一种可变膨胀比活塞往复式内燃发动机技术领域
本发明涉及内燃发动机技术领域，尤其涉及一种可变膨胀比活塞往复式内燃发动
机。
背景技术
现有的内燃发动机气缸结构一般是其内部装有活塞，活塞通过活塞销、连杆与曲
轴相连接，活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲轴转动，为吸入新鲜气体和排出废
气，设有进气门和排气门。
同时，活塞顶离曲轴中心最远处，即活塞最高位置，称为上止点；活塞顶部离曲轴
中心最近处，即活塞最低位置，称为下止点；上、下止点间的距离称为活塞行程，曲轴与连杆
下端的连接中心至曲轴中心的距离称为曲轴半径，活塞每走一个行程相应于曲轴转角
180°；对于气缸中心线通过曲轴中心线的发动机，活塞行程等于曲柄半径的两倍。
活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为发动机的工作容积或发动机排量，四冲
程发动机的工作循环包括四个活塞行程，即进气行程、压缩行程、膨胀行程(做功行程)和排
气行程。这四个行程的具体原理为：
进气行程，化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合，然
后再吸入气缸，进气行程中，进气门打开，排气门关闭，随着活塞从上止点向下止点移动，活
塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压力降低到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸
力，这样，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸；
压缩行程，为使吸入气缸内可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发
动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，
即需要有压缩过程，在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点
移动一个行程称为压缩行程；压缩终了时，活塞到达上止点，活塞上方形成很小空间，称为
燃烧室，压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比；
做功行程，在这个行程中，进、排气门仍旧关闭，当活塞接近上止点时，装在气缸盖
上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气.可燃混合气被燃烧后，放出大量的热
能，因此，燃气的压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力约为3-5Mpa，相应的温度为
1700～2400℃，高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并
输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外做功；
排气行程，可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进
气行程；当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后
再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中，活塞到上止点附近时，排气行程结束。
由上可知，现有技术存在着很大的劣势，如做功行程的行程不够，当火花点燃混合
气体，燃烧的气体急剧膨胀的推动活塞运动到低时，膨胀推力至少还有40％，这时却推不下
去，排气门打开，能量白白的浪费。
因此，针对以上方面，需要对现有技术进行有效创新。
发明内容
针对以上缺陷，本发明提供一种可变膨胀比活塞往复式内燃发动机，以解决现有
技术的诸多不足。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可变膨胀比活塞往复式内燃发动机，由气缸系统、机壳体、启动盘、飞轮、消声
器以及曲轴机构组成，所述机壳体内部装有曲轴机构，该曲轴机构装有启动盘；
所述曲轴机构安装齿轮并且该齿轮与凸轮齿轮相啮合，该凸轮齿轮分别连接进气
门凸轮、排气门凸轮，其中的进气门凸轮固定安装下进气门摇臂，其中的排气门凸轮固定安
装下排气门摇臂，这两个气门摇臂上分别与对应的气门顶杆下端相接，这两根气门顶杆上
端依次连接上进气门摇臂、上排气门摇臂，其中的上进气门摇臂与进气门相接，其中的上排
气门摇臂与排气门相接；
所述曲轴机构上方设置气缸系统，曲轴机构连接连杆并且该连杆上端装有活塞
销，该活塞销固定安装活塞并且此活塞在气缸套内作往复运动，气缸套上方装有气缸盖，气
缸盖的排气管道端面装有消声器；同时，所述曲轴机构末端装有飞轮，该飞轮通过旋转产生
惯性，带动曲轴机构作旋转运动。
相应地，所述机壳体内部带有磁电机以便于提供点火器、高压包和火花塞的电源。
气门外围设置气门弹簧，气缸盖的进气管道端面装有化油器。
所述曲轴机构偏心距比传统曲轴偏心距长一倍；进气门凸轮用于实现活塞运动到
进气行程的一半时，将进气门关闭。
所述下进气门摇臂用于实现进气门凸轮的最低点和最高点凸起的距离不够时，通
过下进气门摇臂补充距离。
所述连杆比对应的传统组件长一倍，气缸套比对应的传统组件长一倍。
所述上进气门摇臂、上排气门摇臂下方配置上摇臂座。
本发明所述的可变膨胀比活塞往复式内燃发动机的有益效果为：通过曲轴机构与
气缸与连杆系统内部组件的合理设置，可完全满足做功膨胀推力行程，能量充分利用，功率
要比现有技术的发动机大50％，在运转时声音比现有技术的少一半；通过下进气门摇臂能
实现下进气门凸轮的最低点和最高点凸起的距离不够时，通过下进气门摇臂补充距离。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例所述内燃发动机的外部示意图；
图2是本发明实施例所述内燃发动机的侧面示意图；
图3是本发明实施例所述内燃发动机内部的分解结构示意图。
图中：
