CN101813022B - 一种具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有优化工作模式自动保持功能的偏心摆动式内燃机，包括偏心摆动式内燃机和离心调节器，离心调节器主轴同发动机转轴连接；然后接至套管，套管可沿主轴滑动；套管连接金属圆盘，金属圆盘边缘固定接线柱接触，同时固定接线柱拥有一个绝缘点，当圆盘接触时电路中断，绝缘点两侧有相互电绝缘的两个段，通过一个正反转控制电路与电源及变速器调控电机和燃料供应调控电机连接构成闭合回路。本发明通过优化工作模式自动保持装置和偏心摆动式内燃机的结合，能自动调节发动机始终处于最佳工作状态，使发动机在工作中的燃料消耗和有害气体排放始终处于最低水平。

Description

一种具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机

技术领域

本发明涉及一种以内燃机作为动力的各类运输设备及其它各类机械设备中的内燃机及无级传动装置，尤其是一种带有优化工作模式自动保持功能的偏心摆动式内燃机。 

背景技术

汽车是一种由本身动力驱动，装有驾驶装置，能在固定轨道以外的道路或地域上运送客货或牵引车辆的车辆。现有技术中，汽车的动力装置都采用分级传动，它是通过变速箱分级调节实现的，如在轻型汽车上变速箱的级数通常为4-6级。类似的分级调速实际上也被运用于所有的载重汽车和拖拉机上。在农用拖拉机上，由于生产作业对速度调节提出特别的要求，变速箱常采用10-18个级。变速箱中有限的级数导致发动机在很多情况下处于非最佳工作状态，从而引起油耗的上升。在汽车的行驶过程中从一个级转换到其它的级(频繁换档)，使司机变成了车辆的特殊附属物。轻型汽车上采用的自动变速箱，仅仅能使变速箱内换档过程自动化；为了这个自动化，用户要支付增高的12-15％油耗费用。 

现有的技术文献中描述了大量形形色色的机械的、液压的和电动的无级变速传动机构，它们可以被应用到汽车上以取代分级变速箱。但是，许多先进的汽车生产者在这个方向探索了几十年，正如我们看到的，未能取得预期的效果，它们存在效率低、制造复杂、成本高，功率难以提高或高功率带来高成本，增加了用户的负担。 

目前，一些大型的拖拉机制造商如Fendt，Ferguson иJohn Deere，他们制造的拖拉机发动机功率在250-425马力，带无级调节传动装置已经有几年了。在这些传动中有的采用带伸缩锥盘的(Fendt VARIO)机械的无级变速器，有的采用带有功率分支系统，在分支里使用轴向活塞泵-可调节生产效率的发动机(Auto Power Shift)。这样，似乎无级传动的难题终于得到了令人满意的解决。与此同时，我们要注意到一个事实，即这些无级传动的应用只能在非常大型的拖拉机上。我们没有发现这种传动被应用在功率较小的拖拉机上以及货车和轻型汽车上。 

此外，目前传统的内燃机的驱动链或驱动装置为活塞在气缸内的往复直线运动，通过连杆带动固装在与气缸轴线垂直相交的转动轴上的曲柄，连同转动轴作定向转动，由于连杆偏离气缸轴线的夹角成函数关系的活塞与气缸之间的摩擦力大，因而能耗高，功效低，磨损严重，使用寿命短，必须定期进行大修。 

因此设计一种适用于内燃机车使用的、结构简单、输出功率高的、气缸磨损小且能无级变速的内燃机显得十分必要，而这又涉及到内燃机本身的驱动方式和变速方式的双重变革。 

此外，现有发动机在运行工况变化时无法做到快速调整，使用自动变速箱仅仅是使速度转换实现了自动化，然而它导致燃料消耗上升15％。而且自动速度箱因价格昂贵而不适用于载重汽车与拖拉机上。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种节油效果好、磨损小、寿命长、成本低，并带有优化工作模式自动保持功能的无级调速偏心摆动式内燃机。 

本发明所述的一种具有优化工作模式自动保持功能的偏心摆动式内燃机，包括偏心摆动式内燃机，其特征是还包括离心调节器， 

所述离心调节器包括机械部分和电路部分，其中： 

机械部分包括主轴AB，该主轴AB同偏心摆动式内燃机的飞轮转轴之间进行运动学连接，主轴AB上以铰接方式设置两根相同长度的第一枢轴AM、AM’，两根第一枢轴AM、AM’分别位于主轴AB两侧并与主轴AB处于同一平面，第一枢轴AM、AM’终端有配重M，M’；在两根第一枢轴AM、AM’上分别设有枢轴点C、C’，在枢轴点C、C’处以铰接方式分别设置两根第二枢轴CP、CP’；第二枢轴CP、CP’的末端连接套管P，套管P套主轴AB上并能够沿主轴AB自由移动；套管P端部支撑着金属圆盘D，两者之间为电气绝缘连接； 

电路部分包括：金属圆盘D边缘同第一固定接线柱K1及第二固定接线柱K2接触，当金属圆盘D随套管沿主轴AB滑动时，圆盘边缘则沿上述两个固定接线柱K1、K2表面滑动；第二固定接线柱K2以绝缘点O为中心分为两段，其中第一段O1和第二段O2相互之间电绝缘，当金属圆盘D与绝缘点O接触时，电路中断；第二固定接线柱的第一段O1第二段O2分别通过一个正反转控制电路与电源u及变速器调控电机E1和燃料供应调控电机E2连接，最后连接至第一固定接线柱K1构成闭合回路。 

上述正反转控制电路为：第二固定接线柱的第一段O1通过线路分别并联变速器调控电机E1和燃料供应调控电机E2的第一引脚1，再经第一自动转换开关A2接至电源u正极，电源u负极连接第一固定接线柱K1；第二固定接线柱的第二段O2通 过线路分别并联变速器调控电机E1和燃料供应调控电机E2的第二引脚2，再经第二自动转换开关A1接至电源u正极。 

