CN114776444A

CN114776444A - 一种高效率内燃机

Info

Publication number: CN114776444A
Application number: CN202210435310.0A
Authority: CN
Inventors: 门立山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-04-24
Filing date: 2022-04-24
Publication date: 2022-07-22

Abstract

一种高效率内燃机，包括曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、点火系、润滑系、冷却系、启动系，有成对的压气气缸和做功气缸，对应的压气活塞与做功活塞同步到达上止点与下止点，所述压气气缸上方的缸盖上有压气进气门、压气排气门，所述做功气缸上方的缸盖上有做功进气门、做功排气门、火花塞或者喷油嘴。所述做功气缸的下半段的外表面有散热片和循环水，所述做功气缸的下半部分的圆周上有若干排气口，若干排气口的延伸管道端连接到主排气管，压气气缸的压缩气体输入到做功气缸做功。本发明降低了排气口温度，提高了效率，具有四冲程和二冲程发动机的优点，摒弃了四冲程和二冲程发动机的缺点。

Description

一种高效率内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种高效率内燃机。

背景技术

现行的内燃机有二冲程和四冲程两种，四冲程内燃机曲轴每旋转两周，经历进气、压缩、做功、排气四个冲程完成一个工作循环，而二冲程内燃机只需要曲轴转动一周、经历两个冲程即可完成一个工作循环，冷却系统一般都采用风冷，所以在结构上比四冲程发动机更简单。理论上二冲程发动机的功率应是四冲程发动机的两倍，但是，二冲程内燃机的进气是通过曲轴箱扫气进入的，扫入气体中有汽油、空气，还有机油，导致燃烧不充分，污染严重。二冲程内燃机由于在下止点前65—75°CA就开始排气，有效作功行程减小，热效率低于四冲程发动机，燃料消耗率较高。四冲程内燃机燃烧充分，但是，排气口与进气口都设置在缸盖上，热爆发也是在该空间区域，致使汽车排气管温度达到800-1000℃。根据热机效率公式：η=1-Tc/Th, Tc为热机低温端的绝对温度、Th为热机高温端的绝对温度值；四冲程内燃机的低端温度Tc较高，影响了效率。

