專利名稱：斜框滑動(dòng)高效節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于二次改進(jìn)后的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，可大幅度提高傳動(dòng)效率、 減少浪費(fèi)、節(jié)約能耗。二、背景技術(shù)
目前普遍使用的曲柄連桿機(jī)構(gòu)做為傳動(dòng)方式的柴油機(jī)、汽油機(jī)、壓縮機(jī)都存在著熱機(jī)效率和傳動(dòng)效率過(guò)低的問(wèn)題，如柴油機(jī)的最高值不超過(guò)45%、汽油機(jī)的更低約在30%，一半以上的能量在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中被浪費(fèi)掉了。申請(qǐng)人在經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出現(xiàn)在曲軸傳動(dòng)方式本身。因?yàn)榍S是直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)互相轉(zhuǎn)換并傳遞動(dòng)力的工具，而兩種運(yùn)動(dòng)方式的最佳方向卻各不相同當(dāng)曲軸芯處于上止點(diǎn)時(shí)，連桿和曲柄成直線。而曲軸芯的轉(zhuǎn)動(dòng)要求連桿的推力是在曲柄的下方和曲柄垂直為最好；連桿的傳動(dòng)方向恰恰相反正好和曲柄成90°為最差位置，一點(diǎn)扭矩也不會(huì)產(chǎn)生，而被稱為死點(diǎn)。該連桿的傳動(dòng)方式的特點(diǎn)上止點(diǎn)必須在汽缸中心線上，活塞的推力必須在上止點(diǎn)以上才會(huì)使曲軸正轉(zhuǎn)，在上止點(diǎn)以下產(chǎn)生的推力會(huì)使曲軸產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，這樣曲軸芯離開上止點(diǎn)，在活塞推力作用下不斷改變和連桿的配合角度，直到曲柄和連桿垂直成最佳角度，需要一個(gè)過(guò)程。整個(gè)做功行程被分解為傳動(dòng)效果從0開始，逐漸增加到90°最大值又回到0，其有效值只能是最大值的一半。從圖1看出，當(dāng)連桿和曲垂直時(shí)，僅僅是實(shí)際上的最大值而不是理論上的最大值，因?yàn)檫B桿在和曲柄配合轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿和汽缸中心線出現(xiàn)了夾角并不斷變化、最大值達(dá)到15° (sl95)，占90°的 16.5%，這個(gè)角不可避免的會(huì)造成力的分解、能量損失。因?yàn)橐彩菑?°開始逐漸達(dá)到的， 其平均值也只是其一半8. 25%，如果仍以45%計(jì)算，損失的執(zhí)機(jī)效率為8. 25X45%= 3. 7。 因此如能消除連桿的偏角、熱機(jī)效率才會(huì)達(dá)到理論上最大值45% +3. 7%= 48. 7%，節(jié)能約 8%。由于對(duì)曲柄連桿傳動(dòng)力學(xué)分析不夠，造成一些文獻(xiàn)和人們對(duì)熱機(jī)效率過(guò)低的原因存在著誤解，如認(rèn)為摩擦損耗、散熱損耗和有效功率占約三分之一就缺乏邏輯依據(jù)。因?yàn)楣瑒?dòng)摩擦系數(shù)僅占二十分之一即5%，熱機(jī)中的作用力主要在主軸，其中四個(gè)行程僅做功行程才產(chǎn)生最大作用力，這一行程也只是在產(chǎn)生推力的開始為最大，以后隨著配合角度的改變，動(dòng)力臂逐漸增加，壓力的不斷下降，都是一個(gè)由大變小的過(guò)程，和摩擦系數(shù)表示的恒定作用力或重力根本不是一回事。實(shí)際上主軸和凸輪軸消耗的摩擦力遠(yuǎn)達(dá)不到5%。更談不上三分之一了。散熱損耗更沒(méi)有根據(jù)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)的轉(zhuǎn)速在每秒10轉(zhuǎn)到30多轉(zhuǎn)之間，汽油機(jī)高的可達(dá)每秒百轉(zhuǎn)。在十分之一到一百分之一秒的瞬間里，熱量能散出三分之一，目前還沒(méi)有這樣高性能的導(dǎo)熱材料，起碼說(shuō)鐵和鋁肯定不能。發(fā)動(dòng)機(jī)的作用原理是利用熱能產(chǎn)生的推力，做功的過(guò)程是推力的損耗和利用。