專利名稱：一種基于多連桿機構的曲柄連桿裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機曲柄連桿裝置，特別是涉及一種內燃機用基于多連桿機構的曲柄連 桿裝置。
背景技術：
對于傳統(tǒng)的柴油機，燃油在活塞到達壓縮上止點前的某一時刻噴入氣缸，緊接著進行 混合、燃燒和放熱。若供油時間過早，會使滯燃期增長，燃油在壓縮行程中就開始著火燃 燒，這時由于壓力增長過快，對正在壓縮行程中的活塞增加運動阻力，使活塞與汽缸產生 敲擊。若供油時間過遲，會使過后燃燒期增長，使燃燒在氣體膨脹過程中進行。這時由于 燃燒室逐漸加大，熱量損失過多，最高壓力點降低，造成柴油機啟動困難、水溫過高、功 率不足等不良后果，影響柴油機的動力性和經濟性。傳統(tǒng)柴油機的擴散火焰燃燒方式，不 可避免地帶來燃燒速度緩慢的不利限制，難以完善解決高效與高速之間的矛盾。
為此，美國人Abenavoli Bruno發(fā)明的新型二沖程形式柴油機(EP1831515A1 )，在氣 缸頂部設有一個機構，當活塞由上止點下行至排氣門打開時可以自由滑動。這個可以自由 滑動的機構內有一個轉換閥，在壓縮和燃燒行程里吸入空氣或者油氣混合氣，該活動機構 由驅動機構來控制。由于該機構的引入，使得發(fā)動機的效率相比較傳統(tǒng)機構有一定提升。 但滑動機構僅由一根彈簧控制，精度低，在換氣階段存在較大的換氣能量損失。
中國發(fā)明專利CN 92113550公開了凸輪搖桿連桿式內燃機，其特點是，由安裝在機器 機體上的搖桿連桿機構與主軸上的凸輪一起組成凸輪搖桿連桿機構，使活塞的直線運動和 主軸的旋轉運動相互轉換；通過適當設計凸輪曲線，可使活塞按選取的加速度運動規(guī)律作 往復運動。
但是，上述機構的引入，都沒有從根本上改變柴油機的工作方式，也就對于柴油機工 作過程中最重要的核心部分——燃燒特性的改善作用不大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現有技術中存在的不足之處，提供一種活塞可在上止點 附近停留80CA。曲軸轉角時間，提高燃燒特性的基于多連桿的曲柄連桿機構。
本發(fā)明通過曲柄、連桿的組合運動，實現活塞在上止點停留80度曲軸轉角這一特殊運 動規(guī)律。
本發(fā)明目的通過以下技術方案實現
一種基于多連桿機構的曲柄連桿裝置，包括曲柄、活塞和連桿，所述連桿由連桿之一、
連桿之二和連桿之三組成，曲柄固定于發(fā)動機機體上一定點A;連桿之一與曲柄連接；連 桿之二一端固定于發(fā)動機機體上另一定點B，另一端與連桿之一和連桿之三活動連接；連 桿之三作為活塞桿與活塞連接，活塞位于曲柄的斜上方，連桿之二的固定點位于曲柄的斜 下方；活塞在缸套內移動，缸套軸線為YO，以過定點A點的水平線為X軸，活塞的中心 線為Y軸，曲柄半徑的長度為R，則曲柄的固定點A到活塞中心線的距離為2.9R，連桿之 二的固定點B到X軸和Y軸的距離分別為2.36R和2.61R，連桿之一、連桿之二和連桿之 三的長度分別為3.64R、 2.86R和3.63R。
所述的曲柄和連桿之一在一個平面內，連桿之二和連桿之三分別位于該平面的兩側。 本發(fā)明與現有內燃機的曲柄連桿機構相比，具有如下優(yōu)點和有益效果
