CN102865137B - 省油发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种省油发动机，包括气缸、活塞、连杆、连杆轴颈和曲轴，其中，活塞的行程为A，曲轴的曲柄长度为A/2，其特征在于：所述曲柄长度加长B，B的范围在5%~42.5%A之间；所述连杆包括上连杆、下连杆和连杆臂，其中，上连杆的下端与下连杆的上端可相互错开，连杆臂和上连杆的上端均与活塞内部的活塞销活动连接，连杆臂下端与下连杆滑动连接；所述连杆的右侧设置有活塞支架，活塞支架的上端与活塞销活动连接，上连杆和活塞支架之间还设置有弹簧；所述连杆的左侧设置有左顶针及其左顶针机构，所述活塞支架的右侧设置有右顶针及其右顶针机构。本发明有效地增大了发动机的输出功率，实现省油的目的。

Description

省油发动机

技术领域

本发明涉及一种往复活塞式发动机，特别是一种省油发动机。

背景技术

目前，传统的四冲程发动机主要包括气缸、曲轴、活塞和连杆，发动机通过气缸内的空气和油燃烧而产生热能，高温高压气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，活塞做功推动连杆运动，从而推动曲轴旋转做功，其中，活塞运行在上下两个止点间的距离称为活塞行程，曲轴中曲柄的长度为活塞行程的一半，发动机曲轴旋转2周完成一次循环，每次循环包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。

根据杠杆原理，在动力一定的情况下，动力臂与其所做的功成正比，而曲轴中的曲柄由于受到活塞行程的限制长度较短，从而影响了动力臂的长度，因此，当同样的动力作用在曲轴的连杆轴颈上时，曲轴所做的功较少，所输出的功率也较低，因而导致油耗较大。

另外，当压缩行程完成，此时活塞到达上止点，燃烧时气缸内的气体具有最高的膨胀压力，但由于活塞、连杆、曲柄及主轴颈几乎都在一条直线上而不能对曲轴的旋转中心形成有效的力矩，因此导致最高膨胀压力时力的作用效果较差，机械效率较低。

发明内容

本发明提供了一种省油节能、输出功率大、机械效率高的省油发动机。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种省油发动机，包括气缸、活塞、连杆、连杆轴颈和曲轴，其中，活塞的行程为A，曲轴的曲柄长度为A/2，其特征在于：

所述曲柄长度加长B，B的范围在5%~42.5%A之间；

所述连杆包括上连杆、下连杆和连杆臂，其中，上连杆的下端与下连杆的上端可相互错开，连杆臂和上连杆的上端均与活塞内部的活塞销活动连接，连杆臂的下端与下连杆滑动连接；

所述连杆的右侧设置有活塞支架，活塞支架的上端与活塞销活动连接，上连杆和活塞支架之间还设置有弹簧；

所述连杆的左侧设置有左顶针及其左顶针机构；

所述活塞支架的右侧设置有右顶针及其右顶针机构。

所述活塞支架的右下侧设有架座；

所述左顶针机构包括左主动链轮、左从动链轮、左链条、左轴承A、左轴承B、左支杆A、左支杆B、左转轴、左轴承C、左轴承D、左连杆、左顶针和左套筒，其中，左主动链轮设在发动机后端的输入轴上，左从动链轮设在左转轴上，左链条分别与左主动链轮和左从动链轮啮合；左从动链轮前面依次设有与其同中心转轴的左轴承A和左轴承B，左轴承A和左轴承B分别通过左支杆A和左支杆B固定连接在发动机的左侧；左转轴的前端与左轴承C中心轴的后端固定连接；左轴承C与左轴承D通过左连杆固定连接；左轴承D中心轴的后端与左顶针左端固定连接；左顶针设于上连杆的左侧，中部贯穿于左套筒内。

所述右顶针机构包括右主动链轮、右从动链轮、右链条、右轴承A、右轴承B、右支杆A、右支杆B、右转轴、右轴承C、右轴承D、右连杆、右顶针和右套筒，其中，右主动链轮设在发动机后端的输入轴上，右从动链轮设在右转轴上，右链条分别与右主动链轮和右从动链轮啮合；右从动链轮前面依次设有与其同中心转轴的右轴承A和右轴承B，右轴承A和右轴承B分别通过右支杆A和右支杆B固定连接在发动机的右侧；右转轴的前端与右轴承C中心轴的后端固定连接；右轴承C与右轴承D通过右连杆固定连接；右轴承D中心轴的后端与右顶针右端固定连接；右顶针设于上连杆的右侧，中部贯穿于右套筒内。

