CN1676900B - 定容燃烧内燃机 - Google Patents

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    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof

Abstract

本发明公开了一种能完全定容燃烧的内燃机，它的特征是连杆大头曲轴销孔为长形的，长孔内装有供曲轴销在长孔内上下滑动的滑动轴套，内部还设置有上下两个轴承；曲轴销中段为凸轮状，连杆内两个轴承绕曲轴销中段上的凸轮转动；连杆大头两侧设置为相对应的凸轮状，两边曲柄中心各设置一中心转轮，活塞至上止点时连杆两侧的凸轮同中心转轮受力，实现完全定容功能，此时连杆内两个轴承与曲轴销中段上的凸轮不受力，定容程序完成后连杆两侧的凸轮与中心转轮逐渐分离，由连杆内的轴承和曲轴销及它的凸轮受力并输出功率；本结构能使同等内燃机的有效功率提高2-5倍。

Description

定容燃烧内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机，特别是涉及一种能完全定容燃烧的内燃机。
背景技术
现有四冲程往复机因活塞始终处于一种往复运动中，进气时活塞在下止点瞬间又进入压缩行程，缸体容积最大时没有更多的时间进更多的可燃气；排气时活塞到上止点瞬间又进入进气行程，使气缸容积最小的时候没有更多的时间让废气最大程度的排出，这种种情况最终都影响更多的可燃气进入气缸，使功率的提高受到一定的限制；现有两冲程内燃机的进排气都在下止点附近进行，但也存在同样的问题。混合气在压力最大、容积最小的时候燃烧时间短，活塞此时下行，使燃烧不完全，废气浓度高，作功效率低。现有往复式内燃机为了提高性能，都在活塞到达上止点前不同程度的提前点火或喷油，目的是为了让混合气在燃烧室容积最小的时候作到燃的更快、更完全，同时也得到更大的功率输出。但这样做也产生了一定的负作用；因提前点火，缸内压力急剧升高，阻止了活塞上行，增加了压缩负功，因而产生强烈的爆震现象、工作粗暴。这种矛盾在现有往复式内燃机中始终存在，因此消耗了大量的功率，加大了缸体、活塞、活塞环及曲轴连杆系统的磨损。还有当膨胀压力最大时，曲轴转角小，有效臂力小，输出功率低，曲轴转角加速慢，扭矩小，当曲轴转角增大时，活塞以下行很多，此时最高压力已明显下降，因而严重影响了功率的输出。
发明内容
本发明的目的就是为了改进现有技术中进气不充分、排气不彻底、燃烧不完全、以及因提前点火或喷油而造成的压缩负功和缸内作功压力最大时曲轴转角小而输出功率低的问题所提供的一种可完全定容燃烧的内燃机。
这种可完全定容燃烧的内燃机包括有燃料供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、曲轴连杆系统......其特征是连杆大头两侧加工成相对应的凸轮4的形状，连杆大头曲轴销11的孔6为长形的，里面装有供曲轴销11上下滑动的滑动轴套12，连杆里面有通过轴承轴2、7装配的上下两个轴承8、9，曲轴销11的中间部分加工成凸轮10的形状，曲轴销安装好后用连杆螺栓3将连杆进行组合；在两个曲柄14的中心各设置一个中心转轮13，两个曲柄14由曲轴销11进行组合，曲轴销11中间的凸轮10的F点为距曲柄中心最远点。作功时连杆里面的两个轴承8、9绕曲轴销11上的凸轮10转动，连杆两侧的凸轮4绕曲柄14上的中心转轮13运动，通过它们间的配合运动而达到定容的目的。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果如下：
(1)在图20活塞行程曲线图中，N为现有技术，M为活塞定容23°曲轴转角时，L为活塞定容45°曲轴转角时，K为活塞定容60°曲轴转角时。下表格是行程为49.5mm的现有往复式内燃机和同一机在不同定容角度下，活塞行至同一位置所需的曲轴转角量对比表：
通过图20及上表对现有技术与不同定容角度后的曲轴转角量的对比，可以得知：当现有技术曲轴转角量在15°-80°范围内活塞行至同一位置，定容23°时平均曲轴扭矩是现有技术的1.5倍，定容45°时平均曲轴扭矩是现有技术的2.8倍，定容60°时平均曲轴扭矩是现有技术的4.4倍。
(2)因本结构活塞在上止点和下止点的定容作用，往复式四冲程内燃机进排气阀均可延迟关闭，这样有利于活塞在下止点缸体容积最大时混合气进气时间延长，进气更充分；在上止点缸体容积最小时使废气排气时间延长，使废气排的更完全。两冲程内燃机的进排气均在下止点，所以本结构活塞在下止点定容时具备同四冲程内燃机类似的效果。
(3)可大大缩短提前点火时间，因而大大减少或彻底消除了因提前点火而造成的压缩负功的损失，还消除了由此而产生的爆震现象。
