專利名稱：特別適于往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)將往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的曲軸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別適于往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)的、將往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的曲軸系統(tǒng)。
更具體說，本發(fā)明所涉及的上述這種系統(tǒng)能改善熱力循環(huán)的工作狀況以及從該熱力循環(huán)中獲得的動力的利用狀況。
已經(jīng)清楚地知道，在一往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)中，通常由一連桿—曲柄系統(tǒng)將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，該系統(tǒng)中的曲柄與輸出軸固定連接。
附

圖1中示出了組成一已有技術(shù)的發(fā)動機(jī)的諸部件，下述符號用來表示相應(yīng)參數(shù)l＝連桿長度r＝曲柄半徑，因而活塞行程C等于2rβ＝連桿軸線與氣缸軸線的夾角α＝曲柄相對于上死點(TDC)的角位移。
此外，曲柄完整地轉(zhuǎn)一圈，從上死點經(jīng)下死點(BDC)又回到上死點，活塞的運動方向則改變兩次。
從圖1中可以進(jìn)一步看到，輸出軸上所施加的轉(zhuǎn)矩是沿連桿軸線方向所施加的力和曲柄半徑的函數(shù)。
力Fb是熱力循環(huán)所產(chǎn)生的力Fn以及因氣缸壁對活塞推力的反作用力F的合成向量，其中所述的推力是因為連桿軸線所成的傾斜角β而造成的。該活塞推力造成了摩擦損失。
所述的轉(zhuǎn)矩等于Mm=F×r×[Sinα+λ/2×Sinα]1-λ2Sin2α]]>
忽略不計λ2Sin2α，就可以得到Mm＝F×r×〔Sinα＋λ/2×Sinα〕即，Mm＝Fדf”，而其中“f”＝r×〔Sinα＋λ/2×Sinα〕上面公式中，Mm是轉(zhuǎn)矩；F是熱力循環(huán)產(chǎn)生的施加在活塞頭上的力；r是曲柄半徑，α是相對氣缸軸線的曲柄轉(zhuǎn)角，λ＝r/l。
施加在活塞頭上的力是從熱力循環(huán)中所獲得的，所述的熱力循環(huán)大致是用直角坐標(biāo)圖以一四沖程發(fā)動機(jī)的澳托(Otto)循環(huán)(由可控火花點燃空氣而燃燒)為例表示的，圖中的橫坐標(biāo)表示活塞的進(jìn)程，而縱坐標(biāo)則表示氣缸內(nèi)活塞頭上方的壓力。
從圖2中可以注意到，實線所示的實際循環(huán)所覆蓋的面積小于理論上的循環(huán)的(用陰影線表示的)，這是有幾個原因造成的，其中最重要的一個原因是因為在上死點由火花控制的燃燒并不是瞬間發(fā)生，而是經(jīng)歷了一段時間，這樣，在燃料完全燃燒之前，活塞在其往復(fù)運動過程中就要包括朝著上死點的一部分行程和過了上死點后的另一部分行程。
從文獻(xiàn)可以清楚地認(rèn)識到，上述情況使得所獲得的凈功有所減少，如一些創(chuàng)作者指出，這種減少量是可獲得的凈功的(10—15)％。
還知道的是，以一種四沖程發(fā)動機(jī)為例，如單考慮其幾何因素的話，四個沖程都執(zhí)行著發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)，而每一個沖程都對應(yīng)著曲柄回轉(zhuǎn)半圈，即180°。由于氣缸軸線相對輸出軸的旋轉(zhuǎn)中心并不對準(zhǔn)，因而就可以得到持續(xù)時間不同的沖程(通常這種不對準(zhǔn)偏差較小，因而持續(xù)時間的差別也較小，從而可以忽略這種情況)。
