专利名称：活塞连杆组和内燃机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及往复活塞式内燃机领域，具体地，涉及一种用于发动机中的活塞连杆组和包括该活塞连杆组的内燃机。
背景技术：
众所周知，在发动机中广泛应用的曲柄连杆机构为刚性的铰链连接。活塞的往复式运动通过连杆转化为曲轴的转动，从而输出动力。如图I所示，活塞销20固定安装在活塞10上，连杆30的连杆小头固定在活塞销20上，连杆30的连杆大头固定在曲轴40上。这种结构虽然简单轻便，但存在一个问题。在往复活塞式内燃机的做功行程中，发动机的最大爆发压力出现在上止点之后的一个较小的曲轴转角范围(通常介于5° -15° )内，在该曲轴转角范围内，连杆的摆角也很小。通过内 燃机动力学公式Ft=Fsin((p+P)/cosP (其中，F表示燃料燃烧产生的气体压力，φ表示曲轴转动的角度，β表示连杆摆动的角度，Ft表示驱动曲轴转动的切向分力)可知，曲轴转角φ和连杆摆角β都很小的时候，切向分力Ft占气体压力的比例很小，或者说气体压力只有很小一部分被分配到曲轴的切向方向上。当曲轴转过上止点较大的角度后，虽然曲轴转角φ和连杆的摆角β增加，但此时燃料燃烧产生的气体压力F已经远小于最大爆发压力点时的压力，即通过连杆提供给曲轴的力减小了很多，因而即使曲轴转角φ和连杆的摆角β增加，使切向分力Ft占气体力的比例提高，但是由于总的气体力已经减小了很多，能够推动曲轴旋转的切向分力Ft的提高受到限制，因而不能很好的利用燃料燃烧产生的气体压力F，换言之，曲轴扭矩的提升受到明显地限制。因此，在上述的曲柄连杆机构中，不能将燃料燃烧产生的气体压力充分地作用在曲轴上，使得往复活塞式内燃机的做功效率不够高。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种活塞连杆组，该活塞连杆组可以提高曲轴的输出动力。为了实现上述目的，本实用新型提供一种活塞连杆组，该活塞连杆组包括活塞、活塞销和连杆，所述连杆的连杆小头安装在所述活塞销上，所述连杆的连杆大头安装在曲轴上，其中，所述活塞连杆组还包括扭杆弹簧，该扭杆弹簧固定在所述活塞的内表面上，所述活塞销安装在所述扭杆弹簧上。所述活塞连杆组在做功行程中，所述扭杆弹簧包括储能阶段和释能阶段，在所述储能阶段和所述释能阶段中，所述活塞销相对于所述活塞销的初始位置具有位移。所述活塞连杆组在做功行程中，所述扭杆弹簧位于所述活塞销的一侧，所述连杆位于所述活塞销的另一侧，并且在所述曲轴从上止点开始转动到0° ^20°之间时，所述活塞销相对于所述活塞销的初始位置具有位移。[0010]所述活塞连杆组在做功行程中，所述曲轴从上止点开始转动5° ^15°之间时，所述位移最大。所述扭杆弹簧包括相配合的第一扭杆弹簧和第二扭杆弹簧，所述第一扭杆弹簧包括第一固定部和与该第一固定部平行的第一安装部，所述第一固定部和所述第一安装部通过与所述第一固定部和所述第一安装部垂直的第一连接部连接，所述第二扭杆弹簧包括第二固定部和与该第二固定部平行的第二安装部，所述第二固定部和所述第二安装部通过与所述第二固定部和所述第二安装部垂直的第二连接部 连接，所述第二安装部插入所述第一安装部中，所述活塞销套装在所述第一安装部的外周面上。所述活塞连杆组包括两个固定板，两个所述固定板固定在所述活塞的内表面上，所述第一固定部和所述第二固定部分别固定在两个所述固定板上。本实用新型的另一个目的是提供一种可以提高做功效率的内燃机。为了实现上述另一个目的，本实用新型提供的内燃机包括根据以上所述的活塞连杆组。由于本实用新型提供的活塞连杆组在做功行程中，扭杆弹簧可以在曲轴转过上止点后的一定角度范围内将部分能量暂存，并且随着活塞进一步地向下移动，可以通过储能组件延迟释放能量，从而使燃料燃烧产生的气体压力更多的用于推动曲轴旋转，提高了曲轴的输出扭矩。相应地，包括该活塞连杆组的内燃机提高了做功效率。本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中图I是现有技术中活塞连杆组的结构示意图；图2是本实用新型的活塞连杆组的具体实施方式
