[发明专利]可连续改变排量的内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机，尤其是涉及一种可连续改变排量的内燃机。 

背景技术

当今世界上应用最广泛的往复活塞式内燃机的驱动普遍采用曲柄连杆机构，该机构的功用是在作功行程中，将燃料的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴的旋转运动，并实现动力输出。在这种内燃机的作功行程中，燃气对活塞顶部的压力通过连杆驱动曲轴旋转，由于连杆的运动状态不断变化，产生的垂直于作功方向的分力作用于活塞与气缸的接触面上，产生较大的磨擦阻力。在活塞的各个位移点上，驱动力臂不断变化，最终传递到曲轴使其旋转的力均小于甚至远小于燃气对活塞顶的压力，力的转换效率仅有30％左右，力的传递损耗大、效率低，这种情况使内燃机的动力性和经济性受到制约。 

现有的内燃机的设计排量几乎都是固定值，在运转过程中不论负荷大小，所有排量都参与工作。由内燃机原理得知，作功相同的情况下，在负荷率较小时，内燃机效率低，油耗较高，排放污染较大；负荷率较大时，内燃机效率高，油耗较小，排放污染也较小。内燃机设计最佳效率工况转速区域是在额定转速75-95％中高负荷范围内，例如汽油机一般在负荷率约为80％一90％时油耗最低，排放污染最少。内燃机功率都是按照满载时的极端工况配备的，而在大多数使用情况下，例如在城市市区行驶，负荷率通常只有18％-50％，因而油耗较高。上世纪60年代开始研究闭缸节油技术，如申请号为200610039007的专利申请文件公开的一种技术方案，在内燃机低负荷行驶工况时，停止部分气缸的工作(停缸法)，使实际参与工作的内燃机排量减少，剩余气缸处于中高负荷工作状态，可以使内燃机比不停缸法节油15-25％。但是在采用停缸法时会造成内燃机转矩波动，各缸受力不平衡引起内燃机振动增大等问题，以及因断油断气后使排气空燃比变化，不能保证汽油机安装的三效催化转化器在化学计量条件下有效工作，使尾气中有害物质的排放量增加，这对环境保护是不利的。由于存在上述诸多不足等问题，这种停缸变排量法技术至今不能推广使用。 

现有的内燃机启动后即使没有负荷，仍以最低转速运行，即怠速状态。在交通拥挤的道路，汽车发动机怠速状态消耗的燃油占总油耗的5％以上，造成了很大的浪费和污染。目前仅在混合动力汽车可以实现无怠速状态，在其它领域尚无成熟的无怠速解决方案。 

内燃机压缩比的大小直接关系到内燃机的性能。混合汽的压力越高越容易燃烧，效率越高，排放越低。压缩比过高时，会产生自燃，引起暴振，受暴振现象的限制，提高压缩比有一定的限度。固定压缩比的传统内燃机，只能按照最大节气门开度确定压缩比，在小节气门状态下压缩比太小，燃烧不完全，效率低，功率小。在多数情况下内燃机处于低负荷运行状态，节气门仅部分开启，压缩比较低，工作效率差。为了让内燃机能在整个工况下都可以充分燃烧和高效率工作，保持理想的压缩比，早在上世纪汽车发展初期已经提出并做过不少试验。但是由于使用寿命短与制造成本高等诸方面的难题一直不能实用化。 

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种可连续改变排量的内燃机，其效率高、油耗低、排放污染少，在各种负荷下都能保持最佳工况，消除内燃机的怠速状态，无需外力内燃机能即刻点火启动。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案： 

一种可连续改变排量的内燃机，包括机体、电控单元(ECU)、进气机构及排气机构，还包括至少四个并列的气缸，在气缸中作往复运动的活塞分别固定连接有齿条；气缸下方设置有至少一根齿轮轴，齿轮轴上设有摆转传感器及齿轮，齿轮轴的一端设有摆转飞轮，另一端设有棘轮，棘轮与输出齿轮啮合；齿轮轴上的齿轮分别与对应的齿条啮合；所述气缸中的活塞分为两组，其中一组活塞上的齿条啮合在齿轮轴的一侧，另一组活塞上的齿条啮合在齿轮轴的另一侧，当一组活塞在上止点时，另一组活塞在下止点；所述齿轮轴或气缸连接使齿轮轴与气缸之间距离可变的调节机构，实现了内燃机排量的连续可调。 

进一步的： 

所述摆转飞轮的中心设有侍服电机，侍服电机的两个轴伸端分别连接两个径向布置的螺纹轴，螺纹轴上分别啮合有质量相同的带有螺纹孔的惯性移块，两个螺纹轴的螺纹旋向相反。 

所述气缸下方设置有两根平行的齿轮轴，一组活塞连接“一”字双面齿条， 在两平行齿轮轴中间同时啮合齿轮轴上的齿轮；另一组活塞连接“口”字双面齿条，在两平行齿轮轴外侧同时啮合齿轮轴上的齿轮。 

所述的调节机构为由电控单元(ECU)控制的液压油缸或侍服电机驱动机构。