此外，在电路部分还可以增设有手动控制电路，该电路包括：在电源u负极与第一固定接线柱K1之间设有第一转换开关R1，第一转换开关R1一路连接电源u负极，另一路连接第二转换开关R2；第二转换开关R2一路连接变速器调控电机E1和燃料供应调控电机E2的第一引脚1，另一路连接变速器调控电机E1和燃料供应调控电机E2的第二引脚2。 

而上述的偏心摆动式内燃机有两种技术方案，其一的结构为： 

一种偏心摆动式内燃机，它包括气缸、活塞和连杆，连杆的一端与活塞相连，活塞位于气缸中，连杆的另一端与曲柄相连，其特征是所述的曲柄的支点偏置于气缸轴心线一侧，曲柄在连杆的带动下绕支点轴线往复摆动，曲柄与脉动式无级调速传动装置相连；所述的脉动式无级调速装置至少包括一根第一主动轴1和与该第一主动轴1同轴线布置的第二主动轴2，第一主动轴1或第二主动轴2作为脉动式无级调速装置的输入轴与驱动其摆动的曲柄相连，第一主动轴1和第二主动轴2上分别连接有第一曲臂R和第二曲臂R′，在第一主动轴1和第二主动轴2之间还安装有变向装置；所述的第一曲臂R与第一摇杆6的一端相连，第二曲臂R′与第二摇杆7的一端相连，第一摇杆6的另一端与第一连杆11的一端相连，第二摇杆7的另一端与第二连杆10的一端相连，第一摇杆6和第二摇杆7分别穿装在相应的活动支座9上，两个活动支座9均与带动其在相应的摇杆上移动的变幅驱动机构8相连，第一连杆11的另一端与第一驱动摇杆12的一端相铰接，第二连杆10的另一端则与第二驱动摇杆13的一端相铰接，所述的第一驱动摇杆12和第二驱动摇杆13分别与对应的单向驱动装置的输入端相连，各单向驱动装置均与输出轴16固定相连；所述的第一主动轴1和第二主动轴2均通过相应的单向传动装置与气体分配轴20相连，第一主动轴1或第二主动轴2还与飞轮相连。 

其二的结构为： 

一种带有脉动式无级调速传动装置的偏心摆动式内燃机，它包括气缸、活塞和连杆，连杆的一端与活塞相连，活塞位于气缸中，连杆的另一端与曲柄相连，其特征是所述的曲柄的支点偏置于气缸轴心线一侧，曲柄在连杆的带动下绕支点往复摆动，曲柄与脉动式无级调速传动装置相连；所述的脉动式无级调速装置至少包括一根第一主动轴1和与该第一主动轴1同轴线布置的第二主动轴2，第一主动轴1或第二主动轴2作为脉动式无级调速装置的输入轴与驱动其摆动的曲柄相连，第一主动轴1和第二主动轴2上分别 连接有第一曲臂R和第二曲臂R′，第一曲臂R和第二曲臂R′的长度可调，第一曲臂R和第二曲臂R′可以分别与第一连杆11及第二连杆10的一端相连，第一连杆11及第二连杆10的另一端与第一驱动摇杆12及第二驱动摇杆13相连，第一曲臂R和第二曲臂R′还可以直接分别与第一驱动摇杆12及第二驱动摇杆13相连，第一驱动摇杆12及第二驱动摇杆13分别与对应的单向驱动装置的输入端相连，各单向驱动装置均与输出轴16固定相连；在第一主动轴1和第二主动轴2之间还安装有变向装置；所述的第一主动轴1和第二主动轴2均通过相应的单向传动装置与气体分配轴20相连，第一主动轴1或第二主动轴2还与飞轮相连。 

所述的单向驱动装置为超越离合器或棘轮棘爪装置，所述的棘轮棘爪装置包括棘爪D和驱动棘轮14，所述的驱动棘轮14固定安装在输出轴16上，所述的棘爪D安装在对应的驱动摇杆上，所述的驱动摇杆的一端与对应的连杆相铰接，驱动摇杆的另一端可转动地支承在输出轴16上。 

所述的变向装置为锥齿轮变向装置，它由分别安装在所述的第一主动轴1和第二主动轴2上的第一锥齿轮3和第二锥齿轮4及安装在内燃机调速装置外壳上的变向锥齿轮5组成，第一锥齿轮3和第二锥齿轮4分别从变向锥齿轮5的两侧与其相啮合。 

所述的变向装置为圆柱齿轮变向装置，它由齿轮3’，4’，5’，6’，8’和齿轮轴7’，9’组成，齿轮3’与第一主动轴1相连并与齿轮5’相啮合，齿轮6’和齿轮5’同轴安装，齿轮8’安装在轴9’上并分别与齿轮6’及齿轮4’啮合，齿轮4’与第二主动轴2相连。 

所述的变幅驱动机构8为滑块式驱动机构或转轴式驱动机构。 

所述的第一曲臂R的传动比调节机构包括斜齿轮3″，6″，它们均安装在第一主动轴1上并分别与对应的齿轮4″，5″相啮合，齿轮4″，5″同时安装在轴2″上，轴2″与手动驱动装置相连，第一主动轴1上还安装有曲拐，曲拐的颈部套装有轴套8″，轴套8″通过齿轮7″，10″与齿轮6″相连，第一摇杆6或第二摇杆7套装在轴套8″。 

