CN101526029A - 直线运动导轨发动机 - Google Patents

Abstract

直线运动导轨发动机，是在保留原发动机整体结构形式基础上，装配应用直线运动导轨，为发动机技术领域提供一种低消耗、大功率的直线运动导轨发动机。其技术方案的要点是：在汽缸体两侧内壁上装配直线运动导轨，固定活塞往复直线运动，改进活塞结构，降低汽缸高度，增大活塞行程，提高输出功率，改善发动机动力性能、经济性能和排放性能。

Description

直线运动导轨发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是将直线运动导轨应用于发动机之中，固定活塞往复直线运动，增大活塞行程，提高发动机动力性能，经济性能的技术方案。

背景技术

汽、柴油发动机一般由一机组(机体组)两个机构(曲柄连杆机构，配气机构)、五大系统(燃油供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统和启动系统)组成。曲柄连杆机构由活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。是往复式活塞发动机将热能转换为机械能的主要机构。在发动机工作过程中燃烧的气体压力直接作用在活塞上，推动活塞往复直线运动，经活塞销、连杆和曲轴、将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。——摘自吴文琳主编的《图解汔车发动机构造手册》一书。根据田鸣主编的《机械技术基础》一书中力对轴之矩Mx(F)＝±Fxy×d＝±Fcosβ×d的公式可知，发动机动力性能取决于力对轴之矩的大小，而力对轴之矩的大小又取决于燃烧气体压力、连杆运动夹角cosβ、曲轴曲柄长度尺寸的变化。现有发动机技术的开发研究重点都放在燃烧气体压力这一块上了。闫大建主编的《汽车发动机原理与汽车理论》一书中，从进气冲程、压缩冲程、燃烧过程、做功冲程、排气冲程来讨论实际循环的工作过程中工质损失、换气损失、燃烧损失、传热损失、不完全燃烧和磨擦损失。许多专家学者和科技人员的精力都花在了这一块上了。也取得了巨大的成就。但从网上搜索、查阅相关资料却没有只增加曲轴曲柄结构尺寸，增大活塞行程来提高动力性能的研究成果。而这一块又是最直接最有效的一条提高动力性能、经济性能的途径。如果有所突破将会带来巨大的经济效益和社会效益。但从现有发动机结构分析，主要存在下列限制和制约。

1、汽缸直径的限制：增加曲轴曲柄长度则增加了活塞行程、汽缸高度也随之增加、不增大汽缸直径、连杆就不能正常运动而被汽缸卡死。

2、活塞对汽缸侧压力和磨擦损耗的制约：摆脱汽缸直径的限制，最直接的方法是把活塞销座延长至活塞裙部或活塞裙部以外。活塞处于下止点时，把连杆小头置于汽缸外，这样可以摆脱汽缸直径限制，但发动机高度增加，只适用于不受高度制约的电源发动机组，大中型客货车。更重要的是导致了活塞对汽缸侧压力的增加和磨擦损耗的增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽缸直径小，能固定活塞往复直线运动，增大活塞行程的直线运动导轨发动机。是在保留原发动机机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、启动系统整体结构形式的基础上，在汽缸体两侧内壁上装配直线运动导轨、改进活塞结构，固定活塞往复直线运动，增大活塞行程来实现上述目的。

本发明的结构是由直线运动导轨(1)、槽板支架(2)、活塞顶部、活塞头部(3)、活塞销座(4)、活塞环组成。(附图)

本发明连接方式和工作原理是：直线运动导轨中的导轨部件(5)垂直对中装配于汽缸体两侧内壁上，直线运动导轨中的滑块部件(6)和槽板支架(2)连接。工作过程中，燃烧气体压力作用在活塞上，一方面推动活塞经活塞销座、槽板支架到直线运动导轨的滑块上，由直线运动导轨固定活塞往复直线运动。另一方面，燃烧气体压力作用在活塞上，推动活塞，经活塞销座推动连杆在槽板支架中的糟隙间运动，推动曲轴，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。

本发明结构尺寸的设计确定方式：

1、汽缸体结构尺寸、活塞结构尺寸随曲轴结构尺寸、连杆结构尺寸、直线运动导轨结构尺寸调整、设计确定。

2、曲柄连杆机构结构尺寸，包括直线运动导轨结构尺寸。随本发明直线运动导轨发动机设计的技术参数来调整设计确定。

3、本发明中的机体组、配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、启动系统的结构尺寸和布局，随本发明中曲柄连杆机构、直线运动导轨结构尺寸来设计、制造和装配。

