汽車及摩託智能結構智能控制內燃機的製作方法

2023-06-03 00:09:41

專利名稱：汽車及摩託智能結構智能控制內燃機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能控制內燃機的智能結構及控制方法。
背景技術：
現代環境保護和新能源的發展以及智能化普遍發展要求淘汰在環保、節能方面弱的內燃機。需要更加節能，適應多種新能源、具有智能結構、智能控制的內燃機，目前汽車內燃機在能源利用方面不具備多種能源普遍適用性，不能多種能源兼容，不能智能處理燃料反應前的物理性狀，不能控制燃料反應前後各階段的時間量，在實施自動控制方面尚不具備智能結構，按照本發明的發動機在智能控制所必須的動態反饋，對燃料進行定量化及管理、優化處理方面確立了智能結構，在發動機作功過程能夠充分發揮實驗室取得的多種數據、參數，使該數據成為直接控制不同物理性狀燃料的依據和資料庫。目前智能汽車智能交通系統主要針對發動機周邊設備實施智能化，內燃機向著提高可控制性方向發展。

發明內容
本發明的任務是提出一種智能控制內燃機的智能結構，實施自動控制和精確控制，解決結構上的技術難題，按照本發明的發動機達到數控智能化，廣泛適用多種能源，對多種新能源具有自適應性，並進行優化處理，充分節能。
上述任務是通過具有權利要求1的特徵的智能結構和具有權利要求5的特徵的控制方法來解決的。
本發明包括智能結構、優化控制實施方案，功能實施方案。智能結構具有三部分結構，第一部分結構包括配氣缸結構和缸體結構。控制執行結構是配氣缸、伺服電動機及傳動結構；反饋結構是配氣缸旋轉角度、旋轉速度測量器(如編碼器)、伺服電動機內編碼器感應元件和傳感器。控制反饋結構控制配氣缸的若干功能狀態和配氣缸旋轉角度、速度、狀態(以及時間量)。第二部分結構是活塞結構和動力杆結構。動力杆感應元件及後導軌傳感元件槽內的傳感器陣列構成活塞及動力杆的反饋結構。反饋結構向系統反饋活塞和動力杆的回程位置、速度等運動狀態。第三部分結構是傳動結構，控制執行結構是動力輪、控制輪、回程齒輪等結構；反饋結構是測量器和感應元件、傳感器。智能結構的三部分結構是統一的整體，智能結構還包括燃料(包括空氣)供給結構、潤滑結構，通過智能結構實施優化作功傳動控制，包括對燃料作功反應量的控制，控制燃料供給量和順序，點火作功時間，包括對燃為作功階段前的進氣、壓氣、優化三階段時間量控制，對燃料作功階段後的後期壓力階段和排氣階段的時間量控制。通過智能結構實施功能方案，包括作功過程單元控制型式，後期壓力作功型式，傳感器反饋控制型式。
按照本發明的發動機直接控制作功反應前後各階段時間量，為燃料的優化、高效節能提供了控制基礎和前提。按照本發明的發動機的優化控制方案、功能方案、智能結構方案使得制動能耗得以利用、不存在怠速耗能形式，使得本發動機以低轉速獲得良好的動力性能。
發動機由智能結構實施作功過程、傳動過程全過程數控，達到智能化是最重要的特點，是計算機軟體時代的產物，成為以軟體為基礎控制作功過程的數控設備，並以各種燃料在實驗室取得的最優參數，數據為控制依據，使得該發動機環保、高效節能的優勢無與抗衡。
該發動機每個作功周期均是獨立單元，與上一次作功、下一次作功無直接關係，因此無怠速、空檔、啟動等概念，有效節能。現代汽車在市區內使用時待速、空檔、啟動所消耗的能量巨大。反饋結構，傳感反饋控制等建立起「神經系統」達到精確自動控制，使發動機的狀態、性能調整達到最優，使發動機成為「活的心臟」。本發動機工作狀態是變量實施數控，如時間量等。比較現行發動機的恆定不可控，是一個質變，成為智能化的基礎。活塞運動至下止點附近的後期壓力階段，使燃料後期壓力作功，能源利用徹底(在車體低速行駛時最能體現此功能)，而現行發動機不能利用這部分能量。此能量是按照本發明的發動機節能的重要部分。實現發動機低轉速下獲得優良動力。