所述的脉动式无级调速装置由两个对称相同的装置组成，它有四个输入轴，每个输入轴均与对应的曲柄相连，且对称布置在输出轴16的两侧。 

根据内燃机气缸数量的不同，气缸在脉动式无级调速装置输入轴上的布置方式有： 

A、所述的内燃机为四个四冲程气缸结构时，四个气缸中的第一气缸和第三气缸的摆动式曲柄与第一主动轴相连，第二气缸和第四气缸的摆动式曲柄与第二主动轴相连； 

B、所述的内燃机为二个四冲程气缸结构时，两个气缸的摆动式曲柄分别与对称布置在输出轴16两侧的第一主动轴1和第三输入轴17相连； 

C、所述的内燃机为八个四冲程气缸双排布置结构时，所述输出轴16的二侧对称布置有两个均与其相连的脉动式无级调速装置，八个气缸分别通过相应的摆动式曲柄与四个输入轴即第一主动轴1、第二主动轴2、第三输入轴17和第四输入轴18相连，每个输入轴上连接有两个具有额定相位差的摆动式曲柄。 

本发明的有益效果： 

本发明通过优化工作模式自动保持装置和偏心摆动式内燃机的结合，能自动调节发动机始终处于最佳工作状态，使发动机在工作中的燃料消耗和有害气体排放始终处于最低水平。具体性能为： 

-无级调速范围非常宽，(从输出轴的零转数到指定的最大值)，这个性能得以实现是应用了脉冲无级变速器，它是发动机不可分割的一部分。而无级调节的难题直到本发明之前一直没能找到令人满意的解决办法。 

-取消了分级的变速箱； 

-取消了离合器； 

-从一种速度转换到其它速度得以完成不用断开运动学电路(链)； 

-降低汽缸活塞摩擦力5倍，仅此可减少燃料消耗15％，发动机零部件的磨损和热力强度下降，这些性能是采用曲柄结构偏心配置的结果； 

-传动装置的外廓尺寸与重量降低大约20％； 

-按照粗略地估计，装有本发明传动装置的轻型汽车价格比同类的混合汽车价格将便宜3-4倍。 

本发明可广泛用于所有使用内燃机的交通工具，如汽车，摩托车和拖拉机等，建立无级调节传动装置，与此同时实现车辆在行使中从最大速度到零速度的宽广区域的可调节，就像使用现有已知的传动装置时，在未切断传动链时经常发生的那样，即发动机在工作中，而车轮却静止不动。本发明同样还适用于石油、航空等各类使用内燃机的机械设备。 

附图说明

图1是本发明中优化工作模式自动保持装置的示意图。 

图2是本发明的无级传动装置示意图。 

图3是本发明的气缸活塞运动机构示意图。 

图4是本发明的圆柱齿轮变向机构示意图。 

图5是本发明的第一曲柄R或第二曲柄R’的变径机构示意图之一。 

图6是本发明的第一曲柄R或第二曲柄R’的变径机构示意图之二。 

图7是本发明在四冲程四缸单排布置发动机中的应用原理图。 

图8是本发明在四冲程四缸双排布置发动机中的应用原理图。 

图9是本发明在四冲程八缸双排布置发动机中的应用原理图。 

图10是本发明在四冲程六缸单排布置发动机中的应用原理图。 

图11是本发明在摩拖车中的应用原理图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 

如图1所示，本发明中的优化工作模式自动保持装置主要包括了离心调节器、变速器调控电机E1和燃料供应电机E2，其中： 

离心调节器部分的主轴AB上以铰接方式固定有两个相同长度的第一枢轴AM、AM’，第一枢轴末端设有负载M、M’。第一枢轴上点C处以铰接方式固定有第二枢轴CP、CP’。第二枢轴末端为套管P，它可以沿主轴AB自由运动。调节器以角速度ω绕主轴AB旋转(图1中未标明电机转轴处的主轴驱动)。角速度ω改变时，第一枢轴在离心力变化的情况下张角α改变，因而套管P的状态发生变化。 

装置共有如下五种工作模式： 

-模式1，拥有最优传动效率。 

-模式2，若电机负载减小，则退出最优传动作业模式并自动返回模式1. 

-模式3，若电机负载增大，则退出最优传动作业模式并自动返回模式1. 

-模式4，自动作业系统断开，手动控制模式开启，以减小电机功率。 

-模式5，自动作业系统断开，手动控制模式开启，以增加电机功率。 

变速器调控电机E1和燃料供应机构电机E2构成的电气控制系统包括有电流源u，譬如蓄电池，上述电机供电电路，等等。套管P支撑着金属圆盘D，两者之间为电气绝缘连接。金属圆盘D同第一固定接线柱K1及第二固定接线柱K2接触，当金属圆盘D随套管沿主轴AB滑动时，圆盘边缘则沿上述两个固定接线柱K1、K2表面滑动。其电路包括自动转换开关A1和A2，它们可以自动闭合或断开电路，且不受限于任何工作模式，转换开关R1可从自动控制模式切换至手动模式，而转换开关R2手动工作模式下电机E1和E2转轴旋转方向的切换。 

第二固定接线柱K2以绝缘点O为中心分为两段，且第一段O1和第二段O2相 互之间电绝缘。当金属圆盘D在处于绝缘点O处位置时，电路中断。 

该装置以如下方式工作： 

1、自动工作状态 

在自动工作状态时，使转换开关R1位于R1.1位置，即当电路C1闭合至能够确保装置处于自动工作模式的位置。汽车运行后，在正常工作状态时，装置处于模式1，即最优传动工作模式，此时金属圆盘D所在的位置正好使金属圆盘同第二固定接线柱K2的绝缘触点O接触。 

