一种内燃机的定容加热循环结构

技术领域

本发明涉及一种内燃机燃烧室结构，特别是涉及一种内燃机的定容加热循环结构。

背景技术

内燃机是一种用途广泛的动力机械，也是把热能转化为机械能的动力机器，循环方式、方法的不同产生的热效率不同，理论上内燃机有三种基本加热循环，即定容加热循环、定压加热循环、混合加热循环；三种基本加热循环压缩比相同时，定容加热循环热效率最高，所以内燃机应采用定容加热循环。定容加热循环为汽油机的加热循环，定压加热循环为低速柴油机的加热循环，混合加热循环为高速柴油机加热循环，汽油机虽然看做是定容加热循环，但工作时活塞在高速运动，燃烧又不能瞬时完成，燃烧阶段活塞下行，燃烧室容积增加，特别是后燃阶段，燃烧室容积增加更加明显，导致热效率下降，所以汽油机只能近似地看成定容加热循环。定压加热循环和混合加热循环是柴油机的加热循环。由于柴油的燃烧性质，只能是一边喷油一边燃烧，燃烧阶段曲轴转角范围较大，活塞下行明显增加，因此也降低了燃烧热效率。需要设计一种新型定容发动机，来提高热效率，使得发动机做功增加。

现有专利中，有公告号为CN201710025639.9，名称为一种定容、定压燃烧发动机及其控制方法的专利，该专利公开了一种定容——燃烧发动机及其控制方法，发动机包括气缸，及其内部的活塞，气缸顶部的进气门和排气门均连接到凸轮轴；所述活塞包括筒状的活塞壁，活塞壁内设有恒压活塞，恒压活塞上方为气缸的燃烧室，下方为活塞内的恒压室；活塞底部设有通向恒压室的进液管和回流管，回流管上设有排空管；设置在活塞底部的活塞销通过连杆连接到曲轴，曲轴的一端通过正时链条与凸轮轴连接；喷油器、各传感器，各阀门均连接到ECU。通过控制进入恒压室的流体的量，调节发动机的压缩比和定容燃烧和定压燃烧比例，以适应不同机械强度、热负荷的发动机和不同的燃料，组织最优的缸内燃烧过程，提高发动机的热效率，改善动力性和经济性。，该装置基本上能够从理论上实现定容，但是结构复杂，造价昂贵，很难商业化。

还有一个专利申请号为CN201510567829.4，名称为一种模拟缸内直喷天然气发动机的定容燃烧系统及控制方法，该专利公开了一种模拟缸内直喷天然气发动机的定容燃烧系统及控制方法，装置为：压缩天然气瓶、减压装置、天然气开关阀门、GDI喷射器依次连接，压缩空气瓶、空气开关阀门、定容燃烧弹依次连接，GDI喷射器出口连接圆管，圆管伸入到定容燃烧弹内；在定容燃烧弹内固定有活塞，活塞邻近圆管出气口，定容燃烧弹上还设置有数字电子压力表、缸压传感器以及高速照相机，定容燃烧弹内部固定有火花塞；还包括喷射控制板，用于控制GDI喷射器的喷射流量，多功能控制仪，用于控制喷射控制板、高速照相机、火花塞和缸压传感器；该种装置结构复杂，造价高，采用许多电气控制设备，在使用中故障率很高，实用性差。

以上两个专利都存在着不完善的地方，需要设计一种新的定容结构。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种发动机的定容结构，实现发动机燃烧阶段定容，来提高热效率。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案，

一种内燃机的定容加热循环结构，包括曲轴箱、活塞、活塞销、活塞环、缸套、缸盖、主曲轴；主曲轴与所述曲轴箱转动连接；其特征在于，还包括定容空间以及形成所述定容空间的驱动装置；所述定容空间为设置在所述活塞以及缸盖之间的间隙与所述缸套围成的区域。