由於具有後期壓力階段，使得燃料燃燒時間得以控制，有利於環保和節能。活塞每向下運動均為作功行程，效果提高，活塞處於液體環境，作功行程與上升行程急緩有節律，具有仿生動力的特徵；發動機的往復運動、旋轉運動分別由活塞和動力輪「各司其職、分工協作」，使之無振動、慣性小、動能損失少(節能)，活塞壽命長。蓄能罐液體環境均恆動能，使動能均勻、連續、無振動，在制動時儲存動能，發動機質量輕、位置靈活。配氣缸由伺服電動機傳動，控制精度高、功能優，進氣、排氣的口徑、時間均可控制，遠優於多氣門、電噴形式，對稱反向排氣減少了振動源，並對燃燒過程有一定的控制作用，配氣缸與缸體旋轉摩合形式，有利於密封氣體，並無機械衝擊，加之傳動液的減振作用使之成為無振動、低噪音發動機。按照本發明的發動機可同地使用兩種以上的燃料，及不同壓力值(比例)的燃料，在使用氣體性質燃料方面及多種能源方面具有不可替代的優點，燃料(氣體)壓力值不受局限，一種發動機適用多種能源，在環保方面更具優勢。按照本發明的發動機使控制操作達到最簡單。發動機的單缸、雙缸型式運用在摩託車上對摩託車具有革命性意義。按照本發明的發動機作功、控制是全新理念、全新結構，極具超前性，使節能效率達到內燃機所能達到的極限值。按照本發明的發動機，最適宜轎車使用，以及新興輕型車。該發動機專為新能源、智能化而創造，使內燃機的環境排放指標與燃料電池發動機相類同。


圖1是配合氣缸結構；圖1a是頂視圖及剖面，圖1b是側視圖及底視圖，圖1c是錐面體凹結構及油道結構。
圖2是配氣缸上柱體結構(2)，與缸體上柱體結構(13)構成軸承關係；圖3、圖4是配氣缸傳動結構；該傳動結構完成伺服電動機對配氣缸的驅動；圖4a是傳動結構部位圖(剖視圖)，圖4b、圖4c是傳動結構說明。
圖5是缸體結構，包括配氣缸缸體(與配氣缸接觸的缸體部分Y3)、作功氣缸(活塞頂活動區域Y4)、功能缸體(22、23)以及活塞結構，是配氣缸缸體錐面體上的功能結構，視圖位置是A-A，是配氣缸與配氣缸缸體結構關係，其剖視圖位置是B-B；圖6是配氣缸功能腔與缸體錐面體功能結構、功能狀態的尺寸值、角度值，本實施例的配氣缸由進入作功階段經過後期壓力階段至進入排氣階段所旋轉的角度值為15°，配氣缸的一個周期主要旋轉角度在排氣階段及後期壓力作功階段及進氣階段及壓氣階段。配氣缸完成一個作功過程旋轉180°，即一個周期旋轉180°；圖6a是缸體錐面體功能結構尺寸；圖6b是配氣缸功能腔尺寸。
圖7是功能缸體結構；圖a、b是缸體結構的兩部分。
圖8是活塞結構，密封環槽(33)及密封環(34、35)與功能缸體(22)構成密封結構，活塞頂的活塞環槽及活塞環為已有結構；圖9、圖10是動力杆結構以及動力杆後導向結構與後導軌結構關係(圖L4)，「圖L5」是上導向結構與上導軌結構關係；圖11是傳動缸體上部結構，包括動力輪腔(53)，控制輪腔(51)，圖C-C包括控制輪齒輪結構；圖12是傳動結構的動力輪軸與動力輪腔結構關係，主動齒輪(61)及測量齒輪(62)的位置，該圖包括圖11的D-D視圖；圖13是回程齒輪結構的回程齒輪(65、66)；圖14是控制輪結構，推動結構(a)在控制輪上分布，本實施例使用具有五個推動結構的形式，五個推動結構為a1至a5。「圖L2」是推動結構與控制輪為分體結構；圖15是控制輪腔結構，控制輪齒輪(70)的位置，控制輪與動力杆成α角度，控制輪軸與動力輪軸成α角度；「圖L3」是推動結構(a)與嚙合結構的推動關係。
圖16是動力輪結構、承壓結構(72)之間構成動力輪導軌(81)結構；圖17是傳動缸體下部結構，包括延伸腔，本圖用於說明傳動結構及動力杆與傳動缸體的結構關係，用於說明作功傳動控制過程，「G2」以下部分是延伸腔結構；圖18是動力輪結構，雙圓心結構(79)、承壓結構(80)。
圖19是後導軌結構、滑動槽(82)、傳感元件槽內(83)安裝傳感器陣列。
圖20是傳動結構的行程導軌結構。
