跃越压缩内燃机的制作方法

文档序号:5206042阅读:205来源:国知局
专利名称:跃越压缩内燃机的制作方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机装置,尤其是直线往复活塞式内燃机装置。
当今的直线往复活塞式内燃机经过一百多年的发展,形成了二种燃烧方式不同的机种,即点燃式内燃机和压燃式内燃机,按工作循环的冲程数次不同又可分为二冲程内燃机和四冲程内燃机,无论上述何种内燃机都是靠其主运动系统的活塞压缩本机体里的工作气体而获得动力输出的,本机体里的工作气体受压缩的程度越多,即压缩比越高,进入本机体内的燃料燃烧速度越快,产生的燃烧压力和温度越高,在相同排量且缸径与冲程相同的同类机种相比之下,压缩比大的比压缩比小的更加省油更大功率。为了减少燃料的消耗,在内燃机设计时可增大内燃机的压缩比,但需要消耗较多的功能来进行对工作气体的压缩,对于点燃式内燃机,提高压缩比会受到燃料特性的约制,由于进入本机体里的是燃油和空气相混合的混合气体,当压缩的气体的温度超过燃料的自燃点时,燃料就会自行燃烧,即火花塞尚未产生火花之前,本机体内的可燃混合气就因周围温度高于燃点而自行引发燃烧,导致需要消耗更多的功能方可使活塞越过上止点,进一步恶化燃油消耗,所谓上止点系指曲轴主轴心,曲轴连杆轴颈心和活塞销心呈直线时,活塞移动轨迹位置与曲轴的最远距离点称为上止点,活塞移动轨迹位置与曲轴的最近距离称下止点。过早自燃严重时将使内燃机反转而无法正常工作,因而点燃式内燃机的压缩比难于有所提高。压燃式内燃机虽然没有受燃料的特性约制,但提高压缩比后,最高燃烧压力和温度相应提高,内燃机机件所承受的机械负荷和热负荷加大,对机件的选料和制造工艺水平有更高要求,此外压缩比提高后,内燃机的工作粗暴以及振动噪声增大,工作压力过大后,相关机件要求较高的结构强度和刚度,增加了内燃机的制造成本。在1995年8月出版的《汽车发动机现代设计》(第9.26页)提到,点燃式汽油机提高压缩比大于10比1后,对常规的燃烧系统一般好处就不大了,除要求高辛烷值汽油外,还有爆燃,表面点火等不正常燃烧现象,以及带来工作粗暴,发动机运动件的负荷加大,对燃烧室和曲轴连杆机构的加工精度要求提高,提前点火角要求严格控制,机械效率下降等缺点。压燃式内燃机最高燃烧压力提高后机械负荷增加不仅使受力零件的磨损加剧,而且易引起损坏,所以要控制最高燃烧压力,同时要对相关零部件采取强化措施,最高燃烧压力提高后燃气温度相应提高,内燃机热负荷增大,热负荷过高,热应力加大可引起燃烧室壁、气门座面和活塞表面产生裂纹,发生活塞环结碳,零件间隙变化、润滑油高温结焦,油耗增高等故障。由于燃料在本机体里从开始燃烧到完全燃烧,达到最高燃烧压力要花费一段时间,即燃料的燃烧速度。由于活塞在本机体里的快速移动,为了使最高燃烧压力及时的压在活塞顶面上,有效的利用工作气体的澎胀力,只有采用活塞未到达上止点前进行点火燃烧或喷入燃油,使活塞到达上止点后工作气体能达到最高燃烧压力状态,及时的利用工作气体的澎胀力作用在活塞顶面上。但由于提前进行燃烧而使急剧增大的压力撞击在活塞顶面上,此时活塞尚处向上止点移动运动中,急剧增大的压力方向与活塞运动方向相反,为使活塞顺利到达上止点位置,必须消耗更多的储累功能来克服急剧增大压力对活塞向上止点运动的阻碍,减少了内燃机对外输出的功能。若采用活塞到上止点的燃烧方式,虽然没有消耗更多的额外功能来进行压缩本机体里的工作气体,但由于活塞的快速移动,最高燃烧压力在活塞过上止点后方能产生,此时的最高燃烧压力较活塞刚过上止点就达最高燃烧压力的提前燃烧方式的燃烧澎胀压力要小得多,这是由于燃料燃烧过迟而活塞顶端空间容积扩大的缘故,最大的燃烧澎胀压力未能及时压在活塞顶面上,造成内燃机对燃料的利用率低。