进一步的，所述主曲轴包括主轴颈、主曲柄；所述驱动装置包括主连杆、副连杆、活塞连杆、三连杆共用轴以及副连杆驱动机构；

所述主连杆一端与所述主曲轴的主曲柄转动连接；

所述活塞连杆一端与所述活塞销转动连接；

所述主连杆另一端与所述三连杆共用轴转动连接

所述活塞连杆的另一端与所述三连杆共用轴转动连接；

所述副连杆一端与所述三连杆共用轴转动连接；

所述副连杆另一端与所述副连杆驱动机构连接。

进一步的，所述副连杆驱动机构包括副曲轴、主动轮以及从动轮；所述副曲轴与所述曲轴箱转动连接；所述副曲轴上设有副曲柄以及副曲轴主轴颈，所述副曲柄与所述副连杆另一端转动连接；所述主动轮与所述主曲轴固定连接；所述从动轮与所述副曲轴固定连接；所述主动轮与所述从动轮啮合。

进一步的，所述主动轮的齿数是被动轮齿数的两倍。

进一步的，活塞处于上止点位置时，副连杆轴线与副曲轴主轴颈中心位于同一条直线上，主连杆轴线与主曲轴主轴颈中心在同一条直线上，此时三连杆共用轴距离副曲轴主轴颈中心和主曲轴主轴颈中心的距离最大，由于主动轮与从动轮的齿数比为2:1，主曲轴转过180°，副曲轴即随着转过360°，此时三连杆共用轴中心的运动轨迹呈上端平直的一条曲线；当主曲轴从活塞处于上止点位置，转过30°曲轴转角时，三连杆共用轴中心的运动轨迹到活塞销中心的距离稍有增加，当主曲轴转过50°曲轴转角时，三连杆共用轴中心的运动轨迹到活塞销中心的距离增加加快，即在这一阶段活塞下行距离很小，活塞容积增加很少，以此达到定容目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用本申请的定容结构制作的发动机，可以将发动机的后燃阶段也就是做功冲程的初始阶段燃烧室体积保持近似不变，将热效率提高；达到了节能降耗的目的；

本申请当副连杆轴线与副曲轴主轴颈中心位于同一条直线上，主连杆轴线与主曲轴主轴颈中心在同一条直线上，此时三连杆共用轴距离副曲轴主轴颈中心和主曲轴主轴颈中心的距离最大，由于主动轮与从动轮的齿数比为2:1，主曲轴转过180°，副曲轴即随着转过360°，此时三连杆共用轴中心的运动轨迹呈上端近似平直的一条曲线；当主曲轴从活塞处于上止点位置，转过30°曲轴转角时，三连杆共用轴中心的运动轨迹到活塞销中心的距离几乎稍有增加，当主曲轴转过50°曲轴转角时，三连杆共用轴中心的运动轨迹到活塞销中心的距离增加加快，即在这一阶段活塞下行距离很小，活塞容积增加很少，以此达到定容目的。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意主视图；

图2为本发明的工作原理图；

图3实施例2结构主视图；

图4实施例2工作原理图；

图5实施例3结构主视图；

图6实施例3工作原理图。

图中标号说明：

1-主曲轴、2-主曲轴配重块、3-主曲轴曲柄、4-主曲轴曲柄销、5-主连杆、6-三连杆共用轴、7-活塞连杆、8-活塞销、9-活塞、10-缸套、11-活塞环、12-副连杆、13-副曲轴曲柄销、14-副曲轴曲柄、15-副曲轴、16-副曲轴配重块、17-被动轮、18-主动轮。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子。例如：副连杆12轴线与副曲轴主轴颈中心在同一条直线上，主连杆5轴线与主曲轴主轴颈中心在同一条直线上，三连杆共用轴6距离副曲轴主轴颈中心和主曲轴主轴颈中心距离最大时，此处不作为上止点，而是主曲轴1带动副曲轴15继续旋转，当主曲轴1转过一定曲轴转角时为新的上止点(三连杆共用轴6的运动轨迹向上凸起时适用)。存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供。因此，其它实施例也在相应权利要求项的保护范围之内。

另外需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，尤其不存在“主要、次要”或排列顺序上的特定含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

如图1-2所示：

一种内燃机的定容加热循环结构，包括曲轴箱、活塞9、活塞销8、活塞环11、缸套10、缸盖以及主曲轴1；主曲轴1与所述曲轴箱转动连接；缸盖位于活塞9上部，缸套10设在曲轴箱内；缸盖设在缸套10顶部的曲轴箱上，活塞销8转动连接设在活塞9上；活塞环11安装在活塞9上，用于阻挡曲轴箱内的润滑油窜入缸套，造成拉缸；活塞环11也可以防止燃烧室内的气体进入曲轴箱，影响发动机做功；

