可变冲程与压缩比的内燃机制造技术

本发明专利技术涉及可变冲程与压缩比的内燃机，所述内燃机至少包括：一个传统曲轴，一个水平连杆，一个摆轴装置，这些构成一个典型的摆轴滑动曲柄机构；一个活塞，一个竖直连杆，一个用于连接水平连杆的销，组成了典型的滑动曲柄机构。摆轴的支点可以根据一定的控制策略进行移动，实现改变内燃机冲程和压缩比的目的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一种新型可变冲程和压缩比的内燃机，通过冲程和压缩比调节的技术达到提尚发动机性能的目的。
技术介绍
在内燃机发展的100多年历史中，研究者们一直试图提高其热效率并降低其排放。其中一种使一般火花点火内燃机在低负荷时达到高热效率和低排放的方式就是减小内燃机排量，这样在低负荷时，小排量的内燃机节气门必须开大，栗气损失就降低，内燃机热效率增高，但是内燃机在高负荷的时候又需要更大的排量以提供足够的功率。内燃机的这些不同工况下对排量的要求给内燃机设计带来了许多的挑战。—种实现可变排量的方式是在部分负荷时有选择地关闭一个或数个气缸。这就意味着通过在不同工况下关闭不同数量的气缸来达到改变排量的目的，而不是在小负荷时关闭部分节气门来减少进入气缸的油和空气混合气的量。在高负荷工况时，有更多的气缸进行工作以提供需要的功率。低负荷工况下关闭气缸是通过对选定气缸停止供油的方式来达到的。但这就导致了在排气系统中的非当量空燃比排气，因此传统三元催化反应器就无法满足排放要求，也就需要其他更加昂贵的后处理装置来满足排放要求，例如Ν0Χ捕捉器或者SCR装置。另一种实现低负荷小排量的方式是涡轮增压汽油内燃机。这种内燃机可以在低负荷的工况下有效地提高内燃机效率，这是因为内燃机排量小，节气门就需要比大排量内燃机开的更大，这样的话栗气损失就会降低。在高负荷的工况时，通过涡轮增压系统提高进气压力来增加进入气缸的混合气量，从而提高内燃机功率。这种涡轮增压内燃机的结构和控制系统比较复杂，成本也高。可变冲程是另一种达到改变排量的方式。其中一种可变冲程的概念称之Atkinson循环，既加长膨胀和排气冲程，同时缩短进气和压缩冲程。这种循环可以通过米勒循环来实现，米勒循环推迟了进气门关闭时间从而降低有效压缩冲程，使得压缩冲程比膨胀冲程短。Chadboume U.S.PAT.N0.1326129 和 CLARKE, U.S.PAT.N0.4044629 介绍了一种增长膨胀冲程的内燃机专利。马自达做过这种米勒循环的内燃机。本田公司开发过一种多连杆系统来实现的可变冲程内燃机，并且申请了一系列的专利技术专利。NAKAMURA，ETAL.U.S.PAT.N0.6575128HIY0SHI ET AL, U.S.PAT.N0.6595186 Α0ΥΑΜΑ.ET AL.US.PAT.N0.6647935N0HARA.ET AL.US.PAT.N0.723424N0HARA.ET AL.U.S.PAT.N0.6550436 和 YOSHIKAWA.ET ALU.S.PAT.N0.8261703 介绍了这些专利技术。Luis Marino Gonazlez.U.S.PAT.N0.5927236 和U.S.PAT.N0.2012/0291755中介绍了一种内燃机设计，通过齿轮结构链接曲轴并通过偏心轴承表面与活塞连杆链接。这些可变冲程专利技术的最终目的都是为了达到活塞冲程在一个内燃机工作循环中可以变动的目的。其实都是通过增长膨胀冲程来达到增加扭矩输出，在进气过程中缩短冲程和降低活塞速度来降低栗气损失。除了上述这些通过在内燃机一个工作循环中改变冲程的机械结构之外还有其他专利技术，例如 CARL D HEFKEV.U.S.PAT.N0.727092 和 U.S.PAT.N0.5335632 就介绍了一种通过偏心曲轴的方式在不同工况下改变冲程的机械装置。这种装置可以实现低负荷时低排量，高负荷时高排量的目的。汽油机的压缩比应该在无爆震的情况下越高越好，柴油机的压缩比也是在其气缸峰值压力许可范围内，越高越好。因此也就需要在内燃机整个运行范围内，根据不同负荷和转速调节压缩比来提高内燃机的效率。另外，如果一个内燃机用不同的燃料，那么压缩比就应该随着燃料的不同而改变。一般来说，高辛烷值的燃油可以用高一些的压缩比以提高热效率。综上所述，最佳的内燃机排量和压缩比都应该是能根据不同的工况和燃料而改变。
