专利名称：四冲程往复活塞式内燃机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种四冲程往复活塞式内燃机。
背景技术：
目前公知的内燃机主要构造是由气缸、活塞、连杆、曲轴以及位于气缸盖的进排气门、火花塞、喷油嘴等构成。在活塞上止点与气缸盖之间空间为燃烧室，通过曲轴的旋转完成吸气、压缩、作功、排气四冲程循环。目前的内燃机所存在的问题是由于活塞行程固定，在排气冲程末，气缸内仍然残留相当于燃烧室容积的高温高压废气，废气排放不彻底，阻碍了下一吸气冲程的进气量，限制了内燃机的功率提升和压缩比。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种四冲程往复活塞式内燃机，以达到在排气行程彻底排尽缸内废气、吸气行程吸入更多的低温新鲜空气的目的。为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆和曲轴，活塞通过连杆连接在曲轴的连杆轴颈上，在所述连杆轴颈上套接有一偏心轴，所述连杆的连杆大头连接在该偏心轴上，在偏心轴上还设有能将偏心轴与连杆大头和曲轴的曲柄之间交替锁定的切换锁定机构，在吸气和排气行程中，偏心轴与连杆大头锁定，连杆大头携偏心轴绕连杆轴颈旋转，在作功和压缩行程中，偏心轴与曲柄锁定，连杆大头绕偏心轴旋转，在吸气和排气行程中活塞行程要大于在作功和压缩行程中的活塞行程。所述切换锁定机构包括锁定柱，在所述偏心轴的外圆周面上靠近端部位置的锁定柱插孔，锁定柱一部分插入该锁定柱插孔内，另一部分位于锁定柱插孔外部，在该锁定柱的外部设有与锁定柱同轴的一扇形的锁定块和一齿轮，相应的在所述连杆和曲柄上设有与该锁定块配合的弧形的卡槽，锁定块位于锁定柱的端部，齿轮由分别设在连杆和曲柄上的齿条驱动。所述卡槽设在所述连杆和曲柄相对的面上，当所述活塞处于下止点时，连杆和曲柄上的卡槽位置相对齐。所述锁定柱设有两个，分别设在所述偏心轴上靠近两端部的位置，所述切换锁定机构还包括矫正弹簧组件，在所述偏心轴上设有沿偏心轴轴向延伸的两端与所述锁定柱插孔连通的矫正弹簧孔，矫正弹簧组件沿偏心轴轴向布置在该矫正弹簧孔中，矫正弹簧组件包括弹簧和连接在弹簧两端的金属嵌块，该两金属嵌块分别抵在两端的锁定柱上，在所述锁定柱的位于锁定柱插孔内的柱身上设有平行且对称的两个锁止平面，其中一个锁止平面与所述锁定块位于锁定柱的同一侧，金属嵌块与锁定柱相作用，在每次切换时，所述齿条与齿轮啮合驱动锁定柱旋转，当锁定块边缘达到与其吻合的所述卡槽中点时即与该卡槽解锁，随着该卡槽的继续转动，卡槽的后半段推动锁定块边缘使锁定块继续向另一卡槽内旋转，先前的卡槽脱离锁定块后，锁定柱旋转超过90度，使金属嵌块从与锁定柱一侧的锁止平面接触变成与另一侧的锁止平面与锁定柱柱身连接处接触时，在弹簧的压力下金属嵌块即能驱动锁定柱继续转动，直至锁定块与后一卡槽完全锁定，此时齿轮与齿条不再啮合。锁定柱旋转驱动力先后分三部分1)对侧齿条驱动；2)先前的卡槽的后半段推动；3)矫正弹簧组件的压力下自转。设所述锁定块的弧度为α，设所述卡槽的弧度为β，设两个所述锁止平面间的圆弧的弧度为 Y，有 π>α 彡 y + ( Ji -β ), Ji > β 彡 Ji - ( α - y )0设所述曲柄和连杆上的齿条的长度为L，齿条设置为以所述卡槽的弧形中点至卡槽圆心连线为起点，向卡槽运行轨迹的前方延伸，其长度L应为Jir/2〈L< π r/2+(90°-α/2) π r/180° , r为齿轮半径，α越小驱动齿条应越长。 