專利名稱：活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的新型曲柄-連桿機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)。
對(duì)傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄-連桿所作的研究表明，在燃燒向未充分燃燒時(shí)，活塞即已離開上止點(diǎn)，未燃部分在此后的過程中持續(xù)燃燒。在活塞位移一段之后的燃燒熱不做功，因而燃料的化學(xué)能沒有得到充分利用。總的表現(xiàn)是，氣缸中的最大壓力較低，而且相對(duì)于活塞的行程來說，這個(gè)最大壓力建立得較晚，因而在每一循環(huán)中的輸出功較少。典型的傳統(tǒng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄-連桿-活塞系統(tǒng)如

圖1a)所示，活塞的位移X由曲柄r和連桿l在水平軸線上的投影rx和lx所確定，曲柄在右半圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞位移X為rx和lx之和，曲柄在左半圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞位移X為lx和rx之差，如圖1b)和c)所示。圖1.b)中的活塞剛剛經(jīng)過上止點(diǎn)，曲柄向下運(yùn)動(dòng)，它在水平軸線上的投影rx(作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))將減小，同時(shí)連桿也向下運(yùn)動(dòng)，其投影l(fā)x也減小，由于此時(shí)X等于rx和lx之和，因此，活塞此時(shí)的運(yùn)動(dòng)是在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(離開上止點(diǎn))之上疊加一個(gè)離開上止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)由連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)引起，連桿曲柄之比越大，這個(gè)運(yùn)動(dòng)速度越大，換言之，活塞以較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)速度為快的速度離開上止點(diǎn)。由結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性可以推知，在上止點(diǎn)之前，活塞以較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)速度為快的速度逼近上止點(diǎn)。圖1.C)所示的活塞剛剛離開下止點(diǎn)，而連桿向上運(yùn)動(dòng)，它在水平軸上的投影l(fā)x減小，即產(chǎn)生一個(gè)指向下止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，因此，活塞此時(shí)的運(yùn)動(dòng)是在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(離開下止點(diǎn))之上疊加了一個(gè)指向下止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。換言之，活塞以較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)為慢的速度離開下止點(diǎn)。因結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在下止點(diǎn)之前，活塞以較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)為慢的速度逼近下止點(diǎn)。總之，在對(duì)燃燒非常重要的上止點(diǎn)附近，活塞具有較快的運(yùn)動(dòng)速度;而在下止點(diǎn)附近，則具有較慢的運(yùn)動(dòng)速度。圖2描繪出活塞的位移曲線，曲線1是上止點(diǎn)附近的活塞位移曲線，原點(diǎn)對(duì)應(yīng)上止點(diǎn);曲線2是下止點(diǎn)附近的活塞位移曲線，原點(diǎn)表示下止點(diǎn)，可以看出，在對(duì)燃燒非常重要的上止點(diǎn)附近，活塞有較大的運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角θ，它具有較大位移;而在下止點(diǎn)附近，活塞具有較低的運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)相同的曲軸轉(zhuǎn)角θ，它具有較小的位移。從而，傳統(tǒng)的曲柄-連桿-活塞系統(tǒng)具有前面已提及的兩個(gè)重要缺陷1、在上止點(diǎn)附近，有效燃燒時(shí)間短，燃燒來不及充分進(jìn)行;2、氣缸內(nèi)最大壓力建立得較晚且較弱，因而在每一循環(huán)中的輸出功較少。
現(xiàn)有的汽油機(jī)的燃燒持續(xù)時(shí)間大約是70-80度曲軸轉(zhuǎn)角，柴油機(jī)的燃燒持續(xù)時(shí)間大約是40-50度曲軸轉(zhuǎn)角。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的提高，燃燒持續(xù)時(shí)間大約以N0.15增長(zhǎng)，若把從燃燒開始到活塞位移到前十分之一燃燒沖程所需的時(shí)間稱為有效燃燒時(shí)間，則在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)間不變的情況下，延長(zhǎng)這個(gè)時(shí)間是有益的。
在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，工作過程中活塞承受很大的側(cè)向力，加劇了活塞與缸壁之間的摩損，增大了摩擦損失，因此，若能夠降低活塞所受的側(cè)向力也是有益的。
本發(fā)明的目的是要提供一種適用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的新型曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，它能在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，在燃燒沖程的早期，減慢活塞位移速度，增加有效燃燒時(shí)間，使燃燒充分燃燒，因而壓力場(chǎng)建立得較早且較強(qiáng)，顯著增加了每一循環(huán)的輸出功。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種適用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的新型曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能大大降低活塞所受的側(cè)向力，改善活塞工作條件，減小摩擦損失。
本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在傳統(tǒng)的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)中增設(shè)副連桿，使改進(jìn)后的曲柄-連桿-活塞實(shí)現(xiàn)這樣的功能活塞在上止點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)速度較慢，而在下止點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)速度較慢，而在下止點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)速度較快。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，曲柄依次通過第一連桿、雙臂副連桿和第二連桿與活塞相連，曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過第一連桿轉(zhuǎn)化為副連桿的圓弧運(yùn)動(dòng)，副連桿的圓弧運(yùn)動(dòng)通過第二連桿轉(zhuǎn)化為活塞在氣缸中的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)際裝配情況是這樣的第一連桿的一端與曲柄外端鉸接，另一端與雙臂副連桿的一端鉸接，雙臂副連桿的另一端與第二個(gè)連桿鉸接，副連桿的雙臂呈V形并鉸接于一個(gè)固定支承點(diǎn)上。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，曲柄依次通過第一連桿、副連桿和第二連桿與活塞相連，副連桿是單臂的，具體裝配情況是曲柄外端與第一連桿一端相鉸接，第一連桿另一端與副連桿中央鉸接，副連桿端頭則與第二連桿一端正交固定相連，第二連桿另一端與活塞相連，副連桿是直桿。
