专利名称：切点爆发式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明属于动力类内燃机技术领域，具体地说是一种活塞式切点爆发内燃机。
目前，在国内现有活塞式内燃机技术领域中(主要指汽油发动机、柴油发动机)，内燃机汽缸内的活塞是由一硬性连杆与曲柄相联，其爆发点为曲柄运转到所形成的圆弧顶点时，汽缸点火爆发(实际有提前角)，故动力损失大、热效率低，如汽油发动机热效率为36％左右，柴油发动机为48％左右。
本发明的目的在于提供一种能够大幅度提高内燃机热效率、改善动力性能、节油效果显著的切点爆发式内燃机。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为该切点爆发式内燃机包括汽缸、活塞、曲柄、曲柄轴、连杆、汽门、冷却系统、润滑系统及点火系统，其连杆为变线连杆，它由两节分连杆首尾相联、通过轴销组合而成，在两节分连杆的连接处即节点处设有使两分连杆在0-180度范围内可相互转动的限位面；该变线连杆的一端与活塞销连接，另一端与曲柄相连，变线连杆的节点处与起支撑、引导其运动的辅助装置相连；汽缸垂直中心线偏离曲柄轴圆心，且通过圆周切点前0-60度的任一位置点。当曲柄作圆周运动时，上述连杆整体两端的直线距离呈周期性变化，故称变线连杆，变线连杆在辅助装置的作用下，随曲柄的连续圆周运转，带动汽缸活塞作上下往复运动，在汽缸压缩、排气阶段，变线连杆两端直线距离缩短，即呈变线状态，使曲柄顺利越过圆周顶点位置，保证活塞到达上止点；在汽缸吸气、爆发阶段，曲柄运转到圆周切点前0-60度的位置时，即爆发提前角为0-60度，变线连杆呈直线状态，既保证汽缸动力的高效传递，同时也使变线连杆在爆发时处于稳定的直线状态，以实现准确爆发。
为了保证变线连杆带动活塞顺利实现汽缸的吸气、压缩、爆发、排气过程，上述起支撑引导变线连杆运动的辅助装置由导杆、滑槽、定位轮组成，导杆的一端与变线连杆的节点相连，另一端与滑槽内的滑块以轴销方式连接；滑槽与滑槽座成一体，分左右对称的两个，分别固定在内燃机箱体的两侧壁上，滑槽的水平夹角为0-35度；定位轮表面有不同的弧面、曲面，弧面、曲面的长度与曲柄圆相应角度的位置按比例对应，导杆通过在滑槽中的来回滑动依靠其滚套与定位轮始终保持接触；定位轮通过轴、齿轮系统与曲柄轴相连。
由上述方案提供的切点爆发式内燃机，其变线连杆及其辅助装置的独特设计，使曲柄在气缸压缩、排气阶段顺利越过圆周顶点位置，保证活塞到达上止点；在汽缸吸气、爆发阶段，使曲柄运转到圆周切点前0-60度(即爆发提前角)位置时准确爆发，实现汽缸动力的高效传递，也就是汽缸爆发力在该处得以充分利用，同时也使变线连杆在汽缸爆发时处于稳定的直线状态。另外，爆发提前角的设置，可使汽缸的活塞行程相应增加，这对汽缸的压缩容积的设计是有利的。正是基于上述设计的合理性，可使内燃机热效率得到大幅度的提高，动力性能得到改善，达到功率大、动力强而耗油低的目的。由于热效率高，故可使用天燃气、酒精等做燃料，扩大了内燃机对燃料的适应范围。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明
图1为切点爆发式内燃机的结构示意图；图2为变线连杆的结构示意图；图3为导杆与滑槽的配合示意图；图4为图3的俯视图。
图1至图4中1-内燃机箱体；2-曲柄；3-分连杆Ⅰ；4-汽缸；5-分连杆Ⅱ；6-活塞；7-活塞销；8-变线连杆联接销；9-导杆；10-滚套；11-滑槽；12-其中一侧的滑槽座；13-定位轮；17-导杆销；18-滑块。图1中虚线为变线连杆3、5节点的运行轨迹，曲柄2转动方向与定位轮13的转动方向同向，也可反向，视需求而定。图1所示为活塞6向上运行接近上止点时的状态，从图中可以看到本发明连杆为变线连杆，它由两节分连杆3、5首尾相连、通过联接销8组合而成，在两节分连杆3、5的连接处即节点处，设有使两分连杆在0-180度范围内可相互转动的限位面h(见图2)；该变线连杆的一端与活塞销7连接，另一端与曲柄2相连，变线连杆的节点处与起支撑、引导其运动的辅助装置相连；汽缸4的垂直中心线偏离曲柄轴圆心、且通过圆周切点前15度的位置点，也就是说爆发提前角选择15度。