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可变中冷绝热内燃机

阅读:166发布:2022-06-25

专利汇可以提供可变中冷绝热内燃机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且在 申请 号为201910039048.6的中冷绝热 内燃机 中,中间冷却降低了 发动机 的 散热 损失并让热效率提高,但因中间冷却已把空气的压缩热导至外界,在发动机中低功率时也会让排气的 温度 过低;可变中冷绝热内燃机通过在缸盖内增设副缸(12)和可变升程 活塞 (13)构成了可变 燃烧室 (24),由升程调节装置(17)改变可变燃烧室容积的大小,便可改变进入燃烧室作功的压缩空气量和发动机的功率,为配合可变燃烧室容积的大小变化,所设的随动活塞或汽缸内的可变升程活塞会让不参与燃烧作功的压缩空气仍留在汽缸不进入 中间冷却器 (20)冷却,从而在发动机中低功率状态下能让排气温度保持在较低的稳定状态,让发动机能正常高效的运转。,下面是可变中冷绝热内燃机专利的具体信息内容。

1.一种可变中冷绝热内燃机,包括缸盖(1)和装有活塞(10)的汽缸(5),在缸盖的底面(23)上分别设有通气口(11)和压缩空气出口(18),被汽缸(6)和可控单向阀(7)控制开启关闭的压缩空气出口(18)经出气管路(19)与中间冷却器(20)连通,中间冷却器再经供气管路(21)和缸盖内被控制的充气阀(2)与燃烧室(4)相连通,燃烧室(4)再经被燃烧室阀(3)控制的通气口(11)与下面的汽缸(5)连通;当活塞(10)上行进行压缩并接近压缩过程终点时,汽缸阀(6)下移提前开启,在活塞(10)继续上行压缩让汽缸(5)内的压缩空气压与中间冷却器(20)内的气体压力接近时,被施加向上开启作用力的可控单向阀(7)也随之开启,让上行的活塞(10)把汽缸(5)内的压缩空气经开启的汽缸阀(6)和可控单向阀(7)压进中间冷却器(20),由中间冷却器把空气的压缩热导至外界,让所进行的压缩过程接近等温状态、使压缩终点时压缩空气的温度和压力大幅度降低,在作功过程前,被中间冷却器(20)冷却过的低温压缩空气经供气管路(21)和被控制开启的充气阀(2)进入燃烧室(4),当燃烧室(4)内的燃油空气混合气被火花塞(8)点燃后,所形成的高温高压作功燃气便经被控制开启的燃烧室阀(3)进入汽缸(5),推动汽缸内的活塞(10)下移作功,其特征在于:在缸盖(1)内增设有副缸(12)和可变升程活塞(13),在副缸内的可变升程活塞(13)行程距离内构成了可变燃烧室(24),由可变燃烧室(24)和相连通的燃烧室(4)构成一个组合燃烧室,可变升程活塞(13)经连接部件可被升程调节装置(17)带动,使可变燃烧室(24)的容积能发生大小变化,相应的汽缸(5)内的上侧容积通过所设的随动活塞或活塞也可被升程调节装置(17)带动,使汽缸(5)内的活塞(10)上侧容积也相应的缩小或增大;当可变升程活塞(13)被升程调节装置(17)带动压进副缸(12)挤没可变燃烧室(24)容积、让组合燃烧室只留出燃烧室(4)的容积时,相应的升程调节装置(17)通过连接部件也同时带动随动活塞或活塞改变升程,使压缩终点时汽缸(5)内的上侧容积达到最大状态,让上行的活塞(10)只能把最少量的压缩空气压入中间冷却器(20)内,发动机也处于最小功率状态;在需要增加发动机功率时,通过升程调节装置(17)让可变升程活塞(13)相应外移,增大副缸(12)内的可变燃烧室(24)容积、让进入组合燃烧室的压缩空气量增加,便会让发动机的功率相应增大,同时,升程调节装置(17)通过连接部件也相应的带动随动活塞或活塞改变升程,使压缩终点时汽缸(5)内的上侧容积相应减少,被活塞(10)挤进中间冷却器(20)内的压缩空气也相应增多;在让发动机发出最大功率时,通过升程调节装置(17)使可变升程活塞(13)外移到让副缸的可变燃烧室(24)容积达到最大状态时,进入组合燃烧室的压缩空气量也达到最多,这时发动机就会发出最大功率,同时,升程调节装置(17)通过连接部件也相应的带动随动活塞或活塞、使压缩终点时汽缸(5)内的活塞顶面上的容积处于最小状态,上行的活塞(10)便会把活塞上面的压缩空气全部压进中间冷却器(20)。
2.根据权利要求1所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:副缸(12)竖向布置在缸盖(1)内,燃烧室(4)的充气阀(2)和燃烧室阀(3)布置在副缸(12)的侧面,由充气阀(2)与燃烧室阀(3)之间和副缸的连接通道(91)两个部分容积构成了燃烧室(4)的容积空间,所设的火花塞(8)也伸在连接通道(91)中,相应的在汽缸(5)的外侧也设有竖向布置的可变容积缸(33),该可变容积缸与缸盖上的副缸(12)处于同一轴线位置上,可变容积缸的上侧经通气孔(34)与汽缸(5)的上侧相连通,在可变容积缸内装有随动活塞(26),该随动活塞经下侧的活塞杆(27)与外侧的竖杆(36)下面的托梁(37)相连,随动活塞(26)再经竖杆(36)和其上面的压梁(35)连接在可变升程活塞(13)的活塞杆(14)上,装在副缸内的可变升程活塞(13)经穿过盖座(31)上的活塞杆(14)被盖座上的升程调节装置(17)控制,该升程调节装置由控制电动机(32)和蜗轮装置(28)构成,由盖座(31)构成了蜗轮装置的底座,在可变升程活塞(13)的活塞杆上形成有螺纹杆(15),通过蜗轮装置的蜗轮轴(29)内的内螺纹使穿过蜗轮轴的活塞杆(14)可被控制电动机(32)带动让可变升程活塞(13)能上下移动;为调节内燃机功率的大小,在升程调节装置改变可变升程活塞(13)的上下位置、可变燃烧室(24)容积发生大小变化时,通过竖杆(36)也让可变容积缸(33)内的随动活塞(26)上下同步移动,让可变容积缸(33)内的容积相应缩小或增大,使充进中间冷却器(20)内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