发明内容

本发明的发明目的在于：发明一种克服二冲程内燃机和四冲程内燃机的缺点、保持二冲程内燃机和四冲程内燃机优点的高效率内燃机。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高效率内燃机，所述内燃机包括曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、点火系、润滑系、冷却系、启动系。所述曲柄连杆机构包括气缸体、曲轴箱、缸盖、活塞、连杆、曲轴、飞轮；所述配气机构包括进气门、排气门、凸轮轴、正时轮、正时带；所述燃料供给系包括油箱、油泵、化油器和进排气管；所述点火系包括火花塞、点火线圈、分电器；所述润滑系包括机油、机油泵、机油滤清器、润滑油道；所述冷却系包括水泵、散热器、风扇、水套；所述启动系包括启动电机、电瓶、充电用发电机；所述内燃机的气缸是成对设置的，其中一个称为压气气缸，另一个称为做功气缸；与所述压气气缸连接的有压气活塞、压气连杆、压气曲轴，所述压气活塞上有活塞环，所述压气气缸上方的缸盖上有压气进气门、压气排气门；与所述做功气缸连接的有做功活塞、做功连杆、做功曲轴，所述做功活塞上有活塞环，所述做功气缸上方的缸盖上有做功进气门、做功排气门、火花塞或者喷油嘴，所述做功排气门的出口连接一排气管道至排气主排气管；所述做功气缸有是一体的，所述做功气缸的上半段同普通气缸，下半段的外表面有散热片，所述散热片的周围有循环水，所述循环水的外围是内机体；所述做功气缸的下半部分的圆周上有若干排气口，若干所述排气口的中心分布在所述做功气缸的下半部分的同一个径向平面内，所述排气口的位置是：当所述做功活塞移动至下止点时露出所述排气口的全部；若干所述排气口向外有排气支管像辐条似的沿所述做功气缸径向穿过循环水向外延伸，延伸的末端都与一个集气管并接到一起，所述集气管再向外连接有主排气管，所述主排气管包括排气歧管、催化转换器、消声器、排气尾管；所述成对的压气气缸与做功气缸的对数有1——25对；所述若干排气支管内有盘旋的热管，所述热管的另一端密封穿过所述排气支管后浸入所述排气支管外围的循环水里；所述做功活塞下方与所述排气口接触的位置有堵塞块，使得所述做功活塞移动至上止点时不露出所述排气口，所述堵塞块与所述做功活塞接触表面是紧贴着的圆弧面形状，所述圆弧面形状上有适应其圆弧形状的活塞环；所述成对的压气气缸与做功气缸的排列形式是直列式、V型、W型、对置型，所述直列式、V型、W型式的排列压气气缸与做功气缸的曲轴是同一个曲轴，所述曲轴的外侧有曲轴正时轮，所述曲轴正时轮跨过正时带连接到缸盖正时轮，所述缸盖正时轮中间连接有凸轮轴，所述凸轮轴通过若干凸轮轴支架进行轴固定，在所述凸轮轴上有压气气缸的进气凸轮、压气气缸的出气凸轮、做功气缸的进气凸轮、做功气缸的出气凸轮，分别控制着所辖的压气进气门、压气排气门、做功进气门、做功排气门；所述V型排列式有两个缸盖、两个缸盖正时轮、两个凸轮轴，所述W型排列式有三个缸盖、三个缸盖正时轮、三个凸轮轴，凸轮轴上的凸轮控制所辖的压气进气门、压气排气门、做功进气门、做功排气门的开合；所述压气气缸与做功气缸的对置型排列只有一个缸盖，两个气缸分列在缸盖的两边，两个曲轴分列在缸盖的两边，两个曲轴的同侧有链轮、链条将两个曲轴同步转动方向连接起来，活塞从两个方向同时撞击缸盖，缸盖内部有进气、排气管路，所述压气进气门、压气排气门、做功进气门、做功排气门斜着分布在所述缸盖圆周外侧、所述各气门通过摇臂、推杆、挺柱连接到所辖凸轮；所述压气曲轴与做功曲轴的移动初相角相同，即所述压气曲轴与做功曲轴同时到达上止点，同时到达下止点；所述做功曲轴与做功连杆长度之和比压气曲轴与压气连杆长度之和短，由此引起的结果是：当所述压气活塞到达上止点时，所述压气活塞与压气气缸包围的体积为零，所述做功活塞与做功气缸包围的体积不为零，所述压气气缸的气体通过压气排气门向外在缸盖内部的一个气体管道联通到做功进气口，所述做功进气口联通到做功进气门，当所述压气活塞到达上止点时，所述压气气缸的高压气体跑到做功气缸了；该配置的凸轮配气机构的启闭顺序是：在所述压气活塞与做功活塞从下止点往上移动至多半冲程位置的过程中，所述压气进气门、压气排气门是关闭的，所述做功进气门关闭，做功排气门开启，此过程所述压气气缸在压缩空气，做功气缸通过做功排气门排出前一行程爆发产生的废气；在所述压气活塞与做功活塞从多半冲程位置往上移动至上止点的过程中，所述压气进气门关闭、压气排气门开启，所述做功进气门开启，做功排气门关闭，此过程所述压气气缸内的气体通过缸盖内部的一个气体管道流向所述做功气缸；在所述压气活塞与做功活塞到达上止点的那一时刻，所述压气活塞与压气气缸包围的体积为零，所述做功活塞与做功气缸包围的体积为符合额定压缩比规定的额定体积；当所述压气活塞与做功活塞从上止点往下止点移动时，所述压气进气门开启，压气排气门关闭，所述做功进气门关闭，做功排气门关闭，此过程是所述压气气缸吸气、做功气缸爆发的过程；所述压气进气门的气道前方有化油器、空气滤清器、进气口，此型式的所述做功气缸的缸盖上有火花塞；所述压气进气门的气道前方或者有空气滤清器、进气口，此型式的所述做功气缸的缸盖上有喷油嘴。在所述压气排气门与做功进气门的气体管道之间，可以串接一个绝热的高压储气罐，所述高压储气罐的进气口有阀门，阀门受一个弹簧压力，使得进气有一个阈值，进气口气体压力低于该阈值时不能进入，并且进气口的气体不回流；加入高压储气罐后的所述凸轮配气机构的启闭顺序是：当所述压气活塞与做功活塞从下止点往上移动至接近上止点时，所述压气进气门关闭、压气排气门开启，所述做功进气门关闭，做功排气门开启，此过程压气气缸压气、做功气缸排废气，当压气气缸的压力高于所述高压储气罐的进气口阀门阈值时就向所述高压储气罐充气；当所述压气活塞与做功活塞处于上止点时位置时，所述压气进气门关闭、压气排气门开启，所述做功进气门开启，做功排气门关闭；当所述压气活塞与做功活塞从上止点移动使做功曲轴产生15°转角内的某一时刻，所述压气进气门开启、压气排气门关闭，所述做功进气门开启、做功排气门关闭，本过程结束时刻所述做功进气门关闭、做功排气门关闭，火花塞开始点火（或者喷油嘴喷油），此过程是压气气缸吸气、做功气缸爆发，直到移动到下止点结束；所述高压储气罐、压气气缸、缸盖、压气排气门与做功进气门的气体管道的外围都包裹或者涂覆有保温材料，所述压气活塞的上圆表面也包裹或者涂覆有保温材料。所述做功气缸可以分为上气缸和下气缸两部分，两部分的交界面间呈凸凹结构的摞在一起的，交界面上有绝热垫片；所述做功气缸的上气缸外表面是散热翅片，所述散热翅片的外围是空气，所述空气的外围是内机体，所述上气缸和下气缸的外围交界的地方是绝热的隔水的密闭的刚体片，所述下气缸的结构与原所述做功气缸的下半段相同；在上气缸外表面的散热翅片上安装有感温探头，所述感温探头控制一个风机运转，所述风机的一端接到气体循环管道的一端伸到散热翅片使热空气循环至机体外某位置，所述风机的另一端接到另一气体循环管道伸到机体外的另一位置。所述压气气缸、做功气缸的长度是类似功率的通常内燃机的类似结构的气缸长度的1——5倍。加长了的所述压气气缸、做功气缸对应的所述连杆、曲轴半径相应加长，所述连杆还可以由两节构成，称为第一节连杆和第二节连杆，与缸盖相对的气缸的另一端安装有支架，所述支架的中心为气缸的圆心，所述支架的末端固定在所述内机体上，在所述支架的中心布置有导轨轴承，所述第二节连杆中间段的大小形状为圆形的长轴正好穿过所述导轨轴承，所述第二节连杆的一端与气缸内的活塞轴固定，另一端通过滚轴与第一节连杆的一端连接，所述第一节连杆的另一端轴接到曲轴上。所述压气气缸及其压气活塞的内径是所述做功气缸及其做功活塞的内径的1——2倍。

