一种双活塞杠杆高效发动机及其做功控制方法
阅读说明：本技术 一种双活塞杠杆高效发动机及其做功控制方法 (A kind of double-piston lever high efficience motor and its control method of doing work ) 是由 杜申记 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双活塞杠杆高效发动机,包括发动机缸体,所述发动机缸体内设置有曲轴,所述曲轴通过一连杆连接一本活塞,所述发动机缸体的内还设置有一顶活塞,所述顶活塞通过一凸轮轴机构驱动。本发动机在做功冲程开始时,活塞在上止点位置,这时不具备做功条件(燃料不开始燃烧),曲轴在惯性的作用下带动本活塞开始向下止点运行,同时同步凸轮轴机构开始加速推动顶活塞向下推过来。曲轴达到设定的角度时,顶活塞加速推行到近端位置,两个活塞之间形成一个密闭、狭小的压缩空间,同时燃料瞬间燃烧产生最大的压力(推力),推动本活塞向下运行,同步曲轴有一定的角度,就会产生一个杠杆效应,把最大的推力高效的转化成旋转的动能输出。(The invention discloses a kind of double-piston lever high efficience motors, including engine cylinder body, crankshaft is provided in the engine cylinder body, the crankshaft connects a piston by a connecting rod, a top piston is additionally provided in the engine cylinder body, the top piston is driven by a camshaft mechanism.This engine is when expansion stroke starts, piston is in top dead center position, at this moment do not have acting condition (fuel does not start to burn), crankshaft drives this piston to start to run to lower dead center under the action of inertia, while synchronous cam axis mechanism starts to accelerate to push top piston to push down on.When crankshaft reaches the angle of setting, piston is pushed up to accelerate to carry out arriving proximal location, a closed, narrow compression space is formed between two pistons, fuel moment burning simultaneously generates maximum pressure (thrust), this piston is pushed to run down, synchronous crankshaft has certain angle, will generate a leverage, and the kinetic energy that maximum thrust is efficiently converted to rotation is exported.)
技术领域
本发明属于发动机领域，具体而言涉及一种内燃发动机。
背景技术
