专利名称：弹性节能降污增力延寿内燃机的制作方法
技术领域：
本发明属于国际分类F02B类，它特指使传统的曲柄连杆活塞往复式内燃机(以下简称为刚性机)的燃烧室或活塞曲柄连杆机构总成具有弹性，从而使活塞顶以上的容积，在连杆轴颈(以下简称曲拐)处于一些特殊的位置阶段，发生比刚性机有增减的变化的内燃机(以下简称为弹性机)。
由于曲柄连杆活塞往复式内燃机，热效率高、功率大、体积小、重量轻、使用方便、工作可靠、技术成熟，已被普遍使用，尤其是车辆、船舶更是需要，但是现在全球能源紧张，污染严重。为此，世界各国，特别是欧美日等经济强国，已长期投巨资研究内燃机的节能、降污。几十年来已获得了许多有效的成果，如燃烧室形状改进、压缩比提高、电子控制供油系统、可变配气相位控制系统，液压可变压缩比活塞、多气门、分层稀薄燃烧、新型燃料及添加剂等。但这些技术，一般一项技术只改善一方面的性能，为此，本发明提出一种能较全面提高性能的技术。
其方案是使活塞或连杆或曲轴或燃烧室等的一部分，既具有较明显的弹性，又能按刚性机的方式正常运动和有效传力而更好地工作。
弹性机有以下几种工作情况一、在排气终了，因气缸压力逐渐降低，弹性能释放，使活塞顶以上的容积小于刚性机的燃烧室容积，实现排气更干净，从而使进气时，废气少膨胀少占空间。而实现进气更充分，以达到燃烧快速、干净而节能降污增力。
二、使弹性系数适当，保证当进入气缸内的气量等于刚性机的最大值时，在弹性退让的情况下，在压缩终了时的压缩比与刚性机相同或更高而为适合弹性机的最佳值，因有弹性缓冲降压，可防爆燃或减轻爆燃的影响。如果进入气缸内的气量小于刚性机的最大值，在压缩终了，则弹性退让量减小，使燃烧室容积减小，实际压缩比大于刚性机的压缩比，更利于提高热效率、功率、扭矩。
三、二行程内燃机和四行程内燃机都在曲拐处于开始作功后的上止点附近时，再进行弹性退让，一方面使活塞顶以上的容积比刚性机增大更快，以降低气缸的最高峰值压力，使活塞、连杆、曲轴、轴承等的负荷降低，摩擦磨损减少。另一方面在曲拐处于作功上止点后的最利于被推动的阶段，如比上止点附近稍后的阶段，因气缸压力有所下降，弹性能释放，使活塞顶以上容积的变大速度变慢，阻止气缸压力迅速下降，保证对曲拐进行更有利的推动。以上弹性储放能的作用就象电容器的功能一样。
弹性力学指出在弹性限度内，自动恢复原形，则弹性能完全释放。弹性机在作功后期，气缸压力低于压缩终了时的压力，使在作功上止点附近吸收的弹性能完全释放，这就避免了弹性变形的能量损耗，而只减少曲拐处于作功上止点附近，不利被推动时，因受巨大的径向正压力产生的摩擦能量损失，磨损和降低最高峰值压力而实现节能、增力、延寿。
由于峰值压力降低，还可减小零件尺寸，以减小体积、重量、成本。
此种弹性改造，可起三种作用1、只在排气终了使活塞顶以上的容积小于燃烧室容积，使排气更干净，进气更充分，而不降低最高峰值压力;2、只降低作功最高峰值压力，而不使排气更干净;3、即使排气更干净，又降低最高峰值压力。
附图为本发明的一个最佳实施例，现参照附图对本发明作进一步说明如下
图1、3、5、7、9和图2、4、6、8、10分别依次对应代表刚性机和弹性机的排气上止点、进气下止点、压缩上止点、作功开始后的上止点附近、作功后期。在此，弹性机的连杆是略带自由预弯曲度并可弹性弯曲而伸缩的弹性连杆，其长度比刚性机略长，以便控制好弹性系数，保证弹性机的压缩比与刚性机相同。
从图1和图2的比较可知在排气上止点，由于气缸压力较低，弹性机在连杆弹性弯曲度减小而伸长，并在活塞的惯性拉伸下，几乎变直，使活塞顶更靠近缸盖，于是排气更干净。
从图3与图4的比较可知在进气下止点，虽然弹性机连杆长一点，使活塞顶离缸盖近一点，但因进气行程长度都等于曲柄半径的2倍，故加长的弹性连杆不减短进气行程;还因弹性复原变弯缩短了连杆而增长了进气行程，加强缸内真空度，增强进气惯性;另外，由于排气上止点弹性机活塞顶以上的容积小于刚性机的燃烧室容积，使进气时，废气少膨胀少占据空间。因此，弹性机进气更充分。
从图5和图6的比较可知当进入气缸的气量等于刚性机的最大值时，虽然弹性连杆长一点，但控制好弹系数，可在压缩上止点时，在较高的气缸压缩压力作用下，保证弹性机的活塞顶到缸盖的距离刚性机的相同，从而保证压缩比不变，防止爆燃或工作粗爆。实际上，由于弹性连杆可缓冲降压，可防爆燃或减轻爆燃的影响，因此，可提高压缩比，以提高功效。如果进气缸的气量小于刚性机的最大值，则在压缩终了，活塞被挤压传给连杆的推力减少，从而减小了进杆的弯曲变短量，使活塞顶更靠近缸盖，实际压缩比大于刚性机的压缩比，更利于比刚性机是提高热效率、功率，扭矩。
