CN102230423A - 齿轮传动内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明齿轮传动内燃机涉及使用一种可以逆向运行的，把往复的直线运动转变为朝同一方向旋转的齿轮传动机构的往复活塞式内燃机等机械。齿轮传动机构采用内齿轮组以及上面的凸轮组和齿轮轴的传动来替代曲轴和连杆的传动。齿轮传动机构在上止点附近提供了二点三倍的传动角，机械效率提高二倍。汽缸和活塞水平对置在齿轮轴的两侧，左右相对的汽缸在上止点同时着火燃烧。在燃气压力的作用下，凸轮组相对承受和平衡活塞的推力，并保证内齿轮组和齿轮轴的正常啮合。内齿轮组在活塞的推动下，产生力偶矩拖动齿轮轴旋转，输出动力。齿轮传动机构能广泛应用于各种车用内燃机、船用低速柴油机、重型坦克柴油机、液压马达和泵等机械。

Description

齿轮传动内燃机

技术领域

本发明齿轮传动内燃机涉及使用一种可以逆向运行的，把往复的直线运动转变为朝同一方向旋转的齿轮传动机构的往复活塞式内燃机等机械。齿轮传动机构采用内齿轮组以及上面的凸轮组和齿轮轴的传动来替代曲轴和连杆的传动。本发明的齿轮传动机构能广泛应用于各种车用内燃机、船用低速柴油机、重型坦克柴油机、液压马达和泵等机械。 

背景技术

现代广泛使用的往复活塞式内燃机都是采用曲轴和连杆来输出动力的，尽管传递动力的效率并不理想。 

根据申请号201010126800.X，名称为“齿轮传动内燃机”的说明书所述，该发明采用齿轮传动来提高往复活塞式内燃机的动力输出效率，内燃机的活塞对置、汽缸对置。但是结构复杂，制造和安装比较困难。 

根据2011年2月16日公开的申请号201010500514.5，名称为“齿轮传动(OPOC)内燃机”的说明书所述，该发明很适用于对置活塞、对置气缸OPOC结构的直喷、涡轮增压的两冲程内燃机。但是，对于四冲程的四汽缸内燃机而言，在传递动力时会产生寄生的摩擦阻力，使传递动力的效率降低。而四冲程的四汽缸内燃机是一种技术非常成熟，使用十分广泛的内燃机。 

根据申请号201110057123.5，名称为“对撞齿轮内燃机”的说明书所述，该发明的汽缸和活塞水平对置在齿轮轴的两侧，左右相对的汽缸在上止点同时着火燃烧。在燃气膨胀的作用下，凸轮组发生对撞，承受和平衡活塞的推力，并保证内齿轮组和齿轮轴的正常啮合。但是传动部件的质量比较重，惯性比较大。 

上述三项专利申请中的内齿轮组的位移都是采用了水平加垂直合成的移动来保证内齿轮组和齿轮轴的正常啮合。移动部件结构复杂，质量重，摩擦的面积大，热效率的损耗也相应增多。 

发明内容

本发明提供的往复活塞式齿轮传动内燃机等机械至少包括一套齿轮传动机构。重新设计的方案和工作方法不仅能够避免齿轮传动机构在传递动力时产生寄生的摩擦阻力，而且取消了水平加垂直合成移动的工作方法，使结构更加简单，质量得到减轻，摩擦的面积大幅度减少，提高了齿轮传动机构的可靠性和实用性，制造和安装也很方便。 

本发明的技术方案如下所述： 

汽缸和活塞水平对置在齿轮轴的两侧，左右相对的汽缸在上止点同时着火燃烧。在燃气压力的作用下，凸轮组相对承受和平衡活塞的推力，并保证内齿轮组和齿轮轴的正常啮合。随着齿轮轴的惯性转动，内齿轮组在活塞的推动下，产生力偶矩拖动齿轮轴旋转，输出动力。相对于曲轴和连杆的传动而言，齿轮传动机构在上止点附近提供了二点三倍的传动角，机械效率提高二倍。 