活塞处在上止点且上连杆与下连杆在一条直线上时，曲柄与下连杆在连杆轴颈处所形成的内角为β，β的角度范围在75° ~160°之间。

以上结构的省油发动机，曲柄的长度增加了B，且通过将上下连杆错开确保活塞的行程仍保持为A，如此一来，进入气缸中的空气总量与行程为A的发动机相比吸入的空气总量相等，油耗相等，产生的热能相等，因此，活塞做功时仍以相同的力作用在连杆轴颈上，因此，根据杠杆原理，动力不变，动力臂增长，曲轴做功变大，扭矩也相应变大，从而有效地增大了发动机的输出功率；同时，活塞处在上止点时，曲柄与连杆形成一定的角度，因而做功时膨胀压力对曲轴的旋转中心形成一定的力矩，有效提高了力的输出效果，进一步增大了发动机的输出功率，实现了省油的目的。

附图说明

图1是本发明活塞处在上止点时的结构示意图；

图2是本发明曲柄旋转至最高点时的结构示意图；

图3是左顶针机构和右顶针机构的俯视结构示意图；

图中，曲柄1，连杆轴颈2，左顶针3，连杆4，气缸5，活塞6，活塞支架7，弹簧8，右顶针9，架座10，活塞销11，主轴颈12，发动机13，输入轴14，左套筒301，左轴承D302，左轴承C303，左轴承B304，左从动链轮305，左连杆306，左顶针307，左转轴308，左支杆B309，左支杆A310，左轴承A311，左链条312，左主动链轮313，连杆臂401，上连杆402，下连杆403，右套筒901，右轴承D902，右轴承C903，右轴承B904，右从动链轮905，右连杆906，右顶针907，右转轴908，右支杆B909，右支杆A910，右轴承A911，右链条912，右主动链轮913。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

图1所示，是本发明的结构示意图，包括气缸5、活塞6、连杆4、连杆轴颈2、曲柄1、左顶针3和右顶针9，其中，活塞6的行程为A，曲柄1长度为A/2+B，B的范围在5%~42.5%A之间；连杆4包括上连杆402、下连杆403和连杆臂401，其中，结合图3所示，上连杆402的下端与下连杆403的上端可相互错开，连杆臂401和上连杆402的上端均与活塞内部的活塞销11活动连接，下端可沿着下连杆403上下滑动；所述连杆4的右侧设置有活塞支架7，活塞支架7的上端与活塞销11活动连接，上连杆402和活塞支架7之间还设置有弹簧8；所述活塞支架7的右下侧设有可支撑活塞支架7的架座10；所述连杆4的左侧设置有左顶针307及其左顶针机构3，所述活塞支架7的右侧设置有右顶针907及其右顶针机构9。

图3所示，是左顶针机构3和右顶针机构9的俯视结构示意图，所述左顶针机构3包括左主动链轮313、左从动链轮305、左链条312、左轴承A311、左轴承B304、左支杆A310、左支杆B309、左转轴308、左轴承C303、左轴承D302、左连杆306、左顶针307和左套筒301，其中，左主动链轮313设在发动机13后端的输入轴14上，左从动链轮305设在左转轴308上，左链条312分别与左主动链轮313和左从动链轮305啮合；左从动链轮305前面依次设有与其同中心转轴的左轴承A311和左轴承B304，左轴承A311和左轴承B304分别通过左支杆A310和左支杆B309固定连接在发动机13的左侧；左转轴308的前端与左轴承C303中心轴的后端一侧固定连接；左轴承C303与左轴承D302通过连杆固定连接；左轴承D302中心轴的后端与左顶针307左端固定连接；左顶针307设于上连杆402的左侧，中部贯穿于左套筒301内；当输入轴14受到曲轴驱动而转动时，左主动链轮313随之转动，驱动左从动链轮305转动，左从动链轮305带动左转轴308转动，左轴承A311、左轴承B304和左轴承C303随着左转轴308转动，左轴承C303的转动通过左轴承D302带动左顶针307往复运动。

