帶有節(jié)流腔、副曲軸(正時(shí)軸)的逆壓縮比內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【專利說明】帶有節(jié)流腔、副曲軸(正時(shí)軸)的逆壓縮比內(nèi)燃機(jī)
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域。
[0002]內(nèi)燃機(jī)的尾氣壓力仍有巨大能量，而固定的曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)在壓縮比的限制下及整個(gè)系統(tǒng)條件的約束下，無法充分展開膨脹做功沖程的行程，在電磁氣門技術(shù)的條件下，一些內(nèi)燃機(jī)的冗余設(shè)計(jì)是在低功率輸出時(shí)采用完關(guān)閉進(jìn)氣氣門的方法，獲得相對高的等效壓縮比，提高了該功率區(qū)段的效率，但高功率輸出時(shí)無效；過大的壓縮比對于汽油機(jī)來說，易于產(chǎn)生爆震，限制了效率的整體提高。
[0003]技術(shù)背景:截止到2011年文獻(xiàn)共有5個(gè)技術(shù)方案:
[0004]方案1:汽缸蓋(或帶汽缸組件整體)位移式:以坤寶SUV發(fā)動(dòng)機(jī)為代表，2000年出現(xiàn)，節(jié)能顯著，但調(diào)整需要過多能量，增重較大，整體裝配性欠佳。
[0005]方案2:偏心位移式:借助活塞銷、連桿大頭銷或曲軸中心軸的整體偏移來實(shí)現(xiàn)；困難在于，運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械控制問題，2003年FEV公司提出了曲軸中心軸的整體偏移方法，但未件樣機(jī)。
[0006]方案3:多連桿式:盡管日本日產(chǎn)及法國MEC公司在2005年都推出了各自的多連桿樣機(jī)，實(shí)際上是3節(jié)4轉(zhuǎn)軸的機(jī)構(gòu)，復(fù)雜于方案I且結(jié)構(gòu)臃腫，性價(jià)比差。
[0007]方案4:改變活塞高度式:奔馳公司提出利用液壓技術(shù)，美國一家公司提出利用彈性件，由于原理性困境，未件樣機(jī)。
[0008]方案5:改變汽缸容積式:瑞典LUND技術(shù)學(xué)院提出在汽缸蓋上加有I套完整的小的活塞連桿系統(tǒng)，密封、耐熱、潤滑的不可弱視性限制了其實(shí)用化發(fā)展。
[0009]本發(fā)明目的:在擴(kuò)展正時(shí)軸的功能，引入逆壓縮比的機(jī)制，將在汽缸燃燒餓功率輸出全程獲得相對大的做功沖程的行程幾瞬時(shí)速度；首次引入節(jié)流腔的結(jié)構(gòu)，通過閥門來來改變?nèi)紵业捏w積及等效體積，連續(xù)改變壓縮比；大大的提高了效率及提升了功率密度，配合直噴技術(shù)將會(huì)更好。
[0010]本發(fā)明特點(diǎn):僅僅增加了副連桿、節(jié)流腔及節(jié)流閥部件就可以完成壓縮比餓連續(xù)改變壓縮比及逆壓縮比。
[0011]技術(shù)關(guān)鍵為:
[0012]實(shí)現(xiàn)逆壓縮比內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵為:
[0013]主要相關(guān)部件的安裝及工作狀態(tài)是:活塞(I)直接連接在主連桿(2)上的I端，而主連桿(2)上的另I端連接在副連桿(3)的中部副曲柄銷(6)上；副連桿(3)的I端連接在主曲柄銷(14)上，另I端連接在副曲柄銷(15)上；副曲軸(4)與主曲軸(5)是通過正時(shí)小齒輪(7)與正時(shí)大齒輪(8)齒合連接同步的，正時(shí)小齒輪(7)與正時(shí)大齒輪(8)的齒數(shù)比為:1:2 ;這就使:當(dāng)副曲軸⑷轉(zhuǎn)動(dòng)I周時(shí)，主曲軸(5)則轉(zhuǎn)動(dòng)2周。
[0014]副連桿(3)上加工有連桿滑道(11)，滑塊(9)可以在其中約束下自由滑動(dòng)，滑塊孔(10)開在滑塊(9)上，而滑塊(9)作為副連桿(3)的一部分與副曲柄銷(15)鉸連接；就是滑塊(9)即可以沿著連桿滑道(11)滑動(dòng)又可以在副曲柄銷(15)的約束下作圓周運(yùn)動(dòng)。
