專利名稱:連續(xù)可調(diào)延長膨脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的制作方法
本發(fā)明公開了一種連續(xù)可調(diào)延長膨脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)。
提高內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的方式方法很多，在熱力循環(huán)方面，延長膨脹過程使膨脹比大于壓縮比，已證實(shí)可大幅度提高經(jīng)濟(jì)性。基于這一原理的比較簡單可行的方案是采取進(jìn)氣配氣定時(shí)的辦法，如專利FR2484019所述。但這一方案仍然比較復(fù)雜，使發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、重量明顯增大;其壓縮比與膨脹比的關(guān)系設(shè)定后不能調(diào)節(jié)，只是用節(jié)氣門(即油門)調(diào)節(jié)負(fù)荷，因而不能根據(jù)負(fù)荷的變化充分利用延長膨脹的能量。
本發(fā)明的任務(wù)是設(shè)計(jì)一種連續(xù)可調(diào)延長膨脹循環(huán)過程的內(nèi)燃機(jī)，不僅經(jīng)濟(jì)性更高，且結(jié)構(gòu)簡單、操縱方便、易于實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明是以連續(xù)改變進(jìn)氣配氣定時(shí)的方案來實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)延長膨脹循環(huán)的。本發(fā)明所涉及的如附圖2所示的進(jìn)氣凸輪[13]，是一個(gè)特定的比普通凸輪長的異形凸輪，以適應(yīng)凸輪軸[14]的軸向位移。它的橫截面形狀沿軸向是變化的，其中一端橫截面的形狀與普通凸輪的一樣(參見圖5)，以保證在全負(fù)荷時(shí)進(jìn)氣配氣定時(shí)及工作過程與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相同;其余橫截面上，凸輪[13]兩側(cè)曲線仍與普通凸輪的一樣，但其頂部則系以普通凸輪頂點(diǎn)H到凸輪軸[14]軸線的距離r為半徑的一段圓弧φ，該圓弧φ自A-A剖面一端G到另一端F連續(xù)向進(jìn)氣門[9]關(guān)閉相位延后的方向逐漸展寬(參見圖4至圖8)。這樣，異形凸輪[13]的頂部就成為一個(gè)圓柱螺旋面[32]或近似的圓柱螺旋面。當(dāng)進(jìn)氣凸輪[13]沿軸向位移時(shí)，其作用包角α也相應(yīng)變化，如圖5至圖8中αA、αB、αC、αD等，其中αA與普通凸輪的相同，最大作用包角αD根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的型式、性能和所需的延長膨脹程度確定，變化范圍為135～165°。對應(yīng)的進(jìn)氣配氣期則為270～330°。
進(jìn)氣凸輪[13]固定在凸輪軸[14]上，啟動(dòng)前，滾輪[5]與進(jìn)氣凸輪[13]接觸在D-D剖面位置，改變油門踏板[1]的位置，通過油門推桿[29]、連接套[2]、撥叉[3]、撥叉套[4]可以使凸輪軸[14]沿軸向往返位移。凸輪軸[14]位移時(shí)帶動(dòng)進(jìn)氣凸輪[13]移至不同位置，使進(jìn)氣凸輪[13]與滾輪[5]有不同的接觸軌跡，控制進(jìn)氣門[9]有不同的關(guān)閉時(shí)間，得到不同的進(jìn)氣配氣定時(shí)(即不同的壓縮比ε)，實(shí)現(xiàn)延長膨脹循環(huán)的連續(xù)調(diào)節(jié)。在上述調(diào)節(jié)過程中節(jié)氣門[22]一直全開。松回油門踏板[1]，踏板下臂[27]與杠桿[25]相接觸后，通過拉桿[24]帶動(dòng)節(jié)氣門[22]，轉(zhuǎn)為用控制節(jié)氣門[22]開度的方式調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)低速或怠速狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.可由駕駛員直接用油門踏板操縱凸輪軸來實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)延長膨脹過程的連續(xù)調(diào)節(jié)，以隨時(shí)適應(yīng)負(fù)荷條件的變化，得到比較理想的工作狀態(tài)。
2.大大提高內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性。除全負(fù)荷時(shí)與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性相同外，部分負(fù)荷時(shí)耗油量均低于同類大小現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)。最佳時(shí)耗油量可減少15～20%。
3.簡單可靠、容易實(shí)施、成本低。因結(jié)構(gòu)改變少，故幾乎不需變更生產(chǎn)線和工藝設(shè)備，便于重新組織生產(chǎn)，也容易實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的改造。
4.改善了內(nèi)燃機(jī)氣缸的工作過程。全負(fù)荷及部分負(fù)荷時(shí)節(jié)氣門全開，節(jié)流損失小，進(jìn)氣相位重疊，泵氣損失小。
5.由于各缸混合氣在進(jìn)氣過程中的回流及二次混合蒸發(fā)作用，使混合氣制備良好，分配更加均勻，促進(jìn)燃燒，減少廢氣污染。
6.通過延長膨脹過程使排氣壓力和熱負(fù)荷相應(yīng)減小，排氣噪音降低，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。
通過下述附圖、附表中的實(shí)施例可使本發(fā)明得到更好的說明。
附圖1 為操縱機(jī)構(gòu)示意圖。
附圖2 為進(jìn)氣凸輪形狀示意圖。
附圖3 為進(jìn)氣凸輪剖面位置示意圖。
附圖4至附圖8 為進(jìn)氣凸輪不同位置剖面圖。
附圖9至附圖11、附表1為進(jìn)氣凸輪的三個(gè)實(shí)施例。
附圖1所示的操縱機(jī)構(gòu)主要由油門踏板[1]、節(jié)氣門[22]、正時(shí)齒輪[10]、凸輪軸[14]和至少一個(gè)進(jìn)氣凸輪[13]與至少一個(gè)排氣凸輪[15]組成。凸輪軸[14]由一個(gè)以上的軸承[17]支承，進(jìn)氣凸輪[13]通過滾輪[5]、挺桿[6]、搖臂[7]推動(dòng)進(jìn)氣門[9]。本機(jī)構(gòu)是通過油門踏板[1]來操縱凸輪軸[14]的軸向位移的。正時(shí)齒輪[10]單獨(dú)以兩側(cè)軸承[11]支承于機(jī)體上，凸輪軸[14]的一端穿過正時(shí)齒輪[10]，通過花鍵[12]與其形成滑動(dòng)花鍵連接;另一端裝在帶有止推軸承的撥叉套[4]及彈簧[18]內(nèi)，撥叉套[4]與撥叉[3]相連。撥叉[3]一端通過連接套[2]與油門推桿[29]相連;另一端與能沿軸向往返位移的滑套[26]相連。間距可調(diào)的限位塊[19、20]分別位于撥叉套[4]的兩側(cè)，用來限制凸輪軸[14]軸向位移的距離及位置。
由上可見，凸輪軸[14]有兩個(gè)自由度，正時(shí)齒輪[10]驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，油門踏板[1]操縱其軸向往返位移。
凸輪[13、15]的長度均較大，以保證凸輪軸[14]軸向位移時(shí)與滾輪可靠地接觸。排氣凸輪[15]橫截面的形狀與普通凸輪的完全相同。進(jìn)氣凸輪[13]則很特殊(參見圖2至圖8)，它的橫截面形狀沿軸向變化，其中一端橫截面的凸輪曲線與普通凸輪的完全一樣(參見圖5)，以保證與通常全負(fù)荷工況相同的進(jìn)氣配氣定時(shí)和工作過程。其余橫截面上，凸輪兩側(cè)升程曲線仍然與普通凸輪的一樣，且其開啟進(jìn)氣門一側(cè)的曲面[30]形狀也與普通凸輪的相同，因而進(jìn)氣門開啟的相位也始終不變;但其頂部曲線則是以凸輪軸[14]軸心O為圓心的一段圓弧φ，圓弧φ自A-A剖面一端[G]到另一端[F]連續(xù)向進(jìn)氣門[9]關(guān)閉相位延后的方向逐漸展寬，如圖6至圖8中φB、φC、φD等所示。這樣，凸輪[13]的頂部就成為一個(gè)圓柱螺旋面或近似的圓柱螺旋面[32]，根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及凸輪[13]與滾輪[5]接觸的載荷，其螺旋角β約在65～82°之間，凸輪的長度與螺旋角的大小是相關(guān)的。在以上條件下，凸輪[13]關(guān)閉進(jìn)氣門的一側(cè)則為一個(gè)以普通凸輪升程曲線為母線的螺旋曲面[32]。
當(dāng)進(jìn)氣凸輪[13]沿軸向位移時(shí)，其作用包角α也相應(yīng)變化。最大作用包角αD是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的形式、性能和所需的延長膨脹程度確定的，變化范圍在135～165°之間，對應(yīng)的進(jìn)氣配氣期則為270～330°。表1、圖9、圖10、圖11給出了本發(fā)明所述進(jìn)氣凸輪[13]的三個(gè)實(shí)施例。普通凸輪的作用包角αA應(yīng)是進(jìn)氣門開啟提前相位、關(guān)閉延后相位和180°之和的一半，表1中三個(gè)實(shí)施例的αA分別為128°、118°30′和118°。根據(jù)表1中三個(gè)實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)的型式、性能和所需的延長膨脹程度，其最大作用包角αD分別為158°、150°和142°，螺旋角β分別為75°、76°和78°。
由上可知，踏下油門踏板[1]推動(dòng)凸輪軸[14]位移，可在一定范圍內(nèi)改變進(jìn)氣配氣定時(shí)的變化。松回油門踏板[1]，凸輪軸[14]移回，碰到限位塊[20]后，繼續(xù)松回油門踏板[1]，則油門推桿[29]在連接套[2]內(nèi)滑動(dòng)，踏板下臂[27]轉(zhuǎn)過角γ與杠桿[25]接觸并通過拉桿[24]推動(dòng)節(jié)氣門[22]，以節(jié)氣門[22]的開度來控制內(nèi)燃機(jī)低速及怠速工況。踏板下臂[27]與杠桿[25]分離后，節(jié)氣門[22]一直處于全開狀態(tài)。拉桿[24]的長度可通過調(diào)節(jié)螺母[23]進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全負(fù)荷時(shí)，凸輪軸[14]移至與限位塊[19]相碰的位置，滾輪[5]與進(jìn)氣凸輪[13]接觸于A-A剖面位置，這時(shí)，壓縮比等于膨脹比，配氣定時(shí)和工作過程與普通內(nèi)燃機(jī)全負(fù)荷時(shí)一樣。
