CN201588695U - 弯曲连杆偏置曲轴机构 - Google Patents

Abstract

一种弯曲连杆偏置曲轴机构，属活塞内燃发动机的曲轴连杆机构。包括气缸、活塞、连杆、曲轴以及曲轴曲拐、进气凸轮及进气摇臂滚子轮、排气凸轮及排气摇臂滚子轮，曲轴圆中点偏离气缸垂直中线设置，该偏置量＞曲轴半径的35％。连杆为弯曲状连杆，且该连杆的弯曲方向与曲轴的旋转方向相同。同一气缸中，按凸轮轴旋转方向，进气凸轮转角落后排气凸轮转角，且二者转角差等于90度减去二分之一曲轴上、下止点倾角差。它通过改变曲轴位置和配用弯曲状连杆，偏置曲轴具有上下止点非对称、并且活塞行程大于曲轴直径的特征，以使发动机扭矩增大，有效转矩持续时间加长，燃烧及进气持续时间延长。

Description

弯曲连杆偏置曲轴机构

技术领域

本实用新型涉及活塞式内燃发动机的传动机构，特别是通过改变曲轴位置和配合弯曲状连杆来达到增大发动机扭矩的曲轴连杆传动机构及其发动机。

背景技术

现在传统活塞式发动机的曲轴中心位置，都在气缸缸径下方中心线上，其活塞在气缸中往复运行，通过连杆推动曲轴旋转，曲轴旋转使连杆产生柔性对称摆弧；四冲程发动机而言，四个冲程中，只有一个冲程为做功燃爆冲程，即源动力出发点是活塞顶面受力后集中于活塞连杆轴销，并通连杆向下对曲轴曲拐传递动力；其余另三个冲程动力出发点刚好相反，即动力出发点是通过曲轴曲拐向连杆传递动力(冲程动力)，推动活塞完成排气、进气、压缩三个冲程，并且，现有发动机活塞连杆在曲轴上运转，上下止点是对称的，各为180度；而且，活塞上下行程等于曲轴直径；另外，在做功燃爆源动力冲程中，当曲轴曲拐转到90度时，曲轴扭矩最大，但是，连杆倾角也最大，连杆倾角越大，活塞产生的侧向水平分力越大，而损失部分动力和容易造成气缸过渡磨损或敲缸。

02123737.9号专利提出了曲轴的轴向中心向相对气缸垂直中线水平偏置设置方案，其“偏置量为曲轴半径(即曲轴中心至曲柄销中心的距离)R的3-35％。…其优点是内然机可以更接近理想的定容燃烧，可从增加扭矩”，我们认为35％以内的无条件曲轴偏置不足以对改善气缸工况产生影响或较大影响，因为，无论偏置与否，或多少偏置量，活塞的上止点都在当曲轴圆中点、曲拐轴圆中点和活塞轴圆中点三点重合为一线时，即偏置后上止点也偏移，并且，曲轴曲拐越过上止点后不会再上升，只会下降；所以，该无条件曲轴偏置方案与传统曲轴无偏置方案(气缸为同一高度时)比较，当曲轴曲拐都越过各自上止点后都产生所述α角度，此方案此时活塞下降距离为β+α转角量(即加上止点前倾角β)比传统曲轴无偏置方案下降距离为α转角量更多，即压缩比下降更多；任何发动机气缸高度在制造时都可从设定为理想燃烧室高度，“理想定容燃烧”并不是一个因变量，因此，不存在所谓所产生出“理想定容燃烧”问题；同时，在曲轴曲拐越过上止点附近，α角度是较小的，偏置与否都不会使活塞对气缸壁面产生较大的有害水平分力；另外，当曲轴曲拐从上止点转过90度时，连杆倾角最大，35％以内的无条件曲轴偏置和传统曲轴无偏置，都同样会产生活塞对气缸壁面较大的有害水平分力；该无条件曲轴偏置方案也没解决偏置后曲轴旋转回程时产生的连杆摆弧也向偏置一方增大，那么，我们推理：只有提高气缸位置高度和加长连杆长度来消化连杆摆弧向一侧增大可能对气缸体的碰撞，但这样还会提高整个发动机的重心高度，这不是所希望的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种弯曲连杆偏置曲轴机构，旨在通过改变曲轴位置和配用弯曲状连杆以使发动机扭矩增大，有效转矩持续时间加长，燃烧及进气持续时间延长。

