专利名称:加大膨胀比的变压缩比内燃机的制作方法
本实用新型涉及一种往复活塞式内燃机。
传统的四冲程内燃机活塞的压缩冲程和膨胀冲程相等，其几何压缩比和膨胀比也相等，当膨胀冲程结束时，废气的温度和压力仍很高。在非增压内燃机中，这种状态的废气将直接排出机外，故
损失很高。传统内燃机提供的压缩比是固定不变的，若在满负荷工况时正合适，那么在低负荷时就显得偏低了。同一内燃机燃用不同品质的燃油时，其所需求的最佳压缩比也不同，因此传统内燃机很难使用多种燃料。此外传统内燃机对着火提前角的改变十分敏感，当提前角过大时会使压缩负功增加过多而降低整机的
效率，因此，在负荷较低时就无法依靠加大提前角来使工质达到所允许的最高温度，这时的
效率就很低。
本实用新型的目的就在于提供一种膨胀比大于压缩比，且膨胀比和压缩比均可改变的往复活塞式内燃机，克服传统内燃机
效率低，只能燃用单一燃料等缺点。
本实用新型的内燃机主要由缸体(6)、缸盖、油底壳(19)、曲轴(9)、连杆(5)、活塞(22)、飞轮(23)、配气机构、供给系统、润滑系统、冷却系统等组成。本实用新型最突出的特点是，为了使内燃机的膨胀比大于压缩比，并且使膨胀比和压缩比均可根据需要随时调整，设置了偏心轴、齿圈、操纵杆以及操纵杆控制机构。将一侧固定有曲轴齿轮(13)的曲轴(9)的主轴颈安装在偏心轴(8)和动力输出偏心轮(21)的偏心孔内。曲轴主轴颈与偏心孔之间装有曲轴主轴承(10)。曲轴一侧的曲轴齿轮(13)与齿圈(1)互相啮合，二者的齿数比为13。曲轴齿轮(13)的分度圆直径和偏心轴(8)以及动力输出偏心轴(21)上的偏心孔的偏心距(e)相等。偏心轴(8)和动力输出偏心轴(21)分别安装在缸体(6)两侧的轴承(7)内。动力输出偏心轴(21)其结构如图2所示，由于既要将飞轮(23)固定其上，又要使它不跟曲轴齿轮(13)，以及齿圈(1)发生干涉，所以将动力输出偏心轴(21)做成台阶式，并带月牙缺口的轴，轴的端面中线两边有螺栓孔，用以安装固定飞轮(23)的螺栓。偏心轴(8)和动力输出偏心轴(21)与齿圈(1)的旋转中心在一条直线上。齿圈(1)安装在动力输出轴(21)外侧，齿圈(1)外缘靠缸体(6)外壁处装有止推轴承(26)。齿圈(1)通过安装在径向轴承支架(4)上的径向轴承(3)径向定位，而径向轴承支架(4)固定在缸体(6)上。操纵杆(2)固定在齿圈(1)上，用它来调整齿圈(1)的位置，也就改变了压缩比。若想获得所需的压缩比，只要通过控制操纵杆(2)使齿圈(1)转到适当的位置就可以实现。操纵杆(2)可由手动控制，也可由自动控制机构控制。齿圈护罩(11)用来把齿圈(1)与外部大气隔离，因为齿圈(1)与油底壳(19)相连通。另外，在偏心轴(3)的外端装有正时齿轮(24)，用于驱动供给系统，同时还装有配气凸轮(27)，即可直接驱动配气机构。而传统的内燃机是通过由正时齿轮驱动，且转速为曲轴转速一半的配气凸轮轴来驱动配气机构的，因此，本实用新型又可省去一根配气凸轮轴。
