活塞式内燃机
专利汇可以提供活塞式内燃机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 活塞 式 内燃机 ，其包括汽缸和活塞，活塞在汽缸内可以移动至 下止点 位置 和 上止点 位置，上止点位置相较于下止点位置接近汽缸的缸盖，活塞式内燃机的工作过程包括吸气冲程、压缩冲程、 做功冲程 以及 排气冲程 ，其特点是：在压缩冲程中，活塞从一第三位置开始压缩气体，第三位置在下止点位置和上止点位置之间，做功冲程中，活塞从上止点位置移动至下止点位置，在排气冲程中，活塞从下止点位置移动至上止点位置；该活塞式内燃机的动 力 传动机构还可以使输出压力始终垂直于 转轴 的中心线；该活塞式内燃机相较于已知的内燃机提高了 能量 转换效率。，下面是活塞式内燃机专利的具体信息内容。
1. 一种活塞式内燃机，包括汽缸和活塞，所述活塞在所述汽缸内可以移动至下止点位置和上止点位置，所述上止点位置相较于所述下止点位置接近所述汽缸的缸盖，所述活塞式内燃机的工作过程包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程以及排气冲程，其特征在于，在所述压缩冲程中，所述活塞从一第三位置开始压缩气体，所述第三位置在所述下止点位置和所述上止点位置之间，所述做功冲程中，所述活塞从所述上止点位置移动至所述下止点位置，在所述排气冲程中，所述活塞从所述下止点位置移动至所述上止点位置。
2. 如权利要求l所述的活塞式内燃机，其特征在于，在所述吸气冲程中，所述活塞从所述下止点位置移动至所述上止点位置。
3. 如权利要求2所述的活塞式内燃机，其特征在于，其工作过程还包括预排 气冲程，在所述吸气冲程完成后，进入所述预排气冲程，在所述预排气冲程中，所 述活塞从所述上止点位置移动至所述第三极限位置。
4. 如权利要求1所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述活塞的顶端具有凸 形部分。
5. —种活塞式内燃机，包括汽缸、活塞，所述活塞在所述汽缸内可以移动至 下止点位置和上止点位置，其特征在于还包括一传动机构，所述传动机构包括：第一条状传动构件，连接于所述活塞的底端；第二条状传动构件，与所述第一条状传动构件对称地设置且连接于所述活塞 的底端；转轴，设置于所述第一条状传动构件和所述第二条状传动构件之间的中间位 置：以及一柱状传动构件，其横截面呈扇形且该扇形的角度《190度，固接于所述转 轴且分别能与所述第一条状传动构件和第二条状传动构件啮合；当所述活塞朝所述下止点位置移动时，所述柱状传动构件和所述第一条状传 动构件啮合，并且当所述活塞朝所述上止点位置移动时，所述柱状传动构件和所述 第二条状传动构件啮合。
6. 如权利要求5所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述第一条状传动构件 和所述第二条状传动构件是通过一连接件连接于所述活塞的底端。
7. 如权利要求6所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述连接件具有一连接 轴以及一弧形部，所述弧形部形成于所述连接轴的端部，所述第一条状传动构件和 所述第二条状传动构件连接于所述弧形部的两端。
8. 如权利要求5所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述传动机构包括一连接件，所述连接件具有一环形结构，所述环形结构具有两对称的直边，以及两对称 的圆弧边，所述第一条状传动构件和所述第二条状传动构件分别形成于所述环形结 构的两直边，所述环形结构通过一连接轴连接于所述活塞底端。