本新型的目的是这样实现的：一种弯曲连杆偏置曲轴机构，包括气缸，活塞，连杆，曲轴以及曲轴曲拐，进气凸轮及进气摇臂滚子轮，排气凸轮及排气摇臂滚子轮，曲轴圆中点偏离气缸垂直中线设置，该偏置量＞曲轴半径的35％。

上述连杆为弯曲状连杆，且该连杆在机构中的弯曲方向与曲轴偏置方向相反。

上述同一气缸中，按凸轮轴旋转方向，进气凸轮转角落后排气凸轮转角，且二者转角差等于90度减去二分之一曲轴上、下止点倾角差。

上述进气凸轮轮廓与排气凸轮轮廓完全相同，且进气摇臂滚子轮直径大于排气摇臂滚子轮直径。

上述进气凸轮轮廓大于排气凸轮轮廓，且进气摇臂滚子轮直径等于排气摇臂滚子轮直径。

上述弯曲状连杆从曲轴孔位置处分为上、下两个部件，上、下两个部件经螺栓连接，且上部件内开有贯穿连杆上的曲轴孔和活塞轴孔的油孔。

通过弯曲(折)状连杆，水平偏置气缸体上曲轴孔位置，使曲轴安放在偏离气缸垂直中心线外，偏置曲轴是有条件偏置，决定偏置距离因素有连杆弯曲(折)程度(所称弯曲程度包含连杆上两孔间直线距离。下同)与曲轴半径比，和视发动机用途性质而定。但至少应考虑两方面的因素为好，一是以弯曲(折)状连杆在曲轴旋一周内的左右摆弧为对称，来决定曲轴偏置距，这样不会增加额外震动；二是连杆在最大摆弧时使活塞侧向水平分力在可承受范围内最小；但偏置距离至少大于曲轴半径的35％以上。

根据发动机用途性质不同，相同容积可分为较小缸径、长行程与大半径曲轴的配合和较大缸径、短行程与小半径曲轴的配合；连杆弯曲(折)程度与曲轴半径大小组合，又分为：连杆小弯曲(折)与大半径曲轴组合、连杆小弯曲(折)与小半径曲轴组合、连杆大弯曲(折)与大半径曲轴组合、连杆大弯曲(折)与小半径曲轴组合，等等。均适用于弯曲(折)状连杆配合偏置曲轴方式。

也因为发动机用途性质不同，且连杆是发动机传力的主要部件，弯曲连杆的弯曲形状直接影响连杆的承受力大小，同时，弯曲连杆是偏置曲轴的条件，反过来说，曲轴的偏置量又影响连杆弯曲程度，所以，弯曲连杆的形状包括它的宽窄大小弯曲曲率是根据发动机用途性质不同，而是多样性的。

通过分析弯曲(折)状连杆对有条件偏置曲轴的配合所具有的特征，和连杆弯曲(折)程度配合已定曲轴偏置量对活塞行程的影响，以及已定连杆弯曲(折)程度配合不同曲轴偏置量对活塞行程的影响，总之，弯曲(折)状连杆对有条件偏置曲轴的配合所产生的诸如：上下止点非对称性、活塞行程大于曲轴直径、影响活塞行程的因变关系、曲轴偏置后的力矩变化等方面分析，达到优化升级发动机性能的目的。

偏置气缸体上曲轴位置和弯曲(折)状连杆配合的特点是：

1、曲轴曲拐从上止点向连杆弯曲方向旋转，从上止点旋转到下止点，其转过角度为θ角，且θ角大于180度；曲轴曲拐从下止点旋转回到上止点，其转过角度为δ角(δ角＝360减θ角)，上行程δ角小于180度，即上下行程转角具有非对称持点(传统发动机上下行程转角是对称的，均为180度)。

2、偏置气缸体上曲轴位置后，还具有活塞行程大于曲轴直径(即曲拐旋转圆直径)的特点(传统发动机活塞行程等于曲轴直径)。在下文中证明。

3、偏置气缸体上曲轴位置和弯曲(折)状连杆配合，当曲轴偏量一定时，其连杆长度(连杆上两孔间距离)会影响活塞行程，这一点也与传统曲轴无偏发动机的连杆长度与活塞行程无关，只与活塞绝对高度有关不同。因为，偏置曲轴后，活塞的上止点和下止点都在当曲轴圆中点、曲拐轴圆中点和活塞轴圆中点三点重合为一线时，上止点与下止点也随之倾斜，并且，上止点与下止点的倾斜度还各不相同，因此，偏置后连杆越长，连杆倾度就越小，上下止点连杆倾度差就越小，活塞行程就越短；反之，连杆越短，连杆倾度就越大，上下止点连杆倾度差就越大，活塞行程就越长。