在主曲轴1的带动下，活塞9可以在缸套10内上下往复滑动；缸盖、缸套10、活塞9之间形成的空间，俗称燃烧室，燃烧室的容积随着活塞9的往复运动而变化；

四冲程发动机的工作过程包括进气冲程、压缩冲程、作功冲程、排气冲程；四个行程中只有作功冲程作功,其他三个行程都是为作功行程做准备工作的辅助行程；作功冲程开始阶段燃油或者燃气燃烧，作功；目前为了作功充分，一般提前进行喷油，点火，但是存在着燃烧膨胀会对压缩过程，形成阻力；燃烧后期(后燃阶段)由于燃烧室体积变的很大，产生热量不能充分利用油耗增加。

目前的四冲程发动机燃烧室几乎都是快速的变化，这样就不能将后燃阶段的燃料燃烧做的功充分的传递给主曲轴1，影响热效率；为此本申请提出了定容燃烧的概念，其实在发动机领域，定容燃烧一直停留在理论阶段，是一种理想化的燃烧方式，本申请通过以下的技术方案来实现。

还包括定容空间(就是燃烧室的燃料燃烧时，燃烧室的容积)以及形成所述定容空间的驱动装置；所述定容空间为设置在所述活塞9以及缸盖之间的间隙与所述缸套10围成的区域。通过设置的驱动装置尽最大的可能使得活塞9在上止点附近停留较长的时间；

所述主曲轴1包括主轴颈、主曲柄3；所述驱动装置包括主连杆5、副连杆12、活塞连杆7、三连杆共用轴6以及副连杆驱动机构；

所述主连杆5一端与所述主曲轴1的主曲柄3转动连接；

所述活塞连杆7一端与所述活塞销8转动连接；

所述主连杆5另一端与所述三连杆共用轴6转动连接

所述活塞连杆7的另一端与所述三连杆共用轴6转动连接；

所述副连杆12一端与所述三连杆共用轴6转动连接；

所述副连杆12另一端与所述副连杆驱动机构连接。

所述副连杆驱动机构包括副曲轴15、主动轮18以及从动轮17；所述副曲轴15与所述曲轴箱转动连接；所述副曲轴15上设有副曲柄14以及副曲轴主轴颈，所述副曲柄14与所述副连杆12另一端转动连接；所述主动轮18与所述主曲轴主轴颈一端固定连接；所述从动轮17与所述副曲轴主轴颈一端固定连接；所述主动轮18与所述从动轮17啮合。

所述主动轮18的齿数是被动轮17齿数的两倍。

本发明的定容工作原理，

如图2所示，

曲线为三连杆共用轴6的轨迹；

其中A点为活塞9处于上止点位置，主曲轴1角度定义为0度；

B点为主曲轴1自A点顺时针转动30度，三连杆共用轴6的位置；

C点为主曲轴1自A点顺时针转动50度，三连杆共用轴6的位置；

D点为主曲轴1自A点顺时针转动90度，三连杆共用轴6的位置；

E点为主曲轴1自A点顺时针转动120度，三连杆共用轴6的位置；

F点为主曲轴1自A点顺时针转动150度，三连杆共用轴6的位置；

G点为主曲轴1自A点顺时针转动180度，三连杆共用轴6的位置；

如图2所示，三连杆共用轴6处于A点时，此时活塞9处于上止点位置，副连杆12轴线与副曲轴主轴颈中心位于同一条直线上，主连杆5轴线与主曲轴主轴颈中心在同一条直线上，此时三连杆共用轴6距离副曲轴主轴颈中心和主曲轴主轴颈中心的距离最大，由于主动轮18与从动轮17的齿数比为2:1，主曲轴1转过180°，副曲轴15即随着转过360°；此时三连杆共用轴6中心的运动轨迹呈上端平直的一条曲线；

当主曲轴1从活塞9处于上止点位置(也就是主曲轴1位于0度位置，定义为A点)，转过30°曲轴转角时(B点位置)，三连杆共用轴6的运动轨迹几乎呈水平直线状态(A点到B点的垂直距离变化约为0.5mm)，此时活塞9上部的燃烧室体积几乎没有变化，此时可以做到燃烧充分；

