專利名稱：高效節能發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種高效節能發動機，它所涉及的是活塞式發動機，是以汽油、柴油為燃料的發動機。
目前國內外常用的各種型號的活塞式汽、柴油發動機，都是活塞運行到上止點位置時點火，這是因為此時發動機內的空間體積單位最小。只有燃燒室，雖然在此時發動機內部擁有最大的壓力和壓強，但此時的曲軸與連桿正處于垂直狀態上，作為動力的壓力也只能正面傳遞到曲軸架上，不產生或只產生很小的輸出動力，動力輸出幾乎等于零。隨發動機曲軸在慣性作用下繼續運動，與連桿逐步產生了輸出動力的夾角和力矩，但是，活塞也隨之向下運動，當曲軸運行到較佳的輸出動力位置時，活塞已向下運行位移了七分之一以上，因發動機的壓縮比都大于1∶8，所以當發動機活塞向下運行七分之一時，發動機氣缸內部也由于活塞的下移增加了一倍空間，依據物理學的空氣壓強原理，假設溫度沒有發生變化，只是體積擴大一倍，壓力就應比點火時下降50％，此時力矩約50％，受力夾角約47度，綜合指數最大，為0.366。而發動機活塞繼續向下運行七分之二后，缸內的壓力僅剩點火壓力25％，此時的力矩為1，受力角87度，可它最大的能量轉換也只能在0.25以內。而作功沖程的最后七分之四行程中氣缸內擁有的可作功壓力，只能在點火壓力的25％以下，僅從對壓力條件的單一數據的分析，發動機作功指數只有一個點為0.37，其余的各個工作點作功指數都已經下降到0.3以下，更不用說加上溫度下降的影響和其它設備的消耗。由此可看出，作功結構不合理才是發動機熱效率低的最主要原因。
本發明的目的，就是在于改變發動機的這種不合理的工作結構，提供一種能使發動機在產生最大壓力時，避開沒有力矩的狀態和位置，并且把發動機在點火壓力設制在力矩和動力輸出角均為較佳的位置上，使壓力在克服曲軸力臂及各種影響因素后，還有60％以上轉化為輸出動力，且在同等的用油條件下，使動力得到成倍的提高，馬力小時的油耗也相對下降一半的活塞發動機。
本發明的目的可通過以下措施來實現本發明的設計是，在原汽缸的上方加設了上汽缸機構和上活塞機構，由凸輪壓迫上活塞，使之占據燃燒室的空間，此時上下活塞同步運行，上下活塞之間就構成可移動的燃燒室，并將燃燒室整體下移，點火時上活塞的運行略快，使壓縮比加大，就形成壓燃和點火相結合的方法點燃可燃混合氣，這不僅使點火后的可作功壓力增加，還避開沒有力矩的小角度狀態，使得發動機在點火時產生的壓力，60％以上轉化為輸出動力。
上活塞和上汽缸是此項發明的關鍵部位。具體設計的就是上氣缸結構和上活塞結構，在現用機型的氣缸上加設上氣缸機構，上氣缸機構包括在氣缸頂部的上氣缸體，和新設計的缸蓋，新設計的缸蓋又作為輔助設備的支撐架，它與上汽缸一同被固定在現用汽缸的頂部，在上氣缸體內設計安裝有上活塞，為防止火花塞的突出部分與下行的上活塞相碰，在上活塞的底部開設有凹槽，在上活塞上還設置有，與上氣缸體腔室相連通的進排氣通道腔，進排氣通道腔向側方向延伸，穿過上氣缸體側壁，與安裝在支撐框架上的進排氣控制裝置相連接，在進排氣通道腔內，沿活塞運動方向分別設置有與上氣缸體相連通的進排氣閥門，在進排氣腔體側壁上，沿法線方向開設有與進排氣閥門相對應，并且相連通的進排氣通道，在進排氣閥門上方的支撐架上安裝有搖臂驅動式凸輪控制系統，用于控制進排氣閥門，采用搖臂式凸輪的目的是給控制上活塞的凸輪讓出活動的空間和位置，搖臂驅動凸輪根據具體機型的不同可設置一側、兩側、采用頂桿或液壓的方式。