[发明专利]内燃机曲柄的上下止点相位可预选的连杆机构

说明书

技术领域

本发明属于内燃机领域，特别是涉及内燃机的连杆机构。

背景技术

现代内燃机广泛采用的连杆机构都是直线形连杆，且一直沿用了近150年。直线形连杆的致命弱点是：当气缸压力达到峰值阶段时，因曲柄与其连杆间固有的夹角关系、致使连杆作用在曲柄上的切向分力(即所产生的扭矩)很小、热能动力的驱动效率很低；而当曲柄与连杆间的夹角关系朝着有利于热能动力驱动效率提升的方向变化时、气缸压力已开始呈指数关系急速下降、显得后劲乏力。虽然内燃机缸内热力循环的完善程度已达到相当高的技术水平，但由于常规连杆机构的致命弱点已成为内燃机热效率提升的主要障碍，以致长期以来，不见内燃机的热效率有明显的提升。

发明内容

本发明的设计，就是要尽量克服常规连杆机构的致命弱点、清除阻碍内燃机热效率提升的障碍，通过对机构参数的优化设计，提高连杆机构的驱动效率，达到提高内燃机热效率、降低燃油消耗率、减少排气污染的目的。

本发明的技术方案如下：

一种内燃机的曲柄上下止点相位可预选的连杆机构(简称TCR机构)，由主连杆PD、肘连杆DL及其摆动支座Q、和驱动杆LR所构成。主连杆PD的P端与活塞组相接、D端与肘连杆DL相接；肘连杆DL的L端与驱动杆LR相接，肘连杆DL的摆动支座Q被固定在气缸体上；曲柄R0的R端与驱动杆LR相接，其0端为曲柄的旋转中心。

肘连杆DL的摆动支座Q位于曲柄-连杆机构的运动平面内，且定位在沿曲柄旋转方向、偏离气缸中心线一定距离的座标点上。

目前，采用常规连杆机构、其技术水平最为先进的内燃机有效热效率分别是：柴油机为42％左右；汽油机可达35％。而内燃机采用本发明的连杆机构后，通过对若干结构参数的优选，在其它输入条件保持不变的情况下，可使柴油机的有效热效率达到50％以上、汽油机的有效热效率达到40％以上。

附图说明

图1：内燃机曲柄的上下止点相位可预选的连杆机构简图。

具体实施方式

下面结合图1对本申请的连杆机构进行具体说明。

如图1所示，整个连杆机构(TCR机构)由主连杆2、肘连杆3及其摆动支座4和驱动杆5所构成。主连杆2与活塞组1相接于P点、与肘连杆3相接于D点；肘连杆3与驱动杆5相接于L点，其摆动支座4被固定在气缸体7上；驱动杆5则与曲柄6相接于R点，曲柄6的0端为旋转中心。肘连杆的摆动支座Q4位于曲柄-连杆机构的运动平面内，且定位在沿曲柄旋转方向、偏离气缸中心线一定距离的座标点上。

采用本连杆机构来设定曲柄的上下止点相位，特别是将曲柄的上止点相位设定在沿曲柄的旋转方向、偏离气缸中心线(1～36)°CA(曲柄转角)范围内的内燃机设计，以达到提高内燃机热效率、降低燃油消耗率、减少排气污染的最终目的。

为实施本发明的实际应用，申请人依照内燃机的热力学、TCR机构的运动学和动力学分析，编制了一整套专用的设计、计算、验证软件，作为本申请的设计工具。

以某种现有产品为例，若采用本申请对其进行变型设计，通过结构参数的优化设计、计算，结果表明：可使扭矩增大55％以上、燃油消耗率下降35％左右、有效热效率(汽油机)达到45％左右、平均有效压力达到1.5MPa左右。

鉴于机构的特点和运动学特性，本申请的连杆机构技术不适用于多列式发动机和未采用特殊平衡装置的单缸高速发动机。

实施本发明时，因受主要零件结构尺寸和发动机转速的影响，不同的发动机型所能获得的性能提升率会有所差别。如，对气缸直径大、转速低一些的发动机而言，其所能获得的性能提升率将会更大些；反之亦然。