CN1295181A - 往复活塞式滞胀循环内燃机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种往复活塞式滞胀循环内燃机。其中至少有一个气缸、气缸内的活塞,该活塞通过上下连杆的杆端铰接传递动力,该铰接点内的上连杆上连接一摆杆,摆杆的另一端支撑在面对发动机前端左侧的缸体上,或连接在装置于面对发动机前端左侧缸体上的可受控转动件上一个滑槽内的轴端上,该轴端还连接着另一端固定在缸体上的第二个摆杆。本发动机具有低速转矩大,高速功率高,油耗少,排污低的特点。
Description
本发明涉及一种往复活塞式滞胀循环内燃机。属于内燃机的改进。
传统往复活塞式内燃机由于曲柄连杆机构的限制，活塞运动规律不合理，膨胀冲程前期输出力臂小，限制了其性能的提高。在此基础上，随着技术进步又出现了如(EP-0292603)专利所报道的活塞式内燃机，其结构如图1所示。它的特点是：活塞由上下连杆与曲轴连接，上连杆上于上下连杆铰接处向外延伸段的端点连接一摆杆，该摆杆的另一端支撑在面对发动机前端右侧缸体的偏心块上。此发动机，在燃烧过程前期传动力臂明显大于传统内燃机，有利于该阶段发动机转矩的提高。如图2中方块标示的曲线。但其不足之处结合附图3、4进行说明有以下几点：1．活塞过上止点后还处于燃烧放热高峰期内，尽管其传动力臂增大，但由于活塞下降速度比传统发动机快，因此气缸压力和由此产生的活塞推力将会相对减小，特别对推迟点火和喷油的高性能发动机该问题特别突出，不利于转矩提高；同时因活塞在高温下暴露出相对较大的表面，使发动机传热损失增加，降低了热效率。而在放热高峰期过后的膨胀冲程中由于传动力臂和气缸压力均比传统内燃机小，使该发动机输出转矩随之降低。2．由于摆杆支撑在面对发动机前端右侧的缸体上，为保证燃烧初期有较大的传动力臂，活塞移至上止点的曲柄转角比传统发动机滞后而移至下止点的曲柄转角又比传统发动机提前，因此增加了膨胀和吸气冲程的活塞平均速度而降低了压缩冲程的活塞平均速度。结果，既不利于发动机高转速时燃料的完全燃烧以及充气效率和功率的提高，又降低了在压缩上止点附近的紊流强度，不利于高效燃烧。3．活塞到上止点前的停留时间比活塞离开上止点后的停留时间长，在提高后者时，发动机的压缩负功明显增加，限制了热效率的提高，这点可由图4中的曲线看出。
本发明的目的，在于提供一种往复活塞式滞胀循环内燃机。该内燃机低速转矩大，高速功率高，循环热效率高，燃料燃烧完全，油耗少，排污低。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术加以实现的。主要包括至少一个气缸、气缸内的活塞，活塞通过上下连杆与曲柄连接构成内燃机，其特征在于：连接活塞的上连杆的下端头与连接曲柄的下连杆的上端头铰接直接传递动力，该铰接点内的上连杆与一摆杆连接，该摆杆的另一端直接支撑在面对发动机前端左侧的缸体上，或者连接于设置在面对发动机前端左侧缸体上的可受控转动件上一个滑槽内的轴端上，并且这个槽内的轴端与另一端固定于缸体上的第二个摆杆连接。
上述的上连杆与摆杆的连接处，是位于上下连杆铰接点发出的射线与以该点为中心且半径为R的圆的轨迹之交点上的活动连接，该射线与上连杆中心轴线的夹角大小是｜Alafa｜≤90°，该半径R小于1／2上连杆长度。
上述的设置在缸体上的可受控转动件上的中心或偏心的滑槽为直线或曲线滑槽。
