專利名稱：多元連桿內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的能閉鎖定容速燃的多元連桿內(nèi)燃機(jī)。
2、活塞上下行程把曲軸轉(zhuǎn)角按180°等分。制約了吸氣和作功行程需活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)間長、充氣量大，曲軸作功轉(zhuǎn)角大、時(shí)間長的特定需要；也限制了壓縮和排氣行程時(shí)曲軸轉(zhuǎn)角可以減少，而活塞需要高速度壓縮和排氣才能滿足提高燃料的霧化質(zhì)量和徹底排除廢氣的需要。
3、活塞在上止點(diǎn)不能停留，沒有理想的閉鎖定容燃燒環(huán)境。在活塞不斷運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中燃燒的方式，實(shí)質(zhì)上是半開放式變?nèi)萑紵?。由于這種燃燒方式，致使燃燒室沒有相對(duì)穩(wěn)定的容積和較充足的燃燒時(shí)間，燃燒不完全，能量不能充分利用，效率低，排污量大，并造成了一系列負(fù)效應(yīng)，把熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵過程局限在非常狹窄而且充滿著矛盾的惡劣環(huán)境之中。仔細(xì)剖析不難看出①上止點(diǎn)前的燃燒。為了避免在上止點(diǎn)后過多的延長燃燒時(shí)間，增大燃燒室容積，減少壓力損失、冷卻傳熱損失和排氣損失，必須在上止點(diǎn)前提前著火、導(dǎo)燃，即進(jìn)行初始燃燒。此階段的燃燒增大的壓縮沖程的抵抗力，與不燃燒的抵抗力相比柴油機(jī)增加50％左右，汽油機(jī)增加更多。假如能使燃燒過程在上止點(diǎn)后進(jìn)行(假設(shè)燃燒室為閉鎖定容狀態(tài))，它的初始概算效率便可提高近50％以上。不僅如此，減少的活塞壓縮抵抗力，又相當(dāng)于無形的增大了9個(gè)壓縮比單位的壓縮抵抗力。換句話說，除了燃料的抗爆性(汽油)外，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)由于上止點(diǎn)前的燃燒，失去了很可觀的提高壓縮比的潛力。
而壓縮比每提高一個(gè)單位，功率可提高10％。可見這個(gè)損失是巨大的。可以說高效率的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展史，就是追求高壓縮比的歷史。不產(chǎn)生爆燃、早燃的高壓縮比，一直是人們追求的目標(biāo)。如果把燃燒過程設(shè)置在上止點(diǎn)進(jìn)行，其壓縮比將有較大的提高，其高效率也隨之可得，汽油機(jī)的潛力更為可觀。
②上止點(diǎn)后的燃燒。為盡量減少上止點(diǎn)前不得已的燃燒產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)，只好把燃燒的主要過程放在上止點(diǎn)后進(jìn)行，然而，這時(shí)的燃燒也是在活塞高速運(yùn)動(dòng)而氣缸容積不斷增大的情況下進(jìn)行的，不可能得到更高壓力和膨脹比，靠此燃燒方式作功，只能收“杯水車薪”之效。因此，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)都沒有得到理論上想得到，而實(shí)際上從未得到的燃料的化學(xué)能應(yīng)該轉(zhuǎn)換成的最大的熱能量。而如今的解釋是活塞在上止點(diǎn)附近移動(dòng)量小、燃燒室體積增大、壓力損失小等等無可奈何的自園其說。
事實(shí)絕非如此。以195柴油機(jī)為例，當(dāng)最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)在上止點(diǎn)后10°時(shí)(保守計(jì)法)活塞已下行8.5毫米，按活塞行程115毫米計(jì)，占?xì)飧坠ぷ魅莘e的7.4％，相當(dāng)于燃燒室最小體積的1.5倍。這種在活塞移動(dòng)時(shí)的燃燒速度每秒僅20～70米(爆燃每秒達(dá)1000米以上)，不僅使最高壓力成倍的減少，而且燃燒不完全、排污量大，也導(dǎo)致了熱量的過早散失，能量利用率自然很低。因此可以認(rèn)為，上止點(diǎn)后的這種半開放式的變?nèi)萑紵皇悄芰哭D(zhuǎn)換最佳的高效率的燃燒方式。而是牽強(qiáng)于傳統(tǒng)連桿結(jié)構(gòu)迫不得已的低效率的燃燒方式。