为了让最高燃烧压力于活塞刚过上止点后一点点的位置达到最大值,以及减少因提前点火或喷油燃烧而额外消耗的压缩功能,在现代内燃机设计中只有采用折中的适量提前燃烧方式,即燃料的燃烧在活塞达到上止点时能够燃烧完成一半,这样即可减少因提前燃烧消耗的额外压缩功能又可使最高燃烧压力在活塞刚过上止点后能达到而及时的推在活塞顶面上,只要是采用活塞到达上止点前的提前燃烧方式就必然增大因压缩而消耗更多的功能。在活塞处于上止点时,活塞顶端空间容积最小,即内燃机的燃烧室,此时的活塞位置方能使最高燃烧压力升达最大值,活塞方能获得最大的澎胀压力,故此当活塞过上止点后,内燃机的最高燃烧压力是不能达到应该可以升达的最大值,因存在燃烧速度的限制以及活塞的快速移动,故现代内燃机是难于较好的利用最高燃烧压力作功的。即使燃烧速度无限快,现代内燃机无须采用提前点火燃烧方式来进行作功,在活塞处于上止点位置时才进行点火或喷油而且在上止点位置达到最高燃烧压力的最大值,即在上止点时燃料完全燃烧结束。此时最高燃烧压力的作用点曲轴速杆轴颈位移轨迹与最高燃烧压力的方向的夹角呈垂直状态,即W功=F压力.S位移.COSa=F压力.S位移.COS90°=F压力.S位移×0=0。这时最高燃烧压力的最大值是不能转化为有用功的。现代内燃机在结构上存在可以使最高燃烧压力升达最大值时,却不能转化为有用功的缺点,难于较好利用燃料燃烧所产生的能量。
本发明的目的是提供一种直线往复活塞式内燃机装置,该装置结构上能使内燃机不必提高压缩比就能获得必须提高压缩比后方能得到的较高工作气体的澎胀压力,从而避免了因提高压缩比后所产生的爆震、表面点火、机械荷和热负荷增大对内燃机的影响,使内燃机无须采用提前点火或喷油的方式来进行工作,且最高燃烧压力的最大值产生于上止点后,使燃料所产生的热能转化为有用的机械能而提高其利用率。
为达到上述目的,本发明对直线往复活塞式内燃机的结构作了进一步的改进,在由主运动系统的活塞、本机体、汽缸盖所组成的内燃机燃烧室外设置辅助活塞,该辅助活塞顶面面积属燃烧室内表面面积的一部分,辅助活塞在由主运动系统的曲轴所操控的偏心凸轮轴的驱动下,当主运动系统的活塞由上止点向下止点移动在产生燃气澎胀压力时快速进入占据燃烧室的空间容积,于主运动系统的活塞由下止点向上止点移动压缩工作气体时快速退让出燃烧室的空间容积外,该驱动辅助活塞的偏心凸轮轴与主运动系统的曲轴的旋转转速相同,对于四冲程内燃机除了可采用这种偏心凸轮轴与曲轴的转速相同的驱动辅助活塞方式外,尚可采用曲轴旋转二周而偏心凸轮轴旋转一周的方式驱动辅助活塞对燃烧室的占据或退让,即每个工作循环中,在作功冲程和排气冲程中燃烧室被占据,在吸气冲程和压缩冲程中辅助活塞退出燃烧室。辅助活塞进入占据燃烧室的空间容积的动作不能迟于主运动系统曲轴过上止点60°后结束,退让出燃烧室空间容积的动作不能迟于主运动系统的曲轴过下止点60°后结束,配合所述结构本发明采用主运动系统的活塞过上止点后的点火或喷油的作功方式进行运转工作。
