本發(fā)明涉及一種發(fā)動機(jī)的變矩(飛輪矩)節(jié)能技術(shù)，具有電力變頻節(jié)能技術(shù)的相似性，可提高發(fā)動機(jī)有效熱效率，降低油耗、減少污染的實(shí)用性。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用是建立在內(nèi)燃機(jī)原理基礎(chǔ)上的，內(nèi)燃機(jī)原理是建立在能量置換和守恒定律，熱力學(xué)第一、第二定律的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)上，經(jīng)歷以下過程：十八世紀(jì)已經(jīng)建立了能量轉(zhuǎn)換和守恒定律——各種能量可以相互置換，但它們的總更是保持不變。1851年湯姆遜建立了熱力學(xué)第一定律，公式：δu＝δq+δa，輸入系統(tǒng)的能量＝系統(tǒng)能量的變化+系統(tǒng)輸出的能量，是熱運(yùn)動中能量轉(zhuǎn)換和守恒定律的具體形式。十八世紀(jì)初卡諾對蒸氣機(jī)理論進(jìn)行深入地研究，在如何提高熱機(jī)效率時(shí)，他撇開了各種具體結(jié)構(gòu)和實(shí)際過程，根據(jù)熱質(zhì)守恒定律，在一個(gè)理想化的絕熱壓縮、定溫加熱、絕熱膨脹、定溫放熱四個(gè)可逆過程組成了卡諾循環(huán)，建立了熱力學(xué)第二定律——任何熱機(jī)的最大效率都小于1，公式如下：η＝1-t1/t2式中：t1——高溫?zé)嵩礈囟?，t2——低溫?zé)嵩瓬囟仍诳ㄖZ逝世20年后，奧拓和戴姆勒根據(jù)卡諾熱力學(xué)理論，發(fā)明了以汽油與空氣混合為可燃工質(zhì)，以曲柄連桿機(jī)構(gòu)為傳動機(jī)構(gòu)，進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四行程的點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)，隨后笛卡爾發(fā)明了四行程壓燃式柴油發(fā)動機(jī)。他們對內(nèi)燃機(jī)的誕生做出了重大貢獻(xiàn)。經(jīng)歷人們對內(nèi)燃機(jī)的逐漸完善，發(fā)明了離式點(diǎn)火提前調(diào)節(jié)裝置，真空點(diǎn)火提前調(diào)節(jié)裝置和辛烷值校正器.....等。從20世紀(jì)70年代開始，采用電腦控制下的直噴燃燒控制系統(tǒng)，使內(nèi)燃機(jī)有效熱效率由發(fā)明初期不到10％，提高到汽油機(jī)40％左右，柴油機(jī)45％左右，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源和減少污染的目的。內(nèi)燃機(jī)原理認(rèn)為，提高內(nèi)燃機(jī)熱效率的辦法是提高發(fā)動機(jī)的壓縮比(膨脹比)。當(dāng)汽油機(jī)增加壓縮比時(shí)將產(chǎn)生“爆震燃燒”，為避免“爆震燃燒”對發(fā)動機(jī)的損壞，在發(fā)動機(jī)缸體上安裝防爆震傳感器，當(dāng)出出“爆震燃燒”時(shí)，控制系統(tǒng)自動減少噴油量和修正點(diǎn)火提前角。內(nèi)燃機(jī)原理認(rèn)為，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生“爆震燃燒”是化學(xué)原因，是工質(zhì)在燃燒過程中焰鋒擴(kuò)展所產(chǎn)生。1938年美國麻省理工大學(xué)泰勒氏兄弟所著《內(nèi)燃機(jī)原理》一書指出，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生“爆震燃燒“是物理原因，不是化學(xué)原因。該書1950年清華大學(xué)航空系譯，龍門聯(lián)合書局印行出版。內(nèi)燃機(jī)飛輪結(jié)構(gòu)，如附圖1，現(xiàn)有技術(shù)“內(nèi)燃機(jī)飛輪結(jié)構(gòu)圖“，資料來源于《汽車構(gòu)造》第36頁，由吉林工業(yè)大學(xué)教研室編，人民交通出版社1978年出版。飛輪是由鑄鐵制造，本身是一個(gè)具有相當(dāng)大轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)心圓盤，用螺栓固定在曲軸后端凸緣上。飛輪作用是：當(dāng)作功行程曲軸所得的能量過剩時(shí)，飛輪獲得加速度，并增加其動力mω2/2，而貯存起來，在能量不足時(shí)，飛輪靠積聚的動力帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)越過上止點(diǎn)和克服各個(gè)非工作行程的阻力，同時(shí)減低自身的回轉(zhuǎn)速度。飛輪的轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)量為一常數(shù)，飛輪質(zhì)量越大時(shí)，則曲軸角速度ω的變化越小。發(fā)明人1969年主持本單位“三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)”的研制工作，成功試制成樣機(jī)，進(jìn)行載重試驗(yàn)，由于一些技術(shù)問題不能解決而失敗，就萌動了對曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造的想法。1992年病退后就站在力學(xué)原理的立場對內(nèi)燃機(jī)原理存在的問題進(jìn)行創(chuàng)新的研究，著成《對內(nèi)燃機(jī)原理所存在問題的看法》一文，現(xiàn)摘錄所著有關(guān)內(nèi)容對內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)所存在的問題提出以下看法：一、從力學(xué)原理探討曲炳連桿機(jī)構(gòu)對發(fā)動機(jī)熱效率的影響。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)作功行程受力分析，如圖9此段插圖刪除在作功行程中，氣體壓力是推動活塞向下運(yùn)動的力。