若能使活塞在上止點(diǎn)停留一定時(shí)間，使燃料能在理想的閉鎖定容環(huán)境進(jìn)行充分燃燒，真正獲得理想的高溫、高壓和最大的膨脹比作功，這種燃燒方式，將更符合能量轉(zhuǎn)換的科學(xué)規(guī)律。
4、在燃燒室體積最小、壓力最高的最佳作功時(shí)期，與曲柄在上止點(diǎn)的作功死角區(qū)重疊。曲軸旋轉(zhuǎn)環(huán)境惡劣，額外負(fù)荷大，作功條件最差。在上止點(diǎn)燃燒壓力很高時(shí)，曲軸中心和曲柄都同時(shí)處在活塞運(yùn)動(dòng)軸線上，不但不能作功，反而承受著巨大的燃燒壓力。即使在過上止點(diǎn)后的燃燒和膨脹初期連桿的作功力臂仍很小，不能以較大的力臂推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)作功。大部份壓力仍然通過曲柄臂作用在曲軸的主軸頸和主軸承上，阻礙著曲軸旋轉(zhuǎn)，消耗著曲軸上一工作循環(huán)儲(chǔ)存的功能。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)到較好作功角度和力臂時(shí)，由于熱量損失和氣缸容積的增大，壓力已大為降低。所以傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的熱效率低，是不足為怪的。假設(shè)，活塞在上止點(diǎn)與曲柄曲軸中心在一條直線時(shí)，將燃燒壓力轉(zhuǎn)移，并盡早避開這一不利區(qū)域，使曲軸在良好的環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)作功，減少額外功耗，對(duì)提高內(nèi)燃機(jī)的效率，將收到事半功倍的效果。
這些都充分證明了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作循環(huán)產(chǎn)生的熱功轉(zhuǎn)換效率是很低的，而可挖掘的潛力卻又是很大的。但是靠傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)致的工作循環(huán)絕不可能達(dá)此目的。因此改變這種狀況刻不容緩。
2.建立一個(gè)單獨(dú)的閉鎖定容速燃行程，使燃燒更快、更充分。
3.基本取消上止點(diǎn)前后的燃燒，減少壓縮負(fù)功消耗和過早熱損失。
4.增加曲柄的作功初始力臂，減少曲軸的沖擊負(fù)荷。
進(jìn)而從根本上提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，使其真正成為高效、節(jié)能、低污、價(jià)廉的新熱機(jī)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的根本途徑在于抓住熱功轉(zhuǎn)換的燃燒和作功這兩個(gè)主要矛盾的實(shí)質(zhì)。破除有先天缺陷的、低效率的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)格局和工作循環(huán)理論概念。根據(jù)熱機(jī)轉(zhuǎn)換最基本的自然規(guī)律，設(shè)置一套高效的多元連桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)布局，使其具有自動(dòng)適應(yīng)性能，產(chǎn)生能滿足各個(gè)環(huán)節(jié)需要的聯(lián)動(dòng)效果，構(gòu)成高效率的轉(zhuǎn)換功能，形成更完善、更合理、更科學(xué)的實(shí)際工作循環(huán)。使其既能滿足燃燒作功兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的特定需要，又能使其余各輔助工作環(huán)節(jié)更完善，綜合性能更協(xié)調(diào)。