CN102588104A - 凸轮型内燃机 - Google Patents

Abstract

一种凸轮型内燃机是将气缸盖改变成活塞，叫做滑盖。又在气缸盖上增加一个缸，叫做滑缸。凸轮安装在滑盖上，用来控制压缩比，压缩终了时，先将气缸内的气体压入滑缸里，利用凸轮的带动，又将滑缸里的气体转压入气缸内爆发。可以保持压缩比不变，将曲轴转角10-15°上的爆发，改变在40°上爆发。因在10-15°上爆发，爆发点离上止点很近，力距很小，动力不高，爆发在40°上，爆发点离上止点较远，可以增大力距两倍，就能增大动力两倍。由于吸气量，耗油量，转速，时间等不多花，就能提高功率两倍，除去损失，可提高功率1.5倍，省油30％左右。

Description

凸轮型内燃机

一种凸轮型内燃机，其特征：是以现在的内燃机为基础改进的，1将气缸盖改变成活塞，可以上下移动，叫做滑盖。2在气缸盖上增加一个缸，叫做滑缸。3凸轮安装在滑盖上，用来控制压缩比，所以叫做凸轮型内燃机，简称凸轮内燃机或叫凸轮发动机。4增长曲柄一个燃烧室行程的长度，让活塞到达上止点时，以气缸盖接触，可以把废气排出得比较干净。5吸气，排气和火花塞等，需要另行安装，以适应改进的需要，在压缩快要终了时，先将气缸内的全部气体压入滑缸里，在利用凸轮的凸压作用，又将滑缸里的全部气体转压入气缸内爆发。可以保持吸气量，耗油量，压缩比不变的情况下，将曲轴转角10-15°上的爆发时刻，推迟在40°左右上爆发。因在10-15°上爆发，爆发的作用点离上止点很近，力距很小，动力不大，推迟在40°上爆发，爆发的作用点离上止点较远，可以增大力距两倍，就能增大动力两倍。由于吸气量，耗油量转速，时间等没有多花，就能提高功率两倍，除去损失，可提高功率1.5倍，省油30％左右。 

内燃机的爆发时刻，有的是在曲轴转角上止点附近的10-15°上爆发，在什么地方爆发，气体压强很高，就在什么地方产生最大值(即最大动力)随着活塞向下移动，气体压强逐渐降低，做功的力量逐渐减小。因此爆发的地方，是能够影响功率大小的地方，这个地方应该选择在能够起到较高的做功作用的地方，才能产生更高的最大动力(最大值)什么地方为最好呢？以知活塞上爆发的压强是经连杆传给曲轴，在由曲轴转变成能量，传给工作机件做功，曲轴在转变活塞上的能量时，有转变出大，有转变出小，这个原因是活塞产生最大值的时候，即爆发时刻。要作用在曲轴转变力量较大的地方，不要作用在曲轴转变力量小的地方。因为曲轴的转动，是圆周转动，不是向活塞那样作直线运动。因此，曲轴转动在曲轴转角0°上(上止点)是静点部份，不起做功作用。转动在15°上时，做功的作用很小，转动在40°上时，做功的作用较大，转动在90°上时，做功的作用为最大。用下面图1各图来说明这点，以下各图中的：1、为燃烧室，2、活塞，3、气缸，4、连杆，5、曲轴，15、垂直线，16、杠杆。 

1、假设：活塞爆发所产生的气体压强都设为100斤，爆发在图1－1表 示的曲轴转角0°上，由于活塞上的压强是向下压的，作用点以轴心，成垂直线(用虚线15箭头表示)压力好像是吊在杠杆16表示的轴心上，不起做功作用，所做的功是：0(等份)÷5(等份)×100斤(压强)＝0斤，最大值为0，要是没有惯性的力，使曲轴偏转过去，在有多大的能量压给曲轴，曲轴是不会转变出能量来的。等到曲轴受惯性力的作用，使它转动在曲轴转角10°上时，才能做功，但是做功的效果差些。等到曲轴转动到40-90°上时，做功的效果虽然大些，此时活塞上的压强以降低了好些，做功的作用不大，因为活塞上的压强是随活塞向下移动，压强逐渐减小。 