特別對于一種具有可控火花點火的四沖程往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)考慮了以上問題，而對兩沖程發(fā)動機(jī)和狄塞爾發(fā)動機(jī)而言也可以做同樣的考慮，只不過稍有出入罷了。
近來有了旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)無需那種將往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的系統(tǒng)，從技術(shù)角度來看是很受歡迎的。
例如，可以參考特別適于單個使用的渦旋式發(fā)動機(jī)和萬克(WANKEL)發(fā)動機(jī)。
盡管解決方案的技術(shù)性較好，但發(fā)動機(jī)制造商們基本上對此還是沒有很大興趣，這是因為，這些發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(尤其是對中/小型情況)實在是太少，以致不能決定放棄一種已具備了相關(guān)工夾具并作過有關(guān)情報檢索投資的產(chǎn)品生產(chǎn)線，而去另改生產(chǎn)一種優(yōu)點有限的新產(chǎn)品。
顯然，對發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的一種成功的技術(shù)方案而言，必須具備這樣一些顯著的優(yōu)點，即，較為經(jīng)濟(jì)、容易制造、能在現(xiàn)行廠家生產(chǎn)而且生產(chǎn)費用低廉。
考慮到以上因素，本發(fā)明實現(xiàn)了一種曲軸系統(tǒng)，它相對現(xiàn)行的有效方案而言更具顯著優(yōu)點，進(jìn)一步提供了一種為廣大制造商能采納的技術(shù)方案。
實際上，本發(fā)明的技術(shù)方案實現(xiàn)了一種定容燃燒(Constant vol-ume combustion)的工作循環(huán)。
此外，所建議的技術(shù)方案還確定了在重要限值內(nèi)幅度可變的諸循環(huán)，而卻不利用不對準(zhǔn)配置。
本發(fā)明的技術(shù)方案還可以使得轉(zhuǎn)矩值顯著增長到平均為相關(guān)整數(shù)的兩倍大小。這相應(yīng)意味著損耗比率減小，而活塞位移機(jī)構(gòu)的特定功率則相對增加。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以制造出尺寸較小故而較輕較便宜的發(fā)動機(jī)。
此外，本發(fā)明還可以利用已有的生產(chǎn)線、機(jī)器和技術(shù)來生產(chǎn)。
本發(fā)明系統(tǒng)的另一優(yōu)點是解決了成層加料問題(the stratifiedcharge problem)，以達(dá)到按九十年代末法律要求的無污染要求。
靠本發(fā)明獲得這些和其它一些好結(jié)果是由于采用一種替代傳統(tǒng)的連桿曲柄組件的曲軸系統(tǒng)實現(xiàn)的，該系統(tǒng)是用一種自由空轉(zhuǎn)地裝在活塞銷上的轉(zhuǎn)輪或旋轉(zhuǎn)的連桿與一裝在輸出軸上的凸輪組合而成的。
因而，本發(fā)明的一特定目的在于，提供一種特別適于往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)的、將往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的曲軸系統(tǒng)，它包括一自由空轉(zhuǎn)地裝在發(fā)動機(jī)活塞銷上的轉(zhuǎn)輪或旋轉(zhuǎn)的連桿以及一裝在輸出軸上的凸輪，該凸輪的周邊輪廓由至少兩段適于優(yōu)化發(fā)動機(jī)循環(huán)沖程的凸輪輪廓段組成。所述轉(zhuǎn)輪沿所述凸輪的外輪廓旋轉(zhuǎn)時它兩之間的連接是一種無摩擦力或摩擦力很小的連結(jié)。
