CN103982297A - 组合高效节能发动机 - Google Patents

Abstract

一种通过使发动机在压缩和做功冲程中通过改变压缩比和对曲杆有效做功的方式达到节能和高效做功的目的的装置；详见摘要附图：1、压缩冲程：在曲轴从下止点转至上止点后，通过B加速轴和D摆轴两个加速装置，追赶至已从上止点转过30°的曲轴然后点燃，从而增加对曲轴的有效做功、增加压缩比，来提高发动机动力性能和节能要求。2、做功冲程：在爆燃后通过B加速轴的扇形构造和D摆轴配合使H加速活塞保持在上止点，直至G原活塞转过下止点后，H加速活塞开始回至原位，从而继续下一冲程准备。3、进气冲程：在原活塞通过下止点时，H加速活塞快速回落速度大于原活塞速度，从而增加吸气量使燃料得到充分燃烧，又可达到节能效果。

Description

组合高效节能发动机

高效节能发动机技术领域[0001]发动机制造业背景技术[0002]1简介编辑发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系着汽车的动力性、经济性、环保性。简单来说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)或天然气的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀，推动活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。发动机的所有结构都是为能量转换服务的，发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然没有改变。这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点，更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面，从而使人们在悠闲的享受汽车文化的同时，也能保护环境、节约资源。[0003]2工作原理往复活塞式内燃机所用的燃料主要是汽油或柴油。由于汽油和柴油具有不同的性质，因而在发动机的工作原理和结构上有差异。[0004]一.四冲程汽油机工作原理汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。[0005]⑴进气冲程活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点，汽缸内气体压力小于大气压力0p，即pa＝(0.80～0.90)0p。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。[0006]⑵压缩冲程压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2000kPa，温度达600～750K。[0007]⑶做功冲程当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气， 混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3000～6000kPa，温度TZ达2200～2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，其压力降至300～500kPa，温度降至1200～1500K。在做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。[0008]⑷排气冲程排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r点的压力稍高于大气压力，即pr＝(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr＝900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。[0009]二.四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。由于柴油机以柴油作燃料，与汽油相比，柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发，因而柴油机采用压缩终点压燃着火，也叫压燃式点火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同.汽油机是点燃，柴油机是压燃。[0010]⑴进气冲程进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点压力pa＝(0.85～0.95)p0，比汽油机高。进气终点温度Ta＝300～340K，比汽油机低。[0011]⑵压缩冲程由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε＝16～22)。压缩终点的压力为3000～5000kPa，压缩终点的温度为750～1000K，大大超过柴油的自燃温度(约520K)。[0012]⑶做功冲程当压缩冲程接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以100MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升，最高达5000～9000kPa，最高温度达1800～2000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。[0013]⑷排气冲程柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。一般Tr＝700～900K。对于单缸发动机来说，其转速不均匀，发动机工作不平稳，振动大。这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的，其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。为了解决这个问题，飞轮必须具有足够大的转动惯量，这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以减缓震动。 

发明内容简介：一种通过使发动机在压缩和做功冲程中通过改变压缩比和对曲杆有效做功的方式达到节能和高效做功的目的的装置；这种装置就是我方发明的核心、重点。 

详见说明书附图-图1： 

图1是系统原理总汇图 

A主进排气调节系统；B辅助动力系统(加速轴)；C辅助动力系统(连接轴)；D辅助动力系统(摆轴)；E辅助动力系统(轴箱)F辅助高压进气系统；G主动力活塞；H辅助加速活塞；本图为示例图方案适用于两个缸以上多缸内燃型发动机，燃料适用于如目前内燃机在用的汽油、柴油、可燃气体等。 

