一种有曲轴偏移的活塞引擎及其转矩控制方法技术

一种活塞式引擎及其转矩控制方法。所述的引擎有一个气缸，一个主活塞，一个辅助活塞。气缸与主活塞及辅助活塞构成了一个燃烧室V。主曲轴有一个偏移量L0，主活塞和辅助活塞按照不同的频率运行。在a=θ到a>10

【技术实现步骤摘要】
一种有曲轴偏移的活塞引擎及其转矩控制方法


[0001]本专利技术和往复式活塞引擎有关，尤其涉及一种有曲轴偏移的活塞引擎及其转矩控制方法。
[0002]本专利技术在引擎的曲轴中心和活塞连杆之间引入一个位置偏移量，可以使气缸壁和活塞的侧向力都减少；同时再引入一个辅助活塞来约束气缸的燃烧室体积与曲轴转角的关系，可以进一步改变引擎的转矩特性。本专利技术的引擎在TDC附近有一个展宽的几乎保持不变的最小燃烧室体积Vc，从而可以迫使燃烧的峰值压力位于较大的曲轴转角位置，从而使得在相同的燃料完全燃烧的条件下，提高曲轴上的输出转矩，大大改善引擎的燃油效率。
技术背景
[0003]在丰田的引擎家族中，大部分的活塞引擎都有轴偏移。也就是说，在活塞连杆处于垂直位置时，活塞连杆的中心线和曲轴中心有一个L0的位置偏移量。1997的1NZ有12mm的偏移量，2007的3ZR有8mm的偏移量，2017/2018的A25和M20有10mm的偏移量。这种安排可以减少气缸壁和活塞上的侧向压力，进而减少由此产生的摩擦力。但是偏移量也会损害曲轴上的输出转矩。图1是一个丰田引擎的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞式引擎，其特征在于，包括：一个气缸，这个气缸定义了一个内部空间；一个主活塞和一个辅助活塞，这个主活塞和这个辅助活塞在这个气缸中延着气缸的中心线密封地上下运动；所述主活塞和一个第一连杆相连接，第一连杆和一个第一曲轴相连接；所述辅助活塞和一个第二连杆相连接，第二连杆和一个第二曲轴相连接；第一连杆的长度是L，第二连杆的长度是l；第一曲轴的摆动半径是R，第二曲轴的摆动半径是r；辅助活塞的运动位置和第一曲轴的旋转运动是关联的，当第一曲轴在某一个角度时，辅助活塞有一个确定的对应位置；所述主活塞的运动频率和所述辅助活塞的运动频率是不一样的；当第一连杆的中心线在垂直位置时，第一连杆的中心线到第一曲轴的中心有一个位置距离L0，这个距离L0定义为曲轴偏移量，L0的值大于第一曲轴的摆动半径R的10%，a是第一曲轴的转角，单位为度；所述主活塞在第一曲轴转角位置a=θ=arcsin[L0/(L+R)] 时，达到它的TDC位置，所述主活塞在第一曲轴转角位置a=arcsin(L0/R) 时，受到的侧向力为零；气缸和主活塞以及辅助活塞三者之间的空间定义了一个燃烧室，这个燃烧室的体积为V；当主活塞在a=θ位置时，辅助活塞运动到这样的一个位置，迫使燃烧室的体积V等于燃烧室的最小体积Vc，辅助活塞的位置进一步约束燃烧室的体积V，使得在a=θ到a>15
°
(CA)的范围内，燃烧室体积V≈Vc。2.如权利要求1所述的引擎，其特征在于：第二曲轴的旋转频率是第一曲轴的2倍，在a=θ到a>40
°
(CA)的范围内，燃烧室体积V的变化量小于Vc的1%，或者说(Vc
–
Vc*1%)<V<(Vc+Vc*1%)。3.如权利要求1所述的引擎，其特征在于：第二曲轴的旋转频率是第一曲轴的3倍，在a=θ到a>30
°
(CA)的范围内，燃烧室体积V的变化量小于Vc的1%，或者说(Vc
–
Vc*1%)<V<(Vc+Vc*1%)。4.如权利要求1所述的引擎，其特征在于：第二曲轴的旋转频率是第一曲轴的4倍，在a=θ到a>20
°
(CA)的范围内，燃烧室体积V的变化量小于Vc的1%，或者说(Vc
–
Vc*1%)<V<(Vc+Vc*1%)。5.如权利要求1所述的引擎，其特征在于：第二曲轴的旋转频率是第一曲轴的5倍，在a=θ到a>10