在上活塞上方，沿橫方向主軸安裝有專門控制上活塞運動的直接驅動式凸輪，所述上活塞、進排氣腔體及進排氣系統為一體式結構，在支撐框架上安裝有與曲軸相連接的，用于控制上活塞下移時間和位置的控制輪，控制輪的軸為主動軸，也就是安裝有控制上活塞運動的凸輪軸，軸上還裝有與控制進排氣門齒輪相連的齒輪，在上活塞下安裝有彈性復位機構和定位器及定位器控制裝置。
由于上活塞是由凸輪來控制的，上活塞中又設計有進排氣系統，而原汽缸蓋是靜止的，進排氣門可以固定在汽缸蓋上，新設計的上活塞是運動的，進排氣門也隨之運動，只有在運動的相對靜止中解決此問題。要保證上活塞在相對靜止中正確定位非常重要，所以在設計時，在上活塞的兩側加設了定位栓，和與之相對的定位銷，當上活塞在原始位置時，定位銷將上活塞鎖定，此時的上活塞就和上汽缸形成一個相對靜止的整體，如同原汽缸蓋一樣。進、排氣門也就如同固定在汽缸蓋上的一整套裝置，這時的工作原理和方式就可以沿用現在設計方案。當進氣閥門關閉后，發動機進入壓縮行程，利用機械的轉動，打開上活塞的控制銷，使上活塞處于可活動的狀態下，以便在下活塞(20)到達上止點后，在主軸的驅動凸輪作用下順利下行，做到上下活塞同步向下移動，上活塞的下行必然占據燃燒室的空間，而下活塞的下行恰好讓出汽缸的頂部，使現用的汽缸頂部演變為可移動的燃燒室，設計中還充分利用了進排氣門的氣門間隙，上活塞在原始位置時，氣門間隙的標準為0.3到0.35，當上活塞下移時，雖然氣門間隙會擴大到10毫米以上，但此時發動機的進排氣門是相對關閉的，對發動機的做工沒有一點影響。可在上下活塞之間卻構成的可移動的新燃燒室。為保證在活塞垂線與曲軸40度力距夾角位置產生最大壓力，將60％的壓力有效的轉換成動能輸出，下活塞在25度的力距夾角位置處，上活塞的運行速度略快一點，使上下活塞之間的空間減少，相對的加大壓縮比值，以半點燃和半壓燃的形式使燃燒室內的可燃氣燃燒，燃燒角15度，這樣處理后就達到提高輸出動力，節省油料的目的。活塞往返的運動，完成發動機的做工工序。
當下活塞運行到最后十至十四分之一作功行程時，曲軸與活塞垂直線夾角大于140度后，凸輪運行到非突起部位，上活塞所受的壓制被施放，在汽缸內的壓力與復位彈簧的共同作用下，上活塞退回到初始位置，排氣門也打開。這時飛輪在作勻速運動，下活塞受到運行夾角的控制，運行放慢。上活塞退回原始位置的目的是相對減少了汽缸內壓力，使排氣時的音量減小。
上活塞的定位如沒有定位栓定位，在凸輪的向下壓力和汽缸內所擁有的反向壓力的共同作用下，會出現偏轉，不易上活塞進排氣門的正確定位，也會造成進排氣口的位移，影響通氣量。所以設計了定位栓，設計的定位栓在上活塞頂部兩側，它與上活塞為一體結構，當凸輪把力作用到上活塞時，凸輪壓動上活塞向下運行。設計中上活塞兩側的控制定位栓，還起到預防上活塞偏轉的作用，在控制定位栓兩側還各加一個定位槽，在定位槽中設制了復位彈簧，這不僅避免了上活塞的偏轉，使定位栓同時起到復位桿用途。