(4)因可燃气是活塞在上止点容积最小的定容状态下燃烧的，所以燃烧速度更快，更完全，使废气排放的浓度更低。
(5)因可燃气是活塞在上止点定容状态下燃烧的，所以缸内压力会急剧升高，为功率输出储备了更多的能量。
附图说明
图1是连杆正视图
图2是图1的侧视图
图3是沿图2中H-H线的剖视图
图4是曲轴销及凸轮的侧视图
图5是图4中的B向视图
图6是曲轴销的滑动轴套图
图7是图6的侧视图
图8是连杆内的上下转轮的侧视图
图9是图8的侧视图
图10是摩托车上的曲柄及中心转轮的正视图
图11是图10的侧视图
图12是活塞到上止点时连杆凸轮同曲柄上的中心转轮及曲轴销在连杆长孔里面的位置图
图13是活塞在上止点定容程序完成时连杆凸轮同曲柄上的中心转轮及曲轴销在连杆长孔里的位置图
图14是活塞到上止点时连杆的两个轴承同曲轴销凸轮的状态图
图15是活塞在上止点定容程序完成时连杆内的两个轴承同曲轴销凸轮的状态图
图16是活塞到下止点时连杆凸轮同曲柄上的中心转轮及曲轴销在连杆长孔里边的位置图
图17是活塞在下止点完成定容程序时连杆凸轮同曲柄上的中心转轮及曲轴销在连杆长孔里边的位置图
图18是活塞到下止点时连杆内的两个轴承同曲轴销凸轮的状态图
图19是活塞在下止点完成定容程序时连杆内的两个轴承同曲轴销凸轮的状态图
图20是活塞行程为49.5mm的行程曲线图
具体实施方式
下面就结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。为方便描述，本结构以四冲程摩托车的曲轴连杆为基础进行说明。
(1)本发明的具体办法是将连杆大头的两侧加工成相对应的凸轮4的形状，如图1所示，连杆上的曲轴销轴孔6加工成长形的，如图1所示；曲轴销11的中间段加工成凸轮10的形状，如图5所示；连杆里面加工成如图3所示16的形状，以使曲轴销11上的凸轮10能自由活动；连杆内还设置有上下两个轴承8、9，装配在上下两根轴承轴2、7上边，如图3所示；也可将上下两个轴承8、9和轴承轴2、7设置成为一体的两个转轮5，如图8所示；曲轴销11的两头配有滑动轴套12，如图6所示；也可不设置滑动轴套12而采用由曲轴销11在连杆长孔6内直接滑动的方式；；两个曲柄14的中心各设置一个中心转轮13，如图10所示。它的总体安装程序是先将连杆内的两个轴承8、9通过轴承轴2、7装好，再将曲轴销11放在连杆内，然后用连杆螺栓3将连杆组合，如果是组合式曲轴的连杆，也可以采用如图2延H-H向剖开加工以后再组合起来的办法；然后将两个曲轴销滑动轴套12套在曲轴销11上，再将装配好中心转轮13的两个曲柄14有曲轴销11通过曲柄上的曲轴销孔15装配牢固；装配曲轴销11时以轴柄中心为准，曲轴销11中段的凸轮10上的F点为最远点，D点为最近点。
它的作功程序是：当活塞到达上止点时，连杆两侧相对应的凸轮上的A′点和曲轴柄上的中心转轮13开始接触上，曲轴销11在连杆上的长孔6里面的上边，如图12所示，此时连杆里面的两个轴承8、9和曲轴销中段上的凸轮10的状况如图14所示，此后由活塞通过连杆传来的压力全由连杆两侧的凸轮4上边的A′B′段弧传至曲柄上的中心转轮13来支撑；与此同时连杆内的两个轴承8、9绕曲轴销11上的凸轮10转动，同时连杆内的轴承8和曲轴销上的凸轮10上边的CF段弧分离；当曲轴转过一定角度完成定容程序时，连杆两侧的凸轮4上边的A′B′段弧已度过曲轴柄上的中心转轮13的压力中心点，此时曲轴销11在连杆上的长孔6里面的下边，如图13所示，与此同时连杆内的两个轴承8、9和曲轴销上的凸轮10也已转动到图15的状况。此时连杆两侧的凸轮4和曲柄上的中心转轮13分离，同时活塞通过连杆的压力全部由连杆内的轴承8作用于曲轴销及它的凸轮10上面，如图15所示，至此，完成了一次定容过程。其定容转角量是通过对连杆两侧的凸轮4和曲轴销中段的凸轮10的设置来决定的。当活塞到下止点时，它的定容原理和活塞在上止点时的定容原理基本相同，此时，因连杆小头中心点与中心转轮13的距离发生变化而不能够完全定容；但与现有技术相比，活塞上行延缓很多，同样具有类似定容的作用，此时连杆两侧的凸轮4和曲柄上的中心转轮13及曲轴销11在连杆上的长孔6里面的位置如图16所示。活塞在下止点完成定容程序时连杆两侧的凸轮4和曲柄上的中心转轮13及曲轴销11在连杆长孔6里面的位置如图17所示。当活塞到下止点时连杆内的两个轴承8、9与曲轴销11的上凸轮10的状态如图18所示；当活塞在下止点完成定容程序时连杆内的两个轴承8、9与曲轴销11上的凸轮10的状态如图19所示。
(2)本发明的曲轴连杆机构也同样适用于连杆另一头需要在一定曲轴转角内定止的机构，如冲压机床及其它需要在一定曲轴转角内按程序定止作功的设备。