所述右顶针机构9包括右主动链轮913、右从动链轮905、右链条912、右轴承A911、右轴承B904、右支杆A910、右支杆B909、右转轴908、右轴承C903、右轴承D902、右连杆906、右顶针907和右套筒901，其中，右主动链轮913设在发动机13后端的输入轴14上，右从动链轮905设在右转轴908上，右链条912分别与右主动链轮913和右从动链轮905啮合；右从动链轮905前面依次设有与其同中心转轴的右轴承A911和右轴承B904，右轴承A911和右轴承B904分别通过右支杆A910和右支杆B909固定连接在发动机13的右侧；右转轴908的前端与右轴承C903中心轴的后端一侧固定连接；右轴承C903与右轴承D902通过连杆固定连接；右轴承D902中心轴的后端与右顶针907右端固定连接；右顶针907设于上连杆402的右侧，中部贯穿于右套筒901内；当输入轴14受到曲轴驱动而转动时，右主动链轮913随之转动，驱动右从动链轮905转动，右从动链轮905带动右转轴908转动，右轴承A911、右轴承B904和右轴承C903随着右转轴908转动，右轴承C903的转动通过右轴承D902带动右顶针907往复运动。

本发明的发动机工作原理为：

（1）排气冲程：活塞6自下止点移动至上止点，当达到上止点时，如图1所示，上连杆402和下连杆403处于同一直线上，此时连杆4与曲柄1在活塞6的左下侧形成内角β，然后活塞支架7被弹簧8弹入至架座10上面，然后左顶针3中的左顶针307将上连杆402向右顶开使上连杆402与下连杆403形成错位，而活塞6由于受到活塞支架7的支撑而不会产生下滑，曲柄1继续旋转，下连杆403继续运动，与上连杆402形成错位，连杆臂401沿着下连杆403向下协调滑动，直至曲柄1旋转至最高点；

（2）吸气冲程：曲柄1自最高点向下旋转，当下连杆403在活塞6的右下侧与曲柄于连杆轴颈2处形成内角β时，弹簧8将上连杆402推回至与下连杆403呈一条直线的位置，然后右顶针9中的右顶针907将活塞支架7向左顶出架座10之外，此时，活塞6不再受到活塞支架7的支撑，当曲柄1继续向下旋转时，活塞6自上止点开始向下移动，曲柄1旋转至最低点后，活塞6移动至下止点。

（3）压缩冲程：活塞6自下止点移动至上止点，当到达上止点时，下连杆403在活塞6的左下侧与曲柄1形成内角β，活塞支架7被弹簧8弹入至架座10上面，然后左顶针3中的左顶针307将上连杆402向右顶开使上连杆402与下连杆403形成错位，而活塞6由于受到活塞支架7的支撑而不会产生下滑，曲柄1继续旋转，下连杆403继续运动，连杆臂401沿着下连杆403向下协调滑动，直至曲柄1旋转至最高点；

（4）做功冲程：曲柄1自最高点向下旋转，当下连杆403在活塞6的右下侧与曲柄1形成内角β，弹簧8将上连杆402推回至与下连杆403呈一条直线的位置，然后右顶针9中的右顶针907将活塞支架7向左顶出架座10之外，此时再进行喷油或点火，活塞6的最高膨胀压力作用在连杆4与曲柄1于连杆轴颈2处形成内角β时输出，与传统发动机比较，活塞6的最高膨胀压力作用在连杆4、曲柄1和主轴颈12几乎呈一条直线时输出，力的输出效果更好。其中，内角β的范围在75° ~160°之间。

用传统发动机和本发明改进后的发动机提升沙袋做功为例，传统的发动机和本发明的发动机分别带动一个有凹槽的轮子，在轮子上空6米高的地方装一个吊轮，轮子中系一根绳子，轮子中的绳子穿过吊轮；绳子一端绑着轮子，另一端绑着沙袋。将发动机的转速均设置为1000转/min，油量不变。

实验数据比较：

	传统发动机	实施例1
			活塞行程	4cm	4cm
曲柄长度	2cm	3cm
			缸径	5cm	5cm
β	178°	105°
			提升的沙袋重量	16kg	24kg