4、偏置气缸体上曲轴位置的偏置量也会影响活塞行程，与相同弯曲(折)状连杆(连杆弯曲程度一定时)配合时，曲轴偏置量越大，引起连杆倾度就越大，上止点和下止点间倾度差就大，活塞行程就越大；反之，曲轴偏置量越小，引起连杆倾度就越小，上止点和下止点间倾度差就小，活塞行程就越小。

5、偏置曲轴从上止点转到水平线以前力矩大于未偏置曲轴力矩；同时活塞侧向水平分力又小于未偏置曲轴的活塞侧向水平分力。

6、曲轴曲拐从上止点向下转过90度附近时，曲轴扭矩最大，活塞侧向水平分力最小(传统发动机此时活塞侧向水平分力最大)。

本新型的有益效果是：

优化升级现有发动机多方面性能最为简捷有效的方法，相同发动机不增加任成本，只需改变曲轴位置和配(换)用弯曲(折)状连杆，并调整排气和进气凸轮轴转角相位差，便可使发动机：①扭矩增大；②由于具有上下止点的非对称性和活塞行程大于曲轴直径的特点，使有效转矩持续时间延长；③燃烧持续时间延长排放质量提高；④进气持续时间延长气缸压缩比增大、有效功率增大；⑤做功燃爆行程活塞侧向水平分力降底、动力损失减少和发动机使用寿命延长；⑥弯曲(折)状连杆使曲轴从下止点向上行时，能有效增加曲轴曲拐对连杆的推力，来完成如排气或压缩功能时，减少冲程中的功率损失；⑦由于上下止点的非对称性，能有效减轻发动机的震动。

附图说明

图1是本新型活塞接近上止点时(活塞轴圆中点A、曲拐轴圆中点M以及曲轴圆中点0三点不在一条直线时)的主视图；

图1-1、图1-2、图1-3分别是不同曲轴偏置量以及不同连杆长度情况下计算活塞行程的示意图；

图2是图1所示气缸活塞处于上止点时(活塞轴圆中点A、曲拐轴圆中点M以及曲轴圆中点0三点一线时)的主视图；

图3是图1所示气缸活塞接近下止点时(活塞轴圆中点A、曲拐轴圆中点M以及曲轴圆中点0三点不在一条直线时)的主视图；

图4是图1所示气缸活塞处于下止点时(活塞轴圆中点A、曲拐轴圆中点M以及曲轴圆中点0三点一线时)的主视图；

图5是图1所示机构通过上止点倾角线和下止点倾角线以表现曲轴上下行程转角非对称的示意图；

图6-1、图6-2分别是现有曲轴连杆机构与本新型曲轴连杆机构均从各自上止点起转过一个相同角度后所产生的曲轴力矩的比较示意图；

图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14分别是本新型曲轴沿逆时针方向每转动45度时连杆曲轴以及曲拐位置关系示意图；