圖21是傳動缸體的連通口俯視結構，上導軌(49)只繪製單則導軌結構。
圖22是傳動結構的壓力液體結構，傳感器(89)為壓力、溫度傳感器、m是發動機結構，儲液箱90可以是變容結構。
具體實施例方式
(一)構成智能結構的配氣缸及缸體結構(對照圖1至圖7)。
配氣缸由柱體2，錐面體3，功能腔1、吻合面6、內腔7以及配氣缸傳動結構構成。傳動結構(對照圖2、3、4)包括傳動軸8，固定軸承10，傳動齒輪9，傳動支持結構S2至S5。伺服電動機通過傳動齒輪9，傳動軸、支持結構驅動配氣缸旋轉，配氣缸通過傳動齒輪9傳動測量器(編碼器)，構成反饋結構。支持結構S2和凸結構S3及銷釘S5與柱體凹結構S4相吻合，由銷釘鎖緊，簧片S7與結構S1固定對銷釘施加壓力，支持結構與傳動軸固定。錐面體結構與配氣缸缸體錐面體14相互吻合構成密封結構。配氣缸柱體2與柱體13相互吻合構成軸承關係，配氣缸錐面體在作功過程中不構成密封功能的部位做成凹結構4，凹結構不與缸體錐面體相接觸，以減小摩擦和錐面熱變形。在錐面體3上設置油道5和做網狀微槽結構12(圖1)，具有提供潤滑油減小摩擦功能。配氣缸錐面體上的功能腔、油道成對稱分布。固定軸承10的簧片11提供配氣缸向上的彈力並大於重力，使錐面體之間接觸良好。柱體2與柱體12吻合的部分柱體面做凹結構。配氣缸控制反饋結構(對照圖3)，伺服電動機通過傳動結構控制配氣缸的旋轉角度、速度，構成配氣缸控制執行結構，柱體2上固定若干感應元件E如磁體、金屬塊，由傳感器D，如磁敏傳感器、電容變化傳感器，拾取感應元件的感應電信號向系統反饋，該反饋結構具有配氣缸定位基準(零位置)、校正位置反饋偏差的功能，測量器產生配氣缸旋轉角度、速度電信號向系統反饋，傳感器D與測量器一同構成反饋結構。伺服電動機由系統控制及電動機內編碼器向系統反饋電動機工作狀態。配氣缸和伺服電動機及傳動結構與配氣缸缸體錐面體功能結構構成智能結構中控制作功過程和配氣缸功能狀態的控制執行器。所有向系統產生反饋電信號的結構構成動態反饋結構。配氣缸以固定方向旋轉，如逆時針方面或順時針方向。配氣缸控制燃料的方式是配氣缸功能腔旋轉移動至進氣階段，空氣由壓氣機提供，一定量的空氣由進氣口通過功能腔進入缸內。經過一定的時間量，功能腔旋轉移動至壓氣階段，經過一定的時間量，配氣缸功能腔旋轉移動至與噴射結構位置對應，功能腔接收噴射結構提供一定量的燃料(一種或兩種以上燃料，氣體以及液體燃料順序噴射)後進入優化階段。配氣缸缸體結構由柱體13，錐面體14，安裝平面15構成(圖5)。錐面體上具有功能結構，功能結構有進氣口19，排氣口18，傳感器(包括壓力、溫度傳感器)，氣體燃料噴射結構16及液體燃料噴射結構16，點火結構(火花塞17)，注油孔20，傳感器位於進氣口附近，在燃料作功階段由配氣缸錐面體密封功能保護，不受燃料反應的高溫、高壓影響。噴射結構16及火花塞17，注油孔20設置安裝座結構C，注油孔與油道對應，由系統控制定量供給壓力潤滑油。進氣口與排氣口之間距離依據配氣缸功能腔控制功能設定。錐面體功能結構位置、形狀、尺寸依據配氣缸功能腔實際控制功能設計。配氣缸功能腔旋轉位移與缸體錐面體功能結構形式功能狀態，功能狀態包括配氣缸功能腔接通進氣口；功能腔切斷進氣口；功能腔接通燃料噴射結構、點火結構；功能腔切斷氣體燃料噴射結構和液體燃料噴射結構、點火結構；功能腔接通排氣口，功能腔切斷排氣口。各功能狀態與配氣缸一定的旋轉角度值對應，配氣缸功能腔從接通至切斷功能結構的各功能狀態稱為與該功能結構位置的對應功能狀態。配氣缸功能狀態具有控制作功過程的進氣階段時間量、優化階段時間量、後期壓力階段時間量、排氣階段時間量的功能。作功氣缸為柱體結構21，作功氣缸是活塞頂運動區域。配氣缸與作功氣缸、活塞頂共同構成燃料反應作功容積。配氣缸缸體與作功氣缸成一體結構，作功氣缸與功能缸體22一體結構(圖5)。活塞環與作功氣缸相互密封結構為已有技術，作功氣缸可採用已有技術的氣缸套結構。功能缸體是活塞柱體結構運動區域，構成冷卻腔。功能缸體結構(圖5)，包括柱體22、23，導軌(24)、固定底座(31)三部分結構。
