专利名称：偏离活塞式发动机的制作方法
技术领域：
本发明所涉及是机械动力学的构造设计，特别牵涉对曲柄机构偏离活塞、连杆的设计与活塞式发动机的构造、结构设计、能量转换、能量补充在机械上的设定关系。
其次，从活塞式发动机的充气饱和这个问题上来讲目前活塞式发动机的活塞在气缸体内向下运动不能产生满足高转速要求的最大真空吸力这个充气量，靠延迟配气机构的进气门关闭角来获得补偿最大值的真空吸力这个充气量，这是目前活塞式发动机不能设置延长活塞运动在下止点范围的转角时间来获得充实吸进气缸内的空气量，是目前活塞式发动机在机械设计上不能达到最佳与最大值的充气保有量，也是存在于活塞式发动机这个机械上难易解决的缺点之二。
再从活塞式发动机这个内燃烧所产生最大热膨胀指数值的应用上来看，按目前活塞式发动机所设定的最大热膨胀指数值就没有达到内燃可产生这个热膨胀指数的最大这种压力的应用，因目前连杆、曲柄活塞机构没有像弹簧一样有备储和缓冲的机械特性和备储力小于燃烧室的热膨胀扩张力所导致点燃过早使活塞反冲而不能应用这种能产生的最大值的热膨胀指数；再因内燃烧过程所需的燃烧时间在上止点时要达到热膨胀指数的最大压力的应用，是活塞不可能暂停于上止点的结果所导致；这样，只要解决上述的第一个因素与增加在上止点的范围转角时间，就能满足与基本满足所需产生最大值的热膨胀条件与应用这种最大值的热膨胀指数在活塞式发动机上的使用；这是，目前活塞式发动机这种结构无法达到的设计要求，也是目前活塞式发动机在机械设计上所存在的难易解决的缺点之三。
本发明通过深入的研究表明，在目前活塞式发动机的构造基础上应用力学原理、杠杆原理、曲柄机构的构造特点与“奥托循环”的内燃机基础理论结合设计成曲柄机构偏离活塞的发动机和采用机械设计原理相关的平衡特性、棘轮机构特点的棘爪与连杆结合设计成棘爪式连杆的活塞发动机，并把二种形式的活塞式发动机组合成一种曲柄机构偏离活塞的棘爪式连杆的活塞发动机，简称偏离活塞式发动机；用偏离活塞式发动机的曲柄机构偏离活塞来代替目前这类活塞式发动机的活塞、连杆、曲柄机构的位置设计，并解决了在目前这类活塞式发动机的机械构造设计上所存在的最大缺点之一与难易解决的缺点之二，用图2与图3的对比表明；再用偏离活塞式发动机的曲柄机构偏离活塞和棘爪式连杆来代替目前这类活塞式发动机的连杆设计与应用，并解决来目前这类活塞式发动机在机械构造设计上所存在的最大缺点之一与难易解决的缺点之一、之三，用图3、图4、图5、图6的相互对比与对比图2的表明，用图7对比图6的表明，是用以下技术方案来达到与解决上述方案的目标。
本发明的技术方案是偏离活塞式发动机，其构造、结构包括缸体(1)、活塞(2)、连杆(3)、曲柄(4)特征是缸体按曲柄机构偏离活塞的曲柄方向增大；曲柄机构的工作圆周中心点偏离活塞圆心点在上下止点的二点直线联接坐标Y轴作为设计中心线的设计与在发动机机体上作为安装连杆活塞曲柄机构位置所设计的应用技术；采用棘爪式连杆的曲柄活塞机构代替目前所应用的连杆曲柄活塞机构。在棘爪式连杆的基础上采用增加体的A体、B体、AB体、C体与多个C体的设计。
四、图面说明
图1是本发明偏离活塞式发动机的缸体、活塞、连杆、曲柄机构的结构图。
图2是日前活塞式发动机的活塞、连杆、曲柄机构的工作原理图。
图3是本发明偏离活塞式发动机的活塞、连杆、曲柄机构的原理说明图。
图4是本发明偏离活塞式发动机的活塞、连杆、曲柄机构的工作原理图。
图5是本发明偏离活塞式发动机的活塞、连杆、曲柄机构的工作原理说明图。
图6是本发明的棘爪式连杆外形原理图。
图7是本发明的棘爪式连杆外形结构图。