[0015]連桿滑道(11)可以是直線型的，也可以是弧線型的，弧度的選取應(yīng)考慮熱力學(xué)循環(huán)特點(diǎn)。
[0016]2個(gè)連桿之間的位置裝配關(guān)系是這樣的:因?yàn)橹髑S(5)轉(zhuǎn)動(dòng)2周時(shí)，副曲軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)I周(也可以用鏈輪系統(tǒng))，具體位置配合關(guān)系為:當(dāng)主曲軸(5)上的主曲柄銷(14)位于最下端時(shí)(最遠(yuǎn)離氣缸頂時(shí))，副曲軸(4)的副曲柄銷(6)也位于最下端；在此位置狀態(tài)下，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)I周(360度)主曲軸(5)，主曲柄銷(14)再次回到了最下端位置，最下端位置也就是活塞(I)位于下止點(diǎn)的位置；由于正時(shí)小齒輪(7)與正時(shí)大齒輪(8)的齒數(shù)比為:1:2關(guān)系，副曲軸(4)則轉(zhuǎn)動(dòng)半周，此時(shí)副曲柄銷(6)則位于最上端；因而活塞將有2個(gè)下止點(diǎn)位置。
[0017]而活塞處于上止點(diǎn)位置時(shí)，由于連桿滑道(11)的走向覆蓋副曲柄銷的處于最左端及最右端的位置(就是說:活塞處在上止點(diǎn)時(shí)，副連桿(3)上的桿滑道(11)可以容納滑塊(9)處于副曲柄銷(6)約束其在最左端及最右端的2位置上)，無論副曲柄銷(6)的位置是在左端還是在右端(左右是相對于副曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心而言的)，所獲得的副連桿(3)的位置姿態(tài)都是相同的，因而活塞上止點(diǎn)只有I個(gè)位置。
[0018]因而；4個(gè)沖程中，活塞將交替到達(dá)不同的下止點(diǎn)，我們選擇活塞行程較長的為做工沖程，而活塞行程較短的為吸氣沖程，燃料的利用率將能極大得到提高。
[0019]由于燃?xì)獾目焖偌按篌w積的膨脹，內(nèi)能更多的轉(zhuǎn)換成輸出功，對汽缸套的散熱量下降數(shù)倍，水冷系統(tǒng)有望用風(fēng)冷系統(tǒng)取替。
[0020]逆壓縮比是反向提高壓縮比的反演方法:以做功體積與壓縮體積之比來計(jì)算，會(huì)有很大增加，而沒有絕對增加最大的氣缸壓縮氣體壓力值。
[0021]概括的講:使用了雙曲軸系統(tǒng):即副曲軸及主曲軸，且副連桿的2端孔或I個(gè)端孔及中間孔分別連接于副曲柄銷、主曲柄銷上；副連桿的形狀滿足于，當(dāng)活塞處于上止點(diǎn)位置時(shí)，連桿滑道(11)的走向要覆蓋副曲柄銷的處于最左端及最右端的位置:即活塞處在上止點(diǎn)時(shí)，副連桿⑶上的桿滑道(11)可以容納滑塊(9)處于副曲柄銷(6)約束其在最左端及最右端的2位置上，無論副曲柄銷(6)的位置是在左端還是在右端，所獲得的副連桿(3)的位置姿態(tài)都是相同的，因而活塞上止點(diǎn)只有I個(gè)相同的位置；副曲軸、主曲軸為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且副曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是主曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度的50% ;副曲軸可以兼做正時(shí)軸，用以安裝凸輪驅(qū)動(dòng)挺桿推動(dòng)氣門；2個(gè)曲軸剛好共同分擔(dān)力量，減少了對強(qiáng)度的要求。
[0022]實(shí)現(xiàn)節(jié)流腔壓縮比控制的技術(shù)關(guān)鍵:
