一種四衝程往復活塞式內燃機的製作方法

2023-05-26 23:47:41 2

專利名稱：一種四衝程往復活塞式內燃機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種四衝程往復活塞式內燃機。
背景技術：
目前公知的內燃機主要構造是由氣缸、活塞、連杆、曲軸以及位於氣缸蓋的進排氣門、火花塞、噴油嘴等構成。在活塞上止點與氣缸蓋之間空間為燃燒室，通過曲軸的旋轉完成吸氣、壓縮、作功、排氣四衝程循環。目前的內燃機所存在的問題是I、奧託循環內燃機由於活塞行程固定，在排氣衝程末，氣缸內仍然殘留相當於燃燒室容積的高溫高壓廢氣，廢氣排放不徹底，阻礙了下一吸氣衝程的進氣量，限制了內燃機的功率提升和壓縮比；2、阿特金森循環內燃機由於多連杆 機構過於複雜，故障率高、性能不可靠、低速扭矩差等缺點限制了其使用範圍。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種四衝程往復活塞式內燃機，以達到在排氣衝程最大限度排出缸內廢氣、吸氣衝程吸入更多的低溫新鮮空氣的目的，並能夠實現阿特金森循環的熱效率和燃油經濟性，同時超過奧託循環內燃機的動力。為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是一種四衝程往復活塞式內燃機，包括活塞、連杆和曲軸，活塞通過連杆連接在曲軸的連杆軸頸上，在所述連杆軸頸上套接有一偏心軸，所述連杆的連杆大頭套接在該偏心軸上，在偏心軸上還設有能驅動偏心軸自轉的驅動機構。所述驅動機構包括齒輪銷和與該齒輪銷相配合的第一錐齒輪、第二錐齒輪，在所述偏心軸的外圓周面上靠近端部位置設有插孔，齒輪銷的一端固定在此插孔中並能自由轉動，齒輪銷的另一端位於插孔外部，並在此端部設有層疊的與齒輪銷同軸的兩個齒輪，分別為與第一錐齒輪嚙合的小齒輪，與第二錐齒輪嚙合的大齒輪，第一錐齒輪固定在所述曲軸的曲柄的側面上，第二錐齒輪固定在所述連杆大頭的側面上，第一錐齒輪和第二錐齒輪的中心線與所述連杆軸頸的軸線重合，齒輪銷由兩個齒輪驅動旋轉，帶動偏心軸圍繞連杆軸頸旋轉。所述每一個齒環均由兩塊組成，固定安裝在曲柄臂和連杆大頭的相對面上。所述小齒輪設在所述大齒輪的上方。所述驅動機構設有兩組，分別設在所述偏心軸靠近兩端部的位置，兩組驅動機構同步運轉帶動偏心軸旋轉。設所述第一錐齒輪與所述小齒輪的齒比為X，所述第二錐齒輪與所述大齒輪的齒比為y，有x=2y，在四衝程循環中曲軸每旋轉兩周，偏心軸旋轉一周。所述偏心軸沿軸孔分為厚緣塊和薄緣塊，厚緣塊和薄緣塊通過螺栓緊固連接，所述齒輪銷設在該厚緣塊上。在所述活塞頂部對應氣缸頂突出部位及排氣門對應位置預留凹槽，在排氣衝程末使活塞頂面儘可能與氣缸頂靠近。所述驅動機構也可只設有一組。採用上述技術方案，與現有奧託循環內燃機技術相比，本內燃機在吸氣和排氣衝程中延長活塞的行程，在排氣衝程中使活塞行程延長，活塞頂部對應氣缸頂突出部位及排氣門對應位置預留凹槽，使活塞頂面儘可能與氣缸頂靠近，以最大限度排出缸內高溫高壓廢氣，降低氣缸內的溫度，使下一個吸氣衝程能吸進更多的新鮮低溫空氣，燃燒充分，提升內燃機功率；由於氣缸內混合氣溫度降低，可將內燃機壓縮比設計的更高，進一步提高功率；吸氣衝程進入的完全是新鮮低溫空氣，氧氣充足，燃料燃燒充分，排氣衝程將高溫廢氣迅速排出，使有害氣體生成減少；同時活塞在下止點時由於偏心軸的作用連杆與曲柄不在一條軸線上，故可以減少活塞貫量引起的震動；本內燃機在結構上僅在連杆軸頸的外層增加了一個偏心軸及驅動機構，結構簡單；另外，通過旋轉90度安裝偏心軸實現阿特金森循環，與現有阿特金森循環內燃機相比結構簡單易實施，克服了阿特金森循環內燃機複雜的 