(二)構成智能結構的活塞結構。
構成智能結構的活塞結構(圖8)，活塞由活塞頂結構(25)和柱體結構(27)構成。活塞頂是有活塞環槽(30)、吻合面(26)內腔構成；活塞柱體結構具有柱體27、活塞銷座(28)、導向結構(36)、密封環槽(33)、密封環(34、35)，密封環槽結構設置兩上以上。
(三)構成智能結構的傳動結構(圖9至圖17)。
傳動結構由傳動缸體結構、動力杆結構(39)、動力輪結構、控制輪結構(70)、回程齒輪結構、行程導軌(50)、後導軌(47)、上導軌(49)、下導軌(75)、壓力液體結構(圖22)構成。動力輪結構與動力杆結構構成實施輸出活塞(燃料作功)壓力，實施活塞壓力轉化為旋轉動能的功能；控制輪結構構成實施動力輪與動力杆的「同步嚙合」功能；上導軌、下導軌、動力輪導軌、後導軌構成控制動力杆運動的機械結構；回程齒輪結構和壓力液體結構構成控制動力杆的向上行程運動。活塞通過活塞銷座孔(28)及活塞銷與動力杆的連接頭(38)連接，並構成軸承關係，由動力杆輸出活塞向下運動的動力。動力杆由嚙合結構(40)、前導向結構(45)、後導向結構(43)、上導向結構(41)、推動塊(42)、齒結構(44)及感應元件(E)構成。動力輪結構(圖12、圖16、圖18)包括動力輪軸(60)、承壓結構(80)、雙圓心槽(79)、動力軸導軌(81)、主動齒輪(61)、動力輪測量齒輪(62)、測量器(64)、定位齒輪、感應元件(E)、傳感器(D)。控制輪結構(圖11、圖14、圖15)，包括控制輪軸(71)、控制輪(70)、推動結構(a1至a5)、控制輪齒輪(56)、感應元件(E)、傳感器(D)、控制輪測量器。回程齒輪結構(圖11、圖13)，包括回程齒輪(65、66、74)、齒輪軸(67)、回程電動機(m1)，後導軌結構(圖19)包括導軌槽(82)、傳感器元件槽(83)。
行程導軌和後導軌分別固定在各自的槽內，傳動缸體結構(圖11、圖17)由動力輪腔(53)，控制輪腔(51)、延伸腔(57)、後導軌槽(58)、行程導軌槽(84)、液體出入口(K)、電機固定槽(m1、m2)、軸承腔(F)、密封腔(G)、接通口(63)、定位電機槽構成。延伸腔是虛線G2以下部分，主要是動力杆活動區域，結構線G1分缸體為動力輪腔和控制輪腔兩部分，分別是動力輪活動區域和控制輪活動區域，軸承腔用於固定組合軸承，密封腔用於安裝機械密封結構。
動力杆的齒結構在動力杆向上運動過程中與回程齒輪(66)保持嚙合關係。齒結構可以是非直線結構，是具有一定的曲線結構，以保證動力杆在上止點附近的位置及功能。以保證動力杆在下止點附近與嚙合齒輪的位置及功能。動力杆的嚙合體底面柱面結構與動力輪雙圓心槽的柱面結構相互接觸，在活塞向下運動時嚙合結構位於雙圓心槽內，對動力輪施加驅動壓力。嚙合結構對承壓結構(80)傳輸活塞動力，當嚙合結構不再對承壓結構傳輸動力時，承壓結構的速度(線速度)會逐漸大於動力杆向下運動的速度，承壓結構會對嚙合結構的一面構成推動運動，使嚙合結構逐漸離開雙圓心槽，使動力杆與動力輪相互分離，構成被動分離，動力杆在向上運動至上止點附近時，動力杆的上導向結構(41)位於上導軌(49)的一端，由控利輪推動結構對推動塊的作用，上導向結構沿上導軌向前滑動，使嚙合結構由b2位置經過b1位置與雙圓心槽結合(吻合)，嚙合結構與動力輪雙圓心槽構成同步嚙合。動力杆向下運動至一定位置主動與動力輪相分離，其控制結構為下導軌結構(75)，下導軌的俯仰角度由契塊結構(77)控制。下導軌決定動力杆與動力輪相分離的位置關係，構成動力杆的主動分離結構。動力杆後導向結構內設有感應元件(E)與傳感元件槽位置對應，動力杆前導向結構在動力杆上下運動過程中始終與動力輪導軌保持相互作用(由導軌控制導向結構)，前導向結構可採用如圖10的L1所示結構。動力杆的嚙合結構本實施例選擇五個嚙合結構形式，由上至下分別是第一嚙合結構、第二嚙合結構……第五嚙合結構，第五嚙合結構具有上導向結構和推動塊結構。
