一种发动机的制作方法

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种等容加热循环及分区分层稀薄燃烧发动机。

背景技术：

目前，汽车发动机多为往复式活塞发动机，在这种发动机里大多数热功转化率都比较低，大约为28％～33％，因此，提高发动机的热功转化率是非常有意义的，而且随着汽车排放标准越来越严苛，减少废气排放符合排放标准是必须达到的一个重要指标。

如公布号为CN105221239A的中国专利公开了一种高低分区分层燃烧发动机，将燃烧室隔离成小燃烧区和大燃烧区，提高燃烧效率，降低发动机油耗和排气；但提高改善非常有限；并且分区隔板是错位切入进行分区的，当发动机高速运转时，稍微有偏差就会造成二个隔板碰撞，损坏发动机。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种发动机，以达到提高发动机热功转化率的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

该发动机，包括连杆和曲柄臂，连杆的大端与曲柄臂之间通过连杆轴颈相连，所述连杆轴颈为凸轮轴颈，所述凸轮轴颈包括中间部分和两端部，所述中间部分与连杆的大端相连，所述凸轮轴颈的端部设有两个凸起，两个凸起相对设置；所述连杆的大端对应设有连杆盖，连杆的大端与连杆盖之间通过螺杆穿过与螺母配合相连，所述螺杆上设有弹簧；所述连杆的大端侧面设有可与凸起相配的凸块。

进一步的，所述凸块呈拱形。

所述凸块与连杆为一体结构。

所述凸轮轴颈的两端部设置的凸起结构相同，连杆的大端两侧面均设有凸块。

所述凸轮轴颈的一端部设置的两凸起凸出的方向相反，两凸起凸出的高度不同。

所述凸轮轴颈包括轴颈本体，所述轴颈本体的端部设有相对应的两个半圆形槽，两个圆柱体分别设在半圆形槽内形成两个相对应的凸起。

还包括与连杆盖相配合的半圆环固定件，连杆盖与半圆环固定件配合抱住连杆轴瓦，连杆的大端呈半圆形弧面与半圆环固定件的弧面相适配，螺杆穿过连杆的大端、半圆环固定件以及连杆盖与螺母配合连接起来。

所述凸块上与凸起相对侧设有呈弧形的弹簧片。

所述凸块上与凸起相对的内凹面为弧形面。

所述连杆的大端两侧面的凸块对称设置。

所述圆柱体的一半嵌入半圆形槽内，并能在半圆形槽内滚动。

还包括弹性环带，所述弹性环带套在凸轮轴颈端部的凸起上。

所述曲柄臂上设有与设有凸起的凸轮轴颈端部相适配的连接孔。

所述轴颈本体的端部截面呈椭圆形，两个半圆形槽位于椭圆长轴两端。

所述连杆的大端边缘设有向外翻的连杆柄，连杆柄上设有用于螺杆穿过的通孔，弹簧套在位于连杆柄侧的螺杆上。

所述弹性环带具有一定宽松度，能在圆柱体和轴颈本体的表面上滑动。

所述弹性环带与弹簧片相接触。

所述连杆的大端两侧边缘与连杆盖的连接结构相同。

所述当曲轴转动到最高点前30°曲轴转角时，端部的凸起顶起连杆的大端侧面的凸块从而顶起连杆使活塞提前到达上止点并一直保持到最高点后30°曲轴转角，使活塞在曲轴最高点前30°曲轴转角～曲轴最高点后30°曲轴转角都处于上止点，燃烧过程在这个期间完成，燃烧室的容积是不变的，实现等容燃烧循环。

所述当曲轴转动到最下端前40°曲轴转角时活塞就已经到达下止点，端部的凸起顶起连杆的大端侧面的凸块从而连杆，确保活塞不会继续下滑脱离气缸，使活塞处于下止点并一直保持到曲轴最低点后40°曲轴转角，使本发动机的活塞在曲轴最低点前40°曲轴转角～曲轴最低点后40°曲轴转角都处于下止点不动，在这个80°曲轴转角期间发动机都处于自由排气阶段，实现下止点等容排气。