内齿轮的形状相同，可以是长圆形的，也可以是带圆角的长方形、带圆角的梯形、蛋形等形状。 

在实施例中的内齿轮组拖动齿轮轴时，中间有七分之三的行程是由齿条直接拖动齿轮轴的。可以把齿轮传动机构设计成通过上止点后直接用齿条来拖动齿轮轴，就像炮弹在炮膛内发射一样。但是零部件的加速度在瞬间发生急剧变化时会造成强大的冲击而损坏。内燃机必须能够长时期稳定的工作，所以本发明中的内齿轮组采用长圆形的设计方式，使齿轮传动机构能够长久的平稳工作。 

齿轮的齿形是渐开线形直齿，也可以采用短齿形，内齿轮组绕齿轮轴在径向平面内传递动力，不会产生分力。齿轮的模数可以采用第二标准或者非标准的模数。内齿轮的齿数是整数的，内齿轮中的半圆内齿轮和齿条上的齿数可以是分数的。 

由图1可见，双汽缸对置的往复活塞式齿轮传动内燃机的齿轮传动机构主要由汽缸[1a]、通过连接柄[9a]以及活塞销轴[8a]连接活塞[2a]的略带偏转的内齿轮[3a]、内齿轮[3a]上固定的内轮[4a]以及向上伸出的 凸轮[7a1]和向下伸出的凸轮[7a2]、汽缸[1b]、通过连接柄[9b]以及活塞销轴[8b]连接活塞[2b]的略带偏转的内齿轮[3b]、内齿轮[3b]上固定的内轮[4b]以及向上伸出的凸轮[7b1]和向下伸出的凸轮[7b2]、凸轮上装有的滾子[5]和销轴[6]、两端装有轴承[11]的齿轮轴[10]、齿轮轴[10]上有齿轮和轮轴[12a]、轮轴[12b]等组成。内齿轮[3a]和内齿轮[3b]相同，分左右对置并且分别和齿轮轴[10]上的齿轮啮合。 

内齿轮[3a]和内齿轮[3b]分别套在齿轮轴[10]上，其整体受到活塞销轴[8a]和活塞销轴[8b]的限制只能沿汽缸[1a]和汽缸[1b]的轴心线左右移动和上下摆动，分别和齿轮轴[10]上的齿轮啮合，并且传递动力。

本分明的关键所在就是：保证内齿轮和齿轮轴的正常啮合的约束来自两个相邻平行对置的相同的内齿轮以及上下伸出的凸轮组上，两个齿轮传动装置相对安装，互相约束，组成一套齿轮传动机构。 

限制齿轮径向之间过度啮合的约束来自齿轮轴[10]上的轮轴[12a]、轮轴[12b]和内轮[4a]、内轮[4b]的接触。内轮[4a]和内轮[4b]相同，内轮[4a]、内轮[4b]的轮廓线和内齿轮[3a]、内齿轮[3b]的齿的中线连接线相同，轮轴[12a]、轮轴[12b]的外径和齿轮轴[10]上齿轮的分度圆直径相同，在齿轮传动时作纯滚动，承受并传递径向作用力，防止齿与齿之间的过渡啮合，得到并保持对内齿轮[3a]、内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上的齿轮的两个啮合点的指向传动轴[10]的径向约束。轮轴[12a]、轮轴[12b]分别设置在齿轮轴[10]中间齿轮的两端，内轮[4a]和内轮[4b]分别固定在内齿轮[3a]和内齿轮[3b]的外侧，便于制造和安装。 

为了使齿轮传动机构能够正常运转，这里还需要一个使内齿轮组和齿轮轴上的齿轮正常啮合而不离开的约束，这个约束正是本发明的关键所在。 

凸轮[7a1]、凸轮[7a2]、凸轮[7b1]和凸轮[7b2]的截面形状同内齿轮[3a]、内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上的齿轮正常啮合时的运动轨迹相同。凸轮[7a1]、凸轮[7b1]和凸轮[7a2]、凸轮[7b2]相互接触并能相对移动，得到并保持对内齿轮[3a]、内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上的齿轮的两个啮合点的离开传动轴[10]的径向约束。安装滾子[5]是为了减少磨损。大型的内燃机也可以采用滾动轴承。 