上述的设置在面对发动机前端左侧缸体上的可受控转动件由借助液压传动机控或电控的导杆类件，或蜗轮蜗杆，或齿轮齿杆，或步进电机，或其它机电传动偶合类件驱动。
上述的另一端固定于缸体上的第二个摆杆，该摆杆的固定端借助带导向的偏心件固定在缸体上。
下面结合附图对本发明进行说明。
图1是所引用专利的发动机结构示意图。
图2是所引用专利按一定的活塞推力计算的发动机转矩示意图。纵坐标为发动机转矩，横坐标为曲柄转角。图中方块和圆圈分别标示所引用的发动机及传统发动机的转矩和曲柄转角关系的曲线图。
图3是三种发动机的活塞位移示意图。纵坐标为活塞位移，横坐标为曲柄转角。图中平滑曲线代表本发明发动机的曲线图，方块标示的曲线代表所引用发动机的曲线图，圆圈标示的曲线代表传统发动机的曲线图。
图4是计及气缸容积变化的三种发动机示功图。纵坐标为气缸压力，横坐标为曲柄转角，0°表示压缩上止点。图中平滑曲线标示本发明的气缸压力曲线图，带有方块的曲线标示所引用发动机的气缸压力曲线图，带有圆圈的曲线标示传统发动机的气缸压力曲线图。
图5是本发明的结构示意图。图中1-活塞，2-上连杆，3-上连杆的摆杆端头，4-上连杆的下端头，5-下连杆，6-曲柄，7-摆杆，8-摆杆7的轴端，9-转动件，10-第二摆杆，11和12-位置偏心件，13-气缸体。
对照附图进行分析，本发明与所引用的发动机的明显区别在于，连接活塞1的上连杆2的下端头与连接曲柄6的下连杆5的上端头铰接直接传递动力。而摆杆7的一端支撑在面对发动机前端左侧的缸体上，另一端则连接在上连杆2的一个特殊部位3上，当曲柄顺时针旋转时，上连杆上的摆杆端3受摆杆7的控制，其运动轨迹如图5中的双点划线所示，进而能做到控制活塞的运动规律。经上述改进后的发动机，结合附图进行说明有以下几个方面的优点：
一、由于活塞通过上下连杆的端头直接连接传递动力，控制活塞运动规律的摆杆7的一端连接在上下连杆铰接点以内的上连杆上，而远离活塞的另一端支撑在面对发动机前端左侧的缸体上，因此带来了活塞运动规律的变化。从图3中可见到，在上止点0°的右侧，本发明的活塞位移曲线明显位于下方，说明活塞在上止点后整个燃烧放热高峰期内比所引用的发动机及传统发动机滞后膨胀，从而使燃料燃烧的能量得到了更充分的利用，这一点在图4中清楚可见。在压缩上止点0°以后，标示本发明的气缸压力的平滑曲线明显高于方块标示的所引用发动机的压力曲线和圆圈标示的传统发动机的压力曲线，活塞推力因此得到增大；再者，由图5中下连杆5的位置可见，在整个膨胀过程中本发动机的传动力臂始终大于传统发动机。因此，由于上述力和力臂均增大，提高了本发明的发动机在整个膨胀过程中的输出转矩。特别是在现代高性能发动机为降低NOx排放推迟点火或喷油的情况下，所引用的发动机只是力臂增大而气缸压力和活塞推力减小，发动机转矩和热效率随之降低的问题比较突出；而本发明则可方便地使活塞在整个上止点后的燃烧放热高峰期内均能具有较高的滞胀率而且压缩负功明显减少，从而保持高效燃烧。如图3所示，与所引用的发动机和传统发动机相比，接近360°时本发明的压缩冲程活塞位移曲线处于最上方，而0°以后则在最下方，说明活塞到上止点前滞留的时间明显少于离开上止点后的滞留时间，而活塞在上止点前压缩高压区内滞留的时间明显少于上述两种发动机。如图4所示，其中压缩上止点0°左侧压力曲线与横坐标围成的面积为发动机压缩冲程消耗的负功，右侧的则为活塞在膨胀冲程中输出的正功；按本发明工作的内燃机与另两种发动机相比，上止点后的循环正功有所增加而上止点前的压缩负功明显减少，循环热效率得到了提高。
