一种活塞往复式单缸低速内燃发动机的制作方法_2

文档序号:8455124阅读:来源:国知局
,齿轮[2.07]上的轮齿继续与齿条上的齿槽依次啮合、脱开, 相继循环运行。此实施方式整个详细技术特征见所属专利说明书记载。
[0020] 从上述的技术特征和附图2. 01、2. 02、2. 03的示出可以看出:此专利中作发动机 动力机构的三种齿轮齿条机构:其齿轮和齿条之间为滚动摩擦,且可以很方便地作出所需 机械强度的轮齿和齿槽,因此,齿轮齿条机构摩擦力小、传动效率高、磨损少、寿命长,能满 足发动机机构负荷的要求;能满足发动机动力循环和将直线运动转变为旋转运动并将旋转 运动转变为直线运动的要求;由此,具有曲柄连杆机构在长期的实践和竞争中立于不败之 地的优点;同时可以看出,所述齿轮齿条机构没有不平衡的旋转惯力和曲柄销线速度高危 害的困扰。参看图3. 01示出:将发动缸活塞[3. 07]连接在所述齿条框架[2. 01]的上端面 上,则发动缸活塞[3.07]与齿条框架[2.01]同步运动且行程相同;所述齿条框架[2.01] 的行程(即活塞行程)对应的齿轮转角(相当于曲柄转角)为60度,那么,齿轮轴[2.07] 旋转1周(相当于曲轴转动1周)活塞[3.07]往复3次,即当齿轮轴与曲轴(同为动力 轴)的转速相同时,发动缸活塞[3.07]作功的次数是曲柄连杆机构活塞作功次数的3倍。 由此,在发动缸活塞的直径、行程、以及齿轮轴(相当于曲轴)转数与曲柄连杆机构发动机 相同时(暂不计增压和其他条件),从动力输出机构的途径,将发动机的功率提高了 3倍; 由于活塞往复3次(即作功3次)齿轮轴(相当于曲轴)转动1周,其单缸发动机发动缸 内发火间角与现有二冲程三缸发动机发火间角相同(同为120° ),在两者单缸有效容积相 同(暂不计其他条件)时,单缸发动机可替现有二冲程三缸发动机使用。从图2. 01齿轮 右上角轮齿和齿槽运动虚线(框架返回上止点时齿轮与齿条啮合后相位)还可以看出,在 发动缸内爆发时,齿条与齿轮处于相切的相位,此相位与曲柄连杆机构发动缸内爆发时,活 塞、连杆、曲柄销、曲轴处在一直线上的相位相比较可见,在发动缸内最大爆发力时刻,前者 活塞下降的速度比后者活塞下降的速度要快近8倍以上,大幅度地数倍之上地降低了系统 的机械负荷,避免了发动缸内最大爆发力危害的困扰,为发动机实现超高增压,克服缸内压 力剧增的危害创造了条件。
[0021] 我国发明专利"ZL200710193938.X、'一种活塞往复内燃机的增压机构'"(公告 号CN101289956B、公告日2011年6月22日)中【具体实施方式】1所述的一种发动机体内 活塞往复式增压机构及其系统设置,如图3. 01示出,其主要技术特征是:发动机用前所述 专利"ZL200710147446. 7"发明的'一种齿轮齿条机构'作动力机构[3. 06],该机构框架 的上端面连接发动缸活塞[3. 07],下端横向连接部分作出或联接增压缸活塞[3. 05],增压 缸活塞的直径是发动缸活塞直径的两倍以上,于是,齿轮齿条框架是动力输出机构框架又 是增加机构框架,两活塞通过框架的连接,同步运动且行程相同,构成一种发动机体内与动 力机构复合的增压比可达Jrk> 5的活塞往复式超高增压机构。图3. 01、3. 02示出:增压 缸[3. 16]与机身四周机壳固定连接,进气通道[3.01]和下压缩空气蓄气通道[3.04]设 在增压缸底盖板[3.20]的下面;图3. 05示出,压缩空气下蓄气通道[3.04]的下面,设有 增压缸内吸入空气量的调控机构,该机构由压缩空气止回阀[3.03]伸出发动机底盖板外 的阀杆头,联接摇杆[3. 17]左端,摇杆[3. 17]另一端联接调节伸缩杆[3. 29],在调节伸缩 杆[3. 29]和板弹簧[3. 