专利名称：斜框滑动高效节能发动机的制作方法
技术领域：
本发明属于二次改进后的曲柄连杆机构在发动机上的应用，可大幅度提高传动效率、 减少浪费、节约能耗。二、背景技术
目前普遍使用的曲柄连杆机构做为传动方式的柴油机、汽油机、压缩机都存在着热机效率和传动效率过低的问题，如柴油机的最高值不超过45%、汽油机的更低约在30%，一半以上的能量在转动过程中被浪费掉了。申请人在经过认真分析发现问题出现在曲轴传动方式本身。因为曲轴是直线运动和圆周运动互相转换并传递动力的工具，而两种运动方式的最佳方向却各不相同当曲轴芯处于上止点时，连杆和曲柄成直线。而曲轴芯的转动要求连杆的推力是在曲柄的下方和曲柄垂直为最好；连杆的传动方向恰恰相反正好和曲柄成90°为最差位置，一点扭矩也不会产生，而被称为死点。该连杆的传动方式的特点上止点必须在汽缸中心线上，活塞的推力必须在上止点以上才会使曲轴正转，在上止点以下产生的推力会使曲轴产生反转，这样曲轴芯离开上止点，在活塞推力作用下不断改变和连杆的配合角度，直到曲柄和连杆垂直成最佳角度，需要一个过程。整个做功行程被分解为传动效果从0开始，逐渐增加到90°最大值又回到0，其有效值只能是最大值的一半。从图1看出，当连杆和曲垂直时，仅仅是实际上的最大值而不是理论上的最大值，因为连杆在和曲柄配合转动，连杆和汽缸中心线出现了夹角并不断变化、最大值达到15° (sl95)，占90°的 16.5%，这个角不可避免的会造成力的分解、能量损失。因为也是从0°开始逐渐达到的， 其平均值也只是其一半8. 25%，如果仍以45%计算，损失的执机效率为8. 25X45%= 3. 7。 因此如能消除连杆的偏角、热机效率才会达到理论上最大值45% +3. 7%= 48. 7%，节能约 8%。由于对曲柄连杆传动力学分析不够，造成一些文献和人们对热机效率过低的原因存在着误解，如认为摩擦损耗、散热损耗和有效功率占约三分之一就缺乏逻辑依据。因为公知滑动摩擦系数仅占二十分之一即5%，热机中的作用力主要在主轴，其中四个行程仅做功行程才产生最大作用力，这一行程也只是在产生推力的开始为最大，以后随着配合角度的改变，动力臂逐渐增加，压力的不断下降，都是一个由大变小的过程，和摩擦系数表示的恒定作用力或重力根本不是一回事。实际上主轴和凸轮轴消耗的摩擦力远达不到5%。更谈不上三分之一了。散热损耗更没有根据，因为发动的转速在每秒10转到30多转之间，汽油机高的可达每秒百转。在十分之一到一百分之一秒的瞬间里，热量能散出三分之一，目前还没有这样高性能的导热材料，起码说铁和铝肯定不能。发动机的作用原理是利用热能产生的推力，做功的过程是推力的损耗和利用。虽有剩余压力和热量排出，那只是占压缩比的比例，柴油机约二十分之一，汽油机六分之一到十分之一，远达不到三分之一。所以，热机效率低的原因是该传动方式必须从扭矩为0开始到最大值又回到0打折造成的，改变热机效率低的途径必须是循此而进。改变连杆和曲柄的配合角度是唯一的选择。正是基于以上的分析结果，2007年我设计了“滑动式曲轴连杆传动机构”，《如图 2》改原曲柄连杆机构连杆大头随曲轴转动并上下跳动为连杆后端固定一个长方形框，该框仅在机体内上下所设的滑道内前后滑动而不跳动，曲轴芯在配合件的作用下在框内上下滑动，其纵横坐标点的轨迹形成了曲轴的旋转圆，在不改变连杆和曲轴芯面对面接触传递作用力的前提下同样实现了两种运动力方式的互换。因为这种传动方式连杆框受滑道和汽缸的控制，作用力总是平行指向曲轴，就避免了原连杆的偏角造成的能量浪费，达到节约能耗的目的。2010年8月17日，我受一个素不相识的私企老板的资助，用原12马力柴油机改制新的传动方式柴油机，除机体用钢板焊接外，几十个地方做了改动，最大限度地利用原配件，其中，起关键作用的传动配件，连杆框、滑道、配合件、完全靠手工制作，仅靠一把卡尺和拐尺做测量工具，历时8个月，于2011年5月4日顺利起动成功。经相邻的柴油机修理铺柴师傅检查，传动正常、油路正 常、启动正常。只是手工制作精确度不够，检测肯定不合要求， 但足以证明固定框滑动传动方式用于发动机是完全成功的。在试制过程中，我不满足于约8 %的节能效果，期望能有新的突破，使新的传动方式更节能。