上述技术方案的设计或设置结果是当针对在机械上所存在的最大缺点之一与难易解决的缺点之二时，按偏离活塞式发动机的设计保持原设计的排量不变、曲轴不变、活塞行程不变与保持连杆大小头圆中心二点长短度不变，用图2与图3的对比表明曲柄机构所获得平衡杠杆原理的作用力增大；这样，获得与改变原活塞式发动机在上止点不作有效功率的输出状态；即图3的方案就改变了原曲柄机构的活塞、连杠、曲轴在上下止点的中心坐标线这个设计方案，就为产生止点θ夹角的设置来减少死点阻力与磨擦力。当继续改变图3或移动坐标Y轴的中心线设计时，原设计在图3上这个坐表Y2轴的活塞设计中心线与现活塞所设定的坐标Y轴这个设计中心线保持平衡，如不保持平衡就产生图5与图2的对比形式或改变了这种活塞设计中心线的设计。当现作的坐标Y2轴与原作的坐标Y1轴保持平衡时，使活塞在坐标Y2轴上的上下运动之间的距离比活塞在图2坐标上的Y轴或坐标Y1上的距离就要增加；即可采用缩小活塞直径的设计方案和缩小曲柄机构的运动直径设计。
当针对在机械构造上所存在的最大缺点之一与难易解决的缺点之一、之三时，按偏离活塞式发动机的曲柄机构是根据曲柄偏离活塞的三角形在机体上实行对曲轴、气缸之间的距离与安装位置的设定来增加连杆长度的设计，其方案用图4表示。当现设计保持原设计的排量不变和保持原有的曲柄机构中心点到运动圆周之间的直径距离不变与活塞在上止点的距离保持不变时，用图3与图4的对比表明即图4设计的上下止点θ夹角减少与连杆长度增长。当再保持原设计的排量不变时的设计，按活塞行程与连杆长度的关系选择有曲柄机构的工作圆周直径减短，即行程减短与采用连杆加长的设计和根据活塞行程与排量的关系来增大活塞的直径或保持原设计的活塞直径、活塞行程只改变连杆长度。当活塞上下运动在上下止点的这二个圆心点联接Y2轴坐标线所设置的曲柄机构偏离活塞距离缩短时，用图5表示。这样，图5所设置的坐标Y3轴这条设计中心线对比图4上的这条Y2轴所设计的中心线在坐标X轴上这个距离就要减少。就此，图5所牵涉减少的还有杠杆力的减少与相关的设计变动、及设置的上下止点这个θ夹角也跟着减少的变动。当采用图6的棘爪式连杆去加入图2与图4的对比中，即保持图4改变图2所获得在上止点时的作功设计与保持活塞在下止点范围内所增加的暂留时间设定，并解决了夹角与死点的关系、偏离与活塞压缩或活塞上行与偏离设计的活塞反冲关系、及解决了上止点与这个死点的阻力关系和磨擦力关系。当针对图6在应用时，可能产生和产生“离心力”与“向心力”或“惯性力”与“磨擦力”在机械运动中所得到不平衡振动的结果；其解决方案用图7表示，即用图6与图7的对比表明，是采用A体与体B在棘爪式连杆上的增加，是为了消除在曲柄机构中、由活塞在缸体内上下的直线运动与连杆环绕曲柄机构的工作圆周所产生这个不平衡力；同时这种A体与B体的设计，为随着上述的Y轴在坐标上改变与棘爪式连杆的形状、长度的改变而改变。在设计时，按需可把A体与B体联成一体的设计。C体是针对图6的设计与针对内燃机的机械特性和内燃烧所产生最大热膨胀指数值的应用关系而设定，也是根据四边形的力学关系，为棘爪式连杆抗变形、消冲激、缓冲与备储力能量的作用而设定。由此，棘爪式连杆可根据材料、长度来设定一个C体或多个C体来达到C体的设计目的。
再针对原曲柄机构连动活塞在机体这个气缸内作上下运动所作功与耗功的这些输入、输出角度分析是曲柄机构连动连杆的三角形摆动并环绕曲柄机构的工作圆周作设定的往复运动；在作功行程上，按连杆的三角形摆动形式与曲柄机构的能量转换由活塞提供这个作功设定的工作圆周夹角合力给曲柄机构来传输扭距的输出模式而设计。再按现设计的这个曲柄机构偏离活塞的棘爪式连杆与活塞在气缸内作上下运动所作功与耗功的输入、输出角度分析是原曲柄机构连动连杆的三角摆动并改变为现曲柄机构连动连杆的侧三角摆动并环绕曲柄机构的工作圆周而所设定的往复运动；在作功行程上，是按原连杆的三角形摆形式用现棘爪式连杆代替原连杆所构成四边形形式与曲柄机构的能量转换由活塞提供这个作功设定的工作圆周夹角复合力给曲柄机构传输扭距来获得最大的曲轴能量转换效率与这种作功动力的输出。为此，用曲柄机构偏离活塞的设计方案又能解决由目前活塞式发动机这个作功所产生最大的单面冲激磨擦力与延长活塞在下止点这个范围的转角角度设计、来获得最大真空吸力与引导最大量的充气饱和，以及解决了如前所述日前活塞式发动机无法解决的这部份难题。
