CN104047719A - 大扭矩高速内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明是为内燃发动机提供一种新型的做功方式，是在每一做功冲程中，合成两缸或多缸活塞实施同步做功。本技术主要用于具备四个以上数量的内燃机，目的是通过活塞驱动力的合理集中利用使曲轴形成更大的转矩，从而产生更强劲输出动力。新型做功方式的效果，使相同机型的曲轴产生了两倍的扭矩和旋转加速度，除去做功次数减少和做功间隔延迟等负面因素，可使发动机动力提高50％左右。新型做功方式的贡献还在于化解了扭矩和转速之间的矛盾关系，使大扭矩发动机实现了高速化，可因此设计出超级功率的大型发动机，在环保节能方面：当动力需求过剩之后，可通过回降功率来削减燃油，节油效果在30％左右。

Description

大扭矩高速内燃发动机

技术领域

本发明是一种内燃发动机，一种涉及采用新型做功方式而形成的大扭矩高速内燃发动机。具体来说，是在多缸内燃机上；合成两个或两缸以上数量的汽缸活塞实施同步做功，作用是同步加强内燃机的扭矩和转速。本技术适用于单列式、V型等各种四缸以上的内燃机型，能在原有结构的基础上大幅度提升输出动力。

背景技术

内燃机是以曲轴转动720度为一个做功周期。在周期内所有汽缸按规定顺序依次完成进、压、功、排四个冲程。

在依次做功的周期内，缸数越多的内燃机做功间隔越短，例如：三缸发动机的做功间隔为曲轴转角240度，而六缸发动机的做功间隔就缩短为120度。V型发动机可看成是两台单列式发动机的组合，它是用较小的体积空间排列更多的数量的汽缸。

功率能代表发动机的做功能量，但体现发动机的动力的重要技术参数是输出扭矩。扭矩才能证明一部引擎具有的拖拽力。例如：重型车辆发动机的作用是用于运载重物，它的功率构成就必须是扭矩为主转速为辅，而微型车辆的载荷小，它的功率构成就是以转速为主扭矩为辅。其中扭矩是真正体现动力性能的核心参数。

决定发动机扭矩和转速的主要因素是缸径和曲轴半径(曲轴颈与曲柄销之间的中心距)。缸径越大、曲轴半径就越大，曲轴半径越大、额定转速就越低。所以，扭矩与转速之间是一对矛盾关系，在功率设计的时候，需要平衡两者之间关系作出取舍。

受所述矛盾关系的影响，高速发动机仍然局限于小缸径的机型，大扭矩发动机只能以低转速的形态存在。但在实际应用中，高速发动机的优势更加突出：它的基础油耗低、动力变化范围大，可以选择经济转速来提供常规动力，更能提供强大的后备能量。而低速发动机在动力性和经济性方面都处于劣势。所以，无论是大小扭矩发动机都希望有更高的速转。

发明内容

为实现大扭矩发动机高速化，本发明提供一种合成两缸同步做功的新型做功方式。特点是不通过缸径变化来加大曲轴扭矩，使其保持原有曲轴半径，也就保证了较高曲轴转速，从而形成一种大扭矩的高速发动机。

其技术方案为：一种内燃发动机，主要包括汽缸、活塞、曲轴、飞轮、正时凸轮、以及燃油供应泵等零部件组成，它是用缸内活塞做功产生的机械力来驱动曲轴形成转矩，再通过飞轮输出动力，其特征是：所述内燃发动机是合成两个汽缸或者两个以上数量的汽缸在同步做功，实现合成做功目的具体方案是：使配气机构的正时凸轮同时控制两缸进排气门同步开闭，使燃油供油泵同时对两缸进行正时喷油，与此同时，再配置一种“工”字型的曲轴飞轮总成来强化机身减震和惯性矩，通过上述方案，使发动机实现正常运转，扭矩和转速得到同步提升，从而形成更强劲的动力。

进一步的，所述合成汽缸同步做功是合成两个同时到达上止点的活塞汽缸实施同步做功，但在特殊情况下，也可以合成两个以上数量同时到达上止点的活塞汽缸实施同步做功。

进一步的是，所述同时控制两缸进、排气门同步开闭的正时凸轮，是使其配气相位完全相同。

进一步的是，所述的燃油供应泵，共分为机械泵和电子泵两种类型，其中在机械泵内用于同时控制两缸正时喷油的油泵凸轮，其喷油相位角完全相同。

进一步的是，所述供应燃油的电子泵是用电脑板来控制正时喷油，在电脑板上设定有一套两缸同步喷油的控制程序。也就是在电脑的控制板(ECU)上设置一套控制两缸同步喷油的控制程序。