18]相互作用下,对增压空气止回阀关闭间隙进行调节,使适量的 压缩空气返回增压缸内,以此调控增压缸内每工作循环增压空气的量,从而达到间接地调 控发动缸内每工作循环供入空气量的目的(关于此机构具体的调控技术方案,在发明专利 ZL200710193940. 7具体方式7中作有详细记载)。图3. 03、3. 04联合示出:上下压缩空气 蓄气通道[3. 09、3. 04]由管道[3. 19]联通,增压空气上蓄气通道[3. 09],环抱发动缸进风 口 [3. 10]区段,对发动缸[3. 11]内实现涡流供风并形成发动缸[3. 11]底座(发动缸下部 分)。图3. 06示出:排气管[3. 23]进口处上面,设有排气涡轮吸入空气止回阀[3. 22],当发 动缸排气阀[3. 21]关闭时,利用废气涡轮的转动从止回阀[3. 22]吸入空气,防止废气涡轮 的喘振,排气阀[3. 21]开启后,止回阀[3. 22]自动关闭,排气工作正常进行;增压缸进风管 口上面,设有增压缸内中冷压缩喷水机构,在增压缸吸气时对进风口喷射水雾;此喷水机构 及其调控在另发明专利"ZL200710193940. 7"中作出,其技术特征和工作原理,在所属发明 专利"ZL200710193940. 7"说明书【具体实施方式】6中作有详细记载(详见该专利说明书)。 该增压系统的工作机制如下:图3. 01示出,发动缸[3. 11]作功时,两活塞同步下行,增压 缸活塞[3. 05]压缩已吸入增压缸[3. 16]的空气,同时,将经过滤的空气从发动机盖面进风 口 [3. 13]吸入发动机机体内,进入机体内的空气,流经发动缸顶部散热片,往下通过发动 机机体横隔上的通风口 [3.08]和动力机构框架中空部位及其他空间,然后储于增压缸上 部空间(即增压缸活塞[3.05]上面);发动缸活塞[3.07]下行至发动缸进风口上附近处 时,排气阀[3. 21]开启,排气开始,涡轮吸入空气止回阀[3. 22]同时自动关闭;增压缸活塞 [3.05]继续压缩增压缸内的空气,当增压缸内空气的压力超过蓄气通道内压缩空气的压力 时,压缩空气止回阀[3.03]打开,压缩空气进入压缩空气蓄气通道,暂时伫储;发动缸活塞 [3. 07]下行至打开发动缸[3. 11]进风口 [3. 10]时,压缩空气以涡流进入发动缸,对发动缸 活塞顶面及构成燃烧室凹进部分扫气并实现冷却,同时对发动缸进行扫气和冷却,扫气工 作结束,排气阀[3. 21]关闭,排气工作结束,排气管进口上面的吸入空气止回阀[3. 22]在 涡轮的鼓风作用下开启,对排气阀及排气管进口部位实现冷却,并防止排气涡轮喘振[注: 此述吸入空气止回阀仅限于小型发动机防止排气涡轮喘振而应用,在多缸发动机或排气涡 轮不会发生的喘振发动机上,此吸入空气止回阀则取消可不采用]。活塞继续下行至下止 点,发动缸进风口[3. 10]全开,增压缸压缩空气止回阀[3.03]关闭,活塞从下止点向上反 行,增压缸吸入空气止回阀[3.02]开启,增压缸吸气工作开始进行,与此同时,中冷喷水咀 向增压缸进风管[3. 14]喷射水雾,水雾与空气混合进入增压缸内,吸收缸内空气流经沿途 冷却携带的热和空气压缩时产生的热汽化,由此实现增压缸内中冷压缩;活塞返行上升初 始,发动缸活塞[3. 07]压缩发动缸[3. 11]和与发动缸连通的压缩空气蓄气通道内的空气, 至发动缸进风口[3. 10]关闭时,发动缸[3. 11]和蓄气通道里的压缩空气隔开,蓄气通道内 的空气保持隔开时的压力伫储在蓄气通道内,发动缸内的空气随着发动缸活塞[3. 11]的 上升继续压缩直至活塞到达上止点,发动缸内压缩工作完成,与此同时,增压缸内吸气工作 完成,增压缸进气止回阀[3.02]关闭。活塞从上止点向下运动,下轮循环开始,如此循环。
