CN201372847Y - 四冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

一种排气彻底，从而提高其工作效率的四冲程汽油或柴油内燃机。气缸盖的下表面为平面，排气阀底面略高于气缸盖下底面，进气阀、火花塞、喷嘴这三个部件的最下端均与气缸盖下底面持平。连杆内衬套内部空腔为椭圆形，其空腔的纵向高度等于燃烧室的高度加上活塞销的直径。这个大于活塞销的空腔能使内燃机在排气过程中，当连杆上升至最大高度后，活塞在惯性的作用下使其上表面运动到与气缸盖下表面几乎相接触的位置，在适当增大排气凸轮凸出部分的弧线长度，从而延长排气时间的前提下，实现了排气彻底并提高内燃机效率的目的。

Description

四冲程内燃机

所属技术领域

本实用新型涉及一种能把汽油、柴油经点燃后所产生的热能，高效率地转化成机械能的装置，即排气彻底，从而提高其工作效率的四冲程汽油或柴油内燃机。

技术背景

目前公知的四冲程汽油或柴油内燃机，在排气和压缩气体时其活塞的上止点高度是相同的，为了给燃烧室留有足够的空间，所以活塞上止点与气缸盖之间是有一段距离的，这样就导致了活塞每次排气都不彻底，而没有排净的废气将会混入到新吸入的混合气中，使新吸入的混合气不纯，影响下一次做功冲程中燃料的燃烧质量，使内燃机的效率降低。

发明内容

为了克服现有的四冲程汽油或柴油内燃机存在着背景技术中所谈到的由于活塞排气不彻底面使内燃机效率降低的问题，本实用新型提供了一种四冲程内燃机。该内燃机在排气和压缩气体时，其活塞的上止点高度是不同的，即在排气过程中，当活塞处在上止点位置时，活塞上表面与气缸盖下表面之间的距离几乎为零，从而使废气排除彻底，使下次吸气过程中吸入到缸体内气体(汽油内燃机为混合气，柴油内燃机为空气)的质量得以提高，因此能相对提高四冲程内燃机的工作效率。而在压缩过程中，当活塞处在上止点位置时，活塞的上表面高度却等于气缸盖下表面高度减去燃烧室的高度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型四冲程内燃机的组成部分与目前四冲程内燃机的组成部分相同，只是对气缸盖、连杆内衬套、排气凸轮、活塞销、活塞连杆这五个部件的结构和形状做了改动。

一、气缸盖：本实用新型气缸盖的下表面(即与气缸接触的面)设计为平面，气缸盖中所设有的呈圆锥体形状的排气气门口和进气气门口的空腔略大于排气阀和进气阀下端的圆台体，这样就确保了气缸在不进气也不排气时进气阀的下底面与气缸盖的下表面持，而排气阀的下底面则略高于气缸盖的下表面所在的平面，从而不但使活塞在排气时，当活塞上升到上止点，即活塞的上表面与气缸盖下表面之间的距离几乎为零时，活塞的上表面不能碰触到排气阀和进气阀，而且能确保在排气过程中，当活塞的上表面与气缸盖下表面之间的距离接近零时，排气门仍然能排气。

对四冲程汽油内燃机而言，气缸盖中用于安装火花塞所设有的空腔下端设置一个圆台体的空腔，此空腔的下底面略大于上底面。此空腔的高度略大于或等于火花塞电极的高度，使气缸盖中用于安装火花塞的空腔整体形状为塔形，其圆台体空腔为塔座，而其上部的圆柱体空腔为塔尖。并使圆柱体空腔内所设有的螺纹高度等于火花塞外表面所设有的螺纹高度。这样设计的目的是：当火花塞置于气缸盖所设有的空腔后，火花塞的金属片电极能与气缸盖下表面持平或略高于气缸盖的下表面，以防止活塞在向上排气过程中，当活塞上表面上升至与气缸盖之间距离几乎为零时，活塞上表面不会碰触到火花塞的电极金属片。气缸盖中用于安装火花塞的空腔下端设有的圆台体空腔的作用是：方便混合气体进入到此空腔中，使火花塞两个电极之间能被混合气体所包围，方便于点火和火势蔓延。