所述金属嵌块能在所述矫正弹簧孔中滑动，相应在矫正弹簧孔中设有滑槽。所述偏心轴沿轴孔分为厚缘块和薄缘块，厚缘块和薄缘块通过螺栓紧固连接，所述切换锁定机构设在该厚缘块上。在所述活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，在排气冲程使活塞顶与气缸顶完全贴合。本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，本内燃机在吸气和排气行程中延长活塞的行程，在排气行程中使活塞行程延长达气缸顶部，活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，使活塞顶能与气缸顶完全贴合，以彻底排尽缸内废气，降低气缸内的温度，内燃机排气行程末气缸内高温高压废气可完全排出，使下一个吸气冲程能吸进更多的新鲜低温空气，燃烧充分，提升内燃机功率；由于气缸内混合气温度降低，可将内燃机压缩比设计的更高，进一步提高功率；吸气行程进入的完全是新鲜低温空气，氧气充足，燃料燃烧充分，排气行程将高温废气迅速排出，使有害气体生成减少；本内燃机在结构上仅在连杆轴颈的外层增加了一个偏心轴及切换锁定机构，结构简单。
图I为本实用新型的内燃机的偏心轴的结构示意图；图2为本实用新型的内燃机的锁定柱的结构示意图；图3为本实用新型的内燃机的锁定柱的剖视图；图4为本实用新型的内燃机的矫正弹簧组件的结构示意图；图5为本实用新型的内燃机的锁定柱的布置结构图；上述图中的标记均为1、厚缘块；2、薄缘块；3、螺栓孔；4、锁定柱插孔；5、矫正弹簧孔；6、滑槽；7、齿轮；8、锁定块；9、锁止平面；10、弹簧；11、金属嵌块；12、卡槽；13、曲柄；14、连杆；15、齿条。
具体实施方式
本实用新型一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆和曲轴，活塞通过连杆连接在曲轴的连杆轴颈上。为了解决现有技术中存在的问题，本内燃机在连杆轴颈上套接有一偏心轴,连杆轴颈位于偏心轴内的偏心位,偏心轴的结构如图I所示,连杆的连杆大头连接在该偏心轴上，在偏心轴上还设有能将偏心轴与连杆大头和曲轴的曲柄13之间交替锁定的切换锁定机构，在吸气和排气行程中，偏心轴与连杆大头锁定，连杆大头携偏心轴绕连杆轴颈旋转，在作功和压缩行程中，偏心轴与曲柄13锁定，连杆大头绕偏心轴旋转，从而使活塞的行程交替延长和缩短，即在吸气和排气行程中活塞行程要大于在作功和压缩行程中的活塞行程。与现有技术相比，本内燃机在吸气和排气行程中延长活塞的行程，在排气行程中使活塞行程延长达气缸顶部，活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，使活塞顶能与气缸顶完全贴合，以彻底排尽缸内废气，降低气缸内的温度，内燃机排气行程末气缸内高温高压废气可完全排出，使下一个吸气冲程能吸进更多的新鲜低温空气，燃烧充分，提升内燃机功率；由于气缸内混合气温度降低，可将内燃机压缩比设计的更高，进一步提高功率；吸气行程进入的完全是新鲜低温空气，氧气充足，燃料燃烧充分，排气行程将高温废气迅速排出，使有害气体生成减少；本内燃机在结构上仅在连杆轴颈的外层增加了一个偏心轴及切换锁定机构，结构简单。