多連杆機構故障率高，低速扭矩差的缺點，在作功和排氣衝程以較大的曲柄半徑運行，因而扭矩提升，達到了阿特金森循環的熱效率和燃油經濟性，同時超過了奧託循環的動力。


圖I為本發明的內燃機(奧託循環)的裝配結構示意圖；圖2為本發明的內燃機的偏心軸的結構示意圖；圖3為本發明的內燃機的齒輪銷的結構示意圖；圖4為本發明的內燃機的四衝程末偏心軸位置示意圖；上述圖中的標記均為1、曲柄；2、大齒輪；3、第一錐齒輪；4、偏心軸；5、小齒輪；6、連杆；7、連杆大頭；8、第二錐齒輪；9、厚緣塊；10、薄緣塊；11、插孔。
具體實施例方式本發明一種四衝程往復活塞式內燃機，包括活塞、連杆和曲軸，活塞通過連杆連接在曲軸的連杆軸頸上。為了解決現有技術中存在的問題，本內燃機在連杆軸頸上套接有一偏心軸4，連杆軸頸位於偏心軸4內的偏心位，偏心軸4的結構如圖2所示，偏心軸4由厚緣塊9和薄緣塊10瓦合而成，並緊固連接，連杆6的連杆大頭7套接在該偏心軸4上，在偏心軸4上還設有能驅動偏心軸4自轉的驅動機構。驅動偏心軸4轉動的驅動機構包括齒輪銷和與該齒輪銷相配合的第一錐齒輪3、第二錐齒輪8。在偏心軸4的厚緣塊9兩端的外圓周面上還設有沿偏心軸4徑向的插孔11，齒輪銷下段圓柱形的柱身位於該插孔11內並能自由旋轉，在連杆大頭7和曲柄I相對的側面上各設置一個錐齒輪，分別為第一錐齒輪3和第二錐齒輪8，如圖I所示，第一錐齒輪3固定在曲柄I的側面上，第二錐齒輪8固定在連杆大頭7的側面上，第一錐齒輪3和第二錐齒輪8的中心線與連杆軸頸的軸線重合，齒輪銷由兩個齒輪驅動旋轉，帶動偏心軸4圍繞連杆軸頸旋轉。齒輪銷的結構如圖3所示，齒輪銷上具有層疊的與齒輪銷同軸的兩個齒輪，分別為與第一錐齒輪3嚙合的小齒輪5，與第二錐齒輪8嚙合的大齒輪2，小齒輪5並設在大齒輪2的上方。驅動機構可以只在偏心軸4的一端設置，也可以設在偏心軸4的兩端。設曲柄I上的第一錐齒輪3與齒輪銷上的小齒輪5的齒比為X，連杆大頭7上的第二錐齒輪8與齒輪銷上的大齒輪2齒比為y，有x=2y。隨著曲軸的旋轉，連杆大頭7相對於連杆軸頸作旋轉運動，連杆大頭7上的第二錐齒輪8驅動齒輪銷上的大齒輪2旋轉，齒輪銷上的小齒輪5沿著曲柄I上的第一錐齒輪3滾動，從而帶動偏心軸4圍繞連杆軸頸旋轉，由於齒比的差異(x=2y)，偏心軸4的旋轉速度比連杆大頭7的旋轉速度慢一半，即偏心軸4與連杆大頭7作同向不同步旋轉。實施例I奧託循環在吸氣衝程始、排氣衝程末，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內最上方如圖4a所示，活塞行程最大到氣缸頂部；在作功衝程始、壓縮衝程末，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的最下方如圖4c所示，活塞行程縮短，在活塞和氣缸頂部之間形成燃燒室，在吸氣和排氣衝程中活塞行程要大於在作功和壓縮衝程中的活塞行程，即活塞的上止點可變下止點不變。