CN107989694A - 一种u型活塞往复发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种U型活塞往复发动机。其主要特征是，仅前后两排缸装有同轴心的输出轴(2)，机体前后设有两对应相同的齿轮组；两曲轴(1、3)的标定转速相同且为某一定值，等同于现有发动机曲轴向外界输出的标定转速，输出轴的标定转速为发动机向外界输出的标定转速；齿轮组中，输出轴齿轮(5)分度圆的直径可以大于、等于、或小于曲轴齿轮分度圆的直径，即发动机输出的标定转速小于、等于、或大于曲轴标定转速，由此发动机可输出多个不同的标定转速供不同的设备应用，扩大了单台发动机的应用范围。此外，还具有现有L型发动机缸体和曲轴结构简单，易于制造和维护、造价低、热效率高、稳定性好、以及增加发动机缸数时机身短便于布置等优点。
Description
技术领域
本发明属内燃机领域，具体涉及一种结构新型的活塞往复发动机。
背景技术
现有活塞往复发动机，其机体结构有多种类型，通常使用的有L型或V型发动机，此外，还有少量的M型、星型、以及H型等发动机。
M型和星型发动机，结构复杂、制造和维护困难多，价格昂贵，其最大的优点是结构紧凑、单机缸数多、功率大、机身长度短、便于布置；但由于增压技术的成熟和应用，同样也可使单机功率达不增压时功率的3至4倍，因此，M型和星型发动机的前途并不乐观；H型发动机只有在需要降低发动机重心的设备上应用，其用量也极为有限。
L型发动机，用途广、用量大，缸体及连杆结构简单、价格低、热效率高、运转平稳、低速扭距大、制造和维护方便，最大的缺点是增加发动机缸数时机身长，导致在设备上难以布置；V型发动机克服了L型发动机的缺点，但结构复杂、制造和维护困难、价格昂贵、平稳性差，尤其是V10型发动机，需投入大量精力和经费克服其平稳性差的缺陷。
以上所述现有发动机所共有的缺陷和不足之处是：①不能实现停缸技术；所谓停缸技术，即发动机启动或低工况时只用部分发动缸工作，其他发动缸处于静止不运动的状态，或个别发动缸发生故障不能运转时，将其停止处于静止状态，而其他发动缸照常工件。②发动机的标定转速单一，一台发动机只能输出一个标定转速，局限了发动机在标定转速要求不同的设备上应用，因而局限了单个发动机的应用范围。
发明内容
为了克服上述现有活塞往复发动机的缺陷和不足之处，发挥L型发动机和V型发动机的优点，特发明一种结构新型的活塞往复发动机。
本发明采用L型发动机相同的两缸，类似V型发动机左右两缸并联为一排，但并联两缸的四边垂直平行，由曲轴部分联接为一整体，形成U字形状，发动机由多排U型双缸构成，根据V型发动机的命名，将本发明发动机简称为“U型”发动机。
由于本发明U型发动机的停缸技术(如前第[0005]段①所述)内容较多且复杂，本申请中暂不作阐述，待另申请专题说明。本申请仅就其他主要技术特征作出说明。
一种U型活塞往复发动机，其特征在于：所述发动机，用L型发动机相同两缸四边垂直平行，左右并联为一排形成U形双缸，此双缸类似V型发动机以V型并联为一排的双缸，并由所述多排U形双缸构成整体发动机。
发动机的功率输出***，由左曲轴(1)、右曲轴(3)、功率及转速输出轴【下简称“输出轴”】(2)、左曲轴齿轮(4)、右曲轴齿轮(6)、输出轴齿轮(5)构成。
输出轴(2)设置在左右曲轴(1、3)中心连线中间的垂线上，位于两曲轴中心连线的上面或下面，也可以位于中心连线上。
输出轴可用一整根圆柱形直轴贯穿发动机的前后，也可以分段只在发动机前后两排缸上装配输出轴(2)。
左右曲轴(1、3)中心距输出轴(2)中心的距离相等，两曲轴同步转动，故两曲轴标定转速相同，但转动方向相反。
左右曲轴齿轮(4、6)分度圆的直径相同，同为主动齿轮且分别与输出轴齿轮(5)啮合形成齿轮组。
所述齿轮组中，两曲轴标定转速时其齿轮的转速称作曲轴齿轮的标定转速，此转速为某一定值，等同于现有活塞往复发动机曲轴向外界输出的标定转速。
曲轴齿轮标定转速时的输出轴齿轮(5)的转速，为输出轴齿轮(5)的标定转速，此转速即是输出轴(2)的标定转速，也即本发明U型发动机向外界输出的标定转速；只前后两排缸分别装有输出轴的发动机，其前后分别装有彼此对应相同的齿轮组。
