背景技術：
及發(fā)明經過：

現(xiàn)有發(fā)動機的曲柄連桿機構雖然結構簡單可靠，但機械效率很低，根據(jù)王登強，楊娜《對置活塞式四沖程自由活塞發(fā)電機仿真研究》一書介紹：“美國西弗尼亞大學早在1998年研制一款二沖程對置式點燃式自由活塞直線發(fā)電機機的試驗樣機。Houdyschell在第一代樣機的基礎上開始研究二沖程，壓燃式自由活塞直線發(fā)電機，美國Sandia國家實驗室應用HCCI(均質充量壓燃)燃燒方式。研究結果表明系統(tǒng)熱效率可達56％……”目前普遍的四沖程內燃機熱效率在30-35％，而兩沖程的只有在30％以下。而這個自由活塞直線發(fā)電機熱效率提高了近一倍。從其機械結構分析僅小了一個曲柄連桿機構。雖然也更換了燃燒方法，但我們現(xiàn)用的發(fā)動機在近十幾年時間，更換過很多類似的方法，從化油器到電噴，再到缸內直噴等，但熱效率從沒一次性 提高5％以上，所以與燃燒應沒有太大的關系。另外，我在2000年時制造的一臺“曲柄連桿機構控制，齒條驅動單向齒輪輸出”的單缸50CC四沖程發(fā)動機自己測試的最好數(shù)據(jù)基本相近(以下作詳細介紹).兩者都說明了目前的內燃機曲柄連桿機構傳輸效率不高能量損失很大。

