿槽中，以两个齿轮的中心点的连线为基线，以第一个齿轮的中心点为圆 心，第一个齿轮的齿在±20°范围内时，所述两个可滑动密封点均处于可滑动 密封状态；当第一个齿轮的齿刚好在-30°时，第一个可滑动密封点刚好形成可 滑动密封状态。所述空气进气口为两个，分别设置于与所述两个齿轮的连接部 位相对应且位于齿轮旋转方向的始端和末端的气缸壁上。
在本发明的运行过程中，首先由启动电机带动本发明的两个齿轮开始转动， 之后进入以下运行过程各进气口的阀门和火花塞点火均由中央控制器自动控 制，首先燃料进气口的阀门打开，向气缸内喷入一定量的燃料，此燃料被齿轮的齿带到所述两个齿轮的连接部位的始端处，在第一个可滑动密封点刚形成时， 该处的空气进气口的阀门打开，向气缸内喷入一定量的压縮空气，此压縮空气 与先喷入的燃料混合后使两个齿轮的连接部位处的气体压力增大。此后极短的 时间内，第二个可滑动密封点形成，第一燃烧室形成，该处的大部分混合气体 被压入第一燃烧室。由于不在两个齿轮的中心线上，所以刚形成的第一燃烧室 的体积较大，随着齿轮的旋转，当第一燃烧室旋转至刚好位于两个齿轮的中心 线上时，第一燃烧室的体积达到最小化，这时第一燃烧室内的混合气体的气压 最高，在中央控制器的作用下，火花塞打火，点燃第一燃烧室内的混合气体， 混合气体燃烧产生的高温使第一燃烧室内的气压骤然升高数倍。由于齿轮处于 不断旋转之中，所以当第一燃烧室内的混合气体点燃并经过短暂延时后产生爆 炸的时候，第一燃烧室已经离开两个齿轮的中心线，在混合气体燃烧产生爆炸 后形成第一气体膨胀室，第一气体膨胀室产生的压力被传到两边齿轮的齿上， 同时反向推动两边的齿轮旋转，在此过程中，由于燃烧做功动力被双向利用， 所以燃烧做功动力被充分利用，提高了燃烧做功动力的利用效率。当齿轮继续 旋转一定角度后，第一个可滑动密封点及第二个可滑动密封点相继断开，解除 密封状态，紧接着，位于两个齿轮的连接部位的末端处的空气进气口的阀门打 开，向气缸内喷入一定量的压縮空气，此时，第一气体膨胀室内的高温和火焰 依然存在，在压縮空气提高更多氧气(助燃)的情况下，使第一次燃烧中未能 完全燃烧的燃料进一步充分燃烧，形成高温高压的第二气体膨胀室，第二气体 膨胀室产生的压力同样被传到两边齿轮的齿上，同时反向推动两边的齿轮旋转。 在齿轮旋转到与废气排气口相对应的位置时，在该齿槽内的一部分废气被排放 到气缸外，剩下的废气(其中仍然包含一部分未充分燃烧的燃料)被齿轮的齿 带到与燃料进气口相对应的位置，接着开始下一次相同的循环过程。在上述运 行过程中，气缸内会产生很大的热量，高温可能会对气缸内的部件造成一定程 度的损坏，从而影响摩擦系数及密封效果等，所以本发明的气缸也会象传统发 动机一样，在其外壁设置散热筋，采用风冷或水冷的方式降温。另外，在需要满足较大驱动功率的情况下，可以将多个本发明的传动轴连接起来，形成多缸 (如双缸、四缸等)发动机，各发动机之间相互推动，以达到输出更大功率的 目的。上述运行过程只是对齿轮中的某一对齿和齿槽的工作过程作了详细的说 明，实际上齿轮中的每一对齿和齿槽的工作过程都与上述过程一样，所以，在 一个循环周期中，齿轮有多少个齿，就有多少与上述一样的工作过程。在此说 明一下，当两个齿轮的齿的个数不同时，以齿的个数少的齿轮的循环周期为整 个内燃机的循环周期。由于两次气体膨胀室的存在，所以在一个循环周期中，在每一个齿轮上分别产生了 2N (N为齿的个数少的齿轮的齿的个数)次连续的 推动力，将燃烧做功动力充分地利用。