這時(shí)燃燒室產(chǎn)生的最大膨脹壓力，直接作用在活塞頂部，設(shè)活塞所承受的總壓力為p(輸入力)，傳到活塞銷上，可分解為p1和p2。分力p2把活塞壓向氣缸壁，形成活塞與氣缸壁的側(cè)壓力。分力p1通過活塞銷傳給連桿，并沿連桿方向作用在曲柄銷上。p1或可分解為兩上分力p3和t。沿曲柄方向的分力p3使曲軸主軸頸與主軸承產(chǎn)生壓緊力。與曲柄垂直的分力t除了使主軸頸與主軸承產(chǎn)生壓緊力外，或?qū)η纬膳ぞ豰＝t·r，推動曲軸旋轉(zhuǎn)，t為輸出力。以上各種力，在作功行程的過程中的變化規(guī)律如下：輸入力p：在上止點(diǎn)后，燃燒最高壓力點(diǎn)為最大，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的增加，氣缸容積增大，p由最大開始迅速下降，當(dāng)活塞到下止點(diǎn)前，排氣門打開時(shí)為最小?；钊麄?cè)壓力p2：在上止點(diǎn)后，燃燒最高壓力點(diǎn)時(shí)，p2為最小，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的增加p2由小增大，當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)前，排氣門打開前，p2為最大，曲軸正壓力p3：在上止后，燃燒最高壓力點(diǎn)時(shí)，p3為最大，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的增加，p3由大到小，在排氣門打開時(shí)為最小。輸出力t：活塞在上止后，燃燒最高壓力點(diǎn)時(shí)，t最小，隨曲軸轉(zhuǎn)角的增加，t逐漸增大，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角為90°時(shí)，t為最大。從以上分析看出：曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)做功行程中，p由大-→小，p2由小-→大，p3由大-→小，t由小-→大。其中p2、p3為損耗。曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率的計(jì)算。根據(jù)機(jī)械原理，設(shè)輸入力p為常數(shù)，計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)角0°-90°時(shí)的傳動效率η為：作曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率計(jì)算圖、如圖10，圖中：p-輸入力，t-輸出力，b-連桿長度，r-曲軸半徑，a-曲軸轉(zhuǎn)角，β-連桿中心與曲軸中心夾角。δabc中，由正弦定理得δcde中，此段插圖刪除令當(dāng)α＝0，t＝b根據(jù)以上計(jì)算公式用摩托車、轎車、貨車、柴油機(jī)發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)有關(guān)參數(shù)，代入公式計(jì)算出曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率如表一。表一：車型缸徑*行程brb/rη摩托車70型φ47*41.49420.74.540.7080摩托車125型φ65.5*49.510524.754.2860.7142桑塔納φ81*86.414243.23.2870.7363φ87*8313541.53.2530.7367凌志300型φ87.5*82145413.5360.7289東風(fēng)140φ100*11519057.53.30.7356柴油機(jī)6110φ110*120195603.250.7374柴油機(jī)6135φ135*1402807040.7208從表一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析：曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率與b/r之比成反比，要提高曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率是降低b/r之比，但降低的可能性有限。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率在70％左右。曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲軸轉(zhuǎn)角0°→40°時(shí)p→dx的特性分析為了分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用力p的轉(zhuǎn)換關(guān)系，取p為一常數(shù)，計(jì)算輸出力t，活塞側(cè)壓力p2，曲軸正壓力p3的轉(zhuǎn)換值，作曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力計(jì)算圖，如圖11。此段插圖刪除為了分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)活塞移動的線速度與曲軸旋轉(zhuǎn)的圓周速度之間的關(guān)系，作曲柄連桿機(jī)構(gòu)活塞移動距離dx計(jì)算圖，如圖7。此段插圖刪除活塞移動距離：dx＝b+r-(rcosα+bcosβ)……………………⑤曲軸轉(zhuǎn)動1°時(shí)圓周速度：v1＝dπ/360……………………⑥為了準(zhǔn)確分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)p→dx的相互關(guān)系，用桑塔納發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)有關(guān)參數(shù)，即：連桿長度b＝142，曲軸半徑r＝43.2代入計(jì)算公式①②③④⑤⑥，按曲軸轉(zhuǎn)角增加1°計(jì)算0°→40°的有關(guān)數(shù)據(jù)如表二。