我于1982年高中畢業(yè)，1984年開始自修過兩年的建筑結構力學與材料力學，于1986年開始轉行修車。是個普通的汽車修理工。剛開始學修車時，由于對發(fā)動機了解較小。大腦僅有的記憶是初中書本的知識，即進氣，壓縮，點火作功，排氣等四個工作行程。所以就對發(fā)動機的工作原理及組件進行種種的假設和推測。半年后對發(fā)動機有了初步的了解，也對曲柄連桿機構的傳動效率產生了懷疑。開始用一部分業(yè)余時間進行思考，但當時也只是懷疑，兩年后與一個高中同桌同學相遇，他畢業(yè)于浙江大學，就說出了我心中的疑慮，于是我們兩個把曲柄連桿機構的作用力與反作用力進行分析。一致認為效率不高能量損失較大。由于氣缸燃燒作動過程中作用力都在不斷變化，他也不是學這個專業(yè)的，所以也無法計算確切的效率數(shù)字。當時我找了很多大小書店，都找不到這方面的相關資料和一點點有用的信息(現(xiàn)在這些受力分析圖到處都有，并且都有了仿真參數(shù))。在1995年到1999年我家床對面的墻上貼了好幾張點點思路的草圖，以便睡覺前思考。就這樣經過漫長十多年的思考，苦苦尋找替代曲軸連桿機構方法，都沒有任何結果，所得結論反而是曲軸連桿機構結構簡單穩(wěn)定，當然效率不高確是事實。這時到了1999年底，我想既然沒有替代方法，那就退而求其次，保留該機構，用其它能量輸出方法，經過思考分析， 方案很快出來，因為我是修理工，在這方面我是有很多優(yōu)勢。構結草圖出來后，附圖1，為了減小成本，購買了一臺50CC舊摩托車四沖程發(fā)動機進行改造，測量計算后，制作了另件加工草圖，開始尋找材料，購買或者加工另件，三個月后組裝，一次性啟動成功。這時應當是2000年5月份了。當時也很高興，但經過了兩個晚上的空負荷運轉就高興不起來了，因為單向滾針軸承損壞，停車后用手也能轉動。雖然在試制前也曾考慮過這個另件的壽命問題，但沒想這么短。拆下來檢查發(fā)現(xiàn)輸出軸磨損明顯，單向滾針軸承放在沒磨損的軸上試驗，用力轉動也會打滑。這樣輸出軸換了好幾根，用不同材料，不同的熱處理方法都試過，而單向滾針軸承換了好幾個國家的，結果還是一樣。想想都做出來了，還是做個測試吧，倒底能產生多大的效果。所以就買了個發(fā)電機，做了一個兩用的底座支架，以便測試新輸出端與老輸出端的輸出功率，測試的方法是：新增皮帶輪帶動發(fā)電機，發(fā)電后接通用電器(1000W燈泡)，全負荷工作，然后記錄電路的電壓與電流。再用同一臺發(fā)電機與老輸出端用鏈條連接，發(fā)電后接通用電器，全負荷工作，記錄電路的電壓與電流。轉換成功率后比較，得出新的輸出端功率比老的提高了92％，與我目標值很接近，雖然壽命不長，最起碼思路正確。測試時速度要快，我知道帶上負荷后壽命肯定會更短。好在我們修理廠人很多，又在晚上做這些事，圍觀的人有十幾個，又是新的發(fā)動機，大家自然樂意幫忙。當然這樣的一次測試又必須更換新的輸出軸及單向滾針軸承。共進行了三次，但三次的數(shù)據(jù)都不同，另外兩次分別是83％，64％，一次比一次差。(以后分析認為，可能的原因是輸出軸都是手工加工，精度會有誤差，而單向滾針軸承要求 的偏偏需要高的精度)。壞了換，換了又壞，這樣整整持續(xù)了一個夏天，而三個數(shù)據(jù)誤差又這么大，可信度不高。信心大大的受到打擊。最后想想還是用測功機做個正規(guī)的檢測，即使結果只提高了50％，我想也可以對自己十幾年的努力有個交代。因為本地沒有測功機，通過同學聯(lián)系上XX大學，那邊可以測試。雖然需要幾千元錢，我想可以聽聽教授們專業(yè)的看法，也許對我有所幫助，所以向單位借了一萬元錢，與幾個老同學一起很早出發(fā)，早上9點左右到達校區(qū)，通過電話聯(lián)系后相遇，這個教授帶了一個碩士接待我們。但一看到樣機后，可能他們已不感興趣，從表情可以看出。樣機確實不好看，本來就是舊的發(fā)動改造的，又加上新增的部份全部是手工焊接，雖然底座出發(fā)前一天做了油漆處理，但看上去還是象個廢品(也由于這個原因在2012年底，我所在的公司倒閉，別人把我放在倉庫里的這個紀念品當廢鐵賣了，當我第二天知道后想去要回來時，已無法找到)。說好了測試價格，但發(fā)現(xiàn)測功機的接口與樣機不配，無法檢測，需要下次再來。但我自然不會放過難得與他們交流的機會，確切說想他們給我點意見，我說了我有一次檢測結果提高了92％時，他們不信，但當要拿出設計圖與工作原理進行介紹后，他們也產生了濃厚的興趣。還給我他們兩個人的名片，讓我弄好接口后抓緊過去檢測，其它后屬事情都可以由他們來做，我心里自然興奮，第一次從專業(yè)人員這里得到肯定，這也對我這次的發(fā)明帶來了信心。但我第二次沒去，因為我想要的已經有了得案，并且這個設計壽命太短，根本沒有實用價值，何必再花這個冤枉錢。也許用這些錢我可以再做一個其它的發(fā)動機，當時我確實這么想的。沒想一晃就過去了15年，在這15年里我也經歷 了人生的風風雨雨，大起大落，但我從沒停止對這個項目的繼續(xù)努力。及到最近這二年，隨著新能源汽車的發(fā)展，我又重新調整思路，想采用電輸出的方法，也許能解決我的難題，直到今年的8月份，方案形成，經過三個月的努力與分析，我認為這個方法可行，到上個星期止，我認為整個方案已接近完美，28年的夢想終于可以實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：
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高效四缸水平對置曲柄控制往復件相互驅動直線發(fā)電機

本發(fā)明適用二沖程和四沖程內燃機，點燃壓燃內燃機，而相關技術對于直列四缸機稍作改動也可以通用，但成本高，需要一缸一個直線發(fā)電機。本發(fā)明以水平對置四缸效果最佳，所以實用以四缸為一個工作單元，生產功率不等的不同級別，進行模塊化生產，根據(jù)需要，可以任意增加多個工作單元，只需進行導線連接，就能達到你想要的功率。下面以水平對置四缸四沖程內燃機為一個工作單元設計為例，進行介紹，重點分析，基本結構如附圖1(圖中沒畫缸蓋等與現(xiàn)有發(fā)動機通用的相關部件)。

圖1是本發(fā)明高效四缸水平對置曲柄控制往復件相互驅動直線發(fā)電機之前技術的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明高效四缸水平對置曲柄控制往復件相互驅動直線發(fā)電機其中一種具體實施方式的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明高效四缸水平對置曲柄控制往復件相互驅動直線發(fā)電機另一種具體實施方式的結構示意圖。

現(xiàn)對各個另部件功能及工作原理進行說明：

一.圖中的1.2.3.4為活塞組件，包括活塞環(huán)及活塞肖.