3.根据权利要求1所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:副缸(12)横向布置在缸盖(1)内,并位于汽缸(5)的上方,燃烧室(4)的充气阀(2)和燃烧室阀(3)处在副缸(12)的缸盖(22)侧面位置,由充气阀(2)与燃烧室阀(3)之间和副缸的连接通道(91)两部分容积构成了燃烧室(4)的容积空间,所设的火花塞(8)伸在充气阀(2)与燃烧室阀(3)之间,压缩空气出口(18)的汽缸阀(6)和可控单向阀(7)则布置在副缸(12)的侧面,所需的随动活塞与副缸(12)内的可变升程活塞(13)组合成了一体,并让可变升程活塞(13)的底侧形成了可变容积缸(33),该可变容积缸通过底部的通气孔(34)与汽缸(5)连通,副缸内的可变升程活塞(13)的活塞杆(14)穿过副缸底部的挡体(39)被外面的升程调节装置(17)控制,该升程调节装置由控制电动机(32)和蜗轮装置(28)构成,在可变升程活塞(13)的活塞杆(14)上形成有螺纹杆(15),通过在蜗轮装置的蜗轮轴(29)上的内螺纹使穿过蜗轮轴的活塞杆(14)可被控制电动机(32)控制,让可变升程活塞(13)能左右移动,从而改变副缸内可变燃烧室(24)的容积大小,在汽缸(5)的下止点位置上分别设有扫气口(45)和排气口(46);为调节内燃机功率的大小,在升程调节装置改变可变升程活塞(13)的左右位置、使可变燃烧室(24)的容积也发生大小变化时,可变升程活塞背面的可变容积缸(33)的容积也自然的随之缩小或增大,使充进中间冷却器(20)内的压缩空气量被影响也相应增多或减少。
4.根据权利要求3所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:当内燃机作为车辆动力时,副缸(12)底部的挡体(39)被制成阀体结构,在挡体被控制机构带动向副缸内移动时,可变容积缸底部的通气孔(34)可被遮挡关闭,在挡体(39)的外侧设有穿过挡座(42)的拉套(40),由装在拉套(40)与挡座(42)之间的弹簧(41)使挡体(39)处在让通气孔(34)开启的位置,当挡体(39)被控制机构带动向副缸内移动关闭可变容积缸(33)底部的通气孔(34)、同时也让副缸(12)内的可变燃烧室(24)容积处于最小状态后,这时因进入燃烧室(4)的压缩空气量较少、而被压入中间冷却器(20)的压缩空气量较多,可让内燃机产生出一定的刹车制动力,并因压缩空气被储存进中间冷却器使刹车能量被相应回收。
5.根据权利要求4所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:带动挡体(39)的控制机构采用气动控制方式,在拉套(40)外面设有气缸筒(43),该气缸筒经通气管(44)与三通阀(48)连通,在挡体(39)不被控制让通气孔(34)开启时,气缸筒(43)经通气管(44)和三通阀(48)与外界相通,当需减速刹车时,经电动控制器(54)带动三通阀(48)内的阀芯(49)内移,让阀芯遮挡住泄气口(51),并让阀芯上的导气槽(50)把通气管(44)与压力空气管(55)连通,便可带动挡体(39)把通气孔(34)关闭,让内燃机产生出一定的刹车制动力,三通阀(48)不被控制时,阀芯(49)侧面的单向阀(52)可阻止压力空气管(55)中气体的泄漏
6.根据权利要求1所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:副缸(12)竖向布置在缸盖(1)内,在副缸内的可变升程活塞(13)的下侧升程距离内形成可变燃烧室(24),在副缸底部形成有锥形燃烧室(4),该锥形燃烧室通过其下侧中心位置的通气口(11)与下面的汽缸(5)连通,控制通气口(11)的燃烧室阀(3)经穿过可变升程活塞(13)的阀杆(56)被上部的弹簧(58)、压座(57)、摇臂(60)和凸轮(62)控制关闭或开启,在锥形燃烧室(4)底部的外侧形成有充气孔(63),所设的火花塞(8)也伸在充气孔中,在充气孔外侧设有充气阀(64),该充气阀经穿出密封座(66)的阀杆(65)被弹簧(67)作用关闭,并经侧摇臂(72)、顶杆(74)被充气凸轮(69)压动开启;装在副缸(12)内的可变升程活塞(13)经其裙部(73)上的轴销(75)与压臂(76)的内端相铰接,压臂外端经支杆(77)被壁座(78)支撑,压臂(76)的中部经相连的拉杆(79)伸到曲轴箱(47)下部,与下面的控制臂(80)外端相铰接,该控制臂通过支板(81)装在底座(82)上,控制臂的内端通过轴承孔套装在控制轴(83)的副偏心(84)上,同时,控制轴(83)还通过偏心块(85)、拉杆(86)和套装在曲轴(87)上的摆杆(88)与上面汽缸中活塞(10)的连杆(89)相连;为调节内燃机功率的大小,通过升程调节装置(17)的控制电动机(32)经控制板(90)带动控制轴(83)时,控制轴便经其上的副偏心块(84)、控制臂(80)、拉杆(79)和压臂(76)带动副缸(12)内的可变升程活塞(13),让副缸(12)内的可变燃烧室(24)容积发生大小变化时,被带动的控制轴(83)也同时经偏心块(85)、拉杆(86)、曲轴上的摆杆(88)和连杆(89)带动汽缸中的活塞(10),使活塞行到上止点时的位置也相应改变,让活塞顶面与缸盖底面的可变容积也随之缩小或增大,使充进中间冷却器(20)内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
