CN102852638A - 一种四冲程往复活塞式内燃机 - Google Patents

一种四冲程往复活塞式内燃机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆和曲轴，活塞通过连杆连接在曲轴的连杆轴颈上，在所述连杆轴颈上套接有一偏心轴，所述连杆的连杆大头套接在该偏心轴上，在偏心轴上还设有能驱动偏心轴自转的驱动机构，曲轴每旋转两周偏心轴旋转一周。与现有技术相比，本内燃机在吸气和排气冲程中活塞行程要大于在作功和压缩冲程中的活塞行程，能最大限度排出缸内废气，降低气缸内的温度，使下一个吸气冲程能吸进更多的新鲜低温空气，燃烧充分，提升内燃机功率；与现有阿特金森循环内燃机相比，克服了其多连杆机构过于复杂、故障率高、低速扭矩差的缺点，产生了超过奥托循环的动力。

Description

一种四冲程往复活塞式内燃机
技术领域
本发明涉及一种四冲程往复活塞式内燃机。
背景技术
目前公知的内燃机主要构造是由气缸、活塞、连杆、曲轴以及位于气缸盖的进排气门、火花塞、喷油嘴等构成。在活塞上止点与气缸盖之间空间为燃烧室，通过曲轴的旋转完成吸气、压缩、作功、排气四冲程循环。
目前的内燃机所存在的问题是：1、奥托循环内燃机由于活塞行程固定，在排气冲程末，气缸内仍然残留相当于燃烧室容积的高温高压废气，废气排放不彻底，阻碍了下一吸气冲程的进气量，限制了内燃机的功率提升和压缩比；2、阿特金森循环内燃机由于多连杆机构过于复杂，故障率高、性能不可靠、低速扭矩差等缺点限制了其使用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种四冲程往复活塞式内燃机，以达到在排气冲程最大限度排出缸内废气、吸气冲程吸入更多的低温新鲜空气的目的，并能够实现阿特金森循环的热效率和燃油经济性，同时超过奥托循环内燃机的动力。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆和曲轴，活塞通过连杆连接在曲轴的连杆轴颈上，在所述连杆轴颈上套接有一偏心轴，所述连杆的连杆大头套接在该偏心轴上，在偏心轴上还设有能驱动偏心轴自转的驱动机构。
所述驱动机构包括齿轮销和与该齿轮销相配合的第一锥齿轮、第二锥齿轮，在所述偏心轴的外圆周面上靠近端部位置设有插孔，齿轮销的一端固定在此插孔中并能自由转动，齿轮销的另一端位于插孔外部，并在此端部设有层叠的与齿轮销同轴的两个齿轮，分别为与第一锥齿轮啮合的小齿轮，与第二锥齿轮啮合的大齿轮，第一锥齿轮固定在所述曲轴的曲柄的侧面上，第二锥齿轮固定在所述连杆大头的侧面上，第一锥齿轮和第二锥齿轮的中心线与所述连杆轴颈的轴线重合，齿轮销由两个齿轮驱动旋转，带动偏心轴围绕连杆轴颈旋转。
所述每一个齿环均由两块组成，固定安装在曲柄臂和连杆大头的相对面上。
所述小齿轮设在所述大齿轮的上方。
所述驱动机构设有两组，分别设在所述偏心轴靠近两端部的位置，两组驱动机构同步运转带动偏心轴旋转。
设所述第一锥齿轮与所述小齿轮的齿比为x，所述第二锥齿轮与所述大齿轮的齿比为y，有x=2y，在四冲程循环中曲轴每旋转两周，偏心轴旋转一周。
所述偏心轴沿轴孔分为厚缘块和薄缘块，厚缘块和薄缘块通过螺栓紧固连接，所述齿轮销设在该厚缘块上。
在所述活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，在排气冲程末使活塞顶面尽可能与气缸顶靠近。
所述驱动机构也可只设有一组。
采用上述技术方案，与现有奥托循环内燃机技术相比，本内燃机在吸气和排气冲程中延长活塞的行程，在排气冲程中使活塞行程延长，活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，使活塞顶面尽可能与气缸顶靠近，以最大限度排出缸内高温高压废气，降低气缸内的温度，使下一个吸气冲程能吸进更多的新鲜低温空气，燃烧充分，提升内燃机功率；由于气缸内混合气温度降低，可将内燃机压缩比设计的更高，进一步提高功率；吸气冲程进入的完全是新鲜低温空气，氧气充足，燃料燃烧充分，排气冲程将高温废气迅速排出，使有害气体生成减少；同时活塞在下止点时由于偏心轴的作用连杆与曲柄不在一条轴线上，故可以减少活塞贯量引起的震动；本内燃机在结构上仅在连杆轴颈的外层增加了一个偏心轴及驱动机构，结构简单；另外，通过旋转90度安装偏心轴实现阿特金森循环，与现有阿特金森循环内燃机相比结构简单易实施，克服了阿特金森循环内燃机复杂的多连杆机构故障率高，低速扭矩差的缺点，在作功和排气冲程以较大的曲柄半径运行，因而扭矩提升，达到了阿特金森循环的热效率和燃油经济性，同时超过了奥托循环的动力。