(1) 通過曲柄和三根連桿的組合運動使得活塞可以在上止點附近停留大約80CA曲 軸轉角時間，傳統(tǒng)曲柄連桿機構活塞一瞬間就經過了上止點，不能產生適當時間的等容燃 燒過程。為此只能組織快速燃燒的方法使燃料在盡可能短的時間內完全燃燒，以一定程度 上接近等容燃燒過程。本發(fā)明采用新的連桿機構實現柴油機活塞運行中的長時間等容燃燒 過程，理論上可以大幅度提高轉速、燃燒熱效率、功率。徹底解決高功率密度柴油機中高 效與高速之間的矛盾，為未來先進的高效、高速柴油機提供技術儲備。
(2) 解決傳統(tǒng)柴油機無法同時實現高效與高速工作過程之間的矛盾，實現柴油機高轉 速和高熱效率。對于新型曲柄連桿機構，由于相應的最大燃燒持續(xù)角的增大，在相同絕對 燃燒時間的情況下可以使得轉速提高，從而提高其功率，并且使得燃料有可能在缸內進行
4等容燃燒，大大提高了柴油機混合加熱循環(huán)中等容燃燒部分的加熱量，提高了熱量利用率。 (3)由于實現等容燃燒，改善燃燒質量，使得柴油機的尾氣排放大大提升，減小了對 環(huán)境的污染。


圖1基于多連桿機構的內燃機曲柄連桿裝置的結構示意圖。 圖2基于多連桿機構的內燃機曲柄連桿裝置的原理圖。 圖3傳統(tǒng)機構與新機構活塞升程對比圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限 于實施方式表述的范圍。
如圖l、 2所示， 一種基于多連桿機構的曲柄連桿裝置包括曲柄1、活塞5、連桿之一 2、連桿之二3和連桿之三4，曲柄1固定于發(fā)動機機體上，可設固定點為點A;連桿之一 2與曲柄1連接；連桿之二3—端固定于發(fā)動機機體上另一點，可設該點為點B，另一端與 連桿之一2和連桿之三4活動連接；連桿之三4作為活塞桿與活塞5連接，活塞5位于曲 柄1的斜上方，連桿之二 3的固定點點B位于曲柄1的斜下方?？稍O曲柄半徑的長度為R， 曲柄1的固定點A到活塞中心線的距離為2.9R，以過A點的水平線為X軸，活塞的中心 線為Y軸，連桿之二的固定點點B到X軸和Y軸的距離分別為2.36R和2.61R，連桿之一、 連桿之二和連桿之三的長度分別為3.64R、 2.86R和3.63R。曲柄1和連桿之一 2在一個平 面內，連桿之二3和連桿之三4分別位于該平面的兩側。 實施例
圖1中，Y為活塞到原點O的距離，Ax、 Bx、 By為A、 B兩點的坐標，rl、 r2、 r3、 r4為曲柄l、連桿之一2、連桿之二3和連桿之三4的長度。該實施例中，Ax=24mm， Bx =21.4腿，By=19.4mm， rl=8.2mm,r2=29.85mm， r3=23.5m， r4=29.83m;工作時，曲 柄1繞固定點A以角速度Q)做勻速圓周運動，帶動連桿之一 2、連桿之二 3、連桿之三4 一起運動，連桿之一2在連桿之二3的帶動下繞其自身軸(B點)擺動，活塞5只能在自身軸線(Y軸)方向上下移動，在連桿之三4的牽連下形成了活塞的運動規(guī)律。對曲柄連 桿機構進行運動學、動力學分析時，可近似地認為曲軸作勻速旋轉運動，并將機構的各種
運動學和動力學參數表示為曲軸轉角e的函數。Y為活塞位移，指活塞由上止點開始向下
止點運動的距離，Y是關于曲軸轉動角度e， A、 B兩點坐標(Ax， 0) 、 (Bx， By)和四 根桿長度rl、 r2、 r3和r4的函數，即y =A, A，n,r2 4)。具體關系式如下
式中
