专利名称：半内摆线力矩直角上止点高热效内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，尤其是一种半内摆线力矩直角高热效内燃机。
背景技术：
目前社会上的车辆、船舶以及所有需要用内燃机做动力的机械装置，使用的内燃机都是一次偏心距曲轴的低热效内燃机，其热效只有26～34％，平均热效只有30％，也就是说内燃机每烧100公斤的燃油其真正做功出力的平均只有30公斤，其余的60至70公斤燃油都是白搭燃烧，既浪费能源，又污染环境。内燃机热效只有30％，是什么原因使其造成60～70％这么大的浪费呢？分析其原因不外有如下几点①曲轴的上止点与活塞的上止点存在相互矛盾关系，就是浪费热效的严重关系，当曲轴在上止点时其输出轴的转角为0度，按照活塞连杆出力方向其曲轴的力矩亦同样为0；而活塞是在上止点接受燃烧的爆炸力，因此上止点是活塞最有力的第一时间。相反曲轴的最大力矩是在其转角90°直角位置，但当曲轴在此直角90°度位置时，力矩是最大，而活塞随曲轴已下行了50％路程，活塞的爆炸力如按下行等比粗算的话，因此原活塞按100公斤的上止点炸爆力计算，此时因下行就浪费了50％的热效，才走到曲轴的最佳最大力矩转角直角90°位置，因此浪费热效50％左右。
②当曲轴扭矩的力臂即力矩在最大最长的转角90°时，其偏心距轴颈迫使连杆与活塞工作造成对气缸的侧压侧磨、侧推等的阻力浪费热效就越大，约占5％～8％。
③热的流失，随着活塞由上止点往上运动的密封泄漏损失和热传递损失，浪费热效约占5％。
④力输出通过齿轮变速等传递损失，浪费热效约占5％～8％。
⑤内燃机每次燃烧爆炸燃油的燃烧彻底与否，其损耗浪费约5％。
根据以上的实际情况造成内燃机热效浪费合计约70％，余下只有30％左右的热效为做功服务。所以这就是曲轴内燃机热效偏低的原因。
对以上五点的分析，就不难看出第一点是主要原因即是曲轴与活塞的上止点矛盾关系，浪费热效占50％，是浪费热效的首恶。在石油能源日益紧张的今天，人们对内燃机的热效研究攻关虽然严谨，但大都是围绕在曲轴统治范围内进行攻关，例如对燃烧室的造形攻关其目的是使燃油能彻底燃烧；又例如日本对所有零件的加工提高精度，材料的择优；英美对活塞与气缸壁搞上固陶瓷防止热流失等的功关课题，对提高热效不外也只是提高2～3个百分点，所以收效甚微，因此可以讲内燃机在没有摆脱其曲轴统治条件下进行攻关，技术可算是已走到尽头了，传统曲轴的热效是很难突破40％。由于曲轴内燃机的热效偏低，只有长期依赖高热值的石油能源做燃料，无法以低热值的酒精或液化气等做普及性替代燃料，原因是酒精等的热值的只有燃油的热值60％左右，那意味着内燃机每次烧用的低热值燃料的量就要多一倍，才获得相近的工作热效，但内燃机的气缸每次所压缩的空气含量仅符合一份高热值燃油的配合燃烧，如对多一份的低热值燃料的燃烧侧有氧气配比不足的产生，难以如愿燃烧产生所需的热效力量。
因此内燃机的生命力，如果在其热效浪费60～70％没有大幅度减少的话，也将会因为石油枯缺消亡而消亡。
因此内燃机很有必要大幅度以20～30个百分点以上热效的提幅(而且亦是实在有潜可挖)，针对传统曲轴的弊端而解决，这才能真正缓解今天的能源紧张。对使用替代能源才能有技术保障，内燃机的生命也不会因石油燃料枯缺消亡而消亡，而相反是内燃机的生命力随可用替代能源的使用，将会永远前进。
发明内容