滑动式曲轴连杆传动方式，由于连杆后端的长方形框和连杆垂直固定，上止点仍在汽缸中心线上，即连杆和曲柄成直线，曲柄离开上止90°时，活塞的推力方向和曲柄也垂直，只是最大限度地利用了曲柄长度，避免了连杆偏角造成的浪费。既然改变连杆和曲柄的配合角度是唯一的选择，那么使长方形框上部前仰成斜状固定，活塞的推力在斜面的作用下便会产生向上的侧力，以更好的角度增加使曲柄转动的效果，使更多的推力转化为曲柄的旋转力。经过绘图分析发现；一旦长方形框架仰斜，上止点会离开汽缸中心线前移，仰斜的角度越大，前移的角度也越大。如倾斜45°，上止点也提前45°下止点也相应提前同样角度。(如图3所示)，长方框仰斜45°，上止点由B点前移至A点，下止点也相应前移至C点。这样，所谓45°仰斜时，长方框和曲轴芯并不是在B点配合，而不是在A点作为上止点首先起作用，从0度开始逐渐增加角度，当曲轴芯由A点移动至B'点时，B'点推移至 B点，长方框成45°和曲轴芯配合，这种上下止点的位置前移是否有节能作用，仍缺乏理论上的支持。经过垂直框和仰斜框两种方式的对比发现，如果把活塞的推力比作太阳光，那么曲轴就是太阳光接收板，为最大限度地接受太阳光就应该背北面南摆放。但背景技术中不论曲轴连杆机构还是滑动式垂直框传动，上止点都在汽缸中心线上，相当于太阳能接收板背东面西摆放，上午的阳光不能接受，直到过中午以后才起作用，等于把整个上午的太阳光给白白浪费了，这也是背景技术浪费一半的能量的又一种理论根据。这样改为仰斜框固定后，仰斜45°就等于把原面向西方的太阳能接收板向东转动45°，使接收太阳光的机会增加25%，由一半增加为75%，太阳光接受效果就增加25%。从另一个角度分析，长方形框仰斜45°，上止点提前45°，也是从0开始逐渐增加配合角度，恢复到汽缸中心线后，已经把 25%的活塞推力转化成了曲轴的旋转力，(45°是最佳90°的一半，因是从0到45°、平均值应是一半的一半即25%)。此时，两种不同方式形成了鲜明的对比。
背景技术：
中的两种方式都只是传递转换的开始，背景技术压力高却是从0开始，转化效率低；仰斜框压力低却是从最佳方式的一半开始，效率却大大超过背景技术。
背景技术：
从0开始到最大值、平均值为50 %，仰斜框从45°即50 %开始到最大值、平均值为75 %，高出背景技术25 %，但仰斜框此时先前压力能量已先转化25%，压力低正好和高出的比例抵消，此后两种方式的转换效果是相等的，那么仰斜框先前已转化的能量就成了节能效果。和原曲柄连杆机构相比25% 加上改为滑动框式传动节省的8%，总的节能效果已达33%，近三分之一了。从图3可以看出，在一定的范围内，仰斜框的斜角越大节能效果就越好，如仰斜60°，本身的节能效果就可达33%，加上8%，可达41% .斜角过大，会给设计生产增加困难，在50°左右节能三分之一以上应该没有问题。理论上的论证成功催生了一个新的传动方式，“滑动式曲轴连杆传动机构”只能做为背景技术而放弃。用“滑动式曲轴连杆传动机构”改制的柴油机获得成功， 为新的传动机构提供了可靠的前提和真实的基础，因为原来的曲轴连杆机构不能保持特定的角度。如果仰斜角达到或超过50°，其本身节能效果可达27.5%，相对曲柄连杆机构，节能 效果可达35%，2斤油可以当3斤油用，等于找到了一个相当于全球石油储量一半的大油田。8个多月试验的艰辛，被新发现的喜悦一扫而光。对于汽油机来说，新传动方式的节能效果会更高，因为汽油机压缩比低、行程短等于动力臂短，产生的力矩小，限制了能量的发挥；增大行程又受到缸径小，连杆摆动不开的限制。固定框式传动连杆不上下跳动，又可实现小缸径大行程传动，节能效果达到50%应该没有问题。三、发明内容为了最大限度地实现节能目的，本发明对“滑动式曲轴连杆传动机构”又做了改进，即将原和连杆垂直固定的长方形框改为上部前仰下部后伸倾斜固定；改原框的上下两平面为滑动面，为以框长度中心上下各设滑动支撑体，支撑体上下端面为滑面和机体内上下新设滑道相配合。长方形框仅和曲轴芯配合使配合件在框内滑动传递动力，配合件为内圆外方形，内圆和曲轴芯配合转动，外方两个滑面在长方形框内斜向滑动。 本发明和背景技术相比所具有的优点是1、连杆后端的长方形框内上仰下伸斜向固定，使上止点随框的仰斜角度相应前移，增加了曲轴芯接受活塞推力的时间，改变了整个做功行程长方形框和曲轴芯的配合角度，使之向有利于提高传递效率的方向变化，使传递效率随长方框的仰斜角度增加而增加，达到大幅度提高热机效率的目的。2、利用本发明连杆不跳动的特点小型发动机行程可不受缸径影响，加大行程，实现小缸径大行程，可使能耗进一步降低。3、配合件和曲柄后端能做到动态平衡，应该有利于减少原连杆大头跳动引起的震动使发动机运转平稳。4、本发明使用的传动方式用于压缩机可节省同样的能耗。四