图15是本新型直列四缸弯曲连杆偏置曲轴发动机立体图；

图16、图17分别是本新型V8不同视角方向的立体图；

图18-1、图18-2、图18-3和图18-4以及图18-5分别是双凸轮顶置式从上止点到下止点凸轮转角示意图；

图18-6、图18-7、图18-8和图18-9以及图18-10分别是双凸轮顶置式从下止点到上止点凸轮转角示意图；

图19-1、图19-2、图19-3、图19-4以及图19-5分别是单凸轮顶置式从上止点到下止点凸轮转角示意图；

图19-6、图19-7、图19-8、图19-9以及图19-10分别是单凸轮顶置式从下止点到上止点凸轮转角示意图；

图20-1、图20-2、图20-3、图20-4分别是四种弯曲状连杆的主视图；

图21是连杆与活塞的组装立体图；

图22-1是分体式弯曲状连杆的立体图；

图22-2是图22-1的侧视图；

图22-3是图22-2沿A-A线的剖面图。

具体实施方式

参见图1，本机构包括气缸1、活塞2、连杆、曲轴4以及曲轴曲拐5、进气凸轮6及进气摇臂滚子轮7，排气凸轮8及排气摇臂滚子轮9(参见图18-2)，曲轴圆中点偏离气缸1垂直中线设置，该偏置量＞曲轴半径的35％。连杆为弯曲状连杆3，且该连杆在机构中的弯曲方向与曲轴4偏置方向相反(连杆的弯曲方向是按照图1中连杆从上点至下点的弧形方向即逆时针方向弯曲)。参见图22-3，连杆的弯曲状为连杆体向两孔(活塞轴孔和曲轴孔)间连线外弯曲，在机构中连杆的弯曲方向与曲轴偏置方向相反。弯曲状连杆3从曲轴孔位置处分为上、下两个部件，上、下两个部件经螺栓联接，且上部件内开有油孔，该油孔沿上部件中线设置，且贯穿连杆上的曲轴孔和活塞轴孔。

使用弯曲(折)状连杆，水平偏置气缸体上曲轴孔位置，使曲轴安放在偏离气缸垂直中心线外，偏置曲轴是有条件偏置，决定偏置距离因素有连杆弯曲(折)程度(所称弯曲程度包含连杆上两孔间直线距离。下同)与曲轴半径比，和视发动机用途性质而定。这有至少考虑有两方面的因素为好，一是以弯曲(折)状连杆在曲轴旋一周内的左右摆弧为对称，来决定曲轴偏置距，这样不会增加额外震动；二是连杆在最大摆弧时使活塞侧向水平分力在可承受范围内最小；连杆作为发动机传力的主要部件，弯曲连杆的弯曲形状直接影响连杆的承受力大小，同时，弯曲连杆是偏置曲轴的条件，反过来说，曲轴的偏置量又影响连杆弯曲程度；正因为弯曲状连杆的作用，曲轴在偏置位置上旋转还能使连杆保持在气缸中线对称摆动。所以，弯曲连杆的形状包括它的宽窄大小弯曲曲率是根据发动机用途性质不同，而是多样性的，如(图20-1、图20-2、图20-3、图20-4)中仅给出四种不同弯曲状连杆。

另外，曲轴偏置后，曲轴上止点也发生偏移，可用改变连杆长度或设置不同气缸高度来调整所需燃烧室高度(燃烧室高度指活塞顶表面上止点时到缸盖间距离)。

1、曲轴曲拐从上止点向连杆弯曲方向旋转，从上止点旋转到下止点，其转过角度为θ角，且θ角大于180度；曲轴曲拐从下止点旋转回到上止点，其转过角度为δ角(δ角＝360减θ角)，上行程δ角小于180度，即曲轴上下行程转角是非对称的：上止点M、下止点S如(图5)。

活塞的上止点和下止点都在当曲轴圆中点、曲拐轴圆中点和活塞轴圆中点三点重合为一线时，因此，在上止点时的三点一线时，弯曲(折)状连杆倾角(所称倾角指从杆上两孔间直线看倾度)与下止点时的三点一线时，弯曲(折)状连杆倾角不同，弯曲(折)状连杆的下止点倾角大于上止点倾角。

(图1)在M点附近时，分别连接曲轴圆中点O、曲拐轴圆中点M(即曲拐与连杆的铰接点或称曲拐销轴点)和活塞轴圆中点A作三点连线，形成三角形AOM，要使曲轴圆中点与活塞轴圆中点连线最长而达到上止点时，只有三角形另外两边之和等于第三边时达到，即三角形AOM三点为一线时(图2)；既然三点一线，此线必过曲轴圆中点。

同样：(图3)在S点附近时，分别连接曲轴圆中点O、曲拐轴圆中点M和活塞轴圆中点A作三点连线，形成三角形BOS，要使曲轴圆中点与活塞轴圆中点连线最短而达到下止点时，只有三角形另外两边之差等于第三边时达到，即：也是三角形BOS三点为一线时(图4)；既然三点一线，此线也必过曲轴圆中点。

上止点时，曲轴圆中点与活塞轴圆中点连线长为三角形另外两边之和；下止点时，曲轴圆中点与活塞轴圆中点连线长为三角形另外两边之差；且这两条线都过曲轴圆中点与活塞轴圆中点连接，同时活塞轴圆中点只能沿气缸中垂线移动，所以过曲轴圆中点到活塞轴圆中点越短的线段倾角越大，即：弯曲(折)状连杆的下止点倾角大于上止点倾角。