雖有剩余壓力和熱量排出，那只是占?jí)嚎s比的比例，柴油機(jī)約二十分之一，汽油機(jī)六分之一到十分之一，遠(yuǎn)達(dá)不到三分之一。所以，熱機(jī)效率低的原因是該傳動(dòng)方式必須從扭矩為0開始到最大值又回到0打折造成的，改變熱機(jī)效率低的途徑必須是循此而進(jìn)。改變連桿和曲柄的配合角度是唯一的選擇。正是基于以上的分析結(jié)果，2007年我設(shè)計(jì)了“滑動(dòng)式曲軸連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)”，《如圖 2》改原曲柄連桿機(jī)構(gòu)連桿大頭隨曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)并上下跳動(dòng)為連桿后端固定一個(gè)長(zhǎng)方形框，該框僅在機(jī)體內(nèi)上下所設(shè)的滑道內(nèi)前后滑動(dòng)而不跳動(dòng)，曲軸芯在配合件的作用下在框內(nèi)上下滑動(dòng)，其縱橫坐標(biāo)點(diǎn)的軌跡形成了曲軸的旋轉(zhuǎn)圓，在不改變連桿和曲軸芯面對(duì)面接觸傳遞作用力的前提下同樣實(shí)現(xiàn)了兩種運(yùn)動(dòng)力方式的互換。因?yàn)檫@種傳動(dòng)方式連桿框受滑道和汽缸的控制，作用力總是平行指向曲軸，就避免了原連桿的偏角造成的能量浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。2010年8月17日，我受一個(gè)素不相識(shí)的私企老板的資助，用原12馬力柴油機(jī)改制新的傳動(dòng)方式柴油機(jī)，除機(jī)體用鋼板焊接外，幾十個(gè)地方做了改動(dòng)，最大限度地利用原配件，其中，起關(guān)鍵作用的傳動(dòng)配件，連桿框、滑道、配合件、完全靠手工制作，僅靠一把卡尺和拐尺做測(cè)量工具，歷時(shí)8個(gè)月，于2011年5月4日順利起動(dòng)成功。經(jīng)相鄰的柴油機(jī)修理鋪柴師傅檢查，傳動(dòng)正常、油路正 常、啟動(dòng)正常。只是手工制作精確度不夠，檢測(cè)肯定不合要求， 但足以證明固定框滑動(dòng)傳動(dòng)方式用于發(fā)動(dòng)機(jī)是完全成功的。在試制過(guò)程中，我不滿足于約8 %的節(jié)能效果，期望能有新的突破，使新的傳動(dòng)方式更節(jié)能?；瑒?dòng)式曲軸連桿傳動(dòng)方式，由于連桿后端的長(zhǎng)方形框和連桿垂直固定，上止點(diǎn)仍在汽缸中心線上，即連桿和曲柄成直線，曲柄離開上止90°時(shí)，活塞的推力方向和曲柄也垂直，只是最大限度地利用了曲柄長(zhǎng)度，避免了連桿偏角造成的浪費(fèi)。既然改變連桿和曲柄的配合角度是唯一的選擇，那么使長(zhǎng)方形框上部前仰成斜狀固定，活塞的推力在斜面的作用下便會(huì)產(chǎn)生向上的側(cè)力，以更好的角度增加使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，使更多的推力轉(zhuǎn)化為曲柄的旋轉(zhuǎn)力。經(jīng)過(guò)繪圖分析發(fā)現(xiàn)；一旦長(zhǎng)方形框架仰斜，上止點(diǎn)會(huì)離開汽缸中心線前移，仰斜的角度越大，前移的角度也越大。如傾斜45°，上止點(diǎn)也提前45°下止點(diǎn)也相應(yīng)提前同樣角度。(如圖3所示)，長(zhǎng)方框仰斜45°，上止點(diǎn)由B點(diǎn)前移至A點(diǎn)，下止點(diǎn)也相應(yīng)前移至C點(diǎn)。這樣，所謂45°仰斜時(shí)，長(zhǎng)方框和曲軸芯并不是在B點(diǎn)配合，而不是在A點(diǎn)作為上止點(diǎn)首先起作用，從0度開始逐漸增加角度，當(dāng)曲軸芯由A點(diǎn)移動(dòng)至B'點(diǎn)時(shí)，B'點(diǎn)推移至 B點(diǎn)，長(zhǎng)方框成45°和曲軸芯配合，這種上下止點(diǎn)的位置前移是否有節(jié)能作用，仍缺乏理論上的支持。經(jīng)過(guò)垂直框和仰斜框兩種方式的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，如果把活塞的推力比作太陽(yáng)光，那么曲軸就是太陽(yáng)光接收板，為最大限度地接受太陽(yáng)光就應(yīng)該背北面南擺放。