图1中位于齿轮轴[10]两侧的活塞[2a]和活塞[2d]处于上止点位置，当汽缸内的混合燃汽被同时压缩点燃后，高压燃气同时推动活塞[2a]和活塞[2d]运动，使内齿轮[3a]和内齿轮[3b]同时向中间移动，内齿轮[3a]上的凸轮[7a1]和凸轮[7a2]一起向右移动，内齿轮[3b]上凸轮[7b1]和凸轮[7b2]一起左移动，凸轮[7a1]的右端和凸轮[7b1]左端的滾子[5]以及凸轮[7a2]右端的滾子[5]和凸轮[7b2]的左端发生碰撞，内齿轮[3a]和内齿轮[3b]受到约束，不能左右移动和离开齿轮轴[10]上的齿轮并且保持正常啮合。内齿轮[3a]最右端和齿轮的右侧啮合；内齿轮[3b]最左端和齿轮的左侧啮合。随着齿轮轴[10]顺时针的惯性旋转，平衡状态被破坏。在齿轮轴[10]的带动下，内齿轮[3a]和齿轮的啮合点开始从最右端逆时针向上转移；内齿轮[3b]和齿轮的啮合点开始从最左端逆时针向下转移。为了图示清楚，图中只画了齿轮的中线，即分度圆直径。凸轮[7a1]、凸轮[7a2]和凸轮[7b1]、凸轮[7b2]在平面内随内齿轮[3a]和内齿轮[3b]一起移动并且在燃气的压力下保持接触，得到并保持对内齿轮[3a]、内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上齿轮的两个啮合点的离开齿轮轴[10]的径向约束。在汽缸[1a]和汽缸[1b]内燃气压力的持续推动下，活塞[2a]和活塞[2b]通过活塞销轴[8a]和活塞销轴[8b]分别推动内齿轮[3a]和内齿轮[3b]运动，产生力偶矩拖动齿轮轴[10]旋转，开始对外输出动力。 

齿轮的模数和内齿轮组、齿轮的齿数是根据内燃机的工况、机械强度和使用寿命而定的。本发明实施例1的内齿轮组的齿数是32齿，齿轮的齿数是18齿。传动比等于(32-18)/18＝7/9，即内齿轮绕齿轮轴1周，齿轮轴仅转动7/9周。 

图2是图1的俯视图。由图2可见，此时内齿轮在水平方向对齿轮轴的传动角等于零，相当于曲轴位于上止点的位置时。能够保持平衡状态是因为有内齿轮组上的两对凸轮相互顶着。 

在图1中的齿轮轴[10]顺时针旋转15度，达到图3所示的位置时，内齿轮[3a]和齿轮轴[10]上齿轮的啮合点逆时针上移到45度的位置；内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上齿轮的啮合点逆时针下移到45度的位置。此时凸轮[7a1]、凸轮[7a2]和凸轮[7b1]、凸轮[7b2]也随动移位45度并保持接触，对上述两个啮合点保持离开齿轮轴[10]的径向约束。活塞[2a]和活塞[2d]受汽缸内燃料燃烧所产生的爆发力推动，内齿轮[3a]和内齿轮[3b]以45度的传动角拖动齿轮轴[10]上的齿轮顺时针旋转，输出扭距。传动效率达到0.707倍，相对于曲轴传动此时的传动角19.28度，传动效率0.33倍而言齿轮传动机构的传动效率提高2.14倍。 

当图3中的齿轮轴[10]又顺时针旋转15度，到达图4所示的位置时，内齿轮[3a]和齿轮轴[10]上齿轮的啮合点又逆时针上移45度，到达90度的位置；内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上齿轮的啮合点又逆时针下移 45度，到达90度的位置。此时凸轮[7a1]、凸轮[7a2]和凸轮[7b1]、凸轮[7b2]也随动移位45度，并且保持接触，对上述两个啮合点保持径向约束。内齿轮[3a]和内齿轮[3b]以90度的传动角一上一下开始用齿条水平拖动齿轮轴[10]上的齿轮顺时针旋转，全额输出动力。 