假设偏心孔的偏心距为e，曲轴(9)的曲柄半径为R，当曲轴主轴颈位于最低点时，若令曲柄中心线与气缸轴线的夹角为0，则活塞的膨胀和排气行程是2R＋e，而吸气和压缩行程为2R－e，显而易见，本实用新型的膨胀比要大于压缩比。一般来说，当e大于R的一半以上时，可节约燃料15％以上。但e也不宜过大，否则由于吸气行程减少过多，而使整机进气充量下降，造成输出功率下降过多。同时e也不宜过小，过小则节油效果不明显，同时会造成齿圈分度圆直径过小，使轮齿强度降低。本实用新型允许偏心距(e)的取值范围在0.2R——2R之间。本实用新型在活塞上止点前后不小于π／6的范围内，不论是压缩冲程还是膨胀冲程，其瞬时输出扭矩均为正值，即使压缩冲程也不做负功。这样，就可采用较大的着火提前角，使工质最高温度达到允许值，来提高整机在各种工况下的
效率，而不会象传统往复活塞式内燃机那样增加负功。设曲轴主轴颈位于最低点时，曲柄中心线与气缸轴线的夹角为φ，则当φ＞0时，在排气上止点时的活塞位置要高于压缩上止点时的活塞位置，即排气余隙要小于压缩余隙，表明本实用新型的余气系数要小于传统往复活塞式内燃机的余气系数。另外当φ增加时，排气余隙减小，而压缩余隙却增加，这表明压缩比在减小。φ值的范围可根据最小排气余隙和最低压缩比来确定，本实用新型的φ值在0～π／4之间。
本实用新型节能效果好，当偏心孔的偏心距(e)大于曲柄半径R的一半时，可节油15％以上。由于压缩比可随负荷改变，从而改善了往复活塞式内燃机的冷起动性能，又可使用多种燃料，提高了部分负荷的经济性。可选择较大的点火提前角，而不会增加压缩负功，故即使负荷很小时，工质的最高温度也可达到最大允许值，因而提高了
效率。只要φ＞0，则排气余隙容积就小于压缩余隙容积，因此可得到较低的余气系数。余气系数小则会使扫气干净，提高了充气效率和热效率，一多作了功。由于作为输出轴的偏心轴转速为曲轴转速的一半，因此可由偏心轴直接驱动配气机构，而省去单独的配气凸轮轴，同时还可简化与偏心轴配合的变速箱的结构，减轻了变速箱的重量。
图1为加大膨胀比可变压缩比的往复活塞式内燃机的结构示意图。
图中各序号分别表示(1)齿圈、(2)操纵杆、(3)径向轴承、(4)径向轴承支架、(5)连杆、(6)缸体、(7)偏心轴轴承、(8)偏心轴、(9)曲轴、(10)曲轴主轴承、(11)齿圈护罩、(12)连杆轴承、(13)曲轴齿轮、(19)油底壳、(21)动力输出偏心轴、(22)活塞、(23)飞轮、(24)正时齿轮、(25)油封、(26)止推轴承、(27)配气凸轮。
图2为动力输出偏心轴的剖视图。
图中φa表示偏心孔、φb表示螺栓孔、e表示偏心距。
图3为一种自动调整压缩比的机构示意图。
图中序号分别表示(1)齿圈、(2)操纵杆、(14)可调节流阀、(15)单向阀、(16)节流阀、(17)弹簧、(18)单作用油缸、(19)油底壳、(20)机油泵。
实施例现介绍一种自动调整压缩比的机构(如图3所示)。可调节流阀(14)的机械传动部分与内燃机的燃料控制部分相连接，当循环燃料供给量增加时，可调节流阀(14)的开度增大。单向阀(15)与可调节流阀(14)串联，单向阀(15)后面的油路分为两个方向，一条通过节流阀(16)与油底壳(19)相通；另一条与单作用油缸(18)相联，单作用油缸(18)的柱塞杆与操纵杆(2)铰接，单作用油缸(18)的缸体与内燃机的缸体(6)铰接。弹簧(17)一端与单作用油缸(18)的柱塞杆铰接，另一端固定在缸体(6)上。当内燃机在额定负荷工况时，有一最佳压缩比，齿圈(1)在此位置时，弹簧(17)处于自由状态。若动力输出偏心轴(21)逆时针旋转，则齿圈(1)将承受由曲轴齿轮(13)传递来的力矩，其平均值的正方向为顺时针方向，但力矩瞬时值的大小及方向均是在变化的。