7.根据权利要求1所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:副缸(12)竖向布置在缸盖(1)内,在副缸内的可变升程活塞(13)的下侧升程距离内形成可变燃烧室(24),在副缸底部形成有锥形燃烧室(4),该锥形燃烧室通过其下侧中心位置的通气口(11)与下面的汽缸(5)连通,控制通气口(11)的燃烧室阀(3)经穿过可变升程活塞(13)的阀杆(56)被上部的弹簧(58)、压座(57)、摇臂(60)和凸轮(62)控制关闭或开启,在副缸(12)与锥形燃烧室(4)之间形成有充气孔(63),所设的火花塞(8)伸在锥形燃烧室(4)中,在充气孔(63)外侧设有充气阀(64),该充气阀经穿出密封座(66)的阀杆(65)被弹簧(67)作用关闭,并经侧摇臂(72)、顶杆(74)被充气凸轮(69)压动开启;相应的在汽缸(5)的外侧设有横向布置的可变容积缸(33),该可变容积缸的上侧经通气孔(34)与汽缸(5)的上侧相连通,在可变容积缸内装有随动活塞(26),该随动活塞经连杆(93)与外侧的形摆臂(94)的下端相连,角形摆臂的内端再经轴销(97)铰接在升降框(98)上,升降框通过内侧的两个滑块(99)安装在可变升程活塞(13)裙部的滑槽(25)上,升程调节装置(17)通过连接杆(95)与角形摆臂(94)相连,为调节内燃机功率的大小,通过升程调节装置(17)和角形摆臂(94)带动副缸(12)内的可变升程活塞(13),可变燃烧室(24)的容积发生大小变化时,角形摆臂(94)的下端也同时带动可变容积缸(33)内的随动活塞(26)相应移动,让可变容积缸(33)内的容积随之缩小或增大,使充进中间冷却器(20)内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
8.根据权利要求2、3、6或7所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:中间冷却器(20)的供气管路(21)末端经所设的油气混合腔(71)后再通向燃烧室(4)的充气阀,在油气混合腔(70)上设有喷油器(9)。
9.根据权利要求2、3、6或7所述的可变中冷绝热内燃机,其特征在于:当内燃机作为车辆动力时,在从中间冷却器(20)接出的供气管路(21)上设有刹车截止阀(92),该截止阀被所设的刹车控制器控制,在行车中需长时间制动刹车时,通过刹车控制器先让副缸(12)内的可变升程活塞(13)调大可变燃烧室(24)的容积,同时让可变容积缸(33)的容积大幅度变小,再相应关小或关闭供气管路(21)上的刹车截止阀(92),便可通过减少进入燃烧室的压缩空气量、增加进入中间冷却器(20)的压缩空气量,逐渐加大内燃机的制动力,当进入中间冷却器(20)的压缩空气压力超过限度时,由所设的放气阀向外放气。

说明书全文

可变中冷绝热内燃机

[0001] 技术领域 本发明涉及一种内燃机,特别是可变中冷绝热内燃机。
[0002] 背景技术 在申请号为201910039048.6的中冷绝热内燃机中,虽然通过中间冷却过程大幅度降低了发动机的最高循环温度和压,减少了散热损失,也相应提高了机械效率,但由于中间冷却器已把空气的压缩热导至外界,在发动机大功率时,排气的温度也较低,但在中低功率时,会让发动机的排气温度更低甚至结,影响了发动机的正常运转。
[0003] 发明内容 本发明的目的是提供一种可变中冷绝热内燃机,因只对参与内燃机燃烧的这部分压缩空气进行中间冷却,不但保留了能改善内燃机循环的中间冷却过程,让散热损失相应减少,也使发动机的排气温度能保持在稳定状态,让发动机正常的运转。
[0004] 本发明的可变中冷绝热内燃机包括缸盖和装有活塞的汽缸,在缸盖的底面上分别设有通气口和压缩空气出口,被汽缸和可控单向阀控制开启关闭的压缩空气出口经出气管路与中间冷却器连通,中间冷却器再经供气管路和缸盖内被控制的充气阀与燃烧室相连通,燃烧室再经被燃烧室阀控制的通气口与下面的汽缸连通;当活塞上行进行压缩并接近压缩过程终点时,汽缸阀下移提前开启,在活塞继续上行压缩让汽缸内的压缩空气压力与中间冷却器内的气体压力接近时,被施加向上开启作用力的可控单向阀也随之开启,让上行的活塞把汽缸内的压缩空气经开启的汽缸阀和可控单向阀压进中间冷却器,由中间冷却器把空气的压缩热导至外界,让所进行的压缩过程接近等温状态、使压缩终点时压缩空气的温度和压力大幅度降低,在作功过程前,被中间冷却器冷却过的低温压缩空气经供气管路和被控制开启的充气阀进入燃烧室,当燃烧室内的燃油空气混合气被火花塞点燃后,所形成的高温高压作功燃气便经被控制开启的燃烧室阀进入汽缸,推动汽缸内的活塞下移作功,在缸盖内增设有副缸和可变升程活塞,在副缸内可变升程活塞的行程距离内构成可变燃烧室,由可变燃烧室和相连通的燃烧室构成一个组合燃烧室,可变升程活塞经连接部件可