本内燃机的切换锁定机构包括锁定柱，锁定柱的结构如图2和图3所示，在偏心轴的外圆周面上靠近端部位置的沿偏心轴径向的锁定柱插孔4，锁定柱一部分插入该锁定柱 插孔4内，另一部分位于锁定柱插孔4外部，在该锁定柱的外部设有均与锁定柱同轴的一扇形的突向锁定柱一侧的锁定块8和一齿轮7,锁定块8位于锁定柱的端部,相应的在连杆14和曲柄13上设有与该锁定块8配合的弧形的卡槽12，如图5所示，齿轮7由分别设在连杆14和曲柄13上的齿条15驱动。将锁定块8设置在锁定柱端部，齿轮7设置在锁定块下方，驱动效果较佳。齿条15设在连杆14和曲柄13相对的面上，并靠近卡槽12的位置设置，齿条15长度应能使锁定柱旋转超过90度。当活塞处于下止点时，连杆14和曲柄13上的卡槽12位置相对齐。当活塞接近下止点时，齿条15与锁定柱上端的齿轮7啮合并能使锁定柱旋转超过90度达到锁定柱在矫正弹簧组件的压力下产生自转，锁定柱上的锁定块8向后方的卡槽12旋转接近并锁定，由于锁定块8与卡槽12的运行轨迹不是同心圆，故能锁定；曲柄13侧的弧形卡槽12与连杆14侧卡槽12的开口方向相对设置，锁定柱在没有发生自转及脱离齿条15之前锁定块8必须受到对侧弧形卡槽12后端的挤压。曲轴每旋转一圈连杆14与曲柄13重叠一次，锁定柱的锁定方向交换一次，达到交替锁定偏心轴的目的。锁定柱设有两个，分别设在偏心轴上靠近两端部的位置，切换锁定机构还包括矫正弹簧组件，矫正弹簧组件的结构如图4所示，在偏心轴的端面上设有沿偏心轴轴向延伸的与锁定柱插孔4连通的矫正弹簧孔5，矫正弹簧孔5贯穿整个偏心轴，矫正弹簧组件沿偏心轴轴向布置在该矫正弹簧孔5中，矫正弹簧组件包括弹簧10和连接在弹簧10两端的金属嵌块11，该两金属嵌块11在孔内分别抵在两端的锁定柱上，在锁定柱的位于锁定柱插孔
4内的柱身的小直径段上设有平行且对称的两个锁止平面9，其中一个锁止平面9与锁定块8位于锁定柱的同一侧，另一锁止平面9位于柱身的另一侧，在柱身上锁止平面9的上下部分可作为限位块，防止金属嵌块11上下移动。金属嵌块11与锁定柱相作用，在每次切换时，在齿条15与齿轮7啮合驱动锁定柱旋转，当锁定块8的边缘达到与其吻合的卡槽12的中点时即与该卡槽12解锁，随着该卡槽12的继续转动，卡槽12的后半段推动锁定块8边缘使锁定块8继续向另一卡槽12内旋转，先前的卡槽12脱离锁定块后，锁定柱旋转超过90度，使金属嵌块11从与锁定柱一侧的锁止平面9接触变成与另一侧的锁止平面9与锁定柱柱身连接的部位(即锁止平面9的边线)接触时，在弹簧10的压力下金属嵌块11即能驱动锁定柱继续转动，直至锁定块8与后一卡槽12完全锁定，此时齿轮7与齿条15不再啮合。当锁定块8完全卡入卡槽12中后，在弹簧10的压力下金属嵌块11抵在柱身上的锁止平面9上，在弹簧10的压力下使锁定柱趋向稳定。设锁定块8的弧度为α，设卡槽12的弧度为β，设两个锁止平面9间的圆弧的弧度为 Y，有 π>α 彡 y + ( Ji -β ), Ji > β 彡 Ji - ( α - y )0设曲柄13和连杆14上的齿条15的长度为L,曲柄13和连杆大头上的齿条15分别设置在各自卡槽12的前下方，齿条15设置为以卡槽12的弧形中点至卡槽12圆心连线为起点，向卡槽12运行轨迹的前方延伸，其长度L应为π r/2〈L < π r/2+ (90°-α /2)π r/180° , r为齿轮半径，α越小驱动齿条15应越长。如图I所示，金属嵌块11能在矫正弹簧孔5中滑动，相应在矫正弹簧孔5中设有滑槽6。