的结构示意图；图3是本实用新型的活塞连杆组的具体实施方式
中曲轴的受力分析示意图；图4是本实用新型的活塞连杆组的具体实施方式
的结构的俯视示意图；图5是本实用新型的活塞连杆组的具体实施方式
中扭杆弹簧的结构示意图。附图标记说明10活塞20活塞销30连杆40曲轴50扭杆弹簧51第一扭杆弹簧51a第一固定部51b第一安装部51c第一连接部52第二扭杆弹簧52a第二固定部52b第二安装部52c第二连接部53固定板
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。[0032]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图中的上、下、左、右，“内、外”是指相对于各部件轮廓的内、外。此外，本实用新型的活塞连杆组适用于但是不限于各种往复活塞式内燃机。如前所述，现有技术中的活塞与活塞销之间为刚性连接，在活塞连杆组的做功行程中不能将燃料燃烧产生的气体压力有效地转换为驱动曲轴转动的切向分力。为此，本实用新型提供了一种可以提高燃料燃烧产生的气体压力的利用率的活塞连杆组。参见图2至图5，本实用新型的活塞连杆组主要包括活塞10、活塞销20和连杆30，连杆30的连杆小头安装在活塞销20上，连杆30的连杆大头安装在曲轴40上，其中，活塞连杆组还包括扭杆弹簧50，该扭杆弹簧50固定在活塞10的内表面上，活塞销20安装在扭杆弹簧50上。本实用新型中，活塞销20不直接与活塞10连接，而是通过扭杆弹簧50间接地与活塞10连接。由于活塞连杆组在做功行程中，扭杆弹簧50可以在曲轴转过上止点后的一·定角度范围内将部分能量暂存，并且随着活塞10进一步向下运动，可以通过扭杆弹簧50延迟释放能量，从而使燃料燃烧产生的气体压力更多的用于推动曲轴40旋转，提高了曲轴的输出扭矩。参见图2和图3，活塞连杆组在做功行程中，扭杆弹簧50包括储能阶段和释能阶段，在储能阶段和释能阶段中，活塞销20相对于活塞销20自身的初始位置具有位移。在储能阶段中，所述位移逐渐增大，在释能阶段中，所述位移逐渐减小。其中，所述位移应当同时包括水平位移和垂直位移。若通过活塞销20的中心轴线来描述活塞销20的位移，则当活塞销20因扭杆弹簧50发生扭转而产生位移时，在图中，活塞销20的中心轴线将相对于其中心轴线的初始位置向左且向上移动，即具有水平位移和垂直位移，在附图中表现为活塞销20的中心轴线具有弧形的运动路径。当活塞连杆组中的曲轴40刚转过上止点位置时，燃料燃烧产生的气体压力作用在活塞10的上端面上，并且依次通过安装在活塞10内表面上的扭杆弹簧50和安装在扭杆弹簧50上的活塞销20传递到连接在活塞销20上的连杆30上，根据牛顿第三定律的作用力与反作用力可知，连杆30通过活塞销20反作用于扭杆弹簧50上。由于此时，曲轴40的转角Φ和连杆30的摆动角度β均较小，因而曲轴40通过连杆30提供给活塞销20较大的反作用力。又由于扭杆弹簧50具有弹性，扭杆弹簧50在该相对较大的反作用力下产生向上转动的形变，从而将能量以弹性势能的形式储存，即扭杆弹簧50处于储能阶段。当活塞10向下运动时，曲轴40的转角φ和连杆30的摆动角度β随着曲轴40的转动而增加，因而通过连杆30施加在活塞销20上的作用力逐渐减小，即作用在扭杆弹簧50上的反作用力也逐渐减小，直到该反作用力无法使扭杆弹簧50进一步产生形变，此时，扭杆弹簧50的储能阶段结束。