作为本发明的最佳具体结构，所述燃料进气口为两组，分别设置在与两个 齿轮分别相对应的气缸壁上。这样有利于两个齿轮的受力平衡。所述第一个齿轮的齿为六个，所述第二个齿轮的齿为九个。经过试验，这 种结构可以在满足一定时间内同时存在两个可滑动密封点的前提下，有效避免 两个齿轮的齿之间相互碰撞的问题。当然，随着进一步的实际发展，所述两个 齿轮的齿的个数也可能为其它更加合理的组合。所述气缸内壁在所述两个齿轮的连接部位内凹，使所述气缸内的空间体积 尽可能减小。这样可以减小因空间大而导致的燃料浪费及气缸内气体压力的减 小。所述废气排气口为倾斜口，其倾斜的角度满足以下条件废气排气口从气 缸内壁的一端到气缸外壁的一端的方向尽可能与相邻的齿轮的旋转方向一致。 这种结构可以更顺利地排出废气。所述燃料进气口为倾斜口，其倾斜的角度满足以下条件燃料进气口从气 缸内壁的一端到气缸外壁的一端的方向尽可能与相邻的齿轮的旋转方向相反。 这种结构可以更顺利地喷入燃料，也有利于齿轮的齿将燃料带走。作为本发明的进一步改进，所述燃料进气口包括气、油进气口和雾化水进 口。天然气和汽油是一般常用的主燃料，也可以为其它主燃料如乙醇等。加入 雾化水的好处是当处于第一气体膨胀室和第二气体膨胀室的高温高压环境中 时，部分水分子会分解成氢离子和氧离子，氢离子可以和氧离子燃烧产生热量， 是一种辅助燃料，可节约主燃料，降低成本；氧离子本身是一种助燃剂，有利 于燃料的进一步充分燃烧，提高了燃料的利用效率；另外雾化水还对齿轮的齿 面进行冷却清洗和润滑，具有降温、减小摩擦、保护气缸的作用。本发明的有益效果在于由于本发明利用燃烧做功动力同时反向推动两个齿轮旋转，所以有效地提 高了燃烧动力的利用率，节约了燃料，降低了成本；由于燃料经过两次或更多 次的燃烧，使燃料燃烧更加充分，降低了废气特别是有害气体(如一氧化碳等) 的排放量，有利于环保。在倡导节能减排的今天，在国内缺乏内燃机的自主知 识产权的情况下，本发明对国家环保事业的推动以及对国内内燃机自主知识产 权的建立和维护方面都有非常显著的作用。
图1是本发明的结构示意图之一； 图2是本发明的结构示意图之二； 图3是本发明的结构示意图之三； 图4是本发明的结构示意图之四； 图5是本发明的结构示意图之五。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构及运行过程作进一步描述-如图1所示，图中第一燃烧室刚好位于两个齿轮的中心线上，本发明包括 气缸1和气缸1内的动力装置，在气缸1上设置有气、油进气口 8、雾化水进 口 9、空气进气口 12和16、废气排气口 3和火花塞11。如图1所示，气缸1内的具体动力装置是在气缸l内安装有两个通过齿和齿槽相互咬合的齿轮15和齿轮2，当第一个齿轮15的齿与第二个齿轮2的齿槽相互咬合时，在相互咬 合最充分的一对齿和齿槽中，第一个齿轮15的齿两侧的外边缘与第二个齿轮2 的齿槽两侧的内边缘接触分别形成两个可滑动密封点5，第一个齿轮15的齿两 侧的外边缘、第二个齿轮2的齿槽两侧的内边缘和两个可滑动密封点5共同形 成第一燃烧室6，在第一燃烧室6位置的气缸端盖上设置火花塞11;齿轮15 和齿轮2的齿顶与气缸1的内壁之间为可滑动密封结构，即在齿轮15和齿轮2 的齿可以轻易滑动的前提下，齿轮15和齿轮2的齿顶与气缸1的内壁之间尽可 能地靠近形成密封状态；齿轮15的轴13和齿轮2的轴10与气缸1外的传动齿 轮的轴连接为一体，并由气缸1外的传动齿轮的轴承固定其在气缸1内的位置(图中不可视，这种结构的主要目的是避免齿轮15和齿轮2的齿顶对气缸1 的内壁产生压力，形成摩擦力)。