2、假设：在不改变压缩比的情况下，即保持一样多的压缩比，如果爆发时刻选择在图1－2表示的曲轴转角10-15°上(即现在的爆发时刻)由于曲轴作功大小的原理，是杠杆的原理变形应用。因此这100斤压强，作用在10-15°上，作用点的垂直线，相当于在1.5等份上，压强好比吊在杠杆表示的1.5等份上。根据杠杆原理，100斤压力，压在杠杆的一方，杠杆的另一方，就能克服30斤的阻力，即：1.5(等份)÷5(等份)×100斤(压强)＝30斤，也就是说，能做30斤功，产生的最大值为30斤，机械效率为0.3倍。 

3、如果我们在不影响燃烧室容积增大的情况下，也就是说，不使压缩比减少，也不增大的情况下，使爆发时刻在图1－3表示的曲轴转角40°上爆发。作用点的垂直线，相当于在3.5等份上，仍然设气体压强为100斤，这100斤压力，压在杠杆的3.5等份上，杠杆的另一方，就能克服70斤阻力，即3.5(等份)÷5(等份)×100斤(压强)＝70斤的功，有效动力为0.7倍。 

4、保持压缩比不变，爆发在图1－4表示的曲轴转角90°上，作用点的垂直线是在杠杆的5等份上，杠杆的另一方就能克服100斤阻力，即5(等份)÷5(等份)×100(压强)＝100斤的功，爆发产生的最大值为100斤，效率为100％。 

从上面的说明来看，假设：保持压缩比不变的情况下，爆发时刻，选择在曲轴转角不同的角度上爆发，曲轴转变出来的能量是有大有小的。设爆发时产生的最大压强都设为100斤，作用在曲轴上，在图1－1，曲轴产 生的最大值为0斤，在图1－2的最大值为30斤，在图1－3为70斤，在图1－4为100斤，产生的最大值越大，内燃机功率越高。因此，可以使燃烧室容积不增大，保持压缩比不变的情况下，使其爆发时刻改变在曲轴转角40°左右上爆发，比在10-15°上爆发的力量要大一倍，除去损失，预计可以提高功率1.5倍左右，所以提出另一种制造内燃机的新方法。 

改进是以现在的内燃机为基础改进的，用图2表示为现在的内燃机，一、二、三、四表示有四个缸，做四个冲程工作。图3表示为改进的内燃机，即在图2表示的气缸的基础上，将气缸盖改变成活塞，可以上下移动，叫做滑盖，即图中的9又在气缸盖上增加一个缸，叫做滑缸。即图中的10，滑盖的行程，用凸轮来带动。凸轮11安装在滑盖上，用来控制压缩比，这就是所改进的图3，也有四个缸做四个冲程工作。 