进一步的是，所述“工”字型的曲轴飞轮总成，是在曲轴的前端又加装了一个前飞轮，前端飞轮在直径和质量方面都小于后端的主飞轮，其直径是主飞轮的四分之三左右、质量是主飞轮的三分之一左右。

扭矩是决定发动机动力的关键因素，现行的内燃机做功方式实质是一种添油战术。所谓添油战术；就是一缸接一缸不间断地给曲轴提供驱动力，虽然总体做功的能量相等守恒，但分散的作用力不能形成强大的转矩，因而不能形成强劲的动力，这就是当今内燃机动力低、油耗高的根本原因。

合成两缸同步做功的特点，就在于合理地将驱动力集中应用，在实施过程中涉及的技术内容如下：

1：合成两缸同步做功，主要适用于四缸或四缸以上的内燃机型，首先必须使合成两缸的缸内活塞能够同时到达上止点，这是使发动机正常运转的基础条件。

2：配气机构的进排气正时与燃油系统的喷油正是协同联动关系，同时由曲轴齿轮控制而各司其职。所以，合成做功发动机必须设置相应的配气正时和喷油正时才能使发动机正常工作。

3：必须使两缸的进排气门实现同步开闭。

4：必须使喷油泵同时对两缸喷供燃油。

5：合成两缸同步做功是最易实施的一种技术方案，有利广泛普及应用。但在设计超级功率机型的时候，也可以合成两个以上数量的汽缸同步做功，以取得最大的应用效果。

6：在实施合成两缸同步做功的过程中，有诸多新的因素加剧影响机构的动平衡，使发动机身容易产生剧烈震动，与此同时，两缸活塞同时进入压缩冲程，会因阻力过大而影响其到达汽缸的上止点，所以；强化减震及飞轮惯性矩的问题，在技术方案中都需加以解决。

有益效果：传统的内燃机做功方式，使内燃机设计功率大打折扣。合成两缸同步做功的贡献，不仅使扭矩大幅度增大，而且因化解了扭矩和转速之间的矛盾关系能同步保持高速运转，因此形成一种完整的动力。根据这一特性，消除了设计制造超级功率机型的技术障碍，这对发展大型舰船和大型陆上运输意义十分重大。在环保节能方面：不仅大幅降低了内燃机的基础油耗，选择经济动力转速，而且在动力需求过剩之后，可以通过回降功率来削减燃油供油量，节油效果在30％左右。

附图说明

附图是以一种单列式六缸发动机为例；对本技术原理及特征加以详细说明。

图1：大扭矩高速内燃机的工作示意图；

图中编号：1前飞轮；2皮带轮；3汽缸；4进气门；5排气门；6喷油器；7机械燃油泵凸轮；8进气凸轮；9排气凸轮；10一缸；11二缸；12三缸；13四缸；14五缸；15六缸；16气门弹簧；17活塞；18活塞销；19连杆；20主飞轮；21曲轴颈；22曲轴；23曲柄；24曲柄销。

具体实施方式

1：进排气门4；5的开闭是由配气机构的正时凸轮8；9控制，同时控制两缸进排气门4；5的方法，就是将两缸正时凸轮8；9的配气相位设计一致。

2：目前控制燃油供应的油泵分为机械式和电喷式两种，图中介绍的是机械油泵。机械泵是用油泵凸轮7压缩油缸柱塞使油压升高而喷出燃油，控制油压上升形成喷油正时的是油泵凸轮7转动的相位角。所以；要实现两缸同步正时喷油，必须使这两缸油泵凸轮7的相位角形成一致。

电喷式燃油泵的喷油正时是由其电脑程序在控制，实现对两缸同步喷油的方法：是在电脑的控制板(ECU)上设置一套相应的控制程序。

3：用一个主飞轮20固定在曲轴22的后端，使曲轴22飞轮20总成的重心严重后移，削弱了总成结构的稳定性，为此：本发明在曲轴22的前端再新增一个飞轮1，使其形成一种“工”型结构的曲轴22飞轮1；20总成。工型结构的重心在总成的中间，不仅稳定性好而且更能吸振。与此同时，工型的质量有所增大，能释放更大的惯性矩确保发动机辅助冲程的顺利完成。