曲轴齿轮分度圆直径与输出轴齿轮分度圆直径之比：设曲轴齿轮分度圆直径为D1，标定转速为h1，输出轴齿轮分度圆直径为D2，其标定转速为h2；h1和h2为已知的设计要求作出的数值。根据公式D1∶D2＝h2∶h1，可以得出D1∶D2的比值；如h2∶h1＝1∶3，则D1∶D2＝1∶3。
由已知曲轴和输出轴位置固定不变由各齿轮圆心位置不变，两曲轴齿轮圆心距输出轴齿轮圆心的距离相等且为已知设计的某一定数值，那么，根据上述计算方法得出的D1∶D2之比就可以作出在设计参数h1和h2下工作的齿轮组，装上所述齿轮组，U型发动机就在设计的h1和h2参数下输出发动机的标定转速。
综上所述，U型发动机用所述齿轮组的联接而构成的发动机有机的运动，替代了V型发动机各排发动缸用连杆分别联在同一曲轴各自曲轴销上而构成的发动机有机地运动；用输出轴输出发动机的功率和转速替代现有活塞往复发动机用曲轴输出发动机的功率和转速。
从附图和公式D1∶D2＝h2∶h1可以得出：一台发动机中可以作出输出轴齿轮分度圆直径D2大于、等于、或小于曲轴齿轮分度圆直径D1的齿轮组，即可以作出输出轴标定转速小于、等于、或大于曲轴标定转速的齿轮组；由此，一台发动机装上输出轴标定转速不同的齿轮组，就可以向外界输出不同的标定转速；相对于现有活塞往复中速发动机，则可分别构成低速、中速或者高速发动机。
用一整根直圆柱形输出轴的发动机，可只在机体的前面或后面装配所述齿轮组，也可在机体的前面和后面都装配上两对应相同的齿轮组。
积极效果
由前[0007]、[0009]段所述，本发明的U型发动机，是用现有L型发动机相同两缸垂直并联为一排的多排双缸构成，因此，具有L型发动机缸体和曲轴结构简单、易于制造、价格低、热效率高、稳定性好、低速扭距好、便于装配和维修等优点；同时具有V型发动机增加发动缸数时机身短，便于布置的优点。
克服了V型发动机结构复杂、造价昂贵、不利于保养维护、稳定性差，尤其是V10型发动机需投入大量精力和费用克服其稳定性差的缺陷及不足之处。
左右两缸垂直平行对称、两缸活塞、连杆、曲轴、曲轴齿轮等运动件质量相同、运动速度相同且方向相反，很自然的消除了各种不平衡的因素，发动机的平稳性能优于现有各类活塞往复发动机。
由第[0020]段所述，一台发动机换上输出轴标定转速不同的齿轮组，发动机就可以输出不同的标定转速，由此，相对于现有一台既定标定转速的发动机，可方便地满足不同设备对发动机具有不同标定转速的要求，减少对发动标定转速设计的麻烦，减少不同设备因发动机标定转速不同而制造不同类发动机耗用的资金和生产设备的投入，扩大了单个类型发动机的应用范围。
如将中速发动机装上低速发动机标定转速的齿轮组，发动机就构成了低速发动机，相对于现有低速发动机，则降低了发动机的高度和宽度，大幅度地减小了发动机单位功率的体积和重量。
由第[0011]段所述，输出轴可位于左右两曲轴中心连线的上面，也可以位于两曲轴中心连线的上面或下面；由此可使发动机最大限度地适应在设备上安装的要求；或调整发动机重心在设备上的高度，满足优化设备性能的要求。
为实现停缸技术创造了必须的技术条件。
用途广泛，适用于制造各类大、中、小型以及高、低、中速发动机。
能充分地利用现有技术和生产设备，减少研发和形成规模生产的时间，在短期内发挥显著的经济效果和社会效益。
附图说明
图1：双缸U型并联结构图；图2：齿轮组及发动机前后排输出轴布置图；图3：等速齿轮组主视图；图4：输出轴位置图；图5：发动机整根输出轴示图；图6：输出轴标定转速小于曲轴标定转速齿轮组示图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术特征作出进一步清楚地说明。
图1和图4示出：将L型发动机两相同的单缸垂直平行以U型并联起来，构成U型双缸；输出轴(2)设置在左右曲轴(1、3)中心连线中间的垂线上，图1示出输出轴(2)位于两曲轴中心连线的上面，也可以位于两曲轴中心连线的下面(如图中虚线小圆圈示出)；图4示出输出轴(2)位于左右曲轴(1、3)的中心连线上。具***置的确定由设计要求得出。
图2和图5示出：发动机可以只在前后排缸上分段装有轴心相同的输出轴(2)，也可以用一整体输出轴(2)贯穿发动机各排双缸。图2示出：发动机前后两排缸分别装有轴心相同的输出轴(2)的前段和后段；图5示出：发动机用一整根输出轴贯穿发动机各排U型双缸。具体采用何种方式的输出轴(2)，由设计要求具体确定。
图2和图5示出：发动机的前后分别装有对应相同的齿轮组；所述齿轮组中两曲轴齿轮(4、6)同为主动齿轮，其分度圆的直径相同；输出轴齿轮(5)分度圆的直径可以大于、等于、或小于曲轴齿轮分度圆的直径；即输出轴的标定转速可以小于、等于、或大于曲轴的标定转速。
如图2结合图3示出：输出轴齿轮(5)分度圆的直径与两曲轴齿轮分度圆直径相同，由此输出轴标定转速与曲轴标定转速相同；图5结合图6示出：输出轴齿轮(5)分度圆直径大于曲轴齿轮分度圆直径，由此输出轴的标定转速小于曲轴的标定转速；输出轴齿轮分度圆直径小于曲轴齿轮分度圆直径的示图省略未画出。
输出轴齿轮分度圆直径与曲轴齿轮分度圆直径之比，不受输出轴(2)位置处于两曲轴中心连线之上或下的局限，如图3和图6参照图1和图4示出的输出轴(2)，其输出轴(2)上下的位置改变，但图3和图6都可各自分别作出输出轴齿轮分度圆直径大于、等于、或小于曲轴齿轮分度圆直径的齿轮组。
两曲轴标定转速相同且为某一定值，此标定转速等同现有活塞往复发动机曲轴向外界输出的标定转速；曲轴标定转速时的输出轴的标定转速为输出轴的标定转速，此输出轴的标定转速即是本发明U型发动机向外界输出的标定转速。输出轴和曲轴的标定转速由设计的数值得出。
齿轮组中曲轴齿轮分度圆直径与输出轴齿轮分度圆直径之比的得出：由输出轴和曲轴的标定转速为已知的设计数值，设曲轴齿轮分度圆直径为D1，曲轴标定转速为h1；输出轴齿轮分度圆直径为D2，输出轴标定转速为h2；由公式D1∶D2＝h2∶h1，那么，计算出h2∶h1的比值就可以得出D1∶D2的比值。
由于两曲轴齿轮圆心分别距输出轴齿轮圆心的距离相等，且为某一设计的数不变，那么，由曲轴齿轮圆心距距输出轴圆心距离的数值结合上述计算得出的齿轮分度圆直径之比，就可得出各齿轮分度圆直径的数值，进而作出在设计的曲轴标定转速和输出轴标定转速下工作的齿轮组。
在同一发动机上作出的齿轮组，由于齿轮圆心的位置不变，圆心之间的距离不变，那么，即便是齿轮分度圆直径比改变，所作出的齿轮组可以互换，即同一发动机上作出的输出轴齿轮分度圆直径大于、等于、或小于曲轴分度圆直径的齿轮组可以互换。以此满足同一台发动机可以输出多个不同标定转速的要求。
Claims (5)
1.一种U型活塞往复发动机，其特征在于：将L型发动机相同两缸垂直平行左右并联为一排形成U形双缸，由多排U形双缸构成整体发动机；其功率输出***由左曲轴(1)、右曲轴(3)、输出轴(2)、左曲轴齿轮(4)、右曲轴齿轮(6)、输出轴齿轮(5)构成；
输出轴(2)设置在左右曲轴(1、3)中心连线中间的垂线上，位于两曲轴中心连线的上面或下面，也可以位于两曲轴中心连线上；输出轴可用一根圆柱形直轴贯穿发动机前后，也可以分段只在发动机前后两排缸分别装配输出轴；
左右曲轴齿轮(4、6)的分度圆直径相同，同为主动齿轮且分别与输出轴齿轮(5)啮合形成齿轮组；发动机前后分别装有彼此对应相同的齿轮组。
2.如权利要求1所述的一种U型活塞往复发动机，其特征还在于：左右曲轴(1、3)中心距输出轴(2)中心的距离相等，两曲轴同步转动，标定转速相同，转动方向相反。
3.如权利要求1所述的一种U型活塞往复发动机，其特征还在于：所述齿轮组中，左右曲轴标定转速时其齿轮的转速称作曲轴齿轮的标定转速，此转速为某一定值，等同现有活塞往复发动机曲轴向外界输出的标定转速；曲轴齿轮标定转速时输出轴齿轮的转速，为输出轴齿轮(5)的标定转速，此转速即是输出轴(2)的标定转速，也即是本发动机向外界输出的标定转速。
4.如权利要求1所述的一种U型活塞往复发动机，其特征还在于：同一发动机的齿轮组，输出轴齿轮(5)分度圆的直径可以大于、等于、或小于左右曲轴齿轮(4、6)分度圆的直径；即输出轴(2)的标定转速可以小于、等于、或大于曲轴的标定转速。
5.如权利要求1所述的一种U型活塞往复发动机，其特征还在于：同一发动机中输出轴标定转速不同的齿轮组可以互换，以此改变发动机向外界输出的标定转速。
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2017
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