特別是，根據(jù)本發(fā)明，所述凸輪有一具一或多段曲線段的第一輪廓段，以用來優(yōu)化吸氣沖程和膨脹沖程；以及，一具一或多段曲線段的第二輪廓段，以用來優(yōu)化壓縮和排氣沖程。
在本發(fā)明系統(tǒng)的較佳實施例中，所述凸輪還設(shè)有諸其它輪廓段或曲線段以優(yōu)化燃燒，尤其在上死點位置時可獲得定容燃燒，并在下死點位置時優(yōu)化膨脹沖程。
特別是，所述諸其它輪廓段或曲線段具有一對應(yīng)于發(fā)動機(jī)軸線(即輸出軸軸線)與分別確定下死點和上死點的曲線之間間距的恒定的曲率半徑。實際上必須考慮的是如果與活塞相連的轉(zhuǎn)輪沿著與輸出軸軸線同心設(shè)置的外輪廓滾動的話，活塞在其沿氣缸所作的直線運動中保持停滯，而與此同時輸出軸卻繼續(xù)轉(zhuǎn)動。
如在上死點時發(fā)生這種情況，在一段對應(yīng)于從點火之刻開始的為完全燃燒掉汽缸頭內(nèi)的燃料所需的時間的曲線段上就會獲得定容燃燒沖程。這種理想的燃燒循環(huán)使得熱力效率明顯提高。
同樣，用與上述一樣的方法，當(dāng)活塞停止在下死點時，也可獲得好處，使在打開排氣閥前，首先使燃燒產(chǎn)物在全部膨脹沖程中得以完全膨脹。實際上，如圖解所示，完整的沖程能沿著在上死點之后的一個角度內(nèi)產(chǎn)生，該角度由設(shè)計者通過凸輪輪廓的適當(dāng)設(shè)計加以選擇。
已知，在根據(jù)已有技術(shù)制造的發(fā)動機(jī)中，沖程總是發(fā)生在(除了以上討論過的可能發(fā)生的不對準(zhǔn)情況以外)從上死點到下死點的180°的范圍內(nèi)由于排氣沖程需要有一合適的幅度，在這一類發(fā)動機(jī)中，排氣閥在下死點前(甚至在70°—80°前)就打開了，形成了一不完全的膨脹，因而膨脹效率較低。而本發(fā)明的方案則可達(dá)成一完全的膨脹。
四沖程發(fā)動機(jī)具有如下的本技術(shù)工序I)吸氣II)在上死點前約35°處發(fā)生壓縮和點火并開始燃燒，與此同時活塞則向上朝著上死點運動。
III)從上死點向下死點的膨脹。燃燒在上死點前并未完成，而是在活塞的膨脹沖程中繼續(xù)進(jìn)行。在下死點之前(通常是在下死點前70°處)打開排氣閥，使得膨脹突然中斷。
IV)當(dāng)活塞從下死點朝著上死點推動時產(chǎn)生排氣。
這四個沖程輸出軸要持續(xù)旋轉(zhuǎn)720°，即完整地回轉(zhuǎn)兩圈所需的時間。
按本發(fā)明的四沖程發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)兩圈時間，即720°內(nèi)工作，但在較佳實施例中卻有5或6個沖程1)吸氣2)壓縮3)點火并完全燃燒(此時活塞停止)4)完全膨脹5)排氣閥打開(此時活塞停止)6)排氣。
在所描述的這種四沖程發(fā)動機(jī)中，沖程5和6也可以是統(tǒng)一的。在用本發(fā)明實現(xiàn)的兩沖程發(fā)動機(jī)中，卻是在排氣沖程(或傳遞)過程中活塞停滯在下死點，這是因為該裝置提高了每個沖程(排氣和轉(zhuǎn)換)經(jīng)過的時間與兩沖程發(fā)動機(jī)設(shè)有的相應(yīng)閥孔的橫截面積之比值(value of the“time—cross section”)，進(jìn)而改善了發(fā)動機(jī)的工作狀況。
還是根據(jù)本發(fā)明，制作所述轉(zhuǎn)輪和凸輪的材料特性應(yīng)能使轉(zhuǎn)輪所施加的壓應(yīng)力保持在該材料的彈性限值范圍內(nèi)。
本發(fā)明中還提供了一種使轉(zhuǎn)輪和凸輪保持接觸的裝置。