9. 如权利要求5至8中任一权利要求所述的活塞式内燃机，其特征在于，所 述第一条状传动构件和所述第二条状传动构件分别是第一齿条和第二齿条，且所述 柱状传动构件是齿轮轴。
10. 如权利要求5至8中任一权利要求所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述第一条状传动构件和所述第二条状传动构件的表面设置有摩擦材料，且所述柱 状传动构件是的表面也设置有摩擦材料。
活塞式内燃机
技术领域
目前，大多数汽车用内燃机是四冲程的活塞式内燃机，这些内燃机技术成熟，
应用很广，但一直存在热转换效率比较低的缺陷，汽油机的热转换率一般在35% 左右，柴油机略高些，最高可达到45%，但能量的转换效率也不到50%，大部分 的能量都被浪费了。当今世界能源紧张，提高这些内燃机的效率，将有效地减少能 源消耗，可以说，内燃机的转换效率每提高1%，就是对人类的一大贡献。
如图1所示,已知的活塞式内燃机包括活塞11、汽缸12、传动机构(未显示， 一般为曲轴连杆)，汽缸12的缸盖上设置有进气阀121和排气阀122，进气阀121 通过进气凸轮轴129来关闭或打开，排气阀122通过排气凸轮轴128来关闭或打开； 该内燃机的工作过程一般包括四个冲程，即吸气一压縮一做功一排气，在吸气冲程 中，活塞11从位置B1到位置Al，在压縮冲程中，活塞11从位置Al到位置B1， 在做功冲程中，活塞11从位置B1到位置Al，在排气冲程中，活塞11从位置A1 到位置Bl，位置Al和位置Bl是活塞11在汽缸12内的极限位置；压縮时活塞 11的冲程和做功时活塞11的冲程对称。已知的活塞室内燃机效率低主要由以下三 个方面造成：
1. 在做功冲程中，活塞11从位置Bl到位置Al时，此时汽缸12内形成的 高压气体不能完全做功，气体压力依然很高，这导致随后的排气冲程排除高压气体。
2. 由于在做功冲程中，汽缸12内的高压气体做功不完全，气体温度得不到 有效降低，为保证下一冲程的有效工作，必须有强力的散热装置，大量能量以热能 的方式损失。
3. 由于动力传送机构是曲轴连杆，汽缸12内活塞11输出的压力不能完全传 导到转轴上，做功传导损失很高。
发明内容
为了实现所述目的，本发明的活塞式内燃机包括汽缸禾口活塞，所述活塞在所 述汽缸内可以移动至下止点位置和上止点位置，所述上止点^2置相较于所述下止点 位置接近所述汽缸的缸盖，所述活塞式内燃机的工作过程包培吸气冲程、压缩冲程、 做功冲程以及排气冲程，其特点是：在所述压縮冲程中'所遮活塞从一第三位置开 始压縮气体，所述第三位置在所述下止点位置和所述上止点^立置之间，所述做功冲 程中，所述活塞从所述上止点位置移动至所述下止点位置，在所述排气冲程中，所 述活塞从所述下止点位置移动至所述上止点位置。
所述的活塞式内燃机，其进一步的特点是，在所述吸气冲程中，所述活塞从
所述下止点位置移动至所述上止点位置。
所述的活塞式内燃机，其进一步的特点是，其工作过^呈还包括预排气冲程， 在所述吸气冲程完成后，进入所述预排气冲程，在所述预排气冲程中，所述活塞从 所述上止点位置移动至所述第三极限位置。
为了实现所述目的，本发明的活塞式内燃机包括汽缸、活塞，所述活塞在所 述汽缸内可以移动至下止点位置和上止点位置，其特点是还可以包括一传动机构， 所述传动机构包括：第一条状传动构件、第二条状传动构件、转轴以及柱状传动构 件。第一条状传动构件连接于所述活塞的底端；第二条状传动构件与所述第一条状
传动构件对称地设置且连接于所述活塞的底端；转轴设置于^"述第一条状传动构件
