专利名称：增功活塞式四冲程内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活塞式四冲程内燃机，尤其是能在同等排量的条件下，大幅度地提高四冲程 内燃机的工作效率、提高燃料的燃烧效率、节约能源的活塞式四冲程内燃机。
背景技术：
目前，公知的活塞式四冲程内燃机的燃烧室(又称气缸)在正常工作的四个冲程过程中的 最大容积是相等的，活塞在四个冲程中的行程是相同的，它的四个冲程的工作循环通常又称为 奥托(0tto)循环。根据奥托循环热机工作效率公式q=l-( Vb/V。)'"，其中il为工作效率， V。为气缸压缩混合气体的最小容积，Vb为气缸的最大容积(单缸排量)，Vb/V。为压縮比；由公 式可见，在Vb—定的情况下为了提高发动机的工作效率，最好的办法是尽量縮小V。，提高压 縮冲程末的气体压强。理想情况下，当Vb /V。"7、 Y= 7/5时，代入公式计算11二54%。但 综合各种因素，如摩擦、散热等，il实际只约为25%。现代技术是想办法使燃料与空气更充 分地混合使燃料更充分地燃烧、增大压縮比、减小摩擦、精准地控制点燃时机等手段。采用 这些技术方法确实取得了一定的成效，但对提高活塞式四冲程内燃机的工作效率仍然非常有 限。目前，活塞式四冲程内燃机的工作效率一般都不会超过30%。现在的问题是在做功冲程末 的燃气还高温高压,且现代的发动机运转非常快，在发动机正常满功率工作时，单缸的做功冲 程时间约为1/1000秒，燃料也还未来及充分燃烧，这样，有近一半的能量没有被释放出来， 就白白地在排气冲程中被排放了出来，浪费了能源的同时也浪费了发动机原本可能获取的更 大的输出功率。
发明内容
为了克服活塞式四冲程内燃机工作效率低，不能较充分地利用做功冲程中的高温高压燃 气的能量的和燃烧不充分的不足，本发明是提供一种新型活塞式四冲程内燃机,该发动机可通 过延长做功冲程(也延长了燃料燃烧过程)，縮短压縮冲程的行程，使活塞在做功冲程中的行 程大于压縮冲程，其它两个冲程的行程与做功冲程相同，这样就能较充分地利用做功冲程中 的高温高压燃气，从而大幅度地提高发动机的输出功率和工作效率，达到节能、减排、降耗 的目的。本发明的技术原理可用在柴油机、汽油机、混合燃料机等活塞式四冲程内燃机上。
本发明所采用的技术方案是在原活塞式四冲程内燃机的基础上，将气缸体加长，如加 长至相当于此前同等排量的内燃机气缸体长的两倍或两倍以上，在压缩冲程中，(凸轮)控制 进气阀门关闭的时间定为当活塞往气缸盖推动至相当于原来未增长气缸时的容积位置时才关 闭，也就是吸到气缸体的气体有一个回推至进气通道的过程(这里称为回推冲程)，即压縮冲 程算是半冲程，回推冲程与压縮冲程合起来才算是一个完整的冲程，而其它三个冲程则是与 以前的设计一样，是满冲程。也就是相当于增长了做功冲程，减短了压縮冲程，即增大了压
縮比Vb/V。。如原来的压縮比为7，采用本发明后，在同等排量下，以气缸体增长为原来的两 倍为例，压縮比就为14, Y=7/5，依理想情况下，代入公式计算il=66%。与原技术相比， 原技术压縮冲程前气缸的气压相对于当时的进气通道气压是负压，而本发明由于在压縮冲程 前有一个回推的过程，气缸的气压相对于当时的进气通道气压是正压，因此实际压縮比远大 于14,且压縮冲程只约为做功冲程的一半，采用现代成熟技术后，实际的工作效率也衰减的 比较少，实际工作效率有望达到40%以上，即将会比原技术的实际工作效率提高30%以上。
由于采用本发明，在压縮冲程前的回推冲程气缸体内的气体有一个回推至进气通道的过 程，因此，对于4缸、8缸、12缸等缸体数是4的倍数的发动机，由于气缸的每次回推冲程 与压縮冲程时对应都会有相同数目的气缸是吸气冲程，回推的气体将会被另外的气缸所吸收， 因此可采用目前的成熟的燃料供给技术，比如燃料喷射技术、化油器技术等。对于气缸数是 非4的倍数的，如2缸、6缸、IO缸等，由于气缸的每次回推冲程与压縮冲程时对应不一定 有相同数目的气缸是吸气冲程，回推的气体不一定能被另外的气缸所吸收，则可采用压縮冲 程末时的缸内燃料直喷技术。
本发明的有益效果是，有效地提高了活塞式四冲程内燃机的工作效率，在同等的排量下 大幅度地高了内燃机的输出功率，能起到节能、减排、降耗的目的，而且能采用现有的成熟 技术，而增加的制造工艺和制造成本有限。
下面以直列四缸式四冲程内燃机为实施例之一，对比此前同等排量的内燃机，结合附图 和实施例对本发明作进一步说明。
图1是此前活塞式四冲程内燃机的理想奥托(Otto)循环P-V图。 图2是本发明的理想P-V循环图 图3是上述两循环的对比P-V图