被升程调节装置带动,使可变燃烧室的容积能发生大小变化,相应的汽缸内的上侧容积通过所设的随动活塞或活塞也可被升程调节装置带动,使汽缸内的活塞上侧容积也相应的缩小或增大;当可变升程活塞被升程调节装置带动压进副缸挤没可变燃烧室容积、让组合燃烧室只留出燃烧室的容积时,相应的升程调节装置通过连接部件也同时带动随动活塞或活塞改变升程,使压缩终点时汽缸内的上侧容积达到最大状态,让上行的活塞只能把最少量的压缩空气压入中间冷却器内,发动机也处于最小功率状态;在需要增加发动机功率时,通过升程调节装置让可变升程活塞相应外移,增大副缸内的可变燃烧室容积、让进入组合燃烧室的压缩空气量增加,便会让发动机的功率相应增大,同时,升程调节装置通过连接部件也相应的带动随动活塞或活塞改变升程,使压缩终点时汽缸内的上侧容积相应减少,被活塞挤进中间冷却器内的压缩空气也相应增多;在让发动机发出最大功率时,通过升程调节装置使可变升程活塞外移到让副缸的可变燃烧室容积达到最大状态时,进入组合燃烧室的压缩空气量也达到最多,这时发动机就会发出最大功率,同时,升程调节装置通过连接部件也相应的带动随动活塞或活塞、使压缩终点时汽缸内的活塞顶面上的容积处于最小状态,上行的活塞便会把活塞上面的压缩空气全部压进中间冷却器。
[0005] 在中冷绝热内燃机的第一实施方案具体结构中,副缸竖向布置在缸盖内,燃烧室的充气阀和燃烧室阀布置在副缸的侧面,由充气阀与燃烧室阀之间和副缸的连接通道两个部分容积构成了燃烧室的容积空间,所设的火花塞也伸在连接通道中,相应的在汽缸的外侧也设有竖向布置的可变容积缸,该可变容积缸与缸盖上的副缸处于同一轴线位置上,可变容积缸的上侧经通气孔与汽缸的上侧相连通,在可变容积缸内装有随动活塞,该随动活塞经下侧的活塞杆与外侧的竖杆下面的托梁相连,随动活塞再经竖杆和其上面的压梁连接在可变升程活塞的活塞杆上,装在副缸内的可变升程活塞经穿过盖座上的活塞杆被盖座上的升程调节装置控制,该升程调节装置由控制电动机和蜗轮装置构成,由盖座构成了蜗轮装置的底座,在可变升程活塞的活塞杆上形成有螺纹杆,通过蜗轮装置的蜗轮轴内的内螺纹使穿过蜗轮轴的活塞杆可被控制电动机带动让可变升程活塞能上下移动;为调节内燃机功率的大小,在升程调节装置的控制电动机改变可变升程活塞的上下位置、让副缸内的可变燃烧室容积发生大小变化时,通过竖杆也让可变容积缸内的随动活塞上下同步移动,让可变容积缸内的容积随之缩小或增大,从而使充进中间冷却器内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
[0006] 在中冷绝热内燃机的第二实施方案具体结构中,副缸横向布置在缸盖内,并位于汽缸的上方,燃烧室的充气阀和燃烧室阀处在副缸的缸盖侧面位置,由充气阀与燃烧室阀之间和副缸的连接通道两部分容积构成了燃烧室的容积空间,所设的火花塞伸在充气阀与燃烧室阀之间,压缩空气出口的汽缸阀和可控单向阀则布置在副缸的侧面,所需的随动活塞与副缸内的可变升程活塞组合成了一体,并让可变升程活塞的底侧形成了可变容积缸,该可变容积缸通过底部的通气孔与汽缸连通,副缸内的可变升程活塞的活塞杆穿过副缸底部的挡体被外面的升程调节装置控制,该升程调节装置由控制电动机和蜗轮装置构成,在可变升程活塞的活塞杆上形成有螺纹杆,通过在蜗轮装置的蜗轮轴上的内螺纹使穿过蜗轮轴的活塞杆可被控制电动机控制,使可变升程活塞能左右移动,从而改变副缸内可变燃烧室的容积大小,在汽缸的下止点位置上分别设有扫气口和排气口;为调节内燃机功率的大小,在升程调节装置改变可变升程活塞的左右位置、让可变燃烧室的容积也发生大小变化时,可变升程活塞背面的可变容积缸的容积也自然的随之缩小或增大,从而使充进中间冷却器内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
[0007] 第二实施方案的中冷绝热内燃机是种二冲程发动机,当把这种二冲程发动机作为车辆动力时,副缸底部的挡体被制成了阀体结构,在挡体被控制机构带动向副缸内移动时,可变容积缸底部的通气孔可被遮挡关闭,在挡体的外侧设有穿过挡座的拉套,由装在拉套与挡座之间的弹簧使挡体处在让通气孔开启的位置,当挡体被控制机构带动向副缸内移动关闭可变容积缸底部的通气孔,同时也让副缸内的可变燃烧室容积处于最小状态后,这时因进入燃烧室的压缩空气量较少、而被压入中间冷却器的压缩空气量较多,可让内燃机产生出一定的刹车制动力,并因压缩空气被储存进中间冷却器使刹车能量被相应回收。
[0008] 在带动挡体的控制机构采用气动控制方式时,在拉套外面设有气缸筒,该气缸筒经通气管与三通阀连通,在挡体不被控制让通气孔开启时,气缸筒经通气管和三通阀与外界相通,当需减速刹车时,经电动控制器带动三通阀内的阀芯内移,让阀芯遮挡住泄气口,并让阀芯上的导气槽把通气管与压力空气管连通,便可带动挡体把通气孔关闭,让内燃机产生出一定的刹车制动力,三通阀不被控制时,阀芯侧面的单向阀可阻止压力空气管中气体的泄漏
