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线性二级曲柄柱塞均质压燃发动机

阅读:371发布:2020-05-12

专利汇可以提供线性二级曲柄柱塞均质压燃发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 柱塞 式 均质压燃 发动机 技术领域。该线性二级 曲柄 销柱塞均质压燃发动机,其特征包括定 齿轮 (1),传动齿轮(4),二级 曲轴 齿轮(6),二级柱塞(9),一级柱塞(10), 气缸 (11)。定齿轮(1)和二级曲轴齿(6)、动齿轮(4),之间 啮合 传动,定齿轮(1)与二级曲轴齿(6)齿比为2∶1。当一级曲轴销(2)顺 时针 旋转时,二级 曲柄销 (7)轴心线的运动轨迹始终与二级柱塞(9)轴心线重合并一起运动。当二级柱塞(9)右行至右止点时,向一级柱塞(10)柱塞套与二级柱塞(9)构成的腔体内注射高压液压油,一级柱塞(10)快速右移,将气缸(11)内的空燃混合气压燃。,下面是线性二级曲柄柱塞均质压燃发动机专利的具体信息内容。

1.如权利要求1所述的线性二级曲柄柱塞均质压燃发动机,由定齿轮(1),一级曲轴销(2),一级曲柄(3),传动齿轮(4),二级曲柄(5),二级曲轴齿轮(6),二级曲柄销(7),二级曲轴销(8),二级柱塞(9),一级柱塞(10),气缸(11),一级柱塞油孔(12),气缸油孔(13)组成,其特征在于:
(1)发动机气缸(11)、一级柱塞(10)、二级柱塞(9)平布置,定齿轮(1)轴心线与发动机气缸(11)轴心线、一级柱塞(10)轴心线、二级柱塞(9)轴心线重合,定齿轮(1)和气缸(11)都固定安装在机壳上。
(2)一级曲轴销(2)转动安装在定齿轮(1)中心轴孔内。一级曲柄(3)上开有轴孔,二级曲轴销(8)转动安装于一级曲柄(3)上的轴孔内,二级曲轴齿(6)固定连接在二级曲轴销(8)上。一级曲柄(3)和二级曲柄(5)有效回旋半径相等。定齿轮(1)和二级曲轴齿(6)之间有传动齿(4)传动,传动齿(4)旋转安装在一级曲柄(3)的轴杆上。定齿轮(1)与二级曲轴齿(6)齿比为2∶1,定齿轮(1)、传动齿(4)、二级曲轴齿(6)构成齿轮啮合传动系。
2.如权利要求1所述的线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机,当一级曲轴销(2)顺时针旋转时,一级曲柄(3)上的传动齿轮(4)随一级曲柄(3)绕一级曲轴销(2)顺时针公转,因定齿轮(1)不旋转,由于传动齿轮(4)和定齿轮(1)的啮合作用,传动齿轮(4)进行顺时针自转。
二级曲轴齿轮(6)受传动齿轮(4)啮合作用,带动二级曲柄(5)逆时针自转,二级曲柄(5)二倍于一级曲柄(3)旋转,二级曲柄(5)与一级曲柄(3)旋转方向相反。一级曲柄(3)和二级曲柄(5)有效回旋半径相等。这样二级曲柄销(7)轴心线的运动轨迹始终成一条直线,并始终保持与二级柱塞(9)轴心线重合。
3.如权利要求1所述的线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机,二级柱塞(9)中间位置开有径向轴孔,二级曲柄销(7)穿过轴孔与二级柱塞(9)旋转连接。因一级曲柄(3)和二级曲柄(5)有效回旋半径相等,并靠定齿轮(1)、传动齿(4)、二级曲轴齿(6)的啮合作用,能保证二级曲轴销(8)转动到水平相位时,二级曲柄销(7)也转到水平相位,一级曲轴销(2)、二级曲轴销(8)、二级曲柄销(7)的轴心线在同一平面上并与一级柱塞(10)、二级柱塞(9)轴心线重合。
