高效四冲程发动机的制作方法

高效四冲程发动机涉及汽油、柴油等发动机领域。

高效四冲程发动机的基础技术是四冲程发动机。

高效四冲程发动机的特征是：把基础技术中的活塞换成中间装有弹簧的弹簧活塞，这样就产生了以下效果。

a、高效四冲程发动机的气缸内不要预留燃烧室的空间。在排气冲程中，弹簧活塞能把作功冲程所产生的废气排尽，为下面的吸气冲程扫清废气含量，压缩冲程就少费了点压缩无用废气的能量，作功冲程就能很好的燃烧。

b、在压缩冲程中，高效四冲程发动机与基础技术相比较，用同样的功率来压缩空气或者是燃料和空气的混合气体时，高效四冲程发动机的弹簧活塞既能达到压缩的目的，同时又能把压缩时所产生的反作用力的大部分能量暂储在被反作用力压缩的弹簧中。这是根据牛顿第三定律和胡克定律得到的结论。弹簧被反作用力压缩又腾出了有压缩气体的燃烧室空间。被反作用力所压缩的弹簧暂储的能量等到作功冲程又一齐释放出来，而且是不得不放。每次压缩，被反作用力压缩的弹簧都暂储了能量，都等到作功冲程又一齐释放出来。这样的循环往复估计可以提高高效四冲程发动机的热效率在10个百分点左右。

本发明人已在本申请中提供了一种弹簧活塞的设计方案和选择弹簧要注意的事项。只要能用到弹簧活塞技术的发动机，不论发动机的大小，不论哪种弹簧活塞的设计，都是本申请的权利要求范围之内。

下面结合附图把高效四冲程发动机的具体情况说明一下。

所有附图都是顺轴截面图，都是原理示意简图。

图1是基础技术中的活塞的“上止点”位置图。图1显示的是基础技术中的三种状态：1、显示压缩冲程末的状态和作功冲程初的状态；2、显示排气冲程末的状态和吸气冲程初的状态；3、显示有燃烧室的状态，并且燃烧室的废气在排气冲程中不能排尽。

图2是高效四冲程发动机的弹簧活塞的“上止点”位置图。弹簧活塞的中间的扭线就是表示弹簧。

图2显示的是高效四冲程发动机的两种状态：1、排气冲程末的状态和吸气冲程初的状态；2、无预留燃烧室的状态，废气在排气冲程中都被排尽的状态。

图3是高效四冲程发动机的弹簧活塞在压缩冲程末的“上止点”位置图。图3显示的是高效四冲程发动机的两种状态：1、空气或者是燃气和空气混合气体压缩后有压缩气体的燃烧室空间的状态；2、弹簧活塞的弹簧被反作用力压缩，暂储了能量的状态。

图4是基础技术中的活塞的“下止点”位置图。

图4显示的是基础技术中的两种状态：1、吸气冲程末的状态和压缩冲程初的状态；2、作功冲程末的状态和排气冲程初的状态。

图5是高效四冲程发动机的弹簧活塞的“下止点”位置图。图5显示的是高效四冲程发动机的两种状态：1、吸气冲程末的状态和压缩冲程初的状态；2、作功冲程末的状态和排气冲程初的状态。

把图1至图5画在一张纸上，便于比较和观看。

图6是高效四冲程发动机的弹簧活塞的分解图。是发明人提供的一种弹簧活塞的设计，弹簧活塞是有多种设计的，都是在本申请的权利要求范围之内。因为都是弹簧活塞，都是本申请第一次提出弹簧活塞的概念的。图6显示的是弹簧活塞的内部结构。

图7是图3的扩大的分解图(图7中表示气缸体的图形没有用阴影斜线表示截面是为了便于区别于其他截面的)图7是专门分析高效四冲程发动机的压缩冲程的情况的。图7显示的是高效四冲程发动机的压缩冲程末的状态和作功冲程初的状态。

如图1所示，图1主要由活塞1、燃烧室2、连杆3、气缸4等组成。图1最上面的三个通道(图1至图5也都有也都是)依次是：进气通道、点火或者是喷油通道、排气通道。

如图2所示，图2主要由连杆3、气缸4、弹簧活塞5等组成。

如图3所示，图3主要由连杆3、气缸4、压缩了的弹簧活塞5、有压缩气体的燃烧室6等组成。

如图4所示，图4主要由活塞1、连杆3、气缸4、基础技术中的吸气冲程的吸气容量7等组成。

如图5所示，图5主要由连杆3、气缸4、弹簧活塞5、高效四冲程发动机的吸气冲程的吸气容量8等组成。

如图6所示，图6主要由弹簧活塞上外壳9、弹簧活塞的弹簧10、弹簧活塞的弹簧中间固定柱11、弹簧活塞的下外壳12、弹簧活塞的压缩距离13、弹簧活塞的销座14等组成。

