CN102337967A - 直线活塞推力内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明一种往复活塞式内燃机，包括汽缸（1）、活塞（2）、活塞连杆（3）、主轴（6）和凸轮轴（13），汽缸（1）内设有活塞（2），其特征在于：汽缸（1）沿主轴（6）对称分布，每上下两个汽缸（1）内的活塞（2）共同连接在活塞连杆（3）的两端，活塞连杆（3）为齿条传动杆，分别与顺时针单向齿轮（5）、逆时针单向齿轮（4）啮合，顺时针单向齿轮（5）安装在主轴（6）上，逆时针单向齿轮（4）安装在轴套（7）上，轴套（7）和主轴（6）通过转向齿轮组（8）联结形成联动。本发明采用单向直线传动的方式，避免了当活塞处于上止点时的功率损耗，结构紧凑，体积小，在相同尺寸下产生更大的功率。

Description

直线活塞推力内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，特别是一种活塞式内燃机。 

背景技术

内燃机是一种能量转换装置，将汽油、柴油、天然气等物质的化学能通过在汽缸中燃烧转化为热能，热能通过膨胀转化为机械能，对外做功。 

往复活塞式内燃机将化学能在汽缸中转化为热能后，热能膨胀，带动活塞运动，从而将热能转化为机械能，再通过曲柄连杆机构将能量转化为曲轴转动的转矩，对外做功。 

曲柄连杆机构是往复活塞式内燃机的主要工作机构，由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成。机体组是发动机的骨架。活塞连杆组是活塞的往复运动与曲轴转动的联动组件，在做功冲程中将活塞往复运动的能量转化成曲轴转动的转矩。曲轴飞轮组包括曲轴和飞轮，曲轴对外输出做功，飞轮作为惯性机构，在做功冲程后依靠惯性通过连杆带动活塞往复运动，为其他3个冲程做准备。 

现有往复活塞式内燃机多为四冲程内燃机，四冲程内燃机的一个工作循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在做功冲程中活塞连杆组将活塞往复运动的能量转化成曲轴及飞轮转动的转矩。在其他3个冲程，活塞依靠飞轮的转动惯性作往复运动。 

目前，曲柄连杆连杆机构传递功率，存在因力矩改变而引起的功率损耗及汽缸磨损的问题，具体如下： 

1、在做功冲程起始时刻，活塞位于上止点，活塞连杆与曲轴在同一竖直平面内，活塞连杆对曲轴的作用力矩为0，此时燃料***产生的作用力最大，但作用力方向与作用点线速度方向垂直，没有起到推动曲轴转动的作用，功率损耗较大。

2、当活塞从上止点运行到活塞下止点的这一过程中。在上止点时，由于采用曲轴连杆结构，没有把活塞上的压力转化为曲轴扭力，而是直接向下压曲轴，由于采用轴瓦结构，相当于增加了曲轴对轴瓦的压力，曲轴与轴瓦之间的滑动摩擦力增加，这就增加了曲轴运行时的阻力，使内燃机效率下降。随着曲轴的转动，还会有偏缸的现象，活塞连杆与重力方向的夹角增大，作用活塞上的沿重力方向的压力会沿着水平方向和活塞连杆方向分解，产生一个水平方向的分力使活塞压向缸壁，增加活塞与缸壁间的摩擦阻力，造成内燃机效率下降，这也是造成汽缸磨损加快的主要原因；而沿着活塞连杆方向的分力，在活塞连杆与曲轴的交点处再次分解成一个沿曲轴的转动线速度方向的力和一个沿着转动圆周直径方向的力，因此最后得到的扭力是小于最初的活塞压力的。 

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种往复活塞式内燃机传动机构，以解决现有往复活塞式内燃机因使用曲柄连杆机构传动所带来的功率损耗及汽缸磨损问题。 

本发明技术方案： 

一种往复活塞式内燃机，包括汽缸、活塞、活塞连杆、主轴和凸轮轴，汽缸内设有活塞，其特征在于：汽缸沿主轴对称分布，每上下两个汽缸内的活塞共同连接在活塞连杆的两端，活塞连杆为齿条传动杆，分别与顺时针单向齿轮、逆时针单向齿轮啮合，顺时针单向齿轮安装在主轴上，逆时针单向齿轮安装在轴套上，轴套和主轴通过转向齿轮组形成动配合。

顺时针锥形齿轮和逆时针锥形齿轮安装方向相反，均为棘轮机构，包括外圆齿轮与内棘轮，每个外圆齿轮的前后分别与两个不同的活塞连杆啮合，顺时针内棘轮安装在主轴上，逆时针内棘轮安装在轴套上。 

活塞连杆的两端与上下两个活塞分别连接，中间部分分成两根杆，分别与不同的外圆齿轮啮合。 

汽缸至少有4个，每个4汽缸为一组，围绕主轴上下前后对称分布；不同的汽缸组沿主轴直列排布。 

主轴为直轴。 

凸轮轴设有4根，安装在汽缸的顶端，通过传动机构与主轴连接。 

本发明的有益效果： 

1、本发明采用单向直线传动的方式，在做功冲程中，活塞连杆做功的作用力的方向始终与作用点的转动线速度方向相同，避免了当活塞处于上止点时的功率损耗，同时没有侧向分力，不会增加活塞与汽缸壁间的摩擦，减少了因此而产生的功率损耗及汽缸磨损，机械效率大为提高。

2、主轴和轴套形成联动且转动方向相反，这样上下两个汽缸所产生的功率都能直接或间接的传递给主轴，每个汽缸组中4个活塞形成联动，总有一个活塞是处于做功冲程，带动其他活塞运动。 