还包括汽缸盖和活塞，所述汽缸盖的内部设有汽缸盖分区隔板，汽缸盖分区隔板将汽缸盖的内部分隔成两个大小相同的燃烧区。

所述活塞的顶面呈凹面，所述活塞的顶面上设有用于将凹面分隔成两个大小相同燃烧区的活塞顶分区隔板，活塞顶面上的燃烧区与汽缸盖内的燃烧区相对应配合形成完成燃烧区。

所述汽缸盖内的燃烧区和活塞顶面上的燃烧区均呈半橄榄球形。

所述汽缸盖分区隔板和活塞顶分区隔板相对应设置。

所述汽缸盖分区隔板的端部和活塞顶分区隔板的端部为斜面配合。

所述当活塞运动到上止点时，汽缸盖分区隔板与活塞顶部分区隔板恰好头对头贴合在一起。

所述汽缸盖分区隔板的端部和活塞顶分区隔板的端部尺寸规格相同。

所述汽缸盖分区隔板的端部与活塞顶部分区隔板的端部贴合在一起后能使汽缸盖的两个燃烧区分别与活塞顶部的两个燃烧区恰好合在一起，形成二个完整燃烧区，所述二个完整燃烧区的容积相等。

所述汽缸盖上对应每个燃烧区均设有一个进气门和一排气门以及一个火花塞。

所述汽缸盖上对应一个燃烧区中的火花塞设置在该燃烧区中的进气门和排气门之间。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、可以使本发动机的热功转化率提高8％以上，使发动机的热功转化率达到40％以上，使燃油消耗达到最低，同时在怠速和小负荷时尾气排放达到最少，能够达到国Ⅵ的排放标准；

2、使活塞在曲轴最高点前30°曲轴转角～曲轴最高点后30°曲轴转角都处于上止点，实现在上止点等容加热循环，大大提高热功转化率；

3、使活塞在曲轴最高点前30°曲轴转角～曲轴最高点后30°曲轴转角都处于上止点，能够更好排出废气同时减少进气损失；

4、使活塞在曲轴最低点前40°曲轴转角～曲轴最低点后40°曲轴转角都处于下止点，因此本发动机的活塞在曲轴最低点前40°曲轴转角～曲轴最低点后40°曲轴转角都处于下止点不动，因此，在曲轴最低点前40°曲轴转角时，活塞已经处于下止点，这时打开排气门没有“提前排气损失”，在这个80°曲轴转角期间发动机都处于自由排气阶段，可以排除比传统发动机更多的废气，减少后续的“强制排气损失”；

5、将燃烧室分成二个大小相等的燃烧区，可以使发动机在怠速、小负荷时只使用其中一个燃烧区，另一个燃烧区不工作--充入废气(废气循环利用)，该不工作的燃烧区所连通的喷油器不喷油，该燃烧区的火花塞不点火，因此，如果是2.0L排量的发动机，在怠速和小负荷时实际排量是2.0L×50％＝1.0L，产生的废气是2.0L发动机的一半，能够符合国Ⅵ的严苛排放标准；并且该发动机达到的分层燃烧效果比同缸内直喷更好，使发动机在怠速、小负荷时油耗更低。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型曲轴和连杆构造示意图。

图2为本实用新型连杆构造示意图。

图3为本实用新型曲轴顺时针转动到最高点前30°曲轴转角时示意图。

图4为本实用新型曲轴在最高点前30°至最高点后30°期间凸块运动轨迹及活塞所处位置示意图。

图5为本实用新型曲轴顺时针转动到最低点前40°曲轴转角时示意图。

图6为本实用新型曲轴在最低点前40°至最低点后40°期间凸块运动轨迹及活塞所处位置示意图。

图7为本实用新型发动机实现分区燃烧的汽缸盖和活塞构造示意图。

图8为本实用新型发动机活塞到达上止点时形成二个燃烧区示意图。

图9为本实用新型发动机在进气时形成气体滚流示意图。

图10为本实用新型发动机的气体流动路线及整体结构示意图。

图中：

1.凸轮轴颈、2.凸轮、3.凸起Ⅰ、4.凸起Ⅱ、5.圆柱体、6、曲柄臂、7、连杆盖、8、螺母、9.螺杆、10.弹簧、11.半圆环固定件、12.连杆、13.凸块、14弹簧片、15.中间体、16.弹性环带、17.连杆轴瓦、18.活塞、19.上止点、20.最高点前曲轴转角、21.最高点后曲轴转角、22.最低点前曲轴转角、23.下止点、24.最低点后曲轴转角、25.传统发动机曲轴运动轨迹、26、汽缸盖、27进气门、28.排气门、29.火花塞Ⅰ、30.火花塞Ⅱ、31.汽缸盖分区隔板、32.活塞顶分区隔板、33.汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅰ、34.汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅱ、35.活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅰ、36.活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅱ、37.进气管Ⅰ、38.进气管Ⅱ、39.喷油器Ⅰ、40.喷油器Ⅱ、41.可燃混合气滚流、42.废气滚流、43.排气管、44.废气储存冷却容器、45.滤清器、46.节气门、47.ECU、48.转换阀门、49.废气回流管。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图10所示，该发动机为一种在上止点等容加热循环、在下止点等容排气以及分区分层稀薄燃烧发动机。