與現有技術相比，本內燃機通過增加偏心軸4，在吸氣和排氣衝程中延長活塞的行程，在排氣衝程末使活塞行程延長，活塞頂部對應氣缸頂突出部位及排氣 門對應位置預留凹槽，使活塞頂面儘可能與氣缸頂靠近，以最大限度排出缸內廢氣，降低氣缸內的溫度，使下一個吸氣衝程能吸進更多的新鮮低溫空氣，燃燒充分，提升內燃機功率；由於氣缸內混合氣溫度降低，可將內燃機壓縮比設計值提高，進一步提高功率；吸氣衝程進入的完全是新鮮低溫空氣，氧氣充足，燃料燃燒充分，排氣衝程將高溫廢氣迅速排出，使有害氣體生成減少；同時活塞在下止點時由於偏心軸4的作用連杆6與曲柄I不在一條軸線上如圖4b、4d所示,故可以減少活塞貫量引起的震動。本內燃機在結構上僅在連杆軸頸的外層增加了一個偏心軸4及齒輪驅動機構，結構簡單。本內燃機的工作原理如下I)吸氣衝程始如圖4a所示，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的最上方，曲軸向下旋轉帶動連杆6與活塞向下移動,偏心軸4與連杆大頭7圍繞連杆軸頸作同向不同步旋轉。吸氣衝程末，活塞到達下止點時，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的側方如圖4b所示。2)壓縮衝程始如圖4b所示，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的側方，曲軸向上旋轉帶動連杆6與活塞向上移動，偏心軸4與連杆大頭7圍繞連杆軸頸作同向不同步旋轉。壓縮衝程末時，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的最下方，活塞行程變短，不能到達氣缸頂部，在活塞頂面與氣缸頂之間形成燃燒室，如圖4c所示。3)在燃燒作功衝程開始時如圖4c所示，活塞推動連杆6向下運行，連杆大頭7與偏心軸4圍繞連杆軸頸旋轉帶動曲軸向下旋轉，當活塞運行到下止點時，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的另一側方，如圖4d所示。4)排氣衝程始如圖4d所示，偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的另一側方，曲軸向上旋轉，連杆大頭7與偏心軸4 一起圍繞連杆軸頸旋轉，推動活塞向上運行，當連杆6與曲柄I成180度位時由於偏心軸4的厚緣塊9位於連杆大頭7內的最上方，相當於連杆6長度變長，活塞行程最大運行至氣缸頂部，原來的燃燒室空腔縮小，廢氣儘可能排出。實施例2阿特金森循環將實施例I的偏心軸4繞其軸線旋轉90度安裝即出現與實施例I相反的效果，活塞的上止點不變，而下止點可變。在作功衝程和排氣衝程活塞的行程變長，吸氣衝程和壓縮衝程活塞的行程變短，內燃機的膨脹比大於壓縮比，在作功衝程時以較大的曲柄I半徑運行，因而產生了較大的扭矩，提高了動力。本內燃機實現了阿特金森循環的熱效率和燃油經濟性，產生了超過奧託循環的動力，同時克服了阿特金森循環內燃機低速扭矩差，多連杆機構複雜，故障率高的缺陷。由於缸內廢氣過度膨脹降低了廢氣溫度，殘餘廢氣溫度也降低了，所以可將現有內燃機的壓縮比設計值略微提高(以吸氣行程工作容積加燃燒室容積為總容積計算)，由此帶來動力的進一步提升。