專利名稱:加大膨脹比的變壓縮比內(nèi)燃機的制作方法
本實用新型涉及一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。
傳統(tǒng)的四沖程內(nèi)燃機活塞的壓縮沖程和膨脹沖程相等，其幾何壓縮比和膨脹比也相等，當膨脹沖程結(jié)束時，廢氣的溫度和壓力仍很高。在非增壓內(nèi)燃機中，這種狀態(tài)的廢氣將直接排出機外，故
損失很高。傳統(tǒng)內(nèi)燃機提供的壓縮比是固定不變的，若在滿負荷工況時正合適，那么在低負荷時就顯得偏低了。同一內(nèi)燃機燃用不同品質(zhì)的燃油時，其所需求的最佳壓縮比也不同，因此傳統(tǒng)內(nèi)燃機很難使用多種燃料。此外傳統(tǒng)內(nèi)燃機對著火提前角的改變十分敏感，當提前角過大時會使壓縮負功增加過多而降低整機的
效率，因此，在負荷較低時就無法依靠加大提前角來使工質(zhì)達到所允許的最高溫度，這時的
效率就很低。
本實用新型的目的就在于提供一種膨脹比大于壓縮比，且膨脹比和壓縮比均可改變的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，克服傳統(tǒng)內(nèi)燃機
效率低，只能燃用單一燃料等缺點。
本實用新型的內(nèi)燃機主要由缸體(6)、缸蓋、油底殼(19)、曲軸(9)、連桿(5)、活塞(22)、飛輪(23)、配氣機構(gòu)、供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。本實用新型最突出的特點是，為了使內(nèi)燃機的膨脹比大于壓縮比，并且使膨脹比和壓縮比均可根據(jù)需要隨時調(diào)整，設(shè)置了偏心軸、齒圈、操縱桿以及操縱桿控制機構(gòu)。將一側(cè)固定有曲軸齒輪(13)的曲軸(9)的主軸頸安裝在偏心軸(8)和動力輸出偏心輪(21)的偏心孔內(nèi)。曲軸主軸頸與偏心孔之間裝有曲軸主軸承(10)。曲軸一側(cè)的曲軸齒輪(13)與齒圈(1)互相嚙合，二者的齒數(shù)比為13。曲軸齒輪(13)的分度圓直徑和偏心軸(8)以及動力輸出偏心軸(21)上的偏心孔的偏心距(e)相等。偏心軸(8)和動力輸出偏心軸(21)分別安裝在缸體(6)兩側(cè)的軸承(7)內(nèi)。動力輸出偏心軸(21)其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于既要將飛輪(23)固定其上，又要使它不跟曲軸齒輪(13)，以及齒圈(1)發(fā)生干涉，所以將動力輸出偏心軸(21)做成臺階式，并帶月牙缺口的軸，軸的端面中線兩邊有螺栓孔，用以安裝固定飛輪(23)的螺栓。偏心軸(8)和動力輸出偏心軸(21)與齒圈(1)的旋轉(zhuǎn)中心在一條直線上。齒圈(1)安裝在動力輸出軸(21)外側(cè)，齒圈(1)外緣靠缸體(6)外壁處裝有止推軸承(26)。齒圈(1)通過安裝在徑向軸承支架(4)上的徑向軸承(3)徑向定位，而徑向軸承支架(4)固定在缸體(6)上。操縱桿(2)固定在齒圈(1)上，用它來調(diào)整齒圈(1)的位置，也就改變了壓縮比。若想獲得所需的壓縮比，只要通過控制操縱桿(2)使齒圈(1)轉(zhuǎn)到適當?shù)奈恢镁涂梢詫崿F(xiàn)。操縱桿(2)可由手動控制，也可由自動控制機構(gòu)控制。齒圈護罩(11)用來把齒圈(1)與外部大氣隔離，因為齒圈(1)與油底殼(19)相連通。另外，在偏心軸(3)的外端裝有正時齒輪(24)，用于驅(qū)動供給系統(tǒng)，同時還裝有配氣凸輪(27)，即可直接驅(qū)動配氣機構(gòu)。而傳統(tǒng)的內(nèi)燃機是通過由正時齒輪驅(qū)動，且轉(zhuǎn)速為曲軸轉(zhuǎn)速一半的配氣凸輪軸來驅(qū)動配氣機構(gòu)的，因此，本實用新型又可省去一根配氣凸輪軸。