本发明对偏离活塞式发动机的工作循环设置，是根据“奥托循环”原理所进行的能量转换与能量补充的工作设定，即按“四行程”或“二行程”的工作循环来设定。按“四行程”的工作循环模式来设定能量转换的转角过程，是作功行程。其它的转角行程为能量补充的自耗过程。如按图4为例来表示，图上的L到L的线段表示棘爪式连杆的直线长度，也是表示曲柄机构的工作圆周与圆点中心线上的这一交点L到活塞销圆中心点L的距离在坐标Y2轴上的连接表示棘爪式连杆大小头圆心点的设计长度，同时表示活塞在上止点的状态。因棘爪式连杆长度在设计后是不可改变的，活塞跟着连杆下移，并按顺时针围绕曲柄机构的工作圆周旋转到图上坐标Y2轴上的H点时，表示为曲轴转过22.5度的转角角度和相对此图上的活塞下行H点的距离，是在曲柄机构的工作圆周上表示；同时，表示棘爪连杆的长度与活塞行程的距离和曲柄机构工作圆周的关系；此时，用曲轴转角22.5度的设置为基础，并相对活塞设置的坐标Y2轴这条设计中心线与曲柄机构的工作圆周按连杆二个圆心点长度相联所得到的有G、F、E、D、C、B、A各点、为活塞下行过程的作功过程与吸气过程；再用曲轴转角22.5度的设置，使活塞上行与相对活塞设置坐标Y2轴这条设计中心线上所得到的有A、B、C、D、E、F、G、H、L、各点，表示压缩过程或排气过程；由此可见，图2的P1、P2、P3、P4各点为在坐标X轴上所获杠杆扭距力的表示与活塞下行作功过程在坐标Y轴线上的L、H、G、F、表示热膨胀压力，并对比在图4上的P1、P2、P3、P4各点与活塞下行作功过程中的L、H、G、F、点上表明，就能证明图3、图4、图5所设置的功率大小是跟热膨胀气体在缸体内的压力、曲柄机构所设置偏离活塞的距离、棘爪式连杆的长度与活塞行程的关系是比图2的说明；所以，本发明具有在这个曲柄机构偏离活塞上获得在上止点作功的能量转换，在其结构上获得最大值的充气量与获得在内燃上提高最大值的热膨胀指数设置；使这类偏离活塞式发动机在性能上获得高效率的能量转换与节能、环保的机械特性；从而达到更经济的活塞式发动机。与此，上述的图2、图3、图4、图5、图6是为了对比说明与选择最佳设计方案的能量高转换率而阐述，图7是针对图6这种棘爪连杆的设计方案而展示的技术说明。
为了进一步描述本发明这种偏离活塞式发动机的动态工作过程，再用图4与四行程的工作循环过程为例当发动机的压缩行程开始压气时，活塞从图中Y2轴上所设定活塞销中心点为A与B之间的点上，是活塞从下止点开始上行压气到C点与对应在曲柄机构的圆周中心线上、按棘爪式连杆大小头连接曲轴与活塞销圆中心长度和曲轴按顺时针转动、所转过的压气转角角度为22.5度，在曲柄机构的工作圆周C点上表示；活塞再从C点连续压气到D点、再与对应曲柄机构的曲轴转过压缩转角角度为22.5度，在曲柄机构的工作圆周D点上表示；这样按22.5度的曲轴转角依次相推就获得活塞上行的E、F、G、H、各点与到上止点的L点结束压缩行程的活塞上行过程；压缩行程结束作功行程开始，活塞在热膨胀气体的扩张压力作用下向下推进到H点，相对活塞运动与连杆推动曲轴转过曲柄机构所设定的22.5度转角到达这个H点；这样，按22.5度的曲轴转角来依次相推，就获得热膨胀压力能量转换所作功的活塞行程与燃烧室热膨胀气体的压力关系点，在坐标Y2轴上H、G、F、E、D、B、A的各点，直到转过A点回到下止点的B点作功行程结束；连接作功行程的结束是排气行程的开始，即活塞上行；排气行程的结束是充气行程的开始，是活塞下行；充气行程的结束是上述压缩行程的开始。这就阐明偏离活塞式发动机的棘爪式连杆曲柄机构活塞所设定的工作循环与往复循环的工作过程。