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，图1将发动机上的六个汽缸3以两缸为一组，均分为1-6、5-2、3-4三组，每组缸内的活塞17都是同时到达汽缸3的上止点，所以，可对其实施合成同步做功。

两缸同步做功工况是：在曲轴22上的两个曲柄销24处，同时受到两个汽缸3活塞17的作用力，使曲轴22扭矩因此增大一倍，同理，曲轴旋转的加速度也提高一倍。按照：扭矩×转速＝功率的力学原理，上述过程不存在扭矩与转速之间的对立矛盾关系，所以，发动机功率就应增大一倍。但在与此同时，发动机的做功间隔被延迟、做功次数被减少，这又使其做功的衰减程度也在同时增加，因正负因素在一定程度上的相互抵消，最终效果是增强动力50％左右。

在图1发动机上实施的技术方案主要包括以下内容：

1：发动机的做功顺序是：1-6、2-5、3-4，其中每组缸3上配气机构的正时凸轮8；9的配气相位完全相同，用凸轮8突尖所指的方向一致来表示。

2：图1示意的燃油供应装置是机械泵，每组缸3上油泵凸轮7的喷油正时相位角完全相同，用凸轮8突尖所指的方向一致来表示。例如：图中1-6两缸油泵凸轮7的突尖一致朝下对准喷油器6，就是特定表示机械泵正在向1-6两缸同时喷油。

3：发动机减震和辅助冲程的惯性矩问题是通过图1中工型结构的曲轴22飞轮1、20总成来合并解决。两个飞轮1、20分别是固定在曲轴22的前后两端而形像“工”字。一般来说，前飞轮1在直径和质量上都小于主飞轮20，其直径是主飞轮20的五分之三至五分之四，质量是主飞轮20的五分之一至五分之二。

合成两个以上汽缸3实施同步做功与合成两缸同步做功在原理和做法上都基本相同。但跟随合成汽缸3数量的增多，在上述内容中需作出一些相应的调整。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内燃发动机，主要包括汽缸(3)、活塞(17)、曲轴(22)、飞轮(20)、进气凸轮(8)、排气凸轮(9)、进气门(4)、排气门(5)以及燃油供应泵等零部件组成，它是用缸(3)内活塞(17)做功所产生的机械力来驱动曲轴(22)形成转矩，再通过飞轮(20)输出动力，其特征是：所述内燃发动机是合成两个汽缸(3)或者两个以上数量的汽缸(3)实施同步做功，实现合成做功的具体方案是：使配气机构的正时凸轮(8)；(9)同时控制两缸进、排气门(4)；(5)的同步开闭，使燃油供油泵同时对两缸进行正时喷油，与此同时，再配置一种“工”字型的曲轴(22)飞轮(1)；(20)总成来强化机身减震和惯性矩，通过上述方案，使合成两缸同步做功的发动机实现正常运转，扭矩和转速得到同步提升，因而形成更强劲的动力。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于所述合成两缸(3)同步做功，通常是合成两个同时到达上止点的汽缸(3)活塞(17)实施同步做功，但在特殊情况下，也可以合成两个以上同时到达上止点的汽缸(3)活塞(17)实施同步做功。

3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机，其特征在于所述同时控制两缸进、排气门(4)；(5)同步开闭的正时凸轮(8)；(9)，在配气相位上是完全相同。

4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于所述的燃油供应泵，共分为机械泵和电子泵两种类型，其中在机械泵内用于同时控制两缸喷油正时的油泵凸轮(7)，其喷油相位角完全相同。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机，其特征在于所述供应燃油的电子泵，是采用电脑板来控制喷油正时，在电脑控制板上设定有一套使两缸同步喷油的控制程序。

6.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于所述“工”字型的曲轴(22)飞轮(1)；(20)总成，是在曲轴(22)的前端新加装一个前飞轮(1)，前端飞轮(1)在直径和质量方面都小于后端的主飞轮(20)，其直径是主飞轮20的五分之三至五分之四，质量是主飞轮20的五分之一至五分之二。