其包括连杆12、曲柄臂6、曲轴、汽缸盖26和活塞18，连杆12的大端与曲柄臂之间通过连杆轴颈相连，连杆轴颈为凸轮轴颈1，凸轮轴颈1包括中间部分和两端部，中间部分与连杆的大端相连，凸轮轴颈的端部设有两个凸起，两个凸起相对设置；连杆的大端对应设有连杆盖，连杆的大端与连杆盖之间通过螺杆9穿过与螺母8配合相连，螺杆9上设有弹簧10；连杆的大端侧面设有可与凸起相配的凸块13。

如图1所示，凸轮轴颈包括轴颈本体，轴颈本体的端部设有相对应的两个半圆形槽，两个圆柱体分别设在半圆形槽内形成两个相对应的凸起。具体为凸轮轴颈由三部分组成：中间部分与传统轴颈一样，二端部分形成二个凸轮2，二端的二个凸轮大小相等、形状完全相同，每一个凸轮有二个相反方向的凸起，这二个凸起位置相对，凸起的高度可以不同，为了区别把它们分别称为凸起Ⅰ3和凸起Ⅱ4，凸起Ⅱ4的高度大一些；凸轮的构造是：二个凸起的顶端分别设置有圆柱体5嵌在中间体15里，中间体端部截面呈椭圆形，二端有二个半圆形的槽，圆柱体5恰好有一半嵌入这个槽里，两个半圆形槽位于椭圆长轴两端，圆柱体能在半圆形槽内自由滚动，然后有一个弹性环带16将二个圆柱体和中间体套在一起形成凸轮结构。

弹性环带16有一定的宽松度，能在圆柱体5和中间体15的表面滑动，凸轮轴颈1二端凸轮2的作用是：当曲轴转动到最高点前30°曲轴转角时，二端凸轮2的凸起Ⅰ3会从“连杆杆身”二侧顶起“连杆杆身”使活塞提前到达上止点并一直保持到最高点后30°曲轴转角，因此使活塞在曲轴最高点前30°曲轴转角～曲轴最高点后30°曲轴转角都处于上止点，燃烧过程在这个期间完成，燃烧室的容积是不变的，实现等容燃烧循环，提高热转化率，并且提前点火没有负功。

如果发动机处于换气阶段，使活塞在曲轴最高点前30°曲轴转角就到达上止点，能够更好地排干净废气，同时打开排气门有更充裕的时间，排气门的开度可以更大，因此可以减少进气的能量消耗(减少进气损失)，凸轮轴颈1二端与曲柄臂6固定连接。

本实用新型中的发动机与传统发动机有一些不同：传统发动机的活塞到达上止点时，曲轴转角是0°，曲轴颈也处于最高点，二个是同步的；本发动机是在曲轴最高点前30°时活塞就已经到达上止点，二个是不同步的；为了便于后面准确描叙和正确理解，本说明中将把“活塞上止点”与“曲轴最高点”加以区别进行说明。

连杆12的大头与凸轮轴颈的中间部分相连接，连杆12的大头增加的一个半圆环固定件11，连杆盖7与半圆环固定件11通过螺母固定连接环抱住连杆轴瓦，连杆12的下端呈半圆形弧面，与半圆环固定件11的弧面相适配，连杆的大端边缘设有向外翻的连杆柄，连杆柄上设有用于螺杆穿过的通孔，弹簧套在位于连杆柄侧的螺杆上，螺栓穿过连杆柄和半圆环固定件以及连杆盖连接起来，其中半圆环固定件与连杆盖用螺母固定连接。

连杆12的大端两侧面，即正面和背面分别设置有凸块13，凸块与连杆为一体结构。连杆的大端两侧面的凸块对称设置。凸块13呈拱形，下端弧面焊接有一个弹簧片14，弹簧片14与凸轮2的弹性环带16相接触，使凸块13能在凸轮2的曲面上平顺滑动。

