大扭矩高速內(nèi)燃發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是為內(nèi)燃發(fā)動機(jī)提供一種新型的做功方式，是在每一做功沖程中，合成兩缸或多缸活塞實(shí)施同步做功。本技術(shù)主要用于具備四個以上數(shù)量的內(nèi)燃機(jī)，目的是通過活塞驅(qū)動力的合理集中利用使曲軸形成更大的轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生更強(qiáng)勁輸出動力。新型做功方式的效果，使相同機(jī)型的曲軸產(chǎn)生了兩倍的扭矩和旋轉(zhuǎn)加速度，除去做功次數(shù)減少和做功間隔延遲等負(fù)面因素，可使發(fā)動機(jī)動力提高50％左右。新型做功方式的貢獻(xiàn)還在于化解了扭矩和轉(zhuǎn)速之間的矛盾關(guān)系，使大扭矩發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)了高速化，可因此設(shè)計(jì)出超級功率的大型發(fā)動機(jī)，在環(huán)保節(jié)能方面：當(dāng)動力需求過剩之后，可通過回降功率來削減燃油，節(jié)油效果在30％左右。
【專利說明】大扭矩高速內(nèi)燃發(fā)動機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，一種涉及采用新型做功方式而形成的大扭矩高速內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。具體來說，是在多缸內(nèi)燃機(jī)上；合成兩個或兩缸以上數(shù)量的汽缸活塞實(shí)施同步做功，作用是同步加強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速。本技術(shù)適用于單列式、V型等各種四缸以上的內(nèi)燃機(jī)型，能在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上大幅度提升輸出動力。

【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)是以曲軸轉(zhuǎn)動720度為一個做功周期。在周期內(nèi)所有汽缸按規(guī)定順序依次完成進(jìn)、壓、功、排四個沖程。
[0003]在依次做功的周期內(nèi)，缸數(shù)越多的內(nèi)燃機(jī)做功間隔越短，例如:三缸發(fā)動機(jī)的做功間隔為曲軸轉(zhuǎn)角240度，而六缸發(fā)動機(jī)的做功間隔就縮短為120度。V型發(fā)動機(jī)可看成是兩臺單列式發(fā)動機(jī)的組合，它是用較小的體積空間排列更多的數(shù)量的汽缸。
[0004]功率能代表發(fā)動機(jī)的做功能量,但體現(xiàn)發(fā)動機(jī)的動力的重要技術(shù)參數(shù)是輸出扭矩。扭矩才能證明一部引擎具有的拖拽力。例如:重型車輛發(fā)動機(jī)的作用是用于運(yùn)載重物，它的功率構(gòu)成就必須是扭矩為主轉(zhuǎn)速為輔，而微型車輛的載荷小，它的功率構(gòu)成就是以轉(zhuǎn)速為主扭矩為輔。其中扭矩是真正體現(xiàn)動力性能的核心參數(shù)。
[0005]決定發(fā)動機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的主要因素是缸徑和曲軸半徑(曲軸頸與曲柄銷之間的中心距)。缸徑越大、曲軸半徑就越大，曲軸半徑越大、額定轉(zhuǎn)速就越低。所以，扭矩與轉(zhuǎn)速之間是一對矛盾關(guān)系，在功率設(shè)計(jì)的時候，需要平衡兩者之間關(guān)系作出取舍。
[0006]受所述矛盾關(guān)系的影響，高速發(fā)動機(jī)仍然局限于小缸徑的機(jī)型，大扭矩發(fā)動機(jī)只能以低轉(zhuǎn)速的形態(tài)存在。但在實(shí)際應(yīng)用中，高速發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢更加突出:它的基礎(chǔ)油耗低、動力變化范圍大，可以選擇經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速來提供常規(guī)動力，更能提供強(qiáng)大的后備能量。而低速發(fā)動機(jī)在動力性和經(jīng)濟(jì)性方面都處于劣勢。所以，無論是大小扭矩發(fā)動機(jī)都希望有更高的速轉(zhuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為實(shí)現(xiàn)大扭矩發(fā)動機(jī)高速化，本發(fā)明提供一種合成兩缸同步做功的新型做功方式。特點(diǎn)是不通過缸徑變化來加大曲軸扭矩,使其保持原有曲軸半徑,也就保證了較高曲軸轉(zhuǎn)速，從而形成一種大扭矩的高速發(fā)動機(jī)。
[0008]其技術(shù)方案為:一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，主要包括汽缸、活塞、曲軸、飛輪、正時凸輪、以及燃油供應(yīng)泵等零部件組成，它是用缸內(nèi)活塞做功產(chǎn)生的機(jī)械力來驅(qū)動曲軸形成轉(zhuǎn)矩，再通過飛輪輸出動力，其特征是:所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是合成兩個汽缸或者兩個以上數(shù)量的汽缸在同步做功，實(shí)現(xiàn)合成做功目的具體方案是:使配氣機(jī)構(gòu)的正時凸輪同時控制兩缸進(jìn)排氣門同步開閉，使燃油供油泵同時對兩缸進(jìn)行正時噴油，與此同時，再配置一種“工”字型的曲軸飛輪總成來強(qiáng)化機(jī)身減震和慣性矩，通過上述方案，使發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，扭矩和轉(zhuǎn)速得到同步提升，從而形成更強(qiáng)勁的動力。
[0009]進(jìn)一步的，所述合成汽缸同步做功是合成兩個同時到達(dá)上止點(diǎn)的活塞汽缸實(shí)施同步做功，但在特殊情況下，也可以合成兩個以上數(shù)量同時到達(dá)上止點(diǎn)的活塞汽缸實(shí)施同步做功。
[0010]進(jìn)一步的是，所述同時控制兩缸進(jìn)、排氣門同步開閉的正時凸輪，是使其配氣相位完全相同。
[0011]進(jìn)一步的是，所述的燃油供應(yīng)泵，共分為機(jī)械泵和電子泵兩種類型，其中在機(jī)械泵內(nèi)用于同時控制兩缸正時噴油的油泵凸輪，其噴油相位角完全相同。
[0012]進(jìn)一步的是，所述供應(yīng)燃油的電子泵是用電腦板來控制正時噴油，在電腦板上設(shè)定有一套兩缸同步噴油的控制程序。也就是在電腦的控制板(ECU)上設(shè)置一套控制兩缸同步噴油的控制程序。
[0013]進(jìn)一步的是，所述“工”字型的曲軸飛輪總成，是在曲軸的前端又加裝了一個前飛輪，前端飛輪在直徑和質(zhì)量方面都小于后端的主飛輪，其直徑是主飛輪的四分之三左右、質(zhì)量是主飛輪的三分之一左右。
[0014]扭矩是決定發(fā)動機(jī)動力的關(guān)鍵因素，現(xiàn)行的內(nèi)燃機(jī)做功方式實(shí)質(zhì)是一種添油戰(zhàn)術(shù)。所謂添油戰(zhàn)術(shù)；就是一缸接一缸不間斷地給曲軸提供驅(qū)動力，雖然總體做功的能量相等守恒，但分散的作用力不能形成強(qiáng)大的轉(zhuǎn)矩，因而不能形成強(qiáng)勁的動力，這就是當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)動力低、油耗高的根本原因。
[0015]合成兩缸同步做功的特點(diǎn)，就在于合理地將驅(qū)動力集中應(yīng)用，在實(shí)施過程中涉及的技術(shù)內(nèi)容如下:
[0016]1:合成兩缸同步做功，主要適用于四缸或四缸以上的內(nèi)燃機(jī)型，首先必須使合成兩缸的缸內(nèi)活塞能夠同時到達(dá)上止點(diǎn)，這是使發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)條件。
[0017]2:配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)排氣正時與燃油系統(tǒng)的噴油正是協(xié)同聯(lián)動關(guān)系，同時由曲軸齒輪控制而各司其職。所以，合成做功發(fā)動機(jī)必須設(shè)置相應(yīng)的配氣正時和噴油正時才能使發(fā)動機(jī)正常工作。
[0018]3:必須使兩缸的進(jìn)排氣門實(shí)現(xiàn)同步開閉。
[0019]4:必須使噴油泵同時對兩缸噴供燃油。
[0020]5:合成兩缸同步做功是最易實(shí)施的一種技術(shù)方案，有利廣泛普及應(yīng)用。但在設(shè)計(jì)超級功率機(jī)型的時候，也可以合成兩個以上數(shù)量的汽缸同步做功，以取得最大的應(yīng)用效果。
[0021]6:在實(shí)施合成兩缸同步做功的過程中，有諸多新的因素加劇影響機(jī)構(gòu)的動平衡，使發(fā)動機(jī)身容易產(chǎn)生劇烈震動，與此同時，兩缸活塞同時進(jìn)入壓縮沖程，會因阻力過大而影響其到達(dá)汽缸的上止點(diǎn)，所以；強(qiáng)化減震及飛輪慣性矩的問題，在技術(shù)方案中都需加以解決。
[0022]有益效果:傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)做功方式，使內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)功率大打折扣。合成兩缸同步做功的貢獻(xiàn)，不僅使扭矩大幅度增大，而且因化解了扭矩和轉(zhuǎn)速之間的矛盾關(guān)系能同步保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此形成一種完整的動力。根據(jù)這一特性，消除了設(shè)計(jì)制造超級功率機(jī)型的技術(shù)障礙，這對發(fā)展大型艦船和大型陸上運(yùn)輸意義十分重大。在環(huán)保節(jié)能方面:不僅大幅降低了內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)油耗，選擇經(jīng)濟(jì)動力轉(zhuǎn)速，而且在動力需求過剩之后，可以通過回降功率來削減燃油供油量，節(jié)油效果在30%左右。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖是以一種單列式六缸發(fā)動機(jī)為例；對本技術(shù)原理及特征加以詳細(xì)說明。
[0024]圖1:大扭矩高速內(nèi)燃機(jī)的工作示意圖；
[0025]圖中編號:1前飛輪；2皮帶輪；3汽缸；4進(jìn)氣門；5排氣門；6噴油器；7機(jī)械燃油泵凸輪；8進(jìn)氣凸輪；9排氣凸輪；10 —缸；11 二缸；12三缸；13四缸；14五缸；15六缸；16氣門彈簧；17活塞；18活塞銷；19連桿；20主飛輪；21曲軸頸；22曲軸；23曲柄；24曲柄銷。

【具體實(shí)施方式】
[0026]1:進(jìn)排氣門4 ；5的開閉是由配氣機(jī)構(gòu)的正時凸輪8 ;9控制，同時控制兩缸進(jìn)排氣門4 ；5的方法，就是將兩缸正時凸輪8 ；9的配氣相位設(shè)計(jì)一致。
[0027]2:目前控制燃油供應(yīng)的油泵分為機(jī)械式和電噴式兩種，圖中介紹的是機(jī)械油泵。機(jī)械泵是用油泵凸輪7壓縮油缸柱塞使油壓升高而噴出燃油，控制油壓上升形成噴油正時的是油泵凸輪7轉(zhuǎn)動的相位角。所以；要實(shí)現(xiàn)兩缸同步正時噴油，必須使這兩缸油泵凸輪7的相位角形成一致。
[0028]電噴式燃油泵的噴油正時是由其電腦程序在控制，實(shí)現(xiàn)對兩缸同步噴油的方法:是在電腦的控制板(ECU)上設(shè)置一套相應(yīng)的控制程序。
[0029]3:用一個主飛輪20固定在曲軸22的后端，使曲軸22飛輪20總成的重心嚴(yán)重后移，削弱了總成結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為此:本發(fā)明在曲軸22的前端再新增一個飛輪1，使其形成一種“工”型結(jié)構(gòu)的曲軸22飛輪I ;20總成。工型結(jié)構(gòu)的重心在總成的中間，不僅穩(wěn)定性好而且更能吸振。與此同時，工型的質(zhì)量有所增大，能釋放更大的慣性矩確保發(fā)動機(jī)輔助沖程的順利完成。
[0030]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]如圖1所示，圖1將發(fā)動機(jī)上的六個汽缸3以兩缸為一組，均分為1-6、5-2、3_4三組，每組缸內(nèi)的活塞17都是同時到達(dá)汽缸3的上止點(diǎn)，所以，可對其實(shí)施合成同步做功。
[0032]兩缸同步做功工況是:在曲軸22上的兩個曲柄銷24處，同時受到兩個汽缸3活塞17的作用力，使曲軸22扭矩因此增大一倍，同理，曲軸旋轉(zhuǎn)的加速度也提高一倍。按照:扭矩X轉(zhuǎn)速=功率的力學(xué)原理，上述過程不存在扭矩與轉(zhuǎn)速之間的對立矛盾關(guān)系，所以，發(fā)動機(jī)功率就應(yīng)增大一倍。但在與此同時，發(fā)動機(jī)的做功間隔被延遲、做功次數(shù)被減少，這又使其做功的衰減程度也在同時增加，因正負(fù)因素在一定程度上的相互抵消，最終效果是增強(qiáng)動力50%左右。
[0033]在圖1發(fā)動機(jī)上實(shí)施的技術(shù)方案主要包括以下內(nèi)容:
[0034]1:發(fā)動機(jī)的做功順序是:1-6、2-5、3_4，其中每組缸3上配氣機(jī)構(gòu)的正時凸輪8 ；9的配氣相位完全相同，用凸輪8突尖所指的方向一致來表示。
[0035]2:圖1示意的燃油供應(yīng)裝置是機(jī)械泵，每組缸3上油泵凸輪7的噴油正時相位角完全相同，用凸輪8突尖所指的方向一致來表示。例如:圖中1-6兩缸油泵凸輪7的突尖一致朝下對準(zhǔn)噴油器6，就是特定表示機(jī)械泵正在向1-6兩缸同時噴油。
[0036]3:發(fā)動機(jī)減震和輔助沖程的慣性矩問題是通過圖1中工型結(jié)構(gòu)的曲軸22飛輪1、20總成來合并解決。兩個飛輪1、20分別是固定在曲軸22的前后兩端而形像“工”字。一般來說，前飛輪I在直徑和質(zhì)量上都小于主飛輪20，其直徑是主飛輪20的五分之三至五分之四，質(zhì)量是主飛輪20的五分之一至五分之二。
[0037]合成兩個以上汽缸3實(shí)施同步做功與合成兩缸同步做功在原理和做法上都基本相同。但跟隨合成汽缸3數(shù)量的增多，在上述內(nèi)容中需作出一些相應(yīng)的調(diào)整。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，主要包括汽缸(3)、活塞(17)、曲軸(22)、飛輪(20)、進(jìn)氣凸輪(8)、排氣凸輪(9)、進(jìn)氣門(4)、排氣門(5)以及燃油供應(yīng)泵等零部件組成，它是用缸(3)內(nèi)活塞(17)做功所產(chǎn)生的機(jī)械力來驅(qū)動曲軸(22)形成轉(zhuǎn)矩，再通過飛輪(20)輸出動力，其特征是:所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是合成兩個汽缸(3)或者兩個以上數(shù)量的汽缸(3)實(shí)施同步做功，實(shí)現(xiàn)合成做功的具體方案是:使配氣機(jī)構(gòu)的正時凸輪(8) ；(9)同時控制兩缸進(jìn)、排氣門(4) ；(5)的同步開閉，使燃油供油泵同時對兩缸進(jìn)行正時噴油，與此同時，再配置一種“工”字型的曲軸(22)飛輪⑴；(20)總成來強(qiáng)化機(jī)身減震和慣性矩，通過上述方案，使合成兩缸同步做功的發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，扭矩和轉(zhuǎn)速得到同步提升，因而形成更強(qiáng)勁的動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其特征在于所述合成兩缸(3)同步做功，通常是合成兩個同時到達(dá)上止點(diǎn)的汽缸⑶活塞(17)實(shí)施同步做功，但在特殊情況下，也可以合成兩個以上同時到達(dá)上止點(diǎn)的汽缸⑶活塞(17)實(shí)施同步做功。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其特征在于所述同時控制兩缸進(jìn)、排氣門(4)；(5)同步開閉的正時凸輪(8) ; (9)，在配氣相位上是完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其特征在于所述的燃油供應(yīng)泵，共分為機(jī)械泵和電子泵兩種類型，其中在機(jī)械泵內(nèi)用于同時控制兩缸噴油正時的油泵凸輪(7)，其噴油相位角完全相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其特征在于所述供應(yīng)燃油的電子泵，是采用電腦板來控制噴油正時，在電腦控制板上設(shè)定有一套使兩缸同步噴油的控制程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其特征在于所述“工”字型的曲軸(22)飛輪(I)；(20)總成，是在曲軸(22)的前端新加裝一個前飛輪(I)，前端飛輪(I)在直徑和質(zhì)量方面都小于后端的主飛輪(20)，其直徑是主飛輪20的五分之三至五分之四，質(zhì)量是主飛輪20的五分之一至五分之二。
【文檔編號】F02B75/40GK104047719SQ201310082831
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】梅向東 申請人:梅向東