下面各图中的1为燃烧室，2活塞，3气缸，4连杆，5曲轴，6进气门，7排气门，8火花塞，9滑盖，10滑缸，11凸轮，12曲轴上的齿轮，13凸轮轴上的齿轮，14传动齿轮。由于是对现在的内燃机作改进，假设所改进的这个内燃机的压缩比为6.6，吸气量设为1(1倍)耗油量为1(1倍)，所以图3的压缩比也为6.6。吸气量和耗油量也应当为1(1倍)以图2的相等，也不增加，也不减少来对比，看那种能提高功率。为此图3气缸的结构，应当以图2的相同，即活塞，气缸，容积，行程，吸气量，耗油量，压缩比…等，照样使用图2的。只是将气缸盖改变成滑盖，多加一个缸，叫做滑缸。滑盖的面积是活塞面积的1.6倍，行程是活塞的0.15倍，如果活塞的行程分为10个等份，滑盖只行1.5个等份(10等份×0.15＝1.5等份)凸轮凸起的凸度，也应当为1.5个等份，用图4来表示，它凸起的1.5等份应以活塞行程的1.5等份相等，也以曲轴转角的角度相等。活塞是直线运动，曲轴和凸轮是园周转动，但是它们的行程是相等的。现在借用图4凸轮的虚线的示意来说明这点，活塞来回运动一次，曲轴和凸轮就转动一转，都是在10个等份上来回运动。曲轴和凸轮转动在40°或320°上，离上止点1.5个等份，相当于活塞从上止点向下行到1.5等份上，借用凸轮的虚线来表示。曲轴或凸轮转动在140°或220°上，离下止点1.5等份，相当于活塞行到8.5等份上，也借用凸轮虚线来指明。曲轴和凸轮转动在90°或270° 上，活塞行到5等份上，转到上止点或下止点，活塞也到上止点或下止点上。虽然一个是直线运动，一个是圆周转动，它们的行程都是相等的。不管转动多少转，它们每转都是各自到达上述所说的位置上。凸轮的大小，按需要来定，如果需要爆发在曲轴转角50°左右上，凸轮必须大些，凸度就会增大。如果需要爆发在30°左右上。凸轮就应当小些，凸度也就小些。凸度大，滑盖的行程大，凸度小，滑盖的行程就小。如果滑盖的行程小，可以增大滑盖的面积来适应。如果滑盖的行程大，可以减小滑盖的面积来适应。凸轮的转动是曲轴上的齿轮来带动，曲轴上的动力，又是活塞爆发的动力来带动，是能够带动的。爆发是在气缸里爆发。压缩快要终了时，先将气缸里的全部气体压入滑缸里。利用凸轮的带动将滑盖压下，滑盖就将滑缸里的气体转压入气缸里爆发，就能保持吸气量，耗油量，压缩比不变的情况下，将曲轴转角10-15°上的爆发时刻，推迟在40°左右上爆发。意思是曲轴转动在上止点附近，没有偏斜度，爆发力不大，要等曲轴转动在40°上，曲轴离开了上止点，有一定的偏斜度，爆发力才大，所以才推迟在40°左右上爆发。 

现将一个气缸分开出来说明做四个冲程的经过，用图5的示意来说明，图中11为凸轮，12曲轴上的齿轮，13凸轮轴上的齿轮，14传动齿轮。传动齿轮的大小，只要能以12和13的齿轮接触，能带动它们转动就行了。12和13的齿轮的直径要相等，齿数也要相等，这样曲轴转动一转，凸轮也要转动一转。在四个冲程当中，滑盖靠它自身的重量，会自动滑下，所以有三个冲程，大多数的时间是在气缸盖的位置上(现用虚线来指明气缸和滑缸的分界线，也就是气缸盖所在的位置)。只有压缩冲程时，气缸内的气体压强逐渐增大，才将它压向上移动，以凸轮接触，行程1.5个等份。如图5-3的示意，压缩终了时，凸轮的凸度，才将它压下，压到原气缸盖的位置上，行程也是1.5个等份。如图5-4的示意，并将滑缸里的全部气体压入气缸内，活塞也下行了1.5个等份，压缩比为6.6(10÷1.5＝6.6)曲轴正好转动在40°上，正是爆发时刻。 

下面来看它们做四个冲程的经过： 

1、吸气冲程： 

图5-1的活塞向下止点运动，凸轮向上转动，进气门开启，做吸气工作，这时滑盖是在原来气缸盖的位置上，活塞到达下止点时，也就是到达曲轴转角180°的位置上，凸轮也转动在曲轴转角320°的位置上，从图5-1变成了图5-2的示意，吸气冲程完毕，吸气量以图2的略为相等，只多吸一个燃烧室容积的吸气量，吸气量多吸一点，有利益提高点功率。为了方便理解，也设吸气量相等，没有多吸，也没有少吸，保持原有的吸气量，耗油量，也不多花，也不少花保持原有的耗油量，吸气冲程完毕。 