采用上述结构后,当内燃机设计取某一压缩比时,即辅助活塞在燃烧室外处退让出燃烧室状态,此时主运动系统的活塞进行压缩本机体里的工作气体,如此无论是点燃式内燃机或压燃式内燃机,其压缩比值就可不必要提高,该压缩比可取与现代内燃机的压缩比相同相近的比值,避免因提高压缩比而产生的爆震、表面点火、机械负荷和热负荷增大等对内燃机的影响。当主运动系统的活塞完成压缩后,由上止点向下止点移动时,辅助活塞在偏心凸轮轴的驱动下开始快速进入占据燃烧室,而辅助活塞不得迟于主运动系统的曲轴由上止点旋转60°后完成占据燃烧室空间容积动作,在上止点后的60°前完成占据动作有利于让最高燃烧压力能及时迫压在主运动系统的活塞顶面上,尚若在上止点后60°尚未结束停止占据燃烧室动作,即使之后辅助活塞完全占据燃烧室的空间容积,由于活塞向下的移动其顶端空间容积扩大而导致最高燃烧压力不能升达应该可以达到的最大值,活塞顶面的燃气压力减小,内燃机对外输出功能降低,之所以如此是因为内燃机的最高燃烧压力值除诸多因素影响外,燃烧室容积的大小是左右燃烧压力值的关键,燃烧室容积空间大其产生最高燃烧压力值小,而燃烧室容积空间小其产生的最高燃烧压力值大。在主运动系统的活塞完成压缩冲程终了过上止点后向下止点移动时,内燃机进行点火作功,点燃式内燃机点燃燃烧室里的可燃混合气,压燃式内燃机向燃烧室里喷入适量的燃油,与现代内燃机的提前点火或喷入燃油的作功方式相比,就无须付出因提前点火作功而额外消耗的压缩功能,减少内燃机自身运转不必要多付出的功能,节省下来的额外功能可转化为有用功能对外输出,在燃料的燃烧期间,虽然主运动系统的活塞不断向下止点移动,但由于辅助活塞进入占据燃烧室,活塞顶端容积空间并不增大,当燃料在本机体里燃烧结束后,最好此时也是辅助活塞完成进入占据燃烧室容积空间的动作结束停止之时,这时的活塞顶端容积空间与活塞处上止点时的容积空间相差无几,甚至更小,此时的活塞顶端容积空间的大小取决于辅助活塞占据燃烧室动作的快慢以及对燃烧室占据的程度。由于此时燃料已燃烧结束,活塞顶端的最高燃烧压力升达最大值,故最高燃烧澎胀压力能及时施压于活塞顶端。因最高燃烧压力产生于上止点后的位置,该最高燃烧压力作用在主动动系统曲轴的作用点,即曲轴连杆轴颈在此时位移轨迹与最高燃烧压力的方向的夹角已小于90°角,则该最高燃烧压力能对外输出部分功能,即W功=F压力.S位移,COSa>0,a<90°,与现代内燃机的上止点产生最高燃烧压力时却不能作功相比,本发明内燃机结构装置在最高燃烧压力方面的有用转化率较现代内燃机的为高,引起内燃机的振动因素是较多的,除运动件的惯量影响外,点火作功时所暴发的瞬间急剧增高的燃烧压力亦是最主要的振动来源,由于现代内燃机的结构使最高燃烧压力在上止点附近达最大值,此时主运动系统的曲轴的曲轴连杆轴颈做为燃气压力的作用点,在上止点附近的移动轨迹与燃气压力的方向的夹角呈近垂直状态,内燃机本机体里的压力在瞬间由较小急剧增大许多倍,较大的燃气压力迅猛的撞碰于活塞顶面上经连杆推在曲轴连颈上,受力机件活塞、连杆、曲轴等如果结构强度和刚度不足够强就会损坏、变形、断裂,由于现代内燃机在此时不能把燃气压力转化为有用功对外输出,即W功=F压力.S位移.COSa=F压力.S位移×COS90°=F压力.S位移×0=0,a=90°。因机件的结构强度和刚度足够抵抗燃气压力瞬间的撞碰,不致于引起受力机件的损坏,大部分暴发压力撞击活塞瞬间所产生的能量未能转化为有用功而被受力机件所吸收,转为无用的振动能浪费掉,以引发内燃机的振动体现出来。本发明内然机的最高燃烧压力产生于上止点之后,在燃气压力急剧增大的燃料燃烧期间,由于主运动系统的活塞不断向下移动,燃气暴发压力以追赶的形式追加压在活塞顶面上,活塞顶面与瞬间的撞碰压力接触时间有所延长,燃气压力撞碰活塞就显得较现代内燃机温和得多了,所产生对受力件活塞、连杆、曲轴等破坏性相对降低,由于燃气压力急剧提高期间燃气压力的作用点曲轴连杆轴颈已处上止点后某一位置,作用点的移动轨迹与燃气压力在活塞上的力方向的夹角小于90°,此时燃气压力可以作功,即W功=F压力.S位移.COSa>0,a<90°。虽然未能把燃气压力全部转化为有用功对外输出,与现代内燃机的有用功率为零相比,余剩下未能利用的燃气压力较现代内燃机的要小多,其受力机件所承受的机械负荷较小,机件内部所吸收的无用能量也较现代内燃机机件所吸收的少,所引发的振动也较轻微弱些。略视提高压缩以后的爆震、表面点火、机械负荷、热负荷等对现代内燃机的影响,即在很高的压缩比下能正常运转的现代内燃机,用来与除压缩比不同外的相同排量、缸数、缸径、冲程、转速等条件下的本发明内燃机相互比较。高压缩比的现代内燃机的曲轴在作功冲程中从上止点旋转到某一角度时,如果本发明内燃机的辅助活塞在此曲轴角时能结束进入占据燃烧室容积空间动作,那么此时的高压缩比现代内燃机和本发明内燃机的活塞顶端的空间容积一样大小,燃气压力和转化为有用功率相同,即无论是高压缩比现代内燃机还是本发明内燃机,在此曲轴转角之后至作功冲程结束,燃气澎胀压力所作的功相同,能够对外输出的功力相同,因而本发明内燃机在上止点后某曲轴转角后就相当于高压缩比现代内燃机,在什么曲轴转角后达高压缩比现代内燃机的输出状态,相当于多大的压缩比值的高压缩比现代内燃机,由辅助活塞进入占据动作的快慢以及辅助活塞占据燃烧室容积空间的程度所取决。虽然不能在辅助活塞进入占据燃烧室动作期间有高压缩比内燃机一样的输出动力,即在此期间高压缩比内燃机的主运动系统活塞受到的燃气澎胀压力明显比本发明内燃机的主运动系统活塞的燃气澎胀压力大得多。然而高压缩比内燃机于上止点后较小的曲轴转角间,燃气澎胀压力的利用率偏低,即使燃气压力值较高,转化成有用功的压力较少,受力机件内部吸收的不能转化为有用功的压力较多,机械负荷比较大,所以高压缩比内燃机虽然在期间能输出少许功能略胜于本发明内燃机,只是机件机械负荷大后对内燃机的使用寿命有负面影响,对机件的制造材料、结构强度、刚度要求高,增大机件的制造成本,需要提高制造技术和零件的加工精度,本发明内燃机主运动系统的活塞在辅助活塞占据燃烧室期间所承受的燃气澎胀压力虽然较高压缩比内燃机的活塞所承受的燃气澎胀压力小,转化为有用功比高压缩比内燃机的更少,但受力机件的机械负荷小,有利于内燃机使用寿命延长,所引发的振动轻微,对零件的制造材料、结构强度、刚度要求不太高,相比之下,在辅助活塞占据燃烧室期间的曲轴从上止点旋转的某一转角内,高压缩比内燃机占据燃气澎胀压力大的优势,但随着本发明内燃机的辅助活塞占据燃烧室容积动作结束后顿然丧失,在此之后燃气澎涨压力一样的大小。高压缩比内燃机由于压缩比很高,需要消耗较多的储累功能才能完成对本机体里的工作气体的压缩,本发明内燃机的压缩比较低,只需消耗较少的储累功能就能完成对本机体里的工作气体的压缩,即高压缩比内燃机在压缩方面因压缩工作气体所消耗的功能要比本发明机所消耗的多。虽然本发明内燃机在辅助活塞进入占据燃烧室期间有所牺牲,所输出功能逊于高压缩比内燃机,但由于本发明内燃机自身运转消耗的储累功能少,节省的储累功能转化为有用功向外输出更多的动力,可以弥补辅助活塞进入占据燃烧期间对外输出小的损失。与高压缩比内燃机的高消耗高输出相比,本发明内燃机可以用低消耗高输出来进行运转工作。由于本发明内燃机能以低压缩比的压缩获得高压缩比的输出,虽然内燃机压缩比越大功率越高,但对于本发明内燃机结构装置而言,刻意提高内燃机的压缩比已没有多大意义,即本发明内燃机机构装置即使采用低压缩比的设计,却同样可以得到必须提高压缩比才能达到的高输出效果,达到了增大燃油的利用率和提高内燃机的机械效率。