在如下时间段，应切换至模式2，即，当汽车运动阻力的力矩下降时，应据此操作。在既定功率下，当汽车运动阻力减小时，会造成发动机转轴转速升高。进而造成离心调节器主轴AB转速的升高。其结果是，第一枢轴AM、AM’的张角α增大，即α大于绝缘点O所对应的第一枢轴张角α₀，该α₀为最优传动工作模式下的张角。此时，套管P沿离心调节器主轴AB上升，在滑行过程中，金属圆盘D同套管P一起，沿K2占据了接头K2段O1的位置。在电路C2电压作用下，自动转换开关A1闭合电路C3，自动转换开关A2在相同电压作用下断开电路C5，从而开启电机E1和E2。电源u的电流顺电路C1流至接头К1和金属圆盘D，顺电路C2流至段O1和接头К2，以及电机E1和E2的接头1，然后自电机E1和E2的接头2开始，顺电路C3流至电源正极接头，如此构成电流闭合回路。为使金属圆盘D返回最优工作模式的位置，应使变速器调控的电机E1的转轴向增大齿轮速比的方向转动，而燃料供应调节电机E2的转轴向减少燃料供给的方向转动，也即降低发动机功率。 

现在考察另一情形：模式3，即汽车行驶阻力力矩增大的情形。在电路C4电压的作用下自动转换开关A1断开电路C3，自动转换开关A2则在同一电压作用下闭合电路C5。作类似推论，我们可以得出如下结论，即金属圆盘D将在段O2处同接头К2接触，此时，为了将圆盘D复位至其能够接触点O，应当将电机置于相反方向，即换向。此时电源и的电流顺电路C1流至接头К1，金属圆盘D和接头К2段O2，电路C4，电机E1和E2的触点2，然后自电机触点1开始顺电路C5流至电源u正极。此时，通向电机E1和E2的触点1和2的电流发生了改变，因此，其转轴将向相反方向旋转，电机E1将降低变速器齿轮速比，电机E2将增大燃料供给。其结果是，套管P沿主轴AB滑向接头K2的点O。也就是说，在增大的功率条件下，电机恢复最优工作模式。 

为了在必要时切换至传动轴手动控制模式，需要将转换开关R1置于R1.2位置。此时自动控制断开，手动控制开启。电机旋转方向取决于转换开关R2的位置。 

模式4在转换开关处于R2.1位置时生效，即电路C6闭合，自动转换开关A1在电路C6的电压作用下闭合电路C3，自动转换开关A2在同一电压作用下断开电路C5，电流流向电机E1和E2的接点1，然后自电机E1和E2的接点2开始顺电路C7和C3流至电源正极。 

当转换开关R2位于R2.2位置，电流顺电路C8流动，自动转换开关A1在电压作用下断开电路C3，自动转换开关A2在相同电压作用下闭合电路C5，此时电流流向电机E1和E2的接点2，然后自电机接点1开始，顺电路C9流向电源u正极。 

如果需要对每个电机进行独立控制，则必须再额外设置两个转换开关。 

下面再对本发明中的偏心摆动式内燃机进行详细描述。 

如图4、5、6、7所示，一种带有脉动式无级调速传动的偏心摆动式内燃机，包括内燃机本体和与内燃机本体相连的传动装置，其中内燃机本体又包括气缸和位于气缸中的活塞，活塞与连杆相连，所述的连杆与绕支点摆动的曲柄相连，曲柄与传动装置的输入轴相连，传动装置的输出轴与被驱动部件相连，所述的传动装置为脉动式无级调速装置；所述的脉动式无级调速装置包括两根同轴线布置的第一主动轴1和第二主动轴2，第一主动轴1和第二主动轴2作为脉动式无级调速装置的输入轴与驱动其摆动的曲柄相连，第一主动轴1和第二主动轴2上分别连接有第一曲臂R和第二曲臂R′，在第一主动轴1和第二主动轴2之间还安装有变向锥齿轮组，该变向锥齿轮组由分别安装在所述的第一主动轴1和第二主动轴2上的第一锥齿轮3和第二锥齿轮4及安装在内燃机本体上的变向锥齿轮5组成，第一锥齿轮3和第二锥齿轮4分别从变向锥齿轮4的两侧与其相啮合；所述的第一曲臂R与第一摇杆6的一端相连，第二曲臂R′与第二摇杆7的一端相连，第一摇杆6的另一端与第一连杆11的一端相连，第二摇杆7的另一端与第二连杆10的一端相连，第一摇杆6和第二摇杆7分别穿装在相应的活动支座9上，两个活动支座9均与带动其在相应的摇杆上移动的变幅驱动机构8(可采用图中所示的滑块式驱动机构，也可采用转轴式驱动机构)相连，第一连杆11的另一端与第一驱动摇杆12的一端相铰接，第二连杆10的另一端则与第二驱动摇杆13的一端相铰接，在所述的第一驱动摇杆11和第二驱动摇杆10上分别安装有相应的第一棘爪D和第二棘爪D′，第一棘爪D与第一驱动棘轮14相配合，第二棘爪D′与第二驱动棘轮15相配合，所述 的第一驱动棘轮14和第二驱动棘轮15同时安装在作为传动装置输出轴的轴16上。所述的第一主动轴1和第二主动轴2均通过相应的传动装置(可采用齿轮传动，也可采用皮带轮传动，还可采用图7中所示的棘轮棘爪加上皮带传动的形式)与气体分配轴20相连，第一主动轴1或第二主动轴2还与飞轮F相连。如图7所示。 

具体实施时，所述的变向机构附了可采用图2、7中所示的锥齿轮变向外，还可采用图4所示的圆柱齿轮变向机构，它由齿轮3’，4’，5’，6’，8’和齿轮轴7’，9’组成，齿轮3’与第一主动轴1相连并与齿轮5’相啮合，齿轮6’和齿轮5’同轴安装，齿轮8’安装轴轴9’上并分别与齿轮6’及齿轮4’啮合，齿轮4’与第二主动轴2相连。 