根據(jù)第一實施例，所述用于保持接觸的裝置包括一能在轉(zhuǎn)輪軸線上自由擺動的小連桿，該小連桿的底部設(shè)有一伸出端，該伸出端與一和凸輪的外輪廓同心且其輪廓精確地重復(fù)外輪廓形狀的輪廓接觸。
在另一實施例中，所述裝置包括一桿件，其一端多少可自由活動地(one or more degrees of freedom)連接于活塞，而其另一端連接于一彈性系統(tǒng)，該系統(tǒng)在從下死點到上死點這個沖程期間吸收活塞的慣性能量，并在從上死點到下死點這一沖程的開始部分中將此能量送回給活塞。
根據(jù)本發(fā)明，所述彈性系統(tǒng)可用一用微機(jī)控制的液壓系統(tǒng)來替代。
本發(fā)明的曲軸系統(tǒng)可以用于多缸發(fā)動機(jī)，可對所有的氣缸僅配置一個凸輪，也可對每個氣缸配置一個凸輪。
本發(fā)明根據(jù)較佳實施例并特別參照其附圖來描述，但并不對其有所限制。
附圖中圖1是一已有技術(shù)的發(fā)動機(jī)的示意圖；圖2示出了一奧托循環(huán)的圖解示意圖；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)一實施例的示意圖；圖4a、4b、4c、4d示出了具有本發(fā)明的曲軸系統(tǒng)的四沖程發(fā)動機(jī)的循環(huán)過程中的不同沖程；圖5示出了按本發(fā)明的一特別可取的凸輪輪廓形狀；
圖6是示出了圖5中凸輪的示意圖；圖7是本發(fā)明曲軸系統(tǒng)的剖面圖，該曲軸系統(tǒng)設(shè)置了用來使轉(zhuǎn)輪和凸輪保持恒定接觸的裝置；圖8是用來使轉(zhuǎn)輪和凸輪保持恒定接觸的裝置的第二實施例的示意圖；圖9示出了一種要獲得定容燃燒的凸輪的輪廓形狀的例子。
在對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)的描述之前，希望指出的是，它要和說明書開頭時已討論過的已有技術(shù)作一番比較，并在用本發(fā)明實現(xiàn)的和用已有技術(shù)實現(xiàn)的兩種發(fā)動機(jī)作出比較的的基礎(chǔ)上初步作出一質(zhì)量評估。所述的兩種發(fā)動機(jī)具有一樣的活塞、一樣的氣缸膛和行程、一樣的循環(huán)(兩或四沖程)，使用同樣的燃料、同樣的壓縮比和燃燒室、同樣數(shù)量和尺寸的吸氣和排氣閥和同樣的吸氣和排氣系統(tǒng)，它們可用相同的工具和采用相同的材料制成，而且具有相同的點火系統(tǒng)(火花式或壓縮式)。
參見圖3，按照本發(fā)明的系統(tǒng)包括一種替代了圖1中所示的連桿—曲柄組件的各部件的總成。
特別是，該系統(tǒng)包括了一與輸出軸連成整體的凸輪1、一在活塞銷3上自由空轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪3以及一限制活塞4的自由度以使其只能沿氣缸5的軸線移動的裝置，這將在下文中專門描述。
編號6指的是輸出軸。
其中還指出了凸輪的各弧線中心C1、C2、C3，以及相應(yīng)的臂長b1、b2、b3，其數(shù)值將在下文中計算力矩的公式中表明。
該發(fā)動機(jī)的工作狀況將參照一種具有可控火花點火的四沖程發(fā)動機(jī)來描述，值得注意的是，盡管有所不同，但同樣亦可將此改進(jìn)用于兩沖程發(fā)動機(jī)。在這兩種情況下(兩沖程和四沖程發(fā)動機(jī))均使用壓縮點火和任何種類的燃料。
此外，圖中僅示出了三個弧線的中心，這只是為了避免使圖復(fù)雜化。
圖4a至4d中表明了本發(fā)明曲軸系統(tǒng)在上死點之后，為了產(chǎn)生燃燒而在膨脹沖程中的工作狀況。
在活塞4的頂部上施加了燃燒氣體所產(chǎn)生的壓力，所述壓力由字母P表示。這決定了一個傳遞到活塞銷3和轉(zhuǎn)輪2上的力，所述轉(zhuǎn)輪的周邊壓在凸輪1上。