假設(shè)偏心孔的偏心距為e，曲軸(9)的曲柄半徑為R，當曲軸主軸頸位于最低點時，若令曲柄中心線與氣缸軸線的夾角為0，則活塞的膨脹和排氣行程是2R＋e，而吸氣和壓縮行程為2R－e，顯而易見，本實用新型的膨脹比要大于壓縮比。一般來說，當e大于R的一半以上時，可節(jié)約燃料15％以上。但e也不宜過大，否則由于吸氣行程減少過多，而使整機進氣充量下降，造成輸出功率下降過多。同時e也不宜過小，過小則節(jié)油效果不明顯，同時會造成齒圈分度圓直徑過小，使輪齒強度降低。本實用新型允許偏心距(e)的取值范圍在0.2R——2R之間。本實用新型在活塞上止點前后不小于π／6的范圍內(nèi)，不論是壓縮沖程還是膨脹沖程，其瞬時輸出扭矩均為正值，即使壓縮沖程也不做負功。這樣，就可采用較大的著火提前角，使工質(zhì)最高溫度達到允許值，來提高整機在各種工況下的
效率，而不會象傳統(tǒng)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機那樣增加負功。設(shè)曲軸主軸頸位于最低點時，曲柄中心線與氣缸軸線的夾角為φ，則當φ＞0時，在排氣上止點時的活塞位置要高于壓縮上止點時的活塞位置，即排氣余隙要小于壓縮余隙，表明本實用新型的余氣系數(shù)要小于傳統(tǒng)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的余氣系數(shù)。另外當φ增加時，排氣余隙減小，而壓縮余隙卻增加，這表明壓縮比在減小。φ值的范圍可根據(jù)最小排氣余隙和最低壓縮比來確定，本實用新型的φ值在0～π／4之間。
本實用新型節(jié)能效果好，當偏心孔的偏心距(e)大于曲柄半徑R的一半時，可節(jié)油15％以上。由于壓縮比可隨負荷改變，從而改善了往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的冷起動性能，又可使用多種燃料，提高了部分負荷的經(jīng)濟性。可選擇較大的點火提前角，而不會增加壓縮負功，故即使負荷很小時，工質(zhì)的最高溫度也可達到最大允許值，因而提高了
效率。只要φ＞0，則排氣余隙容積就小于壓縮余隙容積，因此可得到較低的余氣系數(shù)。余氣系數(shù)小則會使掃氣干凈，提高了充氣效率和熱效率，一多作了功。由于作為輸出軸的偏心軸轉(zhuǎn)速為曲軸轉(zhuǎn)速的一半，因此可由偏心軸直接驅(qū)動配氣機構(gòu)，而省去單獨的配氣凸輪軸，同時還可簡化與偏心軸配合的變速箱的結(jié)構(gòu)，減輕了變速箱的重量。
圖1為加大膨脹比可變壓縮比的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各序號分別表示(1)齒圈、(2)操縱桿、(3)徑向軸承、(4)徑向軸承支架、(5)連桿、(6)缸體、(7)偏心軸軸承、(8)偏心軸、(9)曲軸、(10)曲軸主軸承、(11)齒圈護罩、(12)連桿軸承、(13)曲軸齒輪、(19)油底殼、(21)動力輸出偏心軸、(22)活塞、(23)飛輪、(24)正時齒輪、(25)油封、(26)止推軸承、(27)配氣凸輪。
圖2為動力輸出偏心軸的剖視圖。
圖中φa表示偏心孔、φb表示螺栓孔、e表示偏心距。
圖3為一種自動調(diào)整壓縮比的機構(gòu)示意圖。
圖中序號分別表示(1)齒圈、(2)操縱桿、(14)可調(diào)節(jié)流閥、(15)單向閥、(16)節(jié)流閥、(17)彈簧、(18)單作用油缸、(19)油底殼、(20)機油泵。
實施例現(xiàn)介紹一種自動調(diào)整壓縮比的機構(gòu)(如圖3所示)。可調(diào)節(jié)流閥(14)的機械傳動部分與內(nèi)燃機的燃料控制部分相連接，當循環(huán)燃料供給量增加時，可調(diào)節(jié)流閥(14)的開度增大。單向閥(15)與可調(diào)節(jié)流閥(14)串聯(lián)，單向閥(15)后面的油路分為兩個方向，一條通過節(jié)流閥(16)與油底殼(19)相通；另一條與單作用油缸(18)相聯(lián)，單作用油缸(18)的柱塞桿與操縱桿(2)鉸接，單作用油缸(18)的缸體與內(nèi)燃機的缸體(6)鉸接。彈簧(17)一端與單作用油缸(18)的柱塞桿鉸接，另一端固定在缸體(6)上。當內(nèi)燃機在額定負荷工況時，有一最佳壓縮比，齒圈(1)在此位置時，彈簧(17)處于自由狀態(tài)。若動力輸出偏心軸(21)逆時針旋轉(zhuǎn)，則齒圈(1)將承受由曲軸齒輪(13)傳遞來的力矩，其平均值的正方向為順時針方向，但力矩瞬時值的大小及方向均是在變化的。故油缸(18)內(nèi)的油壓由于進口的節(jié)流作用，其瞬時值也是變化的。