專利名稱：往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)。屬于內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)。
傳統(tǒng)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)的限制，活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律不合理，膨脹沖程前期輸出力臂小，限制了其性能的提高。在此基礎(chǔ)上，隨著技術(shù)進(jìn)步又出現(xiàn)了如(EP-0292603)專利所報(bào)道的活塞式內(nèi)燃機(jī)，其結(jié)構(gòu)如

圖1所示。它的特點(diǎn)是活塞由上下連桿與曲軸連接，上連桿上于上下連桿鉸接處向外延伸段的端點(diǎn)連接一擺桿，該擺桿的另一端支撐在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端右側(cè)缸體的偏心塊上。此發(fā)動(dòng)機(jī)，在燃燒過程前期傳動(dòng)力臂明顯大于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，有利于該階段發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的提高。如圖2中方塊標(biāo)示的曲線。但其不足之處結(jié)合附圖3、4進(jìn)行說明有以下幾點(diǎn)1．活塞過上止點(diǎn)后還處于燃燒放熱高峰期內(nèi)，盡管其傳動(dòng)力臂增大，但由于活塞下降速度比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)快，因此氣缸壓力和由此產(chǎn)生的活塞推力將會(huì)相對(duì)減小，特別對(duì)推遲點(diǎn)火和噴油的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)該問題特別突出，不利于轉(zhuǎn)矩提高；同時(shí)因活塞在高溫下暴露出相對(duì)較大的表面，使發(fā)動(dòng)機(jī)傳熱損失增加，降低了熱效率。而在放熱高峰期過后的膨脹沖程中由于傳動(dòng)力臂和氣缸壓力均比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)小，使該發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨之降低。2．由于擺桿支撐在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端右側(cè)的缸體上，為保證燃燒初期有較大的傳動(dòng)力臂，活塞移至上止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)滯后而移至下止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角又比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)提前，因此增加了膨脹和吸氣沖程的活塞平均速度而降低了壓縮沖程的活塞平均速度。結(jié)果，既不利于發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)燃料的完全燃燒以及充氣效率和功率的提高，又降低了在壓縮上止點(diǎn)附近的紊流強(qiáng)度，不利于高效燃燒。3．活塞到上止點(diǎn)前的停留時(shí)間比活塞離開上止點(diǎn)后的停留時(shí)間長(zhǎng)，在提高后者時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮負(fù)功明顯增加，限制了熱效率的提高，這點(diǎn)可由圖4中的曲線看出。
本發(fā)明的目的，在于提供一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)。該內(nèi)燃機(jī)低速轉(zhuǎn)矩大，高速功率高，循環(huán)熱效率高，燃料燃燒完全，油耗少，排污低。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)的。主要包括至少一個(gè)氣缸、氣缸內(nèi)的活塞，活塞通過上下連桿與曲柄連接構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)，其特征在于連接活塞的上連桿的下端頭與連接曲柄的下連桿的上端頭鉸接直接傳遞動(dòng)力，該鉸接點(diǎn)內(nèi)的上連桿與一擺桿連接，該擺桿的另一端直接支撐在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)的缸體上，或者連接于設(shè)置在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)缸體上的可受控轉(zhuǎn)動(dòng)件上一個(gè)滑槽內(nèi)的軸端上，并且這個(gè)槽內(nèi)的軸端與另一端固定于缸體上的第二個(gè)擺桿連接。
上述的上連桿與擺桿的連接處，是位于上下連桿鉸接點(diǎn)發(fā)出的射線與以該點(diǎn)為中心且半徑為R的圓的軌跡之交點(diǎn)上的活動(dòng)連接，該射線與上連桿中心軸線的夾角大小是｜Alafa｜≤90°，該半徑R小于1／2上連桿長(zhǎng)度。
上述的設(shè)置在缸體上的可受控轉(zhuǎn)動(dòng)件上的中心或偏心的滑槽為直線或曲線滑槽。
上述的設(shè)置在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)缸體上的可受控轉(zhuǎn)動(dòng)件由借助液壓傳動(dòng)機(jī)控或電控的導(dǎo)桿類件，或蝸輪蝸桿，或齒輪齒桿，或步進(jìn)電機(jī)，或其它機(jī)電傳動(dòng)偶合類件驅(qū)動(dòng)。
上述的另一端固定于缸體上的第二個(gè)擺桿，該擺桿的固定端借助帶導(dǎo)向的偏心件固定在缸體上。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖1是所引用專利的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是所引用專利按一定的活塞推力計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩示意圖。縱坐標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角。圖中方塊和圓圈分別標(biāo)示所引用的發(fā)動(dòng)機(jī)及傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系的曲線圖。