爆发提前角的确定直接关系到汽缸压力的有效利用和热效率的提高，提前角越小，动力损失越小，但变线连杆的稳定性较差，汽缸行程也将减少，所以应综合考虑，爆发提前角以15度为宜。另外，确定变线连杆与曲柄比例也很重要，变线连杆的两分连杆3、5的长度之和应是曲柄半径的三倍以上为宜，即(Ⅰ+Ⅱ)／r≥3(r为曲柄长度)，且Ⅱ≥Ⅰ＞r，以保证机构顺利运转，实施例中选择的是r∶Ⅰ∶Ⅱ=2∶3∶5。当爆发提前角、变线连杆与曲柄的比例确定后，活塞行程基本确定，在上止点位置再向上延伸1-3厘米，作为实际上止点。
结合图1、图3及图4，可以看到上述与变线连杆节点相连的辅助装置由导杆9、滑槽11及定位轮13组成。导杆9的一端通过轴销8与变线连杆的节点相连，另一端与滑槽11内的滑块18通过轴销17连接；滑槽11与滑槽座12成一体，分左右对称的两个，分别固定在内燃机箱体1的两侧壁上(图1沿箱体中心剖开，滑槽座11只显示了一个)，滑槽11的水平夹角选择16度；定位轮13表面有不同的弧面和曲面，弧面、曲面的长度与曲柄圆相应角度的位置按比例对应。导杆9通过在滑槽11中的来回滑动，依靠其滚套10与定位轮13始终保持接触，导杆9随定位轮13的转动，或被定位于滑槽11的顶点，或在滑槽11中来回滑动，并随变线连杆节点的运行而上、下摆动。导杆9长度的确定是以活塞在上止点、爆发点、下止点三位置时，找出节点对应的三点，作过此三点的圆，圆心位置即导杆9在滑槽11的顶点位置，此圆半径即导杆9的长度。定位轮13的半径即定位轮大小的确定，以是否能顺利推动导杆9上升至滑槽11的顶点为准，即定位轮13曲面与导杆滚套10的夹角在运动过程中始终大于35度为宜。上述辅助装置也可通过气动、液压等形式的装置达到同样的目的。
图5为图1沿箱体中心纵剖后的左视图。
图5主要显示各轴销的连接处，以轴销为主，其它部分略去。图中各部件的附图标记与图1一致，其中定位轮13只画出了下半部分，14-定位轮转动齿轮；15-曲柄轴齿轮，16-另一侧滑槽座。滑槽座12、16两侧对称分别固定在内燃机箱体1的两侧壁上，以增加导杆9滑动的稳定性与可靠性。
图6为定位轮与曲柄轴的传动关系图，也是图5的A向局部图。定位轮是通过轴、齿轮系统与曲柄轴相连的。图中14-定位轮齿轮，15-曲柄轴齿轮，19-过轮，曲柄轴转速∶定位轮转速=2∶1，即曲柄轴转2圈，定位轮转1圈。转速比也可定为1∶1或3∶1，转动方向可正向也可反向，均可视需要而定，定位轮齿轮14可选为斜齿轮。
图1至图6已将本发明的具体结构叙述清楚，对于各构件所用材料建议如下；变线连杆可采用铝合金材料(与现有技术一样)；导杆可选用具有弹性的锰钢材料为宜；定位轮可与其传动轴铸为一体，以耐磨的球磨铸铁材料为宜；导杆滚套可选用锡铜合金或高碳钢；滑槽、滑块材料可选用碳钢或铸钢，以上仅供参考。
从图7至图12所示均为原理简图。
图7为切点爆发式内燃机的结构原理图，图中各部件尺寸同图1，为避免与图中线条混淆，各部件直接用阿拉伯数字标示，不再使用标引线。图中2为曲柄；3为连杆1；4为汽缸；5为连杆Ⅱ；6为活塞；11为滑槽；13为定位轮。各销、轴处简化为圆点，虚线表示节点P的运动轨迹。
图8为内燃机吸气阶段的原理示意图。
活塞6由上止点运行到下止点。下止点时各部件所处位置用虚线表示，各部件标记上方加“’”表示。G1、G2为定位轮曲面缺口。吸气阶段时，节点P沿曲线运行至P′处；导杆9的一端通过定位轮13的弧面GN1、曲面N1N2，在滑槽11中完成一个来回的滑动，又回到滑槽11的顶点C处；此时定位轮13上的N2点运行至C点(与C点重合)；曲柄2由F1点运行至F2点，曲柄2与分连杆13重叠。
图9为内燃机压缩阶段原理示意图(排气阶段同)。接图8，活塞6由下止点又向上运行至上止点。此阶段曲柄2由F2运行至F3点，节点P运行至P′处，导杆9的一端通过定位轮13的弧面CN3，也就是定位轮13上的N3点运转至C点(与C点重合)，导杆9的滑块始终被定位于滑槽11的顶点C处。
