[发明专利]一种节能四冲程内燃机

说明书

本技术提供一种节能四冲程内燃机，将现有技术中的一组一气缸并配设一副曲柄连杆滑块机构分解为一组顶部联通的两气缸并配设两副曲柄连杆滑块机构，在燃料爆发燃烧开始时其中的一个曲柄已经拥有了长度不为零的力臂，使燃料爆发时的能量被利用做有用功；每组气缸包括并行的顶部通过开设在气缸头内的气槽联通的A气缸和B气缸，分别上下往复移动地设置在A气缸和B气缸内的A活塞和B活塞，上端分别摆动设置在A活塞和B活塞内的A连杆和B连杆，与A连杆和B连杆下端分别转动连接的曲轴的A曲柄和B曲柄；A活塞和B活塞相同，A连杆和B连杆的有效长度相同，A曲柄和B曲柄的有效长度相同；曲轴的A曲柄至B曲柄间的夹角为10°～60°。

技术领域

本技术涉及内燃机领域，提供一种节能四冲程内燃机，将现有技术中的一组一气缸并配设一副曲柄连杆滑块机构分解为一组顶部联通的两气缸并配设两副曲柄连杆滑块机构，在燃料爆发燃烧开始时其中的一个曲柄已经拥有了长度不为零的力臂，使燃料爆发时的能量被利用做有用功，提高能量的转换率；仅需配置较小的飞轮或无需配置飞轮，即可克服曲柄和连杆存在瞬时自锁的不利现象。

背景技术

内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。通常所说的内燃机是指往复活塞式内燃机。往复活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

应用较为广泛的往复活塞式内燃机为四冲程内燃机，在进气道上设置有进气门用于间歇地开闭进气道，在排气道上设置有排气门用于间歇地开闭排气道，驱动进气门和排气门开闭的机构为凸轮机构。由于凸轮机构固有的机械特性，具体应用中，以活塞位于上止点时曲轴的转角为0°作为参照，曲轴的转角：进气冲程为0°～180°，压缩冲程为180°～360°，爆发冲程为360°～540°，排气冲程为540°～720°。在进气冲程，排气门关闭，在活塞到达下止点之前（提前角β，即曲轴转角为180°－β）进气门启动趋于关闭至活塞到达下止点完全关闭；在压缩冲程，进气门和排气门关闭；在爆发冲程，进气门关闭，在活塞到达下止点之前（提前角β，即曲轴转角为540°－β）排气门启动趋于开启至活塞到达下止点完全开启；在排气冲程，在活塞到达上止点之前（提前角β，即曲轴转角为720°－β）排气门启动趋于关闭至活塞到达上止点完全关闭、进气门启动趋于开启至活塞到达上止点完全开启。

对于设计怠速不同的四冲程内燃机，其提前角β也会有所不同，一般而言，随着设计怠速的提升，提前角会随之增大，但介于10°～60°之间。

内燃机在作功过程中，曲轴曲柄运转到曲柄的上止点和下止点时与连杆的夹角为0º，力臂的值也为0，而上止点是气缸内燃料爆发燃烧开始作功、将热能转移成机械能的绝好时点，而这时力臂为零，扭矩也是零，等于没有做功，要曲轴曲柄继续旋转转过90º时，力臂才是最大值（此时力臂的长度为曲柄的有效长度），可这时活塞也下移滑行一半行程左右，缸内压已下降，热能转换为机械能的能力急剧减弱甚至完全丧失。也正因为曲轴曲柄运转到曲柄的上止点和下止点时与连杆的夹角为0º，力臂的值也为0，此时曲柄和连杆存在瞬时自锁的不利现象，现有技术中，采用在曲轴上设置飞轮的技术方案，依靠飞轮的惯性克服这种不利现象。

一般地，曲轴曲柄运转到曲柄的上止点和下止点时，活塞和连杆对应地到达运行的极点，对于活塞和连杆运行的极点也称为活塞的上止点和下止点、连杆的上止点和下止点。

活塞从下止点移动到上止点时气缸内气体被压缩的程度，即内燃机气缸总容积与燃烧室容积的比值为压缩比，用ε表示，是内燃机的重要参数之一。活塞处于下止点时气缸有最大容积，用Va表示；活塞处于上止点时气缸内的容积称为燃烧室容积，用Vc表示。

对于一个特定的内燃机而言，气缸内径是固定的，其横截面面积S是固定的，

内燃机的压缩比ε为

Va=Lg×S

Vc=Lr×S