轉(zhuǎn)輪2沿著具有經(jīng)研究以能優(yōu)化沖程的形狀的凸輪1輪廓上的所作的運動是純滾動，即無滑動、進(jìn)而無摩擦的運動，因而也需注意，轉(zhuǎn)輪2所施加壓應(yīng)力應(yīng)該在轉(zhuǎn)輪2和凸輪1所用材料的彈性限值范圍內(nèi)。
參見圖5，其中示出了一種凸輪1的較理想的形狀，可看出轉(zhuǎn)輪2由于和凸輪1外輪廓相接觸而發(fā)生轉(zhuǎn)動，凸輪1的外輪廓形狀決定于其弧線的中心，該種形狀外廓在特定時間與轉(zhuǎn)輪2接觸。
圖5中考慮到的各種形狀的中心用C1、C2、C3來表示，所述諸曲線中心與發(fā)動機(jī)軸線間的距離用b1、b2、b3來表示，發(fā)動機(jī)的軸線用字母A來表示。距離b1、b2、b3是引入上文所述公式中的參數(shù)，該公式計算輸出軸從上死點轉(zhuǎn)過α角度時對應(yīng)的瞬間轉(zhuǎn)矩值，參數(shù)b1、b2和b3替代了r值，即曲柄半徑。
現(xiàn)在來看圖6。從圖6可看出活塞4沿著汽缸5軸線的有用行程為(C＋rt－rb)，其中C(＝C1)是發(fā)動機(jī)軸線A(即輸出軸軸線)與凸輪1頭部的曲線段中心之間的距離，rt是凸輪1頭部輪廓線的曲率半徑(決定了上死點(TDC))，而rb是凸輪1底部的輪廓線的曲率半徑(決定了下死點(BDC))。
我們很容易看到發(fā)動機(jī)的工作容量等于活塞面積和行程的積。對于前述的連桿—曲軸系統(tǒng)，活塞行程等于2r，而在轉(zhuǎn)矩公式中該行程是一個恒定參數(shù)。
盡管發(fā)動機(jī)工作容積還是等于a活塞面積×2r，但可適當(dāng)選擇距離參數(shù)b1、b2和b3等并選取為幾倍的r大。
例如，假定r＝26毫米，則行程2r＝52毫米，并選取rt＝rb＝16毫米，則行程＝52毫米＝c＋rt－rb＝c＋16－16＝52，所以，c＝b1另舉一例，如rt＝16，rb＝26，則可得到b1＝62，此時b1大于行程。
再來看轉(zhuǎn)距公式Mm=F×r×[Sinα+λ/2×Sinα]1-λ2Sin2α,]]>當(dāng)忽略λ2Sinn2α，這樣可設(shè)定 基本上等于1，而作用于活塞上的力F無論在連桿—曲軸系統(tǒng)或按照本發(fā)明的系統(tǒng)是相等的，因此，對于我們正討論的發(fā)動機(jī)而言，瞬時轉(zhuǎn)距Mm是“f”＝r×〔Sinα＋λ/2×Sinα〕的函數(shù)，其中r＝行程＝常量，l＝恒定的連桿長度。
λ＝r/l(按已有技術(shù)λ約等于0.25)在本發(fā)明系統(tǒng)中，r＝b1、b2和b3等等，其大小等于轉(zhuǎn)輪2半徑(在本例中假定轉(zhuǎn)輪2是圓形的，所以是常數(shù))與凸輪1的幾段輪廓線的曲率半徑之和。
讓我們來演算已有技術(shù)的和具有按本發(fā)明系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)的上述“f”部分的值。當(dāng)行程相同為52毫米，已有技術(shù)發(fā)動機(jī)的連桿長度1＝110毫米，并采用圖6所示的凸輪1，滾輪2直徑為76毫米時，在活塞行程相同時的兩種情況下的“f”部分值列于下表1表1活塞已有技術(shù)本發(fā)明系統(tǒng)行程(毫米)“f” “f”2.5 7.7 20.89 21.54017.524 4429.526 37
37 21.8 3141 20.4 2249 7.8 16即使考慮到在本發(fā)明系統(tǒng)中由于轉(zhuǎn)輪2施加于凸輪1輪廓上的推力準(zhǔn)線(thrust directrix)相對于汽缸中心線有較大的傾斜而導(dǎo)致活塞裙與汽缸之間相對移動時的摩擦損耗較大這一事實，然而，由于已有技術(shù)發(fā)動機(jī)中的膨脹會中斷而本發(fā)明能全部完成膨脹，所以本發(fā)明的優(yōu)點還是很明顯的。