在工作循環(huán)中特別創(chuàng)設(shè)一個(gè)優(yōu)良的閉鎖定容燃燒環(huán)境和過程，以改善燃燒條件，使燃料盡可能在高壓縮比的定容環(huán)境里經(jīng)過類似“爆燃”的充分反應(yīng)。使其以很小的熱損失，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，產(chǎn)生更高的溫度和壓力，獲得更高的膨脹比和高平均壓力；在最佳時(shí)期，使活塞連桿機(jī)構(gòu)以更有效的作功角度和較大的力臂，經(jīng)曲柄推動(dòng)曲軸在摩擦力最小的最佳環(huán)境、更高效率的進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換而作功，從而使內(nèi)燃機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換有一個(gè)質(zhì)的飛躍，熱效率有一個(gè)重大的突破。同時(shí)還將保持傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)較低的造價(jià)，而油耗和環(huán)境污染將大為減少。從而使內(nèi)燃機(jī)的性能更完善，真正成為高效、節(jié)能、低污的新熱機(jī)。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是在活塞與曲軸之間，設(shè)置由活塞上連桿、閉鎖連桿、曲柄下連桿和閉鎖軸組成的多元連桿機(jī)構(gòu)，與經(jīng)改革的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)其它相關(guān)部件相互作用，產(chǎn)生新的聯(lián)動(dòng)，使活塞在上、下止點(diǎn)各增加一個(gè)停留區(qū)域，在10°～60°上止點(diǎn)停留區(qū)，建立了一個(gè)能駕馭“爆燃”的閉鎖定容燃燒的單獨(dú)行程，在10°～25°下止點(diǎn)停留區(qū)，為曲軸增大了慣性作功范圍，也為傳統(tǒng)二行程內(nèi)燃機(jī)增加了一個(gè)特有的掃、排氣行程，從而構(gòu)成了新的實(shí)際工作循環(huán)過程，這種多元連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件和與其相關(guān)的其它發(fā)動(dòng)機(jī)部件的形狀、尺寸大小，配置位置和方向，根據(jù)不同需要可設(shè)計(jì)成四種不同形式的多元連桿機(jī)構(gòu)。閉鎖軸A可根據(jù)需要設(shè)置在活塞運(yùn)動(dòng)軸線的任意一側(cè)的缸體上。三個(gè)連桿的形狀可按需求設(shè)計(jì)成不同樣式，它們可絞接于一點(diǎn)或兩點(diǎn)，其中活塞連桿的外端與活塞絞接于B，閉鎖連桿的外端與閉鎖軸A絞接，曲柄連桿的外端與曲柄DG絞接于D；三個(gè)連桿的內(nèi)端分四種方法絞接①共同絞接于C，②活塞連桿與閉鎖連桿的內(nèi)端絞接與C，曲柄連桿的內(nèi)端絞接于閉鎖連桿的E點(diǎn)，③活塞連桿的內(nèi)端絞接于閉鎖連桿的C點(diǎn)，閉鎖連桿和曲柄連桿的內(nèi)端絞接于E，④活塞連桿和曲柄連桿的內(nèi)端絞接于C，閉鎖連桿的內(nèi)端絞接于曲柄連桿的E點(diǎn)。
活塞行程與曲柄偏心距不互相嚴(yán)格制約；氣缸中心線與曲軸中心可以不在一條直線上；曲軸不停的轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與活塞在上、下止點(diǎn)停留區(qū)的停留狀態(tài)、以及附近范圍活塞較低的運(yùn)動(dòng)速度，是不對(duì)應(yīng)、不同步的；活塞在上止點(diǎn)時(shí)α1＜180°；活塞離開上止點(diǎn)的初始作功角α2＜180°。