上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改 進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種四衝程往復活塞式內燃機，包括活塞、連杆(6)和曲軸，活塞通過連杆(6)連接在曲軸的連杆軸頸上，其特徵在於在所述連杆軸頸上套接有一偏心軸(4)，所述連杆(6)的連杆大頭(7)套接在該偏心軸(4)上，在偏心軸(4)上還設有能驅動偏心軸(4)自轉的驅動機構。
2.根據權利要求I所述的四衝程往復活塞式內燃機，其特徵在於所述驅動機構包括齒輪銷和與該齒輪銷相配合的第一錐齒輪(3)、第二錐齒輪(8)，在所述偏心軸(4)的外圓周面上靠近端部位置設有插孔(11)，齒輪銷的一端固定在此插孔(11)中並能自由轉動，齒輪銷的另一端位於插孔(11)外部，並在此端部設有層疊的與齒輪銷同軸的兩個齒輪，分別為與第一錐齒輪(3)嚙合的小齒輪(5)，與第二錐齒輪(8)嚙合的大齒輪(2)，第一錐齒輪(3)固定在所述曲軸的曲柄(I)的側面上，第二錐齒輪(8)固定在所述連杆大頭(7)的側面上，第一錐齒輪(3)和第二錐齒輪(8)的中心線與所述連杆軸頸的軸線重合，齒輪銷由兩個齒輪驅動旋轉，帶動偏心軸(4)圍繞連杆軸頸旋轉。
3.根據權利要求2所述的四衝程往復活塞式內燃機，其特徵在於所述小齒輪(5)設在所述大齒輪(2)的上方。
4.根據權利要求2或3所述的四衝程往復活塞式內燃機，其特徵在於所述驅動機構設有兩組，分別設在所述偏心軸(4)靠近兩端部的位置，兩組驅動機構同步運轉帶動偏心軸(4)旋轉。
5.根據權利要求4所述的四衝程往復活塞式內燃機，其特徵在於設所述第一錐齒輪(3)與所述小齒輪(5)的齒比為X,所述第二錐齒輪(8)與所述大齒輪(2)的齒比為y,有x=2y。
6.根據權利要求5所述的四衝程往復活塞式內燃機，其特徵在於所述偏心軸(4)沿軸孔分為厚緣塊(9)和薄緣塊(10)，厚緣塊(9)和薄緣塊(10)通過螺栓緊固連接，所述齒輪銷設在該厚緣塊(9)上。
7.根據權利要求6所述的四衝程往復活塞式內燃機，其特徵在於在所述活塞頂部對應氣缸頂突出部位及排氣門對應位置預留凹槽，在排氣衝程末使活塞頂面儘可能與氣缸頂A+-.、r—罪近。
8.根據權利要求2或3所述的四衝程往復活塞式內燃機，其特徵在於所述驅動機構設有一組。
全文摘要
本發明公開了一種四衝程往復活塞式內燃機，包括活塞、連杆和曲軸，活塞通過連杆連接在曲軸的連杆軸頸上，在所述連杆軸頸上套接有一偏心軸，所述連杆的連杆大頭套接在該偏心軸上，在偏心軸上還設有能驅動偏心軸自轉的驅動機構，曲軸每旋轉兩周偏心軸旋轉一周。與現有技術相比，本內燃機在吸氣和排氣衝程中活塞行程要大於在作功和壓縮衝程中的活塞行程，能最大限度排出缸內廢氣，降低氣缸內的溫度，使下一個吸氣衝程能吸進更多的新鮮低溫空氣，燃燒充分，提升內燃機功率；與現有阿特金森循環內燃機相比，克服了其多連杆機構過於複雜、故障率高、低速扭矩差的缺點，產生了超過奧託循環的動力。
文檔編號F02B75/04GK102852638SQ201210274438
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者蘇成勝 申請人:蘇成勝