本发明的工作原理为：1、设置了两个气缸，对应的两个活塞同相位工作，其中一个压气缸专门压缩气体，完成四冲程内燃机的吸、压冲程；另一个气缸专门做功，完成四冲程内燃机的爆、排冲程。既保留了四冲程吸、压、爆、排四个过程，又具有了二冲程内燃机的曲轴旋转360°角度就能完成一个循环，增大了四冲程内燃机的功率。现在一般是电子式喷油泵，喷油嘴或者化油器是电子控制的。2、具有四冲程的压气特点，但将四冲程的主排气口从上止点挪到了下止点。原来四冲程排气口是喷油爆发的高温区，排气口温度低不下来，有的排气管温度接近1000℃。本发明的主排气口在下止点，下止点没有热源，气缸的排气口多，周围体积大、气体膨胀快，气缸下部降温显著，提高了效率。设计了两种结构形式的做功气缸：（1）做功气缸为一个气缸，适用于功率大的内燃机，燃油在汽缸盖燃烧的热量多、温度高，只能在气缸上部外就设置循环水降温，才能保证做功气缸不受损失；（2）做功气缸为两个气缸，分为上气缸和下气缸，适用于功率较小的内燃机，燃油在汽缸盖燃烧的热量较少，像较小功率的二冲程内燃机一样。将上气缸加保温材料包裹，将下气缸散热，目的提高做功气缸上止点到下止点温差，提高效率。（A）在上气缸外围通过添加散热翅片进行空气循环散热，散热翅片上加有感温探头，所述感温探头控制一个风机运转：温度不高时风机不转，温度高到一定程度风机转动，空气开始在散热翅片中循环，然后向外散热；如果温度再高风机运转再快一些。(B)上气缸和下气缸的交界面间呈凸凹结构的摞在一起的，上气缸和下气缸的外围交界的地方是绝热的隔水的密闭的刚体片，交界面间加有绝热垫片，其作用是减少上气缸和下气缸的热传导。(C)在下气缸的外围有散热片，散热片浸在循环水中，各气缸外围的循环水的受控于循环水管道的水泵。(D) 热管的导热效果非常好，在若干排气支管内添加了有助于散热的盘旋的承受住烟气风吹强度的热管，热管的另一端密封穿过排气管浸入循环水中，用足够多的热管，热管与循环水仅隔着排气支管的器壁，传递距离近，使排气支管气体温度接近循环水温度，本发明排气支管温度估测为100-300℃，加多热管肯定能够实现。相比普通汽车排气管温度达到800-1000℃，本发明低温端Tc温度降低显著，根据η=1-Tc/Th，本发明明显提高了效率。3、本发明所述曲轴长度与连杆长度比值是通常典型内燃机的曲轴长度与连杆长度比值的1——5倍，其目的是延伸气缸的长度，从而拉大了上止点高温区与下止点低温区的距离，由于下止点的气缸处于循环水降温区，使得气缸内的上下温差加大，即：热机高温端Th与低温端Tc的温差加大，根据热机效率公式：η=1-Tc/Th，提高了热机效率。当气缸加长的足够长时，连杆的长度不能低于气缸的长度，也需要加长，曲轴半径也需要加长，这样运转时，一节连杆的情况下有可能产生连杆与气缸内壁碰撞的现象。所以，通过两节连杆可以有效避免此现象发生。4、设计做功排气门是排出做功气缸残余废气的，因为做功爆发后活塞到达下止点前，大多数高温烟气通过做功气缸下方设置的排气口通过主排气管排出了，残余的低压烟气，在做功活塞向上移动至多半冲程位置的过程中，通过做功进气门排出（此时做功进气门是开启的）。5、所述做功进气门的进口管道与所述压气排气门的出口气体管道的连接方式有两种：其一是是直接联通的，这时，当做功活塞从多半冲程位置往上移动至上止点的过程中，需要考虑将压气气缸的气体向做功气缸排放了，所以，压气气缸继续压气，压气排气门开启、做功进气门开启，做功排气门关闭。在压气气缸的气体向做功气缸排放时，压气气缸的气体压强可能降低，做功气缸的气体压强逐渐增高，压气活塞与做功活塞都会对曲轴产生反作用阻力。所述的“多半冲程位置”具体是多少，需要实验确定。为了减少压气气缸的气体向做功气缸排放时可能产生的曲轴受力的不均匀现象，所述做功进气门的进口气体管道与所述压气排气门的出口气体管道的连接方式其二是在所述压气排气门与做功进气门的气体管道之间，或者另外串接一个绝热的高压储气罐。这样，压气气缸向高压储气罐充气，高压储气罐向做功气缸放气，两气缸及其活塞工作互不影响了。对具有若干对压气气缸与做功气缸的内燃机，外接一个绝热的高压储气罐是有必要的，可以缓冲由于各个气缸由于参数不均（例如磨损）而产生的气压不平衡现象。所述压气气缸及其压气活塞的内径是所述做功气缸及其做功活塞的内径的1——2倍，其面积、体积就增加了1——4倍，其目的增加进气供氧量，充分燃烧，达到“涡轮增压”效果。