表二：根據(jù)表二的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，作曲軸連桿機(jī)構(gòu)曲軸轉(zhuǎn)角0°→40°時(shí)，p→dx分析圖如圖8。此段插圖刪除通過以上分析看出：在曲軸轉(zhuǎn)角10°-20°范圍，輸入力p轉(zhuǎn)換為輸出力t的效率低，作用在活塞，曲軸上的力p3相對較大，活塞移動的距離dx小，速度慢。曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)不能實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)根據(jù)前文對曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率、速度特性、最大作用力p與活塞移動距離dx的相互關(guān)系(如表二、圖8)分析看出：當(dāng)輸入力p為常數(shù)時(shí)，輸入力p轉(zhuǎn)換為輸出力t的效率(0°→90°范圍)是由小→大，當(dāng)氣缸容積為常數(shù)時(shí)，氣缸容積的增加量(活塞移動距離dx)隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化而變化，曲軸轉(zhuǎn)角0°→90°→180°時(shí)，氣缸容積的增加量(活塞移動距離dx)是由小→最大→小。內(nèi)燃機(jī)工質(zhì)在燃燒過程(曲軸轉(zhuǎn)角12°→18°范圍)產(chǎn)生最大膨脹力p，在膨脹作功過程中以下四個(gè)因素為變量：①最大膨脹力p；②最大膨脹力p轉(zhuǎn)換為t的效率；③氣缸容積的增加量；④活塞移動的線速度與曲軸的圓周速度。最大膨脹力p(為常數(shù)時(shí))轉(zhuǎn)換為t的效率為70％左右，所以工質(zhì)在膨脹作功過程中不可能實(shí)現(xiàn)理論的定容加熱循環(huán)，定壓加熱循環(huán)，混合加熱循環(huán)。內(nèi)燃機(jī)表現(xiàn)為：熱效率低，產(chǎn)生爆震燃燒。曲柄連桿機(jī)構(gòu)對發(fā)動機(jī)熱效率的影響曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率根據(jù)內(nèi)燃機(jī)原理，在確定曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)機(jī)械效率時(shí)，為了比較不同發(fā)動機(jī)機(jī)械損失大小，引入機(jī)械效率的概念：發(fā)動機(jī)的有效功率，指示功率是利用測功機(jī)對發(fā)動機(jī)試驗(yàn)測定。常用的測試方法有倒拖法和滅缸法兩種。曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)械損失包括：①內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部運(yùn)動件的摩擦損失，②驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的損耗，③泵氣損失，進(jìn)，排氣行程中所消耗的功，以上三項(xiàng)的損失功率在10％→30％，所以發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率：柴油機(jī)為70％→85％，汽油機(jī)為70％→90％。根據(jù)機(jī)械原理分析：曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)測量機(jī)械損失功率，指示功率，采用倒拖法、滅缸法是不準(zhǔn)確的。發(fā)動機(jī)作功時(shí)氣缸壓力與壓縮時(shí)的氣缸壓力相差50％左右，不在同一條件下測量，所以最大直線運(yùn)動機(jī)械功作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的30％左右的損失是無法測量。對于同一結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)，采用同一辦法測量，比較不同發(fā)動機(jī)機(jī)械損失大小是正確的。當(dāng)年美國泰勒氏教授也認(rèn)為：采用“空轉(zhuǎn)試驗(yàn)”測量摩擦力也是不準(zhǔn)確的，由于大家都是采用同一辦法，也未進(jìn)行深入研究。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)原理：以下過程為發(fā)動機(jī)指示功率轉(zhuǎn)換為有效功率的過程。(其推導(dǎo)過程存在問題)平均指示壓力式中wi——指示功[j]；vh——?dú)飧坠ぷ魅莘e[l]。每缸、每循環(huán)工質(zhì)所做的指示功為：……………………………直線運(yùn)動的機(jī)械功內(nèi)燃機(jī)指示功率(每秒所做的指示功)為：見圖12此段插圖刪除式中i——?dú)飧讛?shù)；τ——行程數(shù)。內(nèi)燃機(jī)有效功率為：式中me——有效扭矩[nm]；n——轉(zhuǎn)速[rpm]。根據(jù)前文分析：內(nèi)燃機(jī)采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)為載體將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能時(shí)，工質(zhì)所做的指示功(直線運(yùn)動的機(jī)械功)的輸出方向，將由直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方式輸出指示功率(直線運(yùn)動的機(jī)械功率)。其過程為：最大膨脹壓力p[kpa]作用在活塞頂上產(chǎn)生最大膨脹力p[n]，最大膨脹力p[n]作用在曲柄銷上產(chǎn)生切向分力t[n]，切向分力t[n]對曲軸中心產(chǎn)生扭矩m＝t·r[nm](r——曲軸半徑)，推動曲軸旋轉(zhuǎn)，輸出有效功率。