当主曲轴1从30(B点)°转到50°曲轴转角时(C点位置)，三连杆共用轴6中心的运动轨迹到上止点的距离增加加快(B点到C点的垂直距离变化约为3mm左右)，即在这一阶段活塞9下行距离很小，活塞9上部的燃烧室容积增加很少，以此达到定容目的；

本发明的定容结构就是通过设置的副连杆12与主连杆5以及活塞连杆7通过三连杆共用轴6铰接，对活塞9的运动轨迹加以限制，使得活塞9处于上止点位置到主曲轴1旋转50度时，活塞9的位置变化很小，使得燃油或者燃气燃烧时，在此空间充分燃烧，放热，做功；传统的内燃机，主曲轴1旋转50度时，活塞9从上止点向下移动的距离超过活塞冲程距离的四分之一(一般为20mm)，使得燃油或者燃气还没有充分燃烧就浪费了；

当主曲轴1从50°(C点)转到90°曲轴转角时(D点位置)，三连杆共用轴6中心的运动轨迹到上止点的距离快速增加(C点到D点的垂直距离约为22mm)；燃烧室体积快速扩大；

当主曲轴1从90°(D点)转到120°曲轴转角时(E点位置)，三连杆共用轴6中心的运动轨迹到上止点的距离快速增加(D点到E点的垂直距离约为18mm)；燃烧室体积快速扩大；

当主曲轴1从120°(E点)转到150°曲轴转角时(F点位置)，三连杆共用轴6中心的运动轨迹到上止点的距离快速增加(E点到F点的垂直距离约为16mm)；燃烧室体积快速扩大；

当主曲轴1从150°(F点)转到180°曲轴转角时(G点位置)，三连杆共用轴6中心的运动轨迹到上止点的距离快速增加(F点到G点的垂直距离约为10mm)；燃烧室体积快速扩大；

从以上可以看出，本发明的定容结构就是通过设置的副连杆12与主连杆5以及活塞连杆7通过三连杆共用轴6铰接，对活塞9的运动轨迹加以限制，使得活塞9处于上止点位置到主曲轴1旋转50度时，活塞9的位置变化很小，使得燃油或者燃气燃烧时，在此空间充分燃烧，放热，做功；传统的内燃机，主曲轴1旋转50度时，活塞9从上止点向下移动的距离超过活塞冲程距离的四分之一，使得燃油或者燃气还没有充分燃烧就浪费了。

实施例2

如图3图4所示

本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于主曲轴1与副曲轴15之间的驱动为主动轮18与被动轮17之间增加过度齿轮，过度齿轮分别与主动轮18、被动轮17啮合，主动轮18与被动轮17的传动比不变，并且同向旋转。本实施例燃烧阶段燃烧室容积变化更小。本实施例与实施例1工作原理相同，就不再赘述。

实施例3

如图5图6所示

本实施例副连杆12及与之相连的副曲轴15位于三连杆共用轴6的下面，其它机构位置不变。副连杆12的上端与三连杆共用轴6转动连接，下端与副曲轴15的副曲柄14转动连接。活塞处于上止点位置时，副连杆12的轴线与副曲轴主轴项中心位于同一条直线上，主连杆5的轴线与主曲轴主轴颈中心在同一条直线上，此时三连杆共用轴6与副曲轴主轴颈中心的距离最小，三连杆共用轴6与主曲轴主轴颈中心的距离最大。

也可把实施例3设计成，活塞9处于上止点位置时，主连杆5的轴线与主曲轴主轴颈中心在同一条直线上，三连杆共用轴6与主曲轴主轴颈中心的距离最大；此时副曲轴15已由副连杆12轴线与副曲轴主轴颈中心在同一条直线上，三连杆共用轴6与副曲轴主轴颈中心的距离最小时的位置，逆时针方向提前转过几度曲轴转角(副曲轴15的曲轴转角)的位置。

主连杆5与副连杆12构成的夹角大小及副曲轴15旋转直径的增减，决定着定容阶段的燃烧室容积以及定容阶段所占曲轴转角范围的大小，同时也决定着三连杆共用轴6的运动轨迹的变化。

本实施例与实施例1工作原理基本相同，在此就不再赘述。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。