本发明的有益效果为，1.设置了两个气缸同步同初位相工作，既有二冲程内燃机的曲轴旋转360°角度就能完成一个循环，又有四冲程吸、压、爆、排四个过程，克服了二冲程内燃机的新鲜气体混入烟气效率低的缺点，克服了四冲程内燃机的气缸排出端温度高效率低的缺点。2.将四冲程内燃机的排气口挪到靠近下止点的位置，比二冲程内燃机的地方排气口位置还要往下些，压气缸的上方爆发燃气的区域与排气口距离加大了，有意的加长了气缸的长度，下止点的气缸处于循环水降温区，采取将做功气缸分成两段、上气缸散热翅片降温、下气缸循环水降温、多排气口、排气支管加热管等手段，使得排气口温度比原四冲程内燃机温度非常大的降低，增大了上止点高温区Th与下止点低温区Tc的温差，根据热机效率公式：η=1-Tc/Th，提高了热机效率。3.具有 “涡轮增压”的效果，产生更强的动力。

附图说明

图1为本发明活塞处于下止点的结构示意图。

图2为本发明活塞处于上止点、添加有高压储气罐的结构示意图。

图3为本发明的做功气缸分为上气缸和下气缸两部分的结合部结构示意图。

图4为本发明的气缸为对置排列时的结构示意图。

图5为本发明的两对长气缸直列式排列时的结构原理示意图。

图6为本发明的加长的气缸应用两节连杆的结构原理示意图。

图7为本发明有堵塞块的做功活塞的部分结构原理示意图。

图中：1.机体，2.缸盖，3.压气曲轴，4.压气连杆，5.压气活塞，6.活塞环，7.飞轮，8.正时带，9.曲轴正时轮，10.缸盖正时轮，11.压气气缸，12.内机体，13.上气缸，14.散热翅片，15.下气缸，16.散热片，17.热管，18.主排气管，19.堵塞块，20. 做功曲轴，21.做功连杆，22.做功活塞，23.凸轮轴，24.凸轮轴支架，25.压气气缸的进气凸轮，26.压气气缸的出气凸轮，27.做功气缸的进气凸轮，28.做功气缸的出气凸轮，29.曲轴轴承，30.机油，31.循环水，32.做功进气门摇臂，33.压气进气门，34.压气排气门，35.做功进气门，36.做功排气门，37.火花塞（或者喷油嘴），38.集气管，39. 做功排气门摇臂，40.压气进气门摇臂，41.压气出气门摇臂，42.高压储气罐，43.压气第二连杆，44.做功第二连杆，45.排气口，46.压气支架，47.做功支架，48.压气滚轴, 49.做功滚轴，50.小活塞环，51.通气孔，52.排气管，53.保温材料，54.进气阀门，55.弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。图1为本发明的一种高效率内燃机，压气活塞5与做功活塞处于下止点的结构示意图。图1为本发明活塞处于下止点的结构示意图。该实施例是压气排气门34与做功进气门35的气体管道是直接联通的，此时排气口45是暴露的。图2为本发明活塞处于上止点、添加有高压储气罐42的结构示意图。该实施例的压气排气门34与做功进气门35的气体管道之间串接一个绝热的高压储气罐42，高压储气罐42的进气口有进气阀门54，进气阀门54受一个弹簧55压力，使得进气有一个阈值，进气口气体压力低于该阈值时不能进入，并且进气口的气体不回流。图2状态的做功活塞22上的堵塞块19将下气缸上的排气口45堵塞了，只有当做功活塞22处于下止点时才暴露出排气口45。图1、2中其它部件结构相同。图1、2中机体1有两个平行直列式气缸——压气气缸11和做功气缸，曲轴箱内有机油30，飞轮7的惯性保持曲轴运行的连贯性，压气气缸11连接的有压气活塞5、压气连杆4、压气曲轴3，压气活塞5上有活塞环6，压气气缸11上方有缸盖2，缸盖2上有压气气缸的进气凸轮25、压气气缸的出气凸轮26、做功气缸的进气凸轮27、做功气缸的出气凸轮28，上述凸轮分别控制着各自的压气进气门33、压气排气门34、做功进气门35、做功排气门36的动作，机体1通过曲轴轴承29轴固定着压气曲轴3与做功曲轴20。在压气气缸11、高压储气罐42的外围都包裹或者涂覆保温材料53，缸盖2、压气排气门34与做功进气门35的气体管道的保温材料在图中没有示出。与所述做功气缸连接有做功活塞22、做功连杆21、做功曲轴20，做功活塞22上有活塞环，本发明的做功气缸有两种结构：其一是一体的，做功气缸的上半部分同普通气缸，下半部分同图1、2的下气缸15；其二是做功气缸分为上气缸13和下气缸15两部分。图1、2中的实施例的做功气缸分了上气缸13和下气缸15两部分。上气缸13和下气缸15交界面间呈凸凹结构的摞在一起的，见图3所示，图3的上气缸13的标注直线指的是上气缸13凸圆位置，下气缸15的标注直线指的是下气缸15凹圆位置，在凸圆凹与圆的交界面间有绝热垫片，交界面间的径向外侧有支撑内机体12镶嵌，交界面间与其适应的绝热垫，这样保持上气缸13和下气缸15的温度差大，进而使热机高温端温度Th与热机低温端温度Tc增大，提高热机效率。