由于本發明采用的是在原有的氣缸上方，加設了上氣缸及上活塞的設計方案，使得發動機的作功結構更為合理，動力明顯增加，馬力小時油耗降低50％，節省了能源；同時由于燃料燃燒更為充分，減少了環境污染。
本發明的附面說明如下
圖1是本發明的主視圖。
圖2是本發明圖1的俯視圖。
圖3是本發明與現在發動機各工作點對比數據圖。
圖4是本發明上活塞壓縮沖程的主視圖。
圖5是本發明上活塞進氣狀態主視圖。
圖6是本發明上活塞排氣狀態主視圖。
圖7是本發明圖4的剖面圖。
圖8是本發明圖5的剖面圖。
圖9是本發明圖6的剖面圖。
本發明以下結合附圖和實施例作進一步詳細的說明如圖所示本發明包括的有上氣缸結構和上活塞結構，在現用機型的氣缸上加設上氣缸機構，上氣缸機構包括在氣缸頂部的上氣缸(1)和新缸蓋，新設計的缸蓋又作為輔助設備的支撐架(2)，它與上汽缸(1)一同被固定在現用汽缸的頂部，在上氣缸體內設計安裝有上活塞(3)，為防止火花塞的突出部分與下行的上活塞相碰，在上活塞的底部開設有凹槽(4)，在上活塞上還設置有，與上氣缸體腔室相連通的進排氣通道腔(5、6)，進排氣通道腔向側方向延伸，穿過上氣缸體側壁，與安裝在支撐框架(2)上的進排氣控制裝置相連接，在進排氣通道腔內，沿活塞運動方向分別設置有與上氣缸相連通的進排氣閥門(22)，在進排氣腔體側壁上，沿法線方向開設有與進排氣閥門相對應，并且相連通的進排氣通道(7、8)，在進排氣閥門上方的支撐架上安裝有搖臂(9)驅動式凸輪控制系統，用于控制進排氣閥門(22)，并給控制上活塞的凸輪(10)讓出空間，在上活塞上方，沿橫方向主軸安裝有專門控制上活塞運動的直接驅動式凸輪(10)，所述上活塞(3)、進排氣腔(5、6)及進排氣閥門(22)為一體式結構。在支撐框架上安裝有與曲軸相連接的，用于控制上活塞下移時間和位置的控制裝置的主動輪(11)，控制裝置輪的軸就是安裝有控制上活塞運動的凸輪軸(12)，軸上還裝有與控制進排氣門從動齒輪(23)相連的主動齒輪(13)，在上活塞兩側的下方安裝有彈性復位機構(14)和定位栓(16)及定位器控制裝置定位銷(15)。
由于上活塞(3)是由凸輪來控制的，為使上活塞可以自由的下行，當發動機進入壓縮行程時，利用機械的轉動，打開上活塞的定位銷(15)，使上活塞處于可自由活動的狀態下，以便在主軸的驅動凸輪壓迫上活塞時，有效的占據燃燒室的空間，設計中充分利用了進排氣門的氣門間隙(17)，上活塞在原始位置時，氣門間隙的標準為0.3到0.35，當上活塞下移時，雖然氣門間隙會擴大到10毫米以上(18)。但此時發動機的進排氣門是相對靜止的，對發動機的做工沒有一點影響。上下活塞之間就構成可移動的燃燒室(19)。為使下活塞(20)在40度的力距夾角位置處得到最大壓力，下活塞在25度的力距夾角位置處，上活塞的運行速度略快一點，使上下活塞之間的空間減少，相對的加大壓縮比值，以半點燃和半壓燃的形式使燃燒室內的可燃氣燃燒，就可以將60％的壓力有效的轉換成動能輸出，也就達到提高輸出動力，節省油料的目的。這樣往返的運動，完成發動機的做工工序。