下面将参照附图描述本发明的两种结构装置,即压燃式二冲程柴油机和点燃式四冲程汽油机的实施方式。


图1是本发明压燃式二冲程柴油机实施方式(主运动系统活塞位于上止点、辅助活塞位于燃烧室外时)的结构剖视图。
图2是沿图1中A-A线的剖视简图。
图3是本发明压燃式二冲程紫油机实施方式(主运动系统活塞位于上止点后下,辅助活塞占据燃烧窒容积空间动作结束时)的结构剖视图。
图4是本发明点燃式四冲程汽油机实施方式(主运动系统活塞位于上止点、辅助活塞位于燃烧室外时)的结构剖视图。
图5是沿图4中B-B线的剖视简图。
图6是本发明点燃式四冲程汽油机实施方式(主运动系统活塞位于上止点后下、辅助活塞占据燃烧窒容积空间动作结束时)的结构剖视图。
图7是驱动辅助活塞的偏心凸轮轴横载面形状图。
图1和图3示出本发明压燃式二冲程柴油机的实施方式。本机体13里有由曲轴1旋转经连杆3带动上下直线反复运动的活塞4组成的主运动系统。活塞4、本机体13、汽缸盖11和辅助活塞7构成燃烧室6。辅助活塞7在由曲轴1旋转带动旋转的偏心凸轮轴8的驱动下,于活塞4由上止点向下止点移动时迅速进入占据燃烧室6的容积空间,在活塞4由下止点向上止点移动时退让出燃烧室6。工作气体经加压后由进气道12经进气门10强制进入本机体13里并驱逐燃烧后的废气从排气道5排出本机体13外,工作气体经压缩后由喷油嘴9喷入适量燃油燃烧变为高温高压的工作气体,推动活塞4对外作功,燃烧后的气体于活塞4移动至下止点附近被后来进入本机体13的新加压气体所驱遂,从排气道5逸出本机体13外。
图3所示的是压燃式二冲程柴油机的最高燃烧压力状态。工作气体在本机体13里受到活塞4的压缩,当活塞4位于上止点位置压缩冲程终了时,燃烧室6里的气体温度超过柴油的自燃温度,此后活塞4由上止点向下止点移动,同时辅助活塞7在偏心凸轮轴8的驱动下进入占据燃烧室6的容积空间,同此时喷油嘴9向燃烧室6里喷入适量柴油,柴油油雾在燃烧室6里的超过其自燃点的高温工作气体中自行燃烧,喷入的燃油燃烧完毕后,燃烧室6容积空间已被辅助活塞7所占据,虽然此时活塞4已处上止点下的位置,但由于辅助活塞7占据了燃烧室6的空间容积,所以活塞4顶端空间容积并没有扩大,能使最高燃烧澎胀压力达到最大值并及时的作用在活塞4顶面上,活塞4在澎胀压力的推动下经连杆3推在曲轴连杆轴颈2上而迫使曲轴1旋转,从而达到向外输出动力并储累一部分功能来克服压缩工作气体和摩擦的阻力,当外力断开后使其能自行运转。
所谓二冲程内燃机,系指活塞往返一次,曲轴旋转一周,点火作功一次。
图4和图6示出本发明点燃式四冲程汽油机的实施方式。本机体13里有由曲轴1旋转经连杆3带动上下直线反复运动的活塞4组成的主运动系统。活塞4、本机体13、汽缸盖11和辅助活塞7构成燃烧室6。偏心凸轮轴8由曲轴1旋转带动下旋转,于活塞4从上止点向下止点移动时驱动摇臂16和顶拉杆15把辅助活塞7迅速顶进入燃烧室6里,在活塞4从下止点向上点移动时驱动摇臂16和顶拉杆15把辅助活塞7拉出燃烧室6外,辅助活塞7与顶拉杆15和摇臂16的连接是关节活动的连接方式。