又因为，参见图5，曲拐轴圆中点不论何时都在曲轴半径圆周上，同时，圆周上的这两条线段AM和BS都过圆心，且下止点倾角线大于上止点倾角线，所以，这两条线不能过圆心时重合，因此，曲轴曲拐从上止点旋转到下止点，其转过角度为θ角，且θ角大于180度；曲轴曲拐从下止点旋转回到上止点，其转过角度为δ角(δ角＝360减θ角)，上行程δ角小于180度，即曲轴上下行程转角是非对称的。图中上下止点倾角差为α角。

另外，弯曲(折)状连杆始终在偏置后的曲轴圆周上运行，虽然上止点和下止点具有非对称性，但活塞上下运动速率仍然符合正弦函数圆周速率，即活塞在上下止点附近移动较小，远离上下止点移动较大，特别是连杆在接近下止点附近时，为达到所需倾角，使活塞在下止点附近持续时间延长到超过180度转角一定量后，才开始回程；所谓持续时间延长是指与传统发动机同径曲轴相比，传统发动机不具有这一转角超量；还有在做功行程时接近下止点附近，由于弯曲(折)状连杆的弯曲方向与曲轴曲柄法线运动方向趋于一致，该持续时间延长大大有利于曲轴扭矩增加和有效转矩持续时间延长，同时，燃烧持续时间延长排放质量会提高；同样的，在进气行程时，由于这一超过180度转角增量，使进气持续时间也延长，可使更多的可燃气体随前段已具一定流速可燃气体涌入气缸内，使气缸内压缩比提高(事实上由于活塞行程大于曲轴直径，活塞行程的增量已使气缸内压缩比增加)；进气持续时间延长，也是向缸内喷射更多燃油提供了可能，特别是为涡轮增压发动机提供了更多的增压时间；由于节气门据有调节作用，这一潜力也可在需要时发挥作用。

2.活塞行程大于曲轴直径(即曲拐旋转圆直径)：

正因为下止点倾角大于上止点倾角，这就形成了活塞下行时，转过角度大于180度；又由于在下止点时，三点重合一线时，此线必过曲轴圆心，所以，在倾角大的下止点位时，连杆倾角使活塞下降程度超出了曲轴直径范围。

用直接算出活塞在上下止时的高度差来证明活塞行程大于曲轴直径：

举例：见(图1-1)，设：连杆的两孔圆心距为：AM＝BS＝115(为简洁画面线条，AM和BS分别表示隐去连杆形状后，只显示连杆上两孔心距在上止点位置与下止点位置时的线段长)。

曲轴圆半径OM＝30(即曲柄长)；曲轴偏置距离CO＝30，

因为ΔAOC和ΔBOC均为直角三角形，所以有：

$\mathrm{AC}=\sqrt{{(\mathrm{AM}+\mathrm{MO})}^2-{\mathrm{CO}}^2}=\sqrt{{(115+30)}^2-{30}^2}=141.86261$

$\mathrm{BC}=\sqrt{{(\mathrm{BS}-\mathrm{OS})}^2-{\mathrm{CO}}^2}=\sqrt{{(115-30)}^2-{30}^2}=79.52986$

AB＝AC-BC＝141.86261-79.52986＝62.33275

图中曲轴直径为60，AB为活塞行程62.33275，所以，活塞行程大于曲轴直径。

3.曲轴偏置量一定时，弯曲(折)状连杆长度(连杆上两孔间距离)对活塞行程的影响：

举例2：见(图1-2)，曲轴偏置距离不变：CO＝30，曲轴圆半径OM＝30(即曲柄长)不变；

设：缩短连杆的两孔圆心距12，即连杆的两孔圆心距为：AM＝BS＝103

$\mathrm{AC}=\sqrt{{(\mathrm{AM}+\mathrm{MO})}^2-{\mathrm{CO}}^2}=\sqrt{{(103+30)}^2-{30}^2}=129.57237$

$\mathrm{BC}=\sqrt{{(\mathrm{BS}-\mathrm{OS})}^2-{\mathrm{CO}}^2}=\sqrt{{(103-30)}^2-{30}^2}=66.55073$

AB＝AC-BC＝129.57237-66.55073＝63.02164

这时AB距离为63.02154，活塞行程进一步增加，说明，弯曲(折)状连杆长度(连杆上两孔间距离)对活塞行程是有影响的。虽然，连杆的两孔圆心距缩短，连杆随上下止点的改变，而同时改变倾角，但活塞行程还是会增加，原因是连杆倾度差增大了。