圖3是三種發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞位移示意圖?？v坐標(biāo)為活塞位移，橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角。圖中平滑曲線代表本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的曲線圖，方塊標(biāo)示的曲線代表所引用發(fā)動(dòng)機(jī)的曲線圖，圓圈標(biāo)示的曲線代表傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲線圖。
圖4是計(jì)及氣缸容積變化的三種發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖?？v坐標(biāo)為氣缸壓力，橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角，0°表示壓縮上止點(diǎn)。圖中平滑曲線標(biāo)示本發(fā)明的氣缸壓力曲線圖，帶有方塊的曲線標(biāo)示所引用發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸壓力曲線圖，帶有圓圈的曲線標(biāo)示傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸壓力曲線圖。
圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-活塞，2-上連桿，3-上連桿的擺桿端頭，4-上連桿的下端頭，5-下連桿，6-曲柄，7-擺桿，8-擺桿7的軸端，9-轉(zhuǎn)動(dòng)件，10-第二擺桿，11和12-位置偏心件，13-氣缸體。
對(duì)照附圖進(jìn)行分析，本發(fā)明與所引用的發(fā)動(dòng)機(jī)的明顯區(qū)別在于，連接活塞1的上連桿2的下端頭與連接曲柄6的下連桿5的上端頭鉸接直接傳遞動(dòng)力。而擺桿7的一端支撐在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)的缸體上，另一端則連接在上連桿2的一個(gè)特殊部位3上，當(dāng)曲柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，上連桿上的擺桿端3受擺桿7的控制，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5中的雙點(diǎn)劃線所示，進(jìn)而能做到控制活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。經(jīng)上述改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)合附圖進(jìn)行說明有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)一、由于活塞通過上下連桿的端頭直接連接傳遞動(dòng)力，控制活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的擺桿7的一端連接在上下連桿鉸接點(diǎn)以內(nèi)的上連桿上，而遠(yuǎn)離活塞的另一端支撐在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)的缸體上，因此帶來了活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的變化。從圖3中可見到，在上止點(diǎn)0°的右側(cè)，本發(fā)明的活塞位移曲線明顯位于下方，說明活塞在上止點(diǎn)后整個(gè)燃燒放熱高峰期內(nèi)比所引用的發(fā)動(dòng)機(jī)及傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)滯后膨脹，從而使燃料燃燒的能量得到了更充分的利用，這一點(diǎn)在圖4中清楚可見。在壓縮上止點(diǎn)0°以后，標(biāo)示本發(fā)明的氣缸壓力的平滑曲線明顯高于方塊標(biāo)示的所引用發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力曲線和圓圈標(biāo)示的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力曲線，活塞推力因此得到增大；再者，由圖5中下連桿5的位置可見，在整個(gè)膨脹過程中本發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)力臂始終大于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，由于上述力和力臂均增大，提高了本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)膨脹過程中的輸出轉(zhuǎn)矩。特別是在現(xiàn)代高性能發(fā)動(dòng)機(jī)為降低NOx排放推遲點(diǎn)火或噴油的情況下，所引用的發(fā)動(dòng)機(jī)只是力臂增大而氣缸壓力和活塞推力減小，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和熱效率隨之降低的問題比較突出；而本發(fā)明則可方便地使活塞在整個(gè)上止點(diǎn)后的燃燒放熱高峰期內(nèi)均能具有較高的滯脹率而且壓縮負(fù)功明顯減少，從而保持高效燃燒。如圖3所示，與所引用的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，接近360°時(shí)本發(fā)明的壓縮沖程活塞位移曲線處于最上方，而0°以后則在最下方，說明活塞到上止點(diǎn)前滯留的時(shí)間明顯少于離開上止點(diǎn)后的滯留時(shí)間，而活塞在上止點(diǎn)前壓縮高壓區(qū)內(nèi)滯留的時(shí)間明顯少于上述兩種發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖4所示，其中壓縮上止點(diǎn)0°左側(cè)壓力曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積為發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程消耗的負(fù)功，右側(cè)的則為活塞在膨脹沖程中輸出的正功；按本發(fā)明工作的內(nèi)燃機(jī)與另兩種發(fā)動(dòng)機(jī)相比，上止點(diǎn)后的循環(huán)正功有所增加而上止點(diǎn)前的壓縮負(fù)功明顯減少，循環(huán)熱效率得到了提高。
