[发明专利]活塞式变压缩比变排量发动机

说明书

所属领域

本发明涉及，通过改变燃烧室的容积、气门的正时及升程，使压缩比及排气量都发生变化的活塞式汽油机或柴油机。

背景技术

传统的汽油发动机及柴油发动机，其构造的特点而决定了活塞行程和燃烧室的容积都是不可变化的。因此，它们都存在着难以克服的技术缺陷。其理由如下：

一.传统的汽油机：当发动机在大功率输出时有充足的进气量，汽缸实际压缩比可达到较高值，发动机的热效率就较高。在中小负荷时进气量较少，实际压缩比较低，热效率也很低。低压缩比还影响汽油完全燃烧，必然造成排放污染。尤其是现代汽车的发动机的功率储备都很大，却多数是在中小工况下工作的。由此而浪费的燃油和环境污染很严重，这是传统汽油机存在的难以克服的固有缺陷。

采用调整发动机曲轴与汽缸盖之间有效距离的方法，使传统汽油机燃烧室的容积大小随之改变，就达到了变压缩比的目的。通过调整气门正时及气门升程，控制汽缸的充气量就达到了变排量的目的，这是对传统汽油机最具实质意义的改革。其优点是：

1.能大幅提高发动机在中小工况下的热效率，有效地降低油耗、减少污染。

2.发动机适用于任何海拔高度地区，可使用任何标号汽油。尤其适用于带有涡轮增压器的发动机，可弥补涡轮滞后的缺点。

二.传统柴油机：因为柴油机有较高的固定压缩比，不论大小工况都必须有足够的充气量才能正常工作，其调整负荷大小是靠改变喷油量的多少来实现的。大负荷时喷油量大，发动机达到最佳工作状态。小负荷时喷油量很少，大量多余的空气也要陪同进行高压缩比压缩，因此而浪费的功耗是不可忽视的。传统柴油机为了克服很高的压缩气体功耗，必须有较高怠速转数，要装配大质量的飞轮维持匀速运转。因此，增加了发动机的重量、产生较大震动，增加了油耗和噪声污染，这是传统柴油机无法克服的固有缺陷。

采用调整燃烧室的容积大小，及调整气门正时的正常或滞后，控制进气量达到变压缩比变排量的目的，这是对传统柴油机最具实质意义的改革。其理由如下：当柴油机在中小负荷时，由可调气门正时滞后一定角度，同时协同附加的节气门共同控制，使充入汽缸的空气量随工况按比例减少。同时按比例调小燃烧室容积，使压缩比始终保持在设定范围内，以保证发动机正常工作。其实质是保持固定的工作压缩比，在变排量模式下工作。这种变压缩比、变排量柴油机的优点是：

1.小负荷时压缩气体功耗小，可以减小飞轮的转动惯量而降低发动机的重量。

2.减小启动时的空气量和喷油量，因而降低了启动负荷、使冷车启动较容易。

3.能大幅地减小低转数时的震动，可以降低怠速的转数、减少油耗及噪音污染。国内外相关研究机构，一致认为变压缩比发动机技术，能高效地节能减排。已纳入重点研究课题，已有多篇相关的专利技术公布。因所公开的技术中还存在许多缺点，目前还没有相关的产品成功地投产运用。其中，已公开的专利《ZL200610135021.X变压缩比变排量活塞式发动机》。该专利中还存在4点不足之处：1.螺旋丝杠的位置设置不合理，不符合紧凑有效的设计原则。改进方案是：采用将螺旋丝杠平行对称地设置在汽缸的两侧，可最大限度地减小发动机的长度。

2.汽缸体与曲轴箱之间靠螺旋丝杠联结，使螺旋丝杠承受较大的轴向力和侧向力，影响了机件的使用寿命。改进方案是：采用在汽缸体与曲轴箱之间，增设仅可上下滑动的键槽结构，使之承受侧向力。螺旋丝杠只承受轴向力，这样可增加发动机的整体强度和使用寿命。还可由其传导热量，用以减小上下机件间的温差变形。

3.所设的丝扛及蜗轮等构件，设置在汽缸体与曲轴箱之间，增加了发动机高度。改进的方案是：利用汽缸体下部至曲轴箱顶面的空间，设置丝杠与蜗轮等机件。同时，在汽缸体下平面的每个汽缸套处，增设环绕汽缸套的凸台结构。使凸台插入到曲轴箱上与之对应的圆孔内，形成可上下滑动的键槽结构。这样结构可以承受由活塞产生的侧向力，可增加汽缸体与曲轴箱的连接强度，而且能使螺旋丝杠只承受垂直的轴向力，因此能提高发动机的使用寿命。也可以在汽缸体与曲轴箱之间的平面上，另行设置可上下滑动的键槽结构。经改进后的新型发动机，与传统发动机的高度及长度相近，局部宽度有所增加，但是仍可顺利替换同机型的传统发动机。

4.封闭汽缸体与曲轴箱之间缝隙的不锈钢波纹套筒，改进为采用焊接到上下机体上，可增加密封的可靠性。

发明内容