在图4所示的位置中齿轮轴[10]又顺时针旋转110度，到达图5所示的位置时，活塞[2a]和活塞[2d]都处于下止点的位置。汽缸[1a]和汽缸[1b]作功冲程结束，开始排气冲程。齿轮轴[10]利用飞轮的惯性力顺时针旋转，拖动内齿轮[3a]和内齿轮[3b]以活塞销轴[8a]和活塞销轴[8b]为中心上下摆动。此时凸轮[7a1]、凸轮[7a2]和凸轮[7b1]凸轮[7b2]也跟随上下摆动，并且保持接触，对上述两个啮合点保持离开齿轮轴[10]的径向约束。 

图6是图5中的齿轮轴[10]又顺时针旋转90度时的位置。齿轮轴[10]上的齿轮分别拖动内齿轮[3a]和内齿轮[3b]上的齿条向左右移动。凸轮[7a1]凸轮[7a2]和凸轮[7b1]、凸轮[7b2]也跟随移动，并且保持接触，对上述两个啮合点保持离开齿轮轴[10]的径向约束。 

当图6中的齿轮轴[10]又顺时针旋转50度后，就回到了图1所示的位置，排气冲程结束开始吸气冲程和压缩冲程。周而复始，随着汽缸两个一组的循环工作，齿轮轴[10]不断旋转，输出有效功率。 

四汽缸对置的齿轮传动内燃机的齿轮传动机构主要由汽缸[21a1]和汽缸[21a2]、通过连接柄[29a]以及活塞销轴[28a1]连接活塞[22a1]的内齿轮[23a]、内齿轮[23a]上固定的内轮[24a]以及向上伸出的凸轮[27a1]和向下伸出的凸轮[27a2]、分别用活塞销轴[28a2]连接内齿轮[23a]和活塞[22a2]的连接杆[31a]、汽缸[21b1]和汽缸[21b2]、通过连接柄[29b]以及活塞销轴[28b1]连接活塞[22b1]的内齿轮[23b]、内齿轮[23b]上固定的内轮[24b]以及向上伸出的凸轮[27b1]和向下伸出的凸轮[27b2]、分别用活塞销轴[28b2]连接内齿轮[23b]和活塞[22b2]的连接杆[31b]、凸轮上装有的滾子[25]和销轴[26]、两端装有轴承[33]的齿轮轴[30]、齿轮轴[30]上有齿轮和轮轴[32]等组成。内齿轮[23a]和内齿轮[23b]相同，分左右对置并且分别和齿轮轴[30]上的齿轮啮合。 

图7中的四汽缸对置的齿轮传动内燃机的汽缸位于齿轮轴[30]两侧，活塞[22a1]和活塞[22b1]共同处于上止点的位置同时开始作功冲程，活塞[22a2]和活塞[22b2]共同处于下止点的位置同时开始压缩冲程或者排气冲程。四汽缸对置的齿轮传动内燃机和两汽缸对置的齿轮传动内燃机的不同之处在于其的内齿轮[23a]和内齿轮[23b]的另一端用连接杆[31a]和连接杆[31b]分别连接了活塞[22a2]和活塞[22b2]。内齿轮[23a]和内齿轮[23b]能够双向作功，提高了效率，有利于减轻内燃机总机的质量，对于排气就量大的内燃机十分有利。尤其是采用两套四汽缸对置的齿轮传动内燃机，可视工作状况停用一套四汽缸对置的齿轮传动内燃机。满载工作时可以用电脑软件控制点火时间，保证每个冲程都有两个汽缸作功。 

内轮[24a]和内轮[24b]相同，内轮[24a]、内轮[24b]的轮廓线和内齿轮[23a]、内齿轮[23b]的齿的中线连接线相同，轮轴[32]的外径和齿轮轴[30]上齿轮的分度圆直径相同，在齿轮传动时作纯滚动，承受并传递径向作用力，防止齿与齿之间的过渡啮合，得到并保持对内齿轮[23a]、内齿轮[23b]和齿轮轴[30]上的齿轮的两个啮合点的指向传动轴[30]的径向约束。 