图10为内燃机点火燃烧阶段的原理示意图。
同样接上图，活塞6由上止点向下运行至虚线处，节点P运行至P′处，曲柄2由F3点运行至F4点；导杆9的一端通过定位轮弧面CN4，定位轮13上的N4点运转至C点(与C点重合)。此阶段汽缸4内压缩气体被点火燃烧，活塞6开始缓慢向下移动，曲柄2到达F4点时(即距切点15度)，变线连杆3、5已成直线状态，为爆发作好充分准备。
图11为内燃机作功(爆发)阶段原理示意图。
同样接上图，活塞6向下运行至下止点，节点P运行至P′处，曲柄2由F4运转至F2点，导杆9的一端通过定位轮13的曲面CN5，在滑槽11完成一个来回的滑动，又回到滑槽11的顶点C处，定位轮13上的N5点运转至C点(与C点重合)。
排气阶段见图9，定位轮13的G1缺口此时为G2缺口，N3改为N6。
至此，切点爆发式内燃机完成一个工作循环。
图12为本发明的另一实施例的结构原理示意图。
图中∶曲柄∶连杆Ⅰ∶连杆Ⅱ=3∶4∶8转速比为，曲柄轴转速∶定位轮转速=2∶1爆发提前角20度滑槽水平夹角22度
权利要求
1.一种切点爆发式内燃机，包括气缸(4)、活塞(6)、曲柄(2)、曲柄轴、连杆、汽门、冷却系统、润滑系统及点火系统，其特征在于该连杆为变线连杆，它由两节分连杆(3)、(5)首尾相联、通过轴销(8)组合而成，在两节分连杆(3)、(5)的连接处即节点处设有使两分连杆(3)、(5)在0-180度范围内相互转动的限位面(h)，该变线连杆的一端与活塞销(7)连接，另一端与曲柄(2)相连，变线连杆的节点处与起支撑、引导其运动的辅助装置相连；汽缸(4)垂直中心线偏离曲柄轴圆心，且通过圆周切点前0-60度的任一位置点，即爆发提前角为0-60度。
2.根据权利要求1所述的切点爆发式内燃机，其特征在于上述辅助装置由导杆(9)、滑槽(11)、定位轮(13)组成，导杆(9)的一端与变线连杆的节点相连，另一端与滑槽(11)内的滑块(18)以轴销方式相连；滑槽(11)与滑槽座(12)成一体，分两侧对称排布，分别固定在内燃机箱体(1)的两侧壁上，滑槽(11)的水平夹角为0-35度；定位轮(13)表面有不同的弧面、曲面，弧面、曲面的长度与曲柄圆相应角度的位置按比例对应，导杆(9)通过在滑槽(11)中的来回滑动依靠其滚套(10)与定位轮(13)始终保持接触；定位轮(13)通过轴、齿轮系统与曲柄轴相连。
3.根据权利要求1或2所述的切点爆发式内燃机，其特征在于变线连杆的两节分连杆(3)、(5)与曲柄长度的关系满足(Ⅰ+Ⅱ)／r≥3、且Ⅱ≥Ⅰ＞r为宜。
4.根据权利要求1所述的切点爆发式内燃机，其特征在于汽缸(4)垂直中心线偏离曲柄轴圆心、且通过圆周切点前0-45度，即爆发提前角可在0-45度范围内选择。
5.根据权利要求1或4所述的切点爆发式内燃机，其特征在于汽缸(4)垂直中心线偏离曲柄轴圆心，且通过圆周切点前15度或20度的位置点，即爆发提前角可选择15度或20度。
6.根据权利要求2所述的切点爆发式内燃机，其特征在于滑槽(11)水平夹角可选择16度或22度。
7.根据权利要求3所述的切点爆发式内燃机，其特征在于变线连杆的两节分连杆(3)、(5)与曲柄之间的长度关系可选择曲柄∶连杆Ⅰ∶连杆Ⅱ=2∶3∶5或3∶4∶8。
8.根据权利要求2所述的切点爆发式内燃机，其特征在于曲柄轴转速与定位轮转速之比选择2∶1为宜。
全文摘要
本发明提供了一种活塞式切点爆发内燃机,其连杆为变线连杆,一端与活塞销连接,另一端与曲柄相连,变线连杆的节点处与起支撑、引导其运动的辅助装置相连,汽缸垂直中心线偏离曲柄轴圆心、通过圆周切点前0～60度的任一位置点。该内燃机在不改变曲柄轴连续圆周运转的情况下,可实现曲柄圆周的切点爆发,大幅度提高内燃机热效率、增强动力性能、节油效果显著,适用于现内燃机应用的各个领域,且可使用天然气、酒精等作燃料。
文档编号F02B75/32GK1206789SQ97118858
公开日1999年2月3日 申请日期1997年10月30日 优先权日1997年10月30日
发明者王长征 申请人:王长征