4.如权利要求1所述的线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机,二级柱塞(9)活动安装在一级柱塞(10)的柱塞套内,并在柱塞套内构成一个圆柱形腔体,腔体侧向开有一级柱塞油孔(12)。气缸(11)侧壁开有气缸油孔(13),当二级柱塞(9)右行至右止点附近时,一级柱塞油孔(12)和气缸油孔(13)重合,此时通过气缸油孔(13)和一级柱塞油孔(12)向一级柱塞(10)柱塞套与二级柱塞(9)构成的腔体内注射高压液压油,一级柱塞(10)受压作用,快速向右移动,将预先注入气缸(11)内的空燃混合气压燃。一级柱塞(10)受高压燃气的膨胀作用向左推动二级柱塞(9)运动,通过两级曲柄传动机构将两级柱塞的轴向力,转换成一级曲轴销(2)的旋转力。
5.如权利要求1所述的线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机,通过控制高压液压油注入一级柱塞(10)柱塞套与二级柱塞(9)构成的腔体内的时刻和注入压力,可以准确的控制气缸(11)内空燃混合气的压燃时刻。

说明书全文

线性二级曲柄柱塞均质压燃发动机

[0001] 本发明涉及柱塞式均质压燃发动机技术领域。
[0002] 目前活塞式发动机比较先进的是高压共轨增压柴油发动机和缸内直喷汽油发动机。然而,目前的柴油发动机,在雾化柴油气喷射入气缸内的瞬间,气缸内的高压、高温气体令柴油燃料爆燃,柴油此时燃烧是在雾化柴油与空气未能完全均质混合下进行的,属于未能均质的扩散燃烧,燃烧不完全,容易产生烟,从开始燃烧到燃烧结束持续时间较长,能量释放速度慢,热效率低。缸内直喷汽油发动机虽然做到了燃料与空气充分混合后再燃烧,但需要火花塞点火,属于火焰传播燃烧,做不到在正时时刻压燃;因为火焰传播燃烧需要控制空燃比,所以做不到稀燃;火焰传播燃烧能量释放速度慢,低速大扭矩特性差,高速燃料利用率差。看来,柴油发动机和汽油发动机如果能够解决燃料和空气充分混合后再压燃的问题,发动机将有很大开发潜。目前发动机研发机构也正在致力于发展均质压燃技术,但总是不能解决均质后,在正时准确控制压燃时刻。如果能考虑通过采用双级柱塞平布置结构,一级柱塞用于压燃,二级柱塞用于给一级柱塞加速。使发动机在压缩冲程末端,在二级柱塞运行至右止点附近时,二级柱塞与一级柱塞空腔内加注高压液压油,利用高压液压油的压力使二级柱塞给一级柱塞加速,燃烧室内的空燃混合气迅速被压缩升温,直至被压燃。发动机就实现了准确控制压燃时刻的目的。这样空燃混合气的燃烧和放热速度快,燃料燃烧完全,燃烧在低温稀燃下进行,发动机热效率高,燃油利用率高,低速扭矩特性好,排放好。同时采用二级曲柄和柱塞结构,柱塞行程缸径比是传统汽油发动机的10倍,提高了发动机的动力性。
[0003] 本发明的目的在于提供一种具备高压共轨增压柴油发动机压燃特性和缸内直喷汽油发动机空燃混合气均质特性,在空燃混合气均质后,在二级柱塞到达右止点附近,在液压油推动下迅速右压,迅速提高燃烧室内压力和温度来控制均质后压燃时刻的发动机技术。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的,采用两级曲柄结构。一级曲柄轴同心安装一定齿轮连杆换成二级曲柄,二级曲轴销以一级曲柄销孔为轴转动,二级曲柄与一级曲柄有效回旋半径相等。二级曲柄轴固定安装二级曲轴齿轮,二级曲轴齿轮与定齿轮的齿比是1∶2。定齿轮和二级曲柄齿轮中间有传动齿轮传动,这一结构保证二级曲柄转速是一级曲柄转速的二倍,一级曲柄与二级曲柄旋转方向相反,并且这一结构实现了在一级曲轴销旋转时,二级曲柄销的运动轨迹成直线,并始终与柱塞轴心线重合,使柱塞的轴向线性运动能完全转化成曲轴的旋转运动,避免了曲轴连杆结构中,活塞的轴向力被连杆的非线性运动分解了部分径向力。