二、經(jīng)上述改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖5所示，由于擺桿7遠(yuǎn)離缸體的一端鉸接在上連桿的特殊部位3上，使活塞移至下止點(diǎn)較上述兩種發(fā)動(dòng)機(jī)角度滯后，且滯后量可由改變接點(diǎn)3的位置而方便地調(diào)節(jié)。因此從圖3中的豎線1、2、3依次標(biāo)示的所引用的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和本發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞下止點(diǎn)位置可見，后者的膨脹和進(jìn)氣沖程所持續(xù)的曲柄轉(zhuǎn)角比前兩者明顯增加，而壓縮過程所占的曲柄轉(zhuǎn)角則相應(yīng)減小。因此，不僅降低了膨脹和吸氣沖程的活塞平均速度，而且從圖3中接近360°的三種發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程位移曲線的斜率對(duì)比還可看出，壓縮沖程后期的活塞運(yùn)動(dòng)速度明顯增加；結(jié)果，既有利于發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)燃料的完全燃燒和充氣效率及功率的提高，又增加了壓縮上止點(diǎn)附近的紊流強(qiáng)度，有利于高效潔凈燃燒。此外，如圖5所示，由于本發(fā)動(dòng)機(jī)在吸氣下止點(diǎn)時(shí)，處于點(diǎn)劃線所示的機(jī)構(gòu)位置，下連桿5的兩端分別處在發(fā)動(dòng)機(jī)中心線的兩側(cè)，所以從圖3中豎線3對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角后的一段活塞位移曲線走向明顯可見，進(jìn)氣下止點(diǎn)后的整個(gè)過后充氣階段內(nèi)活塞位移較慢，從而有利于全面改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。
三、經(jīng)上述改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖5所示，由于擺桿7遠(yuǎn)離活塞的軸端的位置，可由控制設(shè)置在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)缸體上的轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，進(jìn)而使本發(fā)動(dòng)機(jī)可隨工況改變?nèi)紵艧岣叻迤趦?nèi)活塞的滯脹度并影響壓縮比，進(jìn)而綜合控制發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒過程中的熱功轉(zhuǎn)換效率以及氣缸壓力的變化，從而可根據(jù)不同工況的要求，既使發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的熱效率，又兼顧其具有較低的排放污染。
綜上述，本發(fā)明提供的往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)有如下主要優(yōu)點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的低速轉(zhuǎn)矩大，高速功率高，燃料消耗量少。車用機(jī)常用工況的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性好。允許使用更晚的點(diǎn)火或噴油提前角，既降低NOx排放又保持良好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。燃燒平穩(wěn)、快速、高效、排放低。在本發(fā)明基礎(chǔ)上可應(yīng)用現(xiàn)有的任何內(nèi)燃機(jī)先進(jìn)技術(shù)。
權(quán)利要求
1．一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，主要包括至少一個(gè)氣缸、氣缸內(nèi)的活塞，活塞通過上下連桿與曲柄連接構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)，其特征在于連接活塞的上連桿的下端頭與連接曲柄的下連桿的上端頭鉸接直接傳遞動(dòng)力，該鉸接點(diǎn)內(nèi)的上連桿與一擺桿連接，該擺桿的另一端直接支撐在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)的缸體上，或者連接于設(shè)置在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)缸體上的可受控轉(zhuǎn)動(dòng)件上一個(gè)滑槽內(nèi)的軸端上，并且這個(gè)槽內(nèi)的軸端與另一端固定于缸體上的第二個(gè)擺桿連接。
2．按照權(quán)利要求1所說的一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所說的上連桿與擺桿的連接處，是位于上下連桿鉸接點(diǎn)發(fā)出的射線與以該點(diǎn)為中心且半徑為R的圓的軌跡之交點(diǎn)上的活動(dòng)連接，該射線與上連桿中心軸線的夾角大小是｜Alafa｜≤90°，該半徑R小于1／2上連桿長(zhǎng)度。
3．按照權(quán)利要求1所說的一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所說的設(shè)置在缸體上的可受控轉(zhuǎn)動(dòng)件上的中心或偏心的滑槽為直線或曲線滑槽。
4．按照權(quán)利要求1所說的一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所說的可受控轉(zhuǎn)動(dòng)件由借助液壓傳動(dòng)機(jī)控或電控的導(dǎo)桿類件，或蝸輪蝸桿，或齒輪齒桿，或步進(jìn)電機(jī)，或其它機(jī)電傳動(dòng)偶合類件驅(qū)動(dòng)。
5．按照權(quán)利要求1所說的一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所說的固定于缸體上的第二個(gè)擺桿，該擺桿的固定端借助帶導(dǎo)向的偏心件固定在缸體上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種往復(fù)活塞式滯脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)。其中至少有一個(gè)氣缸、氣缸內(nèi)的活塞,該活塞通過上下連桿的桿端鉸接傳遞動(dòng)力,該鉸接點(diǎn)內(nèi)的上連桿上連接一擺桿,擺桿的另一端支撐在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)的缸體上,或連接在裝置于面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端左側(cè)缸體上的可受控轉(zhuǎn)動(dòng)件上一個(gè)滑槽內(nèi)的軸端上,該軸端還連接著另一端固定在缸體上的第二個(gè)擺桿。本發(fā)動(dòng)機(jī)具有低速轉(zhuǎn)矩大,高速功率高,油耗少,排污低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02B75/32GK1295181SQ0013676
公開日2001年5月16日 申請(qǐng)日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者林建生 申請(qǐng)人:天津大學(xué)