但背景技術(shù)中不論曲軸連桿機(jī)構(gòu)還是滑動(dòng)式垂直框傳動(dòng)，上止點(diǎn)都在汽缸中心線上，相當(dāng)于太陽(yáng)能接收板背東面西擺放，上午的陽(yáng)光不能接受，直到過(guò)中午以后才起作用，等于把整個(gè)上午的太陽(yáng)光給白白浪費(fèi)了，這也是背景技術(shù)浪費(fèi)一半的能量的又一種理論根據(jù)。這樣改為仰斜框固定后，仰斜45°就等于把原面向西方的太陽(yáng)能接收板向東轉(zhuǎn)動(dòng)45°，使接收太陽(yáng)光的機(jī)會(huì)增加25%，由一半增加為75%，太陽(yáng)光接受效果就增加25%。從另一個(gè)角度分析，長(zhǎng)方形框仰斜45°，上止點(diǎn)提前45°，也是從0開始逐漸增加配合角度，恢復(fù)到汽缸中心線后，已經(jīng)把 25%的活塞推力轉(zhuǎn)化成了曲軸的旋轉(zhuǎn)力，(45°是最佳90°的一半，因是從0到45°、平均值應(yīng)是一半的一半即25%)。此時(shí)，兩種不同方式形成了鮮明的對(duì)比。
背景技術(shù)：
中的兩種方式都只是傳遞轉(zhuǎn)換的開始，背景技術(shù)壓力高卻是從0開始，轉(zhuǎn)化效率低；仰斜框壓力低卻是從最佳方式的一半開始，效率卻大大超過(guò)背景技術(shù)。
背景技術(shù)：
從0開始到最大值、平均值為50 %，仰斜框從45°即50 %開始到最大值、平均值為75 %，高出背景技術(shù)25 %，但仰斜框此時(shí)先前壓力能量已先轉(zhuǎn)化25%，壓力低正好和高出的比例抵消，此后兩種方式的轉(zhuǎn)換效果是相等的，那么仰斜框先前已轉(zhuǎn)化的能量就成了節(jié)能效果。和原曲柄連桿機(jī)構(gòu)相比25% 加上改為滑動(dòng)框式傳動(dòng)節(jié)省的8%，總的節(jié)能效果已達(dá)33%，近三分之一了。從圖3可以看出，在一定的范圍內(nèi)，仰斜框的斜角越大節(jié)能效果就越好，如仰斜60°，本身的節(jié)能效果就可達(dá)33%，加上8%，可達(dá)41% .斜角過(guò)大，會(huì)給設(shè)計(jì)生產(chǎn)增加困難，在50°左右節(jié)能三分之一以上應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。理論上的論證成功催生了一個(gè)新的傳動(dòng)方式，“滑動(dòng)式曲軸連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)”只能做為背景技術(shù)而放棄。用“滑動(dòng)式曲軸連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)”改制的柴油機(jī)獲得成功， 為新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供了可靠的前提和真實(shí)的基礎(chǔ)，因?yàn)樵瓉?lái)的曲軸連桿機(jī)構(gòu)不能保持特定的角度。如果仰斜角達(dá)到或超過(guò)50°，其本身節(jié)能效果可達(dá)27.5%，相對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，節(jié)能 效果可達(dá)35%，2斤油可以當(dāng)3斤油用，等于找到了一個(gè)相當(dāng)于全球石油儲(chǔ)量一半的大油田。8個(gè)多月試驗(yàn)的艱辛，被新發(fā)現(xiàn)的喜悅一掃而光。對(duì)于汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，新傳動(dòng)方式的節(jié)能效果會(huì)更高，因?yàn)槠蜋C(jī)壓縮比低、行程短等于動(dòng)力臂短，產(chǎn)生的力矩小，限制了能量的發(fā)揮；增大行程又受到缸徑小，連桿擺動(dòng)不開的限制。固定框式傳動(dòng)連桿不上下跳動(dòng)，又可實(shí)現(xiàn)小缸徑大行程傳動(dòng)，節(jié)能效果達(dá)到50%應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。三、發(fā)明內(nèi)容為了最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，本發(fā)明對(duì)“滑動(dòng)式曲軸連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)”又做了改進(jìn)，即將原和連桿垂直固定的長(zhǎng)方形框改為上部前仰下部后伸傾斜固定；改原框的上下兩平面為滑動(dòng)面，為以框長(zhǎng)度中心上下各設(shè)滑動(dòng)支撐體，支撐體上下端面為滑面和機(jī)體內(nèi)上下新設(shè)滑道相配合。長(zhǎng)方形框僅和曲軸芯配合使配合件在框內(nèi)滑動(dòng)傳遞動(dòng)力，配合件為內(nèi)圓外方形，內(nèi)圓和曲軸芯配合轉(zhuǎn)動(dòng)，外方兩個(gè)滑面在長(zhǎng)方形框內(nèi)斜向滑動(dòng)。 本發(fā)明和背景技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是1、連桿后端的長(zhǎng)方形框內(nèi)上仰下伸斜向固定，使上止點(diǎn)隨框的仰斜角度相應(yīng)前移，增加了曲軸芯接受活塞推力的時(shí)間，改變了整個(gè)做功行程長(zhǎng)方形框和曲軸芯的配合角度，使之向有利于提高傳遞效率的方向變化，使傳遞效率隨長(zhǎng)方框的仰斜角度增加而增加，達(dá)到大幅度提高熱機(jī)效率的目的。2、利用本發(fā)明連桿不跳動(dòng)的特點(diǎn)小型發(fā)動(dòng)機(jī)行程可不受缸徑影響，加大行程，實(shí)現(xiàn)小缸徑大行程，可使能耗進(jìn)一步降低。3、配合件和曲柄后端能做到動(dòng)態(tài)平衡，應(yīng)該有利于減少原連桿大頭跳動(dòng)引起的震動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。4、本發(fā)明使用的傳動(dòng)方式用于壓縮機(jī)可節(jié)省同樣的能耗。四

本說(shuō)明共有3幅附圖，圖1是原曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖，圖中1為連桿、2為曲柄，15°為S195柴油機(jī)連桿偏角。圖2為滑動(dòng)式連桿曲軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，圖中1為長(zhǎng)方形垂直固定框，2為曲軸芯、3為配合件、4為連桿、5為曲柄，A、B、C、D為配合件在轉(zhuǎn)動(dòng)中的相應(yīng)位置。圖3為本發(fā)明的意圖，圖中1?；钊N孔、2連桿、3仰斜固定長(zhǎng)方框、4上支撐體、5下支撐體、6機(jī)體內(nèi)下滑道、7機(jī)體內(nèi)上滑道、8配合件、9曲軸芯、10曲柄、11長(zhǎng)方框移動(dòng)至下止點(diǎn)位置、12假設(shè)長(zhǎng)方框仰斜60°位置、13、45°虛線為當(dāng)長(zhǎng)方形框仰斜45°時(shí)上止點(diǎn)和下止點(diǎn)的前移情況。五、具體實(shí)施方案實(shí)施本發(fā)明，1、首先要根據(jù)曲軸芯的直徑，加上配合件的厚度確定配合件的長(zhǎng)和寬。2、因?yàn)椴裼蜋C(jī)和多缸汽油機(jī)的連桿后端都是兩半組合件，需用螺栓緊固所以配合件順著框長(zhǎng)方向相對(duì)較長(zhǎng)，另兩面僅做滑面相對(duì)較短，長(zhǎng)和寬尺寸不同。以配合件的寬度確定長(zhǎng)方框的內(nèi)寬和外寬。3、框的內(nèi)長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)行程加上配合件的長(zhǎng)度加上斜度并留有適當(dāng)?shù)目臻g確定。4、框由兩部分組合而成，兩端有螺栓緊固，并分別和上下支撐體聯(lián)體，外長(zhǎng)度由內(nèi)長(zhǎng)度加上緊固螺孔所需尺寸而定，兩個(gè)支撐體的上下兩端面應(yīng)和汽缸中心線平行，使能在機(jī)體內(nèi)設(shè)的上下滑道內(nèi)順利滑動(dòng)。組合后的斜框及支撐體的垂直總高度應(yīng)以設(shè)計(jì)行程加上配合件長(zhǎng)度和留有適當(dāng)空隙確定，并以汽缸中心線為中心平分，配合件高度應(yīng)保留原和曲軸芯配合尺寸框高度應(yīng)使配合件能在內(nèi)順利滑動(dòng)。