对四冲程柴油内燃机而言，当喷嘴置于气缸盖中所设有的空腔后，喷嘴最底端应与气缸盖下表面持平。

二、连杆内衬套：活塞连杆上端所设有的连杆内衬套内部空腔设置为椭圆形，把水平方向的轴称为横向轴，竖直方向的轴称为纵向轴，其椭圆形的内部空腔上端和下端的曲率半径均略大于或等于活塞销的半径，其椭圆形的内部空腔纵向高度等于燃烧室的高度加上活塞销的直径，而其横向长度则为活塞销直径的1.5倍左右。连杆内衬套内部空腔设置为椭圆形的作用之一是：更有利于活塞销在连杆内衬套内部空腔中运动，其它作用将在下面的工作过程和原理中做介绍。

三、适当增大排气凸轮凸出部分的弧线长度，从而实现在排气过程中，只有当活塞上表面运动到与气缸之间的距离几乎为零时，排气门才关闭。

四、连杆：连杆上端的小端孔的形状与连杆内衬套外径形状相同，但有微量的过盈。连杆上下端两个孔之间的最短距离与目前使用的连杆相同

五、档板：在活塞销轴线中点的两侧分别固定一块钢板，这两块钢板之间的距离略大于内衬套的厚度，其高度等于连杆内衬套高度加上燃烧室高度，其宽度等于连杆内衬套宽度加上活塞销直径的1.5倍。这两块钢板作为连杆内衬套的档板，以防止内衬套在水平方向发生明显位移；此两块钢板固定在活塞销上也相对增大了活塞部分的整体质量，由此增大了活塞的惯性，有利于在排气过程中活塞能靠惯性上升到第二个上止点的位置。

六、四冲程内燃机的其它部件在结构、原理和形状等方面与目前使用的四冲程内燃机没有什么不同，在此不再阐述。

工作过程和原理如下：

本实用新型四冲程内燃机(包括汽油和柴油)的工作过程仍然由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。

七、进气冲程

当曲轴旋转时，活塞在连杆的带动下从活塞的上表面与气缸盖之间的距离几乎为零的位置(此位置在此称为第二个上止点，它是由上一个冲程即排气冲程将要结束时，即连杆处在垂直状态附近时，由于连杆上端所连接的连杆内衬套为椭圆形，而其纵向轴的长度大于活塞销直径的缘故，可以使活塞销和活塞在惯性的作用下继续向上运动一段距离而形成的)开始向下运动，此时进气门被打开。如果是汽油内燃机，那么混合气将进入气缸；如果是柴油内燃机，那么空气将进入气缸。在这个过程中因为是连杆带动活塞向下运动的，所以活塞销与椭圆形连杆内衬套内部空腔的上端相接触。当连杆轴颈刚刚处于最低位置时，此时活塞销仍然与连杆内衬套内部空腔的上端相接触，这个位置在此称为第一个下止点。我们知道如果曲轴转动是匀速的，但连杆上下移动的速度却是变化着的。因为连杆轴颈处在最低位置时，曲轴上的曲柄臂与连杆则处在同一条直线上，此时曲轴的转动对连杆的升降不会产生明显的影响，也就是说：在此位置时曲轴转动的角度虽然有较大的变化，但连杆在上下方向上的位置移动几乎为零。那么活塞将会在自身惯性的作用下继续向下运动，直到活塞销与连杆内衬套内部空腔的下端相接触为止，这个位置在此称为第二个下止点。由于活塞当到达第一个下上点时，进气门已经关闭，气缸内气体的分子数被固定下来，因此活塞从第一个下止点到达第二个下止点的过程中，气缸内的气体分子数不发生变化，也就是说：活塞在整个吸气过程中，实际吸入的气体量等于活塞处在第一个下止点时，活塞的上表面与气缸盖下表面之间距离乘以活塞的上底面面积。由于连杆内衬套内部空腔为椭圆形，而其纵向轴的长度等于燃烧室的高度加上活塞的直径，所以活塞从第一个下止点运动到第二个下止点时，活塞的移动距离等于其纵向轴长度减去活塞销直径等于燃烧室高度，因此，可以理解为活塞在吸气过程中吸入的气体体积为气缸总容积(即气缸工作容积与燃烧室工作容积之和)减去燃烧室工作容积，因此说在吸气过程中，吸入的气体量与目前正在使用的相同规格的内燃机吸入的气体量相同。