二、经上述改进后的发动机，如图5所示，由于摆杆7远离缸体的一端铰接在上连杆的特殊部位3上，使活塞移至下止点较上述两种发动机角度滞后，且滞后量可由改变接点3的位置而方便地调节。因此从图3中的竖线1、2、3依次标示的所引用的发动机、传统发动机和本发动机的活塞下止点位置可见，后者的膨胀和进气冲程所持续的曲柄转角比前两者明显增加，而压缩过程所占的曲柄转角则相应减小。因此，不仅降低了膨胀和吸气冲程的活塞平均速度，而且从图3中接近360°的三种发动机压缩冲程位移曲线的斜率对比还可看出，压缩冲程后期的活塞运动速度明显增加；结果，既有利于发动机高转速时燃料的完全燃烧和充气效率及功率的提高，又增加了压缩上止点附近的紊流强度，有利于高效洁净燃烧。此外，如图5所示，由于本发动机在吸气下止点时，处于点划线所示的机构位置，下连杆5的两端分别处在发动机中心线的两侧，所以从图3中竖线3对应转角后的一段活塞位移曲线走向明显可见，进气下止点后的整个过后充气阶段内活塞位移较慢，从而有利于全面改善发动机的动力性。
三、经上述改进后的发动机，如图5所示，由于摆杆7远离活塞的轴端的位置，可由控制设置在面对发动机前端左侧缸体上的转动件的转动而变化，进而使本发动机可随工况改变燃烧放热高峰期内活塞的滞胀度并影响压缩比，进而综合控制发动机在燃烧过程中的热功转换效率以及气缸压力的变化，从而可根据不同工况的要求，既使发动机具有较高的热效率，又兼顾其具有较低的排放污染。
综上述，本发明提供的往复活塞式滞胀循环内燃机有如下主要优点：发动机输出的低速转矩大，高速功率高，燃料消耗量少。车用机常用工况的经济性和动力性好。允许使用更晚的点火或喷油提前角，既降低NOx排放又保持良好的经济性和动力性。燃烧平稳、快速、高效、排放低。在本发明基础上可应用现有的任何内燃机先进技术。
Claims (5)
1．一种往复活塞式滞胀循环内燃机，主要包括至少一个气缸、气缸内的活塞，活塞通过上下连杆与曲柄连接构成内燃机，其特征在于：连接活塞的上连杆的下端头与连接曲柄的下连杆的上端头铰接直接传递动力，该铰接点内的上连杆与一摆杆连接，该摆杆的另一端直接支撑在面对发动机前端左侧的缸体上，或者连接于设置在面对发动机前端左侧缸体上的可受控转动件上一个滑槽内的轴端上，并且这个槽内的轴端与另一端固定于缸体上的第二个摆杆连接。
2．按照权利要求1所说的一种往复活塞式滞胀循环内燃机，其特征在于：所说的上连杆与摆杆的连接处，是位于上下连杆铰接点发出的射线与以该点为中心且半径为R的圆的轨迹之交点上的活动连接，该射线与上连杆中心轴线的夹角大小是｜Alafa｜≤90°，该半径R小于1／2上连杆长度。
3．按照权利要求1所说的一种往复活塞式滞胀循环内燃机，其特征在于：所说的设置在缸体上的可受控转动件上的中心或偏心的滑槽为直线或曲线滑槽。
4．按照权利要求1所说的一种往复活塞式滞胀循环内燃机，其特征在于：所说的可受控转动件由借助液压传动机控或电控的导杆类件，或蜗轮蜗杆，或齿轮齿杆，或步进电机，或其它机电传动偶合类件驱动。
5．按照权利要求1所说的一种往复活塞式滞胀循环内燃机，其特征在于：所说的固定于缸体上的第二个摆杆，该摆杆的固定端借助带导向的偏心件固定在缸体上。
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