图1、2中的上气缸13外围是散热翅片14，散热翅片14的外围是空气，所述空气的外围是内机体12；在散热翅片14上安装有感温探头，所述感温探头控制一个风机运转，所述风机通过气体循环管道的一端伸到散热翅片使空气循环至机体外某位置，所述风机通过气体循环管道的另一端伸到机体外另一位置。所述做功气缸的下气缸15的外围是贮存循环水31的空间，循环水31的外围是内机体12；下气缸15外表面是散热片16，散热片16周围有循环水31；上气缸13和下气缸15的外围交界的地方是绝热的隔水的密闭的刚体片。上气缸13的缸盖2上有做功进气门35、做功排气门36、火花塞（或者喷油嘴37）。下气缸15的圆周上有若干排气口45，图1、2中分布着左右两个，由于空间标线不方便，仅标注了左面的一个口。排气口45的中心分布在下气缸15的同一个径向平面内，排气口45的位置是：当做功活塞22移动至下止点时露出排气口45的全部；排气口45外侧有排气支管像辐条似的沿下气缸15径向穿过循环水31向外延伸，最末的管道延伸与同一水平圆周的集气管38接到一起，图1、2中的集气管38有左右两个横截面。集气管38向外连接到有排气歧管、催化转换器、消声器、排气尾管构成的主排气管18。若干排气支管内有盘旋的热管17，热管17的另一端密封穿过排气支管后浸入排气支管外围的循环水31里。

图1、2的压气曲轴3与做功曲轴20的移动初相角相同，做功曲轴20与做功连杆21长度之和比压气曲轴3与压气连杆4长度之和短，由此引起的结果是：当压气活塞5到达上止点时，压气连杆4推动的压气活塞5与压气气缸11包围的体积为零。压气排气门34的排出的气体通过缸盖2内部有一个气体管道联通到做功进气口，做功进气口联通到做功进气门35，做功进气门35与压气排气门34控制着压气气缸11的气体流到所述做功气缸。当压气活塞5与压气气缸11包围的体积为零时，压气气缸11的气体全部压入了所述做功气缸（见图2）。凸轮配气机构的启闭顺序是：在压气活塞5与做功活塞22从下止点往上移动至多半冲程位置的过程中，压气进气门33、压气排气门34是关闭的，做功进气门35关闭，做功排气门36开启，此过程是压气气缸11在压缩空气，所述做功气缸通过做功排气门36排出前一行程爆发产生的废气；做功排气门36的出口连接一排气管52道至排气主排气管18。排气管52仅是排出做功气缸内的残余废气的，绝大多数废气是通过下气缸15的圆周上的若干排气口45排出的。在压气活塞5与做功活塞22从多半冲程位置往上移动至上止点的过程中，压气进气门33关闭、压气排气门34开启，做功进气门35开启，做功排气门36关闭，此过程是压气气缸11内的气体通过缸盖2内部的一个气体管道（见图1）流向所述做功气缸。在压气活塞5与做功活塞22到达上止点的那一时刻，压气活塞5与压气气缸11包围的体积为零，所述做功气缸总容积与此刻的做功活塞22与所述做功气缸包围的体积之比是所述做功气缸的额定压缩比；当压气活塞5与做功活塞22从上止点往下止点移动时，压气进气门33开启，压气排气门34关闭，做功进气门35关闭，做功排气门36关闭，此过程是压气气缸11吸气、所述做功气缸爆发的过程。压气进气门33的前方通道里有化油器、空气滤清器、进气口，此种内燃机在所述做功汽缸的缸盖2上有火花塞；压气进气门33的前方通道里或者有空气滤清器、进气口，此种内燃机在所述做功气缸的缸盖2上有喷油嘴。