[0009] 在中冷绝热内燃机的第三实施方案具体结构中,副缸竖向布置在缸盖内,在副缸内的可变升程活塞的下侧升程距离内形成可变燃烧室,在副缸底部形成有锥形燃烧室,该锥形燃烧室通过其下侧中心位置的通气口与下面的汽缸连通,控制通气口的燃烧室阀经穿过可变升程活塞的阀杆被上部的弹簧、压座、摇臂凸轮控制关闭或开启,在锥形燃烧室底部的外侧形成有充气孔,所设的火花塞也伸在充气孔中,在充气孔外侧设有充气阀,该充气阀经穿出密封座的阀杆被弹簧作用关闭,并经侧摇臂、顶杆被充气凸轮压动开启;装在副缸内的可变升程活塞经其裙部上的轴销与压臂的内端相铰接,压臂外端经支杆被壁座支撑,压臂的中部经相连的拉杆伸到曲轴箱下部,与下面的控制臂外端相铰接,该控制臂通过支板装在底座上,控制臂的内端通过轴承孔套装在控制轴的副偏心上,同时,控制轴还通过偏心块、拉杆和套装在曲轴上的摆杆与上面汽缸中活塞的连杆相连;为调节内燃机功率的大小,通过升程调节装置的控制电动机经控制板带动控制轴时,控制轴便经其上的副偏心块、控制臂、拉杆和压臂带动副缸内的可变升程活塞,让副缸内的可变燃烧室容积发生大小变化时,被带动的控制轴也同时经偏心块、拉杆、曲轴上的摆杆和连杆带动汽缸中的活塞,使活塞行到上止点时的位置也相应改变,让活塞顶面与缸盖底面的可变容积也随之缩小或增大,从而使充进中间冷却器内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
[0010] 在中冷绝热内燃机的第四实施方案具体结构中,副缸竖向布置在缸盖内,在副缸内的可变升程活塞的下侧升程距离内形成可变燃烧室,在副缸底部形成有锥形燃烧室,该锥形燃烧室通过其下侧中心位置的通气口与下面的汽缸连通,控制通气口的燃烧室阀经穿过可变升程活塞的阀杆被上部的弹簧、压座、摇臂和凸轮控制关闭或开启,在副缸与锥形燃烧室之间形成有充气孔,所设的火花塞伸在锥形燃烧室中,在充气孔外侧设有充气阀,该充气阀经穿出密封座的阀杆被弹簧作用关闭,并经侧摇臂、顶杆被充气凸轮压动开启;相应的在汽缸的外侧设有横向布置的可变容积缸,该可变容积缸的上侧经通气孔与汽缸的上侧相连通,在可变容积缸内装有随动活塞,该随动活塞经连杆与外侧的形摆臂的下端相连,角形摆臂的内端再经轴销铰接在升降框上,升降框通过内侧的两个滑块安装在可变升程活塞裙部的滑槽上,升程调节装置通过连接杆与角形摆臂相连,为调节内燃机功率的大小,通过升程调节装置和角形摆臂带动副缸内的可变升程活塞,让副缸内的可变燃烧室容积发生大小变化时,角形摆臂的下端也同时带动可变容积缸内的随动活塞相应移动,让可变容积缸内的容积随之缩小或增大,从而使充进中间冷却器内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
[0011] 在上述的各可变中冷绝热内燃机的实施方案中,中间冷却器的供气管路末端是经所设的油气混合腔后再通向燃烧室的充气阀的,在油气混合腔上设有喷油器
[0012] 在把上述各实施方案的可变中冷绝热内燃机作为车辆动力时,在从中间冷却器接出的供气管路上设有刹车截止阀,该截止阀被所设的刹车控制器控制,在行车中需长时间制动刹车时,通过刹车控制器先让副缸内的可变升程活塞调大可变燃烧室的容积,让可变容积缸内的容积大幅度变小,再相应关小或关闭供气管路上的刹车截止阀,便可通过减少进入燃烧室的压缩空气量、增加进入中间冷却器的压缩空气量,逐渐加大内燃机的制动力,当进入中间冷却器的压缩空气压力超过限度时,由所设的放气阀向外放气。
[0013] 在本发明的可变中冷绝热内燃机中,通过在副缸内的增设可变升程活塞,在副缸内形成了可变燃烧室,再由这个可变燃烧室与原来的燃烧室构成了组合燃烧室,当利用升程调节装置改变可变升程活塞的位置,使可变燃烧室的容积发生大小变化时,就可控制进入燃烧室的的压缩空气量,从而便可控制内燃机的功率大小。为配合副缸内的可变燃烧室容积大小变化,还设有相应的随动活塞或让汽缸内的活塞升程可变,在发动机的不同功率状态下,不一定把汽缸内的压缩空气全部被压入中间冷却器,只对进入燃烧室参与燃烧的这部分压缩空气进行中间冷却,使燃烧过程中不产生氮化物,让未进入燃烧室参与燃烧的压缩空气仍留在汽缸内参与作功,不必像普通汽油机那样要设置引起节流损失的节气,这样,在仍保留能改善内燃机循环的中间冷却过程基础上,让中间冷却器的散热量能适应发动机的大小不同功率,使发动机的排气温度能保持在很低的稳定状态,让发动机能正常的高效率运转。
[0014] 附图说明 下面结合附图对本发明的可变中冷绝热内燃机进行细的说明。
[0015] 图1是本发明的可变中冷绝热内燃机的第一实施方案结构图。
[0016] 图2是可变中冷绝热内燃机在最小功率时的可变升程活塞位置状态图。
[0017] 图3是可变中冷绝热内燃机在最大功率时的可变升程活塞位置状态图。
[0018] 图4是本发明的可变中冷绝热内燃机第二实施方案的结构图,是一种二冲程发动机。
[0019] 图5是本发明的可变中冷绝热内燃机的第三实施方案结构图。
[0020] 图6是本发明的可变中冷绝热内燃机的第四实施方案结构图。
[0021] 具体实施方式 图1是本发明可变中冷绝热内燃机的第一种实施方案,这种内燃机包括缸盖1和装有的活塞10的汽缸5。在缸盖的底面23上分别设有通气口11和压缩空气出口18,被汽缸阀6和可控单向阀7控制开启关闭的压缩空气出口18经出气管路19与中间冷却器
20连通,中间冷却器再经供气管路21和缸盖内被控制的充气阀2与燃烧室4相连通,燃烧室4再经被燃烧室阀3控制的通气口11与下面的汽缸5连通,为可变中冷绝热内燃机构成了一个完整的中间冷却循环回路。这样,在发动机运转中,当活塞10上行进行压缩并接近压缩过程终点时,汽缸阀6被控制下移便提前开启,在活塞10继续上行压缩、让汽缸5内的压缩空气压力与中间冷却器20内的气体压力接近时,已经被施加向上开启作用力的可控单向阀7也随之主动开启,让上行的活塞10把汽缸5内的压缩空气经开启的汽缸阀6和可控单向阀7压进中间冷却器20,并由中间冷却器把空气的压缩热导至外界,让所进行的压缩过程接近等温状态,使压缩终点时压缩空气的温度和压力大幅度降低,从而也大幅度拉低了循环的最高温度和排气温度,也让发动机的散热损失大幅度减少。在作功过程前,被中间冷却器20冷却过的低温压缩空气经供气管路21和被控制开启的充气阀2进入燃烧室4,当燃烧室4内所形成的燃油空气混合气被火花塞8点燃后,燃烧产生的高温高压作功燃气便经被控制开启的燃烧室阀3进入汽缸5,推动汽缸内的活塞10下移作功。