由曲柄推動(dòng)閉鎖連桿使活塞將燃燒室關(guān)閉，形成閉鎖停留狀態(tài)；開鎖是由曲柄牽動(dòng)下連桿拉動(dòng)閉鎖連桿，解除上連桿對(duì)活塞的閉鎖狀態(tài)，形成開鎖。全閉鎖燃燒行程是活塞進(jìn)入上止點(diǎn)停留區(qū)后點(diǎn)火噴油，使燃料在容積最小的閉鎖定容的燃燒室里進(jìn)行劇烈燃燒，其成倍提高的壓力是全部或部分承受在有足夠強(qiáng)度的連桿機(jī)構(gòu)和閉鎖軸上。可采取控制點(diǎn)火或噴油時(shí)間的方法實(shí)現(xiàn)半閉鎖式燃燒，一是在上止點(diǎn)前只點(diǎn)火或噴油而不燃燒，進(jìn)入上止點(diǎn)停留區(qū)后在閉鎖定容的燃燒室內(nèi)完成燃燒；二是活塞進(jìn)入上止點(diǎn)停留區(qū)，才點(diǎn)火燃燒，直到燃燒室呈開鎖狀態(tài)容積微增，曲柄已轉(zhuǎn)到較好的作功位置為止才燃燒結(jié)束。
該多元連桿結(jié)構(gòu)適用于各種二沖程和四沖程內(nèi)燃機(jī)。
多元連桿內(nèi)燃機(jī)可產(chǎn)生如下優(yōu)點(diǎn)1、吸氣時(shí)間長，進(jìn)氣充分。
2、壓縮速度高，燃?xì)忪F化質(zhì)量好，活塞壓縮抵抗力小。
3、由于增加了閉鎖行程，能駕馭類似“爆燃”反應(yīng)的快速燃燒?？裳舆t點(diǎn)火(噴油)時(shí)間，使燃燒速度加快、燃燒充分。因此，對(duì)燃料質(zhì)量要求不苛刻，為降低燃料成本提供了新途徑。
4、由于燃燒是處于定容的最小體積進(jìn)行的，摒棄了低效的變?nèi)萑紵绞?，所以能產(chǎn)生最高壓力，使熱效率大大提高。
5、曲軸旋轉(zhuǎn)環(huán)境好，特別是在最高壓力時(shí)期沖擊負(fù)荷小、負(fù)功消耗小，并在最高壓力狀況下，避開了活塞銷、曲柄軸、曲柄三點(diǎn)一線的死角，以較大的作功力臂，使曲軸超過180°轉(zhuǎn)角高效率作功。
6、排氣速度高，干凈徹底、殘留廢氣少。
7、能大量減少排污量，有效保護(hù)環(huán)境。
8、結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，使用壽命長。


圖1是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿示意圖。
圖2-圖5是本發(fā)明不同類型的多元連桿內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖2的工作原理圖。
為了克服傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)如前所述的缺陷，達(dá)到本發(fā)明的目的；本發(fā)明取消了傳統(tǒng)的連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了由活塞連桿，曲柄連桿，閉鎖連桿，閉鎖軸，曲柄等組成了新的多元連桿機(jī)構(gòu)，如圖6是本發(fā)明的簡單實(shí)施例。是195柴油機(jī)改制成多元連桿柴油機(jī)，它雖不能完全代表和說明本發(fā)明的思想，活塞在上止點(diǎn)只能停留10°，但試機(jī)200多小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作效果明顯比改制前好得多。動(dòng)力、轉(zhuǎn)速明顯提高，油門加到中速，便得到相當(dāng)于改制前的高速，老機(jī)手也再不敢冒然加油提速。油耗和排污也明顯減少，排氣口溫度很低。
現(xiàn)重點(diǎn)說明圖3-圖5為代表的多元變速連桿內(nèi)燃機(jī)。
圖3中的活塞連桿1的上端與活塞絞接于B，下端與閉鎖連桿2的上端絞接于C，閉鎖連桿2的下端與裝在氣缸體上的閉鎖軸A連接、E點(diǎn)絞接曲柄連桿3的上端，下端與曲柄DG絞接于D，G點(diǎn)為曲軸中心點(diǎn)。DG為曲柄偏心距——即曲柄長度。各件的作用如下上連桿1，閉鎖連桿2，下連桿3均起傳動(dòng)和閉鎖作用。下連桿還特別起著閉鎖開關(guān)作用，支撐閉鎖和牽動(dòng)閉鎖連桿回轉(zhuǎn)進(jìn)而解除活塞對(duì)燃燒室的閉鎖狀態(tài)。閉鎖連桿在作功時(shí)還將起著加速，進(jìn)氣起著減速作用，在壓縮排氣行程也同樣可起與作功時(shí)相反的變速作用。圖5中的曲柄連桿3具有變速功能。閉鎖軸除使閉鎖連桿圍繞其中心回轉(zhuǎn)外，還將承受閉鎖燃燒時(shí)產(chǎn)生的高壓力，使曲軸不再承受這一巨大的磨擦力和沖擊力，為曲軸創(chuàng)造了一個(gè)優(yōu)良的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境。