1、气缸系统；2、机壳体；3、启动盘；4、飞轮；5、高压包；6、点火器；7、消声器；8、曲轴
机构；9、齿轮；10、凸轮齿轮；
11、触发点；12、触发器；13、连杆；14、活塞；15、气缸套；16、进气门；17、排气门；18、
气门弹簧；19、气门顶杆；110、下进气门摇臂；111、下排气门摇臂；112、进气门凸轮；113、排
气门凸轮；114、上摇臂座；115、上排气门摇臂；116、上进气门摇臂。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明实施例所述的可变膨胀比活塞往复式内燃发动机，由气缸系
统1、机壳体2、启动盘3、飞轮4、消声器7以及曲轴机构8组成，所述机壳体2内部装有曲轴机
构8，该曲轴机构8装有用于启动发动机的启动盘3，另外，还带有磁电机以便于提供点火器
6、高压包和火花塞的电源，点火器6连接高压包5，其中的启动盘3外围配有触发点11与触发
器12；
相应地，所述曲轴机构8安装齿轮9并且该齿轮9与凸轮齿轮10相啮合，该凸轮齿轮
10分别连接进气门凸轮112、排气门凸轮113，其中的进气门凸轮112固定安装下进气门摇臂
110，其中的排气门凸轮113固定安装下排气门摇臂111，这两个气门摇臂上分别与对应的气
门顶杆19下端相接，这两根气门顶杆19上端依次连接上进气门摇臂116、上排气门摇臂115，
其中的上进气门摇臂116与进气门16相接，其中的上排气门摇臂115与排气门17相接，每个
气门外围设置气门弹簧18；另外，所述上进气门摇臂116、上排气门摇臂115下方配置上摇臂
座114；
相应地，所述曲轴机构8上方设置气缸系统1，曲轴机构8连接连杆13并且该连杆13
上端装有活塞销，该活塞销固定安装活塞14并且此活塞14在气缸套15内作往复运动，气缸
套15上方装有气缸盖，气缸盖的进气管道端面装有化油器，气缸盖的排气管道端面装有消
声器7；同时，所述曲轴机构8末端装有飞轮4并且该飞轮4通过旋转产生惯性，带动曲轴机构
8作旋转运动；
相应地，所述曲轴机构8偏心距比传统曲轴偏心距长一个倍；
进气门凸轮112用于实现活塞14运动到进气行程的一半时，将进气门16关闭；
下进气门摇臂110用于实现进气门凸轮112的最低点和最高点凸起的距离不够时，
通过下进气门摇臂110就可补充距离；
对于气缸系统1，连杆13比对应的传统组件长一倍，气缸套15比对应的传统组件长
一倍；
以上本发明实施例所述的可变膨胀比活塞往复式内燃发动机，运行原理为：
①进气行程：可采用化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行
混合，然后再吸入气缸，进气行程中，进气门打开，排气门关闭，随着活塞从上止点向下止点
移动时，活塞上方的压力降低到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样，可燃混合
气便经进气管道和进气门被吸入气缸，活塞移动到行程的一半时进气门关闭；
同时，下进气门凸轮的最低点和最高点凸起的距离不够时，通过下进气门摇臂来
补充距离，将进气门打开，当活塞运动到行程的一半时进气门关闭，这时保持下一个行程
(压缩比的值)压缩比是标准不变的，不会产生任何影响，进气门关闭后，活塞继续向下运
动，此时，会产生很小的真空(负压)会对活塞有点拉力，而等到下一个行程时，活塞向上运
动时，有同样的拉力，不会消耗多少能量；
②压缩行程：为使吸入气缸内可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使
发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升
高，即需要有压缩过程，在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止
点移动一个行程称为压缩行程；压缩终了时，活塞到达上止点，活塞上方形成很小空间，称
为燃烧室，压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比；
③做功行程：在这个行程中，进、排气门仍旧关闭，当活塞接近上止点时，装在启动
盘上的触发点对准触发器发出脉冲信号，给点火器和高压包，使得火花塞发出电火花，点燃
被压缩的可燃混合气，可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，因此，燃气的压力和温度迅
速增加，所能达到的最高压力约为3-5Mpa，相应的温度为1700～2400℃；高温高压的燃气推
动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机
本身继续运转而外，其余即用于对外做功；
同时，做功膨胀行程加长了一倍，行程加长了，零部件也要跟着加长(曲轴的偏心
距加长一倍，连杆加长一倍，气缸加长一倍)这三种主要零件都加长了一倍，也就是把连杆
与曲轴的连接轴中心到曲轴旋转中心的距离加大，做功膨胀力对曲轴旋转中心的扭矩增大
了，也就满足做功膨胀推力行程，能量就充分利用起来，它的功率要比现有技术的发动机大
50％，在运转时声音比现有技术的少一半。
④排气行程：可燃混合气燃烧后生成的废气必须从气缸中排除，以便进行下一个
进气行程，当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点
后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中，活塞到上止点附近时，排气行程结束它
的优势。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本
案技术，熟悉本领域技术人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般
原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，本领域
的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改，例如，对于配气机构组件型号、
尺寸的等效替换，机壳外围增加的外形变换等，若没有产生超出本案之外的有益效果，则都
应在本案保护范围内。