从图7和图8的对比可知曲拐在作功开始后的上止点附近，如过上止点后5度，弹性机由于弹性连杆在保证有效传力的同时，可因弹性弯曲而变短，这样一方面，使活塞顶以上的容积能在巨大的燃气压力下而比刚性机更快地增大，降低燃气的最高峰值压力，使活塞、连杆、曲轴、轴承等的负荷降低;二方面，改变了连杆两孔连线对曲柄的夹角，参考图11和图12的连杆推曲拐的分力，进行比较可知这时因连杆弯曲变短，使曲拐受到的连杆切向分推力更大，径向挤压分力更小。因此，虽然连杆弯曲变短，降低了燃气的峰值压力，但使连杆对曲拐的推动分力加大了，从而实现了增加扭矩，减少摩擦磨损;三方面，连杆弹性弯曲变短，使燃气对活塞作功的一部分暂时转化为弹性能储存起来。
从图11可知，在作功后的上止点附近，曲拐受连杆的径向挤压分力很大，切向推动分力很小，径向分力不推动曲拐，只产生摩擦、磨损。
从图12知道，在作功后比上止点附近低一些的作功前、中期，曲拐受连杆的切向推动分力较大，径向挤夺分力较小。
结合图11与图12的比较结果，再从图9和图10的对比可知由于过了作功上止点附近后，活塞移离缸盖，容积变大，气缸压力降低，弹性连杆在作功上止点附近吸收的能量逐渐释放出来，使连杆弯曲程度减轻而逐渐伸长，阻止容积快速增大，保持有利的较高气压和对曲拐的有利推动，到图10所示的作功后期，由于连杆弯曲度复原变长将在上止点附近吸收的能量全部释放，转化为推动曲拐的动能，这就避免了弹性变形造成的能量损失。还因弹性储能在连杆对曲拐的径向挤压分力小，切向推动分力大的上止点以下的作功前、中期释放，这又减少了弹性储存的能量在上止点附近因推动曲拐的径向分力运大于切向分力而产生的摩擦损失。该弹性储放能而节能的作用，就象用同量的煤烧砖，在热季就比冷季，因减少了热损失而多烧出成品砖的道理一样。
通过以上的各种分析可知，该实施例实现了本发明的节能、降污、增力、延寿的目的。
本发明除以上实施例外，还有以下几种表现形式;
一、将活塞制成可轴向伸缩的弹性体活塞或使活塞的一部分可轴向弹性伸缩。
二、使曲柄或连杆轴颈相对于曲轴的主轴颈有一定角度的弹性摆动量或弹性移动量。
三、将连杆杆身作成伸直的钢板弹簧。
四、将连杆杆身在自由状态下作成带预弯曲的钢板弹簧，一般使曲率中心朝向旋转方向，也可反装。
五、钢板弹簧式连杆可带一至三块副钢板弹簧或总成，以使连杆弯曲后，刚度逐渐或突然增强而更符合使用要求。
六、将连杆杆身设计成组装形式而装入一个或多个弹性元件，变成弹性系数不变或逐渐变化或逐级变化的连杆。
七、在活塞到主轴颈间的其它部位使用或增加弹性元件或用弹性材料或改进零件，使之有弹性。
八、使活塞顶以上的燃烧室组成件或部分气缸具有一定起作用的弹性或引入弹性装置使燃烧室具有弹性。
权利要求
1.一种弹性节能降污增力延寿内燃机，它是传统的曲柄连杆活塞往复式内燃机的弹性改进结果。其特征是使曲柄连杆活塞往复式内燃机的燃烧室总成或活塞曲柄连杆机构总成既具有弹性，又能正常运动和传力；
2.根据权利要求1，使活塞顶相对于缸盖能轴向弹性伸缩(凹凸)而改变活塞顶以上的容积的活塞;
3.根据权利要求1，使连杆轴颈相对于曲轴的主轴颈能进行弹性摆动的曲轴;
4.根据权利要求1，使曲拐弹性移动的曲轴;
5.根据权利要求1，能纵向弹性伸缩的连杆;
6.根据权利要求1，能弹性弯曲伸张，而实现长度伸缩的直连杆和带自然弯曲度的连杆;
7.根据权利要求1，在一个工作循环的不同阶段，弹性系数可逐级或逐渐或逐级逐渐综合变化的弹性内燃机;
8.根据权利要求1，伴随着负荷变化，弹性系数可逐级变化或逐渐变化或逐级逐渐综合变化的弹性内燃机;
9.根据权利要求1，具有弹性的活塞曲柄连杆机构总成;
10.根据权利要求1，可弹性胀缩的燃烧室总成。
全文摘要
本发明是使内燃机节能降污增力延寿的。属于国际分类F02B类的活塞式内燃机结构改进问题。技术特征是使燃烧室或活塞曲柄连杆机构具有弹性，实现排气终了，燃烧室容积减小；在作功上止点附近，使活塞顶以上的容积能更快地增大，最高压力降低；稍后，弹性复原而更有效地推动曲轴，减小弹性储的能在上止点附近，因曲柄受径向分力大，切向推动分力小而造成的摩擦损失。附图8表明连杆弹性弯曲而降压储能增大对曲柄的切向推动分力。
文档编号F16C7/04GK1104715SQ9410894
公开日1995年7月5日 申请日期1994年7月29日 优先权日1994年7月29日
发明者徐文辉 申请人:徐文辉