[0022] 从上述技术特征和附图示出可以看出:所述专利"ZL200710193938.X"发明的一 种发动机体内增压机构,传动直接、结构简单,充分地利用了动力机构的工作部件和运转空 间,瞬时反应敏捷,可以很方便地实现增压比Jik> 5的超高增压和便于实现增压缸内喷 水中冷压缩,具有增压空气量的调控设置,可间接地掌控供入发动缸内的空气量,能在所有 大、中、小型活塞往复内燃机上应用,全面地克服所述现有涡轮增压方式的缺陷和不足之 处。此技术方案实施后,可将现有废气涡轮用于回收排气中携带的能量,增加发动机的热效 率,使发动机成为了涡轮复合发动机。详细技术特征参看该发明专利说明书记载。
[0023] 我国发明专利"ZL200710193940. 7 '一种挺杆和该挺杆的组合机构与调控系 统公告号CN101205861B、公告日2012年5月23日),首先发明了一种固定在与发动缸 活塞同步运动的动力机构框架(也即是增压机构框架)上的一种挺杆和一种设置在发动机 顶盖板上的摇杆机构,然后以此两发明为基础,对发动机中各工作系统及其调控系统作出 开创性的发明(各具体发明的整个技术特征和工作原理,详见该专利说明书的记载和附图 的示出),具体的发明及其技术特征简要地介绍如下:
【具体实施方式】 [0024] 1所述的一种挺杆:图4. 01右边结合图4. 03示出:与发动缸同步运 动的动力机构框架
【具体实施方式】 [4. 01]上固定一种挺杆
【具体实施方式】 [4. 02];如图4. 02所示:该挺杆头
【具体实施方式】 [4. 03]与摇 臂
【具体实施方式】 [4. 06]相对的一面,顺摇臂轴轴向,依从动构件泵喷咀
【具体实施方式】 [4. 08]各工况的工作参数(喷油 提前角、喷油速率、喷油量)从最小到最大工况的连线作出类似凸轮工作性能的工作形状, 图中:线段a' -a"是缓冲起点线,a-b是喷油提前角始点连线,a-c是喷油终点连线,同时 也是喷油量参数的连线,b-c是喷油速率线;在活塞顶面位于下止点时,挺杆头工作形状的 工作始点距摇臂
【具体实施方式】 [4.06]下面工作始点间的距离,等于活塞行程S_(S/180° )X喷油提前 角,以此确定挺杆头
【具体实施方式】 [4. 03]上工作形状工作始点的位置和挺杆的总长度;当发动机运转, 挺杆头
【具体实施方式】 [4. 03]上工作形状上升驱动摇臂
【具体实施方式】 [4. 06]时,泵喷咀
【具体实施方式】 [4. 08]就在摇臂对应的工作形 状上的参数下工作;
[0025]
【具体实施方式】2 :由【具体实施方式】1所述的一种挺杆和一种摇杆机构及泵喷咀构 成的一次燃油泵喷系统:图4. 01右边参看图5. 01右边联合示出:将所述摇臂[4. 06]固定 在摇杆轴[4.07]上,其固定端作出臂头传动另一异型摇臂[4. 05],当摇杆轴[4.07]带动 摇臂[4.06]随摇杆轴轴向运动时,其作出的臂头在异型摇臂形成的臂头移动槽内滑动;参 看图5. 01示出:异型摇臂[4. 05] -端活动地套在摇臂轴[4. 07]上,由轴座固定轴向位置, 使异型摇臂[4. 05]只作上下摇动,其轴向位置不变,它的另一端压在泵喷咀[4. 08]柱塞泵 头上,与柱塞泵头接触点的轴向位置保持不变;在异型摇臂[4.05]与泵喷咀泵体之间设一 拉力弹簧,保持异型摇臂[4. 05]臂头与泵喷咀[4. 08]泵头的接触,实施方式1所述挺杆头 [4.03]驱动摇臂[4.06]上升时,异型摇臂[4.05]与泵喷咀[4.08]保持接触的一端下压 泵喷咀[4. 08]柱塞泵头,泵喷咀[4. 08]就进行燃油泵喷的工作。摇杆轴[4. 07](即滑动 轴)与轴座滑动联接,操作摇杆轴轴向运动,使固定在滑动轴[4.07]上的摇臂[4.06]对应 挺杆头[4.03]工作形状上任一工况参数的位置时,泵喷咀[4.08]就在该任一工况的工作 参数下工作;