[0022] 由于压缩过程中已把压缩空气的压缩热导至了外界,使排气温度也大幅度降低。但在中小功率时,压缩空气的压缩热被导至外界后也会让排气温度过低甚至结冰,为避免这一现象,在缸盖1中增设了副缸12和可变升程活塞13,在副缸内可变升程活塞13的行程距离内构成了可变燃烧室24。由可变燃烧室24和相连通的燃烧室4构成一个组合燃烧室,可变升程活塞13经连接部件可被升程调节装置17带动,使可变燃烧室24的容积能发生大小变化。为让汽缸内的容积适应这种可变燃烧室容积的大小变化,可为汽缸5内的上侧容积设置相应的随动活塞26,或者让汽缸5内活塞10也可被升程调节装置17同时带动,使汽缸5内的活塞10上侧容积也相应的缩小或增大。
[0023] 在图1的可变中冷绝热内燃机实施方案中,汽缸5采用了可变容积缸33和随动活塞26来适应可变燃烧室的容积变化。副缸12竖向布置在缸盖1内,燃烧室4的充气阀2和燃烧室阀3布置在副缸12的侧面。由充气阀2与燃烧室阀3之间和副缸的连接通道91两个部分容积构成了燃烧室4的容积空间,所设的火花塞8也伸在连接通道91中。相应的在汽缸5的外侧也设有竖向布置的可变容积缸33,该可变容积缸与缸盖上的副缸12处于同一轴线位置上,可变容积缸的上侧经通气孔34与汽缸5的上侧相连通。在可变容积缸内装有随动活塞26,该随动活塞经下侧的活塞杆27与外侧的竖杆36下面的托梁37相连,随动活塞再经竖杆36和其上面的压梁35连接在上部的可变升程活塞13的活塞杆14上。图1中的竖杆36采用了单侧结构,实际中,也可把竖杆36设在上下缸体的两侧,以改善竖杆的受力。
[0024] 为能调节可变升程活塞13的升程以改变可变燃烧室24的容积大小,装在副缸内的可变升程活塞13经穿过盖座31上的活塞杆14被盖座上的升程调节装置17控制,升程调节装置由控制电动机32和蜗轮装置28构成,由盖座31构成了蜗轮装置的底座。为带动可变升程活塞能上下移动,在可变升程活塞13的活塞杆14上形成有螺纹杆15,通过蜗轮装置的蜗轮轴29内的内螺纹使穿过蜗轮轴的活塞杆14可被控制电动机32带动让可变升程活塞13能上下移动,从而改变可变升程活塞下面的可变燃烧室容积的大小。
[0025] 在调节内燃机功率的大小时,升程调节装置的控制电动机32通过改变可变升程活塞13的上下位置、让副缸12内的可变燃烧室24容积发生大小变化时,可变升程活塞经相连的竖杆36也让可变容积缸33内的随动活塞26上下同步移动,让可变容积缸33内的容积随之缩小或增大,从而影响充进中间冷却器20内压缩空气量的增多或减少。当然,因未进入中间冷却器的压缩空气体积大于中冷后的压缩空气体积,实际中可变容积缸33的直径应适当大于可变燃烧室的副缸12的直径。由于可变燃烧室24的大小容积变化与可变容积缸33的大小容积变化是相反的过程,在作功过程中,可变升程活塞13与随动活塞26所受的压力可基本互相抵消,两活塞间的受力可由很结实的竖杆36承担。这也让升程调节装置17能很容易快速的调节两活塞的升程位置,方便对发动机功率的调控。
[0026] 在内燃机运转过程中,当发动机功率最小时,可变升程活塞13会被升程调节装置17带动完全压进副缸12,挤没可变燃烧室24的容积,让组合燃烧室只留出燃烧室4的容积,如图2中状态所示,相应的升程调节装置17通过竖杆36等连接部件也同时带动可变容积缸
33内的随动活塞26下移,使与汽缸5连通的可变容积缸33内的容积也达到最大状态,让压缩终点时汽缸5内的上侧容积相对变大。因大部分压缩空气在活塞上行压缩时已进入了可变容积缸33内,在发动机最小功率时上行的活塞10只能把少量的压缩空气压入中间冷却器
20,让进入燃烧室4的压缩空气也最少,从而发动机处于最小功率状态。如通过升程调节装置利用汽缸内的活塞米调节进入中间冷却器的压缩空气量时,这时便可让汽缸内的活塞相应把行到上止点的位置降到最低,让被压入中间冷却器的压缩空气量也最少。
[0027] 在需要增加发动机动力让其发出中等功率时,通过升程调节装置17让可变升程活塞13相应外移,增大副缸12内的可变燃烧室24容积,让进入组合燃烧室的压缩空气量增加,便会让发动机的功率相应增大,图1中的可变中冷绝热内燃机便处于中等功率状态。这时,升程调节装置17通过竖杆36等连接部件也相应的带动随动活塞26,相应减少了可变容积缸33内的容积,相对的也使压缩终点时汽缸5内的上侧容积相应减少,让被活塞10挤进中间冷却器20内的压缩空气也相应增多,使发动机在中等功率下运转。中等功率下,因上行的活塞会把压缩空气分别经通气孔34和压缩空气出口18压入可变容积缸33和中间冷却器20,压缩空气经两个通气口流通所产生的节流损失也相应较小,而中等功率又是发动机经常保持的状态,较小的节流损失也会让效率相应的改善。
