专利名称：延长做功冲程内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种延长做功冲程使输出功率大幅度增加的内燃机，它属于发动机领 域。
背景技术：
内燃机的出现，给人类交通等行业带来了根本性的变化，但100多年过去了，内 燃机的效率仍然维持在30%左右，而随着经济的发展，能源危机越来越显突出，石油价格成 倍增长，节约能源已经成为世界发展的主题。内燃机的效率低的原因，是四冲程中的做功冲 程行程太短。目前提髙效率的办法只有使燃料充分燃烧和提高压缩比两种方法，而这两种方 法的改善程度有限，而且提髙的额度有限，如果不增加做功冲程的行程，内燃机效率到35% 就差不多是极限了。因为不管是柴油机还是汽油机，如果四个冲程的行程一样，乏气排放的 压力都在4公斤左右，这部分压力能严重浪费，将这部分压力能转换为功，是内燃机最廉价 最有效的增效手段。发明内容本发明提供了一种增加做功冲程的行程，做功冲程的行程大于压缩冲程的行程(2 到3倍压缩冲程的行程)，大大提高输出功率的内燃机。增加做功冲程的行程有两种方式，第 一种方式是绝对增加做功冲程的行程，即活塞做功冲程和排气冲程的行程长于进气冲程和压 缩冲程的行程，且排气冲程活塞达到汽缸顶头将乏气排尽；第二种方式是相对增加做功冲程 的行程，即活塞做功冲程、排气冲程、进气冲程、压缩冲程四个冲程的行程相同，但进气冲 程提前关闭进气阀减少进气量，同时减少燃料进入量，使进气冲程的效果只相当于更短行程 的效果，在进气下止点达到比较高的负压，同时维持更髙的压缩比，使活塞到压缩上止点时, 达到普通内燃机的压力和温度。本发明主要由以下部分组成第一种方式，包含普通内燃机所具有的汽缸、活塞、连杆 (连活塞)、曲轴、进气阀、排气阀、凸轮、进油系统等所有部件和配套设备，还包括一根连 接原来的连杆与曲轴的连杆、控制两个连杆的连接点的另外一个控制连杆、控制连杆的类似 控制进气阀、排气阀的控制设备，也可以包含另外一个用于控制控制连杆且转速是原曲轴一 半的控制曲轴，也可以包含同时起凸轮作用和控制曲轴作用的控制曲轴凸轮；第二种方式， 包含普通内燃机所具有的汽缸、活塞、连杆(连活塞)、曲轴、进气阀、排气阀、凸轮、进油 系统等所有部件和配套设备，其中凸轮和进油系统结构改变，其余尺寸也相应改变。
本发明的目的可以从下面的附图得到详细说明附图1是第一种方式和传统内燃机的四冲程汽缸模拟出的压力 体积曲线对比图。附图2为做功冲程下止点示意图。附图3为排气冲程上止点示意图。附图4为进气冲程下止点示意图。附图5为压缩冲程上止点示意图。附图6为做功冲程下止点示意图。附图7为排气冲程上止点示意图。附图8为进气冲程下止点示意图。附图9为压缩冲程上止点示意图。附图10为第一种方式增加曲轴后，活塞位置随原曲轴旋转角度的变化曲线图，其中角 度单位是弧度，活塞位置是活塞离原曲轴的轴向距离，单位分来。 附图11为原曲轴和新连杆连接示意图。 附图12为控制曲轴和控制连杆连接示意图。 附图13为三连杆连接点示意图。附图14为改变凸轮操作进气阀的凸出部分形状示意图。 附图15为进气冲程中刚开始时进气阀处于打开位置的示意图。 附图16为进气冲程中开始后不久进气阀处于打开位置的示意图。 附图17为进气冲程中行驶到一定行程时进气阀处于关闭位置的示意图。 附图18为进气冲程中行驶到终了时进气阀处于关闭位置的示意图。 附图19为控制曲轴和凸轮为一体的示意图。 附图20为控制曲轴和原曲轴处于三连杆连接点之上的示意图。 附图21和附图22为图1的局部放大 具体实施方案附图中，l表示原来的曲轴；2表示曲轴1的轴心；3表示曲轴1和新连杆连 接点运动的圃形轨迹；4表示新连杆；5表示排气阀；6表示燃料喷嘴或火花塞；7表示进气 闽；8表示汽缸；9表示活塞；IO表示原来的连杆；ll表示控制连杆；12表示控制曲轴；13 表示控制曲轴和控制连杆连接点运动的圆形轨迹；14表示控制曲轴的轴心；15表示和控制