从上述对比实验可以看出，活塞行程不变，将曲柄1加长50%，即25%A，根据杠杆原理，动力不变，动力臂增长，扭矩变大，发动机的功率也相应提高，且当刚燃烧时，最大的膨胀压力作用在连杆轴颈2上，而此时连杆4与曲柄1所形成的内角β为105°，更有利于动力的传输，可有效地增大发动机的输出功率，因此，实施例1的发动机提升的沙袋重量大于传统发动机所提升的沙袋重量。

本发明人在将行程加长5%~25%A以及25%~42.5%A的范围内也做了相关实验，改进后的发动机在转速为1000转/min、耗油量与传统发动机相同时可以提升的沙袋重量均大于16kg，因此，当B设置在5%~42.5%A的范围内时，本发明的发动机均可以有效地提升功率，实现省油的目的。

Claims (3)

1.一种省油发动机，包括气缸、活塞、连杆、连杆轴颈和曲轴，其中，活塞的行程为A，曲轴的曲柄长度为A/2，其特征在于：

所述曲柄（1）长度加长B，B的范围在5%~42.5%A之间；

所述连杆（4）包括上连杆（402）、下连杆（403）和连杆臂（401），其中，上连杆（402）的下端与下连杆（403）的上端可相互错开，连杆臂（401）和上连杆（402）的上端均与活塞内部的活塞销（11）活动连接，连杆臂（401）的下端与下连杆（403）滑动连接；

所述连杆（4）的右侧设置有活塞支架（7），活塞支架（7）的上端与活塞销（11）活动连接，上连杆（402）和活塞支架（7）之间还设置有弹簧（8）；

所述连杆（4）的左侧设置有左顶针（307）及其左顶针机构（3），所述左顶针机构（3）包括左主动链轮（313）、左从动链轮（305）、左链条（312）、左轴承A（311）、左轴承B（304）、左支杆A（310）、左支杆B（309）、左转轴（308）、左轴承C（303）、左轴承D（302）、左连杆（306）、左顶针（307）和左套筒（301），其中，左主动链轮（313）设在发动机（13）后端的输入轴（14）上，左从动链轮（305）设在左转轴（308）上，左链条（312）分别与左主动链轮（313）和左从动链轮（305）啮合；左从动链轮（305）前面依次设有与其同中心转轴的左轴承A（311）和左轴承B（304），左轴承A（311）和左轴承B（304）分别通过左支杆A（310）和左支杆B（309）固定连接在发动机（13）的左侧；左转轴（308）的前端与左轴承C（303）中心轴的后端固定连接；左轴承C（303）与左轴承D（302）通过左连杆（306）固定连接；左轴承D（302）中心轴的后端与左顶针（307）左端固定连接；左顶针（307）设于上连杆（402）的左侧，中部贯穿于左套筒（301）内；

所述活塞支架（7）的右侧设置有右顶针（907）及其右顶针机构（9），所述右顶针机构（9）包括右主动链轮（913）、右从动链轮（905）、右链条（912）、右轴承A（911）、右轴承B（904）、右支杆A（910）、右支杆B（909）、右转轴（908）、右轴承C（903）、右轴承D（902）、右连杆（906）、右顶针（907）和右套筒（901），其中，右主动链轮（913）设在发动机（13）后端的输入轴（14）上，右从动链轮（905）设在右转轴（908）上，右链条（912）分别与右主动链轮（913）和右从动链轮（905）啮合；右从动链轮（905）前面依次设有与其同中心转轴的右轴承A（911）和右轴承B（904），右轴承A（911）和右轴承B（904）分别通过右支杆A（910）和右支杆B（909）固定连接在发动机（13）的右侧；右转轴（908）的前端与右轴承C（903）中心轴的后端固定连接；右轴承C（903）与右轴承D（902）通过右连杆（906）固定连接；右轴承D（902）中心轴的后端与右顶针（907）右端固定连接；右顶针（907）设于上连杆（402）的右侧，中部贯穿于右套筒（901）内。

2.根据权利要求1所述的省油发动机，其特征在于：

所述活塞支架（7）的右下侧设有架座（10）。

3.根据权利要求1所述的省油发动机，其特征在于：

活塞（6）处在上止点且上连杆（402）与下连杆（403）在一条直线上时，曲柄（1）与连杆（4）在连杆轴颈（2）处所形成的内角为β，β的角度范围在75° ~160°之间。

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