具体实施时，为了实现无级变速，除了采用图2、7中所示的变幅驱动机构8通过调整第一摇臂6及第二摇臂7的杠杆比进行无级调速外，还可通过改变改变第一曲臂R及第二曲臂R′长度的方法加以实现，具体实施时可仅采用其中的一种进行无级调速，也可同时采用二种方法进行无级调速。图5、6是二种不同的臂长调整机构原理示意图，此时，第一曲臂R和第二曲臂R′或者分别与第一连杆11及第二连杆10的一端相连，第一连杆11及第二连杆10的另一端与第一驱动摇杆12及第二驱动摇杆13相连，第一曲臂R和第二曲臂R′也可以直接与第一驱动摇杆12及第二驱动摇杆13相连，第一驱动摇杆12及第二驱动摇杆13分别与对应的单向驱动装置的输入端相连，各单向驱动装置均与输出轴16固定相连。图5所示的长度调节机构包括斜齿轮3″、6″，它们均安装在第一主动轴1或第二主动轴2上并分别与对应的齿轮4″、5″相啮合，齿轮4″、5″同时安装在轴2″上，轴2″与手动驱动装置相连，第一主动轴1上还安装有曲拐，曲拐的颈部套装有轴套8″，轴套8″通过齿轮7″、10″与齿轮6″相连，第一摇杆6或第二摇杆7的一端则套装在轴套8″上，当第一主动轴1带动曲拐摆动时同时带动轴套8″摆动，轴套8″又带动第一摇臂6或第二摇臂7摆动，改变轴套8″离第一主动轴1或第二主动轴2的距离，即可实现调速的目的。图6是另一个更为简单的臂长调整机构，它包括与第一主动轴1或第二主动轴2摆动的曲拐31及气缸32，气缸32安装在曲拐上并随曲拐同步摆动，气缸32的活塞杆33与第一摇杆6或第二摇杆7相铰接，气缸带动活塞杆移动，从而改变第一摇杆6或第二摇杆7的摆动端与第一主动轴1或第二主动轴2轴心线之间的距离，从而改变第一摇杆6或第二摇杆7的摆幅，达到变速的目的。 

下面结合图2、3对本发明的基本工作原理作进一步的说明。 

本发明的脉动式无级调速装置有两个主动轴即第一主动轴1(以下简称轴1)和第 二主动轴2(以下简称轴2)，位于同一个几何轴线OO上，在箱体的不同侧面。每一个轴上带有曲柄R和R′和锥形轮3或4(在轴1有轮3，在轴2有轮4，锥形轮3、4也可采用由圆柱齿轮组成的变向机构，如图4)。锥形轮3和4与锥形轮5啮合，它的轴线在箱体上。锥形轮3、4和5形成锥形变向机构。这样，轴1和2与锥形回动机构彼此联系。这意味着，如果轴1顺时针方向旋转，则轴2就逆时针方向旋转。轴1和2的曲柄R、R′与摇杆6和7连接，摇臂有支座9。支座9位于滑块8(相当于手动或脚动变速操纵杆)中的同一几何轴线O1O1上，滑块8通过相应的调节机构可在垂直方向移动(在图2上没有表示调节机构)。支座9保证摇杆6和7在摆动和前进运动中自由活动。摇杆6和7相应地在A1和A2点上与连杆10和11连接。每一根连杆的另一端与摇杆12和13连接。相应地，摇杆12和13装在变速器输出轴16上，它们带有零件棘轮D，两个棘轮D与轮14、15相互作用，轮14或15称为制逆轮(即单向轮，用于驱动轴16单方向转动)，摇杆12与安装在他上面的棘轮D和制逆轮14(摇杆13也与位于其上的棘轮D与制逆轮14)一起形成单向齿轮驱动机构，以便只在一个方向上传动从连杆11或10到轴16的旋转(按照图2顺时针方向)，此处的棘轮棘爪机构还可采用类似于自行车后轮上安装的超越离合器(简称飞)加以实现。 

图2中的棘轮机构可采用专业公司专业生产的类似产品。 

本发明的脉动式无级调速装置的工作原理是：轴1和2只进行摆动，在每个时间段只有一个是主动轴。例如，假定在指定时段轴1是主动轴，这时轴1在顺时针方向摆动中的转动导致轮14旋转，也就是说轴16也是顺时针方向，而轴1逆时针方向的转动时棘轮机构不会将运动传到16轴。由于轴1和2彼此用锥形回动机构联系，所以轴1顺时针方向的转动将导致轴2逆时针方向转动，因此这种转动不会传给轴16。相反，轴1逆时针方向的转动将导致轴2顺时针方向转动，且这种转动导致轴16旋转。这样，轴1向两侧摆动导致轴16在同一个方向上旋转。 

本发明的脉动式无级调速装置通过滑动支座8的位移或通过调节曲臂的长短来实现无级变速，图2、7中所示的是通过滑动支座8的位移来实现无级调速的，这时摇杆6和7的臂比同步变化。这样，当曲柄R(和R′)的摆动幅度固定时，A1和A2点的摆动幅度在需要的方向上变化，从而摇杆12和13的摆动幅度改变，这意味着在这些摇臂的一个摆动内，轴16的转动角度也改变。研制试验表明，当A1和A2点不动，滑动支座8的位置也可能改变。这意味着当轴1摆动幅度不变时，轴16仍然不动。这样， 在所本发明的无级变速器中，调节范围可以在传动系数为1(当滑动支座8位置在摇杆6以及7的中点时)到等于无限大(当滑动支座在A1和A2点时)范围内实现。 

当支座9为固定不动时，可采用本发明的图5、6所示的改变曲臂R长度的装置来实现无级调整，由于曲臂R或R’的长度可无级调整，因此，作为变速机构的输入速度可以无限调整，其输出也相应地同比例地增大或减少。 

为了保证上述的无级变速机构能正常工作，本发明的内燃机与普通内燃机也应有区别。常规的发动机气缸中的活塞在燃料蒸气压力下使得曲轴转动，而本发明的气缸活塞可使曲轴只进行摆动，这是由上述变速机构的工作原理确定的。 

如图3所示，假定活塞直径为d，活塞行程为h和连杆长度为l的曲柄连杆机构，在两种内燃机中由d，h和l参数同样的条件形成曲柄连杆机构，从这两种内燃机的比较来看，在图3中，让曲轴r的曲柄在活塞行程h中以摆动角度例如90°进行摆动，这时不难看出，在该曲柄连杆机构中曲柄的摆动中心O点位于以O1点为圆心，半径为h/2的圆上。 

一般来说，曲柄的摆动角度将取决于曲柄旋转中心在OO1直线或其延长线的位置。那些曲柄旋转点对于O1点发生位移的内燃机被称之为偏心内燃机，而从O1点到O点的距离被称之为偏心距。正如从以下论述中可以明白，在与脉动式无级调速装置相配时，偏心距可以选择任何不等于零的数，但是，它应该与内燃机气体分配轴工作相一致。 

本发明的内燃机汽缸进行往复运动的活塞运动机构如图3所示，曲柄r作用到活塞上的力为P，它的分力为PC，分力PC把活塞压向汽缸壁，并决定着活塞运动时与汽缸壁之间产生的摩擦力的大小。分力PC是连杆与垂直线nO1的偏向角β的函数。不难看出，在本发明的气缸连杆中偏向角β大大小于传统的气缸连杆的偏向角。在本发明的摆动式曲柄连杆活塞组中，角度的减少意味着摩擦力做的功也要下降，这就可以使得活塞与气缸的摩擦磨损相应的减少，其耐久性得到相应的提高，机械效率也得到相应的提高，从而带来燃料消耗的减少和零件较低的发热强度损失等一系列优点。 

上述的脉动式无级调速装置与曲柄摆动式内燃发动机一起形成本发明所推荐的内燃机的主要部分。这些传动的其它部分(如末档，差速器等等)没有结构革新，尽管其参数有所不同，但均与现有技术相同或可采用现有技术加以解决，因此，在所附的示意图中也没有加以标示。 

实施例三。 

如图8所示。 

一种四冲程四缸单排内燃机的传动装置(图8)含有按照其工作顺序编号的汽缸P1，P2，P3，P4。脉动式无级调速装置按照以下方式安装在传动装置中；汽缸P4和P2位于脉动式无级调速装置的一则，而汽缸P1和P3位于另一则。脉动式无级调速装置的主动轴1和2与普通连杆3和摆动式曲柄4相连，曲柄4’的摆动幅度取α＝90°。 

为了驱动飞轮26(没有它内燃机不能工作)，有一个曲柄摇臂机构，它与输入轴1相连，这个机构的传动比用以下方式确定：当摇臂27从一个极限位置摆动到另一个极限位置时，与飞轮26相连的曲柄25转角180度。 

配气阀的操作由气体分配轴20实现。气体分配轴20或者由输入轴1带动，或者是输入轴2带动旋转。在轴1和2上布置了棘轮停止器13，它们取决于轴1和2的旋转方向或者驱动齿轮18’和19。 

本实施例的工作方式为：假设工作冲程是在某一时间段在汽缸P1完成，这时在汽缸P2也要完成工作混合物的压缩冲程，在汽缸3----吸气冲程，在汽缸4----排气冲程。为了完成这些冲程，轴1和2应该旋转到不同的侧面，而且它们的摆动幅度应该是相等的。在脉动式无级调速装置中完全能满足这个条件，因为它有锥形回动机构。当汽缸P1结束工作冲程的那一时刻，汽缸P2也结束压缩冲程并开始它的工作冲程，这意味着轴2开始顺时针方向旋转，而轴1逆时针方向旋转，而且在汽缸P1和P3中将进行排气和压缩冲程，相应地，汽缸P4开始吸气。以下依次在汽缸P3和P4中完成工作冲程。所有这些冲程按照四冲程四缸内燃机的工作原理完成。在那些发动机需要补充飞轮能量的情况下，这由飞轮26摇臂27和轴1的驱动自动进行。 

配气轴20只能向一个方向旋转，因为它或者是由驱动轴1或者是驱动轴2驱动的，其作用时按照内燃机的作用原理，打开阀门并点燃燃料混合物。 

如果减少内燃机的轴向尺寸有意义，则在发动机中可采用已有方式。在有必要按照图4减少发动机轴向尺寸的情况下，则可以建议用按照图5的传动方式。在这种方式中利用同样的脉动式无级调速装置。汽缸P1和P3位于轴1的一侧，汽缸P2和P4位于另一侧。 

实施例四。 

如图9所示。 

本实施例的无级变速机构有一个输出轴16和四个主动轴(轴1，2，17和18)，八缸依次的工作冲程传到一个输出轴16上，为了让滑块8同时垂直移动，可在变速机构的左右两部分各设有一个滑块或转角式变幅机构(可采用现有技术加以实现)。 

本实施例的工作过程为(如图9)：一排汽缸(假设这是P1，P2，P3和P4驱动脉动式变速机构中的轴1和2，这正如图6所描述的，汽缸P5，P6，P7和P8形成第二排，它们驱动脉动式变速机构的轴17和18，这正如同在第一排所发生的，但是，第二排的工作在一个冲程内对于第一排的相位移为摇臂4的一半转角，亦即在所分析的实例中转角45°。为了实现这个相位移，在工作中左右排汽缸的气体分配轴20要彼此传动联系，例如，用齿或链传动(图9上未示出，可采用现有技术加以实现)。 

实施例五。 

如图10所示。 

图10所示为布置成一排的六缸四冲程内燃机传动机构的结构形式，在这种结构形式中汽缸P1，P3，P5位于脉动式变速机构的一侧驱动轴1，而汽缸P2，P4，P6位于脉动式变速机构的另一侧驱动轴2。配气轴20和飞轮26也进行驱动，这正如同四缸一排发动机所描述的一样(图2)。设令摇臂4的摆动角度α＝120°即可实现。 

这种六缸发动机的工作特点是在每个汽缸中的工作循环具有四个冲程，六个汽缸。因此，为了保证工作冲程的连续性，以保障发动机最均匀的工作，建议进行被称之为“空“冲程。 

以下说明表1。表1中各行是汽缸的编号和每个汽缸所完成的冲程。从表中可以看出，发动机中工作冲程正是按照所要求的顺序完成的。 

以汽缸P1的工作为例来分析一下是怎么做到这一点的。在汽缸P1中在吸气冲程后指定两个空冲程，空冲程是由气体分配轴的相应构造来保证。例如，在这种构造下在这个汽缸中阀门关闭。这时，在汽缸P1工作中两个空冲程是要完成空气压缩或燃料混合冲程以及随后的膨胀。完成这些空冲程的功的消耗是最小的，因为在压缩时结束的功在膨胀时恢复。在这些空冲程之后应该是压缩和工作冲程。在每一个汽缸中都是这样进行的。引入空冲程似乎把四冲程发动机变成六冲程发动机。 

同理，本发明还可用于制造12汽缸四冲程的传统机构，此时可以按照类似于图7上所示的结构形式进行。这种形式每一排有六个汽缸，且在一排汽缸的工作中相位移相对于另一排应该是60°。 

表1： 

同理，实施例四至实施例五中的变向机构、变速机构均可参照实施例二的内容进行相应的替换。 

实施例六。 

如图11所示。 

本实施例与实施例二的工作原理相同，其不同点是利用两套完全相同的脉动式无级调速装置同时驱动输出轴16，为了实现这一目的，本实施例的连杆10、11进行了延长，输入轴同时增加了两根，分别为第三输入轴17和第四输入轴18，这种机构用于与多缸结构的内燃机配套使用，以提高其输出功率，增加输出速度，由图6中可看出，本实旋例的脉动式无级调速装置实际上是实施一同时对称设置在输出轴16的两侧。 

当发动机只有两个气缸(如摩托车)时，则十分适用于本实施例的形式。如果工作冲程是在汽缸P1中完成，而在汽缸P2中进行压缩冲程，则以下工作冲程是活塞P2完成的，在这两个冲程之后靠飞轮的能量完成运动。 

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。 

Claims (10)

1.一种具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，包括偏心摆动式内燃机，其特征是还包括离心调节器，

所述离心调节器包括机械部分和电路部分，其中：

机械部分包括主轴(AB)，该主轴(AB)同偏心摆动式内燃机的飞轮转轴之间进行运动学连接，主轴(AB)上以铰接方式设置两根相同长度的第一枢轴(AM、AM’)，两根第一枢轴(AM、AM’)分别位于主轴(AB)两侧并与主轴(AB)处于同一平面，第一枢轴(AM、AM’)终端有配重(M，M’)；在两根第一枢轴(AM、AM’)上分别设有枢轴点(C、C’)，在枢轴点(C、C’)处以铰接方式分别设置两根第二枢轴(CP、CP’)；第二枢轴(CP、CP’)的末端连接套管(P)，套管(P)套主轴(AB)上并能够沿主轴(AB)自由移动；套管(P)端部支撑着金属圆盘(D)，两者之间为电气绝缘连接；

电路部分包括：金属圆盘(D)边缘同第一固定接线柱(K1)及第二固定接线柱(K2)接触，当金属圆盘(D)随套管沿主轴(AB)滑动时，金属圆盘边缘则沿上述两个固定接线柱(K1、K2)表面滑动；第二固定接线柱(K2)以绝缘点(O)为中心分为两段，且第一段(O1)和第二段(O2)相互之间电绝缘，当金属圆盘(D)与绝缘点(O)接触时，电路中断；第二固定接线柱的第一段(O1)和第二段(O2)分别通过一个正反转控制电路与电源(u)及变速器调控电机(E1)和燃料供应调控电机(E2)连接，最后连接至第一固定接线柱(K1)构成闭合回路。

2.根据权利要求1所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征在于所述正反转控制电路为：第二固定接线柱的第一段(O1)通过线路分别并联变速器调控电机(E1)和燃料供应调控电机(E2)的第一引脚(1)，再经第一自动转换开关(A2)接至电源(u)正极，电源(u)负极连接第一固定接线柱(K1)；第二固定接线柱的第二段(O2)通过线路分别并联变速器调控电机电机(E1)和燃料供应调控电机(E2)的第二引脚(2)，再经第二自动转换开关(A1)接至电源(u)正极。

3.根据权利要求2所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征在于电路部分还设有手动控制电路，该电路包括：在电源(u)负极与第一固定接线柱(K1)之间设有第一转换开关(R1)，第一转换开关(R1)一路连接电源(u)负极，另一路连接第二转换开关(R2)；第二转换开关(R2)一路连接变速器调控电机(E1)和燃料供应调控电机(E2)的第一引脚(1)，另一路连接变速器调控电机(E1)和燃料供应调控电机(E2)的第二引脚(2)。

