專利名稱：奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變活塞止點(diǎn)位置的方法，尤其是能降低燃料消耗，提高內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性能的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前正在使用的往復(fù)四沖程內(nèi)燃機(jī)是按奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)方式工作，其不足之處在于壓縮比膨脹比相等，燃?xì)獠荒芨嗟嘏蛎洠瑸榇嗽羞^膨脹比大于壓縮比的阿特金森循環(huán)，但膨脹平均有效壓力又低，功的所得不大于其所失。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服狄塞爾循環(huán)、奧托循環(huán)膨脹不充分，阿特金森循環(huán)膨脹平均有效壓力低的不足，本發(fā)明提供一種變活塞行程的方法，方法不僅能使奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)的膨脹充分，而且能在膨脹充分的同時(shí)使阿特金森循環(huán)的膨脹平均有效壓力不低于奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在內(nèi)燃機(jī)的連桿軸頸連接有連桿大頭，在這樣的連接中，設(shè)置一個(gè)偏心組浮動(dòng)套軸，偏心組浮動(dòng)套軸的內(nèi)頸與曲軸連桿軸頸動(dòng)連接，外頸與連桿大頭分別連接，(這種瓦中套瓦的結(jié)構(gòu)及機(jī)油道與MB839型柴油機(jī)的叉片式連桿類同)，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從圖1所示的機(jī)構(gòu)原理及P-V圖可知進(jìn)氣，膨脹之活塞并聯(lián)行程在氣壓的差動(dòng)力作用下，偏心組浮動(dòng)套軸本體與連接膨脹行程的連桿大頭相對(duì)不動(dòng)(相當(dāng)與連桿大頭為一體)，偏心組浮動(dòng)套軸內(nèi)頸與曲軸的連桿軸頸互相轉(zhuǎn)動(dòng)，副的磨損與奧托、狄塞爾機(jī)器相同。在排氣、壓縮之二活塞并聯(lián)行程，氣壓差的差動(dòng)作用力使偏心組浮動(dòng)套軸本體與曲軸的連桿軸頸相對(duì)不動(dòng)(相當(dāng)和曲軸是一體)，偏心組浮動(dòng)套軸的偏心外頸只與連桿大頭相互轉(zhuǎn)動(dòng)，副的磨損與奧托、狄塞爾機(jī)器相同。并聯(lián)活塞在止點(diǎn)及附近位置的二活塞慣性力的差與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，偏心組浮動(dòng)套軸轉(zhuǎn)動(dòng)的隨動(dòng)響應(yīng)與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，并聯(lián)活塞在下止點(diǎn)時(shí)作用在偏心組浮動(dòng)套軸上力的矢量和或初始力矩由并聯(lián)活塞組中連接膨脹行程的連桿、偏心組，因沿曲軸回轉(zhuǎn)中心距離增加，旋轉(zhuǎn)線速度大，質(zhì)量加速度大確定，使其偏心組浮動(dòng)套軸在連桿軸頸上的回轉(zhuǎn)方向與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相同。轉(zhuǎn)動(dòng)疊加的效果是每個(gè)行程活塞的排氣量相對(duì)曲軸回轉(zhuǎn)相位呈周期性變化，本發(fā)明熱功轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的這種組合與奧托循環(huán)，狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)(三種循環(huán)以下統(tǒng)稱簡(jiǎn)稱現(xiàn)循環(huán)，本申請(qǐng)簡(jiǎn)稱申機(jī))，按進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程、排氣行程的次序?qū)γ總€(gè)行程的功量交換，氣缸與活塞磨損的對(duì)比分別敘述如下從圖1中虛線以上申機(jī)的P-V圖和虛線以下現(xiàn)循環(huán)P-V圖的對(duì)比得出(為便于比較，現(xiàn)舉例說明設(shè)現(xiàn)循環(huán)、申機(jī)的曲軸連桿軸頸相對(duì)曲軸主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑R為60毫米，那么現(xiàn)循環(huán)的活塞行程為120毫米。申機(jī)在壓縮比為6，連桿大頭中心相對(duì)曲軸的連桿軸頸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑r為10毫米，活塞在進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣行程分別是120毫米、100毫米、120毫米、140毫米)。
進(jìn)氣行程活塞行程申機(jī)為120毫米，現(xiàn)循環(huán)為120毫米，相等說明氣缸與活塞的磨損相等，進(jìn)氣行程開始時(shí)申機(jī)的氣缸容積(理論上是零)小于現(xiàn)循環(huán)說明申機(jī)進(jìn)氣效率高，在兩機(jī)的活塞移動(dòng)長(zhǎng)度(排量相等)時(shí)，那么現(xiàn)循環(huán)進(jìn)氣量少于申機(jī)。