4.偏置气缸体上曲轴位置的偏置量也会影响活塞行程，与相同弯曲(折)状连杆(连杆弯曲程度一定时)配合时，曲轴偏置量越大，引起连杆倾度就越大，上止点和下止点间倾度差就大，活塞行程就越大；反之，曲轴偏置量越小，引起连杆倾度就越小，上止点和下止点间倾度差就小，活塞行程就越小。

举例3：见(图1-3)，连杆的两孔圆心距不变：AM＝BS＝103(与举例2相同)，曲轴圆半径OM＝30(即曲柄长)也不变；

改变曲轴偏置距离为：CO＝35时：

$\mathrm{AC}=\sqrt{{(\mathrm{AM}+\mathrm{MO})}^2-{\mathrm{CO}}^2}=\sqrt{{(103+30)}^2-{35}^2}=128.31211$

$\mathrm{BC}=\sqrt{{(\mathrm{BS}-\mathrm{OS})}^2-{\mathrm{CO}}^2}=\sqrt{{(103-30)}^2-{35}^2}=64.06246$

AB＝AC-BC＝128.31211-64.06246＝64.24965

AB的增加，说明曲轴位置的水平偏置量大小也会影响活塞行程。

5.曲轴偏置后，活塞下行时产生的曲轴扭矩增加和活塞侧向水平分力减小以及活塞上行时减少冲程中的功率损失：

在前序背景中提到，四冲程发动机的四个冲程中，只有一个冲程为做功燃爆冲程，即动力出发点是活塞顶面受力后集中于活塞连杆轴销，并通连杆向下对曲轴曲拐传递动力；其余另三个冲程动力出发点刚好相反，即动力出发点是通曲轴曲拐向连杆传递动力(冲程动力)，推动活塞完成排气、进气、压缩三个冲程。发动机的功率完全来自于活塞下行时的燃爆冲程，偏置曲轴的必要性正是基于这个原因。

与传统发动机相比，曲轴偏置后，曲轴从上止点转到水平线以前(并不是指曲轴转90度)，此过程中的任何一点，比传统发动机曲轴从上止点转过相同角度时的力矩都大，(如图6-1、图6-2)，因为，偏置曲轴使上止点M偏离曲轴中垂线一定距离，与普通发动机相比，都从各自上止点起，转过一个相同角λ，此时偏置曲轴的倾角要大些，曲拐圆心距各自曲轴中垂线，在C点以前始终有L2＞L1，所以燃爆后的同一时间偏置曲轴比传统发动机的力矩大。再有由于曲轴偏置，使活塞偏离曲轴正上方，在做功行程中活塞的侧向有害水平分力比传统发动机要小；曲轴曲拐从上止点向下转过90度附近时，活塞侧向水平分力最小(传统发动机此时活塞侧向水平分力最大)。

另外，见(图7)至(图14)曲转旋转一周的周期图：由于弯曲(折)状连杆在做功燃爆行程从上向下运动，力由连杆向曲拐传递动力，连杆的弯曲(折)状重心在此下行程中始终在曲拐圆周运动的圆外侧，能有效增加曲轴扭力，有趣的是，当曲轴越过下止点向上行时，此时，力的出发点反向，由曲拐向连杆传递动力，连杆的弯曲(折)状重心在此上行程中相对曲拐也反向，始终在曲拐圆周运动的圆内侧，也能有效增加曲轴曲拐对连杆的推力，来完成如排气或压缩功能，减少冲程中的功率损失；同时，活塞在上行程时所受压力远小于做功燃爆行程所受的力，因此不会形成活塞侧向水平分力增加。