[0026] 由【具体实施方式】1和【具体实施方式】2所述的一种固定挺杆和一种摇杆机构及泵喷 咀构成的燃油泵喷系统,省去了传统的定时齿轮装置、凸轮机构、燃油泵、高压油管、回油管 及其固定和联接所需的构件,以及所占用的大量宝贵的发动机体内空间,结构紧凑、传动直 接,消除了现有燃油泵喷系统结构复杂而引起系统工作性能不良的因素,而且还可以通过 摇杆轴即滑动轴[[4. 07]随发动机工况变化的轴向运动,使燃油泵喷工作随发动机工况的 变化工作。
【具体实施方式】 [0027] 3所述的二次发动缸内喷水系统:图4. 01左边是二次发动缸内喷 水冷却系统主视图,参看图5. 01左中部示出二次发动缸内喷水机构俯视结构,两图联合示 出,该系统的挺杆
【具体实施方式】 [4. 16]固定在动力机构的框架
【具体实施方式】 [4.01]上(参看图4. 03),挺杆头
【具体实施方式】 [4. 15] 与摇臂
【具体实施方式】 [4. 12]以及异型摇臂
【具体实施方式】 [4. 13]和摇臂轴
【具体实施方式】 [4. 11],与所述燃油泵喷系统的结构及调控 方法对应相同;所不同的是挺杆头
【具体实施方式】 [4. 15]上的工作形状向下运动(即挺杆
【具体实施方式】 [4.06]后退下 行)为有效工作行程,活塞位于上止点时,挺杆头
【具体实施方式】 [4. 15]上工作形状也位于上止点,其工作 始点向下,挺杆头
【具体实施方式】 [4. 15]上第一次喷水工作形状喷水始点距摇臂
【具体实施方式】 [4. 12]上边工作始点的 距离,等于活塞顶面下行至发动缸内喷水始点的距离(发动缸内喷水始点由设计得出)。同 理,确定二次喷水工作形状喷水始点距摇臂
【具体实施方式】 [4. 12]上边工作始点间的距离,还可以确定第 一次喷水始点和第二次喷水始点间的距离,并推导出挺杆的总长度;挺杆头
【具体实施方式】 [4. 15]上第一 次喷水和第二次喷水的工作形状,由设计的第一次喷水和第二次喷水的工作参数参照燃油 泵喷系统工作形状的制作方法作出;泵喷咀
【具体实施方式】 [4. 09]柱塞泵由下向上压缩水液从喷咀喷出;
[0028] 上述二次发动缸内喷水冷却系统,不仅具有所述燃油泵喷系统具有的传动直接、 结构简单、便于布置和通过对其摇臂轴即滑动轴[4. 11]的调控,实现系统随发动机工况 变化工作的优点。其重大的积极效果还在于:除喷水冷却工作参数取值的理念和具体取值 的方法未公开之外(有关论述和技术方案在发明申请"申请号201410020453. 0、名称'一种 活塞往复内燃机的喷水冷却系统'"中提出),所述二次发动缸内喷水冷却系统,制定了一种 新型的、从发动缸内的途径,定部位、定时定量定速率工作的冷却技术方案和技术手段,该 新型的冷却技术方案,若在正确冷却取值的理念和方法得出的工作参数下工作时,即按前 [0007]段尾所注,用发明申请"201410020453. 0"中发明的新的喷水参数取值方案得出的 喷水参数下工作时,可掌控发动缸内混合气燃烧的温度和燃烧的过程,从发动缸内的途径, 在确保发动装置不受到热负荷危害安全可靠地工作的前提下,基本上避免现有冷却方式造 成的约30%的发动缸内燃料热效率的损失,同时基本上避免发动缸内各种不良燃烧污染物 的生成;
[0029]
【具体实施方式】4所述一种二次燃油泵喷系统:如图4. 01结合图4. 10示出:该系统 与前所述实施方式1和2构成的一次燃油泵喷系统不同的技术特征是:其挺杆仍用所述一 次燃油泵喷系统的挺杆,只是挺杆头上的工作形状不同,该挺杆头上面作出两次燃油泵喷 的工作形状,第二次燃油泵喷的工作形状作在所述一次燃油泵喷系统工作形状的下面;两 次燃油泵喷的工作形状,由设计的第一次燃油泵喷的工作参数和第二次燃油泵喷工作的参 数分别作出;由此所述,二次燃油泵喷系统,仅是挺杆头上的工作形状不同,由此,只需将一 次燃油泵喷系统的挺杆头换成二次燃油泵喷系统挺杆头,所述一次燃油泵喷系统即成为了 二次燃油泵喷系统。