与已有技术相比，本发明具有下列优点：

1、能大幅度提高动力性能：本发明应用直线运动导轨固定活塞往复直线运动后，活塞裙部结构被取消，汽缸高度可以降低原来活塞裙部所需的导向高度尺寸。连杆则不受汽缸直径限制，可以直接增加曲柄长度，增大活塞行程，提高动力性能。以汽车用TU 32/K型发动机做一个对比说明就更清楚了。该发动机部分技术参数为：

缸径        75mm    汽缸数    4

活塞行程    77mm    压缩比    9.3

连杆长度    126.8mm

这种小轿车用发动机因受高度制约，就以曲轴曲柄长度增加10％，即活塞行程增加10％，保留原发动机连杆运动夹角不变，来设计确定相关数据。

a、活塞行程增加7.7mm，即：84.7mm

b、曲柄增加3.85，即：42.35mm，动转一圈增加7.7mm

c、连杆增加12.68mm，总长：139.48mm

d、压缩比：10.229(没有超过6～12范围)

e、增加高度：7.7+7.7+12.68＝28.08mm

本发明发动机整体高度只增加28.08mm，不影响小轿车使用，但根据力对轴之矩Mx(F)＝±Fcosβ×d可知：Mx(F)＝±Fcosβ×(d+d×10/100)＝±Fcosβ×d+Fcosβ×d×10％，就是增加的压缩比，消除活塞对汽缸侧压力磨擦等等因素对动力性能的改善暂时忽略不计，燃烧气体压力对曲轴之矩Mx(F)就在原发动机的基础上增加Fcosβ×d×10％N.m，如果曲柄增加20％，就增加Fcosβ×d×20％N.m，且整体高度也只增加56.16mm，如果不受使用空间制约，本发明效果会更好。

2、改善了综合性能。本发明增加了曲轴曲柄长度后，活塞行程增大，汽缸工作容积增加，排量增加，再调整设计好压缩比，能更进一步改善发动机的动力性能，经济性能和排放性能。

附图说明：

附图是本发明的一个结构形式图，

图中：1——直线运动导轨中的滚动直线导轨副

      2——槽板支架

      3——活塞头部

      4——活塞销座

      5——直线运动导轨中的导轨部件

      6——直线导轨中的滑块部件

具体实施方法：

实施例一、

结构、连接方式、结构尺寸的设计确定方式如发明内容中所述。只是汽缸体为直列式4缸、缸径75mm，直线运动导轨为滚动直线导轨中的滚动直线导轨副、曲轴曲柄长度活塞行程在原发动机曲轴曲柄、活塞行程基础上增加10％。

实施例二：

结构、连接方式、结构尺寸的设计确定方式与例一相同，不同之处是汽缸体为V型6缸，汽缸直径80mm，直线运动导轨为滚动直线导轨中的滚动花键副，曲轴曲柄长度、活塞行程在原发动机曲轴曲柄、活塞行程的基础上增加20％。

实施例三：

结构、连接方式、结构尺寸的设计确定方式与例一相同，不同之处是直线运动导轨为滚动直线导轨中的滚动导轨块。曲轴曲柄长度、活塞行程在原发动机曲轴曲柄、活塞行程基础上增加30％，压缩比调整设计，汽油机压缩比在6～12之间，柴油机压缩比在14～22之间。

实施例四：

结构、连接方式、结构尺寸的设计确定方式如发明内容中所述，只是汽缸体为V型6缸，汽缸直径100mm，曲轴曲柄长度150mm，压缩比22，直线运动导轨为滑动导轨中的直线导轨。

Claims (4)

1、直线运动导轨发动机，结构组成中包括机体组、配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、启动系统、曲轴飞轮组、连杆组、活塞。其特征是：结构组成中应用了能固定活塞往复直线运动的直线运动导轨。

2、按权力要求1所述的直线运动导轨发动机，其特征是：结构由直线运动导轨(1)、槽板支架(2)，活塞顶部、活塞头部(3)，活塞销座(4)、活塞环等组成。

3、按权力要求1或2所述的直线运动导轨发动机，其特征是，连接方式为：直线运动导轨中的导轨部件(1)垂直对中装配于汽缸体两侧内壁上，直线运动导轨中的滑块部件(5)和槽板支架(2)连接，由直线运动导轨固定活塞往复直线运动。

4、按权力要求1或2所述的直线运动导轨发动机，其特征是，结构尺寸的设计确定方式为：

a、汽缸体结构尺寸、活塞结构尺寸随曲轴结构尺寸、连杆结构尺寸、直线运动导轨结构尺寸调整、设计确定。

b、曲柄连杆机构结构尺寸、包括直线运动导轨结构尺寸、随本发明直线运动导轨发动机设计的技术参数来调整设计、确定。

c、本发明中的机体组，配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、启动系统的结构尺寸和布局。随本发明中曲柄连杆机构、直线运动导轨结构尺寸来设计、制造和装配。

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