曲轴固定连接的齿轮；16表示和原来曲轴固定连接的齿轮；17表示销子；18表示平面板；19表示凸轮操作进气阀原来的凸出部分；20表示凸轮操作进气阀改变后的凸出部分；21表 示控制曲轴凸轮；22表示压缩冲程的上止点或做功冲程的起始点，第一种方式和传动方式该 点相同；23表示传统方式做功冲程的下止点或排气冲程的起始点；24表示传统方式排气冲 程的上止点或进气冲程的起始点；25表示进气冲程的下止点或压缩冲程的起始点，第一种方 式和传动方式该点相同；26表示第一种方式做功冲程的下止点或排气冲程的起始点；27表 示第一种方式排气冲程的上止点或进气冲程的起始点，该点处汽缸体积为0。 第一种方式说明如下在图1的曲线可以从原理上说明本发明增加内燃机效率的过程，粗实线表示普通内燃机 四个冲程的压力 体积曲线，细虛线表示实际增加做功冲程长度后内燃机四个冲程的压力 体 积曲线。靠上的两条长曲线，代表压縮冲程，这两条曲线包围的面积，表示内燃机做的功。 假设增加做功冲程长度后，活塞在原做功冲程范围内包括压缩和做功都和原内燃机一样，则 细虛线的左边主要部分和粗实线重复。而细虛线右边未重复的部分，其面积，就是多做的功。 细虛线最右边的点，是做功冲程的下止点，做功冲程的行程可以做到压缩冲程行程的2到3 倍左右。细虛线最左边的点，到了坐标轴，即体积为O,表示排气排干净了。由于增加了两个连杆4和11,这样活塞运动的直线范围比曲轴的上点和下点距离要大。 如果原来的连杆10和新连杆4保持直线，则活塞行程和原来的内燃机一样，等于曲轴的上点 和下点的距离。但当原来的连杆10和新连杆4成一定角度时，活塞运动的范围就会有很大的 改变，该角度由控制连杆11控制。图2表示在做功冲程的最后位置，曲轴处于下点，连杆 10和新连杆4的角度也达到较大，这样活塞9处在最下点，且远比原内燃机低。图3表示的 排气冲程最后的状况，曲轴处于上点，连杆10和新连杆4的角度也非常小，活塞已经到了汽 缸的顶头，将乏气排尽。由于控制连杆ll的作用，图4和图5所示，吸气冲程的最后位置和 压缩冲程的最后位置和原来的内燃机位置相当，这样维持了相同的压缩比。在四个冲程中， 进气阀、排气阀、燃料喷嘴、点火系统没有明显的变化，只要求微调时间点保证做功最大，可以采取凸轮控制排气阀的方式控制控制连杆11来改变连杆10和新连杆4的角度。也可以增加一个控制曲轴12，连杆11和控制曲轴12连接。或者，如图19,将凸轮改造成控制曲轴凸轮21,连杆11和控制曲轴凸轮21连接。控制曲轴或控制曲轴凸轮与原曲轴通过齿轮
(15、 16)传动，齿轮15的齿数是齿轮16的2倍，控制曲轴或控制曲轴凸轮的转速是原曲轴的一半。图6表示在做功冲程的最后位置，原曲轴处于^点，控制曲轴12转动带动控制连杆11, 使连杆10和新连杆4的角度也达到最大，这样活塞处在最下点，且远比原内燃机低。图7表 示的排气冲程最后的状况，原曲轴处于上点，连杆10和新连杆4的角度也非常小，活塞已经 到了汽缸的顶头，将乏气排尽。由于控制曲轴12和控制连杆11的作用，图8和图9所示， 吸气冲程的最后位置和压缩冲程的最后位置和原来的内燃机位置相当，这样维持了相同的压 缩比。由于连杆将力同时传到了两个曲轴上，所以，两个曲轴都起到了传递功的作用。原曲轴和控制曲轴可以处于不同的位置，如图20,原曲轴和控制曲轴可以处于三连杆连 接点之上的位置图10是模拟计算的活塞轨迹，从曲线可以看出，通过两个曲轴和三个连杆，实现了增 加做功冲程的长度(是原来的2到3倍)、将乏气排尽、维持相同的压縮比等功能。增加一个 曲轴和三个连杆后，连接点增加了，为了保证接点在一个平面里运动，需要将连杆和曲轴的 连接加强，如图11和图12所示，连杆将曲轴包了较长的一段。也可以使三个连杆的连接点 在一个垂直于曲轴轴线的平面里，如图13所示，三连杆连接的销子在两个平行的平面板之间 运动。第二种方式说明如下首先增加压缩比，然后，改变凸轮用于控制进气阀的那部分的形状，如图14，将凸轮该 部分的宽度缩小，使进气阀的打开时间缩短。如图15、 16,在进气冲程开始阶段进气阔处于 打开状态，如图n,当进气冲程行驶到一定行程时，进气闽关闭， 一直到进气冲程结東，如 图18。这样，在整个进气冲程中，并没有按常规内燃机那样吸入约0. 08 0. 09MPa的满汽缸 的气体，实际上相当于缩短了进气冲程。相应地，喷入的燃料也按比率减少。相对减少进气 冲程，实际上又相当于利用同样的燃料和空气增加了作功冲程。