Claims (4)

1.一种定容燃烧内燃机，它包括有燃料供给系统、点火系统、润滑系统、曲轴连杆系统，其特征是：连杆大头两侧加工成相对应的凸轮(4)的形状，连杆大头曲轴销(11)的孔(6)为长形的，里面装有供曲轴销(11)上下滑动的滑动轴套(12)，连杆里面有通过上下两个轴承轴(2，7)装配的上下两个轴承(8，9)，曲轴销(11)的中间段加工成凸轮(10)的形状；曲轴销装好后用连杆螺栓(3)将连杆组合，在两个曲柄(14)的中心各设置一个中心转轮(13)，两个曲柄(14)由曲轴销(11)进行组合，曲轴销(11)中间的凸轮(10)的F点为距曲柄中心的最远点。
2.如权利要求1所述的定容燃烧内燃机，其特征在于：所述曲轴的连杆是组合式的。
3.如权利要求1所述的定容燃烧内燃机，其特征在于：以一体的两个转轮(5)替代所述连杆里面的通过上下两个轴承轴(2，7)装配的上下两个轴承(8，9)。
4.如权利要求1所述的定容燃烧内燃机，其特征在于：以曲轴销(11)直接在长孔(6)内滑动的方式替代孔(6)里面装有供曲轴销(11)上下滑动的滑动轴套(12)的方式。
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