它們各件的形狀、尺寸、布局位置和方向，可根據(jù)需要適當(dāng)選擇，把所需要的重要參數(shù)，通過多元變速連桿、曲柄機(jī)構(gòu)貯存，使其具有機(jī)械計(jì)算機(jī)的性能，在循環(huán)中自動(dòng)適應(yīng)各種變化規(guī)律，滿足各工作環(huán)節(jié)的特定需要。氣缸軸線與曲軸中心可不在一條線上，偏離大小依需要而定。按照本發(fā)明這種方法，新的多元連桿機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生出傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)沒有的聯(lián)動(dòng)效果(1)活塞在上止點(diǎn)有一個(gè)較長時(shí)間的閉鎖停留期(10°～60°內(nèi))，為可燃?xì)獾拈]鎖定容燃燒專設(shè)了一個(gè)燃燒行程，從而避免了上止點(diǎn)前、后燃燒產(chǎn)生的種種弊端。同時(shí)，燃燒產(chǎn)生的高壓經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)全部或部分承受在閉鎖軸上，大大減少了曲軸的額外功耗，為曲軸創(chuàng)造了一個(gè)良好的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境。(2)由于多元連桿機(jī)構(gòu)的奇特的變速作用在吸氣行程中把曲軸的大轉(zhuǎn)角、高速度變成活塞的長時(shí)間、低速度，起減速作用。在作功行程中正相反，起加速作用，即把活塞作功時(shí)的高壓力、低速度變成曲軸加速度、大扭距、大轉(zhuǎn)角作功，曲軸最大作功轉(zhuǎn)角可達(dá)235°。這也正是吸氣和作功行程十分需要的。(3)活塞在下止點(diǎn)也有一個(gè)停留期(相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角的10°～25°范圍)。為傳統(tǒng)的二行程內(nèi)燃機(jī)增加了一個(gè)掃氣、排氣行程。也為傳統(tǒng)四行程內(nèi)燃機(jī)增加了一個(gè)慣性進(jìn)氣和自身排氣過程。(4)壓縮、排氣行程曲軸的轉(zhuǎn)角小于180°，最小為75°。在這一小轉(zhuǎn)角短時(shí)間內(nèi)，曲軸經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)的加速作用，使活塞高速運(yùn)動(dòng)，完成壓縮和排氣(如圖5所示)。(5)在膨脹作功初期，曲柄已避開了與活塞和曲軸中心同在一條直線的狹小作功死角，增大了初始作功夾角和力臂。
這些聯(lián)動(dòng)效果，構(gòu)成的實(shí)際工作循環(huán)，更符合熱機(jī)能量轉(zhuǎn)換的科學(xué)原理，能使每一個(gè)工作環(huán)節(jié)都具有本發(fā)明所需要的優(yōu)越性能使吸氣時(shí)間長，進(jìn)氣充分；壓縮速度高，燃?xì)忪F化質(zhì)量好，活塞壓縮抵抗力??；燃料在閉鎖定容環(huán)境中充分燃燒，壓力高，熱損失小；曲軸額外功耗小，作功角度好，扭矩大，時(shí)間長，效率高；排氣徹底，掃氣充分。從而使傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)存在的種種弊端迎刃而解，其熱效率和綜合性能均可得到質(zhì)的飛躍。
2、多元連桿內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)原理(以五沖程為例)。
