CN2556371Y - 用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲轴连杆机构 - Google Patents

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李德平
吴铁伟
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Abstract

本实用新型涉及一种用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲轴连杆机构，属内燃机技术领域。本机构包括活塞、连杆和曲轴，活塞置于内燃机的汽缸内，连杆通过活塞销与活塞联动，曲轴通过曲柄销与连杆联动。所述的曲轴中心偏置，偏置量L为曲轴半径R的3－35％。本实用新型设计的用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲轴连杆机构，其优点是内燃机可以更接近理想的定容燃烧，可以增加扭矩，从而提高内燃机的热效率。由于其特殊的结构，可以有效地减少活塞对汽缸侧面的压力，进而减少摩擦所消耗的能量，并延长汽缸和活塞的使用寿命。最后，本实用新型的特殊结构还可以减少有害气体氧化氮的排放。

Description

用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲轴连杆机构
技术领域
本实用新型涉及一种用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲轴连杆机构，属内燃机技术领域。
背景技术
根据传统往复活塞式内燃机的工作原理，如要想得到高的热效率，就要设法使内燃机的燃料在活塞位于上止点附近时完全燃烧，使之达到理想的定容燃烧。但是按照现有的往复活塞式内燃机的结构显然是无法实现的，因为现在的结构是曲轴的中心线在气缸、活塞的垂直中心线上，燃烧有时间过程，如果着火过早，活塞正在上行，气缸内已燃烧的高温高压气体作用于活塞上部，这样不但会使内燃机承受强烈的机械负荷，使其工作粗暴，而且还要消耗大量的能量，使内燃机的能耗增加，如果着火过晚，则燃烧终了时活塞已下行了较大的距离，活塞上部的容积增大太多，使气缸内活塞上部的压力减小太多，结果导致平均有效压力降低，同样是造成能耗增加，动力下降。
另外由于活塞的中心线与曲轴的中心线是垂直重叠的，当活塞位于上止点以及经过上止点后一个较小距离，即曲轴转过约5°～10°时，活塞所承受的爆发压力也是最大的，但由于这时刚好活塞、曲轴和曲柄销处在一条垂直线上或几乎在一条直线上，所以这时的最大活塞压力非但没有作功，反而给整个内燃机的机体、曲轴、连杆、活塞造成了很大的机械负荷。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对已有技术的缺点，设计一种用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲柄连杆机构，以提高内燃机的热效率。
本实用新型设计的用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲柄连杆机构，包括活塞、连杆和曲轴曲柄，活塞置于内燃机的汽缸内，连杆通过活塞销与活塞联动，曲轴通过曲柄销与连杆联动。所述的曲轴中心偏置，偏置量L为曲轴半径(即曲轴中心至曲柄销中心的距离)R的3-35％。
本实用新型设计的用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲柄连杆机构，其优点是内燃机可以接近理想的定容燃烧，从而提高内燃机的热效率。由于其特殊的结构，可以有效地减少活塞对汽缸侧面的压力，进而减少摩擦所消耗的能量，并延长汽缸和活塞的使用寿命。最后，本实用新型的特殊结构还可以减少有害气体氧化氮的排放。
附图说明
图1是传统内燃机中活塞、连杆、曲轴之间的位置关系示意图。
图2是本实用新型设计的曲轴机构的示意图。
图1和图2中，1是活塞，2是活塞销，3是汽缸，4是连杆，5是曲柄销，6是曲轴曲柄，7是曲轴中心，8是曲柄销旋转轨迹。
具体实施方式
本实用新型设计的用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲柄连杆机构，其结构如图2所示，包括活塞1、连杆4和曲轴曲柄6，活塞1置于内燃机的汽缸3内，连杆4通过活塞销2与活塞1联动，曲轴曲柄6通过曲柄销5与连杆4联动。所述的曲轴偏置，偏置量L为曲轴半径R的3-35％，偏置量L为曲轴中心至汽缸垂直中心线之间的距离。
本实用新型设计的结构中，曲轴中心线根据内燃机的旋转方向不同，可以向左或向右偏移一段距离L。决定偏移方向的方法是：从视图的正面看，若曲柄6向顺时针方向旋转，则向左侧偏移，反之则向右侧偏移移。这种结构的特点是：活塞1在上止点m时，连杆4同活塞1的垂直中心线已经形成了一个小的摆角β，由于偏置距离L和连杆摆角β的存在，当活塞位于上止点m附近时，曲柄6可以获得比传统内燃机结构更大的旋转角度。这是因为当活塞到达上止点时，曲轴曲柄6继续旋转，而这时连杆4也将随着曲柄销5的移动而向活塞的垂直中心线摆动，当曲柄销5的中心移动到活寒的垂直中心线上时，连杆的中心线也同活塞的垂直中心线重合，这时由于曲柄销的移动，使活塞销中心在沿气缸垂直中心线的高度上略有降低，但同时连杆4在向活塞的垂直中心线上绕活塞销2摆动，迫使活塞销的中心点沿气缸的垂直中心线向上移动。活塞销降低和向上移动的距离，与曲轴曲柄销中心绕曲轴中心的旋转半径R、曲轴中心线同汽缸垂直中心线的偏移距离L以及连杆的长度即活塞销中心至曲柄销中心的距离有关。当活塞1从上止点开始下行、曲柄转过α角时，与传统结构的同样位置相比，活塞1下移的距离要小。这样就可以更接近理想的定容燃烧，而众所周知内燃机如果能做到定容燃烧，其热效率就会极大的提高。
从本实用新型的结构可以看出，曲柄销5从图中的m位置旋转到活塞垂直中心线上的n位置时，活塞从上止点向下移动的距离几乎可以忽略不计，但这时由于曲轴中心偏置了距离L，产生扭力的力矩H2比传统结构的力矩H1要大，这样活塞上部燃烧爆发的巨大气体压力，比原结构可以更多的转变成对曲轴的扭力。
本实用新型的结构，由于曲轴中心的偏移，使活塞自上而下作功时，连杆4与曲柄之间的夹角α的减小，可以有效地减小活塞对气缸侧面侧向压力，从而可以减少由于活塞与汽缸壁之间的摩擦而消耗的能量，提高内燃机的热效率，并且可以延长气缸与活塞的使用寿命。
本实用新型的结构，曲柄销从上止点m旋转至连杆与活塞的中心垂直线相重合的n点，活塞下行距离相对较小，同时由于曲轴的偏置，作用于活塞上部的压力可以获得较大的扭矩，所以可以适当地减小点火提前角(对汽油机而言)或者是喷油提前角(对柴油机而言)，从而可以相应减少有害气体氧化氮的排放。
本实用新型的两个实施例是：
实施例一：
用于缸径110毫米、活塞行程120毫米、曲轴半径60毫米的内燃机，曲轴中心的偏移量为15毫米，曲轴扭矩提高10％。
实施例二：
用于缸径80毫米、活塞行程80毫米、曲轴半径40毫米的内燃机，曲轴中心的偏移量为8毫米，曲轴扭矩提高10％。

Claims (1)

1、一种用于往复活塞式内燃机的偏置曲轴的曲柄连杆机构，包括活塞、连杆和曲轴曲柄，活塞置于内燃机的汽缸内，连杆通过活塞销与活塞联动，曲轴通过曲柄销与连杆联动，其特征在于所述的曲轴中心偏置，偏置量L为曲轴半径R的3-35％。
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