動力輪雙圓心槽結構及承壓結構均等分布在動力輪圓周上，其數量依據實際設定，本實施例數量值取「10」，雙圓心的兩個圓心距適當，動力輪軸上設置的測量齒輪(62)與測量器齒輪嚙合，傳動測量器，測量器由編碼器構成或測速電機構成。主動齒輪分別傳動控制輪齒輪和定位齒輪，定位齒輪與定位電動機軸聯接固定，定位電動機由缸體上的凸肩固定，定位電動機的作用是調整動力輪的位置和由主動齒輪帶動發電構成發電機的功能。定位齒輪及電機圖中未表現。主動齒輪直接傳動控制輪齒輪或通過同步帶等傳動型式傳動，主動齒輪(61)與控制輪齒輪的傳動比為(即半徑比例)1∶1或1∶2或2∶1(即比例值為1或0.5或2)。最好形式的傳動比應大於或等於1∶1(即比例值大於等於1)，本實施例的比例值取值為1(傳動比為1∶1)，感應元件E均採用磁體材料，均由隔磁材料(H)保護，傳感器採用磁敏傳感器，動力輪和控制輪的感應傳感結構具有定位，校對位置的功能。動力輪和控制輪的軸承腔(F)安裝組合軸承，也可以採用軸套結構，密封腔(G)用於安裝密封結構，其密封結構為現有機械密封結構。
控制輪結構的控制輪齒輪本實施例採用等半徑結構，其半徑等於主動齒輪的半徑，推動結構可以是分體結構(如L2所示)。推動結構對推動塊(42)產生作用力時，後導向結構已脫離後導軌，上導軌已對上導向結構和推動塊產生定向作用，使第五嚙合結構向上導軌控制方向運動，推動結構對推動塊所產生的作用力具有撞擊力的特徵(如圖15的L3所示)，現代材料和表面處理技術完全可以滿足該撞擊力和撞擊次數的要求，由於本發動機不屬於較高轉速的動力，該撞擊力保持在一定的範圍以內。推動結構與推動塊的功能構成了動力杆與動力輪結合的同步嚙合關係。本實施例的控制輪具有五個推動結構，該結構型式適合主動齒輪與控制輪齒輪半徑相同的傳動比結構。
回程齒輪結構中，電動機m1的齒輪(74)傳動回程齒輪65，由回程齒輪66驅動動力杆齒結構，電動機使用伺服電動機結構。回程齒輪結構在具有壓力液體結構型式中有著輔助功能，當動力杆在壓力液體作用下接近上止點附近時，回程齒輪輔助控制動力杆，使動力杆順利進入由上導軌和推動結構控制的位置，實施同步嚙合過程。回程齒輪在無壓力液體結構型式中(只在延伸腔內有潤滑液體)具有驅動動力杆，向上運動完成活塞上行程的功能，在具有壓力液體結構形式中也可以不使用回程齒輪結構，同時回程齒輪電機具有反饋電信號功能。
傳動缸體結構(圖11、圖12、圖15、圖17、圖21)的連通口(63)與活塞柱體及功能缸體相連通成一個容積，座結構48與功能缸體座(31)相互固定，傳動缸體固定結構(48)與功能缸體固定座(31)通過螺栓相固定。後導軌(圖19)安裝在後導軌槽體內(58)，導軌槽(82)對後導向結構(43)的運動方向進行控制，導軌槽為非直線結構，導軌槽具有一定的曲線結構，以保證動力杆向上運動過程中，齒結構(44)與回程齒輪66有良好的嚙合接觸，動力杆的齒結構為非直線結構。傳感器元件槽(83)內等距(S)離排列傳感器構成傳感器陣列(參考圖10的L4)，傳感器陣列向系統反饋後導向結構的位置、運動速度等電信號，該信號是動力杆及活塞位置、運動狀態的反饋信號。
上導軌對上導向結構和推動塊起控制方向、定位的功能(參考圖10的L5)是實施同步嚙合的結構之一。
