CN101042068A

CN101042068A - 组合式转缸发动机

Info

Publication number: CN101042068A
Application number: CN 200610073408
Authority: CN
Inventors: 贡晓婷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-26
Filing date: 2006-03-26
Publication date: 2007-09-26

Abstract

本发明设计了一种新型的组合式转缸发动机。该机将气缸固定在输出轴上，并与输出轴轴线之间保持一个固定的力臂长度，在气压力的作用下气缸推动输出轴转动，成为主要的输出件，从而克服了传统内燃机的死点；同时作用于活塞上的压力可通过传动机构传至同一输出轴，推动输出轴转动，这样输出轴上得到的是气缸与活塞两者的输出功率之和。这不仅从根本上提高了发动机的效率，还能大大减轻其冲击、振动与噪音，提高机器的寿命。该机还保留了传统发动机成熟的密封结构，克服了旋转发动机的缺点。另外还省去了复杂的曲轴，简化了配气系统。

Description

组合式转缸发动机

所属技术领域

本发明的组合式转缸发动机为一种内燃机，属动力机械领域。

背景技术

传统的曲柄滑块式内燃机已有几百年历史。由于这种内燃机机构本身的缺点，其效率很低，而且冲击、振动和噪音大。其根本原因是这种结构没有充分利用燃料化学能所产生的压力能。众所周知，当可燃气体在气缸内爆发时，产生的气压力同时分别作用于活塞与气缸上，但只有作用于活塞上的压力可通过曲柄输出动力。由于机构本身存在死点，使得在气压力最大的角度范围内，曲柄对输出轴的力臂为零或接近为零，这不仅降低了效率，也引起了冲击、振动与噪音。而气缸是机架，作用于气缸上的压力不能作功，只能转化为冲击、振动与噪音。综合这些因素，传统内燃机的效率是很低的，通常只有30％～40％。

上世纪60年代出现了三角活塞式旋转发动机，它结构紧凑，基本没有死点，其配气系统结构简单。但这种内燃机始终未能解决密封问题，因而很难广泛应用于实际产品；此后亦有各种形式旋转发动机的构想，但均未发展到实用阶段。同时，包括三角活塞式旋转发动机在内的各种形式旋转发动机的构想，都没能突破传统内燃机的思维限制，它们总是由活塞或气缸之一输出动力，另一为机架的只受力不作功，因此对能量的利用率也不高。

为克服传统内燃机的缺点，本发明设计了一种新型的组合式转缸发动机。该机将气缸固定在输出轴上，并与输出轴轴线之间保持一个固定的力臂长度，在气压力的作用下气缸推动输出轴转动，成为主要的输出件，从而克服了传统内燃机的死点；同时作用于活塞上的压力可通过传动机构传至同一输出轴，推动输出轴转动，这样输出轴上得到的是气缸与活塞两者的输出功率之和。这不仅从根本上提高了发动机的效率，还能大大减轻其冲击、振动与噪音，提高机器的寿命。该机还保留了传统发动机成熟的密封结构，克服了旋转发动机的缺点。另外还省去了复杂的曲轴，简化了配气系统。

本发明的组合式转缸发动机解决技术问题所采用的一个技术方案是：发动机的结构为一行星轮系及一曲柄滑块机构组成的组合机构。组合机构中的中心齿轮、行星齿轮、系杆组成行星轮系；行星齿轮、连杆、活塞和固定在系杆上的气缸组成曲柄滑块机构。其中中心齿轮为一固定不动的外齿轮。系杆一端与中心齿轮的中心组成转动副，该转动副与输出轴固定在一起，即系杆为输出件；系杆的另一端与行星齿轮的中心组成转动副。行星齿轮与中心齿轮相啮合。气缸体固定在系杆上，气缸内的活塞与连杆的一端组成转动副，连杆的另一端与行星齿轮组成转动副，该转动副与系杆与行星齿轮中心组成的转动副的连线形成曲柄。气缸体的中轴线即活塞的导路通过系杆与行星齿轮组成的转动副并垂直于该转动副和系杆与中心齿轮组成的转动副的连线，该两转动副的连线即为气缸对输出轴的力臂。当气缸内的可燃气体爆发时，作用于气缸底面的压力推动系杆转动，从而推动输出轴转动，输出功率W₁；同时作用于活塞顶部的压力通过连杆推动行星齿轮即曲柄绕其与系杆组成的转动副转动，根据行星轮系的工作原理，这也将推动系杆同向转动，输出功率W₂。因此输出轴上的功率为W₁+W₂，其效率将大大提高。

本发明的组合式转缸发动机的另一个技术方案是：组合机构中的中心齿轮为一内齿轮。其余与前一个技术方案同。

本发明的组合式转缸发动机的配气系统所采用的技术方案是：系统由配气盘和气缸上的气口组成。其中配气盘静止不动。配气盘上开有进气口和排气口，进排气口分别与进排气管相联接。气缸头部开有气口。当进入排气冲程时，气缸转动到配气盘上的排气口处，气口对准排气口排气；排气完毕，气口离开排气口。气缸继续转动，气口便对准配气盘上的进气口进气。进气完毕，配气盘封住气口。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图中，1为中心齿轮，2为行星齿轮，3为系杆，4为连杆，5为活塞，6为气缸，7为配气盘。

图1为本发明的的单缸发动机的工作原理及结构剖面图。

图2为单缸发动机的气缸刚进入排气冲程时，气缸转动到配气盘上的排气口处的位置。

图3为本发明的气缸上的气口对准排气口时的情形。

图4为本发明的多缸发动机的工作原理及结构剖面图，图中为四缸发动机。

图5为本发明的另一个技术方案的工作原理及结构剖面图。

图6为本发明的另一个技术方案的多缸发动机的工作原理及结构剖面图，图中为四缸发动机。

具体实施方式

图1中，中心齿轮(1)、行星齿轮(2)、系杆(3)组成行星轮系。行星齿轮(2)、连杆(4)、活塞(5)、气缸(6)组成曲柄滑块机构。系杆为输出件，其下端的转动副A与输出轴固定在一起；系杆的上端与行星齿轮组成转动副B，行星齿轮与中心轮啮合，又可绕B点相对系杆转动。气缸与系杆固定在一起，气缸的中轴线垂直于系杆上转动副AB的连线。连杆的一端与行星齿轮在C构成转动副，BC形成曲柄。连杆的另一端与活塞在D处构成转动副。活塞可相对气缸作直线运动。

图1中，活塞处于上止点，可燃气体的体积被压缩至最小。此时点火爆发，气压力将同时分别作用于气缸底面与活塞顶面。作用于气缸底面上的力推动气缸连同系杆绕转动中心A顺时针转动，输出功率W₁，由于气缸对输出轴的力臂为一固定长度，作用于活塞顶面上的力通过连杆作用于曲柄(行星齿轮)上，推动曲柄绕B点作行星运动；由于行星轮系的特点，此行星运动将进一步推动系杆顺时针转动，输出功率W₂；因此输出轴上得到的总功率为作用于气缸与活塞上的两处气压力所产生的功率之和，大大提高了机器的效率。而相对B点转动的曲柄通过连杆使活塞在气缸内作相对于气缸的往复直线运动，完成进、压、爆、排四个冲程。按行星轮系原理，只要正确设计中心齿轮1与行星齿轮2的齿数比，可使系杆每绕A点转动一周，曲柄相对系杆的B点转动两周，爆发一次，或相对B点转动四周，爆发两次，依次类推。

图2中系杆转到水平位置，气缸中的活塞位于下止点，爆发作功已完成，刚进入排气冲程。此时气缸运动至配气盘(7)的排气口处。

图3为沿气缸头部气口切开的剖面图，气缸上的气口与排气口接通。。

本发明采用多缸发动机结构时，结构非常紧凑。图4中为四缸发动机，气缸均匀分布于输出轴周围。也可将多个缸作为一组，多组缸在同一输出轴上串联起来，可获得更大的输出功率。

图5为本发明的另一个技术方案，其组合机构中的中心齿轮为一内齿轮。其余与前一个技术方案相似。

图6为本发明另一个技术方案的多缸发动机。

Claims

1、一种组合式转缸发动机，其特征是：发动机的结构为一行星轮系与曲柄滑块机构组成的组合机构。

2、根据权利要求1所述的组合式转缸发动机，其特征是：系杆一端与中心齿轮的中心组成转动副，系杆的另一端与行星齿轮的中心组成转动副，行星齿轮与中心齿轮相啮合，气缸体固定在系杆上，气缸内的活塞与连杆的一端组成转动副，连杆的另一端与行星齿轮组成转动副。

3、根据权利要求1所述的组合式转缸发动机，其特征是：气缸固定系杆上，气缸中活塞的导路通过系杆与行星齿轮中心组成的转动副并垂直于该转动副与系杆与中心齿轮的中心组成的转动副的连线。

4、根据权利要求1所述的组合式转缸发动机，其特征是：其中心齿轮为一外齿轮或内齿轮。

5、根据权利要求1所述的组合式转缸发动机，其特征是：系杆与中心齿轮中心组成的转动副为发动机输出轴的轴心。

6、根据权利要求1所述的组合式转缸发动机，其特征是：多个气缸可均匀分布于输出轴周围。

7、根据权利要求1所述的组合式转缸发动机，其特征是：以均匀分布于输出轴周围的多个气缸为一组，将多组气缸在同一输出轴上串联起来。

8、根据权利要求1所述的组合式转缸发动机，其特征是：其配气机构由静止的配气盘和气缸头部的气口组成。

9、根据权利要求5所述的组合式转缸发动机，其特征是：配气盘上开有弧形的进气口和排气口。