本发明的目的就是提供一种高热效内燃机，该内燃机的特点是“以输出轴的力矩即力臂处于最大力矩的转角位置，即90°直角作为上止点，配合活塞上止点获取最佳热效。”从而将传统曲轴以零力矩作为上止点浪费50％热效的缺点给予减免或消除，以此来提高热效。
其特点二是在推杆上设置可导向的滑动支点，供给半内摆线的初、二次曲轴力臂的和使其构成真正的杠杆力臂来工作运动，珍惜内燃机每次燃烧的热效。
该内燃机具有大幅度提高热效能力的同时，也可以成为以低热值原料作替代能源的内燃机。使内燃机的生命力不会因石油能源枯缺消亡而消亡，相反是随可用低热值燃料作替代能源的内燃机其生命力将会永远。
本发明采取的技术方案一是在设置含气缸的缸床1的气缸脚下、缸床内左右两边分别设置左右输出半轴2，其内端面设置初级偏心距孔或轴3A、3B。在该3A、3B上设置二次偏心距短曲轴4，并且使该短曲轴的轴颈可作半内摆线的直线往复运动轨迹，其轨迹的上止点是在左右输出轴的中心，下止点为活塞行程尺寸即是初次、二次两偏心距的和。以这样轨迹的机理供给推杆5A或5B及活塞9的连接工作，使活塞与推杆将动力推动短轴轴颈作直线往复运动时，短曲轴两端轴或孔3A、3B便同时作圆周运动，并且使左右输出半轴也同步作旋转输出运动。当短曲轴颈往复运动在上止点时，短曲轴的两端轴或孔与初次偏心距即输出的力矩3A、3B就可以获取以最大的力矩输出转角(直角)90°为上止点。以此机理的技术方案可以实现消除或减免传统曲轴以零力矩作为上止点的缺点，采取以此消除减免浪费提高热效的方案，来提高热效。
方案二是“在设置的推杆5A或5B上设置导向半体装置并构成滑动支点，其作用除确保二次曲轴的轴颈作半内摆线直线往复运动的方向保障之外，并起到使两次偏心距构成力臂和成了真正杠杆力矩的作用，供给活塞、推杆工作，从而取代了传统曲轴的一次偏心距的力矩为天平式对等扭矩的工作方式，使两偏心距以杠杆工作形式来珍惜每一次燃烧的热效。
由于以上两技术方案可以使内燃机大幅度提高热效，因此该技术方案也可以成为以低热值燃料为替代能源的内燃机的基础保证技术方案。
结构上采取设置含气缸的缸床1；在气缸脚下同中心及在缸床1体内的左右两边分别设置左右输出半轴2；在左右半轴的内端面分别设置初级偏心距3A、3B与左右输出半轴2的结构实际已构成左右输出半曲轴；在此简称左右半曲轴在该左右半曲轴3A、3B的轴或孔上，分别活动连接设置二次短曲轴的短曲轴两端的轴和孔。在短曲轴的轴颈上活动安装连接设置含导向和先导装置半体的推杆(连杆)5A或5B；推杆含导向装置有两种形式，一是含滑块走轨导形式5A，一种是推杆脚含导杆形式5B。可任意选择，在选择含滑块推杆形式时，自然是滑块内活动安装连接着短曲轴的轴颈，滑块的两侧边便可设置导轨6A6B于气缸同中心脚下，左右曲轴之间的缸床内。在选择推杆5B形式时可不需设置6A6B，只需设置径向杆导滑座7A7B，可与推杆滑动配合并固定安装在气缸脚下而且要求同中心。在推杆上设置先导半体8A或8B，在推杆先导半体上止点对应的缸床内，固定设置先导半体8C、8D；在推杆上连接活塞9置于气缸内。在气缸顶上设置含供油、供气、排气等传统曲轴原有的冲程机理系统的缸盖10。这样的结构便构成可以确保传统曲轴内燃机原有的冲程工作及燃机机理基本不变，只需少作调整点火角度或供油的角度的内摆线高热效内燃机。
图1为本发明内燃机示意图。
附图中所示1、为含气缸的机壳(缸体)，2、为含同步齿轮的左右输出半轴，简称为左右半轴，3A3B、为左右输出半轴内端设置的初次偏心矩孔或轴，2与3A3B统称为左右半曲轴，4、为二次短曲轴，5A、为滑块推杆，5B、为含导向杆的推杆，可任意选择一种，当选择5A时，6A6B为轨导作为5A配合(如选择5B时，可不需设置6A6B)，7A7B、为径杆导向滑座(与5B配合用，如选择5A时，可不需设置7A7B)，8A8B、8C8D为导先装置，先导半体，9、为活塞，10、为含供油气、排气冲程等机理装置的缸盖，11、为同步齿轮组，12、为活塞上止点，13、为活塞下止点，14、为左右输出轴中心力矩上止点(短曲轴颈上止点)，15为短曲轴下止点(2r＝活塞行程)。
具体实施例方式
本发明采取的具体实施方式
一是“以数学内摆线定理d＝1/2D产生D直径的直线往复运动轨迹定义，所推导出的半内摆线定义即是小行星d在作沿一大圆D的圆周内边360°运动一周时，其运动分为二种形式，一是沿着大圆周内边180°作无滑动的滚动完后，二是对余下一半的180°大圆周内的运动改为无滚动的滑动形式；当小行星的大小d＝1/2D，小行星圆周上任意一点作为起点，该圆周上的对应点可产生大圆D半径的直径往复运动轨迹，即为半内摆线运动轨迹；其上止点在大圆D的中心，下止点即是该对应点的行程落在大圆D圆周的边上，因此半内摆线故名思议就是产生半径直线往复运动轨迹，行程即是1/2D＝d，而小行星的圆心则是围绕着大圆D的圆心作圆周运动。因此小行星作半内摆线运动时，可产生大圆D半径直线往复的轨迹，小行星的圆心同时产生圆周运动轨迹，这二者相互可以转换的特点定义为依托”。结合本发明的技术即是以设置二次短曲轴2，在这里简称短曲轴，将短曲轴作为小行星，将短曲轴的轴颈作为小行星圆周上一任意对应点；将短曲轴的两端轴或孔心，作为小行星的圆心。因此短曲轴轴颈的偏心距尺寸就是d的半径r，即1/2d。设置含同步齿轮的左右半轴2A2B其轴心作为大圆D的圆心，在该左右半轴的内端面设置初次偏心距，其偏心尺寸与短曲轴的偏心距尺寸相等相同，即1/2d，因此左右输出半曲轴2A2B与初次偏心距3A3B便构成含同步齿轮的左右输出半曲轴，在这里简称左右半曲轴，将左右输出半曲轴2A2B在气缸中心脚下分别可轻松转动的安装在含气缸的缸床1左右，将设置的短曲轴4的两轴端分别活动安装在左右半曲轴的初次偏心距3A3B上，当短曲轴的轴颈作半内摆线的直线往复运动时并能灵活轻松同步推动两轴端与初次偏心距3A3B作圆周运动，因此左右输出半曲轴2A2B也相应获得旋转输出运动。而且短曲轴的上止点是在左右半轴2的中心，下止点15即是行程便是两次偏心距的和(2r＝d＝1/2D)当短曲轴轴颈的上止点14在左右半轴中心时，短曲轴两端轨或孔与半曲轴3A3B的力矩共同所处的转角正好是90°及对应的270°(90°为起程角、270°为回程角)位置，这90°～270°之间的180°工作运动便作为小行星的无滑动的滚动运动工作形式即是半内摆线运动，与中心线构成直角。即是半曲轴力矩最大的转角，因此实现了转角最大的力矩作为上止点的结构技术机理来提供给连杆5A或5B与活塞9连接工作。从而达到消除传统曲轴以零力矩与活塞配合的矛盾，以此实现消除或减免传统曲轴浪费热效的局面。对于90°～270°之间的180°回转角为上止点的区域，同样由传统惯性帮助解决“过止点”(即是小行星作无滚动的滑动工作形式)。
本发明采取的具体实施方式
