一种曲轴半径可变式活塞内燃机.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102383929 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102383929 A *CN102383929A* (21)申请号 201010268775.9 (22)申请日 2010.09.01 F02B 75/32(2006.01) F16C 3/06(2006.01) (71)申请人 中国航空工业集团公司沈阳飞机设 计研究所 地址 110000 辽宁省沈阳市皇姑区塔湾街 40 号 (72)发明人 柴俭 (74)专利代理机构 沈阳晨创科技专利代理有限 责任公司 21001 代理人 樊南星 (54) 发明名称 一种曲轴半径可变式活塞内燃机 (57) 摘要。

2、 一种曲轴半径可变式活塞内燃机， 其包含有 气缸缸体(3)、 活塞(5)、 连杆(6)、 曲轴 ： 包含有曲 轴水平杆 A(20)、 曲轴水平杆 B(9)、 曲轴水平杆端 部约束槽板 (14) ； 曲轴水平杆 B 端部 (10) 在曲 轴水平杆端部约束槽板 (14) 内滑动 ； 曲轴水平杆 A(20)与曲轴水平杆B(9)之间通过长度可变的连 接构件连接在一起。本发明从根本上突破了现有 技术的技术瓶颈， 明显提高了有效热效率。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 10 页 附图 2 页 CN 102383947 A1/3。

3、 页 2 1.一种曲轴半径可变式活塞内燃机， 其包含有气缸缸体(3)、 活塞(5)、 连杆(6)、 曲轴 ； 其所使用的曲轴与活塞 (5) 配合安装使用， 活塞 (5) 设置在气缸缸体 (3) 内并沿其内壁滑 动 ； 其特征在于 ： 所述曲轴半径可变式活塞内燃机所使用的曲轴满足下述要求 ： 曲轴包含 有曲轴水平杆 A(20)、 曲轴水平杆 B(9)、 曲轴水平杆端部约束槽板 (14) ； 其中 ： 曲轴水平杆A(20)与曲轴外支撑旋转轴线基本重合， 曲轴水平杆B(9)与曲轴外支撑旋 转轴线平行 ； 曲轴水平杆端部约束槽板 (14) 成对布置， 曲轴水平杆端部约束槽板 (14) 与安装基础 相对。

4、固定不转， 曲轴水平杆端部约束槽板 (14) 上还设置有曲轴水平杆端部约束槽 (11)， 曲 轴水平杆端部约束槽(11)具体设置在成对布置的两个曲轴水平杆端部约束槽板(14)的相 对的两个侧面上， 且成对布置的两个曲轴水平杆端部约束槽板 (14) 上的曲轴水平杆端部 约束槽 (11) 为轴向对称布置 ； 曲轴水平杆 B(9) 的两端称为曲轴水平杆 B 端部 (10) ； 曲轴水平杆 B(9) 布置在成对的 两个曲轴水平杆端部约束槽板 (14) 之间且与曲轴水平杆端部约束槽板 (14) 构成活动连 接， 具体连接形式为 ： 曲轴水平杆 B 端部 (10) 在成对的两个曲轴水平杆端部约束槽板 (1。

5、4) 上轴向对称布置的曲轴水平杆端部约束槽 (11) 内沿着曲轴水平杆端部约束槽 (11) 滑动。 曲轴水平杆A(20)与曲轴水平杆B(9)之间通过连接构件连接在一起， 所述连接构件具 有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A(20) 与曲轴水平杆 B(9) 轴线距离改变时同步改变 其长度的功能。 2. 按照权利要求 1 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述曲轴半径可变 式活塞内燃机的曲轴中， 曲轴水平杆端部约束槽 (11) 为一闭合曲线路径。 3. 按照权利要求 2 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述曲轴半径可变 式活塞内燃机的曲轴中的曲轴水平杆端部约束槽 (1。

6、1) 的大部分路径沿半径相同的圆布 置 ； 其余的少部分路径在整个路径中为连续的一部分或者被间断分隔开的两部分， 且其与 曲轴外支撑旋转轴线之间的距离为前述的等半径圆轨迹的半径的 60 250 ； 所述非等圆路径部分在圆周方向所占据的对应圆心角范围是 30 140。 4. 按照权利要求 3 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述曲轴水平杆端 部约束槽 (11) 的非等半径路径部分的具体形状为以下三种之一或者其一、 其二分别与其 三构成的组合 ： 其一， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心的距离小于等于等半径圆弧的半径 ； 所 述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半。