3、主轴为直轴，相比曲轴容易加工，而且在传递功率时的损耗更小。 

4、结构紧凑，体积小，在相同尺寸下产生更大的功率，可以通过增加汽缸组的方式提高动力。 

图1为本发明正向结构示意图； 

图2为本发明侧向结构示意图； 

图3为本发明的工作原理示意图； 

图4为本发明实施例2的结构示意图。 

具体实施方式：

实施例1：

见图1、图2，本实施例四缸四冲程汽油机。其结构为：设有4个汽缸1，汽缸1内设有活塞2，汽缸1设有4个沿主轴6上下前后对称分布，每上下两个汽缸1内的活塞2共同连接在一个活塞连杆3的两端，活塞连杆3为齿条传动杆，共2个。每个活塞连杆3的中间部分分成两根，一根与顺时针单向齿轮5啮合，一根与逆时针单向齿轮4啮合，顺时针单向齿轮5与逆时针单向齿轮4为棘轮机构，包括外圆齿轮12和内棘轮，每个外圆齿轮12都与前后两根不同活塞连杆3啮合，顺时针内棘轮10安装在主轴6上，逆时针内棘轮11安装在轴套7上，轴套7悬空的套在主轴6上，轴套7和主轴6通过转向齿轮组8联结形成联动。凸轮轴13共4个，设在每个汽缸1的上方，通过链条与主轴6联动，用于控制汽缸1的气门及点火。

这种结构就使得主轴6与轴套7形成联动且两者运动方向相反，主轴6顺时针转，轴套7逆时针转，由于棘轮机构的作用，只有当活塞连杆3的运动方向和主轴6或轴套7的转动方向一致时，活塞连杆3才可能带动主轴6或轴套7转动。 

本实施例的工作过程：（为便于描述将汽缸和活塞分别编号） 

如图1、图3，汽缸1-1处于做功冲程，活塞2-1向下运动，推动活塞连杆3和活塞2-2向下运动，同时另一边的活塞连杆3在外圆齿轮12的带动下向上运动，活塞2-3和活塞2-4向上运动，汽缸1-2处于压缩冲程,汽缸1-3处于排气冲程，汽缸1-4处于吸气冲程。顺时针单向齿轮5打滑，活塞2-1作为动力源带动轴套7作逆时针转动，轴套7通过转向齿轮组8带动主轴6做顺时针转动。

汽缸1-1完成做功冲程后进入排气冲程，汽缸1-2进入做功冲程，汽缸1-3进入吸气冲程，汽缸1-4进入压缩冲程。活塞2-1、活塞2-2向上运动，活塞2-3、活塞2-4向下运动，逆时针单向齿轮4打滑，活塞2-2作为动力源带动主轴6做顺时针转动。 

汽缸1-1完成排气冲程后进入吸气冲程，汽缸1-2进入排气冲程，汽缸1-3进入压缩冲程，汽缸1-4进入做功冲程。活塞2-1、活塞2-2向下运动，活塞2-3、活塞2-4向上运动，顺时针单向齿轮4打滑，活塞2-4作为动力源带动轴套7作逆时针转动，轴套7带动主轴6做顺时针转动。 

汽缸1-1完成吸气冲程后进入压缩冲程，汽缸1-2进入吸气冲程，汽缸1-3进入做功冲程，汽缸1-4进入排气冲程。活塞2-1、活塞2-2向上运动，活塞2-3、活塞2-4向下运动，逆时针单向齿轮4打滑，活塞2-3作为动力源带动主轴6做顺时针转动。 

以上就是一个工作循环内各个汽缸的工作过程。 

实施例2： 

本实施例为8缸4冲程汽油机，结构如图3所示，分成2个汽缸组，沿着主轴6直列排布，每个汽缸组的配置和实施例1一样，每个汽缸组的工作过程也和实施例1一样。

Claims (6)

1.一种往复活塞式内燃机，包括汽缸（1）、活塞（2）、活塞连杆（3）、主轴（6）和凸轮轴（13），汽缸（1）内设有活塞（2），其特征在于：汽缸（1）沿主轴（6）对称分布，每上下两个汽缸（1）内的活塞（2）共同连接在活塞连杆（3）的两端，活塞连杆（3）为齿条传动杆，分别与顺时针单向齿轮（5）、逆时针单向齿轮（4）啮合，顺时针单向齿轮（5）安装在主轴（6）上，逆时针单向齿轮（4）安装在轴套（7）上，轴套（7）套在主轴（6）上，两者通过转向齿轮组（8）形成动配合。

2.根据权利要求1所述往复活塞式内燃机，其特征在于：顺时针单向齿轮（5）和逆时针单向齿轮（4）均为棘轮机构，包括外圆齿轮（12）和内棘轮，每个外圆齿轮（12）的两侧各与两个不同的活塞连杆（3）啮合，顺时针内棘轮（10）安装在主轴（6）上，逆时针内棘轮（11）安装在轴套（7）上。

3.根据权利要求1所述往复活塞式内燃机，其特征在于：活塞连杆（3）的中间部分分成两根杆，分别与不同的外圆齿轮（12）啮合。

4.根据权利要求1所述往复活塞式内燃机，其特征在于：汽缸（1）至少有4个，每个4汽缸（1）为一组，围绕主轴（6）上下前后对称分布；各个汽缸组沿主轴（6）直列排布。

5.根据权利要求1所述往复活塞式内燃机，其特征在于：主轴（6）为直轴。

6.根据权利要求1所述往复活塞式内燃机，其特征在于：凸轮轴（13）设有4根，安装在汽缸（1）的顶端，通过传动机构与主轴（6）连接。

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