在上活塞(3)的底部開設有凹槽(4)具體的針對汽油機或柴油機而言，就分別是在上活塞的底部開設有與汽油機火花塞(29)相對應的凹槽(4)，或柴油機噴油嘴外形相對應的凹槽，在上活塞(3)上設置的，與上氣缸體腔室相連通的進排氣腔體向上延伸，穿過上氣缸側壁，與安裝在支撐框架(2)上的進排氣控制裝置系統相連接。由搖臂凸輪通過氣門針控制進排氣閥門(22)，在進排氣腔體側壁上，沿其法線方向開設的進排氣口(5、6)，在支撐架(2)上，設立的對應進排氣口的通道口(7、8)，并通過密封圈連通。上活塞在初始位置時，排氣口、通道口與通道完全連通，在下行時會出現進排氣腔體與通道上設置的進排氣口(5、6與7、8)的錯位，此時進排氣都處于關閉狀態，對整體沒有任何影響。在進排氣閥門上方的支撐架上安裝有控制進排氣閥門的搖臂(9)驅動式凸輪，在上活塞(3)上，沿橫方向安裝有控制上活塞位移的直接驅動式凸輪(10)。所述上活塞、進排氣腔體及進排氣門為一體式結構，在上活塞兩側的下方，安裝有彈性復位機構(14)。為保持平衡，上活塞的兩頂端均設有復位機構及定位槽，安裝在支撐框架(2)上有控制進排氣閥門(22)的搖臂驅動式凸輪(26)、上活塞體上的控制上活塞位移的直接驅動式凸輪(10)。主動輪(11)通過連接傳動機構與曲軸相連接，在支撐框架(2)上還設置有用于控制上活塞的定位銷(15)。并設有與定位銷(15)相對應的槽口；用于控制上活塞(3)下移的控制裝置，安裝在支撐框架(2)上與上活塞相對應的凸輪(10)，凸輪通過連接主動輪(11)與曲軸相連接。彈性復位機構是由安裝在支撐框架(2)上的，且位于上活塞(3)下方的復位彈簧(14)和限制定位栓搖擺的定位栓(16)組成。主動輪(11)接受曲軸的傳動，帶動凸輪軸，凸輪軸帶動凸輪(10)轉動，凸輪加壓上活塞(3)，使上活塞(3)上下運動，上活塞兩端定位栓向下方，設置定位槽，定位槽內連動桿的下面設有復位彈簧(14)，凸輪軸末端設有主傳動輪(13)，它帶動附傳動齒輪(23)，附傳動輪(23)帶動搖臂驅動式凸輪(26)，搖臂驅動式凸輪控制進排氣閥門(22)。
當下活塞運行到最后十至十四分之一作功行程時，曲軸與活塞垂直線夾角大于130度后，凸輪運行到非突起部位，上活塞所受的壓制被施放，在汽缸內的壓力與復位彈簧的共同作用下，上活塞退回到初始位置，這時飛輪在作勻速運動，下活塞受到運行夾角的控制，運行放慢。上活塞退回原始位置，目的是相對減少了汽缸內壓力，減少排氣時的音量。
為防止上活塞在凸輪的向下壓力和汽缸內所擁有的反向壓力的共同作用下出現偏轉，造成進排氣口的位移，影響通氣量。設計的定位栓，它與上活塞為一體，當凸輪把壓力作用到上活塞時，凸輪壓動上活塞向下運行。上活塞兩側加設的控制定位栓及定位槽，就可有效防止偏轉現象，定位槽中設制了復位彈簧，這樣定位栓同時也可作為復位桿用。
這一整套裝置的目的就是，保證了發動機在下活塞運行了七分之一前，可以正常的點燃壓縮氣體，在七分之一時，使作功壓力達到最大值，并把最大的壓力有效的轉化為動力輸出，由此達到提高熱效率的總體設計要求。