7、径圆轨迹半径的6595； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心角范围 是 30 50 ； 其二， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离为等半径圆轨迹半径的 90 150 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对 应圆心角范围是 30 88 ； 其三， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心的距离大于等于等半径圆弧的半径 ； 所 述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨迹半径的 105 250 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心 权 利 要 求 书 CN。

8、 102383929 A CN 102383947 A2/3 页 3 角范围是 20 60。 5. 按照权利要求 4 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述曲轴水平杆端 部约束槽 (11) 的非等半径路径部分的具体形状为以下三种之一或者其一、 其二分别与其 三构成的组合 ： 其一， 所述非等半径圆弧路径为以连杆 (6) 的长度为半径， 圆心在远离等半径圆轨迹 圆心一侧的圆弧 ； 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨 迹半径的 80 90 ； 且路径为向靠近旋转中心方向凹陷的等半径圆弧或者近似圆弧 ； 所 述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在。

9、圆周方向所占据的对应圆心角范围是 35 45 ； 其二， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离为等半径圆轨迹半径的 95 135 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对 应圆心角范围是 50 86 其三， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心的距离大于等于等半径圆弧的半径 ； 所 述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨迹半径的 110 145 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心 角范围是 30 50。 6. 按照权利要求 4 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述曲轴水平。

10、杆端 部约束槽板 (14) 的具体结构形式为以下两种之一或其组合 ： 其一， 板状， 其上设置有槽且能与曲轴水平杆 A(20) 轴线固定 ； 其二， 是以下结构的组合 ： 其上能设置有槽的条状槽型、 能与曲轴水平杆 A(20) 周向固 定的套筒状结构或者基于套筒状结构的某种变形、 连接上两部分的连接结构。 7. 按照权利要求 6 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述具有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A(20) 与曲轴水平杆 B(9) 轴线距离改变 时同步改变其长度的功能的连接构件具体结构组成为 ： 曲轴垂直管 A(7)、 曲轴垂直杆 B(8) ； 其二者成对配合安装使用， 曲。

11、轴垂直杆 B(8) 至少 有一部分始终布置在曲轴垂直管 A(7) 内部， 且二者允许相互抽拉。 8. 按照权利要求 6 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述具有能够在相 互平行布置的曲轴水平杆 A(20) 与曲轴水平杆 B(9) 轴线距离改变时同步改变其长度的功 能的连接构件具体结构组成为 ： 长口型槽(21)、 滑块(22) ； 其二者成对配合安装使用 ； 滑块(22)设置在长口型槽(21) 中的槽内并能够沿槽滑动 ； 曲轴水平杆 A(20)、 曲轴水平杆 B(9) 二者中其一连接着滑块 (22)， 另一个连接着长口 型槽 (21) 的近端处。 9. 按照权利要求 8 所述曲。

12、轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述设置在长口型 槽 (21) 中的槽内的滑块 (22) 与槽之间构成滚动副 ； 所述滑块(22)上设置有滚动轴承(23)， 滑块(22)通过滚动轴承(23)与长口型槽(21) 中的槽之间接触 ； 所述滑块 (22) 上设置有 4 个滚动轴承 (23)， 每一侧两个， 同侧的两个能 够与槽的同一侧相接触。 10. 按照权利要求 1 9 其中之一所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 其特征在于 ： 所述 权 利 要 求 书 CN 102383929 A CN 102383947 A3/3 页 4 曲轴半径可变式活塞内燃机还满足下述要求 ： 其通过齿数比为11的。

13、功率输出齿轮将功率输出到所述曲轴半径可变式活塞内燃机 的功率输出轴上， 再通过它把功率输出 ； 输出齿轮与其所在轴之间设置有防滑键及防滑键槽 ； 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中， 最靠近整个曲轴两端部均安装有轴承。 权 利 要 求 书 CN 102383929 A CN 102383947 A1/10 页 5 一种曲轴半径可变式活塞内燃机 技术领域 0001 本发明涉及内燃机曲轴相关技术领域， 特别提供了一种曲轴半径可变式活塞内燃 机。 背景技术 0002 鉴于目前活塞内燃机做功冲程在上止点压力最大时， 曲轴力臂却为零， 所谓 “死 点” ， 当然做功势必无从谈起。对应造成内燃机有效热效。