(1)進(jìn)氣行程隨著曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)前，進(jìn)氣門已開始逐漸打開。到上止點(diǎn)時(shí)，曲軸經(jīng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞將燃燒室關(guān)閉，活塞處于停留閉鎖狀態(tài)。上一工作循環(huán)的廢氣以慣性繼續(xù)排氣。曲軸轉(zhuǎn)到35°時(shí)，經(jīng)曲柄牽動(dòng)閉鎖連桿和上連桿解除活塞的閉鎖狀態(tài)，并帶動(dòng)活塞減速向下運(yùn)動(dòng)。排氣門完全關(guān)閉，氣缸容積迅速增大，產(chǎn)生負(fù)壓，大量新鮮氣體被吸進(jìn)氣缸。曲軸轉(zhuǎn)到215°進(jìn)入下止點(diǎn)停留區(qū)(215°至235°范圍)，活塞停止不動(dòng)，慣性氣流繼續(xù)流進(jìn)氣缸，直到壓縮開始后，進(jìn)氣門開始關(guān)閉。此行程曲軸轉(zhuǎn)角達(dá)235°，轉(zhuǎn)角大，時(shí)間長，又由于多元連桿機(jī)構(gòu)的減速作用，活塞移動(dòng)速度低，進(jìn)氣流動(dòng)阻力小，進(jìn)氣時(shí)間長，充氣系數(shù)高。
(2)壓縮行程曲軸越過235°時(shí)，經(jīng)多元連桿機(jī)構(gòu)的加速作用，使活塞高速向上止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，壓縮缸內(nèi)氣體，使氣體形成強(qiáng)大的渦流，分子間劇烈撞擊摩擦和高溫蒸發(fā)、氣化，使其充分霧化和快速升溫。當(dāng)曲軸到達(dá)上止點(diǎn)前5°～0°左右(柴油機(jī)稍前)，或進(jìn)入上止點(diǎn)，開始點(diǎn)火或噴油，誘導(dǎo)著火。由于活塞此時(shí)離上止點(diǎn)不到1毫米，基本沒有燃燒增壓產(chǎn)生的活塞壓縮反抗力，從而大大減少了壓縮功耗。這是當(dāng)今任何傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)用電子技術(shù)也難避免的必耗之功。因此，這種內(nèi)燃機(jī)可進(jìn)一步提高壓縮比。當(dāng)活塞以高速度和高壓縮比將氣體壓縮到燃燒室，曲軸經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)使活塞在上止點(diǎn)將燃燒室關(guān)閉，呈閉鎖停留狀態(tài)，曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
(3)燃燒行程隨著曲軸的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，已點(diǎn)燃的可燃?xì)怏w在閉鎖定容的燃燒室內(nèi)劇烈燃燒(柴油機(jī)在前期還繼續(xù)噴油)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，產(chǎn)生高溫高壓。燃燒壓力經(jīng)活塞和連桿機(jī)構(gòu)傳遞到閉鎖軸上，曲軸在作功死角不受高壓沖擊力干擾，因此大大減少了額外功耗，使作功環(huán)境更加優(yōu)良，因此、能有效的駕馭“爆燃”反應(yīng)的劇烈特性，這一優(yōu)良特性是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)所沒有的。
(4)作功行程當(dāng)燃燒基本結(jié)束，曲軸帶動(dòng)下連桿牽動(dòng)閉鎖連桿和上連桿解除活塞閉鎖狀態(tài)；燃燒室的高壓氣體開始膨脹，高速推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)曲軸加速旋轉(zhuǎn)作功。此時(shí)，曲柄已避開了與活塞和曲軸同處一條直線的作功死角和狹小區(qū)域，曲柄連桿與曲柄的作功力臂已經(jīng)增大，作功效率因此也很高。由于本發(fā)明的多元連桿機(jī)構(gòu)的加速作用，活塞運(yùn)動(dòng)速度比曲軸旋轉(zhuǎn)速度低(摩擦損失小)，所以氣缸容積增大較慢，高壓力持續(xù)作功時(shí)間長(活塞平均壓力大)，曲軸轉(zhuǎn)速高，作功力臂大(扭矩大)，能更有效的進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換。曲軸進(jìn)入下止點(diǎn)前，排氣門逐漸打開自由排氣。曲軸在575°至595°的下止點(diǎn)停留區(qū)以慣性作功，廢氣自行排出。