连杆的大端两侧边缘与连杆盖的连接结构相同。曲柄臂上设有与设有凸起的凸轮轴颈端部相适配的连接孔。曲轴与连杆之间通过曲柄臂以及凸轮轴颈相连接。

如图2所示，本发动机的连杆12的大头与上述凸轮轴颈的中间部分相连接，凸轮轴颈1的中间部分套上连杆轴瓦17后，连杆盖7与增加的一个半圆环固定件11通过螺母固定连接环抱住连杆轴瓦17，连杆轴瓦17能在该环抱结构里自由滑动；连杆12的下端呈半圆形弧面，与半圆环固定件11的弧面相适配，通过螺杆将连杆柄的下端、半圆环固定件、连杆盖连接起来，其中半圆环固定件与连杆盖用螺母固定连接，连杆可以沿螺栓的螺杆9径向上下滑动，螺杆套有弹簧10，将“连杆12的下端”下压使其贴合在半圆环固定件11上；连杆12下端的正面和背面分别设置有凸块13，凸块13呈拱形，下端弧面焊接有一个弹簧片14，所述弹簧片14与凸轮2的弹性环带16相接触，使凸块13能在凸轮2的曲面上平顺滑动,随着曲轴顺时针转动，当所述凸轮轴颈1上行达到最高点前30°曲轴转角时，前面所述凸起Ⅰ3就顶起凸块14使连杆12更快上行推动活塞提前30°曲轴转角到达上止点，然后所述凸起Ⅰ就在凸块13的内拱面滑动使活塞保持在上止点一直持续到最高点后30°曲轴转角。当凸轮轴颈1下行达到最低点前40°曲轴转角时，前面所述凸起Ⅱ4就顶起凸块13使连杆12不再继续下行，使活塞保持在下止点一直持续到最低点后40°曲轴转角。

如图3所示，当曲轴顺时针转动到最高点前30°曲轴转角时，凸轮2的凸起Ⅰ3顶起凸块13使连杆12上行推动活塞18提前到达上止点19，这时曲轴最高点前曲轴转角20等于30°。

如图4所示，当曲轴顺时针转动到最高点前30°曲轴转角时，凸轮2的凸起Ⅰ3已经顶起凸块13使活塞18到达了上止点19，随着曲轴继续顺时针转动一直到最高点后曲轴转角21，最高点后曲轴转角21等于30°，在这个曲轴转角期间，凸轮的凸起Ⅰ3都一直顶住凸块13，使活塞18一直处于上止点19，因此本发动机的活塞在曲轴最高点前30°～最高点后30°期间都处于上止点，在这个60°曲轴转角期间发动机完成燃烧过程，燃烧室的容积是不变的，实现了等容燃烧，产生更大的压强，使膨胀功有很大的增加，因此大大提高了热功转化率。如果发动机这时处于换气工况，活塞提前到达上止点有利于更好排干净废气，而且排气门可以更早打开，减少负压，减少进气损失。

如图5所示，当曲轴顺时针转动到最低点前40°曲轴转角时，凸轮2的凸起Ⅱ4顶起凸块13使连杆12不再继续下行，使活塞18保持在下止点23，这时曲轴最低点前曲轴转角22等于40°。在前面叙述里已经说明了凸起Ⅱ4的高度大于凸起Ⅰ3，因此凸起Ⅱ4顶住凸块13的曲轴转角也大于凸起Ⅰ3顶起凸块13的曲轴转角，所以凸起Ⅱ4在最低点前40°曲轴转角就顶住凸块13。

如图6所示，虚线25是传统发动机曲轴运动的轨迹，本发动机的曲柄臂比传统发动机的曲柄臂稍微长一些，因此，当曲轴顺时针转动到最低点前40°曲轴转角时，活塞18已经到达下止点23，这时凸轮2的凸起Ⅱ4顶起凸块13使连杆12不再继续下行，使活塞18保持在下止点23，一直持续到最低点后曲轴转角24，曲轴转角24等于40°。在这个80°曲轴转角期间打开排气门进行排气，不仅没有减少膨胀功，而且后续的自由排气时间充裕，能够减少强制排气损失；即使本发动机的活塞在曲轴最低点前40°曲轴转角～曲轴最低点后40°曲轴转角都处于下止点不动，在这个80°曲轴转角期间发动机都处于自由排气阶段，实现等容下止点排气。可以排除比传统发动机更多的废气，减少后续的“强制排气损失”。同样为了区别“活塞下下止点”与“曲轴最低点”，在后面的的说明里将加以区别。

