所属技术领域

本实用新型涉及一种能把汽油、柴油等燃料，经点燃后所产生的热能(即内能)，高效率地转化成机械能的装置。即做功力臂始终为最大状态，并且活塞在气缸中的运动路程长，能使汽油、柴油等燃料燃烧时所产生的热能得到充分释放而转化成机械能，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

目前的内燃机，都是采用汽油、柴油等可燃物在气缸内燃烧时所产生的高温、高压气体来推动活塞运动，活塞再通过连杆带动曲轴旋转的方式使曲轴获得转动力矩。这种方式存在的问题是：第一，内燃机在做功冲程过程中只有在连杆中心轴线与曲轴上所设有的曲柄臂的中心轴线之间成90度角时，连杆对曲轴所产生的转动力臂为最大，而在其它角度时这个力臂都要小，当这个角度为0度或180度时，此力臂为零，也就是说：力臂不能始终保持最大状态，这会影响高温、高压气体对曲轴转动所产生的积极效果，所以直接影响着内燃机的工作效率。第二，由于连杆始终处在以摆动主的复杂运动状态，即活塞对连杆的推力方向和连杆对活塞的推力方向与活塞的运动方向不能始终保持在同一条直线上，所以容易使气缸套和活塞发生偏磨现象而漏气，缩短了活塞和缸套的使用寿命。第三，活塞在气缸内运动路程较短，在做功冲程中当活塞从上止点到达下止点位置时，气缸内部仍然存在着较高温度和较大气压的气体，这部分能量没有转化成机械能，而是在活塞上升(即排气冲程)过程中被排除掉，最终导致能量转化效率低，造成能源的浪费。

发明内容

目前四冲程内燃机(四冲程汽油内燃机或四冲程柴油内燃机，以下雷同)存在着背景技术中所谈到的三大方面问题，为了解决上述三大方面问题，从而大幅度地提高内燃机的工作效率，本实用新型提供了一种内燃机，该内燃机能较大幅度地相对延长活塞在气缸中的运动路程(可以增长至现有内燃机的数倍)，使气缸内部产生的高温、高压气体所具有的能量得到充分释放而转化成机械能，使内燃机的工作效率得到提高。由于该四冲程内燃机活塞的运动方向与摆动齿轮之间始终为正切状态，而且摆动齿轮给活塞的作用力方向或活塞给摆动齿轮的作用力方向与活塞的运动方向始终保持一直，因此不但能保证活塞在做功过程中活塞推动主转动轴使之旋转的力臂始终为最大状态，从而提高了内燃机的工作效率，达到节能的目的，而且气缸套和活塞也不会发生由于偏磨而漏气现象，相对延长了活塞和气缸套的使用寿命。

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(四冲程汽油内燃机和四冲程柴油内燃机)由气缸套、缸体、气缸盖、云梯形活塞、摆动齿轮、单项齿轮，被动齿轮、主转动轴，储气箱、四冲程汽油内燃机的点火系统，四冲程柴油内燃机的喷油系统、降温系统、润滑系统、吸气系统、排气系统、摆动齿轮最大转动角度控制系统(包括：连杆、摆动齿轮上所设有的“U”字形轴径和主转动轴上所设有的“U”字形轴径)等部件构成.

一、气缸套。本实用新型提供的气缸为直线双排气缸，并采用水平放置的方法，即：属于人们常说的卧缸。它是由两个二分之一直线双排气缸套的一个端点对接而成，而每个二分之一直线双排气缸套又是由两个单筒气缸套组合而成。首先选用四个无底钢筒作为单筒气缸的气缸套，从每个单筒气缸套一个侧面，分别切开一个与气缸套两个底面中心连线(即气缸轴线)相平行的槽孔，槽孔的宽度略大于云梯形活塞中钢条的厚度，槽孔的长度等于单筒气缸套的总长度。选用两块侧面曲率半径与气缸套外径曲率半径相同并且其横截面为梯形的钢板，每块钢板一端的端面与气缸套和气缸盖相接触的那一端的槽孔端点持平，每块钢板都与槽孔的中心轴线平行，并分别固定在两个单筒气缸套的槽孔上下两侧，其中固定在槽孔上侧的钢板的下表面离槽孔中心轴线的距离略大于云梯形活塞中间的楔形钢块的上端与云梯形活塞中间的短钢柱的轴线之间的距离，此钢板的长度等于槽孔的长度；固定在槽孔下侧的钢板的上表面离槽孔中心轴线的距离略大于云梯形活塞中间的楔形钢块的下端与云梯形活塞中间的短钢柱的轴线之间的距离，此块钢板的长度略小于单筒气的缸槽孔长度减去摆动齿轮与此钢板的延长线相割的割线长度的二分之一。这样，两块钢板就将两个单筒气缸套连接在一起，组成了一个二分之一直线双排气缸套，而且两块钢板之间就形成一个轨道槽，此轨道槽为云梯形活塞中的楔形钢柱和端点钢柱提供滑动轨道，并且它也起到了一个小气缸的作用，同时当两个相同的二分之一直线双排气缸套对接后在接点处也形成一个槽，为安装摆动齿轮提供空间。钢板所用的材料与气缸套所用的材料相同。将两个相同的二分之一直线双排气缸套对接后就形成了一个完整的直线双排气缸。密封圈的总体形状像眼镜的框架，这是根据二分之一直线双排气缸套截面的形状而确立的。将密封圈安装在二分之一直线双排气缸套上靠近摆动齿轮那一侧端点附近的气缸套和钢板的外径上。如果是具有多个直线双排气缸的内燃机，则每个直线双排气缸的中心轴线应相互平行，而且处在同一个平面上。本实用新型所涉及的左右两个二分之一直线双排气缸，当其中一个处于吸气冲程阶段时，另一个二分之一直线双排气缸则应处于排气冲程阶段。

