CN102094709B - 活塞杠杆式发动装置 - Google Patents

Abstract

活塞杠杆式发动装置涉及汽柴油发动机的发动装置，特别是发动机的活塞杠杆式能量转换机构及配气机构。包括机体、气缸活塞装置，其特殊之处在于气缸活塞装置对称设置在机体的左右两侧，在机体的顶部设置有杠杆，杠杆的两端与气缸活塞装置中的活塞的连杆相铰连，在机体的中上部内的润滑箱内设有输出轴、输出轴上设有输出轴齿轮，在输出轴齿轮左右两侧对称设有与其相啮合的驱动齿轮，两驱动齿轮分别通过曲柄与杠杆相铰连。它能大大提高输出的力矩和活塞推力的传递效率，输出平稳无振动，避免了采用曲轴所产生的振动问题，其输出转速不受活塞行程的约束，可设计成高转速输出，也可设计成低转速输出，且结构简单，造价低廉，使用寿命长，维修方便。

Description

活塞杠杆式发动装置

技术领域

本发明涉及汽柴油发动机的发动装置，特别是发动机的活塞杠杆式能量转换机构及配气机构。

背景技术

发动装置是发动机将化学能转换成机械能的重要装置，其性能的优劣，直接决定了发动机能输出的扭矩和功率的大小以及燃油能量转换效率的高低。现有的各类车辆、船舶发动机，其发动装置都是采用的活塞、曲柄式结构，燃油在汽缸内燃烧，燃烧产生的推力推动活塞运动，活塞通过连杆将推力传递给曲轴变成机械能向外输出。这种机械能又称旋转动能，其大小与曲轴的转速与扭矩的大小成正比，而扭矩的大小与活塞连杆与曲轴的作用点到曲轴中心距离即力矩臂成正比，力矩臂越大，曲轴所产生的离心惯性力也越大，而机械产生的振动也越大。因此现有技术将曲轴的力矩臂均设计得比较小，同时现有技术的活塞连杆作用于曲轴形成的扭矩是连杆、曲柄与活塞销中心点到曲轴回转中心点连线的夹角之和的正弘函数，其平均扭矩只有最大扭矩的64%，活塞产生的推力转化为机械能的效率不高，燃油的经济性较差。因此，现有技术是靠增加气缸的数量来提高输出扭矩，增加输出功率的。而增加气缸却带来了一系列问题：一是增加燃料消耗；二是增加发动机的体积和重量；三是给散热带来难度；四是增加成本和造价。

发明内容

本发明的目的在于公开一种能提高发动机能量转换效率和燃油经济性的、在不增加气缸数量的前提下，可有效提高输出扭矩和功率的、运行非常平稳的、容易散热的、体积小、重量轻、造价低的活塞杠杆式发动装置。

本发明的技术解决方案是：活塞杠杆式发动装置，包括机体、气缸活塞装置，其特殊之处在于气缸活塞装置对称设置在机体的左右两侧，在机体的顶部设置有杠杆，杠杆的两端与气缸活塞装置中的活塞的连杆相铰连，在机体的中上部内的润滑箱内设有输出轴、输出轴上设有输出轴齿轮，在输出轴齿轮左右两侧对称设有与其相啮合的驱动齿轮，两驱动齿轮分别通过曲柄与杠杆相铰连。

本发明技术解决方案中的机体的顶部的导向筒的前后设置有杠杆支座，杠杆支点轴设置在两支座之间。

本发明技术解决方案中的杠杆与曲柄之间分别设有导向筒，在导向筒中分别设有滑动连接器，滑动连接器的下端与曲柄铰连，其上端用连杆与杠杆铰连，两铰连点对称于杠杆支点轴。

本发明技术解决方案中的杠杆的铰连点B或C到杠杆中心点E的距离比铰连点A或D到杠杆铰连点C、B的距离要短。

本发明由于采用了以上技术方案，具有几个显著特点：1、采用杠杆传递活塞的推力，可以大大提高输出的力矩；2、活塞连杆与杠杆的夹角较大，且变化范围不大，其活塞推力能最大限度地转化为有用力矩输出，平均力扭可以达到最大力扭的80%，大大提高了活塞推力的传递效率；3、采用杠杆传递活塞推力，不仅力矩大，而且无振动，避免了采用曲轴所产生的振动问题；4、采用直轴输出，平稳无振动，且直轴较曲轴结构简单，造价低廉，使用寿命长，维修方便；5、采用对称的双传动轮传动，传动效率高，而且平衡性好；6、采用直轴、传动轮传递方式，其输出转速不受活塞行程的约束，可设计成高转速输出，也可设计成低转速输出，能满足不同工作机械的需要；7、气缸设置在外面，设计的自由度大，可适当增大气缸容积来增大活塞推力，使活塞的数量降低到最少；8、活塞外置有利于散热，一般无需水冷，用风冷就能达到其散热要求；9、不仅可用燃油作燃料，还适应于压缩空气驱动；10、采用杠杆和对称传动轮向输出轴传递动力的方式，对输出轴不形成压力和弯曲力，使输出平稳并能延长使用寿命。