如图1所示，以齿轮15靠近气缸1内壁的旋 转方向为方向，在气缸1的壁上先设置有废气排气口 3，后设置有气、油进气 口 8、雾化水进口 9、空气进气口 12;以齿轮2靠近气缸1内壁的旋转方向为 方向，在气缸1的壁上先设置有废气排气口 3，后设置有气、油进气口 8、雾化 水进口 9、空气进气口 12。如图1所示，在两个空气进气口 12和16中，空气 进气口 12设置于与两个齿轮15及齿轮2的连接部位相对应且位于齿轮旋转方 向的始端的气缸1的壁上；空气进气口 16设置于与齿轮15及齿轮2的连接部 位相对应且位于齿轮旋转方向的末端的气缸l的壁上。在实际应用中，与现有 相关结构一样，为了达到更好的滑动密封效果，在第一个齿轮15的外边缘和第 二个齿轮2的内边缘上分别安装有密封条，在气缸1的内壁上安装有密封环。如图l、图3和图4所示，第一个齿轮15的齿两侧的外边缘和第二个齿轮 2的齿槽两侧的内边缘的形状满足以下条件在相互咬合最充分的一对齿和齿 槽中，以两个齿轮的中心点的连线(图中点划线)为基线，以第一个齿轮15 的中心点(即轴13的中心)为圆心，第一个齿轮15的齿在±20°范围内时(说明图3为-20°的状态，图4为+20°的状态，图1为0°的状态)，两个可动密封点5均处于可滑动密封状态。如图2所示，当第一个齿轮15的齿刚好在 -30°时，第一个可滑动密封点5刚好形成可滑动密封状态。如图1所示，第一个齿轮15的齿为六个，第二个齿轮2的齿为九个。经过 试验，这种结构可以在满足一定时间内同时存在两个可滑动密封点5的前提下， 有效避免齿轮15和齿轮2的齿之间相互碰撞的问题。当然，随着进一步的实际 发展，齿轮15和齿轮2的齿的个数也可能为其它更加合理的组合。如图1所示，气缸l的内壁在齿轮15和齿轮2的连接部位内凹，使气缸l 内的空间体积尽可能减小。这样可以减小因空间大而导致的燃料浪费及气缸1 内气体压力的减小。如图1所示，废气排气口3为倾斜口，其倾斜的角度满足以下条件废气 排气口 3从气缸1内壁的一端到气缸1外壁的一端的方向尽可能与相邻的齿轮 15或齿轮2的旋转方向一致。这种结构可以更顺利地排出废气。气、油进气口 8、雾化水进口9均为倾斜口，其倾斜的角度满足以下条件气、油进气口8、 雾化水进口 9从气缸1内壁的一端到气缸1外壁的一端的方向尽可能与相邻的 齿轮15或齿轮2的旋转方向相反。这种结构可以更顺利地喷入燃料，也有利于 齿轮15和齿轮2的齿将燃料带走。在本发明的运行过程中，各进气口的阀门和火花塞点火均由中央控制器自 动控制，首先由启动电机带动本发明的齿轮15或齿轮2开始转动，之后进入以 下运行过程参照图2，在图2所示状态之前(图中不可视)，首先，气、油进 气口 8、雾化水进口 9的阀门打开，向气缸1内喷入一定量的主燃料(一般为 天然气或汽油，也可以为乙醇等)和辅燃料(即雾化水)，此燃料被齿轮15和 齿轮2的齿带到齿轮15和齿轮2的连接部位的始端处时。如图2所示，在第一 个可滑动密封点5刚形成时，该处的空气进气口 12的阀门打开，向气缸1内喷 入一定量的压縮空气，此压縮空气与先喷入的燃料混合后使齿轮15和齿轮2 的连接部位处的气体压力增大。此后极短的时间内，如图3所示，第二个可滑动密封点5形成，第一燃烧 室6形成，该处的大部分混合气体被压入第一燃烧室6。