專利名稱：彈性節(jié)能降污增力延壽內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于國(guó)際分類F02B類，它特指使傳統(tǒng)的曲柄連桿活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(以下簡(jiǎn)稱為剛性機(jī))的燃燒室或活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)總成具有彈性，從而使活塞頂以上的容積，在連桿軸頸(以下簡(jiǎn)稱曲拐)處于一些特殊的位置階段，發(fā)生比剛性機(jī)有增減的變化的內(nèi)燃機(jī)(以下簡(jiǎn)稱為彈性機(jī))。
由于曲柄連桿活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，熱效率高、功率大、體積小、重量輕、使用方便、工作可靠、技術(shù)成熟，已被普遍使用，尤其是車輛、船舶更是需要，但是現(xiàn)在全球能源緊張，污染嚴(yán)重。為此，世界各國(guó)，特別是歐美日等經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，已長(zhǎng)期投巨資研究?jī)?nèi)燃機(jī)的節(jié)能、降污。幾十年來(lái)已獲得了許多有效的成果，如燃燒室形狀改進(jìn)、壓縮比提高、電子控制供油系統(tǒng)、可變配氣相位控制系統(tǒng)，液壓可變壓縮比活塞、多氣門、分層稀薄燃燒、新型燃料及添加劑等。但這些技術(shù)，一般一項(xiàng)技術(shù)只改善一方面的性能，為此，本發(fā)明提出一種能較全面提高性能的技術(shù)。
其方案是使活塞或連桿或曲軸或燃燒室等的一部分，既具有較明顯的彈性，又能按剛性機(jī)的方式正常運(yùn)動(dòng)和有效傳力而更好地工作。
彈性機(jī)有以下幾種工作情況一、在排氣終了，因氣缸壓力逐漸降低，彈性能釋放，使活塞頂以上的容積小于剛性機(jī)的燃燒室容積，實(shí)現(xiàn)排氣更干凈，從而使進(jìn)氣時(shí)，廢氣少膨脹少占空間。而實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣更充分，以達(dá)到燃燒快速、干凈而節(jié)能降污增力。
二、使彈性系數(shù)適當(dāng)，保證當(dāng)進(jìn)入氣缸內(nèi)的氣量等于剛性機(jī)的最大值時(shí)，在彈性退讓的情況下，在壓縮終了時(shí)的壓縮比與剛性機(jī)相同或更高而為適合彈性機(jī)的最佳值，因有彈性緩沖降壓，可防爆燃或減輕爆燃的影響。如果進(jìn)入氣缸內(nèi)的氣量小于剛性機(jī)的最大值，在壓縮終了，則彈性退讓量減小，使燃燒室容積減小，實(shí)際壓縮比大于剛性機(jī)的壓縮比，更利于提高熱效率、功率、扭矩。
三、二行程內(nèi)燃機(jī)和四行程內(nèi)燃機(jī)都在曲拐處于開(kāi)始作功后的上止點(diǎn)附近時(shí)，再進(jìn)行彈性退讓，一方面使活塞頂以上的容積比剛性機(jī)增大更快，以降低氣缸的最高峰值壓力，使活塞、連桿、曲軸、軸承等的負(fù)荷降低，摩擦磨損減少。另一方面在曲拐處于作功上止點(diǎn)后的最利于被推動(dòng)的階段，如比上止點(diǎn)附近稍后的階段，因氣缸壓力有所下降，彈性能釋放，使活塞頂以上容積的變大速度變慢，阻止氣缸壓力迅速下降，保證對(duì)曲拐進(jìn)行更有利的推動(dòng)。以上彈性儲(chǔ)放能的作用就象電容器的功能一樣。
彈性力學(xué)指出在彈性限度內(nèi)，自動(dòng)恢復(fù)原形，則彈性能完全釋放。彈性機(jī)在作功后期，氣缸壓力低于壓縮終了時(shí)的壓力，使在作功上止點(diǎn)附近吸收的彈性能完全釋放，這就避免了彈性變形的能量損耗，而只減少曲拐處于作功上止點(diǎn)附近，不利被推動(dòng)時(shí)，因受巨大的徑向正壓力產(chǎn)生的摩擦能量損失，磨損和降低最高峰值壓力而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、增力、延壽。
由于峰值壓力降低，還可減小零件尺寸，以減小體積、重量、成本。
此種彈性改造，可起三種作用1、只在排氣終了使活塞頂以上的容積小于燃燒室容積，使排氣更干凈，進(jìn)氣更充分，而不降低最高峰值壓力;2、只降低作功最高峰值壓力，而不使排氣更干凈;3、即使排氣更干凈，又降低最高峰值壓力。