弹簧活塞的上外壳9的外圈有活塞环等没有画出来。

如图7所示，图7主要由有压缩气体的燃烧室6、弹簧活塞上外壳9、弹簧活塞的弹簧10、弹簧活塞的弹簧中间固定柱11、弹簧活塞下外壳12、弹簧活塞的销座14等组成。

因为弹簧已经压缩了，弹簧活塞的压缩距离13就没有显示了，弹簧活塞的上外壳9与下外壳12已经相顶了。

下面再结合附图把高效四冲程发动机的弹簧活塞的工作原理说明一下。

如图6所示，弹簧10上与上外壳9固定，下与下外壳12固定。上外壳9与下外壳12因有弹簧10的连接可以上下滑动，滑动的距离就是弹簧活塞的压缩距离13，也只能滑动这个距离。(这个滑动距离13就是压缩冲程末有压缩气体的燃烧室空间了)当弹簧活塞滑动到了13这个距离时，这时的上外壳9与下外壳12就相顶了，弹簧活塞中间的固定柱11也与上外壳9相顶了。这个相顶了就保护了弹簧活塞的弹簧不会在作功冲程中损坏。

弹簧活塞的弹簧个数可以是2个、3个、4个、...。具体的个数由活塞的大小和所需要的弹力共同来决定。用2个弹簧最好做成半圆形弹簧；用3个弹簧采用扇形弹簧或者梯扇形弹簧，其他的都可以采用梯扇形弹簧。所要用的弹簧要连成整体就可以保证弹簧弹力的方向和弹力圴匀。

弹簧个数的选择也是整个弹簧活塞的弹簧强弱度选择的一种方法。

弹簧的强弱度的设计是本弹簧活塞技术的关键所在。不同功率、不同型号的发动机所用的弹簧都是不尽相同的。一定要把握住两点：一、在排气冲程末只要能把废气排尽就行了，这是弹簧强弱的起点。二、弹簧被反作用力压缩到腾出了有压缩气体的燃烧室时就可以了。并此燃烧室的温度和压力达到了燃烧的要求，这是弹簧强弱的强点。

弹簧活塞的弹簧与活塞的活塞环一样是要用润滑油来散热的。弹簧不能超过所界定承受的温度。

下面再结合附图把高效四冲程发动机是如何高效的情况分析说明一下。

一、吸气冲程

1、基础技术：基础技术的吸气冲程是从图1的状态到图4的状态。

2、高效四冲程发动机技术：高效四冲程发动机的吸气冲程是从图2的状态到图5的状态。

3、比较：图4代表基础技术的吸气量，图5代表高效四冲程发动机的吸气量。其实，两者的吸气量是一样的。图4显示的吸气量比图5要多，是多了一个预留燃烧室的废气量。这个无用的废气量不但影响作功冲程的燃烧，还给压缩冲程带来要多费压缩的能量。

二、压缩冲程

1、基础技术：基础技术的压缩冲程是从图4的状态到图1的状态。

2、高效四冲程发动机：高效四冲程发动机的压缩冲程是从图5的状态到图3的状态。为了清楚起见，再由图3的状态分解为图7的状态。因为图7扩大了看得清楚了。图7显示的是高效四冲程发动机的压缩冲程末的状态和作功冲程初的状态。在图7中有压缩气体的燃烧室6与弹簧活塞的接触面就是弹簧活塞上外壳9的水平面。在这个接触面上只存在相互作用的两个力，就是一对作用力和反作用力。弹簧活塞上外壳9的水平面对燃烧室6里的气体整体有一个压缩的作用力，相反燃烧室6里的气体整体对弹簧活塞上外壳9的水平面有一个反作用力，这两个力大小相等方向相反。这个反作用力作用在弹簧活塞的上外壳9的水平面上使弹簧活塞的弹簧被压缩了，就腾出了有压缩气体的燃烧室6。这个反作用力的大部分能量就暂储在被这个反作用力压缩的弹簧中。

3、比较：从图4的状态到图1的状态比从图5的状态到图7的状态要多费压缩的能量。因为从图4的状态到图1的状态要多压一个预留的燃烧室空间的废气量。从图5的状态到图7的状态不但少费了压缩的能量。而且还把压缩的反作用力的大部分能量暂储在被反作用力压缩的弹簧中，等到作功冲程就会释放。

三、作功冲程

1、基础技术：基础技术的作功冲程是从图1的状态到图4的状态。

2、高效四冲程发动机：高效四冲程发动机的作功冲程是从图3的状态到图5的状态即是从图7的状态到图5的状态。

3、比较：高效四冲程发动机除了有基础技术中同样的作功冲程外，还要加上在压缩冲程中暂储在被反作用力压缩的弹簧中的能量，次次暂储次次释放。

总之，高效四冲程发动机在压缩冲程中少费了能量，又在作功冲程中多释放了被反作用力压缩暂储在弹簧中的能量，这就是“高效”之所在。大概这两方面的能量加起来估计可以提高高效四冲程发动机的热效率在10个百分点左右。这些比较都是在基础技术的发动机和高效四冲程发动机的排量相等的情况下比较的。