2、压缩冲程： 

在压缩冲程的过程中，需要将气缸里的气体压入滑缸里，在将滑缸里的气体转压入气缸里爆发，不需要在滑缸里爆发，尽量减小气体在滑缸里的压缩比，防止爆震现象。 

现在来看它的压缩过程，图5-2的活塞向上止点运动，压缩燃料混合物。以此同时，凸轮也从曲轴转角320°上向140°方向转动，活塞到达上止点时，即到达原来气缸盖的位置上，即虚线表示的地方，才将全部气体压入滑缸里。即压在虚线上面，如图5-3的示意，滑盖从它的下止点(原来气缸盖的地方，即虚线表示的地方)被气体压它向上到上止点，行程1.5个等份。；由于滑盖的面积是活塞面积的1.6倍，滑缸的容积为2.4个等份，即1.5(等份)×1.6(面积)＝2.4(等份)进入滑缸里的气体压缩比为4.2，即10(等份容积)÷2.4(等份容积)＝4.2，压缩比不高，只要不着火，不会发生爆震现象的。活塞又从上止点向下止点运动，行至1等份上时，凸轮也将滑盖压下1个等份，气体以进入气缸内1个等份了，还有0.5个等份(半个等份)的气体还在滑缸里，两个缸的容积加起来为1.8个等份，即气缸的容积为1(等份)×1(面积)＝1，滑缸的容积为0.5(等份)×1.6(面积)＝0.8，用1+0.8＝1.8个等份，压缩比为5.5。即10(等份)÷1.8(等份)＝5.5。压缩比不算很高，只要不着火，是不会发生爆震现象的。活塞又从1等份上继续向下运动至图5-4表示的1.5个等份上时，即在曲轴转角40°左右上，活塞又下行0.5个等份，凸轮也压滑盖下行0.5个等份，一共压下1.5个等份，以活塞下行的1.5个等份相等。滑缸里的全部气体被压进气缸里了，即压到虚线下面，滑盖在原来气缸盖的位置上，即 到达虚线上，距离活塞1.5个等份的距离，气缸内的压缩比为6.6，即10(容积)÷1.5(容积)＝6.6，活塞正好到达曲轴转角40°左右上，压缩冲程完毕，正好适应爆发，做爆发冲程。 

3爆发冲程 

压缩冲程刚一完毕，全部气体以被压入气缸里的0等份至1.5个等份内，以现在的燃烧室容积相等。曲轴转动在40°上，压缩比为6.6，以现在的压缩比相等。吸气量，耗油量为1(1倍)，以现在的略为相等。正好适应点火爆发，爆发的气体猛冲活塞向下止点运动。如图5-5的示意，并推动曲轴转动做功，同时也在冲击滑盖推动凸轮转动做功，因为凸轮的转动，也会带动曲轴转动做功，决不影响凸轮和曲轴的转动。根据图1-2的说明来分析，假设爆发的气体压强设为100斤能量，爆发在曲轴转角10-15°上，由于爆发的作用点离轴心(上止点)很近，力距很小，所做的功为30斤，即0.3倍的有用功。又从图1-3的说明来分析，100斤能量爆发在曲轴转角40°左右上，由于爆发的作用点离轴心(上止点)较远，可以增大力距两倍，就能增大动力两倍，所以能做70斤的功，即0.7倍的有用功，是图1-2的两倍多。一般的机械增大力距，不会提高功率，只能省力，不能省功，但是内燃机以一般的机械不同，它是在什么地方爆发，就在什么地方产生最大动力。因爆发的气体是在爆发的瞬时，猛冲曲轴转动，在由曲轴转变成能量，储存在飞轮和转动的机件上，可以使曲轴转动几转做功，所以增大力距之后，只要吸气量，耗油量，压缩比，转速，时间……等，没有多花，就能提高功率两倍，除去损失，预计可提高功率1.5倍左右。这是爆发冲程的分析，活塞到达下止点时，凸转也转动到320°上，爆发冲程完毕如图5-5的示意。 

4、排气冲程 

图5-5的活塞向上运动，凸轮也从320°上向140°转动，排气门打开，全部废气从排气门排出，活塞到达上止点时，如图5-6的示意，凸轮也转动到140°上，排气冲程完毕。也就转为图5-1的示意了，接着又转做吸气冲程。 