°
(CA)的范围内，燃烧室体积V的变化量小于Vc的1%，或者说(Vc
–
Vc*1%)<V<(Vc+Vc*1%)。6.如权利要求1所述的引擎，其特征在于：当主活塞在它自己的TDC位置的时刻，辅助活塞在它自己的BDC位置。7.如权利要求1所述的引擎，其特征在于：在主曲轴转角位置a=θ=arcsin[L0/(L+R)]，第一连杆的中心线和第二连杆的中心线在一条直线上。
8.如权利要求1所述的引擎，其特征在于：在第一曲轴的转速小于1000rpm时，采用延迟燃料注入或者延迟点火的控制方式，使得燃烧室中燃料的燃烧发生在在第一曲轴的位置a>θ的范围内；在第一曲轴的转速小于1000rpm时，在a<θ时没有显著的燃烧发生。9.一种活塞式引擎，其特征在于，包括：一个气缸，这个气缸定义了一个内部空间；一个主活塞和一个辅助活塞，这个主活塞和这个辅助活塞在这个气缸中延着气缸的中心线密封地上下运动；所述主活塞和一个第一连杆相连接，第一连杆和一个第一曲轴（主曲轴）相连接；所述辅助活塞的运动位置被一个机械执行机构所控制；第一连杆长度是L，第一曲轴的摆动半径是R；辅助活塞的运动位置和第一曲轴的旋转运动是关联的，当第一曲轴在某一个角度时，辅助活塞有一个确定的对应位置；所述主活塞运动的傅里叶函数频率和辅助活塞运动的傅里叶函数频率是不一样的；当第一连杆的中心线在垂直位置时，第一连杆的中心线到第一曲轴的中心有一个位置距离L0，这个距离L0定义为曲轴偏移量，L0的值大于R的10%；a是第一曲轴的转角，单位为度；所述主活塞在第一曲轴转角位置a=θ=arcsin[L0/(L+R)] 时，达到他的TDC位置；所述主活塞在第一曲轴转角位置a=arcsin(L0/R) 时，受到的侧向力为零；气缸和主活塞以及辅助活塞三者之间的空间定义了一个燃烧室，这个燃烧室体积为V；当主活塞在a=θ位置时，辅助活塞运动到这样一个位置，迫使燃烧室V的体积等于燃烧室的最小体积Vc；辅助活塞的位置进一步约束燃烧室的体积V，使得在a=θ到a>10
°
(CA)的范围内，燃烧室体积V≈Vc。10.如权利要求9所述的活塞引擎，其特征在于，其机械执行机构是一个凸轮：这个凸轮的轮廓线是这样设计的：在θ
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180
°
CA到θ+180
°
CA的范围内，辅助活塞的运动位置P10按照数学表达式P10=D
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[r*cos(a10)+l*cos(b10)]的描述，其中，a10=k*(a
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θ)+180
°
，b10=arcsin[(r/l)*sin(a10)]；k是常数2, 3, 4 或者5；D, r 和 l 都是常数；选择常数k, D, r, l, 使得燃烧室的体积V被强迫约束，在a=θ到a>15
°
(CA)范围内，满足(Vc
–
Vc*1%)<V<(Vc+Vc*1%)。11.如权利要求9所述的活塞引擎，其特征在于，其机械执行机构是一个凸轮：这个凸轮的轮廓线是这样设计的：在θ
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120
°
CA到θ+120
°
CA范围内，辅助活塞的运动位置 P10 按照数学表达式P10=...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁德芳，
申请(专利权)人：袁德芳，
类型：发明
国别省市：