14、率较低的技术瓶颈。以目前的汽油 内燃机为例， 在活塞上部位最大压力通常在 50P0， 效率提高势在必然。 0003 人们期望获得一种技术效果更好的活塞式内燃机。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种技术效果更好的曲轴半径可变式活塞内燃机。 0005 本发明一种曲轴半径可变式活塞内燃机， 其包含有气缸缸体 3、 活塞 5、 连杆 6、 曲 轴 ； 其所使用的曲轴与活塞 5 配合安装使用， 活塞 5 设置在气缸缸体 3 内并沿其内壁滑动 ； 其特征在于 ： 所述曲轴半径可变式活塞内燃机所使用的曲轴满足下述要求 ： 曲轴包含有曲 轴水平杆 A20、 曲轴水平杆 B9、 曲轴水平杆端部约束槽板 。

15、14 ； 其中 ： 0006 曲轴水平杆A20与曲轴外支撑旋转轴线基本重合， 曲轴水平杆B9与曲轴外支撑旋 转轴线平行 ； 0007 曲轴水平杆端部约束槽板 14 成对布置， 曲轴水平杆端部约束槽板 14 与安装基础 相对固定不转， 曲轴水平杆端部约束槽板 14 上还设置有曲轴水平杆端部约束槽 11， 曲轴水 平杆端部约束槽11具体设置在成对布置的两个曲轴水平杆端部约束槽板14的相对的两个 侧面上， 且成对布置的两个曲轴水平杆端部约束槽板 14 上的曲轴水平杆端部约束槽 11 为 轴向对称布置 ； 0008 曲轴水平杆 B9 的两端称为曲轴水平杆 B 端部 10 ； 曲轴水平杆 B9 布置在成。

16、对的两 个曲轴水平杆端部约束槽板 14 之间且与曲轴水平杆端部约束槽板 14 构成活动连接， 具体 连接形式为 ： 曲轴水平杆 B 端部 10 在成对的两个曲轴水平杆端部约束槽板 14 上轴向对称 布置的曲轴水平杆端部约束槽 11 内沿着曲轴水平杆端部约束槽 11 滑动。 0009 曲轴水平杆A20与曲轴水平杆B9之间通过连接构件连接在一起， 所述连接构件具 有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A20 与曲轴水平杆 B9 轴线距离改变时同步改变其长 度的功能。 0010 本发明所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 还要求保护下述结构 ： 0011 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中， 曲轴水平杆端部。

17、约束槽 11 为一闭合 曲线路径。 0012 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中的曲轴水平杆端部约束槽 11 的大部分 路径沿半径相同的圆布置 ； 0013 其余的少部分路径在整个路径中为连续的一部分或者被间断分隔开的两部分， 且 说 明 书 CN 102383929 A CN 102383947 A2/10 页 6 其与曲轴外支撑旋转轴线之间的距离为前述的等半径圆轨迹的半径的 60 250 ； 0014 所述非等圆路径部分在圆周方向所占据的对应圆心角范围是 30 140。 0015 所述曲轴水平杆端部约束槽 11 的非等半径路径部分的具体形状为以下三种之一 或者其一、 其二分别与其三构成的。

18、组合 ： 0016 其一， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心的距离小于等于等半径圆弧的半 径 ； 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨迹半径的 65 95 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应 圆心角范围是 30 50 ； 0017 其二， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离为等半径圆轨迹半径的 90 150 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对 应圆心角范围是 30 88 ； 0018 其三， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心的距离大于等于等半径圆弧的半 径 ； 所述非等半径。

19、路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨迹半径的 105 250 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对 应圆心角范围是 20 60。此种路径对于优化进气系数具有突出的效果。 0019 进一步优选 ： 所述曲轴水平杆端部约束槽 11 的非等半径路径部分的具体形状为 以下三种之一或者其一、 其二分别与其三构成的组合 ： 0020 其一， 所述非等半径圆弧路径为以连杆 6 的长度为半径， 圆心在远离等半径圆轨 迹圆心一侧的圆弧 ； 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆 轨迹半径的 80 90； 且路径为向靠近旋转中心方向凹陷的等。

20、半径圆弧或者近似圆弧 ； 所 述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心角范围是 35 45 ； 0021 其二， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离为等半径圆轨迹半径的 95 135 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对 应圆心角范围是 50 86 0022 其三， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心的距离大于等于等半径圆弧的半 径 ； 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨迹半径的 110 145 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对 应圆心角范围是。