压气排气门34与做功进气门35之间的气体管道加入高压储气罐42后的凸轮配气机构的启闭顺序是：当压气活塞5与做功活塞22从下止点往上移动至接近上止点时，压气进气门33关闭、压气排气门34开启，做功进气门35关闭，做功排气门36开启，此过程是压气气缸11压气、做功下气缸15排废气，当压气气缸11的压力高于高压储气罐42的进气口阀门阈值时就向高压储气罐42充气；当压气活塞5与做功活塞22处于上止点时位置时，压气进气门33关闭、压气排气门34开启，做功进气门35开启，做功排气门36关闭；当压气活塞5与做功活塞22从上止点移动使做功曲轴20产生15°转角内的某一时刻，压气进气门33开启、压气排气门34关闭，做功进气门35开启、做功排气门36关闭，本过程结束时刻做功进气门35关闭、做功排气门36关闭，火花塞37开始点火（或者喷油嘴喷油），此过程是压气气缸11吸气、做功上气缸13和下气缸15爆发，直到移动到下止点结束；高压储气罐42、压气气缸11、缸盖2、压气排气门34与做功进气门35的气体管道的外围都包裹或者涂覆有保温材料53，压气活塞5的上圆表面也包裹或者涂覆有保温材料53。

图1、图2的压气气缸11与做功气缸仅有1对，沿着两缸的排列方向可以继续添加成对的缸，随之曲轴等附件同等增加。图1、图2的压气气缸11与做功气缸排列是直列式，V型排列是将多个气缸分成两个角度， W型排列是将多个气缸分成三个角度，结构与直列式相似。直列式、V型、W型式的排列压气气缸11与做功气缸的曲轴是同一个曲轴，如图1、2中，压气曲轴3与做功曲轴20是同轴的。所述V型排列式有两个缸盖2、两个缸盖正时轮、两个凸轮轴23；所述W型排列式有三个缸盖2、三个缸盖正时轮、三个凸轮轴23，凸轮轴23上的凸轮控制所辖的压气进气门33、压气排气门34、做功进气门35、做功排气门36的开合。

在压气曲轴3的外侧有曲轴正时轮9，曲轴正时轮9跨过正时带8连接到缸盖正时轮10，缸盖正时轮10中间连接有凸轮轴23，凸轮轴23通过若干凸轮轴支架24进行轴固定，在凸轮轴23上有压气气缸11的进气凸轮25、压气气缸11的出气凸轮26、做功气缸的进气凸轮27、做功气缸的出气凸轮28，分别控制着所辖的压气进气门33、压气排气门34、做功进气门35、做功排气门36的开合。

图4是对置排列气缸结构的实施例示意图，零件的命名与图1和图2相同，只有一个缸盖2，将压气气缸11和做功气缸分成两边，压气曲轴3和做功曲轴20分列缸盖2的两边，两个曲轴的同侧有链轮43、链条44将压气曲轴3和做功曲轴20的转动同步，压气活塞5与做功活塞22从两个方向同时撞击缸盖2，缸盖2内部有进气、排气管路，压气进气门33、压气排气门34、做功进气门35、做功排气门36斜着分布在缸盖2圆周外侧，有做功排气门摇臂39、压气进气门摇臂40、压气出气门摇臂41、做功进气门摇臂32，各摇臂的一端（或者通过推杆）接到各自的凸轮，另一端接到各自的气门。图4中的凸轮轴23、凸轮轴支架24及其控制的所有凸轮、气门、摇臂等整个配气机构的位置并不是处于气缸的剖面中心，而是固定在气缸的外侧、垂直于图4纸面向外的气缸圆周外的缸盖2的侧表面上。考虑到在本发明仅有一对压气气缸11与做功上气缸13和下气缸15时，当活塞压缩气体时，活塞与气缸包围的体积减少，气缸内气体被压缩；同时，活塞外气体膨胀，气压降低；当活塞与气缸包围的体积最大时，活塞外气体又被压缩。活塞外气压的变化对活塞有阻碍作用，为了减少这种作用，可以在每一个气缸下方对外界大气设计一个通气孔51，通气孔51的大小以实验得出。两对或者以上的气缸直由于活塞有相位差，各活塞其对内形成的气压互相抵消了。同理，只有一对压气气缸11与做功上气缸13和下气缸15的图1、2也可以在每一个气缸下方对外界大气设计一个通气孔51。图4的压气气缸11的气体压缩后直接通过缸盖2上的气体通道到达做功气缸了。

图5为本发明的两对长气缸直列式排列的结构的实施例原理示意图。为了稳定，在左右两侧分布着一对压气气缸11与做功上气缸13和下气缸15，两气缸距离较远，输送气体管道内气体余量多，这样适用于加一个高压储气罐42，高压储气罐42内的气体是高压气体，是进气压强的1/10倍左右（压缩比的倒数），所以高压储气罐42的体积有一个气缸容积就够用，就能够储存几个做功气缸额定压缩比下的体积。而且，添加高压储气罐42后，压气排气门34与做功进气门35独立工作，互不影响，压力不会对曲轴产生“卡顿”现象。