由于內(nèi)燃機(jī)指示功(直線運(yùn)動的機(jī)械功)具有以上轉(zhuǎn)換及傳動過程，所以內(nèi)燃機(jī)的指示功率(直線運(yùn)動的機(jī)械功率)的效率，將受曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率的影響。一百多年來，熱力學(xué)有關(guān)理論在研究熱力循環(huán)過程時(shí)，都是假設(shè)工質(zhì)在可逆條件下將熱能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的膨脹功(機(jī)械功)，膨脹功(機(jī)械功)是直線運(yùn)動，確定機(jī)械傳動效率為1(未考慮機(jī)械摩擦損失的情況下)是正確的。發(fā)明了內(nèi)燃式曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)以來，創(chuàng)立了以熱力學(xué)為基礎(chǔ)的內(nèi)燃機(jī)原理，內(nèi)燃機(jī)原理對于以下2個(gè)問題：①曲柄連桿機(jī)構(gòu)將膨脹功(機(jī)械功)的傳遞方向由直線運(yùn)動改變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動的傳動效率。②曲柄連桿機(jī)構(gòu)對內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)的影響，未進(jìn)行理論研究。在理論上也是假設(shè)工質(zhì)在可逆條件下，將熱能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的膨脹功(機(jī)械功)，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)輸出機(jī)械能，確定曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率為1，進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)、燃燒過程的研究，以及相關(guān)公式的計(jì)算(如指示功率、有效功率)。作者認(rèn)為：內(nèi)燃機(jī)原理確定曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率為1是不正確的。通過本文計(jì)算，曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率為0.7左右(p為常數(shù)時(shí))。在計(jì)算內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率時(shí)，由于測試有效功率和指示功率不在同一條件下(從理論分析，要保證在同一條件下測試是相當(dāng)困難的)，對于曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率產(chǎn)生的最大直線運(yùn)動機(jī)械功30％左右的損失是無法獲取的。內(nèi)燃機(jī)原理將最大直線運(yùn)動機(jī)械功30％左右的損失確定在膨脹損失中，就形成內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率高，廢氣損失大，熱效率低這個(gè)不正常的結(jié)論。其實(shí)質(zhì)是由于內(nèi)燃機(jī)原理未考慮曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率對內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)所造成的影響。根據(jù)機(jī)械原理分析：曲柄連桿機(jī)構(gòu)是熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的載體，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率為70％左右(p為常數(shù))，最大直線運(yùn)動機(jī)械功的30％左右將損失在活塞，氣缸，缸體和曲柄連桿機(jī)構(gòu)，不能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，現(xiàn)有曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動的機(jī)械損失功率在10-30％，所以曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)的實(shí)際機(jī)械效率＝曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳動效率-機(jī)械損失功率＝70％-(10-30％)＝40-60％。曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)的有效熱效率曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)的有效熱效率受燃燒過程、曲柄連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械效率的影響，所以曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)的有效熱效率在40％左右(因燃燒過程的損失、爆震燃燒的影響、p的變化)。二、從力學(xué)原理探討曲炳連桿機(jī)構(gòu)對發(fā)動機(jī)“爆震燃燒”的影響。近一百多年來，熱力學(xué)著作中，都未涉及到爆震燃燒的問題，是熱力學(xué)在實(shí)際的運(yùn)用中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)的一個(gè)特殊現(xiàn)象。根據(jù)機(jī)械原理分析，熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)出的閉口系統(tǒng)能量平衡方程，在可逆過程中工質(zhì)的膨脹力p→dx(活塞移動距離)應(yīng)是同步加速運(yùn)動。曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，工質(zhì)的最大膨脹力p→dx是否能實(shí)際同步加速運(yùn)動，將受以下因素影響：1、p(力)的影響因素：①工質(zhì)的膨脹壓力p[kpa]，②活塞的側(cè)壓力p2，③曲軸正壓力p3，④輸出力t，⑤曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力和離心力，⑥發(fā)動機(jī)負(fù)荷。2、dx(活塞移動距離)的速度影響因素：①工質(zhì)的膨脹速度，②活塞移動的線速度，③曲軸的圓周速度，④發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。3、燃燒最高壓力點(diǎn)位置的影響：汽油機(jī)燃燒最高壓力點(diǎn)過早發(fā)動機(jī)產(chǎn)生爆震燃燒，過遲發(fā)動機(jī)功率下降，最佳位置在曲軸轉(zhuǎn)角上止點(diǎn)后12°-18°。4、可燃?xì)怏w的影響因素：①燃料成份，②混合氣的比例，③可燃混合氣的溫度，④發(fā)動機(jī)溫度。根據(jù)機(jī)械原理，在以上各項(xiàng)影響因素的情況下，分析和計(jì)算曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)p→dx，在什么條件下是否實(shí)現(xiàn)同步加速運(yùn)動，是較為因難和復(fù)雜的。當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)汽油機(jī)氣缸壓力在一定范圍時(shí)，工質(zhì)的最大膨脹壓力p相對較低，工質(zhì)的燃燒速度相對較慢時(shí)，能實(shí)現(xiàn)p→dx的同步加速運(yùn)動，不產(chǎn)生爆震燃燒。當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)汽油機(jī)增加壓縮比時(shí)，工質(zhì)的最大膨脹壓力提高，工質(zhì)的燃燒速度加快，在燃燒最高壓力點(diǎn)，即曲軸轉(zhuǎn)角12°-18°范圍(如圖8，表二)工質(zhì)的最大膨脹壓力p大部份是作用在活塞和曲柄連桿機(jī)構(gòu)，曲軸的園周速度v1與活塞移動的距離dx之比為：v1∶dx＝5∶1左右，此時(shí)活塞移動的距離小，速度慢，使工質(zhì)的最大膨脹力p不能迅速轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，推動曲軸旋轉(zhuǎn)，造成p→dx不能實(shí)現(xiàn)同步加速運(yùn)動。美國麻省理工大學(xué)教授泰勒氏兄弟對爆震燃燒過程做了大量的試驗(yàn)，提出了許多關(guān)于爆震燃燒的有關(guān)理論和數(shù)據(jù)，其中有2點(diǎn)值得注意，當(dāng)時(shí)研究內(nèi)燃機(jī)的專家大多數(shù)同意以下觀點(diǎn)：①像爆燃時(shí)發(fā)火發(fā)得那么快，不會是依靠單純的焰峰擴(kuò)展燒著的。②按物理意義上解釋爆震最園滿的學(xué)說，認(rèn)為是：最未應(yīng)該燃燒那部份混氣因“壓熱點(diǎn)火”或“自燃點(diǎn)火”。當(dāng)初提議爆震是“壓熱點(diǎn)火”這學(xué)說的有雷卡賓(ricardo)、渥德勃瑞(woodbury)、劉衛(wèi)恩(lewig)和堪俾(candv)這些人，因?yàn)檫@學(xué)說不能解釋為什么各種燃燒并不依照“壓燃溫度”倒排的次序發(fā)生爆震，直到最近這學(xué)說還沒有受到學(xué)者的普遍承認(rèn)。下面這段就是辯證這學(xué)說實(shí)際并沒有矛盾。狄澤德和白(tizardandpye)還有別人曾經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：混合油氣并沒有固定的發(fā)火溫度，可是每種混氣受壓發(fā)熱時(shí)都可以畫出一條發(fā)火延遲期隨壓熱溫度變化的曲線。狄.白兩氏“突壓”實(shí)驗(yàn)記錄表示：當(dāng)發(fā)火延遲期間，氣缸內(nèi)壓力稍微降低，指明這期間有熱量散失。混氣在延遲期雖會散熱，但過了延遲期仍能發(fā)火燃燒的事實(shí)，他們推論是氣缸中心和氣缸壁之間有溫度差，并且說：“在發(fā)火前，中心這部份混氣的溫度必須連續(xù)上升”。綜合前面對曲柄連桿機(jī)構(gòu)有關(guān)特性的分析，曲柄連桿機(jī)構(gòu)汽油機(jī)增加壓縮比產(chǎn)生爆震燃燒的原因?yàn)椋呵B桿機(jī)構(gòu)汽油機(jī)增加壓縮比，造成p→dx不能實(shí)現(xiàn)同步加速運(yùn)動，使最大膨脹力不能迅速轉(zhuǎn)換為機(jī)械功推動曲軸旋轉(zhuǎn)，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生反作用力，造成膨脹壓力增加，可燃混合氣溫度升高，使最末燃燒部份可燃?xì)怏w產(chǎn)生“壓熱點(diǎn)火”或“自燃點(diǎn)火”，產(chǎn)生爆炸燃燒，由于爆炸燃燒造成膨脹壓力、溫度急劇升高，急劇升高的膨脹壓力不能迅速轉(zhuǎn)換，直接作用在活塞，連桿，曲軸上，產(chǎn)生機(jī)械振動及機(jī)械共振，造成活塞的敲擊聲，強(qiáng)烈地引起發(fā)動機(jī)振動，同時(shí)機(jī)械共振頻率造成氣缸內(nèi)膨脹壓力的波動，產(chǎn)生局部的壓力沖擊波，使爆炸燃燒加劇，如長期運(yùn)行，造成活塞燒損，發(fā)動機(jī)過熱，功率下降，損壞發(fā)動機(jī)零件。根據(jù)機(jī)械原理分析：當(dāng)機(jī)械傳動系統(tǒng)出現(xiàn)機(jī)械振動，機(jī)械共振時(shí)，其主要原因是能量在轉(zhuǎn)換和傳動的過程中出現(xiàn)障礙。作者認(rèn)為：曲柄連桿機(jī)構(gòu)汽油機(jī)增加壓縮比產(chǎn)生“爆震”、“爆震燃燒”，其中包括2個(gè)原因：①機(jī)械原因，②物理原因。