二、云梯形活塞：选用两个规格相同的空心钢筒，而且这两个空心钢筒的两端分别都有底，选用空心钢筒的目的是为了减轻它的质量，从而减少它的惯性.在每个空心钢筒的一侧分别固定一根与空心钢筒的中心轴线相平行的钢条，此钢条的厚度略小于二分之一直线双排气缸套中所设有的槽孔宽度，此钢条的宽度等于气缸套壁的厚度，此钢条的长度等于云梯形活塞的总长度.在每个空心钢筒的两端附近分别设置三到五个环形槽，将活塞环(气环和油环)分别置于此槽中.选用若干根钢柱，作为云梯形活塞的钢柱，云梯形活塞的钢柱由两种形状的钢柱组成，第一种是安装在云梯形活塞最左端和最右端的两个钢柱，这两个钢柱在此称之为云梯形活塞的端点钢柱，这两个钢柱两端底面的曲率半径与单筒气缸套外壁的曲率半径相同，并且除了两端底面为曲面外，其余的四个面都为平面，这两个钢柱的横截面为矩形，其高度略小于二分之一直线双排气缸套中的两块钢板相邻两个面之间的距离，这两个钢柱中心位置之间的长度(即钢柱两个曲形底面之间的最小距离)略小于二分之一直线双排气缸套中两个单筒气缸套外壁之间的最短距离.将其中一个钢柱的两端分别固定在两个空心钢筒所连接的钢条的左侧端点上，将另一个钢柱的两端分别固定在两个空心钢筒所连接的钢条的右侧端点上，并使每个钢柱最外面的那个侧面与钢条的端面(即空心钢筒的端点底面)处在同一个平面上.云梯形活塞钢柱的另一种是安装在两个端点钢柱之间的那些钢柱，在此把这些钢柱称之为楔形钢柱.每根楔形钢柱由三部分组成：其中间部分是横截面为楔形的钢块，而两端则是横截面为正方形、圆形或矩形的短钢柱，其短钢柱的厚度(此厚度是指：如果横截面是正方形的则为边长；如果是圆形的则为直径；如果是矩形的则为短边长)等于钢条厚度.其横截面为楔形的钢块的长轴长度(即高度)略大于或等于摆动齿轮的齿牙高度，而略小于二分之一直线双排气缸套中的两块钢板相邻两个面之间的距离；其横截面为楔形的钢块的长度略大于或等于摆动齿轮齿牙的厚度.将两个短钢柱的一端分别固定在横截面为楔形的钢块两端的端面上，使三者形成一体，组成一根完整的楔形钢柱.将若干根楔形钢柱等距离分布后，分别将短钢柱的另一端固定在两个空心钢筒所连接的钢条上，并使两个相邻的楔形钢块相邻的两个弧形面之间的距离略大于摆动齿轮的齿牙宽度，这里所说的齿牙宽度是指同一个齿牙的两个咬合面之间的距离.云梯形活塞两端的楔形钢柱之间的距离应大于二分之一直线双排气缸套的总长度，这样才能保证云梯形活塞在直线双排气缸中从一端向另一端运动时，其楔形钢柱始终与摆动齿轮的齿牙相咬合.而且能确保端点钢柱始终不能与摆动齿轮的齿牙相接触.这样两个钢筒就在云梯形活塞钢柱及钢条的连接下组成了一体，云梯形活塞就做好了.因为活塞的整体形状像云梯，所以此种形状的活塞在此称之为云梯形活塞.云梯形活塞钢柱中间部分设计成横截面为楔形钢块的目的是：能使此钢柱与摆动齿轮的齿牙咬合良好，以减少二者之间的摩擦，有利于传递力矩；而楔形钢柱的两端设计为短钢柱的目的是：能使横截面为楔形的钢块固定在钢条上更加方便，并且能使横截面为楔形的钢块与气缸套之间形成一个小间隙，以防止横截面为楔形的钢块与气缸套之间产生摩擦，从而减少云梯形活塞往返运动时所产生的摩擦阻力.设置两个端点钢柱的目的是：虽然在云梯形活塞往返运动过程中并不与摆动齿轮的齿牙相接触，即端点钢柱与摆动齿轮之间不发生力矩传递关系，但云梯形活塞在直线双排气缸中往返运动过程中，云梯形活塞两端的端点钢柱将会起到一个小活塞的作用，例如：在二分之一直线双排气缸做功冲程刚开始时，由于端点钢柱外侧的侧面与气缸盖内表面这间的距离也等于燃烧室的高度，并且端点钢柱外侧的侧面、气缸盖内表面、二分之一直线双排气缸套的两块钢板的相邻两个面以及两块钢板所夹的单筒气缸套的外壁，它们所形成的空腔与空心钢筒的端点底面和气缸盖之间所形成的空腔是通过单筒气缸套上所设有的槽孔而相互联通的，所以燃烧室中所产生的高温高压气体也同样作用在端点钢柱的外侧的侧面上，这就是为什么要将端点钢柱设计成上面所阐述的形状和尺寸的主要原因.在此需要强调的是：端点钢柱的侧面面积很小，它不是云梯形活塞的主体.当云梯形活塞运动时，端点钢柱将随着云梯形活塞一起运动，并在二分之一直线双排气缸套上所设有的两块钢板的相邻两个面和两块钢板所夹的那段单筒气缸套的外壁表面上滑动，此时二分之一直线双排气缸套上所设有的两块钢板的相邻两个面和两块钢板所夹的那段单筒气缸套的外壁及气缸盖之间所组成的小空腔就相当于端点钢柱的一个小气缸.

三、摆动齿轮：摆动齿轮齿牙的厚度等于或小于云梯形活塞钢柱中楔形钢块的长度，齿牙的高度不大于云梯形活塞中楔形钢块的长轴长度，相邻两个齿牙之间的距离等于云梯形活塞中两个相邻的楔形钢块之间的距离，摆动齿轮的周长应大于云梯形活塞中两端的楔形钢柱之间的距离，这样才能确保云梯形活塞从一个端点运动到另一个端点时，摆动齿轮转过的角度小于360度或负360度.摆动齿轮固定在摆动齿轮轴上，摆动齿轮轴上应设有一个弯曲的“U”字形轴径，它是由连杆上端相连接的连杆轴径和固定在摆动齿轮轴上的曲柄臂组成，将连杆的上端通过连杆上端内衬套与摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径相连接，连杆的下端则通过连杆下端内衬套与主转动轴上所设有的“U”字形轴径相连接.摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径、连杆及主转动轴上所设有的“U”字形轴径的相互配合能够有效地控制摆动齿轮转动的最大角度，同时也能相互传递力矩.摆动齿轮轴则通过轴承或轴瓦与内燃机的缸体相连接，并使摆动齿轮轴处在直线双排气缸的中心垂直线上，摆动齿轮的部分齿牙置于云梯形活塞中的楔形钢柱之间，这样云梯形活塞在直线双排气缸中往返运动时，云梯形活塞中的楔形钢柱就能推动摆动齿轮往返小于360度或负360度之间的转动.摆动齿轮的数量与直线双排气缸的数量相等.如果是多个直线双排气缸组合的内燃机，那么所有的摆动齿轮都安装在同一个摆动齿轮轴上，而且摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径的数量可以少于摆动齿轮总数量，但最少不能少于一个，而连杆的数量与摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径的数量相等.

四、单项齿轮：单项齿轮的结构、原理与自行车飞轮(即是人们常说的小牙盘)的结构原理相同，在此不再阐述，单项齿轮的特点是：齿轮的中间部分与外围齿牙之间只能在某一旋转方向上发生力矩传递，而在另一个旋转方向上，其中间部分与外围齿牙之间只能相对滑动，在乎略摩擦力的情况下则不发生力矩传递。具体地说：单项齿轮的中间部分如果顺时针方向旋转能将力矩传递给外围齿牙，那么这个单项齿轮的中间部分如果逆时针方向旋转则无法传递力矩，即单项齿轮的中间部分与外围齿牙之间将会发生滑动现象，但需要注意的是：如果这个单项齿轮是外围齿牙向中间部分传递力矩，那么该单项齿轮的外围齿牙顺时针方向旋转则不能向中间部分传递力矩，而外围齿牙逆时针方向旋转却能将力矩传递给该单项齿轮的中间部分，这是由单项齿轮的特性所决定的，它既涉及到单项齿轮的中间部分与外围齿牙二者之间那个是力矩的主动传递者，那个是力矩的被动接受者，同时也涉及到相对运动的关系原理。选用两个直径不同，齿数不等，力矩传递方向相反的单项齿轮，将这两个单项齿轮的中间部分固定在摆动齿轮轴上，并且如果四冲程内燃机的主转动轴正常工作时的旋转方向设计为顺时针，那么直径较大的那个单项齿轮的中间部分必须选用逆时针转动才能向外围齿牙传递力矩的那种单项齿轮；而直径较小的那个单项齿轮的中间部分则必须选用顺时针转动才能向外围齿牙传递力矩的那种单项齿轮。如果四冲程内燃机的主转动轴正常工作时的旋转方向设计为逆时针，那么这两个单项齿轮则都必须选用与上述力矩传递方向各自相反的那种单项齿轮。如果内燃机是采用多个直线双排气缸组合的方式，由于摆动齿轮是安装在同一个摆动齿轮轴上的，那么所有的单项齿轮也都应该安装在同一个摆动齿轮轴上，所以单项齿轮的个数可以少于直线双排气缸总数的二倍，但最少也不能少于两个。

五、被动齿轮：被动齿轮安装在被动齿轮轴上，而被动齿轮轴则通过被动齿轮轴承与缸体相连接，被动齿轮处在直径小的单项齿轮与直径小的那个主转动轴齿轮这间，并分别与直径小的单项齿轮和直径小的那个主转动轴齿轮相互咬合。由于单项齿轮和摆动齿轮都安装在摆动齿轮轴上，所以单项齿轮也随着摆动齿轮的转动而转动，而主转动轴齿轮则是始终朝某一个方向转动的，因此，就需要其中一个单项齿轮通过被动齿轮来改变旋转方向，这样才能将两个单项齿轮的转动力矩变成相同方向的转动力矩而最终传递给主转动轴齿轮，带动主转动轴始终朝一个方向旋转。被动齿轮的数量应于直径较小的单项齿轮数量相等。

六、主转动轴：它是内燃机力矩最终输出部件。主转动轴应处在直线双排气缸的中心垂直线上，并使主转动轴与摆动齿轮轴相互平行。将两个直径不同，齿数不等的主转动轴齿轮安装在主转动轴上，其中直径大的那个主转动轴齿轮直接与摆动齿轮轴上所安装的直径大的那个单项齿轮相互咬合；另一个直径小的主转动轴齿轮则与被动齿轮相互咬合。由于摆动齿轮每次转动角度始终小于360度或小于负360度，那么摆动齿轮轴及安装在摆动齿轮轴上的单项齿轮的每次转动角度也必将小于360度或小于负360度，也就是说：在摆动齿轮转动半个周期中，单项齿轮所转过的齿牙数少于单项齿轮总齿牙数，因此两个单项齿轮与两个主转动轴齿轮的齿数比，不能直接设为0.5∶1，而只能将摆动齿轮在转动半个周期中单项齿轮所转过的齿牙数与主转动轴齿轮的齿牙数之比为0.5∶1。在此需要指出的是：被动齿轮只能改变力矩传递方向，而不会影响单项齿轮与主转动轴齿轮之间的转速比。这样才能确保摆动齿轮转动一个周期时(即往返一次)，主转动轴才能刚好转过一周，也就是说：当内燃机完成四个冲程即云梯形活塞运动两个周期时，主转动轴才能刚好转过两周，设计这样的转数比的目的是：使此种内燃机能与目前正在使用的内燃机更多的组件相配套。在主转动轴上设置一个弯曲的“U”字形轴径，它是由连杆下端相连接的连杆轴径和主转动轴上所设有的曲柄臂组成。连杆的下端通过内存套与主转动轴上所设有的“U”字形轴径相连接。当主转动轴旋转时，主转动轴上所设置的“U”字形轴径也将旋转，其旋转的轨迹为一个圆，此圆的半径应小于摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径旋转轨迹的半径，即主转动轴上所设有的曲柄臂的长度应小于摆动齿轮轴上所设有的曲柄臂长度。其目的是：当主转动轴旋转360度或负360度时，摆动齿轮的转动角度小于负360度或360度。主转动轴上的曲柄臂的长度与摆动齿轮上轴的曲柄臂长度之间的关系是：设主转动轴上的曲柄臂长度为r，摆动齿轮轴上的曲柄臂长度为R，当摆动齿轮在某一方向上转动到最大角度位置时，连杆的中心轴线与主轴上所设有的曲柄臂轴线便处在同一条直线上，设主转动轴的轴线和摆动齿轮轴的轴线之间的连线与摆动齿轮上的曲柄臂的轴线所形成的夹角为α，连杆的长度为L，那么，

$\cos \alpha =\frac{R^2+{(L+R-r)}^2-{(L+r)}^2}{2R(L+R-r)}=\frac{R+\mathrm{RL}-2\mathrm{RL}-\mathrm{rR}}{\mathrm{RL}+R^2-\mathrm{Rr}}$

因为连杆的长度是已知的，即L是已知的，在确定了主转动轴的轴线和摆动齿轮轴的轴线之间的连线与摆动齿轮上的曲柄臂的轴线之间所形成的夹角(即α角)的前提下，只要确定了摆动齿轮上的曲柄臂或主转动轴上的曲柄臂的其中之一的长度，那么另一个长度也就确定下来的。将主转动轴通过轴瓦或轴承与内燃机的缸体相连接。主转动轴上所设有的“U”字形轴径的数量与连杆数量相等，主转动轴上所安装的主转轴齿轮的数量与单项齿轮的数量相等。如果是多个直线双排气缸组合的内燃机，主转动轴也只设一个主转动轴，而主转动轴上所设有的“U”字形轴径的数量却可以少于直线双排气缸的数量，但最少也不能少于一个。

七、气缸盖：本实用新型所提供的每个直线双排气缸实际上都相当于四个气缸，而且为两两组合后形成两个二分之一直线双排气缸，这两个二分之一直线双排气缸再组合形成一个完整的直线双排气缸，那么气缸盖也必然为两组，左端和右端各分别一组.为了使左端气缸盖或右端气缸盖中的排气管或进气管相互连通，并各自在一条直线上，从而使部件排列整齐，美观，而且制作方便，同时更能适合多缸四冲程内燃机的需要，因此针对四冲程柴油内燃机而言，左端或右端气缸盖上所安装的排气阀、进气阀、喷油嘴这三个部件成三角形排列，并使排气阀、进气阀分别处在气缸盖的上、下两侧，而喷油嘴则处在中间位置，并且左右两端的每个单筒气缸相对应的气缸盖上都设有各自独立的进气阀、排气阀和喷油嘴.针对四冲程汽油内燃机而言，排气阀、进气阀、火花塞这三个部件也成三角形排列，并使排气阀、进气阀分别处在气缸盖的上、下两侧，而火花塞则处在中间位置，并且左右两端的每个单筒气缸相对应的气缸盖上都设有各自独立的进气阀、排气阀和火花塞.四冲程内燃机左、右两端气缸盖上所设有的排气管可以通过一个管道使它们都与主排气管相互连通，最后通过主排气管向外排气.当然，左、右两端的排气管也可以不相互连通，而直接向外排气，最终实现双排气管各自独立排气，这样能使排气更加顺畅，针对功率较大的四冲程内燃机而言，更适合采用双排气管各自独立排气的方式.

本实用新型四冲程内燃机气缸盖上所设有的进气气门口、排气气门口和四冲程柴油内燃机气缸盖所设有的用于安装喷油嘴的空腔或四冲程汽油内燃机气缸盖上所设有的用于安装火花塞的空腔其结构和形状与现有四冲程内燃机相同，在此不再阐述。

八、储气箱：因为本实用新型所提供的内燃机其云梯形活塞在气缸中的运动路程较长，所以在吸气冲程中，吸入到气缸内的气体(柴油内燃机为空气，汽油内燃机为混合汽)较多，导致在压缩冲程中，其压缩比会超出规定的值，因此，需要将吸入到气缸中的多余气体先排出一部分，而在气缸中只保留合适的气体总量，这就需要有一个能接收排出多余气体的装置，此装置在此称为储气箱.储气箱由箱体、进气控制阀、出气接口钢管、储气箱进气管、出气管、螺帽、密封垫等部件组成，箱体的内部空腔可以为球体、椭球体、圆柱体或棱柱体等多种形状.本实例图中所画的为球体.箱体的容积应大于直线双排气缸的容积.在箱体的一端外壁上打磨出一个小平面，在此平面的中心位置上钻一个孔，孔的直径与进气控制阀钢管较粗那端的内部空腔的直径相同，将一个内径与进气控制阀钢管较粗那端的外径相同的螺帽焊接在箱体外壁所打磨出的小平面上，并使螺帽中心轴线与小平面上所设有的孔的中心轴线都处在同一条轴线上；在箱体的另一端设有两个孔，这两个孔的内径与出气接口钢管的内径相同，并将两个出气接口钢管的一端焊接在箱体的外壁上，并使两个出气接口钢管的内部空腔分别与这两个孔相通，这两个出气接口钢管的另一端通过出气管分别与左右两端气缸盖上所设有的进气管相连接.储气箱进气控制阀由一根进气控制阀钢管、一根进气控制阀弹簧、一个钢球、一个中心有孔的螺钉组成，进气控制阀钢管的外径一端较细，方便与储气箱进气管相连接，此端的内部空腔的直径较小；而进气控制阀钢管的另一端外径较粗，有利于和箱体之间实现密封，此端进气控制阀钢管的内部空腔的直径较大，并在此端钢管的外壁和内壁上分别设有螺纹.在进气控制阀钢管直径较大的那端内部空腔与直径较小的那端内部空腔的连接处设有一个球冠形空腔.钢球的直径大于进气控制阀钢管内部较细的空腔直径，而小于进气控制阀钢管内部较粗的空腔直径.将钢球和进气控制阀弹簧依次置于进气控制阀钢管内部空腔中，再将中心有孔的螺钉置于进气控制阀钢管内壁有螺纹的一端.密封垫的外径略小于螺帽的内径，而密封垫的内径则与进气控制阀钢管的粗端空腔的直径相同，将密封垫置于螺帽的内部空腔中，再将进气控制阀钢管外壁设有螺纹的一端置于螺帽之中.针对汽油内燃机而言，进气控制阀钢管外径较细的一端通过储气箱进气管与化油器相连接；针对柴油内燃机而言，进气控制阀钢管外径较细的一端通过储气箱进气管与外界空气相连.当二分之一直线双排气缸处在吸气状态时，储气箱中的气体压强会变小，储气箱进气控制阀中的钢球会克服进气控制阀弹簧的弹力作用而移动位置，此时气体流通路径被打通，气体便可以进入二分之一直线双排气缸中.在进气控制阀弹簧的作用下，虽然进入二分之一直线双排气缸中的气体压强(即气体密度)能小些，但是由于二分之一直线双排气缸较长，可以达到现有内燃机气缸的数倍，所以进入到二分之一直线双排气缸中的气体分子总数，还是远远超过规定的数值，这就需要该二分之一直线双排气缸在压缩冲程开始阶段，将部分多余的气体再送回储气箱，当多余气体返送回来进入储气箱后，储气箱内部空腔中的气体压强会变大，储气箱进气控制阀中的钢球会在进气控制阀弹簧的作用下，将储气箱进气控制阀钢管的内部空腔堵住，多余气体便在储气箱中存留.这些存留的多余气体为另一个二分之一直线双排气缸吸气时提供部分气体.返送回来的气体虽然能使储气箱中的气压变大，但不会变的很大，这是因为一方面储气箱中的容积大于二分之一直线双排气缸的容积，另一方面，返送回来的只不过是二分之一直线双排气缸中的部分气体，所以储气箱中的气压永远也不会变得很大.如果内燃机的工作环境温度较低，则可以将储气箱靠近温度较高的部件，如：内燃机的排气管，这样能使储气箱中的气体受到预热而温度增高，有利于寒冷地区的内燃机点火.在此特别指出的是：如果是采用多个直线双排气缸组合的内燃机，因为在主转动轴旋转两周的过程中，将会有若干个二分之一直线双排气缸同时处在压缩和吸气冲程，而且在压缩冲程开始阶段，二分之一直线双排气缸排出来的部分多余气体总量少于正处在吸气冲程中的二分之一直线双排气缸所吸入的气体总量，也就是说排出来的多余气体能及时地被其它二分之一直线双排气缸所吸收，因此在这种情况下，可以不设储气箱或只设容积较小的储气箱.另外，四冲程柴油内燃机在吸气冲程中吸入的是空气，那么它在压缩冲程的开始阶段所排出来的也是空气，因此针对四冲程柴油内燃机而言也可以不设储气箱.

九、冷却降温系统：在本实用新型所提供的内燃机中，由于云梯形活塞在二分之一直线双排气缸内的运动路程较长(可增长为传统活塞运动路程的数倍)，所以，在做功冲程中，气缸内的高温高压气体所具有的能量能得到充分地释放，在做功完成后气缸中的温度不会很高，因此，此种内燃机起到冷却降温作用的液体或其它形态的物体，不必与气缸套直接接触，而是将二分之一直线双排气缸套直接安装在厚度较薄的缸体内部所设有的空腔中，使起到冷却降温作用的液体或其它形态的物体直接与厚度较薄缸体的外表面相接触。将二分之一直线双排气缸套直接安装在厚度较薄的缸体内部所设有的空腔中的目的是：缸体对长度较长的二分之一直线双排气缸的气缸套能起到一定的加固作用，使之不易发生变形。

十、其它部件：将现有内燃机中曲轴上所安装的正时齿轮或其它部件，在本实例中应安装在主转动轴上，凸轮轴上的正时齿轮安装在凸轮轴上，凸轮轴通过轴瓦或轴承与内燃机的缸体相连接.在此着重指出的是：凸轮轴上所安装的排气凸轮的凸起部分的弧线长度应符合长度较长的二分之一直线双排气缸排气的需要，必须在排气冲程中，当云梯形活塞的端点底面运动到极限位置时，排气门才关闭.凸轮轴上所安装的进气凸轮的凸起部分的弧线长度应比现有内燃机的进气凸轮的弧线长度略长一些，从而使在二分之一直线双排气缸吸气过程中和吸气结束时以及在压缩冲程的前期阶段都能使气缸盖上所设有的进气阀处在打开状态，必须在压缩冲程前期阶段，当云梯形活塞的端点底面运动到指定的位置，也就是运动到云梯形活塞的端点底面与气缸盖内表面之间的空腔中的气体总量达到压缩比的要求时进气门才关闭，这是因为二分之一直线双排气缸较长，吸气冲程中吸入到二分之一直线双排气缸中的气体量会超过压缩比的要求，因此必须在压缩冲程的前期阶段先让二分之一直线双排气缸中的部分气体从储气箱进气管再返回储气箱中的缘故.(压缩比(ε)＝气缸总容积/燃烧室工作容积＝1+气缸工作容积/燃烧室工作容积，一般情况下：柴油内燃机：ε＝14～20汽油内燃机：ε＝6～10).至于气门顶杆、气门摇臂、气门弹簧等控制进气和排气所需的部件，除了尺寸和放置角度外，其形状、结构、原理等方面与现有内燃机相同，在此不在阐述.四冲程柴油内燃机所需的高压油泵和四冲程汽油内燃机所需的分电器等部件在形状、结构、原理等方面也与现在的内燃机相同，在此不再阐述.

本实例中，内燃机中起到润滑作用的润滑油的油面高度，达到能接触到摆动齿轮最下边的齿牙高度就可以了。摆动齿轮在转动时，会将润滑油通过齿牙提供给云梯形活塞中的钢柱，再通过单筒气缸侧面所设有的槽孔的缝隙，使部分润滑油进入到直线双排气缸的内部，并使云梯形活塞中的空心钢筒表面、钢条表面和气缸套内部表面都附上一层油沫，当云梯形活塞在直线双排气缸中从一个端点向另一个端点运动时，活塞环会将多余的润滑油刮出，并通过单筒气缸侧面所设有的槽孔的缝隙，而使多余润滑油进入两个单筒气缸套侧面的两块钢板所形成的空腔中，并随着多根云梯形活塞钢柱的运动，而将多余润滑油带给摆动齿轮的齿牙，那么多余的润滑油会重新回到原始位置。本实例中没有阐述的四冲程内燃机所需的其它部件也与现有的内燃机相同，在此不在阐述。