附圖為本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，現(xiàn)參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明如下

圖1、3、5、7、9和圖2、4、6、8、10分別依次對(duì)應(yīng)代表剛性機(jī)和彈性機(jī)的排氣上止點(diǎn)、進(jìn)氣下止點(diǎn)、壓縮上止點(diǎn)、作功開(kāi)始后的上止點(diǎn)附近、作功后期。在此，彈性機(jī)的連桿是略帶自由預(yù)彎曲度并可彈性彎曲而伸縮的彈性連桿，其長(zhǎng)度比剛性機(jī)略長(zhǎng)，以便控制好彈性系數(shù)，保證彈性機(jī)的壓縮比與剛性機(jī)相同。
從圖1和圖2的比較可知在排氣上止點(diǎn)，由于氣缸壓力較低，彈性機(jī)在連桿彈性彎曲度減小而伸長(zhǎng)，并在活塞的慣性拉伸下，幾乎變直，使活塞頂更靠近缸蓋，于是排氣更干凈。
從圖3與圖4的比較可知在進(jìn)氣下止點(diǎn)，雖然彈性機(jī)連桿長(zhǎng)一點(diǎn)，使活塞頂離缸蓋近一點(diǎn)，但因進(jìn)氣行程長(zhǎng)度都等于曲柄半徑的2倍，故加長(zhǎng)的彈性連桿不減短進(jìn)氣行程;還因彈性復(fù)原變彎縮短了連桿而增長(zhǎng)了進(jìn)氣行程，加強(qiáng)缸內(nèi)真空度，增強(qiáng)進(jìn)氣慣性;另外，由于排氣上止點(diǎn)彈性機(jī)活塞頂以上的容積小于剛性機(jī)的燃燒室容積，使進(jìn)氣時(shí)，廢氣少膨脹少占據(jù)空間。因此，彈性機(jī)進(jìn)氣更充分。
從圖5和圖6的比較可知當(dāng)進(jìn)入氣缸的氣量等于剛性機(jī)的最大值時(shí)，雖然彈性連桿長(zhǎng)一點(diǎn)，但控制好彈系數(shù)，可在壓縮上止點(diǎn)時(shí)，在較高的氣缸壓縮壓力作用下，保證彈性機(jī)的活塞頂?shù)礁咨w的距離剛性機(jī)的相同，從而保證壓縮比不變，防止爆燃或工作粗爆。實(shí)際上，由于彈性連桿可緩沖降壓，可防爆燃或減輕爆燃的影響，因此，可提高壓縮比，以提高功效。如果進(jìn)氣缸的氣量小于剛性機(jī)的最大值，則在壓縮終了，活塞被擠壓傳給連桿的推力減少，從而減小了進(jìn)桿的彎曲變短量，使活塞頂更靠近缸蓋，實(shí)際壓縮比大于剛性機(jī)的壓縮比，更利于比剛性機(jī)是提高熱效率、功率，扭矩。
從圖7和圖8的對(duì)比可知曲拐在作功開(kāi)始后的上止點(diǎn)附近，如過(guò)上止點(diǎn)后5度，彈性機(jī)由于彈性連桿在保證有效傳力的同時(shí)，可因彈性彎曲而變短，這樣一方面，使活塞頂以上的容積能在巨大的燃?xì)鈮毫ο露葎傂詸C(jī)更快地增大，降低燃?xì)獾淖罡叻逯祲毫Γ够钊?、連桿、曲軸、軸承等的負(fù)荷降低;二方面，改變了連桿兩孔連線對(duì)曲柄的夾角，參考圖11和圖12的連桿推曲拐的分力，進(jìn)行比較可知這時(shí)因連桿彎曲變短，使曲拐受到的連桿切向分推力更大，徑向擠壓分力更小。因此，雖然連桿彎曲變短，降低了燃?xì)獾姆逯祲毫?，但使連桿對(duì)曲拐的推動(dòng)分力加大了，從而實(shí)現(xiàn)了增加扭矩，減少摩擦磨損;三方面，連桿彈性彎曲變短，使燃?xì)鈱?duì)活塞作功的一部分暫時(shí)轉(zhuǎn)化為彈性能儲(chǔ)存起來(lái)。
從圖11可知，在作功后的上止點(diǎn)附近，曲拐受連桿的徑向擠壓分力很大，切向推動(dòng)分力很小，徑向分力不推動(dòng)曲拐，只產(chǎn)生摩擦、磨損。
從圖12知道，在作功后比上止點(diǎn)附近低一些的作功前、中期，曲拐受連桿的切向推動(dòng)分力較大，徑向擠奪分力較小。
結(jié)合圖11與圖12的比較結(jié)果，再?gòu)膱D9和圖10的對(duì)比可知由于過(guò)了作功上止點(diǎn)附近后，活塞移離缸蓋，容積變大，氣缸壓力降低，彈性連桿在作功上止點(diǎn)附近吸收的能量逐漸釋放出來(lái)，使連桿彎曲程度減輕而逐漸伸長(zhǎng)，阻止容積快速增大，保持有利的較高氣壓和對(duì)曲拐的有利推動(dòng)，到圖10所示的作功后期，由于連桿彎曲度復(fù)原變長(zhǎng)將在上止點(diǎn)附近吸收的能量全部釋放，轉(zhuǎn)化為推動(dòng)曲拐的動(dòng)能，這就避免了彈性變形造成的能量損失。還因彈性儲(chǔ)能在連桿對(duì)曲拐的徑向擠壓分力小，切向推動(dòng)分力大的上止點(diǎn)以下的作功前、中期釋放，這又減少了彈性儲(chǔ)存的能量在上止點(diǎn)附近因推動(dòng)曲拐的徑向分力運(yùn)大于切向分力而產(chǎn)生的摩擦損失。該彈性儲(chǔ)放能而節(jié)能的作用，就象用同量的煤燒磚，在熱季就比冷季，因減少了熱損失而多燒出成品磚的道理一樣。