如图I所示，偏心轴沿轴孔分为厚缘块I和薄缘块2，由厚缘块I和薄缘块2瓦合构成包围连杆轴颈，两端由四枚螺栓紧固连接，厚缘块I和薄缘块2外侧设有螺栓孔3，锁定·柱设有两个，分别设在厚缘块I的两端处。偏心轴的最厚缘与最薄缘的差值等于燃烧室的高度。本内燃机的工作原理如下I)吸气行程时，曲轴向下旋转带动连杆14与活塞向下移动，偏心轴最厚缘位于连杆大头内的上方并与连杆14锁定，连杆14协同偏心轴围绕连杆轴颈旋转，当活塞运行到下方，连杆14与曲柄13接近重叠时曲柄13侧的齿条15推动锁定柱上端的齿轮7旋转使锁定柱的锁定块8由连杆14侧卡槽12内脱离向曲柄13侧靠拢，在矫正弹簧组件的压力下自转完全锁定入曲柄13侧的弧形卡槽12，偏心轴与曲柄13锁定。2)压缩行程时连杆大头围绕偏心轴旋转，推动活塞向上运行压缩空气，当连杆14与曲柄13成180度位时，由于偏心轴与曲柄13已经锁定故偏心轴的最厚缘位于连杆大头内的下方，连杆14的长度缩短，活塞行程缩短不能到达气缸顶部，从而在气缸顶与活塞顶之间形成燃烧室。3)在燃烧作功行程时，活塞推动连杆14向下运行，连杆大头围绕偏心轴旋转带动曲轴向下旋转，当连杆14运行到下方与曲柄13接近重叠时，连杆14上的齿条15推动锁定柱上端的齿轮7旋转使锁定柱的锁定块8由曲柄13侧卡槽12内脱离并向连杆14卡槽12靠拢，在矫正弹簧组件的压力下锁定柱自转完全锁定入连杆14的卡槽12内，偏心轴与连杆14锁定。4)排气行程时，曲轴向上旋转，连杆14协同偏心轴一起围绕连杆轴颈旋转,推动活塞向上运行，当连杆14与曲柄13成180度时由于偏心轴最厚缘位于连杆大头内的上方，相当于连杆14长度变长，活塞行程最大运行至气缸顶部，原来的燃烧室空腔消失，废气完全排出。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方法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。
权利要求1.一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆和曲轴，活塞通过连杆连接在曲轴的连杆轴颈上，其特征在于在所述连杆轴颈上套接有一偏心轴，所述连杆的连杆大头连接在该偏心轴上，在偏心轴上还设有能将偏心轴与连杆大头和曲轴的曲柄之间交替锁定的切换锁定机构，在吸气和排气行程中，偏心轴与连杆大头锁定，连杆大头携偏心轴绕连杆轴颈旋转，在作功和压缩行程中，偏心轴与曲柄锁定，连杆大头绕偏心轴旋转，在吸气和排气行程中活塞行程要大于在作功和压缩行程中的活塞行程。
2.根据权利要求I所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于所述切换锁定机构包括锁定柱，在所述偏心轴的外圆周面上靠近端部位置的锁定柱插孔，锁定柱一部分插入该锁定柱插孔内，另一部分位于锁定柱插孔外部，在该锁定柱的外部设有与锁定柱同轴的一扇形的锁定块和一齿轮，相应的在所述连杆和曲柄上设有与该锁定块配合的弧形的卡槽，锁定块位于锁定柱的端部，齿轮由分别设在连杆和曲柄上的齿条驱动。
3.根据权利要求2所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于所述卡槽设在所述连杆和曲柄相对的面上，当所述活塞处于下止点时，连杆和曲柄上的卡槽位置相对齐。