單向閥(15)的作用在于，當其瞬時值低于供油壓力時，允許油從可調(diào)節(jié)流閥(14)流向油缸，反之則將此油路切斷，這時由于彈簧(17)的作用，使油缸內(nèi)的油只能通過節(jié)流閥(16)流入油底殼(19)。節(jié)流閥(16)的流通特性可事先選定，以配合所需的壓縮比，即在額定工況時，由可調(diào)節(jié)流閥(14)流入的油量與由節(jié)流閥(16)流出的油量相等。機油泵(20)泵出的油，一路供給本機潤滑系統(tǒng)，另一路與可調(diào)節(jié)流閥(14)相通。油缸(18)的橫截面積，應(yīng)使由機油壓力產(chǎn)生的齒圈轉(zhuǎn)矩與該內(nèi)燃機額定工況時燃氣作用于齒圈的平均力矩相等。在最大負荷工況時，可調(diào)節(jié)流閥(14)流量最大，節(jié)流閥(16)流量不變。由于流入油缸內(nèi)的油量增加，齒圈(1)將作逆時針旋轉(zhuǎn)，此時動力輸出偏心軸(21)逆時針旋轉(zhuǎn)，則相當于φ角增加，壓縮余隙也增加，壓縮比減小，最大爆發(fā)壓力將下降。當齒圈(1)逆轉(zhuǎn)時，彈簧(17)將對齒圈(1)產(chǎn)生一反力矩。當此反力矩與油壓力產(chǎn)生的力矩及燃氣產(chǎn)生的力矩之和為零，齒圈(1)將停止轉(zhuǎn)動。因為燃氣壓力產(chǎn)生的力矩是周期變化的，所以采用了單向閥(15)，這樣可使齒圈(1)的運動更趨穩(wěn)定。當負荷減小時，可調(diào)節(jié)流閥(14)流量減小，因此在彈簧力和燃氣壓力作用下，油缸內(nèi)油量將減少，齒圈(1)向順時針方向轉(zhuǎn)動，壓縮比開始增大，當大到一定程度時，彈簧(17)通過自由狀態(tài)后，彈簧力將阻止齒圈(1)進一步順時針旋轉(zhuǎn)，因此壓縮比不再增加，同時也限制住了最高壓縮比。停機后，在彈簧力的作用下，壓縮比將處于原來設(shè)定的額定壓縮比狀態(tài)，此時單作用油缸(18)通過節(jié)流閥(16)從油底殼(19)內(nèi)吸油或放油，以適應(yīng)由于單作用油缸(18)柱塞復(fù)位所造成的空間。適當?shù)剡x擇彈簧(17)的剛度，可使壓縮比的變化完全適應(yīng)負荷的變化。
權(quán)利要求
1.一種由缸體、缸蓋、油底殼、曲軸、連桿、活塞、飛輪、配氣機構(gòu)、供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)組成的內(nèi)燃機，其特征在于曲軸主軸頸安裝在偏心軸的偏心孔內(nèi)，固定于曲軸一側(cè)的曲軸齒輪與齒圈嚙合，二者的齒數(shù)比為1∶3，曲軸齒輪分度圓直徑等于偏心孔的偏心距。
2.按權(quán)利要求
1所述的內(nèi)燃機，其特征在于偏心孔的偏心距(e)的取值范圍為0.2R＜e＜2R(R為曲柄半徑)。
3.按權(quán)利要求
1所述的內(nèi)燃機，其特征在于齒圈上裝有操縱桿，操縱桿與控制它運動的油缸柱塞桿鉸接。
4.按權(quán)利要求
1所述的內(nèi)燃機，其特征在于當曲軸主軸頸位于最低點時，曲柄中心線與氣缸軸線的夾角為0～π／4。
5.按權(quán)利要求
1所述的內(nèi)燃機，其特征在于配氣凸輪安裝在偏心軸上。
專利摘要
一種加大膨脹比的變壓縮比往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，通過把曲軸安裝在偏心軸的偏心孔內(nèi)，且使曲軸齒輪與跟偏心軸同心安裝的齒圈相互嚙合(齒數(shù)比為1∶3)來獲得大于壓縮比的膨脹比。當控制操縱桿使齒圈轉(zhuǎn)動時，壓縮比隨即發(fā)生變化，該機當偏心軸的偏心距大于曲柄半徑的一半時，可節(jié)油15％以上，壓縮比可隨負荷改變，可使用多種燃料，可選擇較大的點火提前角，可降低余氣系數(shù)，因動力輸出軸是曲軸轉(zhuǎn)速的一半可簡化變速箱。
文檔編號F02D15/00GK86207765SQ86207765
公開日1987年8月19日 申請日期1986年10月16日
發(fā)明者錢致疆 申請人:吉林工業(yè)大學導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan