CN101158316A

CN101158316A - 非圆内齿轮无曲轴发动机

Info

Publication number: CN101158316A
Application number: CNA2007101467603A
Authority: CN
Inventors: 张连奎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-19
Filing date: 2007-08-19
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明提供一种无曲轴、无力矩死点、无延时点火的活塞式发动机。主要包括缸体、活塞、活塞销、非圆内齿轮、主轴齿轮、主轴、凸轮、凸轮辊子等。活塞做功时，活塞推动非圆内齿轮移动并推动与之啮合的主轴齿轮转动，从主轴输出功率，同时驱动其他主轴齿轮带动各自与之啮合的非圆齿轮移动，完成每个缸的吸、压、爆、排工作循环。由于非圆内齿轮的推力始终与主轴齿轮分度圆相切，扭矩不随主轴齿轮转角变化，因此最大限度地提高了主轴的输出扭矩，避免了曲轴发动机扭矩随曲轴转角变化、有力矩死点和延时点火造成的做功损失，功的转换率理论上可达到100％，极大地提高了主轴输出转矩、输出功率和发动机的动力性能，减少燃料消耗和污染排放一半以上。

Description

非圆内齿轮无曲轴发动机

技术领域

本发明涉及一种利用非圆内齿轮实现往复运动做功的内燃发动机。

广泛应用于内燃机包括各种汽油机、柴油机、活塞式空气压缩机、活塞式制冷压缩机。

背景技术

现有内燃发动机基本上为曲轴连杆活塞式发动机(涡轮发动机、转子发动机除外)。但是曲轴连杆活塞所构成的曲柄滑块机构在功的转换方面存在许多致命的弱点：

缺点1 曲轴输出转矩M随曲轴转角发生变化，即活塞推力P最大时，曲轴输出的转矩M最小，有死点。如图1是曲柄连杆滑块机构图所示，由广义虚位移原理求得对应于广义坐标的广义力为：

得

由上式可见，当活塞推力P最大时即曲柄转角＝0时曲轴输出转矩M＝0；当＝π/2时，M＝Pr曲轴输出转矩达到最大；当＝π时，M＝0活塞做功结束。

如图2是输出转矩M随曲轴转角变化曲线图所示，曲轴输出转矩所做的功即为曲线下的面积，可用积分求得：

由于计算比较繁琐，可用几何方法估算为W_P＝Ps/2，只有活塞做功的50％，活塞推力在转角＝0～180°即行程范围内所做的功W_P＝Ps为直线下的面积。

缺点2在活塞做功推力最大曲轴转角＝0时，为了越过死点延时点火，也造成一部分功的损失，使曲轴的输出功不足活塞所做功的50％。

发明内容

为了克服曲轴连杆活塞式发动机的上述缺点，本发明提供一种无曲轴、无连杆、无扭矩死点、无延时点火的活塞式内燃发动机，主要包括汽缸1、活塞2、活塞肖3、非圆内齿轮4、及与之啮合的主轴齿轮5、输出主轴6、凸轮7、凸轮辊子8等。如图3是非圆内齿轮无曲轴发动机工作原理图、图4是使非圆内齿轮摆动的凸轮机构图、图5是多缸连续工作原理图所示，如果四个缸的做功顺序为1、4、3、2，则当活塞12做功时，活塞12推动非圆内齿轮14移动，由非圆内齿轮14驱动与其啮合的主轴齿轮15转动，使主轴6输出扭矩；当活塞12运动到下止点时，主轴齿轮15在做功活塞42推动下继续转动，并始终与非圆内齿轮14保持啮合，在啮合过程中非圆内齿轮14在凸轮17和凸轮辊子18推动下，非圆内齿轮14发生轻微摆动，使主轴齿轮15平稳过渡到非圆内齿轮14的另一边，推动与之啮合的非圆内齿轮14上行，活塞到达上止点完成排汽行程；当3缸活塞32点火做功时，主轴齿轮35在非圆内齿轮34推动下，驱动所有主轴齿轮15、25、35、45继续转动，非圆内齿轮14推动活塞12再次向下止点运动完成吸汽过程；当2缸活塞22点火做功时，活塞22推动非内圆齿轮24向下移动，驱动主轴齿轮15、25、35、45转动，通过主轴齿轮15与非圆内齿轮14啮合，推动活塞12向上止点运动，使活塞12完成压缩行程。如此循环实现4个缸作功、排汽、吸汽、压缩过程。

由于非圆内齿轮在驱动主轴齿轮转动过程中相当于齿轮齿条啮合，活塞做功推力始终与主轴齿轮分度圆相切，如果取主轴齿轮分度圆半径和曲轴偏心均为r，则主轴齿轮的输出转矩M＝Pr，由此可见主轴输出转矩M不随主轴齿轮转角发生变化，故不存在死点，也不须要延时点火，消除了做功损失。

活塞所做的功为W_P＝Ps，对应主轴齿轮转角＝0～180°范围内输出转矩M所做的功W_P＝M，因为s＝r，所以W_P＝M＝Prs/r＝Ps，活塞所做的功全部转化为主轴齿轮输出转矩所做的功，功的转换率提高到100％，极大地提高了主轴输出转矩、输出功率和发动机的动力性能，减少燃料消耗和污染排放一半以上。

具体实施方式

为了使本发明顺利实施，还需要增加配汽系统、电器系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、启动系统等附加装置，这些装置本发明不再涉及。

由于活塞和非圆内齿轮往复运动的惯性较大引起冲击和振动，利用发动机相邻两缸活塞、非圆内齿轮运动方向相反，通过阻尼弹簧9的联接，在活塞到达上下止点时利用弹簧9的拉力相互阻尼，能有效减少惯性冲击。

对于活塞式空气压缩机、制冷压缩机等将主轴变成动力输入轴即可。

Claims

1.本发明涉及一种由汽缸、活塞、活塞销、非圆内齿轮、主轴齿轮、凸轮、输出主轴组成的活塞式发动机，其特征在于：所述发动机无曲轴、无力矩死点、无延时点火、输出转矩不随主轴转角变化，活塞推力始终与主轴齿轮相切，转矩始终保持最大，功的转换率最高。

2.如权利要求1所述的非圆内齿轮与主轴齿轮啮合组成往复运动机构，其特征在于：可将非圆内齿轮的直线往复运动转化为主轴齿轮的转动，构成发动机；也可将主轴齿轮的转动转化为非圆内齿轮的直线往复运动，构成各种压缩机。

3.如权利要求2所述的机构，其特征在于：非圆内齿轮与主轴齿轮在往复运动过程中始终保持啮合，运行平稳、无冲击。

4.如权利要求1所述发动机，其特征在于：相邻两缸的活塞、非圆内齿轮的直线往复运动方向相反，通过阻尼弹簧的联接，在活塞到达上下止点时，弹簧拉力最大相互阻尼作用最强，能有效的减少惯性冲击。