[0028] 在让发动机发出最大功率时,如图3中状态所示,通过升程调节装置17使可变升程活塞13外移到最上部位置,让副缸的可变燃烧室24容积达到最大状态,因进入组合燃烧室内的压缩空气量也达到最多,这时发动机就会发出最大功率。同时,升程调节装置17通过连接部件也相应的带动随动活塞26上移,挤没可变容积缸33内的容积,使压缩终点时汽缸5内的活塞顶面上的容积处于最小状态,上行的活塞10便会把活塞上面的压缩空气全部压进中间冷却器20。如采用升程调节装置利用活塞来调节进入中间冷却器的压缩空气量,这时便可让汽缸内的活塞达到上止点的最高升程位置,让活塞充进中间冷却器的压缩空气量也最多。
[0029] 图4所示的是本发明可变中冷绝热内燃机的第二实施方案,在这种中冷绝热内燃机中,副缸12横向布置在缸盖1内,并位于汽缸5的上方,燃烧室4的充气阀2和燃烧室阀3处在副缸12的缸盖22侧面位置,由充气阀2与燃烧室阀3之间和副缸的连接通道91两部分容积构成了燃烧室4的容积空间,所设的火花塞8伸在充气阀2与燃烧室阀3之间,压缩空气出口18的汽缸阀6和可控单向阀7则布置在副缸12的侧面(图中虚线所示)。所需的随动活塞与副缸12内的可变升程活塞13组合成了一体,并让可变升程活塞13的底侧形成了可变容积缸
33,该可变容积缸通过底部的通气孔34与汽缸5连通。由于缸盖1上的副缸12横置在汽缸5的上方,已无法布置四冲程发动机的进排气门,所以图4中的可变中冷绝热内燃机是一种二冲程内燃机,为此,在汽缸5的下止点位置上分别设置了由扫气供气的扫气口45和与排气管连通的排气口46。
[0030] 为能调节可变升程活塞的位置,副缸内的可变升程活塞13的活塞杆14穿过副缸底部的挡体39被外面的升程调节装置17控制,该升程调节装置由控制电动机32和蜗轮装置28构成,在可变升程活塞13的活塞杆14上形成有螺纹杆15,通过在蜗轮装置的蜗轮轴29上的内螺纹使穿过蜗轮轴的活塞杆14可被控制电动机32控制,使可变升程活塞13能左右移动,从而改变副缸内可变燃烧室24的容积大小。在调节内燃机功率的大小时,通过升程调节装置的控制电动机32改变可变升程活塞13的左右位置、让副缸12内的可变燃烧室24的容积也发生大小变化,便可让可变升程活塞背面的可变容积缸33的容积也自然的随之缩小或增大,从而使充进中间冷却器20内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。图4中的二冲程可变中冷绝热内燃机因为副缸内的可变燃烧室容积被调到很小的位置,这时发动机的功率也很小。
[0031] 在把图4中的二冲程可变中冷绝热内燃机当作车辆动力时,为让内燃机能产生一定的刹车制动力,副缸12底部的挡体39被制成了可移动的阀体结构,在挡体被控制机构带动向副缸内移动时,可变容积缸底部的通气孔34便可被遮挡关闭。在挡体39的外侧设有穿过挡座42的拉套40,由装在拉套40与挡座42之间的弹簧41使挡体39处在让通气孔34开启的位置,当挡体39被所设的控制机构带动向副缸内移动关闭可变容积缸33底部的通气孔34,同时也让副缸12内的可变燃烧室24容积处于最小状态后,这时因进入燃烧室4的压缩空气量较少、而被压入中间冷却器20的压缩空气量较多,便可让内燃机产生出一定的刹车制动力,并因压缩空气被储存进中间冷却器使刹车能量被相应回收。
[0032] 在这里,带动挡体39的控制机构采用了气动控制方式,在拉套40外面设有气缸筒43,该气缸筒经通气管44与三通阀48连通,在挡体39不被控制让通气孔34开启时,气缸筒43经通气管44和三通阀48与外界相通。当需减速刹车时,经电动控制器54带动三通阀48内的阀芯49内移,让阀芯遮挡住泄气口51,并让阀芯上的导气槽50把通气管44与压力空气管55连通,便可带动挡体39把通气孔34关闭,让内燃机产生出一定的刹车制动力。三通阀48不被控制时,阀芯49侧面的单向阀52可阻止压力空气管55中气体的泄漏。如果不采用气动控制方式,也可通过电动机构带动挡体39关闭通气孔34。
[0033] 图5所示的是本发明可变中冷绝热内燃机的第三实施方案,在这种中冷绝热内燃机中,副缸12竖向布置在缸盖1内,在副缸内的可变升程活塞13的下侧升程距离内形成可变燃烧室24,在副缸底部形成有锥形燃烧室4,该锥形燃烧室通过其下侧中心位置的通气口11与下面的汽缸5连通,控制通气口11的燃烧室阀3经穿过可变升程活塞13的阀杆56被上部的弹簧58、压座57、摇臂60和凸轮62控制关闭或开启。在锥形燃烧室4底部的外侧形成有充气孔63,所设的火花塞8也伸在充气孔中,在充气孔外侧设有充气阀64,该充气阀经穿出密封座66的阀杆65被弹簧67作用关闭,并经侧摇臂72、顶杆74被充气凸轮69压动开启。与图1和图4中的中冷绝热内燃机实施方案相比,图5中由可变燃烧室24和下侧的锥形燃烧室4所形成的组合式燃烧室具有最小的散热面积。装在副缸12内的可变升程活塞13经其裙部73上的轴销75与压臂76的内端相铰接,压臂外端经支杆77被壁座78支撑,压臂76的中部经相连的拉杆79伸到曲轴箱47下部,与下面的控制臂80外端相铰接,该控制臂通过支板81装在底座82上,控制臂的内端通过轴承孔套装在控制轴83的副偏心块84上。同时,控制轴83还通过偏心块85、拉杆86和套装在曲轴87上的摆杆88与上面汽缸中活塞10的连杆89相连。
[0034] 在这种内燃机的功率大小调节过程中,当升程调节装置17的控制电动机32通过控制板90带动控制轴83,控制轴再经其上的副偏心块84、控制臂80、拉杆79和压臂76带动副缸12内的可变升程活塞13,让副缸12内的可变燃烧室24容积发生大小变化时,被同时带动的控制轴83也同时经偏心块85、拉杆86、曲轴上的摆杆88和连杆89带动汽缸中的活塞10,使活塞行到上止点时的升程位置也相应改变,让活塞顶面与缸盖底面的可变容积也随之缩小或增大,从而使充进中间冷却器20内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
