[发明专利]往复吸热式发动机转换往复直线运动为转动的曲轴系统

说明书

本发明涉及一种特别适于往复吸热式发动机的、将往复直线运动转换成旋转运动的曲轴系统。

更具体说，本发明所涉及的上述这种系统能改善热力循环的工作状况以及从该热力循环中获得的动力的利用状况。

已经清楚地知道，在一往复吸热式发动机中，通常由一连杆一曲柄系统将活塞的往复运动转换成旋转运动，该系统中的曲轴与输出轴固定连接。

附图1中示出了组成一已有技术的发动机的诸部件，下述符号用来表示相应参数：

l＝连杆长度

r＝曲柄半径，因而活塞行程C等于2r

β＝连杆轴线与气缸轴线的夹角

α＝曲柄相对于上死点(TDC)的角位移。

此外，曲柄完整地转一圈，从上死点经下死点(BDC)又回到上死点，活塞的运动方向则改变两次。

从图1中可以进一步看到，输出轴上所施加的转矩是沿连杆轴线方向所施加的力和曲柄半径的函数。

力F_b是热力循环所产生的力F_n以及因气缸壁对活塞推力的反作用力F的合成向量，其中所述的推力是因为连杆轴线所成的倾斜角β而造成的。该活塞推力造成了摩擦损失。

所述的转矩等于： M m = F × r × [ Sinα + λ / 2 × Sinα ] 1 - λ 2 Sin 2 α ]]>

忽略不计λ²Sin²α，就可以得到：

M_m＝F×r×〔Sinα+λ/2×Sinα〕

即，M_m＝Fדf”，而其中“f”r＝×〔Sinα+λ/2×Sinα〕

上面公式中，M_m是转矩；F是热力循环产生的施加在活塞头上的力；r是曲柄半径，α是相对气缸轴线的曲柄转角，λ＝r/l。

施加在活塞头上的力是从热力循环中所获得的，所述的热力循环大致是用直角坐标图以一四冲程发动机的澳托(Otto)循环(由可控火花点燃空气而燃烧)为例表示的，图中的横坐标表示活塞的进程，而纵坐标则表示气缸内活塞头上方的压力。

从图2中可以注意到，实线所示的实际循环所覆盖的面积小于理论上的循环的(用阴影线表示的)，这是有几个原因造成的，其中最重要的一个原因是因为：在上死点由火花控制的燃烧并不是瞬间发生，而是经历了一段时间，这样，在燃料完全燃烧之前，活塞在其往复运动过程就要包括朝着上死点的一部分行程和过了上死点后的另一部分行程。

从文献可以清楚地认识到，上述情况使得所获得的净功有所减少，如一些创作者指出，这种减少量是可获得的净功的(10-15)％。

还知道的是，以一种四冲程发动机为例，如单考虑其几何因素的话，四个冲程都执行着发动机的工作循环，而每一个冲程都对应着曲柄回转半圈，即180°。由于气缸轴线相对输出轴的旋转中心并不对准，因而就可以得到将持续时间不同的冲程(通常这种不对准偏差较小，因而持续时间的差别也较小，从而可以忽略这种情况)。

特别对于一种具有可控火花点火的四冲程往复吸热式发动机考虑了以上问题，而对两冲程发动机和狄塞尔发动机而言也可以做同样的考虑，只不过稍有出入罢了。

近来有了旋转式发动机，这种发动机无需那种将往复运动转换成旋转运动的系统，从技术角度来看是很受欢迎的。

例如，可以参考特别适于单个使用的涡旋式发动机和万克(ANKEL)发动机。