4.根据权利要求1、2或3所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征是所述偏心摆动式内燃机包括气缸、活塞和连杆，连杆的一端与活塞相连，活塞位于气缸中，连杆的另一端与曲柄相连，其特征是所述的曲柄的支点偏置于气缸轴心线一侧，曲柄在连杆的带动下绕支点轴线往复摆动，曲柄与脉动式无级调速传动装置相连；所述的脉动式无级调速装置至少包括一根第一主动轴(1)和与该第一主动轴(1)同轴线布置的第二主动轴(2)，第一主动轴(1)或第二主动轴(2)作为脉动式无级调速装置的输入轴与驱动其摆动的曲柄相连，第一主动轴(1)和第二主动轴(2)上分别连接有第一曲臂(R)和第二曲臂(R′)，在第一主动轴(1)和第二主动轴(2)之间还安装有变向装置；所述的第一曲臂(R)与第一摇杆(6)的一端相连，第二曲臂(R′)与第二摇杆(7)的一端相连，第一摇杆(6)的另一端与第一连杆(11)的一端相连，第二摇杆(7)的另一端与第二连杆(10)的一端相连，第一摇杆(6)和第二摇杆(7)分别穿装在相应的活动支座(9)上，两个活动支座(9)均与带动其在相应的摇杆上移动的变幅驱动机构(8)相连，第一连杆(11)的另一端与第一驱动摇杆(12)的一端相铰接，第二连杆(10)的另一端则与第二驱动摇杆(13)的一端相铰接，所述的第一驱动摇杆(12)和第二驱动摇杆(13)分别与对应的单向驱动装置的输入端相连，各单向驱动装置均与输出轴(16)固定相连；所述的第一主动轴(1)和第二主动轴(2)均通过相应的单向传动装置与气体分配轴(20)相连，第一主动轴(1)或第二主动轴(2)还与飞轮相连。

5.根据权利要求1、2或3所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征是所述偏心摆动式内燃机包括气缸、活塞和连杆，连杆的一端与活塞相连，活塞位于气缸中，连杆的另一端与曲柄相连，所述的曲柄的支点偏置于气缸轴心线一侧，曲柄在连杆的带动下绕支点往复摆动，曲柄与脉动式无级调速传动装置相连；所述的脉动式无级调速装置至少包括一根第一主动轴(1)和与该第一主动轴(1)同轴线布置的第二主动轴(2)，第一主动轴(1)或第二主动轴(2)作为脉动式无级调速装置的输入轴与驱动其摆动的曲柄相连，第一主动轴(1)和第二主动轴(2)上分别连接有第一曲臂(R)和第二曲臂(R′)，第一曲臂(R)和第二曲臂(R′)的长度可调，第一曲臂(R)和第二曲臂(R′)分别与第一连杆(11)及第二连杆(10)的一端相连，第一连杆(11)及第二连杆(10)的另一端与第一驱动摇杆(12)及第二驱动摇杆(13)相连，第一驱动摇杆(12)及第二驱动摇杆(13)分别与对应的单向驱动装置的输入端相连，各单向驱动装置均与输出轴(16)固定相连；在第一主动轴(1)和第二主动轴(2)之间还安间还安装有变向装置；所述的第一主动轴(1)和第二主动轴(2)均通过相应的单向传动装置与气体分配轴(20)相连，第一主动轴(1)或第二主动轴(2)还与飞轮相连。

6.根据权利要求4所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征是所述的单向驱动装置为超越离合器或棘轮棘爪装置，所述的棘轮棘爪装置包括棘爪(D)和驱动棘轮(14)，所述的驱动棘轮(14)固定安装在输出轴(16)上，所述的棘爪(D)安装在对应的驱动摇杆上，所述的驱动摇杆的一端与对应的连杆相铰接，驱动摇杆的另一端可转动地支承在输出轴(16)上。

7.根据权利要求4所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征是所述的变向装置为锥齿轮变向装置，它由分别安装在所述的第一主动轴(1)和第二主动轴(2)上的第一锥齿轮(3)和第二锥齿轮(4)及安装在内燃机调速装置外壳上的变向锥齿轮(5)组成，第一锥齿轮(3)和第二锥齿轮(4)分别从变向锥齿轮(5)的两侧与其相啮合。

8.根据权利要求4所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征是所述的变向装置为圆柱齿轮变向装置，它由齿轮(3’，4’，5’，6’，8’)和齿轮轴(7’，9’)组成，齿轮(3’)与第一主动轴(1)相连并与齿轮(5’)相啮合，齿轮(6’)和齿轮(5’)同轴安装，齿轮(8’)安装在轴(9’)上并分别与齿轮(6’)及齿轮(4’)啮合，齿轮(4’)与第二主动轴(2)相连。

9.根据权利要求5所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征是所述的第一曲臂(R)的传动比调节机构包括斜齿轮(3″，6″)，它们均安装在第一主动轴(1)上并分别与对应的齿轮(4″，5″)相啮合，齿轮(4″，5″)同时安装在轴(2″)上，轴(2″)与手动驱动装置相连，第一主动轴(1)上还安装有曲拐，曲拐的颈部套装有轴套(8″)，轴套(8″)通过齿轮(7″，10″)与齿轮(6″)相连，第一摇杆(6)或第二摇杆(7)套装在轴套(8″)。

10.根据权利要求4所述的具有优化工作模式的偏心摆动式内燃机，其特征是根据内燃机气缸数量的不同，气缸在脉动式无级调速装置输入轴上的布置方式有：

A、所述的内燃机为四个四冲程气缸结构时，四个气缸中的第一气缸和第三气缸的摆动式曲柄与第一主动轴相连，第二气缸和第四气缸的摆动式曲柄与第二主动轴相连；

B、所述的内燃机为二个四冲程气缸结构时，两个气缸的摆动式曲柄分别与对称布置在输出轴(16)两侧的第一主动轴(1)和第三输入轴(17)相连；

C、所述的内燃机为八个四冲程气缸双排布置结构时，所述输出轴(16)的二侧对称布置有两个均与其相连的脉动式无级调速装置，八个气缸分别通过相应的摆动式曲柄与四个输入轴即第一主动轴(1)、第二主动轴(2)、第三输入轴(17)和第四输入轴(18)相连，每个输入轴上连接有两个具有额定相位差的摆动式曲柄。

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