技术实现思路
鉴于以上所述内燃机的性能要求和以前专利技术所面临的问题，本专利技术的第一个目标是提供一个拥有高热效率低排放的可变冲程内燃机。冲程的改变是根据内燃机功率要求而定的。也就是说内燃机冲程在高负荷和高转速的情况下增长，提供更大的排量，在低速低负荷时冲程缩短，减小排量以提高热效率。本专利技术的第二个目标是提供一种方法来改变内燃机的压缩比。压缩比的要求是根据内燃机工况和燃料的不同所确定的，是使内燃机在此工况下具有最高的热效率。本专利技术的第三个目标是提供一种内燃机冲程和压缩比的控制策略。对汽油机而言，当工况改变时，则控制系统可把冲程和压缩比调节到它们的最佳值，从而达到最优。在高速和高负荷范围内，节气门通常保持在全开或者近乎全开的状态，并且压缩比基本保持恒定。冲程根据内燃机负载和转速的要求而改变。在低负载和低转速时，冲程通常调节到最小值并保持不变，节气门配合转速和负载要求进行调节。同时，压缩比相应调节为内燃机提供高的热效率。 这些目标都可通过本专利技术的可变冲程与压缩比内燃机来实现，本专利技术的内燃机包括了:至少一个在气缸内往复运动的活塞，一个安装在缸体上并可旋转的曲轴，每个气缸都对应有一个水平连杆，该连杆一端连接曲柄销并可随曲轴转动，另一端连接一个摆轴；一个竖直连杆一端利用活塞销和活塞连接，另一端(通常称为连杆大头)在位于水平连杆的中间某个位置通过一个销连接水平连杆；一个装载在内燃机机体上的装置用于控制摆轴在水平与竖直方向上的位移以达到改变冲程与压缩比的目的。这个用于移动和水平连杆连接的摆轴支点的装置，可以是液压控制装置，也可以是电力控制装置。该装置可以控制摆轴在水平和竖直方向分别移动或者按照一个特定的路径在水平和竖直方向同时移动。该装置可以是对每个气缸分别控制其摆轴的位移，也可以为多缸内燃机同时控制和移动所有气缸所对应的摆轴。本专利技术所述内燃机的冲程是由曲轴半径，竖直连杆大头位置，以及连接水平连杆的摆轴的位置所确定的。当摆轴朝曲轴方向移动时，冲程降低，反之则冲程变大。冲程的变化范围根据摆轴可移动的最大位移来确定。更大的冲程变化要求更大的摆轴位移范围。所以冲程变化范围受制于内燃机尺寸的大小。摆轴通过竖直移动控制压缩比。压缩比不仅与内燃机工况有关还与燃料类型息息相关。根据不同的情况需要进行详细的个案分析来确定压缩比要求。理论上来说，低负荷下的节气门关闭多的工况，应该应用更高的压缩比。后面，有关本专利技术的实施例将会通过图纸和描述的方式具体解释说明。【附图说明】图1本专利技术一个实施例3D例图；图2根据图1中实施例所给出的剖面图；图3为图1中的可变冲程可变压缩比实施例机械结构原理图；图4为图1实施例中所述当冲程位于最小位置时销6的轨迹图；图5为与图4在相同情况下的活塞运动位置和曲轴转角关系的曲线图；图6为图1实施例中所述当冲程位于最大位置时销6的轨迹图；图7为与图6在相同情况下的活塞运动位置和曲轴转角关系的曲线图；图8为图1实施例所示最小冲程时气缸容积的变化与最大冲程相当排量的传统内燃机气缸容积变化曲线的对比图；图9为图1实施例所示的控制冲程和压缩比的策略说明；图10为本专利技术的另一实施例示意图，其中用滑块和滑槽代替了图1实施例中的摆轴；图11为本专利技术和图1实施例有所不同的另一个实施例示意图，其中竖直连杆在水平连杆的远端以销钉本文档来自技高网...

【技术保护点】
可变冲程与压缩比的内燃机，至少包括：一个水平连杆，水平连杆的一端和曲柄销连接，另一端和一个摆轴相连接，摆轴位置可以相对内燃机机体进行移动；一个竖直连杆，其大头端和安装在水平连杆中间某处的一个销相连，其小头端通过活塞销和活塞相连；一个安装在内燃机机体上的电动或液压控制装置，用于改变摆轴的支点位置，调节发动机的冲程和压缩比；内燃机的其他零件和传统发动机相似。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈惠贤，
申请(专利权)人：沈惠贤，
类型：发明
国别省市：美国;US