往复吸热式发动机转换往复直线运动为转动的曲轴系统技术方案

本发明专利技术涉及一种尤其适用于往复吸热式发动机用于将往复直线运动转变为旋转运动的曲轴系统，它包括一自由空转地设置在发动机活塞销上的转轮或连杆和一设置在输出轴上、其周边轮廓面由至少两段适于优化发动机循环冲程的凸轮廓段组成的凸轮，转轮沿着凸轮的轮廓旋转时它两之间的连接是一种无摩擦力或摩擦力很小的连接。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种特别适于往复吸热式发动机的、将往复直线运动转换成旋转运动的曲轴系统。更具体说，本专利技术所涉及的上述这种系统能改善热力循环的工作状况以及从该热力循环中获得的动力的利用状况。已经清楚地知道，在一往复吸热式发动机中，通常由一连杆一曲柄系统将活塞的往复运动转换成旋转运动，该系统中的曲轴与输出轴固定连接。附图1中示出了组成一已有技术的发动机的诸部件，下述符号用来表示相应参数l＝连杆长度r＝曲柄半径，因而活塞行程C等于2rβ＝连杆轴线与气缸轴线的夹角α＝曲柄相对于上死点(TDC)的角位移。此外，曲柄完整地转一圈，从上死点经下死点(BDC)又回到上死点，活塞的运动方向则改变两次。从图1中可以进一步看到，输出轴上所施加的转矩是沿连杆轴线方向所施加的力和曲柄半径的函数。力Fb是热力循环所产生的力Fn以及因气缸壁对活塞推力的反作用力F的合成向量，其中所述的推力是因为连杆轴线所成的倾斜角β而造成的。该活塞推力造成了摩擦损失。所述的转矩等于Mm=F×r×[Sinα+λ/2×Sinα]1-λ2Sin2α]]>忽略不计λ2Sin2α，就可以得到Mm＝F×r×〔Sinα+λ/2×Sinα〕即，Mm＝Fדf”，而其中“f”r＝×〔Sinα+λ/2×Sinα〕上面公式中，Mm是转矩；F是热力循环产生的施加在活塞头上的力；r是曲柄半径，α是相对气缸轴线的曲柄转角，λ＝r/l。施加在活塞头上的力是从热力循环中所获得的，所述的热力循环大致是用直角坐标图以一四冲程发动机的澳托(Otto)循环(由可控火花点燃空气而燃烧)为例表示的，图中的横坐标表示活塞的进程，而纵坐标则表示气缸内活塞头上方的压力。从图2中可以注意到，实线所示的实际循环所覆盖的面积小于理论上的循环的(用阴影线表示的)，这是有几个原因造成的，其中最重要的一个原因是因为在上死点由火花控制的燃烧并不是瞬间发生，而是经历了一段时间，这样，在燃料完全燃烧之前，活塞在其往复运动过程就要包括朝着上死点的一部分行程和过了上死点后的另一部分行程。从文献可以清楚地认识到，上述情况使得所获得的净功有所减少，如一些创作者指出，这种减少量是可获得的净功的(10-15)％。还知道的是，以一种四冲程发动机为例，如单考虑其几何因素的话，四个冲程都执行着发动机的工作循环，而每一个冲程都对应着曲柄回转半圈，即180°。由于气缸轴线相对输出轴的旋转中心并不对准，因而就可以得到将持续时间不同的冲程(通常这种不对准偏差较小，因而持续时间的差别也较小，从而可以忽略这种情况)。特别对于一种具有可控火花点火的四冲程往复吸热式发动机考虑了以上问题，而对两冲程发动机和狄塞尔发动机而言也可以做同样的考虑，只不过稍有出入罢了。近来有了旋转式发动机，这种发动机无需那种将往复运动转换成旋转运动的系统，从技术角度来看是很受欢迎的。例如，可以参考特别适于单个使用的涡旋式发动机和万克(ANKEL)发动机。尽管解决方案的技术性较好，但发动机制造商们基本上对此还是没有很大兴趣，这是因为，这些发动机的优点(尤其是对中/小型情况)实在是太少，以致不能决定放弃一种已具备了相关工夹具并作过有关情报检索投资的产品生产线，而去另改生产一种优点有限的新产品。显然，对发动机领域的一种成功的技术方案而言，必须具备这样一些显著的优点，即，较为经济、容易制造、能在现行厂家生产而且生产费用低廉。考虑到以上因素，本专利技术实现了一种曲轴系统，它相对现行的有效方案而言更具显著优点，进一步提供了一种为广大制造商能采纳的技术方案。实际上，本专利技术的技术方案实现了一种定容燃烧(Constantvolume combustion)的工作循环。此外，所建议的技术方案还确定了在重要限值内幅度可变的诸循环，而却不利用不对准配置。本专利技术的技术方案还可以使得转矩值显著增长到平均为相关整数的两倍大小。这相应意味着损耗比率减小，而活塞位移机构的特定功率则相对增加。采用本专利技术的技术方案可以制造出尺寸较小故而较轻较便宜的发动机。此外，本专利技术还可以利用已有的生产线、机器和技术来生产。本专利技术系统的另一优点是解决了成层加料的问题(the stratifiedcharge prollem)，以达到按九十年代末法律规定的无污染要求。