專利名稱：奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變活塞止點位置的方法，尤其是能降低燃料消耗，提高內(nèi)燃機(jī)動力性能的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前正在使用的往復(fù)四沖程內(nèi)燃機(jī)是按奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)方式工作，其不足之處在于壓縮比膨脹比相等，燃?xì)獠荒芨嗟嘏蛎?，為此曾有過膨脹比大于壓縮比的阿特金森循環(huán)，但膨脹平均有效壓力又低，功的所得不大于其所失。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服狄塞爾循環(huán)、奧托循環(huán)膨脹不充分，阿特金森循環(huán)膨脹平均有效壓力低的不足，本發(fā)明提供一種變活塞行程的方法，方法不僅能使奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)的膨脹充分，而且能在膨脹充分的同時使阿特金森循環(huán)的膨脹平均有效壓力不低于奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在內(nèi)燃機(jī)的連桿軸頸連接有連桿大頭，在這樣的連接中，設(shè)置一個偏心組浮動套軸，偏心組浮動套軸的內(nèi)頸與曲軸連桿軸頸動連接，外頸與連桿大頭分別連接，(這種瓦中套瓦的結(jié)構(gòu)及機(jī)油道與MB839型柴油機(jī)的叉片式連桿類同)，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動時，從圖1所示的機(jī)構(gòu)原理及P-V圖可知進(jìn)氣，膨脹之活塞并聯(lián)行程在氣壓的差動力作用下，偏心組浮動套軸本體與連接膨脹行程的連桿大頭相對不動(相當(dāng)與連桿大頭為一體)，偏心組浮動套軸內(nèi)頸與曲軸的連桿軸頸互相轉(zhuǎn)動，副的磨損與奧托、狄塞爾機(jī)器相同。在排氣、壓縮之二活塞并聯(lián)行程，氣壓差的差動作用力使偏心組浮動套軸本體與曲軸的連桿軸頸相對不動(相當(dāng)和曲軸是一體)，偏心組浮動套軸的偏心外頸只與連桿大頭相互轉(zhuǎn)動，副的磨損與奧托、狄塞爾機(jī)器相同。并聯(lián)活塞在止點及附近位置的二活塞慣性力的差與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，偏心組浮動套軸轉(zhuǎn)動的隨動響應(yīng)與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，并聯(lián)活塞在下止點時作用在偏心組浮動套軸上力的矢量和或初始力矩由并聯(lián)活塞組中連接膨脹行程的連桿、偏心組，因沿曲軸回轉(zhuǎn)中心距離增加，旋轉(zhuǎn)線速度大，質(zhì)量加速度大確定，使其偏心組浮動套軸在連桿軸頸上的回轉(zhuǎn)方向與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相同。轉(zhuǎn)動疊加的效果是每個行程活塞的排氣量相對曲軸回轉(zhuǎn)相位呈周期性變化，本發(fā)明熱功轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的這種組合與奧托循環(huán)，狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)(三種循環(huán)以下統(tǒng)稱簡稱現(xiàn)循環(huán)，本申請簡稱申機(jī))，按進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程、排氣行程的次序?qū)γ總€行程的功量交換，氣缸與活塞磨損的對比分別敘述如下從圖1中虛線以上申機(jī)的P-V圖和虛線以下現(xiàn)循環(huán)P-V圖的對比得出(為便于比較，現(xiàn)舉例說明設(shè)現(xiàn)循環(huán)、申機(jī)的曲軸連桿軸頸相對曲軸主軸線轉(zhuǎn)動的半徑R為60毫米，那么現(xiàn)循環(huán)的活塞行程為120毫米。申機(jī)在壓縮比為6，連桿大頭中心相對曲軸的連桿軸頸軸線轉(zhuǎn)動的半徑r為10毫米，活塞在進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣行程分別是120毫米、100毫米、120毫米、140毫米)。
進(jìn)氣行程活塞行程申機(jī)為120毫米，現(xiàn)循環(huán)為120毫米，相等說明氣缸與活塞的磨損相等，進(jìn)氣行程開始時申機(jī)的氣缸容積(理論上是零)小于現(xiàn)循環(huán)說明申機(jī)進(jìn)氣效率高，在兩機(jī)的活塞移動長度(排量相等)時，那么現(xiàn)循環(huán)進(jìn)氣量少于申機(jī)。