[0023]主要相關(guān)部件的安裝及工作狀態(tài)是:節(jié)流閥(20)被節(jié)流閥驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)驅(qū)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)流閥(20)將使得節(jié)流閥上的節(jié)流孔(24)對準(zhǔn)通道(23)使得燃燒室(13)與節(jié)流腔
(22)連通；或是節(jié)流孔(24)垂直于通道(23)使得燃燒室(13)與節(jié)流腔(22)處于隔斷狀
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[0024]當(dāng)節(jié)流閥驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)流閥(20)，使得節(jié)流孔(24)即不垂直于也不平行與通道(23)的情況下，燃燒室(13)與節(jié)流腔(22)處于節(jié)流狀態(tài)，暴露在通道上的開口面積有所減少，氣體流通阻力變大，此時(shí)節(jié)流腔(22)的壓力的變化要滯后于燃燒室(13)壓力餓變化，氣體流通的阻力程度可以由節(jié)流閥(20)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度決定。
[0025]節(jié)流腔(22)是個(gè)密封的小尺度的空間，僅僅相當(dāng)于汽缸容積的1/20左右。
[0026]當(dāng)內(nèi)燃機(jī)小油量時(shí)，能承受較大的壓縮比，節(jié)流腔(22)處于隔斷狀態(tài)；當(dāng)大負(fù)荷高溫下，被迫降為較小的壓縮比狀態(tài)，酌情選擇節(jié)流的中間狀態(tài)。
[0027]概括的講:在燃燒室的頂部附近加工有用于緩沖及限制燃燒室極端壓力的節(jié)流腔；可通過轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向移動(dòng)節(jié)流閥使得節(jié)流孔被部分阻擋，獲得燃燒室與節(jié)流腔的連同程度；節(jié)流腔除了由通道與燃燒室連同之外，處于絕對密封狀態(tài)。
[0028]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0029]圖1帶有逆壓縮比功能的內(nèi)燃機(jī)原理示意圖
[0030]圖2燃燒室節(jié)流腔及節(jié)流閥的變壓縮比調(diào)控原理示意圖
[0031]圖示說明:
[0032]I 活塞
[0033]2主連桿
[0034]3副連桿
[0035]4副曲軸(顯示部分為曲柄)
[0036]5主曲軸(顯示部分為曲柄)
[0037]6副曲柄銷
[0038]7小齒輪
[0039]8大齒輪
[0040]9 滑塊
[0041]10滑塊孔
[0042]11連桿滑道
[0043]12副連桿銷
[0044]13燃燒室
[0045]14主曲柄銷
[0046]15主曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心線
[0047]16副曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心線
[0048]20節(jié)流閥
[0049]21節(jié)流閥驅(qū)動(dòng)電機(jī)
[0050]22節(jié)流腔
[0051]23 通道
[0052]24節(jié)流孔
[0053]25火花塞
[0054]26 汽缸
[0055]如圖1所示:
[0056]活塞(I)直接連接在主連桿⑵上的I端，主連桿⑵上的另I端連接在副連桿
(3)的中部副曲柄銷(6)上(曲柄銷是緊配固定在曲柄上)；副連桿(3)的I端連接在主曲柄銷(14)上(曲柄銷是緊配固定在曲柄上)，另I端連接在副曲柄銷(15)上；副曲軸(4)與主曲軸(5)是通過正時(shí)小齒輪(7)與大齒輪(8)齒合連接的，正時(shí)小齒輪(7)與大齒輪
(8)的齒數(shù)比為:1:2。
[0057]副曲軸⑷轉(zhuǎn)動(dòng)I周時(shí)，主曲軸(5)則轉(zhuǎn)動(dòng)2周。
[0058]副連桿(3)上加工有連桿