I传统曲轴 

原理介绍：1、压缩冲程：在曲轴从下止点转至上止点后，通过B加速轴和D摆轴两个加速装置，追赶至已从上止点转过30°的曲轴然后点燃，从而增加对曲轴的有效做功、增加压缩比，来提高发动机动力性能和节能要求。2、做功冲程：在爆燃后通过B加速轴的扇形构造和D摆轴配合使H加速活塞保持在上止点，直至G原活塞转过下止点后，H加速活塞开始回至原位，从而继续下一冲程准备。[0016]3、进气冲程：在原活塞通过下止点时，H加速活塞快速回落速度大于原活塞速度，从而增加吸气量使燃料得到充分燃烧，又可达到节能效果。[0017]通过以上两个活塞的运动配合，本发明解决如下传统发动机不足：第一由于曲轴力矩加大，主传动曲轴变成省力杠杆，并使燃料等混合气体压缩比达到最佳时点燃，燃烧产生的动力发挥最大推动力，大大提高了油气燃烧动力的利用率。预期节省燃油30％～40％。[0018]第二提高发动机使用寿命：传统活塞在近上止点进行点燃，不仅初始能量不能发挥作用，使气缸压力增大，影响发动机汽缸和活塞使用寿命；第三由于燃料品质不同，汽缸内燃料最佳压缩比也不同，要求使用高标号汽油的车辆在使用低标号油品时可能产生提前爆燃，甚至倒推，对发动机造成损坏，应用此技术即使按高标号设置，低标号油品也可使用，不会出现提前爆燃现象，可提高燃油的通用性；第四缩小压缩比，使燃烧更加充分，提高燃料使用效率，减少废气排放；第五减少发动机抖动，降低噪声；即将发展成汽油车进行压燃，取消电打火系统，气体燃烧更加充分。[0019]第六增加该系统,在相等燃料，减少了内耗，使发动机输出动力增大，成为高节能、高环保、高动力的 发动机。 

附图说明： 

实施方案： 

组合式高效节能发动机示意总图-详见说明书附图-图1： 

图1是系统原理总汇图 

系统原理总汇，详见分项： 

A主进排气调节系统；B辅助动力系统(加速轴)；C辅助动力系统(连接轴)；D辅助动力系统(摆轴)；E辅助动力系统(轴箱)F辅助高压进气系统；G主动力活塞；H辅助加速活塞；I传统曲轴 

A1第一方案3页第1页(主进排气系统细部) 

详见说明书附图-图2： 

图2是主进排气系统细部视图第一方案 

01排气管道 02进气管道 03发动机点燃杜动力曲柄轴与缸体30°～35°夹角 04进排气调节阀 

该系统是区别于传统进排气系统主要部件，采取侧位进排气设计，主要是因发动机缸体的结构点需要。 

A2第二方案3页第2页(主进排气系统细部)详见说明书附图-图3： 

图3是主进排气系统细部视图第二方案 

01排气管道 02进气管道 03摆式进排气阀 04辅助塞 05主动力活塞 

采用该设计是想进排气通道口尽量小，消耗尽可能小的侧位燃烧室。 

A3第三方案3页第3页(主进排气系统细部) 

详见说明书附图-图4： 

图4是主进排气系统细部视图第三方案 

01凹凸轮调节进排气 02进排气门压杆 03进排气阀压簧 04进排气阀 05加速塞 06活塞07火花塞 08冷却液循环孔 

B1方案一2页第1页(加速轴正断面) 

详见说明书附图-图5： 

图5是加速轴正断面视图 

01加速曲轴 02摆轴 03摆轴底轴 04底轴支架 

B1方案一2页第2页加速轴正面 

详见说明书附图-图6： 

图6是扇形加速轴正面视图 

01嵌入高强度滚针 02连接轴承轨道槽 03扇形加速轴 04机油通道 05槽壁06通轴 07机油槽 08机油孔 09连接杆 10摆轴 

该部件是组合式高效节能发动机的关键核心部件，在主动力活塞越过上止点往下止点行进时，该部件通过摆轴使辅助活塞行程加速，不仅要追赶主动力活塞越过上止点预留的安全压缩比(较燃烧时所要求压缩比小2倍)，在曲轴夹角30°～35°时，使气缸内气体增压到设计可燃压力。 

B2方案二2页第1页 

详见说明书附图-图7： 

图7是扇形加速曲轴与摆轴连接拉环保持不间断连接图 

01排气管道 02进气管道 03环状连接拉杆 

B2方案二2页第2页(加速轴正面) 

详见说明书附图-图8： 

图8是扇形加速曲轴正面视图 

扇形加速曲轴-详见说明书附图-图9： 

图9是扇形加速曲轴图 

B3方案三共2页第1页(弹性限位装置，设置两组簧使摆轴随加速轴滚动面衔接) 