壓縮行程活塞行程現(xiàn)循環(huán)為120毫米，申機(jī)為100毫米，那么申機(jī)消耗的壓縮負(fù)功比現(xiàn)循環(huán)少，氣缸與活塞磨損也小于現(xiàn)循環(huán)，申機(jī)缸內(nèi)工質(zhì)中沒有廢氣那么壓縮多變指數(shù)大，壓縮效率高于現(xiàn)循環(huán)。
作功行程活塞行程現(xiàn)循環(huán)為120毫米，申機(jī)為120毫米，說明氣缸與活塞磨損相同。申機(jī)進(jìn)氣行程進(jìn)氣量多那么申機(jī)膨脹平均有效壓力大于現(xiàn)循環(huán)，(此參數(shù)大的另一個原因是申機(jī)、現(xiàn)循環(huán)的壓縮比、曲軸連桿軸頸回轉(zhuǎn)半徑相同時，在本例中申機(jī)燃燒室容積比現(xiàn)循環(huán)小6分之1，這樣申機(jī)膨脹行程缸內(nèi)氣體壓力大)。
排氣行程活塞行程現(xiàn)循環(huán)為120毫米，申機(jī)為140毫米。說明氣缸與活塞的磨損申機(jī)大于現(xiàn)循環(huán)，排氣效率現(xiàn)循環(huán)為活塞直接推出與其它非直接推出的組合式，申機(jī)為全程直接由活塞推出，由于排氣的直接推出效率最高，則申機(jī)排氣效率比現(xiàn)循環(huán)高，排出等量廢氣的耗功少。
上述比較可得的結(jié)果如下1、氣缸與活塞的磨損申機(jī)壓縮行程100毫米加作功行程120毫米等于220毫米，現(xiàn)循環(huán)壓縮行程120毫米加作功行程120毫米等于240毫米，240毫米減220毫米的差是20毫米，那么在現(xiàn)循環(huán)的總行程120毫米乘以4等于480毫米，申機(jī)總行程[120毫米乘2加(100毫米加140毫米)]等于480毫米，兩機(jī)相等則申機(jī)活塞、活塞環(huán)與氣缸在高氣壓下的磨損行程比現(xiàn)循環(huán)小20毫米，說明申機(jī)的機(jī)械效率高于現(xiàn)循環(huán)。
2、功量交換現(xiàn)循環(huán)、申機(jī)的作功行程活塞行程相等，由于申機(jī)的膨脹平均有效壓力大于現(xiàn)循環(huán)，公式W＝FS中申機(jī)F大，則在這一行程申機(jī)所得的功大于現(xiàn)循環(huán)，機(jī)械效率高于現(xiàn)循環(huán)?，F(xiàn)循環(huán)、申機(jī)在壓縮沖程活塞的行程分別為120毫米、100毫米，公式W＝FS中申機(jī)S小，說明申機(jī)壓縮負(fù)功少，節(jié)省的這份負(fù)功則由動力傳輸機(jī)構(gòu)經(jīng)飛輪輸出，使變?yōu)闄C(jī)械功的熱量大于現(xiàn)循環(huán)。
上述兩項的優(yōu)化之和說明像汽油機(jī)、氣體燃料發(fā)動機(jī)、增壓汽油機(jī)、柴油機(jī)，把行程改為進(jìn)氣行程2R、排氣行程2R+2r、作功行程2R、壓縮行程2R-2r?？梢越档推浔扔秃?，提高動力性能，用于汽油機(jī)則被壓縮工質(zhì)無廢氣，空燃比大變化又小，汽油機(jī)在所有工況特別是大荷載時耗油率更低。
綜上所述申機(jī)的機(jī)械效率高于現(xiàn)循環(huán)，申機(jī)在壓縮行程、膨脹行程可從工質(zhì)中得到比現(xiàn)循環(huán)更多的機(jī)械功，達(dá)到降低燃油消耗，增加動力性能的目的。
本發(fā)明的有益效果是能夠降低現(xiàn)循環(huán)的燃油消耗，提高動力性能，在曲軸的每個連桿軸頸上僅安置一個偏心組浮動套軸，結(jié)構(gòu)簡單。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明圖1是本發(fā)明行程為2R、2R、2R+2r、2R-2r的原理圖及P-V示功2是偏心組浮動套軸和連桿、曲軸的裝配中1、偏心組浮動套軸，2、螺栓，3、連桿，4連桿，5、曲軸的連桿軸頸。
具體實施例方式在圖2所示的實施例中，偏心組浮動套軸(1)、曲軸的連桿軸頸(5)、連桿(3)、連桿(4)、分別是間隙動配合連接，一般取發(fā)動機(jī)低壓縮比為好，發(fā)動機(jī)增壓比大為好，狄塞爾循環(huán)配PT噴油系為好，活塞排列為任何方式，在較低的壓縮比時偏心組浮動套軸的功能也可以由在曲軸的連桿軸頸位置安裝“曲軸”替代。
權(quán)利要求
1.奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法，每個行程的活塞的移動長度是2R，其特征是四個行程中活塞移動長度分別為進(jìn)氣行程2R、壓縮行程2R-2r、作功行程2R、排氣行程2R+2r。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法，其特征是2R+2R+(2R-2r)+(2R+2r)＝2R×4。
全文摘要
一種能夠降低連桿活塞往復(fù)四行程內(nèi)燃機(jī)燃料比耗率，提高動力性能的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法可使進(jìn)氣行程效率高、壓縮行程消耗小、膨脹作功充分、排氣行程完全。
文檔編號F02D15/02GK1614213SQ20041009089
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者任軍 申請人:任軍