和所述第二条状传动构件之间的中间位置；柱状传动构件的橫截面呈扇形且该扇形 的角度《190度，其固接于所述转轴且分别能与所述第一条状传动构件和第二条状 传动构件啮合；当所述活塞朝所述下止点位置移动时'所述柱状传动构件和所述第 一条状传动构件啮合，并且当所述活塞朝所述上止点位置移动时，所述柱状传动构 件和所述第二条状传动构件啮合。
所述的活塞式内燃机，其进一步的特点是，所述第一条状传动构件和所述第 二条状传动构件分别是第一齿条和第二齿条'且所述柱状传动构件是齿轮轴。
所述的活塞式内燃机，其进一步的特点是'所述第一条状传动构件和所述第
二条状传动构件的表面设置有摩擦材料，且所述柱状传动构件是的表面也设置有摩 擦材料。
本发明的活塞内燃机相较于现有的活塞内燃机至少具有如下的优点：
1. 已知的内燃机在压縮冲程中排气口和进气口都是关闭的，而本实施例的内 燃机包括一预排气冲程，其排气口在刚开始压縮的冲程时是幵启的，以便将多余的 空气排出，当压縮进行到所述第三位置时，关闭排气口，开始真正的压縮，由于压 縮时的冲程短且做功时的冲程长，因此高压高温气体能够有效做功，同时由于气体 做功充分，气体做功结束时汽缸内气体温度已大大降低，因而可以大大降低内燃机 的散热要求，减少因散热而导致的能量损失。
2. 本发明的内燃机的汽缸结构和已知的内燃机的汽缸结构非常相似，甚至 可以通过对已知内燃机的汽缸结构进行少许改动便可得到本实施例的内燃机 汽缸结构。
3. 本发明的传动机构与已知的内燃机的曲轴连杆传动结构不同，利用由 于柱状传动构件与第一条状传动构件或第二条状构件在传动压力的冲程中，压 力始终垂直于转轴的中心线，故而能使转轴能获得最大的动力传送，在做功冲 程中，转矩可始终处于最大值，因此传送效率高，输出力矩大。
4. 本发明通过对内燃机的汽缸结构和动力传动机构两个方面的改进，可 以在不改变内燃机输出功率或略增加内燃机输出功率的情况下使内燃机的能
量转换率提高40〜50%，非常接近燃料电池的能量利用率，但相较于燃料电池，
本发明内燃机的技术简单，使用方便。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发 明进行详细的描述。
附图说明
图2是本发明的活塞式内燃机的汽缸的结构示意图；
图3是本发明的活塞式内燃机的传动机构的结构示意图；
图4是本发明的活塞式内燃机的传动机构的结构示意图；
图5是本发明的活塞式内燃机的另一实施例的传动机构的结构示意图。 具体实施方式
现在将详细描述本发明的优选实施例，尽管后面所使用的术语是从公知公用 的术语中选择的，但是有些术语则是申请人按其判断来选择的，其详细含义应根据 本申请欲揭示的精神来理解。
图2显示本发明的活塞式内燃机的一实施例，其包括活塞21和汽缸22，汽
缸22的缸盖上设置有进气阀221和排气阀222，进气阀221通过进气凸轮轴229 来关闭或打开，排气阀222通过排气凸轮轴228来关闭或打开。本实施例的内燃 机一般包括五个工作过程，即吸气一预排气一压縮一做功一排气，在吸气冲程中， 活塞21从位置B2移动到位置A2，在预排气冲程中，活塞21从位置A2移动到位 置C，在压缩冲程中，活塞21从位置C移动到位置B2，在做功冲程中，活塞21 从位置B2移动到位置A2，在排气冲程中，活塞21从位置A2移动到位置B2，位 置A2和位置B2分别是活塞21可在汽缸22内移动的下止点位置和上止点位置。 由此可见，本实施例的压縮时活塞21的冲程小于做功时活塞21的冲程。已知的内 燃机在压縮冲程中排气口和进气口都是关闭的，而本实施例的内燃机包括一预排气 冲程，其排气口在刚开始压縮的冲程时是开启的，以便将多余的空气排出。当压縮 进行到预定位置C时，位置C可以是1/2冲程位置，关闭排气口，开始真正的压 缩。由于压縮时的冲程短且做功时的冲程长，因此高压高温气体能够有效做功，同 时由于气体做功充分，气体做功结束时汽缸22内气体温度已大大降低，因而可以 大大降低内燃机的散热要求，减少因散热而导致的能量损失。
此外，为了保证压縮比，活塞21的形状与图1中的活塞11有所不同，比如 说在图2中，活塞21是在已知的活塞例如活塞21的顶端形成一凸形部分，从而当 活塞21处于极限位置B2时，活塞21的顶端与汽缸22的缸盖之间的间隙变小， 从而保证了压縮比。事实上，为了保证压縮比，还可以改变汽缸22的缸盖的结构， 也可以同时改变汽缸22和活塞21的结构，以变小活塞21的顶端与汽缸22的缸盖 之间的间隙。
本实施例的内燃机的汽缸结构和已知的内燃机的汽缸结构非常相似，甚至 可以通过对已知内燃机的汽缸结构进行少许改动便可得到本实施例的内燃机 汽缸结构。例如，改动己知内燃机的排气凸轮轴的形状，使排气孔能在压縮冲 程的开始阶段打幵，便能得到本实施例的内燃机汽缸结构；此外，在现有的活
塞的基础上使活塞顶部的形成凸形状，使压縮比能达到预定的比例，如果仅改 动活塞不能达到预定的压縮比，还须对汽缸的顶盖进行改动。由此可见，又已 知的内燃机汽缸结构得到本实施例的内燃机汽缸结构的改进非常简单，并且这 样的改进适用于目前所有的电喷内燃机的改进。申请人实验表明，经这样的改 进后，本实施例的内燃机克服了已知的内燃机存在的缺陷，其转换效率能提高 10〜50%。当然，其具体能提高多少，取决于做功和压縮冲程不对称程度的多 少。
应当注意的是，这样改进带来的副作用是内燃机的输出功率减小，如压縮 冲程是做功冲程的一半时，内燃机的输出功率会下降一半，但转换效率提高的 同时压縮功率以热量形式散失的能量减小，实际输出功率下降大约为1/4左右。 以输出功率的小量减少来换取转换效率的大量提高是可以被人们接收的。
下面继续对本实施例的活塞式内燃机的传动机构进行说明。
参照图3，本实施咧的活塞式内燃机还包括一齿轮轴齿条传动机构，该齿轮 轴齿条传动机构包括第一齿条321、第二齿条323、齿轮轴34以及转轴33。第一 齿条321和第二齿条323均连接于活塞21的底端，且第一齿条321与第二齿条323 是对称地设置。转轴33设置于第一齿条321和第二齿条323之间的中间位置。齿 轮轴34固接于转轴33且分别能与第一齿条321和第二齿条323啮合。当活塞21 朝下止点位置A2移动时，齿轮轴33和第一齿条321啮合，并且当活塞21朝 上止点位置B2移动时，齿轮轴33和第二齿条322啮合。
如图3所示，第一齿条321和第二齿条323是通过一连接件连接于活塞21 的底端，该连接件包括连接轴31以及一弧形部322，弧形部322形成于连接轴 31的端部，第-一齿条321和第二齿条323连接于弧形部322的两端。
进一步地，连接轴31、弧形部322、第一齿条321以及第二齿条323可以是 成一体地形成所述连接件，以至于所述连接件具有一环形结构，该环形结构具有两 对称的直边，以及两对称的圆弧边，第一齿条321和第二齿条323分别形成于该环 形结构的两直边，该环形结构通过连接轴31连接于活塞21的底端。
齿轮轴33的横截面呈扇形，且该扇形的角度《190度。
图4显示的内燃机处于做功冲程中，活塞21向下运动，其得到的压力通 过第一齿条321和第二齿条323传送到半齿轮轴34，再传送到转轴33上转轴
逆时针运动。图3显示的内燃机处于压縮冲程中，转轴33在惯性的作用下，
继续逆时针运动，并带动齿轮轴34、第一齿条321和第二齿条323，使活塞21 向上运动。在图3和图4中，转轴33的转动方向始终保持一致，而活塞21的 运动方向相反，这说明本实施例的齿轮轴齿条传动机构成功地完成了往复运动 与旋转运动的机械转换。
已知的活塞式内燃机活塞上动力的传动是通过曲轴连杆来实现的，在做功 冲程开始时，汽缸内压强最大，但转矩几乎为零；做功结束时，气体还未做功 充分完成，但转矩也几乎为零，活塞有效的做功距离短。本实施例用齿轮轴齿 条传动机构替代了曲轴，如图3和图4所示，利用齿轮轴传动将活塞21的往 复运动转换为转轴33的转动，由于齿轮轴34在传动压力的冲程中，压力始终 垂直于转轴33的中心线，故而能使转轴33能获得最大的动力传送，在做功冲 程中，转矩可始终处于最大值，因此传送效率高，输出力矩大。尤其在前述的 本实施例的汽缸结构中，气体做功极限时，在活塞21上得到压力较小的情况 下，采用所述的齿轮轴齿条传动机构，依然能获得较大的输出力矩。
在本发明的另一实施例中，活塞式内燃机的传动机构是摩擦传动机构，如 图5所示，该摩擦传动机构包括第一条状摩擦构件521、第二条状摩擦构件523、 柱状摩擦构件54以及转轴53。第一条状摩擦构件521、第二条状摩擦构件523以 及柱状摩擦构件54可以是在表面设置摩擦材料560形成。第一条状摩擦构件521 和第二条状摩擦构件523均连接于活塞21的底端，且第一条状摩擦构件521与第 二条状摩擦构件523是对称地设置。转轴53设置于第一条状摩擦构件521和第二 条状摩擦构件523之间的中间位置。柱状摩擦构件54固接于转轴53且分别能与第 一条状摩擦构件521和第二条状摩擦构件523啮合。柱状摩擦构件54的横截面呈 扇形，且该扇形的角度《190度。
当活塞21朝下止点位置A2移动时，柱状摩擦构件53和第一条状摩擦构件 521啮合，并且当活塞51朝上止点位置B2移动时，柱状摩擦构件53和第二条 状摩擦构件522啮合。如图5所示，第一条状摩擦构件521和第二条状摩擦构件 523是通过一连接件连接于活塞21的底端，该连接件包括连接轴51以及一弧 形部522，弧形部522形成于连接轴51的端部，第一条状摩擦构件521和第二 条状摩擦构件523连接于弧形部522的两端。
进一步地，连接轴51、弧形部522、第一条状摩擦构件521以及第二条状摩 擦构件523可以是成一体地形成所述连接件，以至于所述连接件具有一环形结构， 该环形结构具有两对称的直边，以及两对称的圆弧边，第一条状摩擦构件521和第 二条状摩擦构件523分别形成于该环形结构的两直边，该环形结构通过连接轴51 连接于活塞21的底端。
本实施例用摩擦传动机构替代了曲轴，如图5所示，利用摩擦传动将活塞 21的往复运动转换为转轴53的转动，由于柱状摩擦构件54在传动压力的冲程 中，压力始终垂直于转轴53的中心线，故而能使转轴53能获得最大的动力传 送，在做功冲程中，转矩可始终处于最大值，因此传送效率高，输出力矩大。 尤其在前述的本实施例的汽缸结构中，气体做功极限时，在活塞21上得到压 力较小的情况下，采用所述的摩擦传动机构，依然能获得较大的输出力矩。
本实施例通过对内燃机的汽缸结构和动力传动机构两个方面的改进，可以 在不改变内燃机输出功率或略增加内燃机输出功率的情况下使内燃机的能量 转换率提高40〜50%，非常接近燃料电池的能量利用率，但相较于燃料电池， 本实施例内燃机的技术简单，使用方便。
虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何
熟悉本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作出种 种的等效的变化或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范 围所界定的为准。
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