21、 30 50。 0023 所述曲轴水平杆端部约束槽板 14 的具体结构形式为以下两种之一或其组合 ： 0024 其一， 板状， 其上设置有槽且能与曲轴水平杆 A20 轴线固定 ； 0025 其二， 是以下结构的组合 ： 其上能设置有槽的条状槽型、 能与曲轴水平杆 A20 周向 固定的套筒状结构 ( 或者基于套筒状结构的某种变形 )、 连接上两部分的连接结构。 0026 所述具有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A20 与曲轴水平杆 B9 轴线距离改变 时同步改变其长度的功能的连接构件具体结构组成为 ： 0027 曲轴垂直管 A7、 曲轴垂直杆 B8 ； 其二者成对配合安装使用， 曲轴垂直杆 B8。

22、 至少有 一部分始终布置在曲轴垂直管 A7 内部， 且二者允许相互抽拉。 0028 曲轴垂直管 A7 和曲轴垂直杆 B8 的横截面形状优选都为圆形。因为这样做结构简 单且受力较小， 适合小排量内燃机。 说 明 书 CN 102383929 A CN 102383947 A3/10 页 7 0029 所述具有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A20 与曲轴水平杆 B9 轴线距离改变 时同步改变其长度的功能的连接构件具体结构组成为 ： 0030 长口型槽21、 滑块22 ； 其二者成对配合安装使用 ； 滑块22设置在长口型槽21中的 槽内并能够沿槽滑动 ； 所述的槽具体为通孔槽或盲孔槽 ； 0031。

23、 曲轴水平杆 A20、 曲轴水平杆 B9 二者中其一连接着滑块 22， 另一个连接着长口型 槽 21 的近端处。 0032 此种结构相对于上一种结构而言， 更为简化， 技术效果相对较好。 0033 对于大排量内燃机， 宜采用滑块与长口型通孔槽或盲孔槽配合结构， 可以保证摩 擦减小及可承担较大的力。 0034 所述设置在长口型槽 21 中的槽内的滑块 22 与槽之间构成滚动副。进一步优选内 容 ： 所述滑块 22 上设置有滚动轴承 23， 滑块 22 通过滚动轴承 23 与长口型槽 21 中的槽之 间接触。进一步优选 ： 所述滑块 22 上设置有 4 个滚动轴承 23， 每一侧两个， 同侧的两个。

24、能 够与槽的同一侧相接触。 0035 所述曲轴半径可变式活塞内燃机还满足下述要求 ： 0036 其通过齿数比为 1 ： 1 的功率输出齿轮将功率输出到所述曲轴半径可变式活塞内 燃机的功率输出轴上， 再通过它把功率输出 ； 功率输出轴 12 的另外一个作用是保证各分段 结构的曲轴水平杆 A20 均在相同转速下转动 ； 0037 功率输出齿轮 13 与其所在轴之间设置有防滑键及防滑键槽 ； 0038 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中， 最靠近整个曲轴两端部均安装有轴 承。 0039 从原理上讲， 本发明具备突出的创造性， 鉴于目前活塞内燃机做功冲程在活塞上 止点 1 压力最大时， 曲轴力臂却为。

25、零， 所谓 “死点” ， 当然做功势必无从谈起。而曲轴可变半 径则可在活塞上止点 1 保证压力最大， 同时存在一定的力臂， 为活塞做功奠定做功基本条 件。 0040 本发明中涉及到的 “曲轴半径可变式” 结构将从根本上有效解决现有技术中的这 一技术瓶颈， 最终达到提高有效热效率问题。其基本想法就是 ： 在活塞上止点 1 压力最大 时， 凭借曲轴半径可变特点， 即力臂也将处在有一定长度状态， 该值可调， 由曲轴水平杆端 部约束槽 11 形状决定。 0041 本发明所述 “曲轴半径可变式” 结构的技术效果可以通过对比例体现如下 ： 目前以 汽油内燃机为例， 活塞5在活塞上止点1最大压力为50P0，。

26、 而采用变半径结构最大压力估计 在 65P0水平， 效率明显将从目前 30提高到 40。 0042 参见图 1， 本发明中连杆 6 和目前几乎一样， 只是长度要调整。曲轴则做了很大改 变。 0043 其中 ： 曲轴垂直杆 B8 和曲轴水平杆 B 端部 10 为一体 ； 曲轴垂直杆 B8 可以在曲轴 垂直管 A7 内滑动， 曲轴水平杆 B 端部 10 则在曲轴水平杆端部约束槽 11 内滑动。只要把曲 轴水平杆端部约束槽 11 设计成所需要形状， 就可达到曲轴半径可变的目的进而实现各不 同的原来结构无法实现的功能。 0044 参见图 2， 以曲轴顺时针旋转为例， 假定在活塞上止点对应曲轴位置为 0。