部分負(fù)荷時(shí)，隨著油門踏板[1]和凸輪軸[14]的移動(dòng)，與滾輪[5]接觸的進(jìn)氣凸輪[13]橫截面的位置也在改變，如附圖5至附圖8所示。在這一過程中，雖然排氣相位及進(jìn)氣門開啟相位并沒有變化，但進(jìn)氣門[9]關(guān)閉相位向后推遲，活塞上行時(shí)迫使混合氣從進(jìn)氣門[9]再倒流回進(jìn)氣管;同時(shí)又因與下一缸或幾缸(附圖1只畫出兩缸，實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)可以是多缸的)的進(jìn)氣相位重疊，上述倒流回進(jìn)氣管的混合氣又直接流入這一缸或幾缸內(nèi)，使進(jìn)氣初期泵氣損失減少，并加強(qiáng)了混合氣的二次混合及蒸發(fā)作用。由此壓縮比減小，而膨脹比不變，膨脹比大于壓縮比，形成根據(jù)負(fù)荷變化的延長膨脹循環(huán)。
在以上實(shí)施例中，也可以采用兩根凸輪軸的方案，其中一根是排氣凸輪軸，它與普通發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸一樣，不過上面僅安裝有普通排氣凸輪;另一根是進(jìn)氣凸輪軸，上面沒有排氣凸輪，僅有本發(fā)明所述的異形進(jìn)氣凸輪[13]，其軸向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作方式均與本發(fā)明一根凸輪軸的方案相同。兩根凸輪軸的方案對現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的改裝是非常方便的。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)可調(diào)延長膨脹循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，本發(fā)明的特征是進(jìn)氣凸輪[13]是一個(gè)特定的異形凸輪，其橫截面形狀沿軸向是變化的，其中一端[G]截面的形狀與普通凸輪的一樣，其余截面上，凸輪[13]兩側(cè)曲線的形狀仍與普通凸輪的一樣，但其頂部則是以凸輪軸[14]軸心O為圓心、以普通凸輪最高點(diǎn)[H]到凸輪軸[14]軸線的距離r為半徑的一段圓弧φ，圓弧φ自凸輪[13]的一端[G]到另一端[F]連續(xù)向進(jìn)氣門[9]關(guān)閉相位延后的方向逐漸展寬，其作用包角α也相應(yīng)變大，進(jìn)氣凸輪[13]的頂部則為一圓柱螺旋面或近似的圓柱螺旋面[32]，其最大作用包角αD根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的型式、性能和所需的延長膨脹程度確定，變化范圍為135～165°，對應(yīng)的進(jìn)氣配氣期則為270～330°；進(jìn)氣凸輪[13]安裝在可沿軸向往返位移的凸輪軸[14]上。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是油門踏板[1]通過油門推桿[29]、連接套[2]、撥叉[3]、撥叉套[4]與凸輪軸[14]相連，控制凸輪軸[14]的軸向移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是節(jié)氣門[22]通過拉桿[24]、杠桿[25]與踏板下臂[27]相接觸，且觸點(diǎn)K是可以分離的;杠桿[25]與踏板下臂[27]接觸時(shí)，由油門踏板[1]控制節(jié)氣門[22]的開度，分離后，節(jié)氣門[22]即處于全開狀態(tài)。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)可調(diào)延長膨脹循環(huán)內(nèi)燃 機(jī)，它是通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪的位置以連續(xù)改變進(jìn)氣配 氣定時(shí)的方式來實(shí)現(xiàn)高效率延長膨脹循環(huán)的。全負(fù) 荷時(shí)，壓縮比等于膨脹比，部分負(fù)荷時(shí)，壓縮比減小、 膨脹比不變，形成隨負(fù)荷的變化而變化的延長膨脹循 環(huán)，從而使耗油量大大減小，最佳時(shí)可減少 15～20％。另一優(yōu)點(diǎn)是可由駕駛員直接用油門踏 板來操縱。特別適合于汽車汽油機(jī)，亦可用于各種柴 油機(jī)，便于組織生產(chǎn)，便于車輛改造。
文檔編號F02B41/00GK86100840SQ86100840
公開日1987年9月2日 申請日期1986年2月20日
發(fā)明者雷良榆 申請人:雷良榆導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan