CN101806241A

CN101806241A - 一种活塞直驱增压发动机及设计方法

Info

Publication number: CN101806241A
Application number: CN201010110095A
Authority: CN
Inventors: 姜明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-20
Filing date: 2010-02-20
Publication date: 2010-08-18

Abstract

本发明提供一种活塞直驱增压发动机及设计方法，是由发动机壳体、作功气缸、压气气缸、作功活塞、压气活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动齿轮下传动轴和动力集成机构组成，其中，作功气缸、压气气缸对称设置在发动机壳体之中，作功活塞和压气活塞分别设置在作功气缸和压气气缸之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两面分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴的端部与动力集成机构连接。该发动的特点是，结构简单、易于加工、有较高的重量动力比、耗油低、用途广。

Description

一种活塞直驱增压发动机及设计方法

技术领域

本发明涉及一种原动机，具体地说是一种活塞直驱增压发动机既设计方法。

背景技术

众所周知，涡轮增压器是一种设置在发动机外部的强制气体引导***。它对流入发动机的空气进行压缩，压缩空气可以使发动机能够将更多的空气压到气缸里，而更多空气就意味着能向气缸内注入更多的燃料。因此，每个气缸的燃烧冲程就能产生更多动力，涡轮增压发动机产生的动力要比相同排量的普通发动机大得多，这样就可显著提高发动机的动力重量比。为了获得这种性能上的提升，涡轮增压器使用发动机排出的废气带动涡轮旋转，而涡轮则带动气泵旋转。涡轮在涡轮机中的最高转速为每分钟150,000转——这相当于大多数汽车发动机转速的30倍。同时由于与排气管相连，涡轮的温度通常非常高。因此，涡轮增压发动机的致命缺点是结构复杂、成本高，使用寿命短，需要定期更换，使用寿命大约是10万公里，每更换一次需要人民币2万元，由于涡轮增压器使用发动机排出的废气带动涡轮旋转，这样给排气道增加了阻力，给发动机的动力产生一定的影响。

传统的活塞发动机主要是由活塞、连杆、曲轴组成，活塞在气缸中做往复运动，通过连杆驱动曲轴变成圆周转动，在实际应用过程中存在的不足时，工作效率低，具体表现为1)连杆随曲轴的摆动容易使活塞产生侧向分力而加大气缸受力面磨损，形成椭圆，降低了气缸的气密性致使，动力降低燃油消耗量增加；2)工作效率低，活塞在气缸中往复一次驱动曲轴旋转一周，实际上只有一半做功，另一半消耗功率，也就是说，燃气爆燃时，推动活塞移动对外做功，只能驱动活塞转动半周，而在这半周中真正做功的角度是在45度到135度之间，在这个角度之间连杆的驱动力矩最大。通过上述分析可以看出，能量利用率低除了连杆摆动克服掉的侧向分例外，曲轴的做功角度小也是主要原因。

发明内容

本发明的目的是克服了现有活塞式发动机的活塞的往复做功直接通过连杆驱动曲轴变成圆周转动的不足，提供一种活塞直驱增压发动机。

本发明的目的是按以下方式实现的，在发动机壳体内对称设置作功气缸和压气气缸并分别设置压气活塞和作功活塞，压气活塞和作功活塞设置在一双面齿条的两端，作功活塞直接驱动双面齿条和压气活塞往复运动产生压缩空气和对外输出动力；

动力输出方式是：双面齿条上下两面分别设置两套传动齿轮带动两根传动轴往复转动，向外输出两路方向相反的往复转动力，在发动机壳体外设置动力集成机构，动力集成机构将两路转动方向相反的往复转动力集成成连续的同一方向转动的力；

空气增压方式是：在发动机壳体外部设置集气室，压气活塞在作功活塞完成吸压爆排四个冲程的同时完成两次吸气和压气，压缩后的气体通过单向阀和管道注入集气室，集气室通过管道与作功气缸的进气道连接，在作功气缸进气时推动作功活塞作功并注入至少两倍作功气缸体积的气体实现发动机的增压。