A=(—2.(A+;^+Jp.A)+^4.(A+Jp.《+jP.A)2-4.(l+/).(5-r32+(《+ 5》2)))/(2.(l+/)) / = -+ ^ cos e)/(-^ cos ^ - 5y)
《=0.5'(r22 —《-(4 'cosP)2 +5， —(一。 -sin。2 ^ .sin^-5》
0從O到72O度，每隔一度計算出活塞升程Y的值，得出活塞升程Y的曲線如圖3中 實線所示。圖3中為"-2200Wmin時的活塞升程運動規(guī)律，虛線為傳統(tǒng)機構的運動規(guī)律， 實線為圖1所示本實施例機構的運動規(guī)律。
從圖3可以看到，利用了多連桿的復合運動規(guī)律，使得曲柄1在轉過約80度曲軸轉 角的時間內，活塞能夠維持在上止點的位置不動。燃燒在活塞到達上止點前開始進行，由 于活塞維持在上止點不動，此時氣缸內的燃燒空間是恒定的，且吸入的空氣量大于燃料完 全燃燒所需要的量，所以噴入的燃料基本上能夠完全燃燒，大大提高了發(fā)動機的燃燒質量 和熱效率，同時由于燃燒質量的提高，排放性能理論上也能獲得提高。而傳統(tǒng)曲柄連桿機 構活塞一瞬間就經過了上止點，不能產生適當時間的等容燃燒過程。本實施例中采用新的 連桿機構，可以使內燃機活塞運行中長時間停留在上止點附近，產生長時間的等容過程， 為內燃機燃燒過程的設計提供了方便。因此，采用本發(fā)明的裝置可以應用于現有大功率柴 油機，安全性好、熱效率高、單機功率大、排氣污染少、使用可靠性好、適用范圍廣。
權利要求
1、一種基于多連桿機構的曲柄連桿裝置，包括曲柄、活塞和連桿，其特征在于所述連桿由連桿之一、連桿之二和連桿之三組成，曲柄固定于發(fā)動機機體上一定點A；連桿之一與曲柄連接；連桿之二一端固定于發(fā)動機機體上另一定點B，另一端與連桿之一和連桿之三活動連接；連桿之三作為活塞桿與活塞連接，活塞位于曲柄的斜上方，連桿之二的固定點位于曲柄的斜下方；活塞在缸套內移動，缸套軸線為YO，以過定點A點的水平線為X軸，活塞的中心線為Y軸，曲柄半徑的長度為R，則曲柄的固定點A到活塞中心線的距離為2.9R，連桿之二的固定點B到X軸和Y軸的距離分別為2.36R和2.61R，連桿之一、連桿之二和連桿之三的長度分別為3.64R、2.86R和3.63R。
2、 根據權利要求l所述的基于多連桿機構的曲柄連桿裝置，其特征在于所述的曲柄和 連桿之一在一個平面內，連桿之二和連桿之三分別位于該平面的兩側。
全文摘要
本發(fā)明專利公開了一種基于多連桿機構的曲柄連桿裝置。該裝置包括曲柄、活塞和連桿，連桿由連桿之一、連桿之二和連桿之三組成，曲柄固定于發(fā)動機機體上一定點A；連桿之一與曲柄連接；連桿之二一端固定于發(fā)動機機體上另一點定點B，另一端與連桿之一和連桿之三活動連接；連桿之三作為活塞桿與活塞連接，活塞位于曲柄的斜上方，連桿之二的固定點位于曲柄的斜下方。由于多連桿的引入使得活塞的運動規(guī)律不同于傳統(tǒng)的正弦曲線運動，可以在上止點附近停留一定的時間，為柴油機的等容燃燒提供了充足的時間，也為實現車用柴油機的高轉速提供了方案。該裝置可以應用于現有大功率柴油機，安全性好、熱效率高、單機功率大、排氣污染少、適用范圍廣。
文檔編號F02B75/32GK101457692SQ20081022069
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者濤 唐, 勇 張, 杰 潘, 莫森泉 申請人:華南理工大學