由于不在齿轮15和齿 轮2的中心线上，所以刚形成的第一燃烧室6的体积较大。随着齿轮15 (逆时针)和齿轮2 (顺时针)的旋转，如图1所示，当第一 燃烧室6旋转至刚好位于齿轮15和齿轮2的中心线上时，第一燃烧室6的体积 达到最小化，这时第一燃烧室6内的混合气体的气压最高，在中央控制器的作 用下，火花塞ll打火，点燃第一燃烧室6内的混合气体，混合气体燃烧产生的 高温使第一燃烧室6内的气压骤然升高数倍。由于齿轮15和齿轮2处于不断旋转之中，所以当第一燃烧室6内的混合气 体点燃并经过短暂延时后产生爆炸的时候，第一燃烧室6已经离开两个齿轮的 中心线，如图4所示，在混合气体燃烧产生爆炸后形成第一气体膨胀室18，第 一气体膨胀室18产生的压力(图中的箭头表示压力)被传到齿轮15和齿轮2 的齿上，同时反向推动两边的齿轮15和齿轮2旋转。在此过程中，由于燃烧做 功动力被双向利用，所以燃烧做功动力被充分利用，提高了燃烧做功动力的利 用效率。如图5所示，当齿轮15和齿轮2继续旋转一定角度后，第一个可滑动密封 点5及第二个可滑动密封点5相继断开，解除密封状态，紧接着，位于齿轮15 和齿轮2的连接部位的末端处的空气进气口 16的阀门打开，向气缸1内喷入一 定量的压縮空气，此时，第一气体膨胀室18内的高温和火焰依然存在，在压縮 空气提高更多氧气(助燃)的情况下，使第一次燃烧中未能完全燃烧的燃料进 一步充分燃烧，形成高温高压的第二气体膨胀室19，第二气体膨胀室19产生 的压力同样被传到齿轮15和齿轮2的齿上(图中的箭头表示压力)，同时反向 推动两边的齿轮15和齿轮2旋转。在齿轮15和齿轮2旋转到与废气排气口 3 相对应的位置时，在该齿槽内的一部分废气被排放到气缸1夕卜，剩下的废气(其 中仍然包含一部分未充分燃烧的燃料)被齿轮15和齿轮2的齿带到与气、油进 气口 8和雾化水进口 9相对应的位置，接着开始下一次相同的循环过程。在上述运行过程中，气缸1内会产生很大的热量，高温可能会对气缸l内 的部件造成一定程度的损坏，从而影响摩擦系数及密封效果等，所以本发明的 气缸也会象传统发动机一样，在其外壁设置散热筋，采用风冷或水冷的方式降 温。另外，在需要满足较大驱动功率的情况下，可以将多个本发明的传动轴连 接起来，形成多缸(如双缸、四缸等)发动机，各发动机之间相互推动，以达 到输出更大功率的目的。上述运行过程只是对齿轮15和齿轮2中的某一对齿和齿槽的工作过程作了 详细的说明，实际上齿轮15和齿轮2中的每一对齿和齿槽的工作过程都与上述 过程一样，所以，在一个循环周期中，齿轮15和齿轮2有多少个齿，就有多少 与上述一样的工作过程，在本实施例中，齿轮15和齿轮2的齿的个数不同，以 齿的个数少的齿轮15的循环周期为整个内燃机的循环周期。由于两次气体膨胀 室的存在，所以在一个循环周期中，在齿轮15和齿轮2上分别产生了 2N (N 为齿轮15的齿的个数)次即12次连续的推动力，将燃烧做功动力充分地利用。
权利要求