本发明对配气机构的设计和设置进排气门的开闭角与目前的活塞式发动机是基本一致、亦可相同，如采用目前所设置进排气门开闭角的这类配气机构，要符合偏离活塞式发动机的技术参数后，只要对齐上止点就可应用在偏离活塞式发动机上的使用。
本发明对棘爪式连杆的设计，是要根据压缩行程内曲轴旋转与活塞上行在气缸内的反作用力、并作用在活塞顶部受力面积上的大小来决定；同时，这种反作用力同样又作用在棘爪式连杆上。这样，对棘爪式连杆的设计要像弹簧一样具有这种吸收力能量和备储能量形式的应用；为此，对棘爪式连杆的设计就要设置如前所述的C体；C体的设计就是为了抗变形作用的设置，又能像弹簧一样有备储压缩反作用力与最大热膨胀的反冲力、来减少对曲柄机构备储功率的消耗。反之又能说明对棘爪式连杆的材料要求。这样，压缩行程结束，跟随的作功行程开始，当燃烧室的容积增大时、热膨胀的扩张压力就要下降；此时，棘爪式连杆所备储的能量力开始释放传输给曲柄机构的曲轴来增大能量转换功率的输出。当这个作功行程的结束，棘爪式连杆在排气行程上、同样存在着有备储能量力与释放在充气行程上的存在。这样，又能说明棘爪式连杆在活塞泵上的应用；如采用上述阐述的曲柄机构偏离活塞、连杆的设计方案来改进活塞泵的构造与结构，就能达到节能和提高活塞泵的功效，这是举一反三的结果说明。
本发明对内燃烧的最大热膨胀指数的设置，是通过分析对比上述的研究所获得这个结果是要比目前活塞式发动机采用的热膨胀指数要高，这是曲柄机构偏离活塞所设置的距离与采用棘爪式连杆的设计技术有关；如通过电子补偿与机电一体补偿，就能获得设定与提高偏离活塞式发动机在实际应用时的高转速设计。
本发明对上述设计方案的阐述就能满足部份或解决这部份在活塞式发动机上的各个理想设计要求与达到这种发明的设计目的。
权利要求
1.偏离活塞式发动机，其构造、结构包括缸体(1)、活塞(2)、连杆(3)、曲柄(4)特征是a、缸体按曲柄机构偏离活塞的曲柄方向增大；b、曲柄机构的工作圆周中心点偏离活塞圆心点在上下止点的二点直线联接坐标Y轴作为设计中心线的设计与在发动机机体上作为安装连杆活塞曲柄机构的位置；c、采用棘爪式连杆的曲柄活塞机构代替目前所应用的连杆曲柄活塞机构。
2.如权利要求1所述的偏离活塞式发动机，其特征是在棘爪式连杆的基础上采用增加A体。
3.如权利要求1所述的偏离活塞式发动机，其特征是在棘爪式连杆的基础上采用增加B体。
4.如权利要求1所述的偏离活塞式发动机，其特征是在棘爪式连杆的基础上采用增加AB体。
5.如权利要求1所述的偏离活塞式发动机，其特征是在棘爪式连杆的基础上采用增加C体。
6.如权利要求1所述的偏离活塞式发动机，其特征是在棘爪式连杆的基础上采用增加多个C体。
7.如权利要求1所述的偏离活塞式发动机，其特征是在棘爪式连杆的基础上采用增加A体、B体、AB体、C与多个C体的任意组合。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、所述曲柄机构偏离活塞、连杆其特征是在活塞泵上的应用。
全文摘要
偏离活塞式发动机,其构造、结构特征是:曲柄机构的工作圆周中心点偏离活塞圆心点在上下止点的二点直线联接坐标Y轴作为设计中心线的设计;采用棘爪式连杆的曲柄活塞机构代替目前所应用的连杆曲柄活塞机构;在棘爪式连杆的基础上再采用增加A体、B体、AB体、C体与多个C体的设计。本发明具有在这个曲柄机构偏离活塞上获得在上止点作功的能量转换,在其结构上获得最大值的充气量与获得在内燃上提高最大值的热膨胀指数设置;使这类偏离活塞式发动机在性能上获得高效率的能量转换与节能、环保的机械特性;从而达到更经济的活塞式发动机。
文档编号F02F7/00GK1363766SQ0113551
公开日2002年8月14日 申请日期2001年10月6日 优先权日2001年10月6日
发明者应华 申请人:应华