靠本专利技术获得这些和其它一些好结果是由于采用一种替代传统的连杆曲柄组件的曲轴系统实现的，该系统是用一种自由空转地装在活塞销上的转轮或旋转的连杆与一装在输出轴上的凸轮组合而成的。因而，本专利技术的一特定目的在于，提供一种特别适于往复吸热式发动机的、将往复直线运动转换成旋转运动的曲轴系统，它包括一自由空转地装在发动机活塞销上的转轮或旋转的连杆以及一装在输出轴上的凸轮，该凸轮的周边轮廓由至少两段适于优化发动机循环冲程的凸轮轮廓段组成。所述转轮沿所述凸轮的外轮廓旋转时它两之间的连接是一种无摩擦力或摩擦力很小的连结。特别是，根据本专利技术，所述凸轮有一具一或多段曲线段的第一轮廓段，以用来优化吸气冲程和膨胀冲程；以及，一具一或多段曲线段的第二轮廓段，以用来优化压缩和排气冲程。在本专利技术系统的较佳实施例中，所述凸轮还设有诸其它轮廓段或曲线段以优化燃烧，尤其在上死点位置时可获得定容燃烧，并在下死点位置时优化膨胀冲程。特别是，所述诸其它轮廓段或曲线段具有一对应于发动机轴线(即输出轴轴线)与分别确定下死点和上死点的曲线之间间距的恒定的曲率半径。实际上必须考虑的是如果与活塞相连的转轮沿着与输出轴轴线同心设置的外轮廓滚动的话，活塞在其沿气缸所作的直线运动中保持停滞，而与此同时输出轴却继续转动。如在上死点时发生这种情况，在一段对应于从点火之刻开始的为完全燃烧掉汽缸头内的燃料所需的时间的曲线段上就会获得定容燃烧冲程。这种理想的燃烧循环使得热力效率明显提高。同样，用与上述一样的方法，当活塞停止在下死点时，也可获得好处，使在打开排气阀前，首先使燃烧产物全部膨胀冲程中得以完全膨胀。实际上，如图解所示，完整的冲程能沿着在上死点之后的一个角度内产生，该角度由设计者通过凸轮轮廓的适当设计加以选择。已知，在根据已有技术制造的发动机中，冲程总是发生在(除了以上讨论过的可能发生的不对准情况以外)从上死点到下死点的180°的范围内由于排气冲程需要有一合适的幅度，在这一类发动机中，排气阀在下死点前(甚至在70°-80°前)就打开了，形成了一不完全的膨胀，因而膨胀效率较低。而本专利技术的方案则可达成一完全的膨胀。四冲程发动机具有如下的本技术工序I)吸气II)在上死点前约35°处发生压缩和点火并开始燃烧，与此同时活塞则向上朝着上死点运动。III)从上死点向下死点的膨胀。燃烧在上死点前并未完成，而是在活塞的膨胀冲程中继续进行。在下死点之前(通常是在下死点前70°处)打开排气阀，使得膨胀突然中断。IV)当活塞从下死点朝着上死点推动时产生排气。这四个冲程输出轴要持续旋转720°，即完整地回转两圈所需的时间。按本专利技术的四冲程发动机在转两圈时间，即720°内工作，但在较佳实施例中却有5或6个冲程1)吸气2)压缩3)点火并完全燃烧(此时活塞停止)4)完全膨胀5)排气阀打开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尤其适用于往复吸热式发动机用于将往复直线运动转变为旋转运动的曲轴系统，其特征在于，包括：一转轮或一连杆，它自由空转地设置在发动机的活塞销上；以及一凸轮，它设置在输出轴上，其周边轮廓由至少两段适于优化发动机循环冲程的凸轮轮廓段组成 ，所述转轮沿着所述凸轮的轮廓旋转时它两之间的连接是一种无摩擦力或摩擦力很小的连接。

【技术特征摘要】
IT 1994-9-13 94-A/000580所限定的本发明范围，熟悉本技术领域的人员可作出种种改变设计。权利要求1.一种尤其适用于往复吸热式型发动机用于将往复直线运动转变为旋转运动的曲轴系统，其特征在于，包括一转轮、一凸轮和一输出轴，所述转轮自由空转地设置在一发动机活塞销上，并直接接触于所述凸轮；所述凸轮具有一选择的轮廓并安装在所述轴上，其中所述转轮沿着一与输出轴的旋转轴线共中心的轮廓滚动，所述凸轮具有一周边轮廓，该轮廓由至少两段适于优化发动机循环冲程的凸轮轮廓段组成，所述凸轮设有用于保持恒定容积燃烧的装置，其中所述诸轮廓段为诸凸轮拱形段，所述凸轮设有另外的拱形段，以在上死点(TDC)位置时使定容燃烧最优化，并在下死点(BDC)位置时使膨胀冲程最优化，所述转轮沿着所述凸轮的轮廓旋转时它两之间的摩擦最小；另外，曲轴该系统还设置有一用于保持所述转轮与凸轮之间接触的装置。2.如权利要求1所述的曲轴系统，其特征在于，所述曲线段为一第一轮廓段和一第二轮廓段，其中第一轮廓段含有一或多段曲线段以优化吸气冲程和膨胀冲程；第二轮廓段含有一或多段曲线段以优化压缩和排气冲程。3.如权利要求1或2所述的曲轴系统，其特征在于，所述诸其它轮廓段或曲线段具有一对应于发动机轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：利维奥比亚吉尼，
申请(专利权)人：波姆萨有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]