故油缸(18)内的油压由于进口的节流作用，其瞬时值也是变化的。单向阀(15)的作用在于，当其瞬时值低于供油压力时，允许油从可调节流阀(14)流向油缸，反之则将此油路切断，这时由于弹簧(17)的作用，使油缸内的油只能通过节流阀(16)流入油底壳(19)。节流阀(16)的流通特性可事先选定，以配合所需的压缩比，即在额定工况时，由可调节流阀(14)流入的油量与由节流阀(16)流出的油量相等。机油泵(20)泵出的油，一路供给本机润滑系统，另一路与可调节流阀(14)相通。油缸(18)的横截面积，应使由机油压力产生的齿圈转矩与该内燃机额定工况时燃气作用于齿圈的平均力矩相等。在最大负荷工况时，可调节流阀(14)流量最大，节流阀(16)流量不变。由于流入油缸内的油量增加，齿圈(1)将作逆时针旋转，此时动力输出偏心轴(21)逆时针旋转，则相当于φ角增加，压缩余隙也增加，压缩比减小，最大爆发压力将下降。当齿圈(1)逆转时，弹簧(17)将对齿圈(1)产生一反力矩。当此反力矩与油压力产生的力矩及燃气产生的力矩之和为零，齿圈(1)将停止转动。因为燃气压力产生的力矩是周期变化的，所以采用了单向阀(15)，这样可使齿圈(1)的运动更趋稳定。当负荷减小时，可调节流阀(14)流量减小，因此在弹簧力和燃气压力作用下，油缸内油量将减少，齿圈(1)向顺时针方向转动，压缩比开始增大，当大到一定程度时，弹簧(17)通过自由状态后，弹簧力将阻止齿圈(1)进一步顺时针旋转，因此压缩比不再增加，同时也限制住了最高压缩比。停机后，在弹簧力的作用下，压缩比将处于原来设定的额定压缩比状态，此时单作用油缸(18)通过节流阀(16)从油底壳(19)内吸油或放油，以适应由于单作用油缸(18)柱塞复位所造成的空间。适当地选择弹簧(17)的刚度，可使压缩比的变化完全适应负荷的变化。
权利要求
1.一种由缸体、缸盖、油底壳、曲轴、连杆、活塞、飞轮、配气机构、供给系统、润滑系统、冷却系统组成的内燃机，其特征在于曲轴主轴颈安装在偏心轴的偏心孔内，固定于曲轴一侧的曲轴齿轮与齿圈啮合，二者的齿数比为1∶3，曲轴齿轮分度圆直径等于偏心孔的偏心距。
2.按权利要求
1所述的内燃机，其特征在于偏心孔的偏心距(e)的取值范围为0.2R＜e＜2R(R为曲柄半径)。
3.按权利要求
1所述的内燃机，其特征在于齿圈上装有操纵杆，操纵杆与控制它运动的油缸柱塞杆铰接。
4.按权利要求
1所述的内燃机，其特征在于当曲轴主轴颈位于最低点时，曲柄中心线与气缸轴线的夹角为0～π／4。
5.按权利要求
1所述的内燃机，其特征在于配气凸轮安装在偏心轴上。
专利摘要
一种加大膨胀比的变压缩比往复活塞式内燃机，通过把曲轴安装在偏心轴的偏心孔内，且使曲轴齿轮与跟偏心轴同心安装的齿圈相互啮合(齿数比为1∶3)来获得大于压缩比的膨胀比。当控制操纵杆使齿圈转动时，压缩比随即发生变化，该机当偏心轴的偏心距大于曲柄半径的一半时，可节油15％以上，压缩比可随负荷改变，可使用多种燃料，可选择较大的点火提前角，可降低余气系数，因动力输出轴是曲轴转速的一半可简化变速箱。
文档编号F02D15/00GK86207765SQ86207765
公开日1987年8月19日 申请日期1986年10月16日
发明者钱致疆 申请人:吉林工业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan