專利名稱：增功活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)，尤其是能在同等排量的條件下，大幅度地提高四沖程 內(nèi)燃機(jī)的工作效率、提高燃料的燃燒效率、節(jié)約能源的活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，公知的活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)的燃燒室(又稱氣缸)在正常工作的四個沖程過程中的 最大容積是相等的，活塞在四個沖程中的行程是相同的，它的四個沖程的工作循環(huán)通常又稱為 奧托(0tto)循環(huán)。根據(jù)奧托循環(huán)熱機(jī)工作效率公式q=l-( Vb/V。)'"，其中il為工作效率， V。為氣缸壓縮混合氣體的最小容積，Vb為氣缸的最大容積(單缸排量)，Vb/V。為壓縮比；由公 式可見，在Vb—定的情況下為了提高發(fā)動機(jī)的工作效率，最好的辦法是盡量縮小V。，提高壓 縮沖程末的氣體壓強(qiáng)。理想情況下，當(dāng)Vb /V。"7、 Y= 7/5時，代入公式計算11二54%。但 綜合各種因素，如摩擦、散熱等，il實際只約為25%?，F(xiàn)代技術(shù)是想辦法使燃料與空氣更充 分地混合使燃料更充分地燃燒、增大壓縮比、減小摩擦、精準(zhǔn)地控制點(diǎn)燃時機(jī)等手段。采用 這些技術(shù)方法確實取得了一定的成效，但對提高活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作效率仍然非常有 限。目前，活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作效率一般都不會超過30%?，F(xiàn)在的問題是在做功沖程末 的燃?xì)膺€高溫高壓,且現(xiàn)代的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常快，在發(fā)動機(jī)正常滿功率工作時，單缸的做功沖 程時間約為1/1000秒，燃料也還未來及充分燃燒，這樣，有近一半的能量沒有被釋放出來， 就白白地在排氣沖程中被排放了出來，浪費(fèi)了能源的同時也浪費(fèi)了發(fā)動機(jī)原本可能獲取的更 大的輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)工作效率低，不能較充分地利用做功沖程中的高溫高壓燃 氣的能量的和燃燒不充分的不足，本發(fā)明是提供一種新型活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī),該發(fā)動機(jī)可通 過延長做功沖程(也延長了燃料燃燒過程)，縮短壓縮沖程的行程，使活塞在做功沖程中的行 程大于壓縮沖程，其它兩個沖程的行程與做功沖程相同，這樣就能較充分地利用做功沖程中 的高溫高壓燃?xì)猓瑥亩蠓鹊靥岣甙l(fā)動機(jī)的輸出功率和工作效率，達(dá)到節(jié)能、減排、降耗 的目的。本發(fā)明的技術(shù)原理可用在柴油機(jī)、汽油機(jī)、混合燃料機(jī)等活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)上。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在原活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，將氣缸體加長，如加 長至相當(dāng)于此前同等排量的內(nèi)燃機(jī)氣缸體長的兩倍或兩倍以上，在壓縮沖程中，(凸輪)控制 進(jìn)氣閥門關(guān)閉的時間定為當(dāng)活塞往氣缸蓋推動至相當(dāng)于原來未增長氣缸時的容積位置時才關(guān) 閉，也就是吸到氣缸體的氣體有一個回推至進(jìn)氣通道的過程(這里稱為回推沖程)，即壓縮沖 程算是半沖程，回推沖程與壓縮沖程合起來才算是一個完整的沖程，而其它三個沖程則是與 以前的設(shè)計一樣，是滿沖程。也就是相當(dāng)于增長了做功沖程，減短了壓縮沖程，即增大了壓
縮比Vb/V。。如原來的壓縮比為7，采用本發(fā)明后，在同等排量下，以氣缸體增長為原來的兩 倍為例，壓縮比就為14, Y=7/5，依理想情況下，代入公式計算il=66%。與原技術(shù)相比， 原技術(shù)壓縮沖程前氣缸的氣壓相對于當(dāng)時的進(jìn)氣通道氣壓是負(fù)壓，而本發(fā)明由于在壓縮沖程 前有一個回推的過程，氣缸的氣壓相對于當(dāng)時的進(jìn)氣通道氣壓是正壓，因此實際壓縮比遠(yuǎn)大 于14,且壓縮沖程只約為做功沖程的一半，采用現(xiàn)代成熟技術(shù)后，實際的工作效率也衰減的 比較少，實際工作效率有望達(dá)到40%以上，即將會比原技術(shù)的實際工作效率提高30%以上。
由于采用本發(fā)明，在壓縮沖程前的回推沖程氣缸體內(nèi)的氣體有一個回推至進(jìn)氣通道的過 程，因此，對于4缸、8缸、12缸等缸體數(shù)是4的倍數(shù)的發(fā)動機(jī)，由于氣缸的每次回推沖程 與壓縮沖程時對應(yīng)都會有相同數(shù)目的氣缸是吸氣沖程，回推的氣體將會被另外的氣缸所吸收， 因此可采用目前的成熟的燃料供給技術(shù)，比如燃料噴射技術(shù)、化油器技術(shù)等。對于氣缸數(shù)是 非4的倍數(shù)的，如2缸、6缸、IO缸等，由于氣缸的每次回推沖程與壓縮沖程時對應(yīng)不一定 有相同數(shù)目的氣缸是吸氣沖程，回推的氣體不一定能被另外的氣缸所吸收，則可采用壓縮沖 程末時的缸內(nèi)燃料直噴技術(shù)。
本發(fā)明的有益效果是，有效地提高了活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作效率，在同等的排量下 大幅度地高了內(nèi)燃機(jī)的輸出功率，能起到節(jié)能、減排、降耗的目的，而且能采用現(xiàn)有的成熟 技術(shù)，而增加的制造工藝和制造成本有限。


下面以直列四缸式四沖程內(nèi)燃機(jī)為實施例之一，對比此前同等排量的內(nèi)燃機(jī)，結(jié)合附圖 和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是此前活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)的理想奧托(Otto)循環(huán)P-V圖。 圖2是本發(fā)明的理想P-V循環(huán)圖 圖3是上述兩循環(huán)的對比P-V圖
圖4是本發(fā)明直列四缸式四沖程內(nèi)燃機(jī)各沖程初始時的示意圖 圖5是直列四缸式四沖程內(nèi)燃機(jī)半沖程時的示意圖。 在圖4圖5中省略了部分與本發(fā)明無關(guān)的機(jī)器構(gòu)造。
具體實施例方式
圖1中，直線ab是吸氣沖程，曲線bc是壓縮沖程，直線cd是做功沖程前瞬間的混合 燃?xì)獗嫉乃查g，曲線de是做功沖程，直線eb是排氣沖程。其中曲線de正下方的面積是理 想情況下內(nèi)燃機(jī)做功沖程所做的功，閉合曲線cdebc所包圍的面積是理想情況下內(nèi)燃機(jī)實際 獲得的輸出功。
圖2中，直線ag是吸氣沖程，曲線bc是壓縮沖程，直線cd是做功沖程前瞬間的混合 燃?xì)獗嫉乃查g，曲線df是做功沖程，直線fg是排氣沖程，，直線gb是回推沖程。其中曲 線df正下方的面積是理想情況下內(nèi)燃機(jī)做功沖程所做的功，閉合曲線cdfgbc所包圍的面積 是理想情況下內(nèi)燃機(jī)實際獲得的輸出功。
圖3是圖1圖2兩種內(nèi)燃機(jī)的P — V循環(huán)對比圖。從圖中很容易就可以看出如在同等 的排量下，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的輸出功遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用此前技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)，其多輸出的功為閉合 曲線befgb所包圍的面積。由此可見內(nèi)燃機(jī)的工作效率獲得了大幅度地提高。
圖4圖5是以直列四缸式為實施例的內(nèi)燃機(jī)工作流程示意圖，在此實施例中，氣缸體的
長度對比此前同等排量下的內(nèi)燃機(jī)加長了一倍。圖中l(wèi).進(jìn)氣閥門，2.排氣閥門，3.進(jìn)氣通
道，4.活塞，5.氣缸壁，其中箭頭所指為該沖程中活塞的運(yùn)動方向。
在圖4中，A氣缸、B氣缸、C氣缸、D氣缸所處的工作狀態(tài)剛好依次是做功沖程、排氣 沖程、吸氣沖程、回推沖程(壓縮沖程前)的初始位置。在圖4中的D氣缸可以看出，此氣 缸正好處在回推沖程的初始位置(對比此前技術(shù)應(yīng)是壓縮沖程)，此時的進(jìn)氣閥門還是打開 的(對比以前技術(shù)應(yīng)是關(guān)閉)，此時活塞把氣缸內(nèi)的氣體推回至進(jìn)氣通道，與此同時C氣缸 正好處在吸氣沖程，把從D氣缸回推的氣體和從進(jìn)氣口進(jìn)入的氣體通過進(jìn)氣通道一并吸入。
在圖5中，各氣缸除D氣缸外都剛好處在上述各沖程的中間位置(半沖程位置)而對于 D氣缸則剛好處在壓縮沖程的初始位置。此時的進(jìn)氣閥門剛好關(guān)閉，以完成之后的壓縮沖程， 也就是說回推沖程和壓縮沖程實際上是半個沖程，這兩個沖程合起來起來才能成為一個完整 的沖程。
由此可以看，本發(fā)明的工作原理與以往的技術(shù)大體相似，重要的區(qū)別在于如在同等排量 下，氣缸體加長了，同時，當(dāng)活塞完成吸氣沖程后接下來的下一個沖程首先是活塞回推沖程 (往氣缸蓋方向)，此時的進(jìn)氣閥門依然是打開的，缸內(nèi)部分氣體被回推至進(jìn)氣通道中，直 至活塞到達(dá)至相當(dāng)于采用以前技術(shù)、氣缸未延長時的位置(對于上述實施例則剛好是在中間 位置)時，進(jìn)氣閥門才關(guān)閉，接下來才是壓縮沖程,這兩個沖程是半沖程，合在一起才算是一 個滿沖程。也就是內(nèi)燃機(jī)一個氣缸完成一個工作循環(huán)周期的過程是吸氣沖程一回推沖程一 壓縮沖程一做功沖程一排氣沖程一吸氣沖程。
權(quán)利要求
1.一種活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)，在內(nèi)燃機(jī)體中有氣缸體、活塞、進(jìn)氣閥門、排氣閥門及控制系統(tǒng)、曲軸、曲軸連桿、燃料控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等，其特征是如與此前技術(shù)同等排量下的內(nèi)燃機(jī)相比其氣缸體內(nèi)容積加長，在吸氣沖程末的下一沖程開始時閥門并沒有關(guān)閉，活塞回推至設(shè)計位置時才關(guān)閉，進(jìn)入壓縮沖程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)其特征是在吸氣沖程末的下一沖程不是壓縮 沖程而是回推沖程，此時進(jìn)氣閥門并沒有關(guān)閉，活塞首先回推使缸內(nèi)氣體部分返回至進(jìn)氣 通道，當(dāng)活塞回推至設(shè)計位置時才關(guān)閉，進(jìn)入壓縮沖程，活塞壓縮氣體，這樣回推沖程與 壓縮沖程組合成一個完整的沖程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)其特征是做功沖程比壓縮沖程的活塞行程 長，回推沖程與壓縮沖程組合成一個完整沖程的活塞行程才與做功沖程相同，排氣沖程和 吸氣沖程與做功沖程的活塞行程相同，相對壓縮比增大。
全文摘要
一種高機(jī)械效率的活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)。它是較此前技術(shù)相當(dāng)于如在同等排量下將氣缸體加長，在吸氣沖程末的下一沖程并不是壓縮沖程而是回推沖程，此時進(jìn)氣閥門不關(guān)閉，活塞首先回推使缸內(nèi)氣體部分返回至進(jìn)氣通道，當(dāng)活塞回推至設(shè)計位置時才關(guān)閉，進(jìn)入壓縮沖程，這樣回推沖程與壓縮沖程組合成一個完整的沖程。做功沖程比壓縮沖程的活塞行程長，回推沖程與壓縮沖程組合成的一個完整沖程的活塞行程才與做功沖程相同，排氣沖程和吸氣沖程與做功沖程的活塞行程相同，使相對壓縮比增大，從而提高內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率，在同等排量下，大幅度地高了發(fā)動機(jī)的輸出功率，起到節(jié)能、減排、降耗的目的。
文檔編號F02B75/02GK101353982SQ20071030525
公開日2009年1月28日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者朱華標(biāo) 申請人:朱華標(biāo)