权利要求
1.一种延长做功冲程内燃机使功率增加将近一倍的内燃机，包括原曲轴、新连杆、排气阀、燃料喷嘴、火花塞、进气阀、汽缸、活塞、原连杆、控制连杆、控制曲轴、控制曲轴齿轮、原曲轴齿轮、销子、平面板、凸轮、增压系统，其特征在于采取绝对增加做功冲程的行程和相对增加做功冲程的行程两种方式增加作功长度，使作功行程大于进气冲程和压缩冲程。
2. 根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，与常规内燃机相比增加了新连杆、控制连 杆等构件和常规内燃机的构件组合实现了绝对增加做功冲程的行程。
3. 根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，凸轮上用于控制进气阀的部分比常规内燃 机的尺寸发生变化，进油系统改变，实现了做功冲程行程的相对增加。
4. 根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，原连杆一端连活塞，另一端连新连杆；而 新连杆除了一端连原连杆外，另一端连原曲轴；控制连杆一端和原连杆和新连杆的连接 点相连，另一端由控制系统控制，三连杆的连接点的销子可以在两个平行的平面板之间 运动。
5. 根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，控制连杆的控制端可以通过凸轮上的凸来 实现控制；也可以连接控制曲轴，控制曲轴也可以和内燃机控制系统的凸轮做在鬼， 成为控制曲轴凸轮。
6. 根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，控制曲轴和原曲轴通过齿轮啮合，控制曲 轴的齿数是原曲轴齿数的2倍，控制曲轴的转速是原曲轴转速的一半，设计好原连杆长 度、新连杆长度、控制连杆长度、原曲轴半径、控制曲轴半径、控制曲轴和原曲轴的齿 轮啮合点，能保持排气冲程终点时活塞能到顶头而将乏气排尽，同时保证压缩冲程不能 到头，同时又保证进气冲程终点时汽缸的体积和压縮冲程终点时汽缸的体积之比(即压 縮比)和常规内燃机相当，同时又保证做功冲程行程比进气冲程行程长很多(功沖程行 程是进气冲程行程的1 4倍)。
7. 根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，原曲轴和控制曲轴与各自连杆的连接中， 连杆将曲轴包了较长的一段，原曲轴旋转轴线可以和活塞的轴线相交，也可以在控制曲 轴所在的一边，也可以在控制曲轴所在的另外一边，原曲轴和控制曲轴可以处于多种位 置，如三连杆连接点之上。
8. 根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，凸轮上用于控制进气阀的那部分尺寸改变， 使进气阀在进气冲程开始时打开，而在中途即关闭进气阀，进油系统减少燃料进入量， 保持燃料量和空气量的比率与常规内燃机相同。
9. 根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，组成多缸内燃机时，各缸的曲轴连在一起 连成一根轴，各控制曲轴也连在一起连成--根轴，或各控制曲轴凸轮也连在一起连成+ 根轴。
全文摘要
本发明涉及一种延长做功冲程使输出功率增加近一倍的内燃机，延长做功冲程分两种方式，一种是绝对延长做功冲程，增加两个连杆和一个曲轴，增加的曲轴其转速是原来曲轴的一半，通过尺寸和位置的匹配，使活塞做功冲程和排气冲程的行程明显长于进气冲程和压缩冲程的行程(1～4倍)，且排气冲程将乏气排尽；第二种是相对增加做功冲程的行程，即虽然活塞做功冲程和排气冲程的行程等于进气冲程和压缩冲程的行程，但在进气冲程中途关闭进气阀，同时减少燃料进入量，使进气冲程的效果只相当于更短行程的效果，在进气下止点达到比较高的负压，同时维持更高的压缩比，使活塞到压缩上止点时，达到普通内燃机的压力和温度。
文档编号F01L1/06GK101117913SQ20061010419
公开日2008年2月6日 申请日期2006年8月4日 优先权日2006年8月4日
发明者李江保 申请人:李江保