如图3所示，在上述储能阶段中，由于连杆30相对于活塞10的中心线具有一定的摆动角度β，因此，扭杆弹簧50受到倾斜向上的反作用力而向上倾斜压缩。在这种情况下，活塞销20的中心线相对于同一时刻在现有技术结构中的活塞销20的中心线中具有向上且向左的位移(图3中活塞销20中心轴线上方的弧形表示的活塞销20的中心轴线的位移路径)，使得摆动角度β相对于同一时刻在现有技术结构中的摆动角度β有所增加，根据内燃机动力学公式Ft=Fsin(cp+p)/cosp，尽管该摆动角度β增加的幅度有限，但是对驱动曲轴转动的切向分力Ft的增加是有利的。当活塞10继续向下运动时，扭杆弹簧50将进入释能阶段，即扭杆弹簧50向下作用的力使得作用于活塞销20和连杆30的力由原来的气体压力变成气体压力和扭杆弹簧50的弹性力，这两个力的合力远大于现有技术中同一时刻的气体压力，由于曲轴40在转过最大爆发压力点之后，作用于活塞10的气体压力逐渐变小，因此，本实用新型提供的活塞连杆组起到了将较大的气体压力暂存，然后通过扭杆弹簧50延迟释放到活塞销20和连杆30上。其中延迟释放是指，与最大爆发压力点相比，释能阶段的曲轴40的转角φ增大，在转角φ增大的时连杆30的摆动角度β也随之增大，根据内燃机动力学公式Ft=Fsin((p+P)/cosP，与现有技术相比，延迟释放的气体压力可以更多地用于切向方向，这样切向分力Ft增大，曲轴可以输出更大的扭矩。可以理解，活塞连杆组在做功行程中，扭杆弹簧50位于活塞销20的一侧，连杆30位于活塞销20的另一侧，并且在曲轴40从上止点开始转动到0° ^20°之间时，活塞销20相对于活塞销20的初始位置具有位移。在此过程中，扭杆弹簧50依次经历储能阶段和释能阶段。其中，连杆30位于活塞销20的另一侧是指连杆30摆动后，整体处于活塞销20的另一侧。在图2的视图中，曲轴顺时针转动，扭杆弹簧50位于活塞销20的左侧，连杆30位于活塞销20的右侧。但是上述部件的位置应当根据内燃机的实际工作情况而确定，而不应当限制于图中所示的方向。优选地，活塞连杆组在做功行程中，曲轴40从上止点开始转动5° ^15°之间时，上述位移可以达到最大，此时，即位移最大时，扭杆弹簧50的弹性势能最大。可以理解。在上述位移达到最大之前，扭杆弹簧50处于储能阶段，在上述位移达到最大之后，扭杆弹簧50开始处于释能阶段。具体地，扭杆弹簧50可以具有多种结构形式。如图5所示，扭杆弹簧50包括相配合的第一扭杆弹簧51和第二扭杆弹簧52，第一扭杆弹簧51包括第一固定部51a和与该第一固定部51a平行的第一安装部51b,第一固定部51a和第一安装部51b通过与第一固定部51a和第一安装部51b垂直的第一连接部51c连接，第二扭杆弹簧52包括第二固定部52a和与该第二固定部52a平行的第二安装部52b，第二固定部52a和第二安装部52b通过与第二固定部52a和第二安装部52b垂直的第二连接部52c连接，第二安装部52b插入第一安装部51b中，活塞销20套装在第一安装部51b的外周面上。因为考虑到扭杆弹簧50和活塞销20的装配，所述将上述第一扭杆弹簧51和第二扭杆弹簧52设置成通过将第二安装部52b插入第一安装部51b中而形成扭杆弹簧50的结构。在装配活塞销时，首先将活塞销20套装在第一安装部51b的外周面上，然后将连杆30的连杆小头安装在活塞销20上，之后再将第二安装部52b插入第一安装部51b中，最后再将第一固定部51a和第二固定部52a安装在活塞10的内表面上。优选地，活塞连杆组包括两个固定板53,两个固定板53固定在活塞10的内表面上，第一固定部51a和第二固定部52a分别固定在两个固定板53上。通过使用两个固定板53分别固定第一固定部51a和第二固定部52a，可以使活塞销20的中间留出连杆30的运动空间，防止固定板53对连杆30的运动造成干涉。此外，本实用新型还涉及一种内燃机，该内燃机包括以上所述的活塞连杆组。通过使用上述活塞连杆组，内燃机的做功效率得到了有效地提高。以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
