帶有節流腔、副曲軸(正時軸)的逆壓縮比內燃機的制作方法
【專利說明】帶有節流腔、副曲軸(正時軸)的逆壓縮比內燃機
[0001]本發明屬于機械領域。
[0002]內燃機的尾氣壓力仍有巨大能量，而固定的曲軸運轉在壓縮比的限制下及整個系統條件的約束下，無法充分展開膨脹做功沖程的行程，在電磁氣門技術的條件下，一些內燃機的冗余設計是在低功率輸出時采用完關閉進氣氣門的方法，獲得相對高的等效壓縮比，提高了該功率區段的效率，但高功率輸出時無效；過大的壓縮比對于汽油機來說，易于產生爆震，限制了效率的整體提高。
[0003]技術背景:截止到2011年文獻共有5個技術方案:
[0004]方案1:汽缸蓋(或帶汽缸組件整體)位移式:以坤寶SUV發動機為代表，2000年出現，節能顯著，但調整需要過多能量，增重較大，整體裝配性欠佳。
[0005]方案2:偏心位移式:借助活塞銷、連桿大頭銷或曲軸中心軸的整體偏移來實現；困難在于，運動部件的機械控制問題，2003年FEV公司提出了曲軸中心軸的整體偏移方法，但未件樣機。
[0006]方案3:多連桿式:盡管日本日產及法國MEC公司在2005年都推出了各自的多連桿樣機，實際上是3節4轉軸的機構，復雜于方案I且結構臃腫，性價比差。
[0007]方案4:改變活塞高度式:奔馳公司提出利用液壓技術，美國一家公司提出利用彈性件，由于原理性困境，未件樣機。
[0008]方案5:改變汽缸容積式:瑞典LUND技術學院提出在汽缸蓋上加有I套完整的小的活塞連桿系統，密封、耐熱、潤滑的不可弱視性限制了其實用化發展。
[0009]本發明目的:在擴展正時軸的功能，引入逆壓縮比的機制，將在汽缸燃燒餓功率輸出全程獲得相對大的做功沖程的行程幾瞬時速度；首次引入節流腔的結構，通過閥門來來改變燃燒室的體積及等效體積，連續改變壓縮比；大大的提高了效率及提升了功率密度，配合直噴技術將會更好。
[0010]本發明特點:僅僅增加了副連桿、節流腔及節流閥部件就可以完成壓縮比餓連續改變壓縮比及逆壓縮比。
[0011]技術關鍵為:
[0012]實現逆壓縮比內燃機的技術關鍵為:
[0013]主要相關部件的安裝及工作狀態是:活塞(I)直接連接在主連桿(2)上的I端，而主連桿(2)上的另I端連接在副連桿(3)的中部副曲柄銷(6)上；副連桿(3)的I端連接在主曲柄銷(14)上，另I端連接在副曲柄銷(15)上；副曲軸(4)與主曲軸(5)是通過正時小齒輪(7)與正時大齒輪(8)齒合連接同步的，正時小齒輪(7)與正時大齒輪(8)的齒數比為:1:2 ;這就使:當副曲軸⑷轉動I周時，主曲軸(5)則轉動2周。
[0014]副連桿(3)上加工有連桿滑道(11)，滑塊(9)可以在其中約束下自由滑動，滑塊孔(10)開在滑塊(9)上，而滑塊(9)作為副連桿(3)的一部分與副曲柄銷(15)鉸連接；就是滑塊(9)即可以沿著連桿滑道(11)滑動又可以在副曲柄銷(15)的約束下作圓周運動。
[0015]連桿滑道(11)可以是直線型的，也可以是弧線型的，弧度的選取應考慮熱力學循環特點。
[0016]2個連桿之間的位置裝配關系是這樣的:因為主曲軸(5)轉動2周時，副曲軸(4)轉動I周(也可以用鏈輪系統)，具體位置配合關系為:當主曲軸(5)上的主曲柄銷(14)位于最下端時(最遠離氣缸頂時)，副曲軸(4)的副曲柄銷(6)也位于最下端；在此位置狀態下，繼續轉動I周(360度)主曲軸(5)，主曲柄銷(14)再次回到了最下端位置，最下端位置也就是活塞(I)位于下止點的位置；由于正時小齒輪(7)與正時大齒輪(8)的齒數比為:1:2關系，副曲軸(4)則轉動半周，此時副曲柄銷(6)則位于最上端；因而活塞將有2個下止點位置。
[0017]而活塞處于上止點位置時，由于連桿滑道(11)的走向覆蓋副曲柄銷的處于最左端及最右端的位置(就是說:活塞處在上止點時，副連桿(3)上的桿滑道(11)可以容納滑塊(9)處于副曲柄銷(6)約束其在最左端及最右端的2位置上)，無論副曲柄銷(6)的位置是在左端還是在右端(左右是相對于副曲軸轉動中心而言的)，所獲得的副連桿(3)的位置姿態都是相同的，因而活塞上止點只有I個位置。