同时在一级柱塞中间安装二级柱塞,二级柱塞轴孔与二级曲柄销转动连接,一级柱塞和柱塞套开有油孔。一级曲轴销转动带动二级曲柄旋转,二级曲柄销带动二级柱塞右行,一级柱塞也随之右行,由于缸套密封,一级柱塞右行压气会产生反作用力,一级柱塞轴向与二级柱塞右侧靠紧;当二级柱塞右行到达右止点附近,一级柱塞油孔与缸套油孔重合,这时通过缸套油孔向一级柱塞油孔加注高压液压油,二级柱塞在液压油推动下,推动一级柱塞加速右行,迅速提高缸套内预先喷入的空燃混合气的压力和温度,空燃混合气被压燃,通过控制高压液压油加注的时刻和压力,可调整发动机在右止点附近的压燃时刻。
[0005] 该发明采用两级曲柄结构,两级曲柄有效回旋半径相等,定齿轮固定安装不转,一级曲轴销以定齿轮轴心为轴旋转,二级曲轴销以一级曲柄销孔为轴旋转,二级曲柄销转动连接于二级柱塞中心轴孔内。
[0006] 该发明二级曲轴销固定连接一个二级曲轴齿,一级曲轴销与定齿轮轴心重合,定齿轮固定安装不转动。定齿轮与二级曲轴齿轮中间连接传动齿轮,传动齿轮旋转安装在一级曲柄传动齿轮轴上。定齿轮与二级曲轴齿轮齿比为2∶1。这样当一级曲轴销顺时针旋转时,一级曲柄带动传动齿轮圆周顺时针旋转。因定齿轮不转,受定齿轮的啮合作用,传动齿轮顺时针自转,传动齿带动二级曲轴齿轮逆时针旋转,二级曲柄也随二级曲轴齿轮逆时针自转。由于定齿轮与二级曲轴齿轮齿比为2∶1,二级曲柄旋转速度是一级曲柄旋转速度的两倍,旋转方向相反。这样二级曲柄销运行轨迹成线性,并与二级柱塞轴线、一级柱塞轴线重合。这样二级曲柄销的运动与二级柱塞的轴向运动产生的相互作用力的方向,都与二者运动轨迹重合,不会分解侧向力。同时采用二级曲柄和柱塞结构,柱塞行程缸径比是传统汽油发动机的10倍。
[0007] 该发明采用两级柱塞,二级柱塞安装在一级柱塞中间,一级柱塞用于压燃,二级柱塞给一级柱塞加速。
[0008] 该发明在二级曲柄右行至最大行程时,既二极柱塞右行至右止点附近时,通过气缸油孔和一级柱塞油孔,给二级柱塞与一级柱塞套形成的空腔内加注高压液压油,推动一级柱塞加速右行,将预先进入气缸内的空燃混合气压燃,压燃后的高压燃气膨胀做功,推动一级柱塞和二级柱塞左行,推动二级曲柄和一级曲柄旋转做功,动能从一级曲轴销输出。
[0009] 本发明的有益效果是,利用高压液压油冲入到二级柱塞空腔内,在压缩冲程二级柱塞到达右止点附近时,推动一级柱塞加速,将预先进入气缸内的空燃混合气压燃。因此解决了均质压燃发动机不易控制压燃时刻的问题。这样既保证了均质压燃发动机工作的可靠性,同时均质混合气压燃,提高了燃料燃烧和放热速度,燃烧温度低,无扩散和传播燃烧,燃烧完全,降低了氮化合物和碳烟的排放,提高了热效率,提高了燃料利用率。通过调节注入二级柱塞腔内的液压油的压力和注入时间,可以改善气缸内燃料燃烧的速度,改善发动机燃烧特性和扭矩特性。同时采用二级曲柄和柱塞结构,柱塞的行程缸径比是传统汽油发动机的10倍,提高了发动机的动力性。附图说明:
[0010] 图1.线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机吸气和做功冲程原理图[0011] 图2.线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机压缩和排气冲程原理图[0012] 图3.线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机压缩冲程二级柱塞至右止点原理图[0013] 图4.线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机压燃时刻原理图