权利要求1.一种活塞连杆组，该活塞连杆组包括活塞(10)、活塞销(20)和连杆(30)，所述连杆(30)的连杆小头安装在所述活塞销(20)上，所述连杆(30)的连杆大头安装在曲轴(40)上，其特征在于，所述活塞连杆组还包括扭杆弹簧(50)，该扭杆弹簧(50)固定在所述活塞(10)的内表面上，所述活塞销(20 )安装在所述扭杆弹簧(50 )上。
2.根据权利要求I所述的活塞连杆组，其特征在于，所述活塞连杆组在做功行程中，所述扭杆弹簧(50)包括储能阶段和释能阶段，在所述储能阶段和所述释能阶段中，所述活塞销(20)相对于所述活塞销(20)的初始位置具有位移。
3.根据权利要求I或2所述的活塞连杆组，其特征在于，所述活塞连杆组在做功行程中，所述扭杆弹簧(50)位于所述活塞销(20)的一侧，所述连杆(30)位于所述活塞销(20)的另一侧，并且在所述曲轴(40)从上止点开始转动到0° 20°之间时，所述活塞销(20)相对于所述活塞销(20)的初始位置具有位移。
4.根据权利要求3所述的活塞连杆组，其特征在于，所述活塞连杆组在做功行程中，所述曲轴(40)从上止点开始转动5° ^15°之间时，所述位移最大。
5.根据权利要求I或2所述的活塞连杆组，其特征在于，所述扭杆弹簧(50)包括相配合的第一扭杆弹簧(51)和第二扭杆弹簧(52)，所述第一扭杆弹簧(51)包括第一固定部(51a)和与该第一固定部(51a)平行的第一安装部(51b),所述第一固定部(51a)和所述第一安装部(51b)通过与所述第一固定部(51a)和所述第一安装部(51b)垂直的第一连接部(51c)连接，所述第二扭杆弹簧(52)包括第二固定部(52a)和与该第二固定部(52a)平行的第二安装部(52b)，所述第二固定部(52a)和所述第二安装部(52b)通过与所述第二固定部(52a)和所述第二安装部(52b)垂直的第二连接部(52c)连接，所述第二安装部(52b)插入所述第一安装部(51b)中，所述活塞销(20)套装在所述第一安装部(51b)的外周面上。
6.根据权利要求5所述的活塞连杆组，其特征在于，所述活塞连杆组包括两个固定板(53)，两个所述固定板(53)固定在所述活塞(10)的内表面上，所述第一固定部(51a)和所述第二固定部(52a)分别固定在两个所述固定板(53)上。
7.一种内燃机，其特征在于，该内燃机包括根据权利要求I至6中任意一项所述的活塞连杆组。
专利摘要本实用新型公开了一种活塞连杆组和包括该活塞连杆组的内燃机，所述活塞连杆组包括活塞(10)、活塞销(20)和连杆(30)，所述连杆的连杆小头安装在所述活塞销上，所述连杆的连杆大头安装在曲轴(40)上，其中，所述活塞连杆组还包括扭杆弹簧(50)，该扭杆弹簧固定在所述活塞的内表面上，所述活塞销安装在所述扭杆弹簧上。由于本实用新型提供的活塞连杆组在做功行程中，扭杆弹簧可以在曲轴转过上止点后的一定角度范围内将部分能量暂存，并且随着活塞进一步地向下移动，可以通过储能组件延迟释放能量，从而使燃料燃烧产生的气体压力更多的用于推动曲轴旋转，提高了曲轴的输出扭矩。相应地，包括该活塞连杆组的内燃机提高了做功效率。
文档编号F02B75/32GK202690221SQ201220278630
公开日2013年1月23日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者韩有旭 申请人:北汽福田汽车股份有限公司