(5)排氣行程經(jīng)過在下止點(diǎn)停留區(qū)的自由排氣，氣缸內(nèi)的廢氣壓力已經(jīng)很低，在曲軸旋轉(zhuǎn)到595°后經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞加速運(yùn)動(dòng)，將廢氣排出缸外。曲軸到達(dá)720°時(shí)經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)使活塞在上止點(diǎn)將燃燒室關(guān)閉，進(jìn)入閉鎖停留狀態(tài)。進(jìn)氣門逐漸打開，燃燒室的殘余廢氣繼續(xù)以慣性排出缸外，直至下一個(gè)進(jìn)氣行程開始進(jìn)氣以后，排氣門才關(guān)閉，結(jié)束排氣。
經(jīng)過如上的吸氣、壓縮、燃燒、作功、排氣5個(gè)行程，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)了720°，活塞往返各2次，在上下停留區(qū)各停留2次，便完成了一個(gè)工作循環(huán)。這種工作循環(huán)的各環(huán)節(jié)，在時(shí)間、速度、角度的區(qū)分上不是均衡分配，而是各取所需，相得宜彰恰到好處。
二沖程的工作原理略。
如前所述，由于多元變速連桿高效率和閉鎖、變速的、且具有機(jī)械計(jì)算機(jī)自動(dòng)適應(yīng)性能的特殊功能，克服了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)古老落后而性能單一的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的低效率的種種缺陷；使內(nèi)燃機(jī)的各個(gè)工作環(huán)節(jié)的功能和整體工作循環(huán)的綜合協(xié)調(diào)性能更科學(xué)，更完美，更符合熱功轉(zhuǎn)換的客觀自然規(guī)律和科學(xué)原理，排污更小，熱效率更高。所以，本發(fā)明認(rèn)為只要按照這種工作循環(huán)原理和方法，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，內(nèi)燃機(jī)的熱效率將有一個(gè)重大的突破，可使其達(dá)到和超過燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率。
權(quán)利要求
1.一種多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于在活塞與曲軸之間，設(shè)置由活塞上連桿(1)、閉鎖連桿(2)、曲柄下連桿(3)和閉鎖軸組成的多元連桿機(jī)構(gòu)，與經(jīng)改革的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)其它相關(guān)部件相互作用，產(chǎn)生新的聯(lián)動(dòng)，使活塞在上、下止點(diǎn)各增加一個(gè)停留區(qū)域，在10°～60°上止點(diǎn)停留區(qū)，建立了一個(gè)能駕馭“爆燃”的閉鎖定容燃燒的單獨(dú)行程，在10°～25°下止點(diǎn)停留區(qū)，為曲軸增大了慣性作功范圍，也為傳統(tǒng)二行程內(nèi)燃機(jī)增加了一個(gè)特有的掃、排氣行程，從而構(gòu)成了新的實(shí)際工作循環(huán)過程，這種多元連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件和與其相關(guān)的其它發(fā)動(dòng)機(jī)部件的形狀、尺寸大小，配置位置和方向，根據(jù)不同需要可設(shè)計(jì)成四種不同形式的多元連桿機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于閉鎖軸(A)可根據(jù)需要設(shè)置在活塞運(yùn)動(dòng)軸線的任意一側(cè)的缸體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于三個(gè)連桿的形狀可按需求設(shè)計(jì)成不同樣式，它們可絞接于一點(diǎn)或