图6为本发明的加长的气缸应用两节连杆的实施例结构原理示意图。第二压气连杆43的一端轴固定在压气活塞5上，另一端从压气气缸11的末端的压气缸支架46的导轨轴承中伸出，与压气第一连杆（即为图1、2、4、5、6中的压气连杆4）通过压气滚轴48连接，压气连杆4的另一端连接到曲轴上。第二做功连杆44的一端轴固定在做功活塞22上，另一端从下气缸15的末端的做功支架47的导轨轴承中伸出，与做功第一连杆（即为图1、2、4、5、6中的做功连杆21）通过做功滚轴49连接，做功连杆21的另一端连接到曲轴上。

图7为本发明有堵塞块的做功活塞的部分结构原理示意图，做功活塞22下方与排气口45接触的位置有堵塞块19，使得做功活塞22移动至上止点时不露出排气口45，堵塞块19的与做功活塞22接触部分是圆弧，在所述圆弧上有适应其大小的小活塞环50，其目的是防止机油30排气口45产生泄露。

以上所述仅为本发明的较佳的实施例，所述实施例并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高效率内燃机，所述内燃机包括曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、点火系、润滑系、冷却系、启动系；所述曲柄连杆机构包括气缸体、曲轴箱、缸盖、活塞、连杆、曲轴、飞轮；所述配气机构包括进气门、排气门、凸轮轴、正时轮、正时带；所述燃料供给系包括油箱、油泵、化油器和进排气管；所述点火系包括火花塞、点火线圈、分电器；所述润滑系包括机油、机油泵、机油滤清器、润滑油道；所述冷却系包括水泵、散热器、风扇、水套；所述启动系包括启动电机、电瓶、充电用发电机；其特征是：所述内燃机的气缸是成对设置的，其中一个称为压气气缸，另一个称为做功气缸；与所述压气气缸连接的有压气活塞、压气连杆、压气曲轴，所述压气活塞上有活塞环，所述压气气缸上方的缸盖上有压气进气门、压气排气门；与所述做功气缸连接的有做功活塞、做功连杆、做功曲轴，所述做功活塞上有活塞环，所述做功气缸上方的缸盖上有做功进气门、做功排气门、火花塞或者喷油嘴，所述做功排气门的出口连接一排气管道至排气主排气管；所述做功气缸有是一体的，所述做功气缸的上半段同普通气缸，下半段的外表面有散热片，所述散热片的周围有循环水，所述循环水的外围是内机体；所述做功气缸的下半部分的圆周上有若干排气口，若干所述排气口的中心分布在所述做功气缸的下半部分的同一个径向平面内，所述排气口的位置是：当所述做功活塞移动至下止点时露出所述排气口的全部；若干所述排气口向外有排气支管像辐条似的沿所述做功气缸径向穿过循环水向外延伸，延伸的末端都与一个集气管并接到一起，所述集气管再向外连接有主排气管，所述主排气管包括排气歧管、催化转换器、消声器、排气尾管；所述成对的压气气缸与做功气缸的对数有1——25对；所述若干排气支管内有盘旋的热管，所述热管的另一端密封穿过所述排气支管后浸入所述排气支管外围的循环水里；所述做功活塞下方与所述排气口接触的位置有堵塞块，使得所述做功活塞移动至上止点时不露出所述排气口，所述堵塞块与所述做功活塞接触表面是紧贴着的圆弧面形状，所述圆弧面形状上有适应其圆弧形状的活塞环；所述成对的压气气缸与做功气缸的排列形式是直列式、V型、W型、对置型，所述直列式、V型、W型式的排列压气气缸与做功气缸的曲轴是同一个曲轴，所述曲轴的外侧有曲轴正时轮，所述曲轴正时轮跨过正时带连接到缸盖正时轮，所述缸盖正时轮中间连接有凸轮轴，所述凸轮轴通过若干凸轮轴支架进行轴固定，在所述凸轮轴上有压气气缸的进气凸轮、压气气缸的出气凸轮、做功气缸的进气凸轮、做功气缸的出气凸轮，分别控制着所辖的压气进气门、压气排气门、做功进气门、做功排气门；所述V型排列式有两个缸盖、两个缸盖正时轮、两个凸轮轴，所述W型排列式有三个缸盖、三个缸盖正时轮、三个凸轮轴，凸轮轴上的凸轮控制所辖的压气进气门、压气排气门、做功进气门、做功排气门的开合；所述压气气缸与做功气缸的对置型排列只有一个缸盖，两个气缸分列在缸盖的两边，两个曲轴分列在缸盖的两边，两个曲轴的同侧有链轮、链条将两个曲轴同步转动方向连接起来，活塞从两个方向同时撞击缸盖，缸盖内部有进气、排气管路，所述压气进气门、压气排气门、做功进气门、做功排气门斜着分布在所述缸盖圆周外侧、所述各气门通过摇臂、推杆、挺柱连接到所辖凸轮；所述压气曲轴与做功曲轴的移动初相角相同，即所述压气曲轴与做功曲轴同时到达上止点，同时到达下止点；所述做功曲轴与做功连杆长度之和比压气曲轴与压气连杆长度之和短，由此引起的结果是：当所述压气活塞到达上止点时，所述压气活塞与压气气缸包围的体积为零，所述做功活塞与做功气缸包围的体积不为零，所述压气气缸的气体通过压气排气门向外在缸盖内部的一个气体管道联通到做功进气口，所述做功进气口联通到做功进气门，当所述压气活塞到达上止点时，所述压气气缸的高压气体跑到做功气缸了；该配置的凸轮配气机构的启闭顺序是：在所述压气活塞与做功活塞从下止点往上移动至多半冲程位置的过程中，所述压气进气门、压气排气门是关闭的，所述做功进气门关闭，做功排气门开启，此过程所述压气气缸在压缩空气，做功气缸通过做功排气门排出前一行程爆发产生的废气；在所述压气活塞与做功活塞从多半冲程位置往上移动至上止点的过程中，所述压气进气门关闭、压气排气门开启，所述做功进气门开启，做功排气门关闭，此过程所述压气气缸内的气体通过缸盖内部的一个气体管道流向所述做功气缸；在所述压气活塞与做功活塞到达上止点的那一时刻，所述压气活塞与压气气缸包围的体积为零，所述做功活塞与做功气缸包围的体积为符合额定压缩比规定的额定体积；当所述压气活塞与做功活塞从上止点往下止点移动时，所述压气进气门开启，压气排气门关闭，所述做功进气门关闭，做功排气门关闭，此过程是所述压气气缸吸气、做功气缸爆发的过程；所述压气进气门的气道前方有化油器、空气滤清器、进气口，此型式的所述做功气缸的缸盖上有火花塞；所述压气进气门的气道前方或者有空气滤清器、进气口，此型式的所述做功气缸的缸盖上有喷油嘴。