壓縮行程活塞行程現(xiàn)循環(huán)為120毫米，申機(jī)為100毫米，那么申機(jī)消耗的壓縮負(fù)功比現(xiàn)循環(huán)少，氣缸與活塞磨損也小于現(xiàn)循環(huán)，申機(jī)缸內(nèi)工質(zhì)中沒有廢氣那么壓縮多變指數(shù)大，壓縮效率高于現(xiàn)循環(huán)。
作功行程活塞行程現(xiàn)循環(huán)為120毫米，申機(jī)為120毫米，說明氣缸與活塞磨損相同。申機(jī)進(jìn)氣行程進(jìn)氣量多那么申機(jī)膨脹平均有效壓力大于現(xiàn)循環(huán)，(此參數(shù)大的另一個(gè)原因是申機(jī)、現(xiàn)循環(huán)的壓縮比、曲軸連桿軸頸回轉(zhuǎn)半徑相同時(shí)，在本例中申機(jī)燃燒室容積比現(xiàn)循環(huán)小6分之1，這樣申機(jī)膨脹行程缸內(nèi)氣體壓力大)。
排氣行程活塞行程現(xiàn)循環(huán)為120毫米，申機(jī)為140毫米。說明氣缸與活塞的磨損申機(jī)大于現(xiàn)循環(huán)，排氣效率現(xiàn)循環(huán)為活塞直接推出與其它非直接推出的組合式，申機(jī)為全程直接由活塞推出，由于排氣的直接推出效率最高，則申機(jī)排氣效率比現(xiàn)循環(huán)高，排出等量廢氣的耗功少。
上述比較可得的結(jié)果如下1、氣缸與活塞的磨損申機(jī)壓縮行程100毫米加作功行程120毫米等于220毫米，現(xiàn)循環(huán)壓縮行程120毫米加作功行程120毫米等于240毫米，240毫米減220毫米的差是20毫米，那么在現(xiàn)循環(huán)的總行程120毫米乘以4等于480毫米，申機(jī)總行程[120毫米乘2加(100毫米加140毫米)]等于480毫米，兩機(jī)相等則申機(jī)活塞、活塞環(huán)與氣缸在高氣壓下的磨損行程比現(xiàn)循環(huán)小20毫米，說明申機(jī)的機(jī)械效率高于現(xiàn)循環(huán)。
2、功量交換現(xiàn)循環(huán)、申機(jī)的作功行程活塞行程相等，由于申機(jī)的膨脹平均有效壓力大于現(xiàn)循環(huán)，公式W＝FS中申機(jī)F大，則在這一行程申機(jī)所得的功大于現(xiàn)循環(huán)，機(jī)械效率高于現(xiàn)循環(huán)?，F(xiàn)循環(huán)、申機(jī)在壓縮沖程活塞的行程分別為120毫米、100毫米，公式W＝FS中申機(jī)S小，說明申機(jī)壓縮負(fù)功少，節(jié)省的這份負(fù)功則由動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)經(jīng)飛輪輸出，使變?yōu)闄C(jī)械功的熱量大于現(xiàn)循環(huán)。
上述兩項(xiàng)的優(yōu)化之和說明像汽油機(jī)、氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓汽油機(jī)、柴油機(jī)，把行程改為進(jìn)氣行程2R、排氣行程2R+2r、作功行程2R、壓縮行程2R-2r?？梢越档推浔扔秃模岣邉?dòng)力性能，用于汽油機(jī)則被壓縮工質(zhì)無廢氣，空燃比大變化又小，汽油機(jī)在所有工況特別是大荷載時(shí)耗油率更低。
綜上所述申機(jī)的機(jī)械效率高于現(xiàn)循環(huán)，申機(jī)在壓縮行程、膨脹行程可從工質(zhì)中得到比現(xiàn)循環(huán)更多的機(jī)械功，達(dá)到降低燃油消耗，增加動(dòng)力性能的目的。
本發(fā)明的有益效果是能夠降低現(xiàn)循環(huán)的燃油消耗，提高動(dòng)力性能，在曲軸的每個(gè)連桿軸頸上僅安置一個(gè)偏心組浮動(dòng)套軸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明圖1是本發(fā)明行程為2R、2R、2R+2r、2R-2r的原理圖及P-V示功2是偏心組浮動(dòng)套軸和連桿、曲軸的裝配中1、偏心組浮動(dòng)套軸，2、螺栓，3、連桿，4連桿，5、曲軸的連桿軸頸。
具體實(shí)施例方式在圖2所示的實(shí)施例中，偏心組浮動(dòng)套軸(1)、曲軸的連桿軸頸(5)、連桿(3)、連桿(4)、分別是間隙動(dòng)配合連接，一般取發(fā)動(dòng)機(jī)低壓縮比為好，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓比大為好，狄塞爾循環(huán)配PT噴油系為好，活塞排列為任何方式，在較低的壓縮比時(shí)偏心組浮動(dòng)套軸的功能也可以由在曲軸的連桿軸頸位置安裝“曲軸”替代。
權(quán)利要求
1.奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法，每個(gè)行程的活塞的移動(dòng)長(zhǎng)度是2R，其特征是四個(gè)行程中活塞移動(dòng)長(zhǎng)度分別為進(jìn)氣行程2R、壓縮行程2R-2r、作功行程2R、排氣行程2R+2r。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法，其特征是2R+2R+(2R-2r)+(2R+2r)＝2R×4。
全文摘要
一種能夠降低連桿活塞往復(fù)四行程內(nèi)燃機(jī)燃料比耗率，提高動(dòng)力性能的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、阿特金森循環(huán)的改進(jìn)方法可使進(jìn)氣行程效率高、壓縮行程消耗小、膨脹作功充分、排氣行程完全。
文檔編號(hào)F02D15/02GK1614213SQ20041009089
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者任軍 申請(qǐng)人:任軍