5、機(jī)體內(nèi)的上下滑道應(yīng)以連桿框上下支撐體能順利前后滑動(dòng)至設(shè)計(jì)行程為標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)體上部一般空間較小，應(yīng)加高至能固定滑道位置。6、配合體的兩滑面中間位置應(yīng)鉆有透孔以使曲軸芯外壓的機(jī)油能穿過(guò)配合件對(duì)外滑面潤(rùn)滑、散熱。7、因本發(fā)明滑動(dòng)部位增多對(duì)潤(rùn)滑 散熱的機(jī)油供應(yīng)量要求增加，應(yīng)使機(jī)油泵增速或加厚以滿足需要，如可能的話，應(yīng)將配合件兩滑面和支撐體兩滑面改為滾針帶對(duì)滑面，增加滾動(dòng)接觸，減少滑動(dòng)起熱，增加散熱，有利潤(rùn)滑。8、由于仰斜框上止點(diǎn)前移使在上止點(diǎn)時(shí)框的中心位置不在B點(diǎn)而前移至B'點(diǎn)，汽缸的位置也應(yīng)做調(diào)整，以斜框的上部到達(dá)上止點(diǎn)不受影響為宜。9、連桿的長(zhǎng)度宜根據(jù)實(shí)際需要確定。10、機(jī)體的后端應(yīng)保證斜框下部至下止點(diǎn)時(shí)不受妨礙為準(zhǔn)。11、由于斜框傳動(dòng)上止點(diǎn)提前，供油時(shí)間也應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整，和上止點(diǎn)保持一致。
權(quán)利要求
1.斜框滑動(dòng)高效節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)是原曲柄連桿機(jī)構(gòu)二次改進(jìn)后在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，其特征是由曲軸、配合件、后端斜向固定有長(zhǎng)方框的連桿，機(jī)體內(nèi)設(shè)的上下滑道組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜框滑動(dòng)高效節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是配合件為內(nèi)圓外方形， 整體的可以是正方形，分體組合的為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)的兩端加工有螺孔和穿孔，短的兩面為滑面，中部為各加工有透油孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜框滑動(dòng)高效節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是連桿后端為上部前仰下部后伸斜向固定的長(zhǎng)方框，框分兩部分，兩端用螺栓緊固組合，各和上支撐體，下支撐體聯(lián)體，兩支撐體上下對(duì)應(yīng)，上下兩端為滑面，兩滑面應(yīng)和汽缸中心線平行，框的內(nèi)寬能容下配合件滑動(dòng)，內(nèi)長(zhǎng)度能使配合件滑動(dòng)至設(shè)計(jì)行程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜框滑動(dòng)高效節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是機(jī)體內(nèi)曲軸上下各固定一前后方向滑道，使連桿后端斜框的上下支撐體滑面能前后滑動(dòng)至設(shè)計(jì)行程。
全文摘要
一種曲柄連桿機(jī)構(gòu)的二次改進(jìn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，在滑動(dòng)式連桿曲軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將連桿后端的長(zhǎng)方形框和連桿垂直固定改為上仰后伸斜向固定，兩支撐體上下兩端為滑面，斜向固定的長(zhǎng)方框使上止點(diǎn)提前，改變了連桿推力方向和曲柄的配合角度，使之方向有利于提高推力為旋轉(zhuǎn)力方向變化，如斜度為45°較之圓曲柄連桿機(jī)構(gòu)可節(jié)能約三分之一。適用于各種使用曲軸的柴油機(jī)、汽油機(jī)、壓縮機(jī)。
文檔編號(hào)F02B75/32GK102383931SQ20111019013
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者余秀生 申請(qǐng)人:余秀生