CN1317494C - 可实现内燃机完全等容燃烧的方法及曲柄连杆机构 - Google Patents

Abstract

一种可实现内燃机完全等容燃烧的方法，是曲柄连杆机构工作时，其上连杆小头通过与之相连的偏心定位板使其回转中心与装于活塞上且与该连杆小头相连之活塞销固定端中心偏离，两中心形成相对运动，使活塞运动到上止点时，在曲轴转角大于等于25℃A至小于40℃A范围内，活塞在上止点位置保持不变。本发明所设计的曲柄连杆机构包括活塞销、连杆、曲柄，其特征在于所述活塞销由销帽和销杆组成，销帽置于活塞上，销杆一端套于其对应开设的孔内，其上套有一可随销杆一起转动之定位板，定位板下设定位销，该定位销装于连杆小头上，连杆小头套于销杆上，销杆中心偏离销帽中心，可绕销帽中心作回转。本发明可实现内燃机完全等容燃烧，从而可大幅度提高循环热效率。

Description

可实现内燃机完全等容燃烧的方法及曲柄连杆机构

技术领域：

本发明涉及应用于柴油机、汽油机、天然气发动机以及代用燃料发动机等单缸和多缸内燃机，具体是涉及一种可实现内燃机完全等容燃烧的方法及由该方法而设计曲柄连杆机构之改进结构。

背景技术：

内燃机在现代生活中应用非常广泛，受传统循环限制，目前内燃机循环具有下述不足，限制了内燃机的热效率。1)活塞在上止点停留时间短：传统循环活塞在上止点时，保持压缩容积不变的曲轴转角度数非常小。气缸内燃油在燃烧时，要求把燃油的化学能尽可能转化为热能，且要求尽可能在上止点附近完成燃烧，获得最大的机械功。由于活塞在上止点停留的时间短暂，相应的等容度小，且燃烧速率有限，因此，限制了内燃机最高燃烧压力和温度，造成内燃机时间损失，影响了内燃机的循环热效率。2)散热面积大：由于传统循环等容度小，不能保证在压缩容积不变的条件下完成燃油燃烧。在膨胀冲程，燃烧是在活塞急剧下行、气缸容积迅速增大时完成的。散热面积增大，则加大了高温燃气的传热损失，影响内燃机的热效率。3)不能及时输出功：活塞开始下行时，曲轴转角小，有效臂力小，基本输不出功。当有效力臂增大，则燃气压力迅速下降，不能及时输出机械功，导致传热损失增大，废气能量增加，影响热效率。4)压缩负功增加：由于等容度小，必须提前点火或着火。上止点前开始着火燃烧，燃烧压力迅速升高，阻止活塞上行，加大了压缩功，减小了输出功。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是怎样实现内燃机完全等容燃烧，以提高热效率。

本发明是通过下面的技术方案解决上述技术问题的。它是通过曲柄连杆机构工作时，其上连杆小头通过与之相连的定位板使其回转中心与装于活塞上且与该连杆小头相连之活塞销固定端中心偏离，两中心形成相对运动，使活塞运动到上止点时，在曲轴转角大于等于25℃A至小于40℃A范围内，活塞在上止点位置保持不变以实现内燃机完全等容燃烧。本发明根据上述方法所设计的曲柄连杆机构包括活塞销、连杆、曲柄，连杆两端分别与活塞销和曲柄连接，其特征在于所述活塞销由销帽和销杆组成，可为整体结构，销帽置于活塞上，销杆一端套于其对应开设的孔内，另一端置于活塞上，其上套有一可随销杆一起转动之定位板，定位板下设定位销，该定位销装于连杆小头上，连杆小头套于销杆上，销杆中心偏离销帽中心，可绕销帽中心作回转，其中销杆中心绕销帽中心回转时曲柄之转角Φ₀为大于等于25℃A至小于40℃A。

本发明具有下列技术效果：

1)本发明通过使活塞运动到上止点时，在一定的曲轴转角度数内，活塞位置保持不变，可实现内燃机完全等容燃烧，从而大幅度提高循环热效率。

2)当等容期结束，活塞向下运动时，曲轴角大，此时输出有用功的力臂大，且燃气压力最高。因此输出扭矩大，能及时把燃气膨胀功输出，减少传热损失和废气能量损失。

3)由于在一定的曲轴转角内能实现等容，因而不需要提前点火或着火，可燃混合气燃烧后，进入了等容区，减少了压缩负功，同时它是在气缸最小容积内完成燃烧，大大减少了传热面积，因而也降低了传热损失。