附图说明
图1为本发明的内燃机（奥托循环）的装配结构示意图；
图2为本发明的内燃机的偏心轴的结构示意图；
图3为本发明的内燃机的齿轮销的结构示意图；
图4为本发明的内燃机的四冲程末偏心轴位置示意图；
上述图中的标记均为：1、曲柄；2、大齿轮；3、第一锥齿轮；4、偏心轴；5、小齿轮；6、连杆；7、连杆大头；8、第二锥齿轮；9、厚缘块；10、薄缘块；11、插孔。
具体实施方式
本发明一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆和曲轴，活塞通过连杆连接在曲轴的连杆轴颈上。为了解决现有技术中存在的问题，本内燃机在连杆轴颈上套接有一偏心轴4，连杆轴颈位于偏心轴4内的偏心位，偏心轴4的结构如图2所示，偏心轴4由厚缘块9和薄缘块10瓦合而成，并紧固连接，连杆6的连杆大头7套接在该偏心轴4上，在偏心轴4上还设有能驱动偏心轴4自转的驱动机构。
驱动偏心轴4转动的驱动机构包括齿轮销和与该齿轮销相配合的第一锥齿轮3、第二锥齿轮8。在偏心轴4的厚缘块9两端的外圆周面上还设有沿偏心轴4径向的插孔11，齿轮销下段圆柱形的柱身位于该插孔11内并能自由旋转，在连杆大头7和曲柄1相对的侧面上各设置一个锥齿轮，分别为第一锥齿轮3和第二锥齿轮8，如图1所示，第一锥齿轮3固定在曲柄1的侧面上，第二锥齿轮8固定在连杆大头7的侧面上，第一锥齿轮3和第二锥齿轮8的中心线与连杆轴颈的轴线重合，齿轮销由两个齿轮驱动旋转，带动偏心轴4围绕连杆轴颈旋转。齿轮销的结构如图3所示，齿轮销上具有层叠的与齿轮销同轴的两个齿轮，分别为与第一锥齿轮3啮合的小齿轮5，与第二锥齿轮8啮合的大齿轮2，小齿轮5并设在大齿轮2的上方。驱动机构可以只在偏心轴4的一端设置，也可以设在偏心轴4的两端。设曲柄1上的第一锥齿轮3与齿轮销上的小齿轮5的齿比为x，连杆大头7上的第二锥齿轮8与齿轮销上的大齿轮2齿比为y，有x=2y。随着曲轴的旋转，连杆大头7相对于连杆轴颈作旋转运动，连杆大头7上的第二锥齿轮8驱动齿轮销上的大齿轮2旋转，齿轮销上的小齿轮5沿着曲柄1上的第一锥齿轮3滚动，从而带动偏心轴4围绕连杆轴颈旋转，由于齿比的差异（x=2y），偏心轴4的旋转速度比连杆大头7的旋转速度慢一半，即偏心轴4与连杆大头7作同向不同步旋转。
实施例1
奥托循环：在吸气冲程始、排气冲程末，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内最上方如图4a所示，活塞行程最大到气缸顶部；在作功冲程始、压缩冲程末，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的最下方如图4c所示，活塞行程缩短，在活塞和气缸顶部之间形成燃烧室，在吸气和排气冲程中活塞行程要大于在作功和压缩冲程中的活塞行程，即活塞的上止点可变下止点不变。与现有技术相比，本内燃机通过增加偏心轴4，在吸气和排气冲程中延长活塞的行程，在排气冲程末使活塞行程延长，活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，使活塞顶面尽可能与气缸顶靠近，以最大限度排出缸内废气，降低气缸内的温度，使下一个吸气冲程能吸进更多的新鲜低温空气，燃烧充分，提升内燃机功率；由于气缸内混合气温度降低，可将内燃机压缩比设计值提高，进一步提高功率；吸气冲程进入的完全是新鲜低温空气，氧气充足，燃料燃烧充分，排气冲程将高温废气迅速排出，使有害气体生成减少；同时活塞在下止点时由于偏心轴4的作用连杆6与曲柄1不在一条轴线上如图4b、4d所示，故可以减少活塞贯量引起的震动。本内燃机在结构上仅在连杆轴颈的外层增加了一个偏心轴4及齿轮驱动机构，结构简单。
本内燃机的工作原理如下：
1）吸气冲程始如图4a所示，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的最上方，曲轴向下旋转带动连杆6与活塞向下移动，偏心轴4与连杆大头7围绕连杆轴颈作同向不同步旋转。吸气冲程末，活塞到达下止点时，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的侧方如图4b所示。2）压缩冲程始如图4b所示，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的侧方，曲轴向上旋转带动连杆6与活塞向上移动，偏心轴4与连杆大头7围绕连杆轴颈作同向不同步旋转。