[0035] 用偏心块85、拉杆86和曲轴上的摆杆88控制活塞10的这一机构与日产公司的可变压缩比机构完全相同。但在控制轴83上的副偏心块84再去带动可变升程活塞13作同向移动时,因有部分活塞压力会被抵消,所用的控制驱动力便可相应较小,从而有利于方便快速的调节内燃机功率。
[0036] 在图5中,副缸12内被带动的可变升程活塞13已经升到最上部位置,中间冷却器20内的压缩空气沿供气管路21和充气阀64进入燃烧室时,充进燃烧室内的压缩空气也最多,这时让发动机的功率也最大。相应的,控制轴83经偏心块85、拉杆86、曲轴上的摆杆88和连杆89也带动活塞10在上止点时升到最高位置,让上行的活塞10把除了余隙容积以内的压缩空气全部压进中间冷却器20。图5中因活塞10已经行至上止点,压缩空气出口的汽缸阀6也刚关闭,上面的可控单向阀7也将下移关闭。
[0037] 当需要调小发动机功率时,相应降低可变升程活塞13和活塞10的位置,缩小可变燃烧室24的容积,让进入燃烧室的压缩空气量相应减少,发动机的功率便会变小,同时,因活塞10的上止点位置也随之相应降低,被压进中间冷却器20的压缩空气量也会相应变少。
[0038] 当发动机的功率处于最小状态时,可变升程活塞13便会下降到图中双点划线13′所示的位置,形成最小的燃烧室容积,同时,活塞10的上止点位置也会相应降低到图中双点划线10′所示的位置,让充进中间冷却器的压缩空气量处于最少状态。图5中的这种中冷绝热内燃机在中低功率时,因未进入中间冷却器的压缩空气会仍留在汽缸内,不会产生图1和图4内燃机中的那种进出可变容积缸而产生的节流损失,因此,图5中的这种中冷绝热内燃机实际中可获得更高的有效效率。
[0039] 图6所示的是本发明可变中冷绝热内燃机的第四实施方案,在这种中冷绝热内燃机中,副缸12竖向布置在缸盖1内,在副缸内的可变升程活塞13的下侧升程距离内形成可变燃烧室24,在副缸底部形成有锥形燃烧室4,该锥形燃烧室通过其下侧中心位置的通气口11与下面的汽缸5连通,通气口11由燃烧室阀3控制,燃烧室阀3经穿过可变升程活塞13的阀杆56被上部的弹簧58、压座57、摇臂60和凸轮62控制关闭或开启(参看图5)。在副缸12与锥形燃烧室4之间形成有充气孔63,所设的火花塞8伸在锥形燃烧室4中。在充气孔63外侧设有充气阀64,该充气阀经穿出密封座66的阀杆65被弹簧67作用关闭,并经侧摇臂72、顶杆74被充气凸轮69压动开启(参看图5)。相应的在汽缸5的外侧设有横向布置的可变容积缸33,该可变容积缸的上侧经通气孔34与汽缸5的上侧相连通,在可变容积缸内装有随动活塞26,该随动活塞经连杆93与外侧的角形摆臂94的下端相连,角形摆臂的内端再经轴销97铰接在升降框98上,升降框通过内侧的两个滑块99安装在可变升程活塞13裙部的滑槽25上,从而让角形摆臂的内端能带动随动活塞26上下移动,升程调节装置17通过连接杆95与角形摆臂94相连。在调节内燃机的大小功率时,通过升程调节装置17和角形摆臂9带动副缸12内的可变升程活塞13,让副缸12内的可变燃烧室24容积发生大小变化,同时角形摆臂94的下端也带动可变容积缸33内的随动活塞26相应移动,让可变容积缸33内的容积随之缩小或增大,便可使充进中间冷却器20内的压缩空气量被影响也相应的增多或减少。
[0040] 图6中的发动机正处于中等功率状态,副缸12内的可变升程活塞13和可变容积缸33内的随动活塞26也处于中部位置,汽缸5内上行的活塞10会把汽缸内的压缩空气分别压进左侧的可变容积缸33和右侧的压缩空气出口18。进入左侧可变容积缸33的压缩空气会在活塞下行作功时再返回汽缸参与膨胀,进入右侧压缩空气出口18的压缩空气会经中间冷却器和供气管在充气阀64开启时充入上下连通的可变燃烧室24和燃烧室4。
[0041] 在图1、图4、图5和图6所示的可变中冷绝热内燃机中,如让喷油器直接向燃烧室内喷油,会因副缸12内可变升程活塞的上下移动而影响喷油效果,为此,是把喷油器9设在了充气阀以外的位置,并让喷油器先把燃料喷入所设的油气混合腔71与压缩空气雾化混合,然后再经充气阀进入燃烧室。如图6所示,是让中间冷却器20的供气管路21末端经所设的油气混合腔71后再通向燃烧室4的充气阀64,喷油器9设在油气混合腔70中。
[0042] 如把图1、图4、图5和图6中的可变中冷绝热内燃机作为车辆动力,为让内燃机能产生相应的刹车制动力,如图3所示,在从中间冷却器20接出的供气管路21上设有刹车截止阀92,该截止阀被所设的刹车控制器控制。在行车中需长时间制动刹车时,通过刹车控制器先让副缸12内的可变升程活塞13调大可变燃烧室24的容积,让可变容积缸33内的容积大幅度变小,再相应关小或关闭供气管路21上的刹车截止阀92,通过减少进入燃烧室的压缩空气量、增加进入中间冷却器20的压缩空气量,便可逐渐增加内燃机的制动力。当进入中间冷却器20的压缩空气压力超过限度时,可由所设的放气阀向外放气。在图4中的二冲程可变中冷绝热内燃机中虽然也设有相应的机构来产生刹车制动力,但在供气管路21上设置刹车截止阀92的结构方式更为简单。
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