4)由于实现了等容循环，在等容期内可以更合理地组织燃烧过程，控制最大压力升高率，使内燃机运行更柔和，振动和噪声也得到降低。

5)本发明方法构思巧妙，实施结构简单，只需对现有的曲柄连杆机构稍加改变，便可实施该方法，可提高内燃机热效率12％～18％以上。

附图说明：

图1为本发明活塞运动轨迹；

图2为实现完全等容燃烧的工作原理图；

图3为本发明实施例结构主视图；

图4为本发明实施例结构左视图；

图5为本发明实施例销杆和销帽配合结构主视图；

图6为本发明实施例销杆和销帽配合结构左视图；

图7为本发明实施例定位板结构示意图。

图中：

1-活塞；      2-活塞销；    3-连杆；    4-定位销；

5-定位板；    6-销帽；      7-销杆；    8-曲柄。

具体实施方式：

本发明是对目前现有的内燃机燃烧所作的新的突破。内燃机诞生一百多年来，经过人们的不懈努力，更合理的燃烧过程、更优化的结构，加上电控技术，极大地改善了内燃机的性能，现代柴油机热效率已达到40％以上，汽油机达到30％以上。尽管如此，人们在内燃机上所做的工作始终是在内燃机传统工作循环的基础上进行的，要进一步较大幅度地提高内燃机热效率已受到传统工作循环的限制。本申请人基于上述状况，对内燃机传统工作循环进行分析认为，只有延长活塞在上止点的停留时间，即在一定曲轴转角内活塞位置保持不变，实现真正的完全等容循环，才能大大提高热效率，同时减少传热损失。本发明根据这一研究成果，将传统的曲柄连杆机构进行了结构上的改进，以实现完全等容燃烧。如图2所示，本发明具体实施方案是，当活塞1位于上止点时，与活塞1相连的活塞销2此时并非如现有技术中直接在曲柄8的带动下使活塞1立即向下运动，而是让活塞销2自己本身与活塞1之间形成一个相对运动，产生一定的位移，这种位移所带来的结果是使连杆3长度逐步增长，活塞1位置在一段曲轴转角Φ₀内保持不变，以实现等容燃烧。其活塞1运动轨迹如图1所示。

图3、图4所示了本发明在曲柄连杆机构上应用的一个实施例，如图所示，本发明曲柄连杆机构包括活塞销2，连杆3，曲柄8，连杆3两端分别与活塞销2和曲柄8连接，在曲柄8的带动下，通过连杆3与活塞销2的铰接使活塞1作上下往复运动。本发明在不改变其它结构的基础上，将活塞销2进行了改进，其特征在于将活塞销2设计成如图5、图6所示的组合结构，它由销帽6和销杆7组成，也可将两者加工成整体，销帽6置于活塞1上，其内开设有孔，销杆7一端套于其孔内，可与其相配合，另一端置于活塞1上，连杆3小头套于其上。本发明关键的改进是将销杆7中心与销帽6中心偏离，这种设计，可使销杆7绕销帽6中心作回转，即曲柄连杆机构在工作时，连杆3小头回转中心与销帽6中心偏离，两中心之间有相对运动，从而可以补偿连杆3的长度。当活塞1运动至上止点时，活塞销杆7中心点位于销帽6中心线上方，随着曲柄8的不断转动，销杆7会先在其带动向下绕销帽6中心作回转，直至运动到销帽6中心线下方，然后再带动活塞1向下移动。此时，活塞1在曲柄8所转过的Φ₀转角内保持不动，实现了一段曲轴转角的完全等容。本发明之曲轴转角Φ₀是通过两中心一定偏移量来确定的，不同偏移量可确定Φ₀的大小的不同，不同的气缸直径偏移量也不同，其曲轴转角Φ₀为大于等于25℃A至小于40℃A。

为确保销杆7回转中心绕销帽6中心旋转，本发明设有一如图7所示的定位板5，它为一偏心圆板，套在销杆7上，可随销杆7一起转动，在定位板5下设置一定位销4，该定位销4装于连杆3小头上。随着销杆7不断向下作回转运动，定位板5半径逐步增大，定位板5边缘始终接触销帽6，使销帽6中心不动，保证等容。

Claims (4)

1、一种可实现内燃机完全等容燃烧的方法，其特征在于它是在曲柄连杆机构工作时，其上连杆小头通过与之相连的偏心定位板使其回转中心与装于活塞上且与该连杆小头相连之活塞销固定端中心偏离，两中心形成相对运动，使活塞运动到上止点时，在曲轴转角大于等于25℃A至小于40℃A范围内，活塞在上止点位置保持不变以实现内燃机完全等容燃烧。

2、一种由上述方法所设计的曲柄连杆机构，它包括活塞销(2)，连杆(3)，曲柄(8)，连杆(3)两端分别与活塞销(2)和曲柄(8)连接，其特征在于所述活塞销(2)由销帽(6)和销杆(7)组成，销帽(6)置于活塞(1)上，销杆(7)一端套于其对应开设的孔内，另一端置于活塞(1)上，其上套有一可随销杆(7)一起转动之定位板(5)，定位板(5)下设定位销(4)，该定位销(4)装于连杆(3)小头上，连杆(3)小头套于销杆(7)上，销杆(7)中心偏离销帽(6)中心，可绕销帽(6)中心作回转。

3、根据权利要求2所述的曲柄连杆机构，其特征在于销杆(7)和销帽(6)为整体结构。

4、根据权利要求2或3所述的曲柄连杆机构，其特征在于销杆(7)中心绕销帽(6)中心回转时曲柄(8)之转角Φ₀为大于等于25℃A至小于40℃A。

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