由于采用改進(jìn)的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，因而本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、在上止點(diǎn)附近，活塞運(yùn)動(dòng)速度較慢，使有效燃燒時(shí)間延長(zhǎng);
2、汽缸內(nèi)的壓力場(chǎng)建立得比較早且比較強(qiáng)，因而每個(gè)循環(huán)中輸出功較多;
3、相同點(diǎn)火提前角下，負(fù)功損失較小;
4、活塞所受側(cè)向力小，改善了活塞工作狀況，在一定程度上減少了摩擦損失;
5、活塞行程與曲柄長(zhǎng)度無直接關(guān)系(針對(duì)前一個(gè)實(shí)施例)，因而提供了設(shè)計(jì)上的靈活性。
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，其中，圖1.a)為傳統(tǒng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)示意圖。
圖1.b)和c)分別為活塞在上止點(diǎn)和下止點(diǎn)附近時(shí)的曲柄-連桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)原理圖。
圖2為活塞的位移曲線圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明提出的一個(gè)實(shí)施例的曲柄-連桿-活塞系統(tǒng)示意圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明提出的曲柄-連桿-活塞系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的位移曲線比較圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明提出的另一個(gè)實(shí)施例的曲柄-連桿-活塞系統(tǒng)示意圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)包括曲柄1、第一連桿2、雙臂副連桿3、第二連桿4，曲柄1外端及副連桿A端分別和第一連桿的一端鉸接相連，副連桿的B端與第二連桿4一端鉸接相連，第二連桿4的另一端與活塞5相連，副連桿的兩臂呈V形并鉸接安置于支撐座C上，根據(jù)如此結(jié)構(gòu)，當(dāng)曲柄1作周期性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞5便被驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生在氣缸6中的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在這種結(jié)構(gòu)條件下，在上止點(diǎn)附近，活塞運(yùn)動(dòng)較慢，其運(yùn)動(dòng)特性可以通過曲柄、第一連桿和第二連桿、副連桿及離心率e1和e2來調(diào)節(jié)。
圖4反映了上述新結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的活塞運(yùn)動(dòng)情況之對(duì)比，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)是r1＝1，l1＝2，r2＝2，r3＝2，l2＝1.2，c1＝0.6，e2＝1.9，橫座標(biāo)上0～180°對(duì)應(yīng)于壓縮沖程，180°～360°對(duì)應(yīng)于燃燒沖程，曲線1為新結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的活塞位移曲線，曲線2為相應(yīng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的活塞位移曲線，可以看出，當(dāng)活塞在上止點(diǎn)附近時(shí)運(yùn)動(dòng)較慢，從而延長(zhǎng)了有效燃燒時(shí)間，增加了輸出功，模擬計(jì)算結(jié)果表明，新結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的輸出功比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)大10%以上。
圖5是根據(jù)本發(fā)明提出的另一種改進(jìn)曲柄-連桿-活塞系統(tǒng);包括曲柄11、第一連桿12、副連桿13、第二連桿14和活塞15，第二連桿14一端與副連桿13一端固定相連并呈正交設(shè)置，而第一連桿12的一端與副連桿13中央鉸接，另一端則與曲柄11外端鉸接。這種結(jié)構(gòu)同樣具有圖3中所示的系統(tǒng)的功能和效果。
本發(fā)明適用于二沖程、四沖程及六沖程的各種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
應(yīng)當(dāng)指出，按本發(fā)明的精神，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可做出多種變換和改進(jìn)，比如圖6.a)和b)所示的改進(jìn)，這些均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的新型曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，包括曲柄(1)、第一連桿(2)、副連桿(3)和第二連桿(4)，曲柄(1)外端與第一連連桿(2)的一端鉸接，第一連桿(2)的另一端與副連桿(3)鉸接，其特征在于，副連桿(3)呈V形的雙臂構(gòu)成，雙臂夾角為α，雙臂的交接處鉸接于支撐座(C)，副連桿(3)的兩個(gè)自由端分別與第一連桿和第二連桿的一端鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，60°＜α＜360°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，離心率e1在r1和r2范圍變化，離心率e2在0.6r3至1.0r3范圍變化。
4.一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的新型曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，包括曲柄(11)第一連桿(12)、副連桿(13)和第二連桿(14)，曲柄(11)外端與第一連桿(12)的一端鉸接，其特征在于，第一連桿(12)的另一端與副連桿(13)的中央鉸接，而第二連桿的一端與副連桿(13)的端頭呈正交固定相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，其特征在于它可用于二沖程，四沖程及六沖程的各種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的新型曲柄—連桿機(jī)構(gòu)，它包括曲柄、第一連桿、副連桿和第二連桿，曲柄和各連桿之間的連接及位置符合下列要求，即使活塞在上止點(diǎn)附近有較慢的運(yùn)動(dòng)速度，從而延長(zhǎng)有效燃燒時(shí)間，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。這種新型曲柄—連桿機(jī)構(gòu)可用于二沖程、四沖程和六沖程的各種發(fā)動(dòng)機(jī)中。
文檔編號(hào)F01B9/02GK1046785SQ9010383
公開日1990年11月7日 申請(qǐng)日期1990年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月31日
發(fā)明者毛羽 申請(qǐng)人:毛羽