1、一种环保型内燃机，包括气缸和气缸内的动力装置，在气缸上设置有燃料进气口、空气进气口、废气排气口和火花塞，其特征在于所述气缸内的动力装置是在气缸内安装有两个通过齿和齿槽相互咬合的齿轮，当第一个齿轮的齿与第二个齿轮的齿槽相互咬合时，在相互咬合最充分的一对齿和齿槽中，第一个齿轮的齿两侧的外边缘与第二个齿轮的齿槽两侧的内边缘接触分别形成两个可滑动密封点，第一个齿轮的齿两侧的外边缘、第二个齿轮的齿槽两侧的内边缘和两个可滑动密封点共同形成第一燃烧室，在第一燃烧室位置的气缸端盖上设置火花塞；所述两个齿轮的齿顶与所述气缸的内壁之间为可滑动密封结构，即在齿轮的齿可以轻易滑动的前提下，齿轮的齿顶与气缸的内壁之间尽可能地靠近形成密封状态；所述两个齿轮的轴与气缸外的传动齿轮的轴连接为一体，并由气缸外的传动齿轮的轴承固定其在气缸内的位置；以所述齿轮靠近所述气缸壁的旋转方向为方向，在所述气缸壁上先设置有废气排气口，后设置有燃料进气口和空气进气口，在与两个齿轮分别相对应的气缸壁上分别设置有各自独立的废气排气口。
2、 根据权利要求1所述的环保型内燃机，其特征在于所述第一个齿轮的齿 两侧的外边缘和第二个齿轮的齿槽两侧的内边缘的形状满足以下条件:在 所述相互咬合最充分的一对齿和齿槽中，以两个齿轮的中心点的连线为基 线，以第一个齿轮的中心点为圆心，第一个齿轮的齿在±20°范围内时， 所述两个可滑动密封点均处于可滑动密封状态；当第一个齿轮的齿刚好在 -30°时，第一个可滑动密封点刚好形成可滑动密封状态。
3、 根据权利要求1所述的环保型内燃机，其特征在于所述空气进气口为两 个，分别设置于与所述两个齿轮的连接部位相对应且位于齿轮旋转方向的 始端和末端的气缸壁上。
4、 根据权利要求1所述的环保型内燃机，其特征在于所述燃料进气口为两 组，分别设置在与两个齿轮分别相对应的气缸壁上。
5、 根据权利要求1或4所述的环保型内燃机，其特征在于所述燃料进气口 包括气、油进气口和雾化水进口。
6、 根据权利要求1所述的环保型内燃机，其特征在于所述第一个齿轮的齿 为六个，所述第二个齿轮的齿为九个。
7、 根据权利要求1所述的环保型内燃机，其特征在于所述气缸内壁在所述 两个齿轮的连接部位内凹，使所述气缸内的空间体积尽可能减小。
8、 根据权利要求1所述的环保型内燃机，其特征在于所述废气排气口为倾 斜口，其倾斜的角度满足以下条件废气排气口从气缸内壁的一端到气缸 外壁的一端的方向尽可能与相邻的齿轮的旋转方向一致。
9、 根据权利要求1或4所述的环保型内燃机，其特征在于所述燃料进气口 为倾斜口，其倾斜的角度满足以下条件燃料进气口从气缸内壁的一端到 气缸外壁的一端的方向尽可能与相邻的齿轮的旋转方向相反。
10、 根据权利要求5所述的环保型内燃机，其特征在于所述燃料进气口为倾 斜口，其倾斜的角度满足以下条件燃料进气口从气缸内壁的一端到气缸 外壁的一端的方向尽可能与相邻的齿轮的旋转方向相反。
全文摘要
本发明公开了一种环保型内燃机，包括气缸和气缸内的动力装置，所述气缸内的动力装置是在气缸内安装有两个通过齿和齿槽相互咬合的齿轮，第一个齿轮的齿两侧的前外边缘与第二个齿轮的齿槽两侧的后内边缘接触分别形成两个可滑动密封点，第一个齿轮的齿两侧的外边缘、第二个齿轮的齿槽两侧的内边缘和两个可滑动密封点共同形成第一燃烧室，在第一燃烧室位置的缸壁上设置火花头；所述两个齿轮的齿顶与所述气缸的内壁之间为可滑动密封结构；所述两个齿轮的轴由气缸外的传动齿轮的轴承固定其在气缸内的位置。本发明利用燃烧动力同时反向推动两个齿轮旋转，提高了动力利用率；废气排放量小，燃料被多次燃烧，节约了能源，有利于环保。
文档编号F02B55/16GK101255817SQ20081004500
公开日2008年9月3日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者陈永红 申请人:陈永红