当曲轴1在外力驱动旋转时,曲轴1的曲轴连杆轴颈2经连杆3把活塞4在本机体13里上下直线反复移动,活塞4由上止点向上下点移动时所产生的直空把汽油和空气混合的可燃混合气体从进气道12经打开的进气门10处进入本机体13里,进行内燃机的工作循环——吸气冲程。活塞4移动至下止点后,曲轴1继续旋转带动活塞4由下止点向上止点移动,进气门10关闭,可燃混合气在本机体13里由于活塞4向上止点的移动而受到压缩,进入内燃机的工作循环——压缩冲程。活塞4移动至上止点后,即压缩冲程终了时,如图4所示,此时燃烧室6里的可燃混合气变得十分容易点燃。之后活塞4上止点向下止点移动,燃烧室6里的可燃混合气被火花塞17产生的电火花所点燃开始燃烧,此时辅助活塞7在偏心凸轮轴8的驱动下迅速进入占据燃烧室6,内燃机进入工作循环的——作功冲程,可燃混合气里的燃油被燃烧完毕后,此时燃烧室6亦被辅助活塞7所占据,如图6所示,虽然活塞4处上止点后下的位置,但活塞4顶端容积空间并没有扩大,保证了最高燃烧压力可以升致应该达到的最大值,燃烧澎胀压力能及时的追压在活塞4顶上,澎胀压力通过连杆3推在曲轴连杆轴颈2上,迫使曲轴1旋转而达到向外输出动力并储累部分功能来克服压缩工作气体和摩擦的阻力使其能自行运转。活塞4被燃气澎胀压力压至下止点附近后,排气门14打开,活塞4在曲轴1的旋转惯量的驱动下由下止点向上止点移动,此时辅助活塞7由偏心凸轮轴8驱动退让出燃烧室6,活塞4把燃烧过后的工作气体从打开的排气门14经排气道5挤压出内燃机外,进入内燃机工作循环的——排气冲程。活塞4移动于上止点后,排气门14关闭,活塞4继续由上止点向下止点移动,此时进气门10打开,把汽油和空气相混合的可燃混合气吸进本机体13里,进入另下一个工作循环的吸气冲程,不断重复按吸气冲程、压缩冲程、作功冲程,排气冲程的顺序的每一个工作循环,在每个工作循环里,曲轴1旋转两周720°度角,活塞4往返四次。当曲轴1的旋转惯量足够克服压缩工作气体和摩擦阻力后,断开外力后内燃机即可自行运转,再增加燃油后内燃机就能对外输出动力。
图7示出偏心凸轮轴的工作面段位。由于采用单个偏心凸轮轴工作面于偏心凸轮轴旋转一周内驱动辅助活塞进入占据和退让出燃烧室各一次,所以Ⅰ至Ⅱ段面担负两个驱动动作的进行,在把辅助活塞驱动进入占据燃烧室动作完成后,于偏心凸轮轴旋转半周左右时把辅助活塞驱动退让出燃烧室,之后偏心凸轮轴旋转第二周时又把辅助活塞驱动进入占据燃烧室,因曲轴与偏心凸轮轴转数相同,实现了辅助活塞于曲轴旋转一周内在活塞由上止点向下止点移动时占据燃烧室和活塞由下止点向上止点移动时退让出燃烧室。Ⅰ至Ⅱ段面的长短和坡陡度大小影响辅助活塞动作的速度,段面越短,坡陡度越大,则辅助活塞进入占据和退出燃烧室的动用越快。Ⅱ至Ⅲ段面保持辅助活塞对燃烧室的占据后至退让出前和退让出后至进入占据前的时间,即维持辅助活塞对燃烧室的占据和退让在某些曲轴转角内,实现活塞能获足够大的燃气澎胀压力和避免产生爆震,表面点火及少些消耗对工作气体的压缩功能。Ⅲ至Ⅳ段面为缓冲区,缓迟驱动件对偏心凸轮轴的冲碰,其长短与Ⅰ至Ⅱ段面大致相当。高度L1的长短表示压缩终了时的压缩程度,即压缩比。高度L2的长短表示辅助活塞的移动矩离。箭头指向为偏心凸轮轴的旋转方向。
四冲程内燃机除了可采用曲轴旋转一周偏心凸轮轴同样旋转一周的驱动辅助活塞对燃烧室的占据和退让方式外,也可以采用曲轴旋转二周而偏心凸轮轴旋转一周的方式来驱动辅助活塞对燃烧室的占据和退让,图7示出形状面同样适用于上述驱动方式,当内燃机运转处于作功冲程和排气冲程时,偏心凸轮轴驱动辅助活塞占据燃烧室,也就是辅助活塞从活塞由上止点向下止点移动时的作动冲程开始占据燃烧室,完成占据动作后一直保留占据状态至排气冲程结束,此之后方退让出燃烧室,即保证了最高燃气压力对活塞的作用,又可使活塞向上止点运动排气时排出的废气更彻底,这是由于燃烧室被占据后,活塞运动至上止点时其顶端空间容积被缩减小而使燃烧室里的残留废气被活塞挤压出燃烧室外,因燃烧室缩小,残留在燃烧室的废气相对而言剩余较少。当内燃机运转处于吸气冲程和压缩冲程时,偏心凸轮轴驱动辅助活塞退让出燃烧室,并且维持退让状态至压缩冲终了时,即可以用较低的压缩比来压缩工作气体,又可以吸入更多的工作气体,相对于辅助活塞占据燃烧室而言,由于辅助活塞退让出燃烧室时正是吸气冲程进行时,因此相应产生更大的真空度,当然也能相应增多吸入本机体里的工作气体量了。