總之，相對于已有技術(shù)技術(shù)方案來說，本發(fā)明的膨脹沖程以及有效循環(huán)能明顯提高功率，這是因為相對于連桿—曲軸系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)在定容燃燒后提高了熱力效率，或完全實現(xiàn)膨脹，或摩擦損耗減少了的緣故。
本發(fā)明技術(shù)方案尤其適用于多汽缸發(fā)動機(jī)，用一只凸輪1配合所有汽缸，或采用相同數(shù)量的凸輪1和汽缸。
圖4b表示了排氣沖程?；钊?利用貯存在轉(zhuǎn)輪2中的能量依靠轉(zhuǎn)輪2被凸輪從下死點朝上推向上死點。
當(dāng)輸出軸6跟隨凸輪1轉(zhuǎn)過下死點后一段既定的弧線部分后，轉(zhuǎn)輪2就會有一種脫離與凸輪接觸的趨勢。
因此，必須設(shè)置一個裝置能用它將凸輪1具有的能量補(bǔ)給活塞4，使保持與轉(zhuǎn)輪2接觸。
圖7表示出此種裝置的一個實施例，圖中只是一種簡單的圖示，它也可采用其他等同的方案。
圖7所示裝置包括一小連桿7，它同軸線地設(shè)置在轉(zhuǎn)輪2的后方，其底部有一與凸輪1的后部輪廓活動連接的伸出端8，所述的后部輪廓9的形狀完全與凸輪1的外輪廓曲線形狀一致。
在所說的伸出端8上另設(shè)一滾輪或滑輪10，以便當(dāng)小連桿7沿著后輪廓9滑動時完全不會影響到凸輪1的自身運動。
如上所述，小連桿的作用僅僅是保持轉(zhuǎn)輪2的中心與凸輪1的外輪廓面之間的距離不變。
圖8所示的是用于恒定保持上述距離的裝置的另一實施例。該裝置包括一桿11，其一端多少可活動地連接于活塞4如連接于同一活塞4的下部(圖中所示的是連接于活塞4的的銷子3上)，而其另一端連接于一彈性件12，以便在從下死點這一沖程期間吸收活塞4的慣性能量而在從上死點向下死點這一沖程的開始階段中又將此能量送回給活塞。
如上所述，該彈性件也可用一種最終由微機(jī)控制的液壓系統(tǒng)替代。
圖4c表示了吸氣沖程。此時，活塞4必須緊跟著凸輪1外輪廓面，所以必須由上述由桿11組成的裝置迫使活塞4離開相應(yīng)于下死點的位置。當(dāng)輸出軸6隨同凸輪1轉(zhuǎn)過一定的曲線段后，由于活塞4的慣性能量促使轉(zhuǎn)輪2與凸輪1之間恢復(fù)相互接觸，所以上述桿11的作用就顯得不再必要的了，轉(zhuǎn)輪2與凸輪1克服了活塞的慣性，在與下死點對應(yīng)的位置時桿11的作用也表現(xiàn)不出來了(the latter op-posing the inertia of the piston，annulling the same in correspondc-nce of the BDC)。
圖4d表示壓縮沖程。正如在排氣沖程時，將會發(fā)生轉(zhuǎn)輪2與凸輪1相脫離的現(xiàn)象(盡管在壓縮沖程期間活塞4的負(fù)功可設(shè)定為這樣的值，以在有些情況下使活塞的慣性變得無用)，這樣的情況下，上述桿11裝置的作用就顯得必要了。
圖9表示出一個多中心凸輪輪廓的實例，它可使在燃燒期間保持一個恒定的工作容量。
該圖示的實例中的活塞行程為56毫米。
在圖9中，C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7為七段輪廓線的各自的中心；r1，……r7為各曲率半徑；以及，A、B、C、D、E、F和G為各切點。
凸輪1沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，活塞行程為C4＋C5＋r1－r4＝56毫米。
旋轉(zhuǎn)的連桿2(相當(dāng)于轉(zhuǎn)輪2)的直徑等于70毫米。
曲線段A-B-C-D為膨脹和吸氣沖程，在弧線D-E段期間活塞停留在相應(yīng)于下死點的位置；曲線段E-F-G為排氣和壓縮沖程，在弧線G-A段期間活塞停留于相應(yīng)于上死點的位置。
一旦進(jìn)入最后一段弧線如該實例中的30°弧線范圍后，就發(fā)生定容燃燒(constant volume combustion).
停止時間經(jīng)計算t＝0.001秒，此時的凸輪的圓周速度為4500轉(zhuǎn)/分鐘。
上面已用最佳實施例對本發(fā)明作了描述性介紹，但該實施例決非對本發(fā)明有任何限制，只要不離開由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可作出種種改變設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種尤其適用于往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)用于將往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，包括一轉(zhuǎn)輪或一連桿，它自由空轉(zhuǎn)地設(shè)置在發(fā)動機(jī)的活塞銷上；以及一凸輪，它設(shè)置在輸出軸上，其周邊輪廓由至少兩段適于優(yōu)化發(fā)動機(jī)循環(huán)沖程的凸輪輪廓段組成，所述轉(zhuǎn)輪沿著所述凸輪的輪廓旋轉(zhuǎn)時它兩之間的連接是一種無摩擦力或摩擦力很小的連接。
2.如權(quán)利要求1所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，所述凸輪有一第一輪廓段和一第二輪廓段，其中第一輪廓段含有一或多段曲線段以優(yōu)化吸氣沖程和膨脹沖程；第二輪廓段含有一或多段曲線段以優(yōu)化壓縮和排氣沖程。
3.如權(quán)利要求1或2所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，所述凸輪還設(shè)有諸其它輪廓段或曲線段以使燃燒最優(yōu)化，尤其在上死點位置時可獲得定容燃燒，并在下死點位置時使膨脹沖程最優(yōu)化。
4.如權(quán)利要求3所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，所述諸其它輪廓段或曲線段具有一對應(yīng)于發(fā)動機(jī)軸線(即輸出軸軸線)分別與確定上死點與下死點的曲線之間間距的恒定的曲率半徑。
5.如上述各權(quán)利要求所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)置有一附加輪廓段或曲線段，使尤其對兩沖程發(fā)動機(jī)而言在排氣和轉(zhuǎn)換沖程期間可增加了每個沖程(排氣和轉(zhuǎn)換)經(jīng)過的時間與兩沖程發(fā)動機(jī)設(shè)有的相應(yīng)的閥孔的橫截面積之比值。
6.如上述諸權(quán)利要求之任一項所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，所述凸輪和轉(zhuǎn)輪所采用的材料性能使轉(zhuǎn)輪施加的壓應(yīng)力保持在該種材料的彈性限以內(nèi)。
7.如上述諸權(quán)利要求之任一項所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)置有一用于保持轉(zhuǎn)輪與凸輪之間接觸的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，所述用于保持轉(zhuǎn)輪與凸輪接觸的裝置包括一小連桿，其一端繞著與轉(zhuǎn)輪同一的軸線自由擺動，其下端具有一伸出端，該伸出端與一與所述凸輪的外部輪廓同心且具與該外部輪廓完全相同的形狀的輪廓相接觸。
9.如權(quán)利要求7所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置包括一桿，其一端多少可自由活動地連接于活塞，而其另一端連接于一彈性系統(tǒng)，該系統(tǒng)在從下死點到上死點這個沖程期間吸收活塞的慣性能量，并在從上死點到下死點這一沖程的開始部分期間將此能量送回給活塞。
10.如權(quán)利要求9所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，所述的彈性系統(tǒng)可用一最終靠微機(jī)控制的液壓系統(tǒng)替代。
11.如上述諸權(quán)利要求之任一項所述的曲軸系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)適用于多汽缸發(fā)動機(jī)，可設(shè)置一個凸輪配用于所有的諸汽缸，或每只汽缸配置一個相應(yīng)的凸輪。
12.一種尤其適用于往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)用于將往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的、基本上如圖示和描述的曲軸系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其適用于往復(fù)吸熱式發(fā)動機(jī)用于將往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的曲軸系統(tǒng)，它包括一自由空轉(zhuǎn)地設(shè)置在發(fā)動機(jī)活塞銷上的轉(zhuǎn)輪或連桿和一設(shè)置在輸出軸上、其周邊輪廓面由至少兩段適于優(yōu)化發(fā)動機(jī)循環(huán)沖程的凸輪廓段組成的凸輪，轉(zhuǎn)輪沿著凸輪的輪廓旋轉(zhuǎn)時它兩之間的連接是一種無摩擦力或摩擦力很小的連接。
文檔編號F02B75/22GK1129297SQ9511573
公開日1996年8月21日 申請日期1995年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月13日
發(fā)明者利維奧·比亞吉尼 申請人:波姆薩有限公司