从上述中不难看出，由于连杆的弯曲状作用，使连杆在偏置曲轴上运动还是能保持在气缸中线正下方对称摆动，不会产生任何额外震动。

6.由于上下止点的非对称性，能有效减轻发动机的震动：

大家都知道发动机曲轴输出端，或飞轮或皮带轮上都装有曲轴减震装置，是因为每次气缸点火燃爆的突变性，使曲轴旋转产生周期性震动，更进一步的原因是力量失衡；对四缸发动机而言，在同一时刻进、压、爆、排四个行程都在各缸分别同时进行，其中，燃爆处于压缩后排气前的中间，在点火燃爆初期，压缩行程才开始，显然能制衡点火燃爆突变性的只有排气行程初期，由于排气是在该缸燃爆结束后开始，假设排气开始能推迟到他缸点火燃爆后才开始，就能有效的用该缸气压制衡他缸点火燃爆的突变性，但是，传统发动机无法做到这一点，因为，他的曲轴上下止点是对称的，上止点火，另一缸的曲轴必然越过下止点，在下止点后不排气，缸气内压会造成该缸活塞回程阻力，损失动力而得不偿失；然而，偏置曲轴发动机天生具有此功能，由于上下止点的非对称性，特别是相对上止点，下止点大于180度，对于在上止点点火燃爆开始，其它缸缸内气压还存在，关键是该缸与其它缸的活塞行程运动方向一致，它缸曲轴并没有越过下止点，不会造成任阻力，使各缸燃爆的连续平稳过渡性提高，因而能有效减轻发动机的震动。

7.偏置曲轴发动机凸轮轴转角特征：

传统四冲程发动机曲轴与凸轮轴转速比为2∶1，即曲轴旋转二周完成四个冲程，凸轮轴旋转一周，也就是曲轴旋转180度，凸轮轴旋转90度；在同一气缸排气冲程与相邻的进气冲程中，排气凸轮转角与进气凸轮转角相差90度；进气凸轮轮廓与排气凸轮轮廓相同，各为90度转角轮廓驱动量，来完成排气或进气行程的气门开闭。

在偏置曲轴发动机中，由于偏置曲轴使得曲轴上下止点具有非对称性，因此，相应的排气凸轮转角与进气凸轮转角也有相应的凸轮轴转角特征，其理论特征是：

(1)曲轴与凸轮轴的转速比不变仍为2∶1，即曲轴旋转180度，凸轮轴旋转90度；

(2)按凸轮轴旋转方向，在同一气缸，进气凸轮转角落后排气凸轮转角90度减二之一曲轴上下止点倾角差；

(3)进气凸轮轮廓大于排气凸轮轮廓；排气凸轮轮廓为90-1/2α角度转角轮廓驱动量，完成排气行程的气门开闭，进气凸轮轮廓为90+1/2α角度转角轮廓驱动量，完成进气行程的气门开闭。

下面描述偏置曲轴发动机在运转中进气凸轮转角落后排气凸轮转角90度减二之一曲轴上下止点倾角差的转动过程：(“二之一曲轴上下止点倾角差”以下可表示为：“1/2α”)，

如(图5)，

(1)曲轴旋转旋转一周：曲轴从上止点转到下止点转过180°+α角，凸轮转过90°+1/2α角；曲轴从下止点转到上止点转过180°-α角，凸轮转过90°-1/2α角；即曲轴旋转360°，凸轮旋转180°；如此循环。

(2)在同一气缸，排气冲程在前紧随进气冲程在后，排气和进气凸轮同步转动；当排气时，排气冲程由下止点向上行，排气凸轮开闭气门转过90°-1/2α度角，排气结束；排气和进气凸轮同步继续转动，进气冲程开始，进气冲程由上止点向下行，进气凸轮开闭气门转过90°+1/2α度角，进气结束；从排气冲程结束到进气冲程开始，可以看出：进气凸轮转角落后排气凸轮转角90°-1/2α度角，即：进气凸轮转角落后排气凸轮转角90度减二之一曲轴上下止点倾角差。

(3)在排气冲程中，排气凸轮推开和关闭气门转过90°-1/2α度角；在进气冲程中，进气凸轮推开和关闭气门转过90°+1/2α度角；因此，理论上讲，进气凸轮轮廓应大于排气凸轮轮廓；即进气凸轮轮廓需要90°+1/2α度转角轮廓驱动量，排气凸轮轮廓需要90°-1/2α度转角轮廓驱动量。在实际运用中排、进气凸轮转角与凸轮轮廓的关联能够满足此条件的方式又是多样性的：

a.进气凸轮转角落后排气凸轮转角90度减二之一曲轴上下止点倾角差；排气凸轮轮廓不变，增大进气凸轮后沿轮廓(指凸轮推升物体下降边)到可覆盖进气行程量，这样凸轮间转角叠加量较小。