4.根据权利要求2或3所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于所述锁定柱设有两个，分别设在所述偏心轴上靠近两端部的位置，所述切换锁定机构还包括矫正弹簧组件，在所述偏心轴上设有沿偏心轴轴向延伸的两端与所述锁定柱插孔连通的矫正弹簧孔，矫正弹簧组件沿偏心轴轴向布置在该矫正弹簧孔中，矫正弹簧组件包括弹簧和连接在弹簧两端的金属嵌块，该两金属嵌块分别抵在两端的锁定柱上，在所述锁定柱的位于锁定柱插孔内的柱身上设有平行且对称的两个锁止平面，其中一个锁止平面与所述锁定块位于锁定柱的同一侧，金属嵌块与锁定柱相作用，在每次切换时，所述齿条与齿轮啮合驱动锁定柱旋转，当锁定块边缘达到与其吻合的所述卡槽中点时即与该卡槽解锁，随着该卡槽的继续转动，卡槽的后半段推动锁定块边缘使锁定块继续向另一卡槽内旋转，先前的卡槽脱离锁定块后，锁定柱旋转超过90度，使金属嵌块从与锁定柱一侧的锁止平面接触变成与另一侧的锁止平面与锁定柱柱身连接处接触时，在弹簧的压力下金属嵌块即能驱动锁定柱继续转动，直至锁定块与后一卡槽完全锁定，此时齿轮与齿条不再啮合。
5.根据权利要求4所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于设所述锁定块的弧度为α，设所述卡槽的弧度为β，设两个所述锁止平面间的圆弧的弧度为Y，有π > α 彡 y + ( Ji -β ), Ji > β 彡 Ji - (α-γ)。
6.根据权利要求5所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于设所述曲柄和连杆上的齿条的长度为L，齿条设置为以所述卡槽的弧形中点至卡槽圆心连线为起点，向卡槽运行轨迹的前方延伸，其长度L应为31 r/2〈L彡π r/2+ (90°-α/2) π r/180° , r为齿轮半径，α越小驱动齿条应越长。
7.根据权利要求6所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于所述金属嵌块能在所述矫正弹簧孔中滑动，相应在矫正弹簧孔中设有滑槽。
8.根据权利要求7所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于所述偏心轴沿轴孔分为厚缘块和薄缘块，厚缘块和薄缘块通过螺栓紧固连接，所述切换锁定机构设在该厚缘块上。
9.根据权利要求7所述的四冲程往复活塞式内燃机，其特征在于在所述活塞顶部对应气缸顶突出部位及排气门对应位置预留凹槽，在排气冲程使活塞顶与气缸顶完全贴合。
专利摘要本实用新型公开了一种四冲程往复活塞式内燃机，包括活塞、连杆和曲轴，在连杆轴颈上套接有一偏心轴，连杆的连杆大头连接在该偏心轴上，在偏心轴上还设有能将偏心轴与连杆大头和曲轴的曲柄之间交替锁定的切换锁定机构，在吸气和排气行程中，偏心轴与连杆大头锁定，连杆大头携偏心轴绕连杆轴颈旋转，在作功和压缩行程中，偏心轴与曲柄锁定，连杆大头绕偏心轴旋转，即在吸气和排气行程中活塞行程要大于在作功和压缩行程中的活塞行程。与现有技术相比，本内燃机在吸气和排气行程中延长活塞的行程，使活塞顶能与气缸顶完全贴合，以彻底排尽缸内废气，降低气缸内的温度，使下一个吸气冲程能吸进更多的新鲜低温空气，燃烧充分，提升内燃机功率。
文档编号F02B75/04GK202768146SQ20122030496
公开日2013年3月6日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者苏成胜 申请人:苏成胜