通過(guò)以上的各種分析可知，該實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的節(jié)能、降污、增力、延壽的目的。
本發(fā)明除以上實(shí)施例外，還有以下幾種表現(xiàn)形式;
一、將活塞制成可軸向伸縮的彈性體活塞或使活塞的一部分可軸向彈性伸縮。
二、使曲柄或連桿軸頸相對(duì)于曲軸的主軸頸有一定角度的彈性擺動(dòng)量或彈性移動(dòng)量。
三、將連桿桿身作成伸直的鋼板彈簧。
四、將連桿桿身在自由狀態(tài)下作成帶預(yù)彎曲的鋼板彈簧，一般使曲率中心朝向旋轉(zhuǎn)方向，也可反裝。
五、鋼板彈簧式連桿可帶一至三塊副鋼板彈簧或總成，以使連桿彎曲后，剛度逐漸或突然增強(qiáng)而更符合使用要求。
六、將連桿桿身設(shè)計(jì)成組裝形式而裝入一個(gè)或多個(gè)彈性元件，變成彈性系數(shù)不變或逐漸變化或逐級(jí)變化的連桿。
七、在活塞到主軸頸間的其它部位使用或增加彈性元件或用彈性材料或改進(jìn)零件，使之有彈性。
八、使活塞頂以上的燃燒室組成件或部分氣缸具有一定起作用的彈性或引入彈性裝置使燃燒室具有彈性。
權(quán)利要求
1.一種彈性節(jié)能降污增力延壽內(nèi)燃機(jī)，它是傳統(tǒng)的曲柄連桿活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的彈性改進(jìn)結(jié)果。其特征是使曲柄連桿活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室總成或活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)總成既具有彈性，又能正常運(yùn)動(dòng)和傳力；
2.根據(jù)權(quán)利要求1，使活塞頂相對(duì)于缸蓋能軸向彈性伸縮(凹凸)而改變活塞頂以上的容積的活塞;
3.根據(jù)權(quán)利要求1，使連桿軸頸相對(duì)于曲軸的主軸頸能進(jìn)行彈性擺動(dòng)的曲軸;
4.根據(jù)權(quán)利要求1，使曲拐彈性移動(dòng)的曲軸;
5.根據(jù)權(quán)利要求1，能縱向彈性伸縮的連桿;
6.根據(jù)權(quán)利要求1，能彈性彎曲伸張，而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度伸縮的直連桿和帶自然彎曲度的連桿;
7.根據(jù)權(quán)利要求1，在一個(gè)工作循環(huán)的不同階段，彈性系數(shù)可逐級(jí)或逐漸或逐級(jí)逐漸綜合變化的彈性內(nèi)燃機(jī);
8.根據(jù)權(quán)利要求1，伴隨著負(fù)荷變化，彈性系數(shù)可逐級(jí)變化或逐漸變化或逐級(jí)逐漸綜合變化的彈性內(nèi)燃機(jī);
9.根據(jù)權(quán)利要求1，具有彈性的活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)總成;
10.根據(jù)權(quán)利要求1，可彈性脹縮的燃燒室總成。
全文摘要
本發(fā)明是使內(nèi)燃機(jī)節(jié)能降污增力延壽的。屬于國(guó)際分類F02B類的活塞式內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)問(wèn)題。技術(shù)特征是使燃燒室或活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)具有彈性，實(shí)現(xiàn)排氣終了，燃燒室容積減?。辉谧鞴ι现裹c(diǎn)附近，使活塞頂以上的容積能更快地增大，最高壓力降低；稍后，彈性復(fù)原而更有效地推動(dòng)曲軸，減小彈性儲(chǔ)的能在上止點(diǎn)附近，因曲柄受徑向分力大，切向推動(dòng)分力小而造成的摩擦損失。附圖8表明連桿彈性彎曲而降壓儲(chǔ)能增大對(duì)曲柄的切向推動(dòng)分力。
文檔編號(hào)F16C7/04GK1104715SQ9410894
公開(kāi)日1995年7月5日 申請(qǐng)日期1994年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月29日
發(fā)明者徐文輝 申請(qǐng)人:徐文輝