专利名称：奥托循环、狄塞尔循环、阿特金森循环的改进方法
技术领域：
本发明涉及一种变活塞止点位置的方法，尤其是能降低燃料消耗，提高内燃机动力性能的奥托循环、狄塞尔循环、阿特金森循环的改进方法。
背景技术：
当前正在使用的往复四冲程内燃机是按奥托循环、狄塞尔循环方式工作，其不足之处在于压缩比膨胀比相等，燃气不能更多地膨胀，为此曾有过膨胀比大于压缩比的阿特金森循环，但膨胀平均有效压力又低，功的所得不大于其所失。
发明内容
为了克服狄塞尔循环、奥托循环膨胀不充分，阿特金森循环膨胀平均有效压力低的不足，本发明提供一种变活塞行程的方法，方法不仅能使奥托循环、狄塞尔循环的膨胀充分，而且能在膨胀充分的同时使阿特金森循环的膨胀平均有效压力不低于奥托循环、狄塞尔循环。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在内燃机的连杆轴颈连接有连杆大头，在这样的连接中，设置一个偏心组浮动套轴，偏心组浮动套轴的内颈与曲轴连杆轴颈动连接，外颈与连杆大头分别连接，(这种瓦中套瓦的结构及机油道与MB839型柴油机的叉片式连杆类同)，内燃机转动时，从图1所示的机构原理及P-V图可知进气，膨胀之活塞并联行程在气压的差动力作用下，偏心组浮动套轴本体与连接膨胀行程的连杆大头相对不动(相当与连杆大头为一体)，偏心组浮动套轴内颈与曲轴的连杆轴颈互相转动，副的磨损与奥托、狄塞尔机器相同。在排气、压缩之二活塞并联行程，气压差的差动作用力使偏心组浮动套轴本体与曲轴的连杆轴颈相对不动(相当和曲轴是一体)，偏心组浮动套轴的偏心外颈只与连杆大头相互转动，副的磨损与奥托、狄塞尔机器相同。并联活塞在止点及附近位置的二活塞惯性力的差与内燃机转速成正比，偏心组浮动套轴转动的随动响应与内燃机的转速成正比，并联活塞在下止点时作用在偏心组浮动套轴上力的矢量和或初始力矩由并联活塞组中连接膨胀行程的连杆、偏心组，因沿曲轴回转中心距离增加，旋转线速度大，质量加速度大确定，使其偏心组浮动套轴在连杆轴颈上的回转方向与曲轴旋转方向相同。转动叠加的效果是每个行程活塞的排气量相对曲轴回转相位呈周期性变化，本发明热功转换环节的这种组合与奥托循环，狄塞尔循环、阿特金森循环(三种循环以下统称简称现循环，本申请简称申机)，按进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程的次序对每个行程的功量交换，气缸与活塞磨损的对比分别叙述如下从图1中虚线以上申机的P-V图和虚线以下现循环P-V图的对比得出(为便于比较，现举例说明设现循环、申机的曲轴连杆轴颈相对曲轴主轴线转动的半径R为60毫米，那么现循环的活塞行程为120毫米。申机在压缩比为6，连杆大头中心相对曲轴的连杆轴颈轴线转动的半径r为10毫米，活塞在进气、压缩、作功、排气行程分别是120毫米、100毫米、120毫米、140毫米)。
进气行程活塞行程申机为120毫米，现循环为120毫米，相等说明气缸与活塞的磨损相等，进气行程开始时申机的气缸容积(理论上是零)小于现循环说明申机进气效率高，在两机的活塞移动长度(排量相等)时，那么现循环进气量少于申机。
压缩行程活塞行程现循环为120毫米，申机为100毫米，那么申机消耗的压缩负功比现循环少，气缸与活塞磨损也小于现循环，申机缸内工质中没有废气那么压缩多变指数大，压缩效率高于现循环。
作功行程活塞行程现循环为120毫米，申机为120毫米，说明气缸与活塞磨损相同。申机进气行程进气量多那么申机膨胀平均有效压力大于现循环，(此参数大的另一个原因是申机、现循环的压缩比、曲轴连杆轴颈回转半径相同时，在本例中申机燃烧室容积比现循环小6分之1，这样申机膨胀行程缸内气体压力大)。
排气行程活塞行程现循环为120毫米，申机为140毫米。说明气缸与活塞的磨损申机大于现循环，排气效率现循环为活塞直接推出与其它非直接推出的组合式，申机为全程直接由活塞推出，由于排气的直接推出效率最高，则申机排气效率比现循环高，排出等量废气的耗功少。
上述比较可得的结果如下1、气缸与活塞的磨损申机压缩行程100毫米加作功行程120毫米等于220毫米，现循环压缩行程120毫米加作功行程120毫米等于240毫米，240毫米减220毫米的差是20毫米，那么在现循环的总行程120毫米乘以4等于480毫米，申机总行程[120毫米乘2加(100毫米加140毫米)]等于480毫米，两机相等则申机活塞、活塞环与气缸在高气压下的磨损行程比现循环小20毫米，说明申机的机械效率高于现循环。
2、功量交换现循环、申机的作功行程活塞行程相等，由于申机的膨胀平均有效压力大于现循环，公式W＝FS中申机F大，则在这一行程申机所得的功大于现循环，机械效率高于现循环。现循环、申机在压缩冲程活塞的行程分别为120毫米、100毫米，公式W＝FS中申机S小，说明申机压缩负功少，节省的这份负功则由动力传输机构经飞轮输出，使变为机械功的热量大于现循环。
上述两项的优化之和说明像汽油机、气体燃料发动机、增压汽油机、柴油机，把行程改为进气行程2R、排气行程2R+2r、作功行程2R、压缩行程2R-2r。可以降低其比油耗，提高动力性能，用于汽油机则被压缩工质无废气，空燃比大变化又小，汽油机在所有工况特别是大荷载时耗油率更低。
综上所述申机的机械效率高于现循环，申机在压缩行程、膨胀行程可从工质中得到比现循环更多的机械功，达到降低燃油消耗，增加动力性能的目的。
本发明的有益效果是能够降低现循环的燃油消耗，提高动力性能，在曲轴的每个连杆轴颈上仅安置一个偏心组浮动套轴，结构简单。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明图1是本发明行程为2R、2R、2R+2r、2R-2r的原理图及P-V示功2是偏心组浮动套轴和连杆、曲轴的装配中1、偏心组浮动套轴，2、螺栓，3、连杆，4连杆，5、曲轴的连杆轴颈。
具体实施例方式在图2所示的实施例中，偏心组浮动套轴(1)、曲轴的连杆轴颈(5)、连杆(3)、连杆(4)、分别是间隙动配合连接，一般取发动机低压缩比为好，发动机增压比大为好，狄塞尔循环配PT喷油系为好，活塞排列为任何方式，在较低的压缩比时偏心组浮动套轴的功能也可以由在曲轴的连杆轴颈位置安装“曲轴”替代。
权利要求
1.奥托循环、狄塞尔循环、阿特金森循环的改进方法，每个行程的活塞的移动长度是2R，其特征是四个行程中活塞移动长度分别为进气行程2R、压缩行程2R-2r、作功行程2R、排气行程2R+2r。
2.根据权利要求1所述的奥托循环、狄塞尔循环、阿特金森循环的改进方法，其特征是2R+2R+(2R-2r)+(2R+2r)＝2R×4。
全文摘要
一种能够降低连杆活塞往复四行程内燃机燃料比耗率，提高动力性能的奥托循环、狄塞尔循环、阿特金森循环的改进方法可使进气行程效率高、压缩行程消耗小、膨胀作功充分、排气行程完全。
文档编号F02D15/02GK1614213SQ20041009089
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月17日 优先权日2004年11月17日
发明者任军 申请人:任军