活塞悬停式高效发动机的制作方法

本发明创造涉及发动机增效节能技术。

背景技术：

大家公知的曲轴是广泛用于将直线运动转换为圆周的机械中，在往复式活塞发动机中更堪称为完美结合；根据现有资料表明内燃机汽缸里活塞上力的大小是由产生膨胀气体的体积与做功前缸体空间的比值，在上止点上它的空间体积基数最小需要膨胀气体的量相对较小就能获得较大的作用力，当活塞开始运动后曲轴由0°—145有效做功只有60％，而其它40％的做功都转变成了连杆对轴瓦的摩擦力而做无用功，曲轴传动也只有在90°一个点上能把做功完全传递到曲轴上，其它的任何点都存在做或多或少的无用功，但在90°这个点上缸体的空间体积比活塞在上止点上增大了5倍；在曲轴0——145°的转动中活塞的运动将造成缸体空间的逐渐增大，也就是大量的膨胀气体所做的无用功的空间会转变成轴瓦对曲轴的摩擦力；而活塞需要运动到下止点后又返回到上曲轴575°的圆周变活塞直线运动自身消耗掉的有用功，这时曲轴上的所有动力功又要在转换中损失40％多，可见曲轴传动在进行力的互换中自身损失造成的能量损失可以达到80％左右，实际力的能量转换在20％左右；按热效率计算也就是在35%左右；往复式内燃机浪费的力根源就在力的传递和转换上；现在的技术手段，如阿特金森或米勒循环，缸内直喷、提高压缩比hcci压燃技术等，通长只是一些辅助手段提高燃油燃烧效率，而涡轮增压是从废气中回收一部分能量减少排气损失;其他如底摩擦设计、低粘度润滑等则是为了减少机械损失这些都能够在一定程度上提高热效率，但是不会太明显；把所有的技术手段用上汽油点燃式发动机热效率只能提高在40%左右,柴油机热效率只能提高在47%左右，因此热效率在现在的基础上每提升1%都能看作是“划时代”的创举，在不改变发动机现有构造的情况下发动机热效率很难做到大幅度提升。

技术实现要素：

为了减少发动机能量传递时力的损失，本发明创造提供一种活塞悬停式高效发动机，它采用把连杆轴颈加大相对于曲轴臂向一侧凸出设计，而产生了一种新的活塞运行循环方式，使其活塞在做压缩冲程达到上止点后曲轴臂在继续转动的一段夹角弧度过程中让活塞在气缸上止点不下降呈“悬停”状态，保持气缸内的压强和温度不变，而当曲轴臂转到40度至45夹角之间活塞才开始下降，而点火（或喷油）位置则选择在活塞下降前的一个合适的提前角；而这时曲轴臂转动到（40-45）度夹角时力臂也变化到较长区间，这时可然气体燃烧产生的强大压力作用在活塞上，推动曲轴臂带动曲轴的主轴颈转动，输出强大的扭矩力带动负载做功。那连杆轴颈怎么设计和安装才能使曲轴臂倾斜时曲轴臂上端带动连杆大头下降而使活塞不下降呢；我们把曲轴的连杆轴颈设计为比常规连杆轴颈直径大的大圆，并且把连杆轴颈大圆中心相对于曲轴臂的竖向中心线往一侧水平移动一个位置凸出更高同曲轴臂连接固定在一起，当然连杆的大头也设计较大与连杆轴颈大圆匹配；而在装配时所面对曲轴臂旋转的方向是顺时针时在上止点位置时连杆的大头是从左向右运动，那么连杆轴颈大圆凸出方向就向左与之相反安装，反之则反（而连杆轴颈直径具体设计多大，相对于曲轴臂凸出多少连接，要根据发动机自身设计的排量、活塞的大小、连杆的长短、活塞的行程和需要下降的角度位置来计算）；其运行时曲轴臂带动连杆在绕着主轴颈旋转过程中连杆轴颈大圆自身也相对于连杆大头旋转，当曲轴臂带动活塞做压缩冲程到气缸上止点后，在曲轴臂从0度夹角至（40-45）度夹角的转动过程中由于曲轴臂在倾斜，曲轴臂上端在逐渐下降，而这时曲轴的连杆轴颈大圆相对于曲轴臂凸出部位逐渐转动至上侧面以凸出部位的高度来弥补曲轴臂上端下降高度，使连杆大头不下降也就使活塞在上止点不下降“悬停”，保持气缸内的压强和温度不变，待曲轴臂转动到（40-45）度夹角之间位置活塞才开始下降，使得发动机活塞上的力在曲轴臂在（40-45）度夹角至145度夹角转动中最有效传递区间获得更大的作用力（因为此时气缸压缩空间较小待膨胀的空间较大），因而活塞上的力在传递给曲轴臂旋转的每一个点上比传统在上止点位置点火方式的发动机大幅度增加，而且减轻了传统方式在上止点0度附近点火造成的对曲轴的冲击和对气缸壁侧向压力，也就是说使得活塞上的力在压缩冲程损失很小了；因此把活塞“悬停”后开始下降位置设置在40-45度夹角区间最佳；这种连杆轴颈加大并且向曲轴臂一侧凸出的巧妙设计简单易行，不需要改变发动机的基本结构，比传统方式的发动机热效率大幅度提高，而且这种新的循环方式比阿特金森和米勒循环提高热效率更明显，但又可以与之兼容并存。