b.进气凸轮转角落后排气凸轮转角90度减二之一曲轴上下止点倾角差；排气凸轮轮廓不变，增大进气凸轮两侧轮廓到可覆盖进气行程量，这样凸轮间转角叠加量比前者较大。

c.排气凸轮转角与进气凸轮转角相差为90度；进气凸轮轮廓大于排气凸轮轮廓，其排气凸轮转角与进气凸轮转角叠加量为二之一曲轴上下止点倾角差；

d.在同一个四气门气缸上，排、进气门各有两凸轮，可以设定为：两排气凸轮转角与两进气凸轮其中一个的转角相差为90度，与另一个的转角相差为90度-1/2α，即两个排气门凸轮转角一致，两个进气门凸轮转角为一前一后，在前的一个起到进气凸轮转角落后排气凸轮转角90度-1/2α的作用；在后的一个起到进气凸轮轮廓大于排气凸轮轮廓的作用。

上面提到的进气凸轮轮廓大于排气凸轮轮廓(二者轮廓相似)，但由于凸轮驱动对像不同，排气凸轮轮廓小于进气凸轮轮廓这并不是必需的，也可以两者相同，可以根据实际情况改变驱动对像的形状位置等确定，因为，制造凸轮轴成本较高，在一台发动机上生产两种不同轮廓的凸轮轴会增加成本，由于凸轮与驱动对像是相互作的，可以通过改变凸轮驱动对像的轮廓达到同样目的，如：凸轮驱动摇臂上的滚子轮，可以通过减小排气凸轮驱动的滚子轮半径(同时需要升高滚子轮在摇臂上被减小半径位置)，使滚子轮以较小的曲率接触凸轮，同样起到与排气凸轮轮廓小于进气凸轮轮廓相同作用。因此，排气凸轮轮廓小于进气凸轮轮廓是非必需的，也可以两者相同，此时变为排气摇臂滚子轮小于进气摇臂滚子轮(指直径)。

综合所述几点优势，可以说在此之前任何形式的传统无偏置发动机，都未发挥出应有的最大效率，活塞式发动机动力学原理是曲轴具有半圆周行程受力的特点，我们有理由相信活塞式偏置曲轴发动机更符合半圆周行程受力的动力学原理。即从发动机具有曲轴曲拐旋转下行受力(指做功行程)，旋转上行出力的特征看，偏置曲轴发动机的弯曲(折)状连杆在偏置曲轴上运转，特别是V型发动机，偏置公共曲轴使两侧活塞与弯曲状连杆同时偏离气缸中线，更符合曲轴曲拐旋转下行受力，旋转上行出力的运动趋势。见(图15)直列四缸弯曲连杆偏置曲轴发动机立体图和V8弯曲连杆偏置曲轴发动机立体图平面图(图16)和立体图(图17)。

Claims (6)

1.一种弯曲连杆偏置曲轴机构，包括，气缸(1)，活塞(2)，连杆，曲轴(4)以及曲轴曲拐(5)，进气凸轮(6)及进气摇臂滚子轮(7)，排气凸轮(8)及排气摇臂滚子轮(9)，其特征是：所述曲轴圆中点偏离气缸(1)垂直中线设置，该偏置量＞曲轴半径的35％。

2.根据权利要求1所述弯曲连杆偏置曲轴机构，其特征是：所述连杆为弯曲状连杆(3)，且该连杆在机构中的弯曲方向与曲轴(4)偏置方向相反。

3.根据权利要求2所述弯曲连杆偏置曲轴机构，其特征是：所述同一气缸(1)中，按凸轮轴旋转方向，进气凸轮(6)转角落后排气凸轮(8)转角，且二者转角差等于90度减去二分之一曲轴上、下止点倾角差。

4.根据权利要求3所述弯曲连杆偏置曲轴机构，其特征是：所述进气凸轮(6)轮廓与排气凸轮(8)轮廓完全相同，且进气摇臂滚子轮(7)直径大于排气摇臂滚子轮(9)直径。

5.根据权利要求3所述弯曲连杆偏置曲轴机构，其特征是：所述进气凸轮(6)轮廓大于排气凸轮(8)轮廓，且进气摇臂滚子轮(7)直径等于排气摇臂滚子轮(9)直径。

6.根据权利要求2～5任一权利要求所述弯曲连杆偏置曲轴机构，其特征是：所述弯曲状连杆(3)从曲轴孔位置处分为上、下两个部件，上、下两个部件经螺栓连接，且上部件内开有贯穿连杆上的曲轴孔和活塞轴孔的油孔。

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