由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)p→dx的同步加速運(yùn)動，造成最末燃燒部份可燃混合氣的爆炸燃燒，由于爆炸燃燒造成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械振動和機(jī)械共振，整個(gè)過程是相互交替循環(huán)進(jìn)行。前文引證幾十年前美國泰勒氏兄弟，狄澤德和白(tizard.and.txe)等內(nèi)燃機(jī)專家對爆震燃燒所做的試驗(yàn)和有關(guān)結(jié)論，證明幾十年前他們已經(jīng)科學(xué)地發(fā)現(xiàn)爆震燃燒時(shí)所出現(xiàn)的一些規(guī)律和現(xiàn)象，(1)最未燃燒部份工質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)的速度是非常迅速，(2)在燃燒快要結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)壓力，溫度急劇升高，同時(shí)產(chǎn)生壓力波。在理論上指出：爆震燃燒不是單純的焰峰擴(kuò)展所產(chǎn)生的(與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)原理結(jié)論相反)。只是從物理意義上解釋為“壓熱點(diǎn)火”“自燃點(diǎn)火”，在試驗(yàn)和理論研究方面未找到產(chǎn)生“壓熱點(diǎn)火”“自燃點(diǎn)火”的有關(guān)論據(jù)。通過本文對曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率及速度特性的分析，產(chǎn)生爆震燃燒的根本原因是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的“機(jī)械原因”所產(chǎn)生的“物理原因”使最未燃燒部份工質(zhì)“壓熱點(diǎn)火”“自燃點(diǎn)火”。曲柄連桿機(jī)構(gòu)汽油機(jī)爆震燃燒的過程可簡單表述如下：見圖13此段插圖刪除其它因素對爆震燃燒的影響從前文分析：爆震燃燒產(chǎn)生的原因有2個(gè)：①機(jī)械原因，②物理原因。最主要的是曲柄連桿機(jī)構(gòu)固有作用力的傳遞特性，速度特性，這一點(diǎn)是不可能改變的，我們所采取的一切辦法是使可燃?xì)怏w的燃燒過程與曲柄連桿機(jī)構(gòu)的特性較為合理的配合，使曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)，盡量避免爆震燃燒的產(chǎn)生，使發(fā)動機(jī)的熱效率達(dá)到一個(gè)最佳效果。燃料、溫度等各種因素都只能減少爆震燃燒的趨勢，使p→dx在一定條件下實(shí)現(xiàn)同步加速運(yùn)動，都不可能消除爆震燃燒的產(chǎn)生。曲柄連桿機(jī)構(gòu)對柴油機(jī)爆震燃燒的影響曲柄連桿機(jī)構(gòu)柴油機(jī)與汽油機(jī)相比較，燃燒過程有以下特點(diǎn)：①壓燃著火；②混合氣燃燒持續(xù)時(shí)間長；③最大直線運(yùn)動機(jī)械功的傳遞范圍寬，約為40°曲軸轉(zhuǎn)角。由于柴油機(jī)具有以上特點(diǎn)，與曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用力的傳遞特性和p→dx的速度特性比較適應(yīng)，當(dāng)柴油機(jī)采用高壓縮比工作時(shí)，一般情況下不產(chǎn)生爆震燃燒，所以柴油機(jī)膨脹比大，熱效率比汽油機(jī)高。當(dāng)柴油機(jī)噴油時(shí)間過早，發(fā)動機(jī)過熱，猛加油門時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)p→dx的同步加速運(yùn)動，同樣產(chǎn)生爆震燃燒，發(fā)動機(jī)發(fā)出沉悶的敲擊聲和振動。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)不產(chǎn)生爆震燃燒20世紀(jì)五十年代，德國人汪克爾氏發(fā)明了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，從轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的運(yùn)動關(guān)系分析，實(shí)現(xiàn)了最大機(jī)械功推動活塞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方式輸出機(jī)械能，使p→dx能實(shí)現(xiàn)同步加速運(yùn)動，所以轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)汽油機(jī)增加壓縮比不產(chǎn)生爆震燃燒。三、從力學(xué)原理探討曲炳連桿機(jī)構(gòu)對發(fā)動機(jī)扭矩曲線的影響。根據(jù)機(jī)械原理分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)對發(fā)動機(jī)扭矩曲線的影響，從本文分析，曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動效率為70％左右，最大直線運(yùn)動機(jī)械功的30％左右將作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)部。曲柄連桿機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)動下工作，將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將產(chǎn)生慣性力和離心力。慣性力和離心力是隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，慣性力和離心力增加。