它的有益效果是大幅提高发动机扭矩力和效率。

附图说明：图1为本发明创造原理图；图2为曲轴连杆轴颈结构图。

图中：1气缸；2活塞；3连杆小头；4活塞销；5连杆大头；6连杆轴颈大圆；7曲轴臂；8主轴颈；9平衡块。

具体实施方式：

将连杆轴颈大圆6同曲轴臂7向一侧凸出连接固定在一起，并将连杆大头5安装套在连杆轴颈大圆6上，连杆小头3插入活塞2下端，再将活塞销4套入后将活塞2套入气缸体1中，组成发动机的下部分。

技术特征：

1.一种活塞悬停式高效发动机，其主要特征是：它采用把连杆轴颈加大且相对于曲轴臂向一侧凸出设计，而产生了一种新的活塞运行循环方式，使其活塞在做压缩冲程达到上止点后曲轴臂在继续转动的一段夹角弧度过程中让活塞在气缸上止点不下降呈“悬停”状态，保持气缸内的压强和温度不变，而当曲轴臂转到40度至45夹角之间活塞才开始下降，而点火（或喷油）位置则选择在活塞下降前的一个适合的提前角。

2.根据权利要求1所述的活塞悬停式高效发动机，其主要特征是：所述的连杆轴颈大圆，是把曲轴的连杆轴颈设计为比常规连杆轴颈直径大的大圆，并且把连杆轴颈大圆中心相对于曲轴臂的竖向中心线往一侧水平移动一个位置凸出更高同曲轴臂连接固定在一起。

3.根据权利要求1所述的活塞悬停式高效发动机，其主要特征是：所述的活塞“悬停”，是通过设置连杆轴颈大圆的大小和凸出高度使活塞在上止点不下降，并且把活塞下降位置设置在曲轴臂转到40度至45夹角之间为最佳。

技术总结
为了减少发动机能量传递时力的损失本发明创造提供一种活塞悬停式高效发动机，它采用把连杆轴颈加大相对于曲轴臂向一侧凸出设计，而产生了一种新的活塞运行循环方式，使其活塞在做压缩冲程达到上止点后曲轴臂在继续转动的一段夹角弧度过程中让活塞在气缸上止点不下降呈“悬停”状态，保持气缸内的压强和温度不变，而当曲轴臂转到40度至45夹角之间活塞才开始下降，而点火（或喷油）位置则选择在活塞下降前的一个合适的提前角，而这时曲轴臂转动到（40‑45）度夹角时力臂也变化到较长区间，这时可然气体燃烧产生的强大压力作用在活塞上，推动曲轴臂带动曲轴的主轴颈转动输出强大的扭矩力带动负载做功。

技术研发人员：吕建伟
受保护的技术使用者：吕建伟
技术研发日：2021.03.13
技术公布日：2021.06.18