二是设置含滑块或滑杆的推杆5A或5B任意选用，当选择含滑块推杆5A进可将含滑块的推杆上端与设置在气缸内的活塞9连接，下端滑块内面与短曲轴的轴颈活动连接；并且在气缸脚下同中心及左右半曲轴之间缸床内面设置与滑块两侧配合可供滑动的前后导向导轨6A6B，其作用是使短曲轴的轴颈作半内摆线直线往复运动时，一是提供方向保障作用；2是使滑块成为初、二次曲轴两力臂的和变为真正杠杆力臂作用所依靠的滑动支点，而两前后导轨自然形成滑动支点的牢固基础。当选用含导向杆的推杆5B形式时，可不需设置导轨6A6B，只需设置7A7B径杆导向滑座，于缸气脚下，同中心固定在缸床内面。与其推杆5B滑动配合同样取得与滑块导轨的效应，如果其推杆借助活塞作为导向的一端时，方向条件能基本保证牢固，就可省去7B可不需设置。
因此不管选用滑块推杆或杆导推杆均可获取滑动形式的活动支点提供给初、二次曲轴两力臂所构成的力臂和产生杠杆力矩工作效应。
为确保推杆工作往复不受短曲轴颈过上止点时的同中心产生滞留不返的意外，特意在推杆上，设置含8A8B的对称先导半体，在推杆上对应的气缸脚下、缸床内面设置固定先导半体8C、8D，使其配合8A、8B形成满足和确保过上止点后推杆先行的先导作用。
在缸床气缸顶上，设置含传统供油、供气、排气、冲程等机理的气缸盖，在缸床内设置同步齿轮组11，与左右输出半曲轴的齿轮啮合以便确保同步。以上的实施方式便可实现产生出半内摆线力矩直角上止点高热效内燃机。
权利要求
1.一种半内摆线力矩直角上止点高热效内燃机，其特征是该内燃机以输出轴的力矩即力臂处于最大力矩的转角位置90°直角作为上止点；设置二次短曲轴(4)，其偏心距锁定为活塞行程的1/2，短曲轴(4)两端轴或孔分别安装在左右输出半轴(2)的初次偏心距孔或轴(3A、3B)上，短曲轴的轴颈运动工作时上止点锁定在左右输出半轴(2)的中心，而且在短曲轴的轴颈上，联接安装有可活动的含滑块或导向杆及先导半体的推杆(5A或5B)。
2.根据权利要求1所述的半内摆线力矩直角上止点高热效内燃机，其特征是在缸床(1)内的左右两边分别设置含同步齿轮的左右输出半轴(2)，而且在其内端设置初次偏心距，其偏心矩锁定为活塞行程的1/2，即是与短曲轴(4)的偏心距相等，该左右输出半曲轴的同步齿轮与设置的同步齿轮组(11)安装啮合。
3.根据权利要求1所述的半内摆线力矩直角上止点高热效内燃机，其特征是设置含滑块或导向杆的推杆(5A或5B)，并在推杆上设置导先装置(8A、8B)的先导半体(8C、8D)。
全文摘要
本发明公开了一种高热效半内摆线内燃机，该内燃机以输出轴的力矩即力臂处于最大力矩的转角位置“90°直角”作为上止点，从而将传统曲轴以“零力矩”为上止点浪费热效50％的缺点给予消除或减免，以此来提高热效的同时还采用了推杆上设置可导向滑动支点，供给半内摆线的初、二次曲轴两力臂的和使其构成真正的杠杆力臂来工作运动，珍惜内燃机每次燃烧的热效。该内燃机具有大幅度提高热效能力的同时，也可以成为以低热值原料作替代能源的内燃机。使内燃机的生命力不会因石油能源枯缺消亡而消亡，相反是随可用低热值燃料作替代能源的内燃机其生命力将会永远。
文档编号F02B75/32GK1908404SQ200610020020
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月16日 优先权日2006年8月16日
发明者何观龙 申请人:何观龙