在活塞从第一个下止点运行到第二个下止点的过程中，虽然活塞连杆及连杆内衬套上下位置上没有明显的位置移动，但连杆及连杆内衬套的角度却发生了较为明显的变化，因此活塞销则必将沿着连杆内衬套内部呈椭圆形空腔壁的一侧滑动，此时椭圆形空腔壁的一侧就为活塞销向下运动提供了滑动轨道，而椭圆形的轨道具有分解力的作用，所以活塞销不会对内衬套产生明显的撞击。

二、压缩冲程：活塞在曲轴及连杆的带动下从第二个下止点位置开始上升，在此过程中，因为活塞是在连杆的推动下完成上升任务的，所以活塞销始终保持吸气过程结束时的状态，即活塞销始终与连杆内衬套下端相接触。当连杆变成竖直状态(即上升到高大高度)时，由于气缸上部被压缩了的气体(汽油内燃机为混合气，柴油内燃机为空气)会产生强大的反作用力作用于活塞上表面，其作用力的方向是向下的。这一个强大作用力因为大大超过了活塞向上的惯性作用力，所以活塞销在连杆内衬套中虽然有继续向上运动的空间，但此时也无法向上继续运动，只能仍然保持与连杆内衬套下端相接触的状态。此时活塞上表面所处的高度就是活塞在压缩冲程过程中所能上升的最大高度，而活塞上表面在压缩冲程过程中所能上升的最大高度在此称为第一个上止点。由于活塞销在压缩冲程中不能上升至与连杆内衬套上端相接触的状态，所以活塞上表面与气缸盖下表面之间仍然有一定的距离，从而形成一个空腔，此空腔就是燃烧室。从上面分析中不难看出：在连杆上下端两个孔之间的最距离不变的情况下，燃烧室空间的大小与目前正在使用的相同规格的内燃机燃烧室空间的大小相同，其压缩比也相同。

三、燃烧膨胀冲程(做功冲程)：当压缩冲程将要结束时，如果是四冲程汽油内燃机则当曲轴旋转角度达到点火角度时，火花塞开始点火并使混合气在燃烧室中燃烧；如果是柴油内燃机则喷嘴将会喷出雾状的油雾并在燃烧室被点燃。燃烧时放出大量的热量，因此燃烧室中的气体的压力和温度便急剧升高，由于活塞销在压缩冲程中始终与连杆内衬套下端相接触，所以活塞在高温高压气体作用下会直接通过连杆向下运动，并促使曲轴转动，对外做功。当活塞运动到第二个下止点时做功过程结束。不难看出：在内燃机做功冲程中，活塞销始终保持与连杆内衬套下端相接触的状态。