本说明共有3幅附图，图1是原曲柄连杆机构示意图，图中1为连杆、2为曲柄，15°为S195柴油机连杆偏角。图2为滑动式连杆曲轴传动机构，图中1为长方形垂直固定框，2为曲轴芯、3为配合件、4为连杆、5为曲柄，A、B、C、D为配合件在转动中的相应位置。图3为本发明的意图，图中1。活塞销孔、2连杆、3仰斜固定长方框、4上支撑体、5下支撑体、6机体内下滑道、7机体内上滑道、8配合件、9曲轴芯、10曲柄、11长方框移动至下止点位置、12假设长方框仰斜60°位置、13、45°虚线为当长方形框仰斜45°时上止点和下止点的前移情况。五、具体实施方案实施本发明，1、首先要根据曲轴芯的直径，加上配合件的厚度确定配合件的长和宽。2、因为柴油机和多缸汽油机的连杆后端都是两半组合件，需用螺栓紧固所以配合件顺着框长方向相对较长，另两面仅做滑面相对较短，长和宽尺寸不同。以配合件的宽度确定长方框的内宽和外宽。3、框的内长度由设计行程加上配合件的长度加上斜度并留有适当的空间确定。4、框由两部分组合而成，两端有螺栓紧固，并分别和上下支撑体联体，外长度由内长度加上紧固螺孔所需尺寸而定，两个支撑体的上下两端面应和汽缸中心线平行，使能在机体内设的上下滑道内顺利滑动。组合后的斜框及支撑体的垂直总高度应以设计行程加上配合件长度和留有适当空隙确定，并以汽缸中心线为中心平分，配合件高度应保留原和曲轴芯配合尺寸框高度应使配合件能在内顺利滑动。5、机体内的上下滑道应以连杆框上下支撑体能顺利前后滑动至设计行程为标准。机体上部一般空间较小，应加高至能固定滑道位置。6、配合体的两滑面中间位置应钻有透孔以使曲轴芯外压的机油能穿过配合件对外滑面润滑、散热。7、因本发明滑动部位增多对润滑 散热的机油供应量要求增加，应使机油泵增速或加厚以满足需要，如可能的话，应将配合件两滑面和支撑体两滑面改为滚针带对滑面，增加滚动接触，减少滑动起热，增加散热，有利润滑。8、由于仰斜框上止点前移使在上止点时框的中心位置不在B点而前移至B'点，汽缸的位置也应做调整，以斜框的上部到达上止点不受影响为宜。9、连杆的长度宜根据实际需要确定。10、机体的后端应保证斜框下部至下止点时不受妨碍为准。11、由于斜框传动上止点提前，供油时间也应作相应调整，和上止点保持一致。
权利要求
1.斜框滑动高效节能发动机是原曲柄连杆机构二次改进后在发动机上的应用，其特征是由曲轴、配合件、后端斜向固定有长方框的连杆，机体内设的上下滑道组成。
2.根据权利要求1所述的斜框滑动高效节能发动机，其特征是配合件为内圆外方形， 整体的可以是正方形，分体组合的为长方形，长的两端加工有螺孔和穿孔，短的两面为滑面，中部为各加工有透油孔。
3.根据权利要求1所述的斜框滑动高效节能发动机，其特征是连杆后端为上部前仰下部后伸斜向固定的长方框，框分两部分，两端用螺栓紧固组合，各和上支撑体，下支撑体联体，两支撑体上下对应，上下两端为滑面，两滑面应和汽缸中心线平行，框的内宽能容下配合件滑动，内长度能使配合件滑动至设计行程。
4.根据权利要求1所述的斜框滑动高效节能发动机，其特征是机体内曲轴上下各固定一前后方向滑道，使连杆后端斜框的上下支撑体滑面能前后滑动至设计行程。
全文摘要
一种曲柄连杆机构的二次改进在发动机上的应用，在滑动式连杆曲轴传动机构的基础上，将连杆后端的长方形框和连杆垂直固定改为上仰后伸斜向固定，两支撑体上下两端为滑面，斜向固定的长方框使上止点提前，改变了连杆推力方向和曲柄的配合角度，使之方向有利于提高推力为旋转力方向变化，如斜度为45°较之圆曲柄连杆机构可节能约三分之一。适用于各种使用曲轴的柴油机、汽油机、压缩机。
文档编号F02B75/32GK102383931SQ20111019013
公开日2012年3月21日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者余秀生 申请人:余秀生