二.圖中5為高精度驅動齒輪，中心軸底部與殼體用螺絲進行固定，內部用滾針軸承與中心軸配合，齒輪與齒條嚙合。其作用是：a.負責把第1.2活塞準確送到上下止點(因為(1.2組件中沒有同步連 桿)。b.不管哪個缸作功，都以高效率的方式把力送到其它三缸(同組傳輸效率達到100％)，以完成其它三個工作行程。c.不管哪個缸作功，都可以以高效率的方式把能量傳到另一組件，提供給發(fā)電機發(fā)電，也就是說兩個發(fā)電機都可以進行不間斷工作，而能量損失最小。

三.圖中6，帶齒條連桿。兩端與3。4活塞連接，中間與發(fā)電機兩端連接。中間還與8號同步連桿相連。在啟動過程中把8傳過來的力通過5號傳到1.2活塞組件，以便各缸順利工作。

四.圖中7，帶齒條連桿，其作用基本與6相同。要注意的是6與7的質量越小越好，這樣可以減小往復運動的能量損耗，所以必須采用高強度輕質材料。

五.圖中8，同步連桿，在啟起過程中，把曲軸傳過來的力，傳給6與5后再傳給7，通過6與7帶動活塞往復工作，順利完成啟動。另外通過8的連接，使活塞的往復運動與氣門的開閉始終保持一致。一端采用滾針與6號連接，另一端采用軸瓦與曲軸配合，中間裝有油道，以便潤滑。

六.圖中9曲軸，控制活塞上下止點的位置，使燃燒按規(guī)律進行。通過它與8連接，實現(xiàn)氣門與活塞同步，中間有油道，使各個部件都能得到潤滑。

七.圖中10曲軸支承架。與缸體連接，它上面安裝固定曲軸。中間還有油道，以便曲柄連桿機構潤滑。

八.圖中11同步齒輪。它以特定的位置固定在曲軸上。通過同步帶驅動凸輪軸，使活塞與氣門保持同步。也是本發(fā)明中能量損失最 大的一個部件，它本身能量不會損失，但它通過同步帶與凸輪軸連接就產生負荷，這里每增加1Kw負荷，就要損失近0.8Kw的功率。所以在量產或者后期試制中，將考慮使用同步電機驅動凸輪軸或者直接用電磁驅動進排氣門，而這個裝置只提供同步信號，從而使曲柄連桿機構實現(xiàn)最小的能量損耗，使整個發(fā)明達到完美。

九.圖中12，帶啟動齒輪的飛輪，首先服務于啟動工作，另外，它儲存著一定的能量，使活塞高速順利通過上下止點。

十.圖中13.16.17是導軌。使連桿6與7按設定的位置工作。同時可以使活塞與缸套的壽命比現(xiàn)有內燃機更長.

十一.圖中14.15直線電機。本系統(tǒng)的終點站。它把燃燒所產生的能量通過活塞連桿的往復運動，轉換成電能，為其它裝置提供動力。如驅動電動汽車，只要采用多個工作站，還可以為輪船提供電機驅動的新能源動力，可大大高其經濟效益。

另外，根據(jù)各自的用途和要求，本發(fā)明還可以實現(xiàn)另外一種四缸四沖程直線發(fā)電機，結構如附圖3.各種構件如前，只是把原來兩個直線發(fā)電機用一個大功率直線發(fā)電機來代替。結構簡單了很多，按裝設計也更方便，同時也可以使直線發(fā)電機遠離高溫區(qū)，但系統(tǒng)的驅動效率可能會有一點點變化，將在試制時進行對比。同時圖中5的負荷將加大一倍，設計時應要考慮。有好處也有壞處，可以根據(jù)實際需要各自選擇。

其它工作原理與原內燃機完全一樣.就不作介紹了。

本發(fā)明益處：

1.本發(fā)明因提高了傳輸效率，大大降低了在傳輸過程中的能量消 耗，提高輸出效率。提高自身傳輸效率，降低了自身能量消耗，使整機的熱效率有望提升20％以上。

2.本發(fā)明用途泛，可作為混合動力汽車電源，內燃機發(fā)電機組，如果對大功率高油耗的運輸設備(如漁船.輪船等原以內燃機為動力的)進行改造，采用電機驅動，可大大提高其經濟效益.

3.本發(fā)明燃料多樣性，可適用于汽油機，柴油機以及以燃氣為原料的全部內燃機的升級，適用性很廣。

4.可適用于二沖程內燃機各四沖程內燃機。

5.本發(fā)明的相關技術可適用于直列四缸內燃機.

6.本發(fā)明結構簡單可靠，由于全部采用現(xiàn)有成熟技術及機械組件，可馬上投入樣機試制，然后進行測試優(yōu)化，就可批量生產。研發(fā)周期短，而經濟效益相當可觀.

申請人：楊巖順