压缩冲程末时，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的最下方，活塞行程变短，不能到达气缸顶部，在活塞顶面与气缸顶之间形成燃烧室，如图4c所示。3）在燃烧作功冲程开始时如图4c所示，活塞推动连杆6向下运行，连杆大头7与偏心轴4围绕连杆轴颈旋转带动曲轴向下旋转，当活塞运行到下止点时，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的另一侧方，如图4d所示。4）排气冲程始如图4d所示，偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的另一侧方，曲轴向上旋转，连杆大头7与偏心轴4一起围绕连杆轴颈旋转，推动活塞向上运行，当连杆6与曲柄1成180度位时由于偏心轴4的厚缘块9位于连杆大头7内的最上方，相当于连杆6长度变长，活塞行程最大运行至气缸顶部，原来的燃烧室空腔缩小，废气尽可能排出。
实施例2
阿特金森循环：将实施例1的偏心轴4绕其轴线旋转90度安装即出现与实施例1相反的效果，活塞的上止点不变，而下止点可变。在作功冲程和排气冲程活塞的行程变长，吸气冲程和压缩冲程活塞的行程变短，内燃机的膨胀比大于压缩比，在作功冲程时以较大的曲柄1半径运行，因而产生了较大的扭矩，提高了动力。本内燃机实现了阿特金森循环的热效率和燃油经济性，产生了超过奥托循环的动力，同时克服了阿特金森循环内燃机低速扭矩差，多连杆机构复杂，故障率高的缺陷。由于缸内废气过度膨胀降低了废气温度，残余废气温度也降低了，所以可将现有内燃机的压缩比设计值略微提高（以吸气行程工作容积加燃烧室容积为总容积计算），由此带来动力的进一步提升。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆（6）和曲轴，活塞通过连杆（6）连接在曲轴的连杆轴颈上，其特征在于：在所述连杆轴颈上套接有一偏心轴（4），所述连杆（6）的连杆大头（7）套接在该偏心轴（4）上，在偏心轴（4）上还设有能驱动偏心轴（4）自转的驱动机构。
2.根据权利要求1所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于：所述驱动机构包括齿轮销和与该齿轮销相配合的第一锥齿轮（3）、第二锥齿轮（8），在所述偏心轴（4）的外圆周面上靠近端部位置设有插孔（11），齿轮销的一端固定在此插孔（11）中并能自由转动，齿轮销的另一端位于插孔（11）外部，并在此端部设有层叠的与齿轮销同轴的两个齿轮，分别为与第一锥齿轮（3）啮合的小齿轮（5），与第二锥齿轮（8）啮合的大齿轮（2），第一锥齿轮（3）固定在所述曲轴的曲柄（1）的侧面上，第二锥齿轮（8）固定在所述连杆大头（7）的侧面上，第一锥齿轮（3）和第二锥齿轮（8）的中心线与所述连杆轴颈的轴线重合，齿轮销由两个齿轮驱动旋转，带动偏心轴（4）围绕连杆轴颈旋转。
3.根据权利要求2所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于：所述小齿轮（5）设在所述大齿轮（2）的上方。
4.根据权利要求2或3所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于：所述驱动机构设有两组，分别设在所述偏心轴（4）靠近两端部的位置，两组驱动机构同步运转带动偏心轴（4）旋转。
5.根据权利要求4所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于：设所述第一锥齿轮（3）与所述小齿轮（5）的齿比为x，所述第二锥齿轮（8）与所述大齿轮（2）的齿比为y，有x=2y。
6.根据权利要求5所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于：所述偏心轴（4）沿轴孔分为厚缘块（9）和薄缘块（10），厚缘块（9）和薄缘块（10）通过螺栓紧固连接，所述齿轮销设在该厚缘块（9）上。
7.根据权利要求6所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于：在所述活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，在排气冲程末使活塞顶面尽可能与气缸顶靠近。
8.根据权利要求2或3所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于：所述驱动机构设有一组。
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