要提高傳遞效率，作用在活塞上的受力點(diǎn)也應(yīng)同時(shí)提前。發(fā)動機(jī)雖然采取了點(diǎn)火或噴油提前裝置與轉(zhuǎn)速的增加相適當(dāng)，使傳動效率不受影響，但點(diǎn)火或噴油提前量是受到曲柄連桿機(jī)構(gòu)的有關(guān)特性限制，如點(diǎn)火或噴油提前量過早，傳動的效率反而下降，作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力更大，同時(shí)產(chǎn)生爆震燃燒。以上兩個(gè)原因是相互矛盾，只能選擇一個(gè)最佳的提前量，所以轉(zhuǎn)速到某一階段，發(fā)動機(jī)的扭矩為最大，當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高時(shí)，發(fā)動機(jī)扭矩就明顯下降。以上分析說明：發(fā)動機(jī)的扭矩變化受曲柄連桿機(jī)構(gòu)的有關(guān)特性的影響。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的有關(guān)特性是不能改變的，試圖改進(jìn)燃燒過程來提高發(fā)動機(jī)的扭矩變化是有限的，現(xiàn)有柴油機(jī)采用廢氣增壓，汽油機(jī)采用增大進(jìn)氣量以及合理的充氣系數(shù)，扭矩曲線的變化并不顯著。四、從力學(xué)原理探討發(fā)動機(jī)采用點(diǎn)火提前的原因。附圖2、附圖3為曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系圖，圖中1-活塞、2-氣缸、3-活塞肖、4-連桿、5-曲柄銷、6-曲軸、β-連桿與氣缸中心夾角、a-曲軸轉(zhuǎn)角?；钊诎l(fā)動機(jī)工質(zhì)燃燒爆發(fā)壓力p的作用下帶動曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，相互運(yùn)動的軌跡如附圖3，為上半程大于下半程的正弦凸輪曲線。根據(jù)力學(xué)原理，凸輪傳動機(jī)構(gòu)中，凸輪運(yùn)動的慣性力、力點(diǎn)、角速度隨速度的變化而變化，所以，作用力p的時(shí)間應(yīng)有一定的提前量，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的加速運(yùn)動，發(fā)動機(jī)采用點(diǎn)火提前的方式符合力學(xué)原理，與工質(zhì)的燃燒過程無關(guān)。五、本發(fā)明“發(fā)動機(jī)變矩節(jié)能技術(shù)”的結(jié)構(gòu)：根據(jù)以上的理論分析，證明現(xiàn)有發(fā)動機(jī)熱效率低的根本原因是力學(xué)原因(物理原因)，與熱力學(xué)理論無關(guān)，本發(fā)明采用力學(xué)理論去解決現(xiàn)有發(fā)動機(jī)熱效率低的原因是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)。根據(jù)力學(xué)原理，現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)和飛輪承擔(dān)了工質(zhì)燃燒過程所產(chǎn)生的力p(動力)的貯存和傳遞的作用。根據(jù)發(fā)動機(jī)外特性曲線分析，發(fā)動機(jī)低速時(shí)油耗高，中速時(shí)油耗扭矩、功率為最佳狀態(tài)，高速時(shí)功率下降，油耗增加。根據(jù)機(jī)械(力學(xué))原理，飛輪矩＝0.5gd2，式g-重量，d-直徑，同一重量的重塊在飛輪的不同直徑所具有的飛輪矩是不同的，直徑越大，重塊的飛輪矩越大。根據(jù)以上力學(xué)原理，在現(xiàn)有實(shí)心圓盤飛輪體內(nèi)加工對稱均布的多條圓柱形通道，通道內(nèi)安裝重塊和拉伸彈簧，當(dāng)飛輪由低速→高速變化時(shí)，重塊在離心力作用下克服彈簧的拉力作用向通道的外端移動，重塊所處位置直徑增大，飛輪的飛輪矩增加，當(dāng)飛輪由高速→低速變化時(shí)，重塊的離心力減小，在彈簧拉力作用下重塊向通道底端移動，重塊所處位置直徑減小，飛輪的飛輪矩減小。以上機(jī)構(gòu)具有隨機(jī)自動的調(diào)節(jié)飛輪矩的功能，能實(shí)現(xiàn)：①發(fā)動機(jī)低速時(shí)油耗降低(飛輪的總重小于現(xiàn)有飛輪總重)。②發(fā)動機(jī)由低速→高速的全過程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速，扭矩功率，油耗的同步變化。③由于飛輪矩隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高逐步增加，可適當(dāng)減小點(diǎn)火提前角，同時(shí)適當(dāng)增加發(fā)動機(jī)的壓縮比。以上三項(xiàng)作用能提高發(fā)動機(jī)的有效熱效率30％左右。六、本發(fā)明的優(yōu)越性：沒有理論的創(chuàng)新就沒有技術(shù)的進(jìn)步，這是每一個(gè)搞發(fā)明創(chuàng)造的人應(yīng)當(dāng)遵循規(guī)則。十幾年來發(fā)明人進(jìn)行理論探索的過程中也消耗了不少精力和財(cái)力去設(shè)計(jì)幾種機(jī)構(gòu)進(jìn)行研制，最終選擇了本發(fā)明。本發(fā)明的最大特點(diǎn)是簡單、實(shí)用，具有“吹糠見米”，容易大規(guī)模商品化生產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)具有以上分析的三項(xiàng)作用，可將現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的有效熱效率由40％左右提高到50％左右，節(jié)約油耗30％左右，可應(yīng)用于現(xiàn)有柴油、汽油發(fā)動機(jī)飛輪的改進(jìn)和提高發(fā)動機(jī)的壓縮比。