傳動缸體結構具有支持完成傳動功能的結構，其中行程導軌是動力杆作功向下運動和向上運動過程具有控制作用的結構，行程導軌對上導向結構和推動塊產生作用，行程導軌在動力杆主動分離和被動分離之前發揮控制作用，行程導軌對被動分離具有限制作用，有利於作功。行程導軌可向上延伸至第五嚙合結構，對承壓結構作功後的位置。下導軌結構由軸結構(76)與缸體構成軸承關係，下導軌以軸76為中心運動，其位置的變化決定動力杆主動分離的位置，契塊在自己的導軌槽內運動，由電動機m2及螺紋杆驅動，下導軌軸(76)與缸體構成軸承關係，下導軌以軸(76)為中心運動，其運動角度由感應元件E感應缸體上的傳器，使傳感器產生反饋電信號(L6)，液體出入口連接壓力液體結構管路(圖22)，非壓力液體結構型式中動力杆運動至下止點後潤滑油液面的位置應在虛線G2附近。
壓力液體結構(圖22)，活塞向上作功同時由缸體(m)向外輸出壓力液體，其液體量由活塞內腔容積和行程距離決定。輸出液體由儲能罐(88)儲存，該液體如需冷卻，則在缸體(m)至傳感器組(89)之間設置單向閥，使液體向散熱器(87)循環，管路內的液體量由減壓閥(85)、加液器(86)和儲液箱(90)來調節。減壓閥或緩流閥用於減少液體量，使管路液體回儲液箱。加液器由液壓泵、單向閥和過濾器組成，作用是使儲液箱內的液體進管路。傳感器組為壓力傳感器，溫度傳感器構成。可在與缸體聯接的管路上設置通斷控制閥，以控制活塞開始上升的時間。
(四)由智能結構實施優化控制方案、單元控制型式。
本發動機智能結構包括測量器，傳感器構成運動部件的反饋結構，感應元件的使用數量是1至4個，傳感器的數量是2至10個，由反饋結構構成閉環控制型式。智能結構即配氣缸、缸體、傳動結構完成作功過程和傳動過程。作功過程和傳動過程包括6個階段，分別是排氣階段(時間量為t1)，進氣階段(時間量為t2)，壓氣階段(時間量為t3)，優化階段(時間量為t4)，作功階段(時間量為t5)，後期壓力階段(時間量為t6)，時間量t1至t4是可控制量。(參考圖5、圖17)作功和傳動過程的排氣階段由伺服電機驅動配氣缸旋轉至功能腔接通排氣口(18)，功能腔位置對應排氣口，燃料反應後壓力氣體由排氣口排出，活塞運動位於下止點，動力杆位於b4位置，或b4至b5之間的某個位置，作功氣缸缸內壓力接近常壓，完成排氣階段，進入進氣階段，佔用時間量為t1。配氣缸繼續旋轉至功能腔接通進氣口(19)帶有一定壓力的空氣(如兩個大氣壓)進入缸內，排擠缸內原有氣體由排氣口排出，缸內進入新鮮空氣，此時動力杆位置位於b4至b5之間，該位置是相對靜止的第三狀態，配氣缸繼續旋轉至切斷進氣口完成進氣階段進入壓氣階段，佔用時間量為t2。在壓力液體結構型式中儲能罐中的壓力液體進入傳動缸體內對活塞作功，活塞帶動動力杆向上運動，第五嚙合結構運動沿路徑78向上運動。動力杆齒結構與回程齒輪66嚙合，動力杆感應元件感應傳感器陣列。傳感器陣列向系統反饋動力杆的位置及運動狀態(同時也可以由回程齒輪傳動電動機m1，電機m1向系統反饋電信號，反饋動力杆的運動速度)。第五嚙合結構受行程導軌(50)的控制，動力杆在壓力液體的作用下運動至接近上止點位置(此時推動塊不受推動結構作用)，回程電機m1可以啟動執行輔助運動功能，通過回程齒輪驅動動力杆加速上升，推動塊進入準備接受控制輪(推動結構)的作用，完成壓氣階段進入優化階段，非壓力液體結構型式中回程電機是動力杆上升運動的驅動結構，由回程電機通過回程齒輪驅動動力杆向上運動至推動塊進入準備接受控制輪的作用，完成壓氣階段進入優化階段，佔用時間量為t3。動力杆(及活塞)下止點位置位於一段距離內，即b4到b5之間、b4至b5的間距適當不可過大，下止點也可以是只有b4一個值置(即b4與b5是一個位置)。位於b4和b5之間時上導向結構和推動塊不受行程導軌的控制，第五嚙合結構位於b4位置時距離承壓結構最近的嚙合結構位置是b6或b6以上某個位置，動力杆無論是向下運動還是向上運動，前導向結構45始終受承壓結構構成的動力輪導軌的控制。第五嚙合結構位於b4和b5之間時，後導向結構不受後導軌的控制，傳感器向系統反饋動力杆的位置是由b5位置開始。