[0014] 下面结合附图说明对本发明作如下详细描述。
[0015] 如图1所示,该线性二级曲柄销柱塞均质压燃发动机由定齿轮(1),一级曲轴销(2),一级曲柄(3),传动齿轮(4),二级曲柄(5),二级曲轴齿轮(6),二级曲柄销(7),二级曲轴销(8),二级柱塞(9),一级柱塞(10),气缸(11),一级柱塞油孔(12),气缸油孔(13)组成。
[0016] 如图1所示,发动机气缸(11)、一级柱塞(10)、二级柱塞(9)水平布置,定齿轮(1)轴线与发动机气缸(11)轴线、一级柱塞(10)轴线、二级柱塞(9)轴线重合,定齿轮(1)同气缸(11)固定安装在机体上。
[0017] 如图1所示,一级曲轴销(2)转动安装在定齿轮(1)中心轴孔内。一级曲柄(3)上开有轴孔,二级曲轴销(8)转动安装于一级曲柄(3)上的轴孔内,二级曲轴齿(6)固定连接在二级曲轴销(8)上。传动齿(4)旋转安装在一级曲柄(3)的轴杆上。定齿轮(1)与二级曲轴齿(6)齿比为2∶1,一级曲柄(3)和二级曲柄(5)有效回旋半径相等。定齿轮(1)、传动齿(4)、二级曲轴齿(6)构成齿轮啮合传动系。在发动机吸气和做功冲程,两级柱塞左行,因齿轮传动作用,两级曲柄随之旋转,在吸气或做功冲程整个周期,二级曲轴销(8)逆时针转一周,一级曲轴销(2)顺时针转半周。
[0018] 如图2所示,当一级曲轴销(2)顺时针旋转时,一级曲柄(3)上的传动齿轮(4)随一级曲柄(3)绕一级曲轴销(2)顺时针公转,因定齿轮(1)不旋转,传动齿轮(4)由于和定齿轮(1)的啮合作用,进行顺时针自转。二级曲轴齿轮(6)受传动齿轮(4)啮合作用,带动二级曲柄(5)逆时针自转,二级曲柄(5)二倍于一级曲柄(3)转速旋转,二级曲柄(5)与一级曲柄(3)旋转方向相反。这样二级曲柄销(7)轴心线的运动轨迹始终成一条直线,并始终保持与二级柱塞(9)轴心线重合。在发动机压缩冲程,因齿轮传动作用,两级曲柄旋转。在压缩冲程整个周期,二级曲轴销(8)逆时针转一周,一级曲轴销(2)顺时针转半周,两级柱塞右行。
[0019] 如图3所示,二级柱塞(9)中间位置开有径向轴孔,二级曲柄销(7)穿过轴孔与二级柱塞(9)旋转连接。靠定齿轮(1)、传动齿(4)、二级曲轴齿(6)的啮合作用,能保证二级曲轴销(8)转动到水平相位时,二级曲柄销(7)也转到水平位置,一级曲轴销(2)、二级曲轴销(8)、二级曲柄销(7)的轴心线在同一平面上并与一级柱塞(10)、二级柱塞(9)轴心线重合。此时,二级柱塞(9)到达右止点,即压缩冲程末端。
[0020] 如图4所示,二级柱塞(9)活动安装在一级柱塞(10)轴向中心套内,并在中心套内构成一个圆柱形腔体,腔体侧向开一级柱塞油孔(12)。气缸(11)侧壁开有气缸油孔(13)。在压缩冲程末端,当二级柱塞(9)右行至右止点附近时,一级柱塞油孔(12)和气缸油孔(13)重合,此时通过气缸油孔(13)和一级柱塞油孔(12)向一级柱塞(10)中心套与二级柱塞(9)构成的腔体内注射高压液压油,一级柱塞(10)快速向右移动,将预先注入气缸(11)内的空燃混合气压燃。一级柱塞(10)受高压燃气的膨胀作用向左推动二级柱塞(9)运动,通过两级曲柄传动机构将两级柱塞的轴向力,转换成一级曲轴销(2)和二级曲轴销(8)的旋转力。通过控制高压液压油的注入时刻和注入压力,可以准确的控制气缸(11)内空燃混合气的压燃时刻,改善气缸内燃料燃烧的速度,这样就实现了在正时刻均质压燃的目的,改善发动机燃烧特性和动力特性。
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