其积极效果是:便于组织发动缸内的燃烧工作,尤其是可以实现发动缸 内汽油机械式喷射,第一次喷入的汽油雾与发动缸内吸入的空气混合,形成浓度较稀的混 合气,便于实现较高的增压比,提高发动机的热效率,第二次喷入的汽油雾,由于发动缸内 经压缩后的较稀浓度的混合气密度大,喷入油雾的射程相对减小,在点火处形成适合于点 火燃烧的高浓度的混合气,便于发动缸内点火燃烧过程顺利进行,由此,此二次燃油泵喷系 统可用于汽油机作燃油泵喷系统;
【具体实施方式】 [0030] 5所述顶置排气系统,如图4. 04示出:该系统结构的主要特征和驱 动方式以及调控方法与实施方式3所述的二次发动缸内喷水冷却系统基本相同,所不同的 是挺杆
【具体实施方式】 [4. 17]的挺杆头
【具体实施方式】 [4.20]上只作出一个工作形状,该工作形状由设计的排气工作参 数(排气正时和排气量)作出;挺杆头
【具体实施方式】 [4.20]上工作形状下面的工作始点距摇臂
【具体实施方式】 [4.23] 上边工作始点的距离,等于活塞顶面从上止点下行至发动缸内预排气始点(预排气始点由 设计得出)间的距离,挺杆头
【具体实施方式】 [4.20]向下运动,工作形状驱动摇臂
【具体实施方式】 [4.23]时,异型摇臂
【具体实施方式】 [4.21]向上运动带动排气阀
【具体实施方式】 [4.26]上升,随工作形状上的参数开启一定的高度,之后,摇 臂
【具体实施方式】 [4. 23]在工作形状的垂直平面上滑行,排气阀
【具体实施方式】 [4. 26]保持开启的高度不变,燃气继续排 出,此段排气延续期的时间由设计参数确定,排气完毕,摇臂
【具体实施方式】 [4.23]与工作形状脱离,拉力 弹簧
【具体实施方式】 [4. 19]使排气阀关闭。挺杆头
【具体实施方式】 [4. 20]上工作形状从下止点返回向上驱动摇臂
【具体实施方式】 [4. 23] 时,异型摇臂
【具体实施方式】 [4.21]向下作无效运动,摇臂
【具体实施方式】 [4.23]脱离工作形状驱动后,拉力弹簧
【具体实施方式】 [4.24] 拉力使异型摇臂
【具体实施方式】 [4.21]恢复原位。其积极效果是,通过该系统摇臂轴即滑动轴随发动机工 况变化的轴向运动,可实现系统随发动机的工况变化而进行排气工作,有利于发动缸内第 二次喷水工作准确地实施;
[0031]
【具体实施方式】6所述增压缸内中冷压缩喷水系统,该系统分手动调控和随发动机 工况调控两部分,下面主要介绍随发动机工况变化工作的部分,其主要特征如图4. 05示 出:所述二次发动缸内喷水冷却系统挺杆[4. 16]的侧边作出挺杆头[4. 27](此挺杆头也即 是工作形状),与泵喷咀[4.28]的柱塞泵头对应,上升时驱动泵喷咀柱塞泵头后退,压迫泵 腔内的水液进入喷咀,实现泵喷水液的工作;泵喷咀[4. 28]正对增压缸进风管口(图中双 点线示出);所述挺杆[4. 16]杆身侧作出的侧挺杆头[4. 27],与活塞同步运动,上升驱动泵 喷咀[4.28]泵喷水液时,正好与增压缸内吸入空气的过程同步,泵喷咀喷出的水雾与空气 混合一起进入增压缸内,在增压缸内空气压缩的过程中吸热汽化,起到中冷压缩的作用;图 4. 05结合图4. 06、4. 07示出:固定在与滑动轴[4. 14]同步运动的套筒[4. 34]上的齿条 [4. 40],与传动构件[4. 33]上作出的轮齿啮合;调节滑动轴[4. 14]作轴向运动,带动传动 构件[4. 33]下面的扇形凸轮运动,扇形凸轮的运动,通过拉杆[4. 29]与泵喷咀[4. 28]柱 塞泵上的弹簧配合,调节泵喷咀[4. 28]的柱塞进退(图
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