众所周知，内燃发动机是燃料在缸筒、缸盖、活塞所形成的密闭空间内瞬间燃烧，产生的高压、高温气体推动活塞来实现内能向动能的转化，其基本结构参见图1所示。为了满足燃烧所需的三个条件燃料、氧气和燃点，内燃发功机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环。一个工作循环曲轴转两圈，做功冲程完成一次能量转化。备注:曲轴和活塞通过连杆连接在一起，两个部件运行是同步的。即曲轴在上止点或下止点位置时，活塞同步在上止点或下止点位置，连杆两端受的力的大小相等。
以下简要介绍，现有内燃机的做功过程：
1）吸气冲程:曲轴在外力惯性的作用下旋转，从上止点带动活塞向下运行，进气门开启，吸入空气和燃料混合气体(柴油机只吸入空气)一直到下止点，进气门关闭，吸气冲程结束。
2）压缩冲程:曲轴在外力惯性的作用下旋转，从下止点推动活塞向上运行，压缩吸入的气体，一直到上止点，压缩冲程结束。
3）做功冲程:曲轴旋转，活塞在止止点位置，燃料在密闭、狭小的压缩空间内，瞬间燃烧产生高压、高温气体推动活塞向下运行，活塞通过连杆把向下的推力转化成曲轴的旋转力对外输出，一直到下止点，做功冲程结束。
4）排气冲程:曲轴在外力惯性的作用下旋转，从下止点推动活塞向上运行，排气门开启，排出燃烧产生的废气，一直到上止点，排气门关闭，排气冲程结束。
做功冲程中活塞在气缸内作往复运动，曲轴以主轴颈为圆心，以主轴颈和连杆轴颈的圆心距为半径，作旋转运动。
剖析做功冲程：
活塞:做功冲程开始时，活塞和曲轴同步在上止点位置，活塞上端是密闭、狭小的压缩空间，这时燃料瞬间燃烧，产生高压、高温气体，推动活塞向下运行。气体在推动活塞向下运行的同时，活塞上端密闭空间增大，气体膨胀，压力降低，对活塞的推力持续减小。
曲轴:做功冲程开始时，曲轴在上止点位置，曲轴主轴颈的圆心点、连杆轴颈的圆心点和活塞销圆心点，三点在一条垂直线上(缸筒圆心点与曲轴主轴颈圆心点的直线上)，这时活塞上端密闭、狭小的压缩空间，燃料瞬间燃烧，产生的气体压力最高，对活塞的推力也最大。反而因为圆心点(曲轴主轴颈的圆心点)，旋转点(连杆轴颈的圆心点)和推力点(活塞销圆心点)三点在一条垂直线上，曲轴对这个最大推力的转化效率是零(曲轴不能把最大的推力转化成旋转动力输出)。而随着做功冲程的继续曲轴旋转，圆心点、旋转点和推力点，三点形成一个三角形。曲轴圆心点和旋转点形成一个杠杆转动过程中动力大小的变化。即做功冲程曲轴对活塞推动的转化效率。
由上述分析得知，现有技术的内燃机在做功冲程时，气体对活塞的推力是由大持续到小的减小变化过程，而曲轴对推力的转化过程是由小到大再到小的转化过程。这种情况下可以发现，最大的推力得不到最大的较化效率。而目前，现有技术中为了获得更大的动力输出，普遍采用了增压、增压中冷、四气门、缸内直喷、可变压缩比等技术，只是增加了做功冲程时的燃烧比，获得了更大的燃烧压力(推力)，反而忽略了曲轴从上止点(0度)到下止点(180度)之间的杠杆变化，错失了做功冲程中杠杆原理的使用，降低了曲轴对活塞推力的转化效率。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种双活塞杠杆高效发动机，该该发动机具有两个活塞，可以把最大的推力高效地转化成旋转地动能输出。
活塞之间形成密闭、狭小的空间，同时燃料燃烧产生最大的推力，推力使得活塞向下运行，同步曲轴有一定的角度，就会产生一个杠杆效应，把最大的推力高效地转化成旋转地动能输出。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种双活塞杠杆高效发动机，包括发动机缸体，所述发动机缸体内设置有曲轴，所述曲轴通过一连杆连接一本活塞，所述发动机缸体的内还设置有一顶活塞，所述顶活塞通过一凸轮轴机构驱动。
进一步的，所述凸轮轴机构包括一凸轮轴，所述凸轮轴由一螺旋变径从动齿轮驱动，所述螺旋变径从动齿轮由一螺旋变径主动轮驱动，所述螺旋变径主动轮由一转换齿轮驱动，所述转换齿轮由一曲轴齿轮驱动，所述曲轴齿轮设置在所述曲轴上。
进一步的，所述曲轴齿轮与所述转换齿轮的转速比为2:1。
进一步的，所述凸轮轴与一滚轮紧密抵触，所述滚轮可转动的设置在一滚轮支架上，所述滚轮支架的底端固连一顶活塞杆，所述顶活塞杆与所述顶活塞连接。
进一步的，所述凸轮轴机构还包括一凹轮盘组件，所述凹轮盘组件包括一对固定在一转轴上的一对凹轮盘，在所述的一对凹轮盘的相对端面上开设有一对对称的凹槽，所述滚轮支架位于所述的一对凹轮盘之间，所述滚轮支架的两支架分别架设在所述的一对凹槽内；所述凸轮轴固定在所述转轴上，位于所述的一对凹轮盘之间，所述凹轮盘组件通过所述转轴连接所述螺旋变径从动齿轮。
进一步的，所述凹槽的槽形与所述凸轮轴的外轮廓相匹配。
进一步的，所述发动机缸体两侧分别开设有一进气门和一排气门，所述进气门和所述排气门连接至所述发动机的配气机构，所述进气门和所述排气门分别位于所述本活塞处于上止点位置时的上方位置；所述上止点位置是指所述本活塞在缸体内能够移动到的最高点位置。
本发明的另一发明目的在于提供一种双活塞杠杆高效发动机的做功控制方法，其包括以下步骤：
步骤1）吸气冲程，
所述本活塞在所述上止点位置时，所述曲轴在外力惯性的作用下旋转，带动所述本活塞向下运行，此时所述顶活塞保持在远端位置；所述进气门开启，吸入空气和燃料一直到所述本活塞移动至下止点位置，所述进气门关闭，吸气冲程结束；
步骤2）压缩冲程，
所述曲轴在惯性的作用下旋转，推动所述本活塞向上运行，此时所述顶活塞依然在远端位置保持不变，压缩吸入的气体，直到所述本活塞移动至上止点位置，压缩冲程结束；
步骤3）做功冲程，
所述曲轴在惯性的作用下旋转，带动所述本活塞向下运行，此时所述凸轮轴机构同时同步推动所述顶活塞向近端位置加速推来，当所述曲轴旋转到一个角度时，所述顶活塞也同步加速推行到近端位置；当所述顶活塞与所述本活塞之间形成密闭、狭小的压缩空间时，同时燃料瞬间燃烧产生高压、高温气体，对所述本活塞产生强大的推力，直到所述本活塞移动至下止点，做功冲程结束；在做功冲程所述曲轴转到150°时，所述本活塞快到下止点时，所述顶活塞开始返回远端位置；
步骤4）排气冲程，
所述曲轴在惯性的作用下旋转，所述顶活塞返回远端位置，所述排气门开启，所述曲轴推动所述本活塞向上运行，排出废气，一直到所述本活塞移动至上止点，所述排气门关闭，排气冲程结束；
所述上止点位置是指所述本活塞在缸体内能够移动到的最高点位置；
所述下止点位置是指所述本活塞在缸体内能够移动到的最低点位置；
所述远端位置是指所述凸轮轴机构的所述凸轮轴升程的最低点；
所述近端位置是指所述凸轮轴机构的所述凸轮轴升程的最高点。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
本发明去除了现有内燃发动机的缸盖，并将原缸筒加长，在加长的缸筒里再安装一个活塞，由一个凸轮轴机构驱动，配气机构设计在缸筒两侧活塞上止点之上。本发明的发动机在做功冲程开始时，活塞在上止点位置，这时不具备做功条件(燃料不开始燃烧)，曲轴在惯性的作用下带动本活塞开始向下止点运行，同时同步凸轮轴机构开始加速推动顶活塞向近端位置加速推行，曲轴旋转到设定的角度时，顶活塞加速推行到近端位置，两个活塞之间形成密闭、狭小的压缩空间，同时燃料瞬间燃烧产生最大的推力，推动本活塞向下运行，同步曲轴有一定的角度，就会产生一个杠杆效应，把最大的推力高效的转化成旋转的动能输出。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的
具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有内燃发动机结构示意图。
图2为本发明的双活塞杠杆高效发动机的结构示意图（做功冲程，本活塞在上止点位置）。
图3为本发明的双活塞杠杆高效发动机的缸体部分的结构示意图（做功冲程本活塞在有角度时，燃料燃烧，内能高效转化动能）。
图4为本发明的双活塞杠杆高效发动机的凹轮盘组件的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
实施例一:
参见图2-3所示，一种双活塞杠杆高效发动机，包括发动机缸体1，所述发动机缸体1内设置有曲轴2，所述曲轴2通过一连杆3连接一本活塞4，所述发动机缸体1的内还设置有一顶活塞5，所述顶活塞5通过一凸轮轴机构驱动。
进一步的，所述凸轮轴机构包括一凸轮轴6，所述凸轮轴6由一螺旋变径从动齿轮7驱动，所述螺旋变径从动齿轮7由一螺旋变径主动轮8驱动，所述螺旋变径主动轮8由一转换齿轮9驱动，所述转换齿轮9由一曲轴齿轮10驱动，所述曲轴齿轮10设置在所述曲轴2上。
进一步的，所述曲轴齿轮10与所述转换齿轮9的转速比为2:1。
进一步的，所述凸轮轴6与一滚轮501紧密抵触，所述滚轮501可转动的设置在一滚轮支架11上，所述滚轮支架11的底端固连一顶活塞杆502，所述顶活塞杆502与所述顶活塞5连接。
进一步的，参见图4所示，所述凸轮轴机构还包括一凹轮盘组件，所述凹轮盘组件包括一对固定在一转轴1203上的一对凹轮盘1201，在所述的一对凹轮盘1201的相对端面上开设有一对对称的凹槽1202，所述滚轮支架11位于所述的一对凹轮盘1201之间，所述滚轮支架11的两支架分别架设在所述的一对凹槽1202内；所述凸轮轴6固定在所述转轴1203上，位于所述的一对凹轮盘1201之间，所述凹轮盘组件通过所述转轴1203连接所述螺旋变径从动齿轮7。
进一步的，所述凹槽1202的槽形与所述凸轮轴6的外轮廓相匹配。
进一步的，所述发动机缸体1两侧分别开设有一进气门101和一排气门102，所述进气门101和所述排气门102连接至所述发动机的配气机构，所述进气门101和所述排气门102分别位于所述本活塞5处于上止点位置时的上方位置；所述上止点位置是指所述本活塞5在缸体内能够移动到的最高点位置。
实施例二：
本发明的另一发明目的在于提供一种双活塞杠杆高效发动机的做功控制方法，其包括以下步骤：
步骤1）吸气冲程，
所述本活塞4在所述上止点位置时，所述曲轴2在外力惯性的作用下旋转，带动所述本活塞4向下运行，此时所述顶活塞5保持在远端位置；所述进气门101开启，吸入空气和燃料一直到所述本活塞4移动至下止点位置，所述进气门101关闭，吸气冲程结束；
步骤2）压缩冲程，
所述曲轴2在惯性的作用下旋转，推动所述本活塞4向上运行，此时所述顶活塞5依然在远端位置保持不变，压缩吸入的气体，直到所述本活塞4移动至上止点位置，压缩冲程结束；
步骤3）做功冲程，
所述曲轴2在惯性的作用下旋转，带动所述本活塞4向下运行，此时所述凸轮轴机构同时同步推动所述顶活塞5向近端位置加速推来，当所述曲轴2旋转到设定角度时，所述顶活塞5也同步加速推行到近端位置；当所述顶活塞5与所述本活塞4之间形成密闭、狭小的压缩空间时，同时燃料瞬间燃烧产生高压、高温气体，对所述本活塞4产生强大的推力，所述曲轴2在所述连杆3的推动下，在所述曲轴2的设定角度，通过杠杆效应把所述本活塞4的推力，高效转化成所述曲轴2的旋转动力，直到所述本活塞4移动至下止点，做功冲程结束；在曲轴2旋转到150度时，本活塞4快到下止点时，顶活塞5在凸轮轴机构凹轮盘的拉动下开始返回远端位置；
步骤4）排气冲程，
所述曲轴2在惯性的作用下旋转，所述顶活塞5返回远端位置，所述排气门102开启，所述曲轴2推动所述本活塞4向上运行，排出废气，一直到所述本活塞4移动至上止点，所述排气门102关闭，排气冲程结束；
所述上止点位置是指所述本活塞4在缸体内能够移动到的最高点位置；
所述下止点位置是指所述本活塞4在缸体内能够移动到的最低点位置；
所述远端位置是指所述凸轮轴机构的所述凸轮轴6升程的最低点；
所述近端位置是指所述凸轮轴机构的所述凸轮轴6升程的最高点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。