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)的工作过程仍然由吸气(即进气)、压缩、燃烧膨胀(即做功)和排气这四个冲程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。为了方便地说明问题，在下面的原理阐述中，是以左侧二分一直线双排气缸为例，并设定主转动轴的旋转方向为顺时针。

一、吸气冲程(进气冲程)

首先由启动机带动主转动轴旋转，主转动轴上获得的转动力矩从表面上看可以通过两种途径传递给摆动齿轮，一种途径是可以通过主转动轴上所设有的“U”字形轴径、连杆、摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径和摆动齿轮轴最终将主转动轴上的转动力矩传递给摆动齿轮，使摆动齿轮转动，从而带动云梯形活塞运动.另一个力矩传递途径是：主转动轴上获得的转动力矩首先传递给主转动轴上所安装的两个主转动轴齿轮，而这两个主转动轴齿轮其中一个直径较大的那个主转动轴齿轮是直接与直径较大的那个单项齿轮相互咬合的，所以这个主转动轴齿轮便将转动力矩直接传递给直径较大的那个单项齿轮，可是，如果主转动轴工作时的旋转方向设计为顺时针方向旋转，那么，直径较大的那个单项齿轮的中间部分必须选用逆时针方向转动才能向外围齿牙传递力矩的那种单项齿轮，而主转动轴上的顺时针转动的力矩当传递给直径较大的那个单项齿轮的外围齿牙上时，外围齿牙所获得的力矩的方向却是逆时针，这时直径较大的那个单项齿轮的外围齿牙却不能向其中间部分传递力矩(上面阐述过，在此不再阐述)；而主转动轴上所安装的另一个直径小的那个主转动轴齿轮则是通过被动齿轮与另一个直径较小的那个单项齿轮相咬合，所以这个主转动轴齿轮便将顺时针方向转动的力矩通过被动齿轮而间接地把转动力矩传递给另一个直径较小的那个单项齿轮的外围齿牙上，由于被动齿轮能改变力矩传递方向，这样以来这个直径较小的那个单项齿轮的外围齿牙便获得了顺时针方向旋转的力矩，由于直径较小那个单项齿轮传递力矩方向与直径较大的那个单项齿轮的传递力矩方向恰恰相反，所以直径较小的那个单项齿轮的外围齿轮也不能向其中间部分传递力矩，因此说：主转动轴在启动机的带动下顺时针方向旋转的情况下，主转动轴上的顺时针方向转动的力矩是不能通过单项齿轮而将力矩传递给摆动齿轮轴上并最终导致云梯形活塞运动的.如果主转动轴正常工作时的旋转方向设计为逆时针，那么摆动齿轮轴上所安装的两个单项齿轮的力矩传递方向也相反，所以也不能传递力矩，其原理与上述相同.其实启动机带动主转动轴旋转的力矩只有通过一条途径才能将力矩传递给摆动齿轮，那就是通过连杆这条途径，具体工作过程如下：为了说明问题的方便，在此设主转动轴正常工作时的旋转方向为顺时针，设直线双排气缸中左侧那个二分之一直线双排气缸开始吸气，那么当主转动轴在启动机的带动下顺时针方向刚刚开始旋转时，云梯形活塞处在最左端的极限位置上，即云梯形活塞的左端端点底面处在与左端气缸盖内表面之间的距离等于燃烧室的长度的位置上，这个位置在此称为左止点(它相当于现有内燃机的上止点)，此时的摆动齿轮则处在逆时针方向的最大转动角度，那么连杆的中心轴线也必将与主转动轴上所设有的曲柄臂中心轴线是处在在同一条直线的位置上，连杆向右倾斜，并且连杆的重心也处在最高位置，上面所谈到的云梯形活塞、连杆等部件所处的位置状态是上一个冲程即排气冲程结束时的位置状态(这一位置状态的形成将在排气冲程中阐述)，当启动机带动主转动轴顺时针方向旋转时.主转动轴上所设有的“U”字形轴径也必将旋转，它将会带动连杆运动，并使连杆的重心逐步向下移动，摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径必将顺时针方向转动，那么摆动齿轮轴也必将顺时针方向转动，摆动齿轮也必将顺时针方向转动，摆动齿轮的齿牙就会带动云梯形活塞向右移动位置，此时左侧气缸盖上的进气阀已经打开，左侧二分之一直线双排气缸开始吸气.当连杆的中心轴线与主转动轴上所设有的“U”字轴径的曲柄臂的中心轴线处在一条直线上时，连杆的重心便处在最低位置，此时的云梯形活塞的中心也就运动到了直线双排气缸的中间位置，由于摆动齿轮、连杆等相关部件的惯性作用，会将连杆迅速偏离这一平衡位置，而使连杆上端向左微微倾斜.主转动轴继续顺时针方向转动，主转动轴上所设有的“U”字形轴径会推动连杆向左继续倾斜并使连杆的重心逐步向上移动，那么摆动齿轮则继续向顺时针方向转动，云梯形活塞也继续向右移动位置，左侧的二分之一直线双排气缸继续吸气.当连杆的中心轴线与主转动轴上所设有的曲柄臂的中心轴线再次处在一条直线上时，连杆的重心又处于最高位置，并且连杆向左倾斜，其倾斜的角度是由摆动齿轮轴上所设有的曲柄臂的长度与主转动轴上所设有的曲柄臂的长度之间的差值以及连杆自身的长度所决定的，差值越大则连杆的倾斜角度也越大，因为摆动齿轮轴上所设有的曲柄臂长度大于主转动轴上所设有的曲柄臂长度，所以摆动齿轮的转动角度将小于360度.至此，摆动齿轮顺时针方向转动达到最大值，此时的云梯形活塞也在摆动齿轮上的齿牙带动下运动到最右端的极限位置，即云梯形活塞右端的端点底面与右侧气缸盖的内表面之间的距离等于右侧二分之一直线双排气缸中的燃烧室长度，那么左侧二分之一直线双排气缸的吸气冲程到此结束.

在此着重指出的是：当内燃机选用多个直线双排气缸组合时，在内燃机正常工作以后，由于摆动齿轮都是安装在同一个摆动齿轮轴上的，而且多个二分之一直线双排气缸在多个云梯形活塞往返运动的四个冲程过程中只少有一个二分之一直线双排气缸是处在做功冲程阶段，所以摆动齿轮的转动力矩便可以直接从处在做功状态的那个云梯形活塞中的楔形钢柱上直接获得，而不必从主转动轴上获得.在这种情况下，连杆、主转动轴上所设有的“U”字形轴径和摆动齿轮上所设有的“U”字形轴径这三个部件的共同作用对摆动齿轮转动只能起到辅助作用，但这三个部件的组合却能对摆动齿轮的最大转动角度起到绝对的限定作用，当连杆的上端向左或向右倾斜，并且连杆的中心轴线与主转动轴上所设有的曲柄臂的中心轴线处在同一条直线上，同时连杆的重心处在最高位置时，摆动齿轮便处在朝某一方向转动的最大位置上，因此这三个部件的组合能对摆动齿轮朝某一方向的最大转动角度起到绝对的限定作用.

二、压缩冲程：

在压缩冲程的开始阶段，相关运动部件都承接着上一个冲程(即吸气冲程)结束时的位置状态，即：此时的摆动齿轮则处在顺时针方向转动的最大角度位置，连杆的中心轴线也与主转动轴上所设有的曲柄臂中心轴线是处在在同一条直线上，并且这个连杆的重心也处在最高位置，而且连杆向左倾斜.随着主转动轴顺时针方向继续旋转，主转动轴上所设有的“U”字形轴径也必将随之旋转，它会带动连杆运动，并促使连杆的重心向下移动，摆动齿轮轴将向逆时针方向转动，摆动齿轮也将逆时针方向转动，摆动齿轮的齿牙将推动云梯形活塞向左方向运动，压缩冲程阶段开始.由于本实用新型四冲程内燃机的二分之一直线双排气缸较长，可达现有内燃机气缸长度的数倍，那么在吸气冲程中吸入到气缸内的气体总量会超出规定值，必须先排出一部分气体，再将剩余的气体压缩，以确保压缩比的正确性，因此凸轮轴上所安装的进气凸轮的凸起部分的弧线长度应比现有内燃机的弧线长度略长一些，也就是说：进气门在吸气冲程结束时并没有被进气阀关闭，必须在压缩冲程的前期阶段中，云梯形活塞的端点底面运动到指定的位置，也就是运动到云梯形活塞的端点底面与气缸盖之间的空腔中的气体达到压缩比的要求时进气门才关闭，气缸内气体的分子数才被固定下来.(压缩比(ε)＝气缸总容积/燃烧室工作容积＝1+气缸工作容积/燃烧室工作容积，一般情况下：柴油机：ε＝14～20汽油机：ε＝6～10)，在这段过程中，由于排气阀只有在排气冲程阶段才处于打开状态，而在其它冲程阶段始终处于关闭状态，所以气缸在压缩冲程开始阶段所排出的多余气体只能通过进气气门口、进气通道返回到储气箱中.由于固定在储气箱上的出气接口钢管的内部空腔是畅通的，所以多余气体进入储气箱是很容易的.当多余气体进入储气箱后，储气箱内部空腔中的压强会变大，储气箱进气控制阀中的钢球会在进气控制阀弹簧的作用下，将储气箱进气孔(即进气控制阀钢管的内部空腔)堵住，多余气体便在储气箱中存留.这些存留的多余气体为另一个二分之一直线双排气缸吸气时提供部分气体.实际上只有当云梯形活塞的端点底面运动到指定位置，即气缸中的多余气体被排除后，云梯形活塞再向左运动的过程才是真正的压缩过程.主转动轴继续顺时针方向转动，连杆的重心继续向下移动，当连杆的中心轴线与主转动轴上所设有的曲柄臂的中心轴线处在一条直线上时，连杆的重心便处在最低位置，此时的云梯形活塞的中心也就运动到了直线双排气缸的中间位置.由于摆动齿轮、连杆等相关部件的惯性作用，能使连杆迅速偏离这一平衡位置，而使连杆向右微微倾斜.主转动轴继续顺时针方向转动，主转动轴上所设有的“U”字形轴径会推动连杆向右继续倾斜并使连杆的重心逐步向上移动，那么摆动齿轮则继续向逆时针方向转动，云梯形活塞也继续向左移动位置，左侧的二分之一直线双排气缸中的气体继续被压缩.当连杆的中心轴线与主转动轴上所设有的曲柄臂的中心轴线再次处在一条直线上时，连杆的重心又处于最高位置，并且连杆向右倾斜，摆动齿轮也向逆时针方向转动到最大角度，云梯形活塞向左运动到达极限位置，此时云梯形活塞左侧端点底面与左侧气缸盖内表面之间的距离等于燃烧室的长度，至此左侧二分之一直线双排气缸的压缩冲程结束.

三、做功冲程(燃烧膨胀)：

当压缩冲程将要结束时，针对汽油内燃机而言火花塞开始点火(点火角度的设计与现有内燃机相同)；针对柴油内燃机而言喷油嘴喷出油雾并在气缸中的高压气体产生高温的情况下而燃绕。气缸中所产生的高温、高压气体将作用在云梯形活塞左侧端点底面上，推动云梯形活塞向右运动，云梯形活塞中间的楔形钢柱便推动摆动齿轮顺时针方向转动。摆动齿轮上的转动力矩可以通过两种途径传递到主转动轴上，一条力矩传递途径则是通过单项齿轮这条途径。具体工作过程如下：在左侧二分之一直线双排气缸做功冲程中，云梯形活塞向右运动，云梯形活塞中的楔形钢柱便会推动摆动齿轮顺时针方向转动，摆动齿轮轴及摆动齿轮轴上所安装的两个单项齿轮的中间部分也将顺时针转动。而直径较大的那个单项齿轮只有在其中间部分逆时针转动方向时才能将其中间部分的力矩传递给外围齿牙，而此时的这个单项齿轮的中间部分却是顺时针方向转动，因此直径较大的那个单项齿轮的中间部分与外围齿牙之间将产生相对滑动，即不发生力矩传递；而直径较小的那个单项齿轮其中间部分的顺时针方向转动正好满足了该齿轮向外围齿牙传递力矩的条件，因此直径较小的那个单项齿轮的外围齿牙便将顺时针方向转动力矩传递给被动齿轮，被动齿轮再将转动力矩转换成逆时针方向后，再由被动齿轮将力矩传递给主转动轴上所设有的直径小的那个主转动轴齿轮，因此主转动轴就获得了顺时针方向的转动力矩。(在此强调一点的是：如果是右端二分之一直线双排气缸处在做功冲程阶段，那么直径较大的那个单项齿轮将发挥传递力矩的作用)。因为云梯形活塞和云梯形活塞中楔形钢柱的运动方向始终是摆动齿轮的切线方向，因此内燃机在做功时力矩传递的力臂始终为最大状态。另一条力矩传递途径是：通过摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径、连杆和主转动轴上所设有的“U”字形轴径将摆动齿轮上的力矩传递给主转动轴。这一力矩传递途径中相关的部件的运动过程与吸气冲程中的运动过程相同，只是力矩传递方向发生了变化，在此不再阐述，但这条途径在力矩传递过程中其力臂不能保证始终为最大状态，所以这条力矩传递途径不是本实用新型内燃机的主要力矩传递途径，但它却能控制摆动齿轮转动的最大角度，当连杆向左倾斜，并且连杆的中心轴线与主转动轴上所设有的曲柄臂的中心轴线处在一条直线上，而且连杆的重心处在最高位置时，摆动齿轮便位于顺时针方向转动的最大位置，云梯形活塞也就到达了向右移动的最大位置。至此，左端二分之一直线双排气缸的做功过程结束。

四、排气冲程：

在排气冲程开始时，排气阀打开，而云梯形活塞、摆动齿轮、摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径、连杆、主转动轴上所设有的“U”字形轴径等部件的位置状态与做功结束时的位置状态相同，随着主转动轴继续顺时针方向转动，上述这些部件将发生位置变化，并传递力矩，其运动过程与压缩冲程的运动过程相同，在此不再阐述.最终将主转动轴上的转动力矩传递给云梯形活塞，云梯形活塞最终运动到左端极限位置，即左止点位置，排气阀关闭，排气冲程结束.在排气冲程刚结束的一刹那，云梯形活塞处在最左端的极限位置上，即云梯形活塞的左端端点底面处在与左端气缸盖内表面之间的距离等于燃烧室的长度的位置上，即左止点的位置上，此时的摆动齿轮则处在逆时针方向的最大转动角度，连杆的中心轴线也与主转动轴上所设有的曲柄臂中心轴线是处在同一条直线的位置上，连杆向右倾斜，并且连杆的重心也处在最高位置上.

在此着重指出的是：当内燃机选用多个直线双排气缸组合时，在内燃机正常工作以后，由于摆动齿轮都是安装在同一个摆动齿轮轴上的，而且多个二分之一直线双排气缸在多个云梯形活塞往返运动的四个冲程过程中只少有一个处在做功冲程阶段，所以摆动齿轮的转动力矩便可以直接从处在做功状态的那个云梯形活塞中的楔形钢柱上直接获得，而不必从主转动轴上获得，(即不必通过主转动轴、主转动轴上所设有的“U”字形轴径、连杆、和摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径等相关部件获得)。在这种情况下，连杆、主转动轴上所设有的“U”字形轴径和摆动齿轮上所设有的“U”字形轴径这三个部件的共同作用对摆动齿轮转动只能起到辅助作用，但这三个部件的组合却能对摆动齿轮的最大转动角度起到绝对的限定作用。

本实用新型的有益效果是，能较大幅度地相对延长活塞在气缸中的运动路程(可以增长至现有内燃机的数倍)，使气缸内部产生的高温、高压气体所具有的能量得到充分释放而转化成机械能，使内燃机的工作效率得到提高。并且由于活塞的运动方向与摆动齿轮之间始终为正切状态，而且摆动齿轮给活塞的作用力方向或活塞给摆动齿轮的作用力方向与活塞的运动方向始终保持一直，因此不但能保证活塞在做功过程中活塞推动主转动轴使之旋转的力臂始终为最大状态，从而提高了内燃机的工作效率，达到节能的目的，而且气缸套和活塞也不会发生由于偏磨而漏气现象，相对延长了活塞和气缸套的使用寿命。

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是储气箱横剖俯视结构图。

图2是直线双排气缸横剖面侧俯视结构图。

图3是四冲程内燃机纵剖侧视图。

图4是直线双排气缸和摆动齿轮的中间部分纵剖正视结构图。

图5是四冲程柴油内燃机气缸盖内表面侧视图。

图6是四冲程汽油内燃机气缸盖内表面侧视图。

图中，1.缸体，2.起冷却降温作用的液体，3.厚度较薄的缸体，4.气缸套，5.云梯形活塞，6.下侧钢板，7.上侧钢板，8.钢条，9.摆动齿轮轴，10.摆动齿轮轴承或轴瓦，11.短钢柱，12.连杆，13.连杆上端的内衬套，14.主转动轴轴承或轴瓦，15.主转动轴，16.正时齿轮，17.主转动轴上的“U”字形轴径，18.主转动轴上所设有的曲柄臂，19.摆动齿轮轴上所设有的曲柄臂，20.直径较小的那个主转动轴齿轮，21.直径大的那个主转动齿轮，22.被动齿轮，23.被动齿轮轴承，24.直径大的那个单项齿轮，25.直径小的那个单项齿轮，26.摆动齿轮，27.连杆下端内衬套，28.楔形钢柱，29.端点钢柱，30.气缸盖，31.摆动齿轮的齿牙，32.排气阀，33.气门弹簧，34.排气管，35.密封圈，36.气门摇臂，37.进气控制阀钢管，38.球冠形空腔，39.进气控制阀弹簧，40.中心有孔的螺钉，41.箱体，42.出气接口钢管，43.出气管，44.钢球，45.螺帽，46.储气箱进气管，47.储气箱小平面上的孔，48.储气箱另一端的孔，49.喷油嘴，50.密封垫，51.火花塞，52.直线双排气缸。53.槽孔，54.摆动齿轮轴上所设有的“U”字形轴径，55.被动齿轮轴，56.进气控制阀，57.进气阀，58.活塞环，59.楔形钢块，60.二分之一直线双排气缸套，61.空心钢筒。

具体实施方式