如图7所示是本发动机实现分区燃烧的汽缸盖和活塞构造示意图，图中汽缸盖26的半球形燃烧室被汽缸盖分区隔板31分割成汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅰ33与汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅱ34，二个半橄榄球形燃烧区大小相等；在汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅰ33设置有一个进气门27和一个排气门28，而且在进气门27和排气门28中间设置有火花塞Ⅰ29，在汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅱ34同样设置有一个进气门27和一个排气门28，同样在进气门27和排气门28中间设置有火花塞Ⅱ30，因此本发动机是四气门双火花塞结构。

图中活塞18顶部也呈凹面的半球形，被活塞顶分区隔板32分割成活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅰ35和活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅱ36，二个半橄榄球形燃烧区大小相等，当活塞运动到上止点时，汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅰ33与活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅰ35合并起来形成燃烧区Ⅰ，汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅱ34与活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅱ36合并起来形成燃烧区Ⅱ，因此本发动机形成了二个大小相等的橄榄球形完整燃烧区。

如图8所示，当活塞18到达上止点时，活塞顶分区隔板32的斜面与汽缸盖分区隔板31的斜面恰好头对头贴合在一起，使汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅰ33与活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅰ35合并起来形成燃烧区Ⅰ，汽缸盖半橄榄球形燃烧区Ⅱ34与活塞顶半橄榄球形燃烧区Ⅱ36合并起来形成燃烧区Ⅱ。当发动机处于怠速和小负荷工况时，燃烧区Ⅱ不工作，充入的是回流的废气，火花塞不点火，此时只使用燃烧区Ⅰ工作，该燃烧区连通的进气管进入的是空气，所在的喷油器Ⅰ喷出燃油，在燃烧区Ⅰ的小空间里形成可燃混合气，燃油减少很多也能达到点火浓度，实现可靠的点火燃烧，因此降低油耗；当燃烧区Ⅰ点火后压强增大，使燃烧区Ⅰ的压强大于燃烧区Ⅱ的压强，形成的压力能使活塞顶分区隔板32的斜面与汽缸盖分区隔板31的斜面更加紧密的贴合在一起，更好的防止燃烧区Ⅰ的气体窜入到燃烧区Ⅱ，使燃烧区Ⅰ的压强在燃烧期达到最大，使膨胀功最大；这时因为燃烧区Ⅱ充入回流的废气，所在的喷油器Ⅱ喷油，火花塞Ⅱ不点火。这个时候，如果是2.0L排量的发动机，其实际排量只有1.0L，因此降低了油耗，减少了废气排放。当发动机处于中等负荷和满负荷时，二个燃烧区都充入可燃混合气，使用双火花塞点火，火焰传播距离短，可以在适当提高压缩比的情况下不发生爆燃，能够实现发动机在空燃比25～50的范围工作。

如图9所示，当活塞18下行使发动机进气时，如果发动机处于怠速和小负荷，进气管Ⅰ37里流动的是空气，喷油器Ⅰ39喷油，形成了可燃混合气滚流41，用“.”表示；进气管Ⅱ38流动的是回流利用的废气，喷油器Ⅱ40不喷油，形成了废气滚流42，用“x”表示。如果发动机处于中负荷和满负荷时，进气管Ⅰ37和进气管Ⅱ38流动的都是空气，喷油器Ⅰ39和喷油器Ⅱ40都喷燃油，形成二个可燃混合气滚流。

如图10所示，气缸排出的废气经过排气管43时，部分废气通过与排气管43连通的废气回流管49到达废气储存冷却容器44，经过废气储存冷却容器44冷却到一定温度后再经过滤清器45，继续通过废气回流管49到达节气门46，节气门46受ECU47控制，根据工况使节气门46有一定的开度，废气继续流动到达转换阀门48；当发动机处于怠速和小负荷时，图中所示转换阀门48收到ECU47指令打开废气回流管49与进气管38Ⅱ的通道，喷油器Ⅱ40不喷油，进入燃烧区Ⅱ的是废气，形成废气滚流，此时进气管Ⅰ37流动的是空气，喷油器Ⅰ39喷油，形成了可燃混合气滚流，进入燃烧区Ⅰ的是可燃混合气，因此，这时候发动机的排量只有一半，减少了废气排放；当发动机处于中等负荷和满负荷时，转换阀门48收到ECU47指令转动到虚线位置，关闭废气回流管49与进气管38的通道，打开空气进入到进气管38的通道，，喷油器Ⅱ40喷油，这时进入到燃烧区Ⅱ的也是可燃混合气，当然进入燃烧区Ⅰ的依然是可燃混合气。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。