图4是本发明直列四缸式四冲程内燃机各冲程初始时的示意图 图5是直列四缸式四冲程内燃机半冲程时的示意图。 在图4图5中省略了部分与本发明无关的机器构造。
具体实施例方式
图1中，直线ab是吸气冲程，曲线bc是压縮冲程，直线cd是做功冲程前瞬间的混合 燃气爆燃的瞬间，曲线de是做功冲程，直线eb是排气冲程。其中曲线de正下方的面积是理 想情况下内燃机做功冲程所做的功，闭合曲线cdebc所包围的面积是理想情况下内燃机实际 获得的输出功。
图2中，直线ag是吸气冲程，曲线bc是压縮冲程，直线cd是做功冲程前瞬间的混合 燃气爆燃的瞬间，曲线df是做功冲程，直线fg是排气冲程，，直线gb是回推冲程。其中曲 线df正下方的面积是理想情况下内燃机做功冲程所做的功，闭合曲线cdfgbc所包围的面积 是理想情况下内燃机实际获得的输出功。
图3是图1图2两种内燃机的P — V循环对比图。从图中很容易就可以看出如在同等 的排量下，本发明的内燃机的输出功远远大于采用此前技术的内燃机，其多输出的功为闭合 曲线befgb所包围的面积。由此可见内燃机的工作效率获得了大幅度地提高。
图4图5是以直列四缸式为实施例的内燃机工作流程示意图，在此实施例中，气缸体的
长度对比此前同等排量下的内燃机加长了一倍。图中l.进气阀门，2.排气阀门，3.进气通
道，4.活塞，5.气缸壁，其中箭头所指为该冲程中活塞的运动方向。
在图4中，A气缸、B气缸、C气缸、D气缸所处的工作状态刚好依次是做功冲程、排气 冲程、吸气冲程、回推冲程(压縮冲程前)的初始位置。在图4中的D气缸可以看出，此气 缸正好处在回推冲程的初始位置(对比此前技术应是压縮冲程)，此时的进气阀门还是打开 的(对比以前技术应是关闭)，此时活塞把气缸内的气体推回至进气通道，与此同时C气缸 正好处在吸气冲程，把从D气缸回推的气体和从进气口进入的气体通过进气通道一并吸入。
在图5中，各气缸除D气缸外都刚好处在上述各冲程的中间位置(半冲程位置)而对于 D气缸则刚好处在压縮冲程的初始位置。此时的进气阀门刚好关闭，以完成之后的压缩冲程， 也就是说回推冲程和压縮冲程实际上是半个冲程，这两个冲程合起来起来才能成为一个完整 的冲程。
由此可以看，本发明的工作原理与以往的技术大体相似，重要的区别在于如在同等排量 下，气缸体加长了，同时，当活塞完成吸气冲程后接下来的下一个冲程首先是活塞回推冲程 (往气缸盖方向)，此时的进气阀门依然是打开的，缸内部分气体被回推至进气通道中，直 至活塞到达至相当于采用以前技术、气缸未延长时的位置(对于上述实施例则刚好是在中间 位置)时，进气阀门才关闭，接下来才是压縮冲程,这两个冲程是半冲程，合在一起才算是一 个满冲程。也就是内燃机一个气缸完成一个工作循环周期的过程是吸气冲程一回推冲程一 压縮冲程一做功冲程一排气冲程一吸气冲程。
权利要求
1.一种活塞式四冲程内燃机，在内燃机体中有气缸体、活塞、进气阀门、排气阀门及控制系统、曲轴、曲轴连杆、燃料控制系统、传动系统等，其特征是如与此前技术同等排量下的内燃机相比其气缸体内容积加长，在吸气冲程末的下一冲程开始时阀门并没有关闭，活塞回推至设计位置时才关闭，进入压缩冲程。
2. 根据权利要求1所述的活塞式四冲程内燃机其特征是在吸气冲程末的下一冲程不是压縮 冲程而是回推冲程，此时进气阀门并没有关闭，活塞首先回推使缸内气体部分返回至进气 通道，当活塞回推至设计位置时才关闭，进入压縮冲程，活塞压縮气体，这样回推冲程与 压縮冲程组合成一个完整的冲程。
3. 根据权利要求1所述的活塞式四冲程内燃机其特征是做功冲程比压縮冲程的活塞行程 长，回推冲程与压缩冲程组合成一个完整冲程的活塞行程才与做功冲程相同，排气冲程和 吸气冲程与做功冲程的活塞行程相同，相对压縮比增大。
全文摘要
一种高机械效率的活塞式四冲程内燃机。它是较此前技术相当于如在同等排量下将气缸体加长，在吸气冲程末的下一冲程并不是压缩冲程而是回推冲程，此时进气阀门不关闭，活塞首先回推使缸内气体部分返回至进气通道，当活塞回推至设计位置时才关闭，进入压缩冲程，这样回推冲程与压缩冲程组合成一个完整的冲程。做功冲程比压缩冲程的活塞行程长，回推冲程与压缩冲程组合成的一个完整冲程的活塞行程才与做功冲程相同，排气冲程和吸气冲程与做功冲程的活塞行程相同，使相对压缩比增大，从而提高内燃机的机械效率，在同等排量下，大幅度地高了发动机的输出功率，起到节能、减排、降耗的目的。
文档编号F02B75/02GK101353982SQ20071030525
公开日2009年1月28日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者朱华标 申请人:朱华标