[发明专利]内燃机

说明书

内燃机(10)包括至少两个具有平行的纵向轴线的汽缸(11、1’)，每个汽缸包括开口和能够在所述汽缸内平移运动的活塞(12、12’)，汽缸的各个开口彼此面对，活塞与连杆曲柄机构具有运动学关系，所述连杆曲柄机构包括：‑连接所述活塞的间隔件(13)，其适于在活塞之间保持固定的间隔，活塞分别附接至间隔件的臂(131、131’)；‑绕轴线旋转的曲轴(20)，其布置在汽缸的开口之间和在所述汽缸的纵向轴线之间，曲轴包括曲柄销(21)；‑绕曲柄销旋转的摇杆(40)；‑至少一个连杆(30)，其包括刚性地附接至间隔件的称为“小端”(31)的第一端部和刚性地附接至摇杆的端部中的一者的称为“大端”(32)的第二端部。

技术领域

本发明属于能够从往复直线运动产生连续圆周运动的运动转换系统的领域，并且更具体地涉及发动机、特别是已知为内燃机类型的发动机。

背景技术

往复直线运动借助于称为连杆曲柄机构的机构转换为连续圆周运动。该机构通常用于内燃机中以传递能够使车辆行驶的扭矩。

通常，内燃机包括具有一个或多个曲柄销的曲轴，该曲柄销或每个曲柄销形成曲柄，连杆通过其端部中的一个端部(称为大端)围绕该曲柄枢转。连杆在其另一端部(称为小端)铰接至可滑动地安装在汽缸中的活塞。活塞与汽缸一起在汽缸内部形成称为“燃烧室”的工作室，在该工作室中，气体(例如空气)与燃料(例如烃)的混合物发生燃烧。通过使混合物膨胀，该燃烧在活塞上产生推力，该活塞经由连杆将该力的一部分传递至曲轴的曲柄销，以使曲轴旋转。

内燃机的工作周期包括进气阶段，在该阶段中，将新鲜气体和燃料的混合物吸入该汽缸或每个汽缸的燃烧室中，然后是该混合物被该活塞或每个活塞压缩的阶段，然后是混合物燃烧的各个阶段，从而在燃烧室中产生压力的增大以及燃烧气体的膨胀，以及最终是用于排放燃烧气体的排气阶段。

活塞在汽缸中的冲程受两个端部位置(即上止点和下止点)的限制，在该上止点处燃烧室的容积最小，在该下止点处燃烧室的容积最大。

现有技术的内燃机的缺点之一是其效率低。效率是指曲轴提供的机械动力与气体和燃料混合物燃烧所需的燃料提供的动力之比。

现有技术的内燃机的效率差主要是由于构成这些发动机的传动系的许多运动部件产生的摩擦。

该摩擦部分是由活塞沿着汽缸的冲程产生的。具体而言，在活塞冲程期间，连杆与汽缸的母线轴线形成角度，该角度根据曲柄销的角度位置而变化，这称为连杆的倾角。当活塞在上止点和下止点之间的中间位置时，该倾角达到最大值。由于该角度的相对高的值，当活塞沿汽缸滑动时，它产生横向力，即垂直于汽缸的纵向轴线的力。此外，除了产生可以引起运动部件过早磨损的摩擦之外，这些力还可以在周期性机械应力的作用下产生曲轴的机械疲劳，并因此导致曲轴破裂。

当活塞在上止点和下止点之间移动时，连杆的倾角也导致活塞急剧加速和减速，反之亦然。这些急剧加速和减速产生“二阶”惯性力。这些二阶力在曲轴每旋转一圈时变化两次，并可以在发动机的运动组件中引起明显的内部机械应力。

内燃机的效率差还归因于气体和燃料混合物的燃烧不完全的事实。实际上，由于不完全燃烧，而无法充分利用燃烧室内燃料可以潜在地提供的动力。

燃烧不完全的事实主要归因于压缩阶段和燃烧阶段的持续时间不足。具体而言，活塞在上止点附近停留的时间不足以将混合物保持在高压缩状态足够长时间以确保基本上完全的燃烧。实际上，由于现有技术发动机的连杆/曲柄机构的结构，连杆绕曲轴的曲柄销的旋转在到达上止点之后立即使活塞经受强的线性加速度。

例如，当活塞在上止点附近时，驱动该活塞以在混合物最大压力的百分之九十至百分之一百之间压缩混合物，以使曲轴旋转五度到十度。当活塞位于上止点时，达到混合物的最大压力。

就排气阶段释放出未燃烧的气体而言，燃烧不完全的事实在空气污染方面也产生了问题。这些未燃烧的气体还对人体健康有害。