2.根据权利要求1所述的一种高效率内燃机，其特征是：在所述压气排气门与做功进气门的气体管道之间，可以串接一个绝热的高压储气罐，所述高压储气罐的进气口有阀门，阀门受一个弹簧压力，使得进气有一个阈值，进气口气体压力低于该阈值时不能进入，并且进气口的气体不回流；加入高压储气罐后的所述凸轮配气机构的启闭顺序是：当所述压气活塞与做功活塞从下止点往上移动至接近上止点时，所述压气进气门关闭、压气排气门开启，所述做功进气门关闭，做功排气门开启，此过程压气气缸压气、做功气缸排废气，当压气气缸的压力高于所述高压储气罐的进气口阀门阈值时就向所述高压储气罐充气；当所述压气活塞与做功活塞处于上止点时位置时，所述压气进气门关闭、压气排气门开启，所述做功进气门开启，做功排气门关闭；当所述压气活塞与做功活塞从上止点移动使做功曲轴产生15°转角内的某一时刻，所述压气进气门开启、压气排气门关闭，所述做功进气门开启、做功排气门关闭，本过程结束时刻所述做功进气门关闭、做功排气门关闭，火花塞开始点火（或者喷油嘴喷油），此过程是压气气缸吸气、做功气缸爆发，直到移动到下止点结束；所述高压储气罐、压气气缸、缸盖、压气排气门与做功进气门的气体管道的外围都包裹或者涂覆有保温材料，所述压气活塞的上圆表面也包裹或者涂覆有保温材料。

3.根据权利要求1所述的一种高效率内燃机，其特征是：所述做功气缸可以分为上气缸和下气缸两部分，两部分的交界面间呈凸凹结构的摞在一起的，交界面上有绝热垫片；所述做功气缸的上气缸外表面是散热翅片，所述散热翅片的外围是空气，所述空气的外围是内机体，所述上气缸和下气缸的外围交界的地方是绝热的隔水的密闭的刚体片，所述下气缸的结构与原所述做功气缸的下半段相同；在上气缸外表面的散热翅片上安装有感温探头，所述感温探头控制一个风机运转，所述风机的一端接到气体循环管道的一端伸到散热翅片使热空气循环至机体外某位置，所述风机的另一端接到另一气体循环管道伸到机体外的另一位置。

4.根据权利要求1所述的一种高效率内燃机，其特征是：所述压气气缸、做功气缸的长度是类似功率的通常内燃机的类似结构的气缸长度的1——5倍。

5.根据权利要求4所述的一种高效率内燃机，其特征是：加长了的所述压气气缸、做功气缸对应的所述连杆、曲轴半径相应加长，所述连杆还可以由两节构成，称为第一节连杆和第二节连杆，与缸盖相对的气缸的另一端安装有支架，所述支架的中心为气缸的圆心，所述支架的末端固定在所述内机体上，在所述支架的中心布置有导轨轴承，所述第二节连杆中间段的大小形状为圆形的长轴正好穿过所述导轨轴承，所述第二节连杆的一端与气缸内的活塞轴固定，另一端通过滚轴与第一节连杆的一端连接，所述第一节连杆的另一端轴接到曲轴上。

6.根据权利要求1或3或4或5所述的一种高效率内燃机，其特征是：所述压气气缸及其压气活塞的内径是所述做功气缸及其做功活塞的内径的1——2倍。