可以理解,本发明不局限于上述实施方式的一些特征,亦可以设计为四冲程压燃式内燃机和二冲程点燃式内燃机等多种形式结构可以燃烧多种不同类燃料的内燃机,偏心凸轮轴驱动辅助活塞亦可灵活使用多种不同类型的驱动方式,只要达到保证辅助活塞能按时且及时的占据和退出燃烧室的要求,那么就可以使本发明内燃机用较低的压缩比而获得较高的压缩比功能输出的效果得于实现。
权利要求
1.一种直线往复活塞式内燃机。包括本机体,装于车机体里的主运动系统,与本机体紧固位的汽缸盖,所述主运动系统包括曲轴、连杆、活塞和曲轴飞轮;所述汽缸盖与本机体以及本机体里的主运动系统的活塞构成内燃机的燃烧室,其特征在于所述燃烧室外设有由主运动系统的曲轴旋转操控的偏心凸轮轴所驱动的辅助活塞,该辅助活塞顶面面积属燃烧室内表面面积的一部分;所述辅助活塞在偏心凸轮轴的旋转驱动下于产生燃气澎胀压力时占据燃烧室空间容积,于压缩工作气体时退让出燃烧室空间容积。
2.根据权利要求1所述的直线往复活塞式内燃机,其特征在于所述辅助活塞于主运动系统的活塞从上止点向下止点运动时快速进入占据燃烧室的空间容积,进入占据动作不得迟于主运动系统的曲轴过上止点60度后结束。
3.根据权利要求1所述的直线往复活塞式内燃机,其特征在于所述辅助活塞于主运动系统的活塞从下止点向上止点运动时快速退出燃烧室的空间容积外,退出动作不得迟于主运动系统的曲轴过下止点60度后结束。
4.根据权利要求1、2或3所述的直线往复活塞式内燃机,其特征在于所述主运动系统的曲轴与驱动辅助活塞的偏心凸轮轴的转速相同。
5.根据权利要求1或2所述的直线往复活塞式内燃机,其特征在于所述压燃式内燃机取主运动系统的活塞过上止点后向下止点移动时即喷入燃油进行自行点火作动。
6.根据权利要求1或2所述的直线往复活塞式内燃式内燃机,其特征在于所述点燃式内燃机取主运动系统的活塞过上止点后向下止点移动时即点燃燃烧室的可燃混合气进行点火作功。
7.根据权利要求1所述的直线往复活塞式内燃机,其特征在于所述主运动系统的曲轴旋转二周时,驱动辅助活塞的偏心凸轮轴旋转一周。
8.根据权利要求1或7所述的直线往复活塞式内燃机,其特征在于所述辅助活塞于作动冲程和排气冲程时占据燃烧室的空间容积。
9.根据权利要求1或7所述的直线往复活塞式内燃机,其特征在于所述辅助活塞于吸气冲程和压缩冲程时退让出燃烧室空间容积。
全文摘要
本发明公开了一种直线往复活塞式内燃机,它包括:本机体、主运动系统、汽缸盖,所述内燃机特点是:燃烧室外设有由偏心凸轮轴所驱动的辅助活塞,辅助活塞于作功冲程时占据燃烧室,于压缩冲程时退让出燃烧室。与已有内燃机相比,本发明即使用较低的压缩比,也能获得必须提高压缩比才能实现的大功率输出,在不增加内燃机机件的机械负荷和热负荷的情况下,增高内燃机的机械效率,可广泛应用于交通运输以及各种需要领域。
文档编号F02B19/06GK1324982SQ00106698
公开日2001年12月5日 申请日期2000年5月19日 优先权日2000年5月19日
发明者邱国富, 黄柏荣, 黄柏潮, 王家安, 黄柏平, 卢进雄 申请人:黄柏平
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