優化階段是燃料經噴射結構噴射後至點火結構(火花塞)，點火反應這段時間(t4)。第五嚙合結構在活塞位於上止點附近(在上止點上下的微小距離內)時，控制輪推動結構推動第五嚙合結構，使其在上導軌沿導軌方向運動。動力輪通過主動齒輪和控制輪齒輪(傳動比為1∶1)傳動控制輪，使動力輪與控制輪的旋轉角速度相同，控制輪的五個推動結構的旋轉角度對應動力輪的五個雙圓心槽的旋轉角度，控制輪使第五嚙合結構與雙圓心槽較精確的結合，嚙合結構運動至雙圓心槽內完成精確結合(同步嚙合)，控制輪推動結構的旋轉角度與動力輪雙圓心槽的旋轉角度對應、匹配，完成精確結合，這一過程是同步嚙合過程，圖中b2位置是上止點附近的位置，b1位置是即將完成同步嚙合的位置，依據燃料的燃燒速度參數設定點火結構點火的時刻，該時刻在同步嚙合過程中，第五嚙合結構受控制輪的作用，在進入同步嚙合過程中的運動速度以控制輪運動的線速度計算，控制輪的線速度及角速度系統通過反饋結構可以得到具體數值，系統綜合燃料特性在第五嚙合結構同步嚙合過程中的某一位置啟動點火結構進入燃料反應作功階段。由於控制輪推動結構的運動位置、速度系統通過反饋結構為已知量、可計算量、點火角度(以控制輪的旋轉角度為參照值)、噴射燃料角度(以控制輪旋轉角度為參照)以及時間量t4系統均可計算，都可以作為控制對象執行控制功能，依據燃料的物理性狀以及輸入的實驗室數據，系統自動確定時間量t4值的大小，充分發揮優化階段的作用，使燃料燃燒達到所要求的結果。進入作功階段後，動力杆接受活塞傳遞的壓力對承壓結構作功，動力杆的五個嚙合結構依次順序完成對承壓結構的作功，作功力矩矢量的計算由嚙合結構至動力輪中心距離，該值為一常數(或接近常數)與傳動的曲軸不相同，該型式最大程度輸出作功壓力。五個嚙合結構完成作功後，動力輪旋轉的角度值大約是200°，該角度值與活塞行程相關連。
作功階段後期的後期壓力階段包括兩部分，一部分是嚙合結構徹底輸出壓力後，嚙合結構的運動速度會小於承壓結構的速度(線速度)，另一部分是對液體的作功(在非壓力液體結構型式中無該部分作功)。第五嚙合結構徹底輸出壓力時的位置(圖中b3位置)，該位置系統是可以計算燃料的反應量(即噴射量)，同時系統還可以通過下導軌改變該位置(b3)的具體位置，使燃料作功的壓力徹底輸出。或者是動力杆即將完成作功，配氣缸可依據實際情況延遲接通排氣口(延遲進入排氣階段)，該間段雖然很短，但對部分燃料的充分燃燒和徹底釋放能量(動能)十分必要。完成後期壓力階段，進入排氣階段，時間量為t6。後期壓力階段還可以包括動力杆由位置b3運動至b4階段，後期壓力階段第一嚙合結構與動力輪相分離，以主動分離為主，輔助被動分離，主動分離與被動分離共同完成分離過程。動力杆位於下止點附近時的運動狀態是下行程作功狀態和上行程受控運動狀態之外的第三種運動狀態。
分離位置在b6位置以下，發動機由排所階段至後期壓力階段完成了一個作功過程，動力杆由上行程至下行程完成了一個傳動過程，一個作功過程和一個傳動過程構成一個作功傳動周期，即一個控制單元，發動機的工作是由相互獨立的作功傳動周期構成，該型式是單元控制型式。
按照本發明的發動機配氣缸不需要冷卻，作功氣缸及功能缸體不需要設置水冷卻或油冷卻結構，在傳動缸體的非壓力液體結構型式中液體出入口(K)可作為冷卻氣體的進出口，下導軌及下導軌的控制方式、結構和下導軌位置的檢測結構可採用其它已有的結構、技術。該發動機的液體出入口(K)位置較隨便，發動機動力輪軸端相互連接構成多缸發動機型式，採用單元控制型，動力輪在發動機需暫時中止工作可採用不制動動力輪軸，使動力輪及動力輪軸的動能帶動發電機(定位齒輪連接的電機)工作。採用單元控制型式，多缸發動機每缸的工作都是獨立的，發動機可依據需要輸出功率的大小決定參加作功的缸數。對可控制時間量(t1至t4)的控制決定每個缸體(自身獨立控制)的作功頻率。動力杆對動力輪的作功力矩矢量不變，使動能輸出較平穩較徹底，活塞動力杆行程運動較長，活塞和動力杆運動的行程距離與動力輪的直徑或比例關係，動力輪直徑應較小。動力輪的直徑與(動力杆)驅動角度成比例關係，動有輪直徑小則動力輪受驅動角度值大，本實施例動力輪受驅動角度約為200°。動力杆(活塞)運行距離(行程)與動力輪直徑與動力輪旋轉角度三者相關連，取值得當，有利於更大程度的節能，動力杆前導向結構的空腔在液體環境中具有浮力作用，減輕了動力杆的質量。在結構中的一些結構尺寸(Y、Y1至Y8)依據實際需要確度。
權利要求
1.汽車及摩託智能結構智能控制內燃機由智能結構配氣缸結構、活塞結構、缸體結構、傳動結構構成，其特徵是傳動結構的動力輪結構與動力杆結構構成轉化燃料和活塞壓力為旋轉動力的結構；傳動結構的控制輪結構構成實施動力輪與動力杆同步嚙合的結構；傳動結構的上導軌、下導軌、行程導軌、動力輪導軌共同構成控制動力杆運動的機械結構；傳動結構的回程齒輪結構和壓力液體結構構成控制動力杆向上行程運動的結構；由動力輪腔、控制輪腔、延伸腔構成的傳動缸體結構；傳動結構的測量器、感應元件、傳感器、傳感感器陣列結構構成運動狀態反饋結構。
2.如權利要求1所述的智能結構，其特徵在於活塞頂與活塞銷座一體結構、活塞導向結構(36)。
3.如權利要求1所述的智能結構，其特徵在於功能缸體(23)結構和導軌結構(24)。
4.如權利要求1所述的智能結構，其特徵在於上柱體結構(2)。
5.按照權利要求1所述的智能結構的控制方法，其智能結構的配氣缸缸體、活塞、傳動結構完成作功傳動過程，作功傳動過程包括排氣階段(t1)、進氣階段(t2)、壓氣階段(t3)、優化階段(t4)、作功階段(t5)和後期壓力階段(t6)，作功傳動包括以下步驟排氣階段，配氣缸旋轉至接通排氣口排除反應後氣體，動力杆第一嚙合結構完成對承壓結構的作功後已與動力輪分離，動力杆已由b3位置至b4或b5位置，或b4、b5之間位置；進氣階段，配氣缸旋轉至接通進氣口，進入新鮮空氣，動氣杆位於b4至b5之間的相對靜止狀態，或緩慢向上運動，即位於b5之上，處於微動狀態，配氣缸繼續旋轉至切斷進氣口；壓氣階段配氣缸繼續向接通噴射結構位置旋轉，動力杆和活塞在壓力液體結構或回程齒輪結構的作用下向上運動、壓縮作功氣缸內的空氣；優化階段，配氣缸旋轉至接通噴射結構、活塞和動力杆位於上止點或上止點附近，噴射結構依據燃料性質在活塞位於上止點時或在上止點附近時或在控制輪作用於推動塊起的某一刻噴射燃料，或依次在不同時刻噴射燃料，由噴射燃料開始進入優化階段；作功階段，配氣缸旋轉至接通點火結構，點火結構依據燃料性質在控制輪對推動塊產生作用之後，在上導軌對上導向結構產生控制作用之後，即同步嚙合的某個位置、時刻開始工作，點火結構開始工作進入作功階段，活塞及動力杆嚙合結構依次對動力輪作功，動力杆向下運動直至第一嚙合結構對動力輪即將完成作功，動力杆接近下止點位置；後期壓力階段，配氣缸繼續向排氣口方向旋轉，後期壓力階段動力杆第五嚙合結構位置由b3附近運動至b3位置，再由b3位置向b4位置運動，第一嚙合結構把活塞及燃料的動力徹底輸出給動力輪。
全文摘要
本發動機是適用新能源、多種能源，更加環保節能。每缸每次作功均是獨立單元，與上一次、下一次作功無直接關係。直接控制作功反應前後各階段時間量。無曲軸，力矩矢量衡定，對燃料具有「優化階段」和「後期壓力階段」，進氣、排氣、優化階段時間量是變量，可控制。由於後期壓力階段的存在使得燃料反應時間的後延時間可控制。活塞每向下作功輸出的旋轉角度大於180°，動力可以徹底輸出，對燃料及作功過程實現智能結構智能控制。不存在怠速形式，較低轉速輸出動能，以各種燃料的實驗參數為控制依據，適用各種性質的燃料，運動狀態反饋結構、作功傳動全過程數控實現智能化、長壽命，小振動，小缸徑結構。
文檔編號F02D43/04GK1786448SQ20041010083
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月7日 優先權日2004年12月7日
發明者李曉晨 申請人:李曉晨