附图说明

附图为本发明结构主视示意图。

具体实施方式

活塞杠杆式发动装置，包括机体[1]，在机体[1]的两侧对称设置有气缸活塞装置[2]，一般每侧设置一个气缸活塞装置，也可以设置2个以上，根据设计功率而定。在机体[1]的顶部前后排列相隔一定距离设有至少2个杠杆支座[7]，如果气缸活塞装置设置2组，杠杆支座[7]则设置3个，每两个支座[7]之间设置有杠杆[6]，杠杆[6]用支点轴[8]串设在支座[7]上，杠杆[6]的两端与气缸活塞装置[2]中的活塞[13]的连杆[11]在A、D处相铰连，在机体[1]的中上部中间设润滑箱[23]，箱内设有输出轴[21]，输出轴[21]上设有传动齿轮[20]，传动齿轮两侧对称设置有带曲柄[12]的传动轮[22]，输出轴[21]的旋转方向由发动机启动电机启动时的转向所确定。在两个支座[7]之间的机体[1]的顶部对称中心线固定有两个导向筒[5]，在两导向筒[5]中分别设有滑动连接器[4]，滑动连接器[4]的下端与曲柄[12]铰连，其上端用两根连杆[9]与杠杆[6]分别在B、C点铰连，两铰连点B、C对称于杠杆支点轴[8]，也可以不设导向筒[5]，传动轮[22]的曲柄[12]直接与杠杆[6]在B、C点铰连。杠杆[6]的铰连点B或C到杠杆中心点E的距离比铰连点A或D到杠杆铰连点C、B的距离要短，一般可以设为EC=1/2CD。气缸活塞装置[2]外面设有风冷散热器[15]，也可采用水冷设计。气缸活塞装置[2]的里面设有由活塞套[14]、活塞[13]、活塞连杆[11]组成的活塞装置[3]。与本发明装置配套的润滑、点火、供油等均采用现有发动机的相关技术。与本发明装置配套的润滑、点火、供油等匀采用现有发动机的相关技术。配气机构设置可以采用在活塞套[14]的下部设有燃烧室[24]和喷油安装孔[26]、点火安装孔[17]，在燃烧室[24]和废气室[19]之间设置排气道[18]和进气道[25]，排气道[18]与燃烧室[24]和废气室[19]相通，进气道[25]与燃烧室[24]相通，在燃烧室[24]和废气室[19]之间的进排气通道上设置气门道[31]，内置气门[27]和弹簧[28]，并在弹簧[28]的底座位置处设置弹簧底座[29]，在机体外设置空气压缩罐[30]储存有一定气压的气能，用气道管[32]将空气压缩罐[30]的出气道和进气道[25]相连接，在气道管[32]上置电子感应气流控制开关[16]，由电子感应气流控制开关控制气压驱动气门[27]，定时开启和关闭进气道[25]和排气道[18]，,在机体上设置空气压缩泵[33]与输出轴[21]相连接，空气压缩泵上的排气道与气罐进气道相连接，发动机运动时将部份机械能转换为气能，随时补充空气压缩罐在进气行程中所消耗的气能，使空气压缩罐[30]内气压保持稳定。也可采用外来压缩空气贮存气能，直接利用气能推动作功。采用气压驱动气门，可以精简气门组的构造部件，降低制造成本，并便于安装；采用空气压缩泵和空气压缩气罐的设置，可提高进气的速度和气体的压缩比，提升燃油的经济性和减少二氧化碳的排放量。

Claims (4)

1.活塞杠杆式发动装置，包括机体[1]、在机体[1]的两侧对称设置有气缸活塞装置[2]，其特征在于在机体[1]的顶部前后排列相隔一定距离设有至少2个杠杆支座[7]，每两个支座[7]之间设置有杠杆[6]，杠杆[6]用支点轴[8]串设在支座[7]上,杠杆[6]的两端与气缸活塞装置[2]中的活塞[13]的连杆[11]在A、D处相铰连，在机体[1]的中上部内的润滑箱[23]内设有输出轴[21]、输出轴[21]上设有输出轴齿轮[20]，在输出轴齿轮[20]左右两侧对称设有与其相啮合的驱动齿轮[22]，两驱动齿轮[22]分别通过曲柄[12]与杠杆[6]相铰连。

2.根据权利要求1所求的活塞杠杆式发动装置，其特征在于杠杆[6]与曲柄[12]之间分别设有导向筒[5]，在导向筒中分别设有滑动连接器[4]，滑动连接器[4]的下端与曲柄[12]铰连，其上端用连杆[9]与杠杆[6]在B、C点铰连，两铰连点B、C对称于杠杆支点轴[8]。

3.根据权利要求2所求的活塞杠杆式发动装置，其特征在于杠杆[6]的铰连点B或C到杠杆中心点E的距离比铰连点A或D到杠杆铰连点C、B的距离要短。

4.根据权利要求1所求的活塞杠杆式发动装置，其特征在于在活塞套[14]的下部设有燃烧室[24]和喷油安装孔[26]、点火安装孔[17]，在燃烧室[24]和废气室[19]之间设置排气道[18]和进气道[25]，排气道[18]与燃烧室[24]和废气室[19]相通，进气道[25]与燃烧室[24]相通，在燃烧室[24]和废气室[19]之间的进排气通道上设置气门道[31]，内置气门[27]和弹簧[28]，并在弹簧[28]的底座位置处设置弹簧底座[29]，在机体外设置空气压缩罐[30]，用气道管[32]将空气压缩罐[30]的出气道和进气道[25]相连接，在气道管[32]上置电子感应气流控制开关[16]，由电子感应气流控制开关控制气压驱动气门[27]，定时开启和关闭进气道[25]和排气道[18]。