[发明专利]一种高效率内燃机

说明书

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。

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。