1 上汽缸 2 支撐架(汽缸蓋) 3 上活塞 4 凹槽 5 進氣通道腔 6 排氣通道腔 7 進氣通道 8 排氣通道 9 搖臂 10 凸輪 11主動輪 12 凸輪軸 13 主傳動輪 14 復位控制簧 15 定位銷 16 定位栓 17 氣門間隙 18 氣門間隙位移 19 可活動燃燒室 20 下活塞 21上活塞下移空間 22 進、排氣閥門 23 附傳動齒輪 24 氣門壓簧 25 氣門凸輪軸 26 搖臂凸輪 27 氣門調整螺絲 28 搖臂定位銷 29 火花塞30 氣門針 31 氣門針鋼套 32 軸承 33 排氣位置線
權利要求
1.一種高效節能發動機，它包括上氣缸(1)和上活塞(3)，其特征在于，在上氣缸(1)上，加設有安裝在支撐框架(2)中的上氣缸機構系統，上氣缸機構系統中，包括有氣缸頂部的上氣缸體，在上氣缸體內安裝有上活塞(3)，在上活塞(3)的底部，開設有凹槽(4)，在上活塞(3)上，還設置有與上氣缸體腔室相連通的進排氣腔體，上氣缸機構向上延伸，在穿過上氣缸體側壁后與安裝在支撐框架上的進排氣通道(7、8)相連接，在進排氣腔體內活塞底部設有進排氣閥門(22)，在進排氣腔體側壁上，沿其法線方向開設有進排氣口(5、6)，并連通到進排氣通道(7、8)，在進排氣閥門上方安裝有專門控制進排氣門的搖臂驅動凸輪，搖臂驅動式凸輪安裝在上氣缸機構上，上活塞的上方同樣安裝有一組專門控制上活塞的直接驅動凸輪，上活塞的兩側設有復位機構，所述上活塞、進排氣腔體，進排氣門系統為一體式結構，在支撐框架(2)上安裝有與氣缸曲軸相連接的，用于控制上活塞整體結構下移的直接驅動控制凸輪，上活塞的兩側安裝有彈性復位機構(14)。彈性復位機構兩端設有定位槽和定位銷。
2.根據權利要求1所述的高效節能發動機，其特征在于所述的進氣控制裝置中，包括安裝在支撐框架上的專門控制進排氣門的搖臂驅動凸輪，主動輪(11)通過連接傳動機構，與曲軸相連接，在主動輪的軸上，安裝有一組專門控制上活塞的直接驅動凸輪，在支撐框架上還設置有與上活塞機構所相對應的，用于控制上活塞裝置系統，并可以鎖定上活塞的控制銷，在上活塞上還設有與控制銷相對應的定位栓。
3.根據權利要求1所述的高效節能發動機，其特征在于所述的用于控制上活塞下移的控制裝置和相對應的的凸輪(10)，為保證平衡加壓，凸輪設計為寬體形式。凸輪通過連接傳動機構的傳動輪(11)與曲軸相連接。
4.根據權利要求1所述的高效節能發動機，其特征在于所述的彈性復位機構是由安裝在支撐框架上的，且位于上活塞兩側下方的復位彈簧及定位槽構成的整體。
全文摘要
本發明是一種高效節能發動機,它所涉及的是活塞式,是以汽油、柴油為燃料的發動機。它通過增加上活塞和上汽缸這樣一整套設備的方法,改變發動機的不合理的工作結構,提供一種能使發動機在點火產生最大壓力時,能在克服曲軸力臂及做工夾角的影響因素后,還有60%以上的壓力有效的轉化為輸出動力,且在同等的用油條件下,使動力得到成倍的提高,馬力小時的油耗也相對下降一半的高效節能的活塞發動機。
文檔編號F02B75/00GK1363765SQ0110156
公開日2002年8月14日 申請日期2001年1月1日 優先權日2001年1月1日
發明者白凱軍, 白羽 申請人:白凱軍, 白羽