具体结构是由发动机壳体、作功气缸、压气气缸、作功活塞、压气活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动齿轮下传动轴和动力集成机构，其中，作功气缸、压气气缸对称设置在发动机壳体之中，作功活塞和压气活塞分别设置在作功气缸和压气气缸之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两面分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴的端部与动力集成机构连接。在发动机壳体1外部设置集气室，压气气缸通过单向阀和管道与集气室连接，集气室通过管道与作功气缸的进气道连接。

动力集成机构有两种方式，一种是连杆曲轴式结构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮分别设置在上下两根传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴。

另一种是单向齿轮式结构是由左转单向齿轮、右转单向齿轮、换向齿轮、动力集成齿轮和动力输出轴组成，左转单向齿轮和右转单向齿轮分别设置在上下传动轴的端部，左转单向齿轮与动力集成齿轮啮合，右转单向齿轮通过换向齿轮与动力集成齿轮啮合，动力集成齿轮与动力输出轴固定。

本发明的发动可以应用于汽油发动机、柴油发动机，压气气缸的容积等于或大于作功气缸的容积，由于本发明的活塞是平行直推式工作方式，所以对置的气缸的直径可以不对称，大容积的呀气缸可以较高较多的压缩空气。

本发明的增压式活塞直驱增压发动机所具有的优异效果是：结构简单，易于加工，体积小重量轻，省去传统发动机配置的巨大曲轴箱以及沉重的曲轴和连杆，体积可以减少二分之一以上，也不需要外置涡轮增压器，可以显著地提高发动机的动力重量比，气缸不产生侧向磨损，直行直驱，能量全部输出，有效提高使用寿命长和节约能源。

附图说明

附图1为活塞直驱增压发动机的结构示意图；

附图2为图1的断面结构示意图；

附图3为单向齿轮式动力集成结构示意图。

附图标记说明：发动机壳体1、作功气缸2、作功活塞3、双面齿条4、上传动齿轮5、上传动轴6、下传动齿轮7、下传动轴8、偏心轮9、连杆10、曲轴11、动力集成齿轮12、动力输出轴13、换向齿轮14、右转单向齿轮15、左转单向齿轮16、扇形齿轮17、启动齿轮18、压气气缸19、压气活塞20、集气室21。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的增压发动机作以下详细地说明。

本发明的活塞直驱增压发动机，其结构是由发动机壳体1、集气室21、作功气缸2、压气气缸19、作功活塞3、压气活塞20、双面齿条、上传动齿轮5、下传动齿轮7、上传动轴6、下传动齿轮7下传动轴8和动力集成机构组成，其中，作功气缸2、压气气缸19对称设置在发动机壳体1之中，作功活塞3和压气活塞20分别设置在作功气缸2和压气气缸19之中并连接在双面齿条4的两端，双面齿条4的上下两面分别设置上传动轴6和下传动轴8，上传动齿轮5和下传动齿轮7分别设置在上下两根传动轴6、8上并与双面齿条4的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴6、8的端部与动力集成机构连接；在发动机壳体1外部设置集气室21，压气气缸19通过单向阀和管道与集气室21连接，集气室21通过管道与作功气缸2的进气道连接。

动力集成机构有两种方式，一种是连杆曲轴式结构，是由偏心轮9、连杆10和曲轴11组成，偏心轮9分别设置在上下两根传动轴6、8的端部，连杆10的两端连接偏心轮9和曲轴11。

另一种是单向齿轮式结构是由左转单向齿轮16、右转单向齿轮15、换向齿轮14、动力集成齿轮12和动力输出轴13组成，左转单向齿轮16和右转单向齿轮15分别设置在上下传动轴6、8的端部，左转单向齿轮16与动力集成齿轮12啮合，右转单向齿轮15通过换向齿轮14与动力集成齿轮12啮合，动力集成齿轮12与动力输出轴13固定。