[0018]因而；4個沖程中，活塞將交替到達不同的下止點，我們選擇活塞行程較長的為做工沖程，而活塞行程較短的為吸氣沖程，燃料的利用率將能極大得到提高。
[0019]由于燃氣的快速及大體積的膨脹，內能更多的轉換成輸出功，對汽缸套的散熱量下降數倍，水冷系統有望用風冷系統取替。
[0020]逆壓縮比是反向提高壓縮比的反演方法:以做功體積與壓縮體積之比來計算，會有很大增加，而沒有絕對增加最大的氣缸壓縮氣體壓力值。
[0021]概括的講:使用了雙曲軸系統:即副曲軸及主曲軸，且副連桿的2端孔或I個端孔及中間孔分別連接于副曲柄銷、主曲柄銷上；副連桿的形狀滿足于，當活塞處于上止點位置時，連桿滑道(11)的走向要覆蓋副曲柄銷的處于最左端及最右端的位置:即活塞處在上止點時，副連桿⑶上的桿滑道(11)可以容納滑塊(9)處于副曲柄銷(6)約束其在最左端及最右端的2位置上，無論副曲柄銷(6)的位置是在左端還是在右端，所獲得的副連桿(3)的位置姿態都是相同的，因而活塞上止點只有I個相同的位置；副曲軸、主曲軸為定軸轉動，且副曲軸的轉動速度是主曲軸轉動速度的50% ;副曲軸可以兼做正時軸，用以安裝凸輪驅動挺桿推動氣門；2個曲軸剛好共同分擔力量，減少了對強度的要求。
[0022]實現節流腔壓縮比控制的技術關鍵:
[0023]主要相關部件的安裝及工作狀態是:節流閥(20)被節流閥驅動電機(21)驅動；轉動節流閥(20)將使得節流閥上的節流孔(24)對準通道(23)使得燃燒室(13)與節流腔
(22)連通；或是節流孔(24)垂直于通道(23)使得燃燒室(13)與節流腔(22)處于隔斷狀
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[0024]當節流閥驅動電機(21)轉動節流閥(20)，使得節流孔(24)即不垂直于也不平行與通道(23)的情況下，燃燒室(13)與節流腔(22)處于節流狀態，暴露在通道上的開口面積有所減少，氣體流通阻力變大，此時節流腔(22)的壓力的變化要滯后于燃燒室(13)壓力餓變化，氣體流通的阻力程度可以由節流閥(20)的轉動角度決定。
[0025]節流腔(22)是個密封的小尺度的空間，僅僅相當于汽缸容積的1/20左右。
[0026]當內燃機小油量時，能承受較大的壓縮比，節流腔(22)處于隔斷狀態；當大負荷高溫下，被迫降為較小的壓縮比狀態，酌情選擇節流的中間狀態。
[0027]概括的講:在燃燒室的頂部附近加工有用于緩沖及限制燃燒室極端壓力的節流腔；可通過轉動或軸向移動節流閥使得節流孔被部分阻擋，獲得燃燒室與節流腔的連同程度；節流腔除了由通道與燃燒室連同之外，處于絕對密封狀態。
[0028]以下結合附圖對本發明作進一步說明:
[0029]圖1帶有逆壓縮比功能的內燃機原理示意圖
[0030]圖2燃燒室節流腔及節流閥的變壓縮比調控原理示意圖
[0031]圖示說明:
[0032]I 活塞
[0033]2主連桿
[0034]3副連桿
[0035]4副曲軸(顯示部分為曲柄)
[0036]5主曲軸(顯示部分為曲柄)
[0037]6副曲柄銷
[0038]7小齒輪
[0039]8大齒輪
[0040]9 滑塊
[0041]10滑塊孔
[0042]11連桿滑道
[0043]12副連桿銷
[0044]13燃燒室
[0045]14主曲柄銷
[0046]15主曲軸轉動中心線
[0047]16副曲軸轉動中心線
[0048]20節流閥
[0049]21節流閥驅動電機
[0050]22節流腔
[0051]23 通道
[0052]24節流孔
[0053]25火花塞
[0054]26 汽缸
[0055]如圖1所示:
[0056]活塞(I)直接連接在主連桿⑵上的I端，主連桿⑵上的另I端連接在副連桿
(3)的中部副曲柄銷(6)上(曲柄銷是緊配固定在曲柄上)；副連桿(3)的I端連接在主曲柄銷(14)上(曲柄銷是緊配固定在曲柄上)，另I端連接在副曲柄銷(15)上；副曲軸(4)與主曲軸(5)是通過正時小齒輪(7)與大齒輪(8)齒合連接的，正時小齒輪(7)與大齒輪
(8)的齒數比為:1:2。
[0057]副曲軸⑷轉動I周時，主曲軸(5)則轉動2周。
[0058]副連桿(3)上加工有連桿