27、， 曲轴 在该位置左边为-1800， 在其右边为正角度0180。 不难看出， 曲轴在-20和 说 明 书 CN 102383929 A CN 102383947 A4/10 页 8 +20之间活塞5位置在上止点位置是不变的， 点火时间在-20， 那么-2020之间即 是燃烧时间， 以2000转/分为例， 燃烧时间充分提高到3毫秒这么长时间效果 ； 相当于目前 内燃机活塞在上止点燃烧时间在 0.1 毫秒就燃烧完毕的效果。这就在最小的燃烧室体积的 情况下能得到最大压力的核心原因所在。以目前常见的四缸一点几升排量内燃机为例， 此 时将约有 17.1 毫米左右的力臂。以曲轴半径 50 毫米为例， 力臂。

28、 50Sin20 17.1 毫 米， 考虑连杆此时有一定角度因素， 实际力臂比此值略小 2 3 毫米。注意此时压力可是最 大值状态。 0045 以现有技术中常规的汽油机为例， 原来的 3 5P0压力经本发明所述方法应用之 后可望将其降低到 1.01P0压力， 很好地达到压力减小损失目的。 0046 图 2、 4 中的 C、 D 分别代表曲轴所在位置对应活塞上止点 1、 活塞下止点 2 ； 图 3 中 的活塞下止点 2 由 D 改为 E。 0047 但要说明， 在压缩冲程时， 曲轴转到 D 时候， 进气门才关闭， 这样可以增加自然进 气情况下的进气系数。进气系数可望从目前自然进气状态的 70做到。

29、 95左右。另外排 气冲程做的负功减小到几乎为零。 0048 到上止点后由于废气压力略高于大气压力， 对新近的油气的冲淡系数参数大有好 处， 即含有的废气比例大大降低。这样说来可谓一举三得。 0049 以目前的汽油内燃机为例， 活塞5上可实现的最大压力通常在50P0， 效率提高势在 必然。本发明所述的曲轴半径可变式活塞内燃机， 活塞 5 上可实现的最大压力至少在 65P0 水平， 预计目前汽油内燃机效率从 30能提高到 40。 0050 为了进一步提高技术效果， 我们还强调以下几点 ： 0051 1) 以图 2 来说， 曲轴在以匀角速度旋转， 曲轴在 -20 +20旋转， 而活塞 5 不 动，。

30、 待燃烧彻底后， 达到最大压力， 同时， 此时曲轴还有一定力臂。 0052 2) 参见图 4， 连杆 6 的长度要做调整 ( 通常而言要求加长 )， 曲轴水平杆端部约束 槽 11 的形状像斜的半圆形， 这样既可达到活塞 5 在活塞上止点 1 时力臂最大， 估计角度在 85左右为最佳值， 同时爆破压力也最大。 0053 3) 考虑曲轴旋转不如传统结构的震动效果好， 将曲轴水平杆端部约束槽 11 设计 成斜雨滴形状。具体结构参见图 4。 0054 4) 曲轴滑块与曲轴长口型槽 ( 具体可以为透明或者不透明槽 ) 配合要求 ： 从摩擦 寿命、 受力合理及加入润滑油这两方面考虑， 将曲轴垂直管 A7 。

31、改为滑块 ； 将曲轴垂直杆 B8 改为长口型槽。其技术效果更佳。 附图说明 0055 下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明 ： 0056 图 1 为曲轴半径可变式活塞内燃机结构原理示意图 ； 0057 图 2 为曲轴半径可变式活塞内燃机中曲轴水平杆端部约束槽 11 形状原理示意图 之一 ； 曲轴水平杆端部约束槽 11 形状具体设计成类似 “圆饼咬一口” 形状 ； 根据实际试验结 果我们可知， 在所有图 2、 3、 4 所代表的各类模型中， 图 2 所示的这种类型的技术效果最佳 ； 0058 图3为曲轴半径可变式活塞内燃机中曲轴水平杆端部约束槽11原理示意图之二 ； 曲轴水平杆端部约。

32、束槽 11 设计成 “圆饼咬一口” 和 “雨滴” 形状的组合 ； 说 明 书 CN 102383929 A CN 102383947 A5/10 页 9 0059 图4为曲轴半径可变式活塞内燃机中曲轴水平杆端部约束槽11原理示意图之三 ： 曲轴水平杆端部约束槽 11 设计成 “雨滴” 形状 ； 连杆 6 的长度设为 x ； 图 4 上部的两点分别 对应活塞上止点 1 和活塞下止点 2 ； 0060 图 2、 3、 4 可以看作是图 1 中曲轴水平杆 B 端部 10 的侧视图， 设置有曲轴水平杆端 部约束槽 11 的一侧为正面 ； 0061 图 5 为实施例 2 对应的使用长口型槽 21、 滑块。

33、 22、 滚动轴承 23 的具有能够在相互 平行布置的曲轴水平杆 A20 与曲轴水平杆 B9 轴线距离改变时同步改变其长度的功能的连 接构件的具体结构组成远离示意图。 具体实施方式 0062 各个附图标记的含义为 ： 0063 活塞上止点 ： 1、 活塞下止点 ： 2、 气缸缸体 ： 3、 活塞裙部 ： 4、 活塞 ： 5、 连杆 ： 6、 曲轴 垂直管A ： 7、 曲轴垂直杆B ： 8、 曲轴水平杆B ： 9、 曲轴水平杆B端部 ： 10、 曲轴水平杆端部约束 槽 ： 11、 功率输出轴 ： 12、 功率输出齿轮 ： 13( 具体齿数比为 1 1)、 曲轴水平杆端部约束槽 板 ： 14( 固。

34、定用 )、 曲轴水平杆 A ： 20、 长口型槽 ： 21、 滑块 ： 22、 滚动轴承 ： 23。 0064 实施例 1 0065 一种曲轴半径可变式活塞内燃机， 其包含有气缸缸体 3、 活塞 5、 连杆 6、 曲轴 ； 其所 使用的曲轴与活塞5配合安装使用， 活塞5设置在气缸缸体3内并沿其内壁滑动 ； 需要重点 强调的是 ： 0066 所述曲轴半径可变式活塞内燃机所使用的曲轴满足下述要求 ： 曲轴包含有曲轴水 平杆 A20、 曲轴水平杆 B9、 曲轴水平杆端部约束槽板 14 ； 其中 ： 0067 曲轴水平杆A20与曲轴外支撑旋转轴线基本重合， 曲轴水平杆B9与曲轴外支撑旋 转轴线平行 ；。

35、 0068 曲轴水平杆端部约束槽板14成对布置， 曲轴水平杆A20与曲轴水平杆端部约束槽 板 14 相互之间实现周向固定 ； 曲轴水平杆端部约束槽板 14 上还设置有曲轴水平杆端部约 束槽 11， 曲轴水平杆端部约束槽 11 具体设置在成对布置的两个曲轴水平杆端部约束槽板 14 的相对的两个侧面上， 且成对布置的两个曲轴水平杆端部约束槽板 14 上的曲轴水平杆 端部约束槽 11 为轴向对称布置 ； 0069 曲轴水平杆 B9 的两端称为曲轴水平杆 B 端部 10 ； 曲轴水平杆 B9 布置在成对的两 个曲轴水平杆端部约束槽板 14 之间且与曲轴水平杆端部约束槽板 14 构成活动连接， 具体 连。

36、接形式为 ： 曲轴水平杆 B 端部 10 在成对的两个曲轴水平杆端部约束槽板 14 上轴向对称 布置的曲轴水平杆端部约束槽 11 内沿着曲轴水平杆端部约束槽 11 滑动。 0070 曲轴水平杆A20与曲轴水平杆B9之间通过连接构件连接在一起， 所述连接构件具 有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A20 与曲轴水平杆 B9 轴线距离改变时同步改变其长 度的功能。 0071 所述曲轴半径可变式活塞内燃机， 还包含有下述要求 ： 0072 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中， 曲轴水平杆端部约束槽 11 为一闭合 曲线路径。 0073 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中的曲轴水平杆端部约束槽 11。

37、 的大部分 说 明 书 CN 102383929 A CN 102383947 A6/10 页 10 路径沿半径相同的圆布置 ； 其余的少部分路径在整个路径中为连续的一部分。 0074 所述非等半径圆弧路径为以连杆 6 的长度为半径， 圆心在远离等半径圆轨迹圆心 一侧的圆弧 ； 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨迹 半径的 80 90 ； 且路径为向靠近旋转中心方向凹陷的等半径圆弧或者近似圆弧 ； 所述 非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心角范围是 40 ( 具体可以描述为 ： -20 20圆弧的半径是连杆长度， 以保证活塞在上止。

38、点位置不 动， 等待混合燃气燃烧过程， 燃烧的充分程度是以往发动机无法比拟的 )。参见图 2。 0075 以曲轴顺时针旋转为例， 假定在活塞上止点对应曲轴位置为 0， 曲轴在该位置左 边为 -180 0， 在其右边为正角度 0 180。不难看出， 曲轴在 -20和 +20之间 活塞 5 位置在上止点位置是不变的， 点火时间在 -20， 那么 -20 20之间即是燃烧时 间， 以2000转/分为例， 燃烧时间充分提高到3毫秒这么长时间效果 ； 相当于目前内燃机活 塞在上止点燃烧时间在 0.1 毫秒就燃烧完毕的效果。这就在最小的燃烧室体积的情况下能 得到最大压力的核心原因所在。以目前常见的四缸一点。

39、几升排量内燃机为例， 此时将约有 17.1 毫米左右的力臂。以曲轴半径 50 毫米为例， 力臂 50*SIN20 17.1 毫米， 考虑连 杆此时有一定角度因素， 实际力臂比此值略小 2 3 毫米。注意此时压力可是最大值状态。 0076 见图2， 对应圆心角-2020范围内的曲轴水平杆端部约束槽11是变半径的， 其余部分等半径。形状像 “圆饼咬一口” ； -20 20圆弧的半径是连杆 6 长度， 圆弧的中 心是连杆 6 的上端端头， 这样可保证活塞 5 在活塞上止点 1 位置不动， 等待混合燃气燃烧， 燃烧的充分程度是以往发动机无法比拟的。 0077 所述曲轴水平杆端部约束槽板 14 的具体结。

40、构形式为板状， 其上设置有槽且能与 曲轴水平杆 A20 轴线固定 ； 0078 所述具有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A20 与曲轴水平杆 B9 轴线距离改变 时同步改变其长度的功能的连接构件具体结构组成为 ： 曲轴垂直管 A7、 曲轴垂直杆 B8 ； 其 二者成对配合安装使用， 曲轴垂直杆B8至少有一部分始终布置在曲轴垂直管A7内部， 且二 者允许相互抽拉。曲轴垂直管 A7 和曲轴垂直杆 B8 的横截面形状都为圆形， 此时曲轴垂直 管 A7 和曲轴垂直杆 B8 优选中心轴线重合。 0079 所述曲轴半径可变式活塞内燃机还满足下述要求 ： 0080 其通过齿数比为11的功率输出齿轮将功率输出。

41、到所述曲轴半径可变式活塞内 燃机的功率输出轴上， 再通过它把功率输出 ； 功率输出轴 12 的另外一个作用是保证各分段 结构的曲轴水平杆 A20 均在相同转速下转动 ； 0081 功率输出齿轮 13 与其所在轴之间设置有防滑键及防滑键槽 ； 0082 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中， 最靠近整个曲轴两端部均安装有轴 承。 0083 从原理上讲， 本实施例具备突出的创造性， 鉴于目前活塞内燃机做功冲程在活塞 上止点 1 压力最大时， 曲轴力臂却为零， 所谓 “死点” ， 当然做功势必无从谈起。而曲轴可变 半径则可在活塞上止点 1 保证压力最大， 同时存在一定的力臂， 为活塞做功奠定做功基本。

42、 条件。 0084 本实施例中涉及到的 “曲轴半径可变式” 结构将从根本上有效解决现有技术中的 这一技术瓶颈， 最终达到提高有效热效率问题。 其基本想法就是 ： 在活塞上止点1压力最大 说 明 书 CN 102383929 A CN 102383947 A7/10 页 11 时， 凭借曲轴半径可变特点， 即力臂也将处在有一定长度状态， 该值可调， 由曲轴水平杆端 部约束槽 11 形状决定。 0085 本实施例所述 “曲轴半径可变式” 结构的技术效果可以通过对比例体现如下 ： 目前 以汽油内燃机为例， 活塞5在活塞上止点1最大压力为50P0， 而采用变半径结构最大压力估 计在 65P0水平， 效。

43、率明显将从目前 30提高到 40。 0086 参见图 1， 本实施例中连杆 6 和目前几乎一样， 只是长度要调整。曲轴则做了很大 改变。 0087 其中 ： 曲轴垂直杆 B8 和曲轴水平杆 B 端部 10 为一体 ； 曲轴垂直杆 B8 可以在曲轴 垂直管 A7 内滑动， 曲轴水平杆 B 端部 10 则在曲轴水平杆端部约束槽 11 内滑动。只要把曲 轴水平杆端部约束槽 11 设计成所需要形状， 就可达到曲轴半径可变的目的进而实现各不 同的原来结构无法实现的功能。 0088 实施例 2 0089 本实施例与实施例 1 内容基本相同， 其需要强调的不同之处在于 ： 0090 1) 所述曲轴半径可变式。

44、活塞内燃机的曲轴中的曲轴水平杆端部约束槽 11 的大部 分路径沿半径相同的圆布置 ； 0091 其余的少部分路径在整个路径中为被间断分隔开的两部分， 且其与曲轴外支撑旋 转轴线之间的距离为前述的等半径圆轨迹的半径的 60 140； 所述非等圆路径部分在圆 周方向所占据的对应圆心角范围总和是 80， 如附图 3。 0092 2) 所述曲轴水平杆端部约束槽 11 的非等半径圆部分的具体形状为以下两种的组 合 ： 0093 其中之一， 所述非等半径圆弧路径为以连杆 6 的长度为半径， 圆心在远离等半径 圆轨迹圆心一侧的圆弧 ； 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半 径圆轨迹半径的。

45、 80 90 ； 且路径为向靠近旋转中心方向凹陷的等半径圆弧或者近似圆 弧 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心角 范围是 40 ； 0094 其中之二， 所述非等半径路径与等半径路径的圆心的距离大于等于等半径圆弧的 半径 ； 所述非等半径路径与等半径路径的圆心之间的距离最小处为等半径圆轨迹半径的 130 ； 所述非等半径部分与等半径部分平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心 角范围是 80。该路径为向远离旋转中心方向凸出的水滴状凸起 ； 如附图 3。 0095 见图 3， 连杆 6 长度要做调整 ( 具体说要适当加长 )， 曲轴水平杆端部。

46、约束槽 11 的 形状像 “斜的被咬了一口的圆饼形” ， 但下面又像凸出的 “雨滴形” ， 这样既可达到活塞 5 在 活塞上止点 1 时力臂最大， 同时爆破压力也最大。下面设计成 “雨滴形” ， 主要目的是延长活 塞 5 做功距离， 活塞 5 由原来的 D 点加长到 E 点。活塞下止点 2 压力从目前的 3 5P0压 力降低到 1.01P0压力水平。技术效果良好。 0096 3) 所述具有能够在相互平行布置的曲轴水平杆 A20 与曲轴水平杆 B9 轴线距离改 变时同步改变其长度的功能的连接构件具体结构组成为 ： 长口型槽 21、 滑块 22 ； 其二者成 对配合安装使用 ； 滑块22设置在长口。

47、型槽21中的槽内并能够沿槽滑动 ； 曲轴水平杆A20连 接着滑块 22， 曲轴水平杆 B9 连接着长口型槽 21 的近端处。参见附图 5。 0097 所述设置在长口型槽 21 中的槽内的滑块 22 与槽之间构成滚动副。进一步优选内 说 明 书 CN 102383929 A CN 102383947 A8/10 页 12 容 ： 所述滑块 22 上设置有滚动轴承 23， 滑块 22 通过滚动轴承 23 与长口型槽 21 中的槽之 间接触。进一步优选 ： 所述滑块 22 上设置有 4 个滚动轴承 23， 每一侧两个， 同侧的两个能 够与槽的同一侧相接触。 0098 此种结构相对于实施例 1 所述结。

48、构而言， 更为简化， 技术效果相对较好。 0099 实施例 3 0100 本实施例与实施例 1 内容基本相同， 其需要强调的不同之处在于 ： 0101 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中的曲轴水平杆端部约束槽 11 的大部分 路径沿半径相同的圆布置 ； 0102 其余的少部分路径在整个路径中为连续的一部分， 所述非等半径路径与等半径路 径的圆心之间的距离为等半径圆轨迹半径的 95 135； 所述非等半径部分与等半径部分 平滑连接 ； 这一部分在圆周方向所占据的对应圆心角范围是 85 ； 0103 所述非等半径路径为向远离旋转中心方向凸出的水滴状凸起 ； 如附图 4 ： 对应圆 心角范围内角度在085的曲轴水平杆端部约束槽11是变半径的， 为典型的 “雨滴” 形 状 ； 其余部分等半径。这样的形状是基于在 85时保证力臂最大， 同时减少活塞 5 往复震 动等因素的考量。 0104 实施例 4 0105 本实施例与实施例 1 内容基本相同， 其需要强调的不同之处在于 ： 0106 1) 所述曲轴半径可变式活塞内燃机的曲轴中的曲轴水平杆端部约束槽 11 的大部 分路径沿半径相同的圆布置 ； 其余的少部分路径在整个路。