四、排气冲程：当内燃机做功冲程结束后，活塞在曲轴及连杆的带动下准备开始向上运动时，排气门被打开，由于在内燃机做功冲程中，活塞销始终保持与连杆内衬套下端相接触的状态，所以连杆便直接通过活塞销推动活塞向上运动。当活塞运动到第一个上止点时，连杆便处在向上运动的最大位置，曲轴上的曲柄臂与连杆也处在同一条直线上，此时曲轴的转动对连杆的升降不会产生明显的影响，也就说：在此位置时曲轴转动的角度虽然有较大的变化，但连杆在上下方向上的位置移动几乎为零。而此时的活塞销与连杆内衬套上端还有与燃烧室相同高度的空间距离，并且由于排气凸轮凸出部分的弧线长度适当被增加，所以排气门仍然处在打开状态，所以燃烧室中的气压很小，活塞上表面受到的气体向下方向的作用力也很小，那么活塞必将会在自身惯性的作用下继续向上运动，直到活塞销与连杆内衬套的上端相接触为止，活塞也运动到第二个上止点。此时的活塞上表面与气缸盖之间的距离几乎为零。从而达到了排气彻底的目的。在活塞从第一个上止点运行到第二个上止点的过程中，虽然活塞连杆及连杆内衬套上下位置上没有明显的位置移动，但连杆及连杆内衬套的角度却发生了较为明显的变化，因此活塞销则必将沿着连杆内衬套内部呈椭圆形空腔壁的另一侧滑动，此时椭圆形空腔壁的另一侧就为活塞销向上运动提供了滑动轨道，而椭圆形的轨道具有分解力的作用，所以活塞销不会对内衬套产生明显的撞击。

四冲程汽油内燃机或四冲程柴油内燃机的其它部件在结构、原理和形状等方面与目前使用的四冲程内燃机没有什么不同，在此不再阐述。

本实用新型的有益效果是：在排气过程中，活塞上表面能上升到与气缸盖下表面之间的距离几乎为零的位置，从而使废气排除彻底，使下次吸气过程中吸入到缸体内的气体(汽油内燃机为混合气，柴油内燃机为空气)的质量得以提高，因此能相对提高四冲程内燃机的工作效率。本实用新型内燃机只需对气缸盖、连杆内衬套、排气凸轮、活塞销和连杆这五个部件的形状结构进行改动就能达到上述效果，其成本与目前四冲程内燃机的成本基本相同。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是四冲程汽油内燃机纵剖结构图。

图2是四冲程汽油内燃机侧剖结构图。

图3是四冲程柴油内燃机纵剖结构图。

图4是四冲程柴油内燃机侧剖结构图。

附图中，1.气缸盖，2.气缸，3.排气气门口，4.进气气门口，5.排气阀，6.进气阀，7.火花塞，8.圆台体空腔，9.火花塞电极，10.圆柱体空腔，11.喷嘴，12.连杆内衬套，13.活塞销，14.燃烧室，15.连杆，16.钢板，17.活塞，18.曲轴径，19.连杆上端小端孔外套。

具体实施方式

在图1中，气缸盖(1)的下表面(即与气缸(2)接触的面)设计为平面，气缸盖(1)中所设有的呈圆锥体形状的排气气门口(3)和进气气门口(4)的空腔略大于排气阀(5)和进气阀(6)下端的圆台体，这样就确保了气缸(2)在不进气也不排气时进气阀(6)的下底面与气缸盖(1)的下表面持平，而排气阀(5)的下底面则略高于气缸盖(1)的下表面所在的平面。气缸盖(1)中用于安装火花塞(7)所设有的空腔下端设置一个圆台体的空腔(8)，此空腔(8)的下底面略大于上底面。此空腔(8)的高度略大于或等于火花塞电极(9)的高度，使气缸盖(1)中用于安装火花塞(7)的空腔整体形状为塔形，其圆台体空腔(8)为塔座，而其上部的圆柱体空腔(10)为塔尖。并使圆柱体空腔(10)内所设有的螺纹高度等于火花塞(7)外表面所设有的螺纹高度。这样设计的目的是：当火花塞(7)置于气缸盖(1)所设有的空腔后，火花塞的金属片电极(9)能与气缸盖(1)下表面持平或略高于气缸盖(1)的下表面。在活塞销(13)轴线中点的两侧分别固定一块钢板(16)，这两块钢板之间的距离略大于连杆内衬套(12)的厚度，其高度等于连杆内衬套(12)高度加上燃烧室(14)高度，其宽度等于连杆内衬套(12)宽度加上活塞销(13)直径的1.5倍左右。这两块钢板(16)作为连杆内衬套(12)的档板。