01加速曲轴 02回位簧 03限位簧 

本设计主要是使其简单灵活，成本低。属于弹性连接，缺乏数据，需要尽一步验证。 

B3方案三共2页第2页加速轴正面 

详见说明书附图-图10： 

图10是扇形加速曲轴与摆轴连接方案视图 

回位簧是将摆轴在回到初始位置，等待主动力活塞越过上止点。限位簧防止摆轴不因吸气过程不碰缸体，也是促使摆轴回位作用。 

详见说明书附图-图11： 

图11是扇形加速曲轴与摆轴不间断接触连接方案视图 

C拉杆 

详见说明书附图-图12： 

图12是图1中C的大样图 

D摆轴大样图 

详见说明书附图-图13： 

图13是摆轴大样视图 

本部件是组合式高效节能发动机的主要部件，通过该部件传递加速曲轴产生的加速进程，对气缸内气体产生迅速加压的效果。 

F三级加油气系统图示 

传统发动机为提高运转速度、提高动力主要是增加供油量，本方案给发动机增设副进气加压系统。主进排气系统吸入混合气体主要用在低速运转，当汽车需要加速时，通过三级进气系统，喷入气缸内的为油气混合体，燃料燃烧更加充分，提高效率。 

详见说明书附图-图14： 

图14是三级加油气系统图示 

01混合气体高压缩泵(高压油气泵分机械传动和电脑控制电机传动两方案，需要转速加快时主要如下两种方式；第一，机械传动：是通过杠杆挤压外凹凸轴进行分级加压注气。第二，电子加压是通过电脑控制电动机，应用调频技术进行压缩泵压力控制和进气阀控制)。02皮带轮(于主进气调节凹凸轴同步)；03万象推轮；04高压泵飞轮；05可串动式外轴凹凸轴；06进气调节阀。 

三级加油气系统大洋图 

详见说明书附图-图15： 

图15是三级加油气系统大样图 

01接入高压泵 02火花塞 03进气分管 04冷却水孔 05进气主管道 06进气调节阀 

在压缩行程注入油气，高压泵压力大于气缸爆燃前压力，在点火前关闭进气阀。G活塞 

详见说明书附图-图16： 

图16是活塞构造图及燃烧缸俯视图 

中仓燃烧使活塞产生均匀受力效果 

1、主动力系统散热系统、机油通道示意图 

详见说明书附图-17： 

图17是主动力系统散热系统、机油通道示意图 

2、进排气阀分布图 

详见说明书附图-图18： 

图18是进排气阀俯视分布图 

3、进排气布置系统示意图； 

详见说明书附图-图19： 

图19是进排气布置系统示意图 

4、高压线路点火布置示意图 

详见说明书附图-图20： 

图20是高压线路点火布置示意图 

5、同步轮传动方式(皮带或链条)外传力系统，包括动力输出轮、气门调节、马达、油泵、水泵。 

详见说明书附图-图21： 

图21是同步轮传动方式(皮带或链条)外传力系统图(包括动力输出轮、气门调节轮、马达、油泵、水泵) 

01排气调节凹凸轮 02进气调节凹凸轮 03三级加速调节凹凸轮 04扇形加速轴轮 05主动力曲轴轮 06发动机 07备用轮。 

Claims (8)

1.一种由机械构配件组合的加速补偿装置：一种通过使发动机在压缩和做功冲程中通过改变压缩比和对曲杆有效做功的方式达到节能和高效做功的目的的发动机装置。 

2.此装置通过 加速轴   02摆轴   03活塞连杆  04加速活塞  05进排气仓  06轴箱  07约束连接轴  08发动机与车体链接支架09机油排油阀   10摆轴支架(与缸体整体铸造)   11发动机缸体   12曲柄   13支架梁(与缸体整体铸造)等构配件的合理配置，达到高效节能目的。 

3.使01加速轴在外部齿轮的传动下，带动02摆轴03活塞连杆 04加速活塞 做有规律的补偿空间运动，增加吸气空间和压缩距离从而大增压缩比，以及增加输出动力曲轴的角度，从而曾加有效做功的角度和距离等方式使发动机低能耗高效率运转。 

4.利用杠杆原理，通过01加速轴   02摆轴两个加速装置，达到原活塞通过上止点后的追赶问题。 

5.一种通过改变摆轴形状改变加速轴应力集中的装置。 

6.一种通过限位簧解决摆轴限位的装置。 

7.一种由两个活塞组合运动装置。 

8.一种由若干个进气阀，通过加油系统分级调节进气量的装置。 

详见说明书附图-图1 。