兩點(diǎn)，其中活塞連桿(1)的外端與活塞絞接于(B)，閉鎖連桿(2)的外端與閉鎖軸(A)絞接，曲柄連桿(3)的外端與曲柄DG絞接于(D)；三個(gè)連桿的內(nèi)端分四種方法絞接①共同絞接于(C)，②活塞連桿(1)與閉鎖連桿(2)的內(nèi)端絞接與(C)，曲柄連桿(3)的內(nèi)端絞接于閉鎖連桿(2)的(E)點(diǎn)，③活塞連桿(1)的內(nèi)端絞接于閉鎖連桿(2)的(C)點(diǎn)，閉鎖連桿(2)和曲柄連桿(3)的內(nèi)端絞接于(E)，④活塞連桿(1)和曲柄連桿(3)的內(nèi)端絞接于(C)，閉鎖連桿(2)的內(nèi)端絞接于曲柄連桿(3)的(E)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于①活塞行程與曲柄偏心距不互相嚴(yán)格制約；②氣缸中心線與曲軸中心可以不在一條直線上；③曲軸不停的轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與活塞在上、下止點(diǎn)停留區(qū)的停留狀態(tài)、以及附近范圍活塞較低的運(yùn)動(dòng)速度，是不對(duì)應(yīng)、不同步的；④活塞在上止點(diǎn)時(shí)α1＜180°；⑤活塞離開上止點(diǎn)的初始作功角α2＜180°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于由曲柄推動(dòng)閉鎖連桿使活塞將燃燒室關(guān)閉，形成閉鎖停留狀態(tài)；開鎖是由曲柄牽動(dòng)下連桿拉動(dòng)閉鎖連桿，解除上連桿對(duì)活塞的閉鎖狀態(tài)，形成開鎖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于全閉鎖燃燒行程是活塞進(jìn)入上止點(diǎn)停留區(qū)后點(diǎn)火噴油，使燃料在容積最小的閉鎖定容的燃燒室里進(jìn)行劇烈燃燒，其成倍提高的壓力是全部或部分承受在有足夠強(qiáng)度的連桿機(jī)構(gòu)和閉鎖軸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于可采取控制點(diǎn)火或噴油時(shí)間的方法實(shí)現(xiàn)半閉鎖式燃燒，一是在上止點(diǎn)前只點(diǎn)火或噴油而不燃燒，進(jìn)入上止點(diǎn)停留區(qū)后在閉鎖定容的燃燒室內(nèi)完成燃燒；二是活塞進(jìn)入上止點(diǎn)停留區(qū)，才點(diǎn)火燃燒，直到燃燒室呈開鎖狀態(tài)容積微增，曲柄已轉(zhuǎn)到較好的作功位置為止才燃燒結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元連桿內(nèi)燃機(jī)，其特征在于該多元連桿結(jié)構(gòu)適用于各種二沖程和四沖程內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種新型的多元連桿內(nèi)燃機(jī)。它破除了傳統(tǒng)曲柄連桿模式，采用由上、下連桿、閉鎖(變速)連桿、閉鎖軸、曲柄組成的多元連桿機(jī)構(gòu)，與相應(yīng)的部件匹配，產(chǎn)生了能駕馭“爆燃式反應(yīng)”的聯(lián)動(dòng)效果能自動(dòng)調(diào)節(jié)活塞和曲軸的運(yùn)動(dòng)速度，滿足了各沖程的不同需要；專設(shè)了一個(gè)活塞能在上止點(diǎn)停留的閉鎖定容速燃行程；加大了連桿的初始作功力臂，避免了曲柄在上止點(diǎn)的作功死角；減少了高壓對(duì)曲軸的沖擊負(fù)荷。從而，構(gòu)成了更高效的實(shí)際工作循環(huán)，使能量利用更充分，排污更少，熱效率更高，這種新內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理，適合于傳統(tǒng)二沖程和四沖程各種內(nèi)燃機(jī)。
文檔編號(hào)F02B75/32GK1421597SQ02139039
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月9日
發(fā)明者茍賢忠, 荀非 申請(qǐng)人:茍賢忠