在图2中，连杆内衬套(12)内部空腔设置为椭圆形，其椭圆形的内部空腔上端和下端的曲率半径均略大于或等于活塞销(13)的半径，其椭圆形的内部空腔纵向高度等于燃烧室(14)的高度加上活塞销(13)的直径，而其横向长度则为活塞销(13)直径的1.5倍左右

在图3中，气缸盖(1)的下表面(即与气缸(2)接触的面)设计为平面，气缸盖(1)中所设有的呈圆锥体形状的排气气门口(3)和进气气门口(4)的空腔略大于排气阀(5)和进气阀(6)下端的圆台体，这样就确保了气缸(2)在不进气也不排气时进气阀(6)的下底面与气缸盖(1)的下表面持平，而排气阀(5)的下底面则略高于气缸盖(1)的下表面所在的平面。当喷嘴(11)置于气缸盖(1)中所设有的空腔后，喷嘴(11)最底端应与气缸盖(1)下表面持平。在活塞销(13)轴线中点的两侧分别固定一块钢板(16)，这两块钢板之间的距离略大于连杆内衬套(12)的厚度，其高度等于连杆内衬套(12)高度加上燃烧室(14)高度，其宽度等于连杆内衬套(12)宽度加上活塞销(13)直径的1.5倍。这两块钢板(16)作为连杆内衬套(12)的档板。

在图4中连杆内衬套(12)内部空腔设置为椭圆形，其椭圆形的内部空腔上端和下端的曲率半径均略大于或等于活塞销(13)的半径，其椭圆形的内部空腔纵向高度等于燃烧室(14)的高度加上活塞销(13)的直径，而其横向长度则为活塞销(13)直径的1.5倍左右。

Claims (4)

1、一种四冲程内燃机，包括四冲程汽油内燃机和四冲程柴油内燃机两大类，其特征是：该四冲程内燃机的气缸盖的下表面为平面，连杆上端的小端孔的形状与连杆内衬套外径形状相同，但有微量的过盈，活塞连杆上端所设有的连杆内衬套内部空腔为椭圆形，在活塞销轴线中点的两侧分别固定一块钢板，这两块钢板之间的距离略大于内衬套的厚度，其高度等于连杆内衬套高度加上燃烧室高度，其宽度等于连杆内衬套宽度加上活塞销直径的1.5倍。

2、根据权利要求1中所述的四冲程内燃机，其特征是：气缸盖的下表面为平面，气缸盖中所设有的呈圆锥体形状的排气气门口和进气气门口的空腔略大于排气阀和进气阀下端的圆台体，当气缸在不进气也不排气时，进气阀的下底面与气缸盖的下表面持平，而排气阀的下底面则略高于气缸盖的下表面所在的平面。

3、根据权利要求1或2中所述的四冲程内燃机，其特征是：对四冲程汽油内燃机而言，气缸盖中用于安装火花塞所设有的空腔下端设置一个圆台体的空腔，此空腔的下底面大于上底面，此空腔的高度略大于或等于火花塞电极的高度，并使圆柱体空腔内所设有的螺纹高度等于火花塞外表面所设有的螺纹高度，当火花塞置于气缸盖所设有的空腔后，火花塞的金属片电极的位置高度与气缸盖下表面持平或略高于气缸盖的下表面，对四冲程柴油内燃机而言，当喷嘴置于气缸盖中所设有的空腔后，喷嘴最底端应与气缸盖下表面持平。

4、根据权利要求1中所述的四冲程内燃机，其特征是：活塞连杆上端所设有的连杆内衬套内部空腔设置为椭圆形，其椭圆形的内部空腔上端和下端的曲率半径均略大于或等于活塞销的半径，其椭圆形的内部空腔纵向高度等于燃烧室的高度加上活塞销的直径，而其横向长度则为活塞销直径的1.5倍。

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