七、本發(fā)明的具體實(shí)施方案：附圖說明附圖1、現(xiàn)有技術(shù)“發(fā)動機(jī)飛輪結(jié)構(gòu)”。附圖2、曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用力分析圖。附圖3、曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動軌跡圖。附圖4、為本發(fā)明“發(fā)動機(jī)變矩節(jié)能技術(shù)”第一實(shí)施例a型結(jié)構(gòu)簡圖。附圖5、為本發(fā)明“動機(jī)變矩節(jié)能技術(shù)”第二實(shí)施例b型結(jié)構(gòu)簡圖。附圖6、為本發(fā)明“發(fā)動機(jī)變矩節(jié)能技術(shù)”第三實(shí)施例c型結(jié)構(gòu)簡圖。附圖7、曲柄連桿機(jī)構(gòu)活塞移動距離dx計(jì)算圖，說明：該圖為說明書5頁第3行插圖移作附圖7，作為補(bǔ)交附圖7。附圖8、曲炳連桿機(jī)構(gòu)p-dx分析圖(0-40度)，說明：該圖為說明書段號【0045】插圖移作附圖8，作為補(bǔ)交附圖8。附圖9、曲柄連桿機(jī)構(gòu)作功行程受力分析圖，說明：該圖為說明書第2頁第2行插圖移作附圖9。附圖10、曲炳連桿機(jī)構(gòu)傳動效率計(jì)算圖，說明：該圖為說明書段號【0027】插圖，移作附圖10。附圖11、曲炳連桿機(jī)構(gòu)受力分析圖，說明：該圖為說明書段號【0035】插圖移作附圖11。附圖12、直線運(yùn)動機(jī)械功傳動效率，說明：該圖為說明書段號【0064】插圖移作附圖12。附圖13、曲柄連桿機(jī)構(gòu)汽油機(jī)爆震燃燒過程，說明：該圖為說明書段號【0096】插圖移作附圖13。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的描述：附圖4展示了本發(fā)明的第一實(shí)施例，在a型實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)飛輪圓周表面加工有一定深度，多個(gè)、對稱、均布的圓柱形通道，8在通道8中裝有重塊9，重塊9由圓柱形殼體10和內(nèi)核11及上蓋12組成，內(nèi)核11可采用鉛或水銀，殼體10與上蓋12采用螺紋連接，殼體10下端與圓柱螺旋拉伸彈簧13的上掛勾連接，圓柱螺旋拉伸彈簧13的下掛勾與螺栓肖14連接，通道8上端與封蓋15用螺紋連接，當(dāng)飛輪7由低速→高速運(yùn)動時(shí)，重塊9在離心力作用下克服彈簧13的拉力，向外移動一定的距離，飛輪7的飛輪矩增加：當(dāng)飛輪7由高速→低速運(yùn)動時(shí)，重塊9的離心力減小，在彈簧13的拉力作用下重塊9向內(nèi)移動一定的距離，飛輪的飛輪矩減??；當(dāng)飛輪停止運(yùn)動時(shí)，重塊9在彈簧13的拉力作用下，恢復(fù)到初始狀態(tài)。以上結(jié)構(gòu)中，重塊9的安裝是先用彈簧13與螺栓肖14連接，再把彈簧13拉出通道外與重塊9連接后在放入通道8內(nèi)，重塊9與彈簧13應(yīng)具有一定的預(yù)拉力，不能松動。以上結(jié)構(gòu)中為防止急加油時(shí)重塊9對上封蓋和通道8下臺階產(chǎn)生沖擊和響聲，重塊9的下下端面應(yīng)硫化一層橡膠。以上結(jié)構(gòu)中通道的數(shù)量，重塊的重量，彈簧的拉伸力根據(jù)發(fā)動機(jī)性能選擇，飛輪7應(yīng)進(jìn)行動平衡校正。附圖5展示3本發(fā)明的第二實(shí)施例，在b型實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)飛輪7圓周表面加工有一定深度，多個(gè)、對稱、均布的圓柱形通道8，在通道8的底部安裝有重塊9，重塊9由圓柱形殼體10和內(nèi)部裝的水銀16以及上蓋17、上蓋板17上安裝的左單向閥(進(jìn))18，右單向閥(出)19組成的一個(gè)整體，殼體10和上蓋扳17用螺紋連接，重塊9應(yīng)在飛輪外裝配后壓入通道8的底部，通道8的上端與密封蓋20用螺紋連接，當(dāng)飛輪7由低速→高速運(yùn)動時(shí)，水銀16在離心力作用下通過左單向閥(出)18流向通道8的遠(yuǎn)端，飛輪7的飛輪矩增加：當(dāng)飛輪由高速→低速運(yùn)動時(shí)，水銀16的離心力減小，水銀向通道8低端流動，通過右單向閥(進(jìn))流入殼體10內(nèi)，飛輪7的飛輪矩減??；當(dāng)飛輪7行止運(yùn)動時(shí)，水銀16全部流入殼體10內(nèi)。以上結(jié)構(gòu)中，重塊9內(nèi)水銀16的罐裝量為有效容積的90％左右。以上結(jié)構(gòu)中，利用水銀16所具有的比重大，具有流動性的特點(diǎn)可取消重塊9，在通道8中直接加注水銀16，以上結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是在飛輪開始運(yùn)動時(shí)有一定的短時(shí)間的不平衡，當(dāng)飛輪7旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，水銀通過自重的重力和流動性這兩大特點(diǎn)自動調(diào)節(jié)飛輪的飛輪矩。圖6展示了本發(fā)明的第三實(shí)施例c型結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例是應(yīng)用于現(xiàn)有液壓自動變速的轎車發(fā)動機(jī)以及小排量摩托車飛輪。在飛輪7的工作端面加工有一定深度，多個(gè)、對稱、均布的凹型槽21，在凹型槽21中同意安裝具有凸型結(jié)構(gòu)的a型組件22或b型組件23，同時(shí)用螺栓24固定。以上結(jié)構(gòu)中a型組件22應(yīng)包括實(shí)施方案1中的通道8、重塊9、圓柱形螺旋拉伸彈簧13、螺栓肖14、封蓋15，b型組件23應(yīng)包括實(shí)施方案2中的通道8、重塊9、密封蓋20。以上結(jié)構(gòu)是在飛輪7上安裝a型組件或b型組件基礎(chǔ)上再安裝轎車或摩托車的液壓離合器。當(dāng)前第1頁12