图6是用来表示曲轴和凸轮之间所在的角度上，图中11凸轮，12曲轴 上的齿轮，13凸轮轴上的齿轮，14传动齿轮，它们都是连接的，只要一个转动，其它的全都转动了，要转快全都转快，要转慢全都转慢，保持一定的角度转动。在图6-1的示意里，有两个曲轴在0°上，即上止点，有两个在180°上，即下止点，这时凸轮就分别有两个在140°，有两个在320°上，它们以曲轴转动的距离为40°左右。也就是说，曲轴要先转40°左右的角度，相当于先行1.5个等份。现在又用曲柄来补充表示图6-1的曲轴和凸轮之间所在的位置，这样比较清楚些。如图6-2的示意，即有两个曲轴在上止点(0°)上，有两个在下止点(180°)上时，凸轮就分别有两个在140°上，有两个在320°上，离上止点和下止点40°左右，相当于距离1.5个等份，用线条表示。图6-3表示有两个凸轮又在上止点(0°)，有两个在下止点(180°)上时，曲轴就分别有两个在40°上，即向下行到1.5个等份上，如线条表示的地方，正是爆发所指的地方。有两个在220°上，即向上行到8.5等份上，离下止点也为1.5个等份，曲轴以凸轮之间的距离也还是40°左右，相当于距离1.5个等份，曲轴与活塞还是要比凸轮先行1.5个等份的行程。 

从改进的图样来看，进气和排气和火花塞等，需要另行安装，不管怎样安装，只要有实用性，配合得好，就能提高功率，节省点燃料，否则一切都是白花。曲柄也要增长一个燃烧室行程的长度，让活塞到达上止点时，以原气缸盖接触，以好适应改进的需要，一切都需要结合得好，才能实现理想。由于发动机是高速转动的，惯性很大，动力较好，所以上面说的提高功率的数字，是不可能提高两倍，预计只能提高1.5倍左右，或者1.3倍。不管怎样，它总比不改进的动力好，少耗油，我想是有可靠的，请放心试制试用，以上所写的不一定完全对，希望指教和帮助。 

附图说明

图1是用来表示，保持压缩比不变，推迟爆发在曲轴转角40°左右上，可以增大力距两倍，就能增大动力两倍的分析示意图，图2是内燃机的结构示意图。图3是本设计的凸轮内燃机的结构示意图，图4是凸轮的示意图，图5是凸轮内燃机在做四个冲程的经过示意图，图6是曲轴和凸轮所在的位置示意图。 

Claims (5)

1.一种凸轮型内燃机，其特征在于：①将气缸盖改变成活塞。可以上下移动，叫做滑盖。②又在气缸盖上增加一个缸，叫做滑缸。③凸轮安装在滑盖上，用来控制压缩比，所以叫做凸轮型内燃机，简称凸轮内燃机或叫凸轮发动机。④在曲轴上安装齿轮，用来带动凸轮转动。⑤增长曲柄一个燃烧室行程上的长度，让活塞到达上止点时，以原气缸盖接触。压缩快要终了时，活塞先将气缸里的全部气体压入滑缸内。在利用凸轮的凸压作用，将滑盖压下，又将滑缸里的气体转压入气缸内爆发，可以保持吸气量，耗油量，压缩比不变的情况下爆发在曲轴转角40°左右上。

2.如权利要求1所述的凸轮内燃机的滑盖和滑缸，其特征在于：滑盖是将气缸盖改变成活塞，可以上下移动，叫做滑盖，滑缸是在气缸盖上增加的一个缸，叫做滑缸，滑盖受到凸轮将它压下的作用，可将滑缸里的全部气体压入气缸内爆发。

3.如权利要求1所述的凸轮内燃机的凸轮，其特征在于：凸轮是安装在滑盖上，利用曲轴上的齿轮带动它转动，压缩终了时，它利用凸压的作用，将滑盖压向下移动，并将滑缸里的气体压入气缸内爆发。

4.如权利要求1所述的凸轮内燃机的活塞，其特征在于：活塞到达上止点时，以原气缸盖接触，在排气冲程时，可将废气排出得比较干净。在压缩冲程时，可将气缸内的全部气体压入滑缸里，活塞又从上止点向下止点移动出一个燃烧室的容积时，滑盖又将滑缸里的气体压入气缸内爆发，推动活塞向下止点移动做爆发冲程。

5.如权利要求1所述的凸轮内燃机，爆发在曲轴转角40°左右上，其特征在于：可以保持吸气量，耗油量，压缩比不变的情况下，将曲轴转角10-15°上的爆发时刻，改变在40°左右上爆发，因爆发在10-15°上，爆发的作用点离上止点很近，力距很小，动力不高，爆发在40°左右上，爆发的作用点离上止点较远，可以增大力距两倍，就能增大动力两倍。

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