实施例1：在本发明的设计中，双面齿条上各面齿的数量大于等于上下齿轮5、7的数量，双面齿条4往返一次可以同时驱动上下齿轮5、7正反旋转两周。

如果采用弧长与活塞压缩行程相当的扇形齿轮17与设置在上传动轴6或下传动轴8上的启动齿轮18啮合用于发动机的启动，双面齿条4的齿数可以大于上齿轮5和下齿轮7的齿轮，也就是双面齿条4往返一次可以驱动上下齿轮5、7转动两周以上，如果按传统发动机活塞的工作频率，本发明的发动机输出转数至少可以提高1倍以上，功率至少可以增加1倍以上。

通过以上分析，本发明的发动机可设计活塞有较大的行程，或者说能获得较大的压缩比，这对提高发动机的节油效果是非常明显的，尤其是柴油发动机。

曲轴连杆式动力集成机构和单向齿轮式动力集成机构用于发动机设计时，曲轴连杆式动力集成机构用于发动机的启动或动力输出，单向齿轮式动力集成机构用于动力输出。

实施例2：

在计算压缩比和点火时间上，本发明的双面齿条直驱式结构也比传统的曲轴连杆式结构来的简单方便，因为活塞的行程就是齿条的移动距离，齿条的移动距离直接通过传动轴的正反转测出，就能使人们能够选测最佳的点火时间或压缩比，获得最大的节油效果和功率输出。

发动机气缸在发动机壳体内为双排相对设置，中间通过齿轮箱连接，这样分三部分加工，工艺就变得相当简单，为装配和维修提供了方便。如果设计多作功气缸和多压气气缸的发动机，两种气缸可以交叉相错排列，比如作功气缸与压气气缸相邻排列，每一排里既有作功气缸也有压气气缸，共同使用一个集气室，这样发动机工作起来更加平稳。

如果储气筒具有足够的容积和耐高压性，加上本发明发动机的长行程性，通过调节阀控制，完全可以用于双动力环保气动汽车的开发。

本发明发动机的点火***、进排气***、冷却***以及润滑***与传统发动机相同，均为公知技术，可以移植直接应用，因此不再此文中复述。

Claims

1.一种活塞直驱增压发动机的设计方法，其特征在于，在发动机壳体内对称设置作功气缸和压气气缸并分别设置压气活塞和作功活塞，压气活塞和作功活塞设置在一双面齿条的两端，作功活塞直接驱动双面齿条和压气活塞往复运动产生压缩空气和对外输出动力；

2.活塞直驱增压发动机，其特征在于包括，发动机壳体、作功气缸、压气气缸、作功活塞、压气活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动齿轮下传动轴和动力集成机构，其中，作功气缸、压气气缸对称设置在发动机壳体之中，作功活塞和压气活塞分别设置在作功气缸和压气气缸之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两面分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴的端部与动力集成机构连接。

3.根据权利要求2所述的活塞直驱增压发动机，其特征在于动力集成机构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮与分别设置在上下两根传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴。

4.根据权利要求2所述的活塞直驱增压发动机，其特征在于动力集成机构是由左转单向齿轮、右转单向齿轮、换向齿轮、动力集成齿轮和动力输出轴组成，左转单向齿轮和右转单向齿轮分别设置在上下传动轴的端部，左转单向齿轮与动力集成齿轮啮合，右转单向齿轮通过换向齿轮与动力集成齿轮啮合，动力集成齿轮与动力输出轴固定。

5.根据权利要求1、2所述的活塞直驱增压发动机，其特征在于压气气缸的容积等于或大于作功气缸的容积。

6.根据权利要求1所述的活塞直驱增压发动机设计方法，其特征在于曲轴连杆式动力集成机构和单向齿轮式动力集成机构用于发动机设计时，曲轴连杆式动力集成机构用于发动机的启动或动力输出，单向齿轮式动力集成机构用于动力输出。