凸轮[27a1]、凸轮[27a2]、凸轮[27b1]和凸轮[27b2]的截面形状同内齿轮[23a]、内齿轮[23b]和齿轮轴[30]上的齿轮正常啮合时的运动轨迹相同。凸轮[27a1]、凸轮[27b1]和凸轮[27a2]、凸轮[27b2]相互接触并能相对移动，得到并保持对内齿轮[23a]、内齿轮[23b]和齿轮轴[30]上的齿轮的两个啮合点的离开传动轴[30]的径向约束。 

图8是图7的半剖俯视图。内轮[24a]和内轮[24b]左右固定在内齿轮[23a]和内齿轮[23b]的两侧，受力均衡。 

本发明实施例2的内齿轮组的齿数是34齿，齿轮的齿数是20齿。传动比等于(34-20)/20＝7/10，即内齿轮绕齿轮轴1周，齿轮轴仅转动0.7周。 

图7中的齿轮轴[30]顺时针旋转13.5度，到达图9所示的位置，其传动效率和图3所示的齿轮传动机构相等。传动效率达到0.707倍，相对于曲轴传动此时的传动角19.28度，传动效率0.33倍而言齿轮传动机构的传动效率提高2.14倍。 

图9中的齿轮轴[30]顺时针旋转49.5度，到达图10所示的位置，此时活塞都处于汽缸的中间位置，齿条的中点一上一下共同拖动齿轮全力运转，活塞[22a1]和活塞[22a2]共同向右移动，活塞[22b1]和活塞 [22b2]共同向左移动。 

当图10中的齿轮轴[30]又顺时针旋转63度，到达图11所示的位置时，活塞[22a1]和活塞[22b1]共同处于下止点的位置，活塞[22a2]和活塞[22b2]共同处于上止点的位置。 

当图11中的齿轮轴[30]又顺时针旋转27度，到达图12所示的位置时，内齿轮组上的齿条开始和齿轮啮合，机械效率达到最理想的效果。 

图13是图7的齿轮传动机构的几何图形，图14是图9的齿轮传动机构的几何图形，图15——图10的齿轮传动机构的几何图形。从几何图形可以看出，直线a1a3平行于直线b1b3，等腰三角形a0a1a3全等于等腰三角形b0b3b1，直线a1a2等于直线a2a3，直线b1b2等于直线b2b3。通过平面几何和三角的公式就可以求证齿轮传动机构运行的精确性。 

内齿轮组套在齿轮轴上，内齿轮以活塞销轴为中心上下摆动并且跟随移动，凸轮组在随动中如果发生干涉或者产生间隙，那么应该根据滾子为基准对凸轮进行修正。理论上是没有必要进行修正的。 

除了内燃机，齿轮传动机构还能用于液压马达等机械。齿轮传动机构也能逆向运行，由原动机带动齿轮轴旋转，使活塞作往复直线运动，设计制造出高效的液压泵，气泵和水泥泵等机械。 

附图说明 

图1——活塞[2a]和活塞[2b]共同处于上止点时双汽缸对置的齿轮传动内燃机的齿轮传动机构示意图。 

图2——图1的俯视图。 

图3——图1中的齿轮轴[10]顺时针旋转15度后的示意图。 

图4——图3中的齿轮轴[10]顺时针旋转15度后的示意图。 

图5——活塞[2a]和活塞[2b]共同处于下止点时双汽缸对置的齿轮传动内燃机的齿轮传动机构示意图。 

图6——图5中的齿轮轴[10]顺时针旋转90度后的示意图。 

图7——活塞[22a1]和活塞[22b1]共同处于上止点，活塞[22a2]和活塞[22b2]共同处于下止点时四汽缸对置的齿轮传动内燃机的齿轮传动机构示意图。 

图8——图7的半剖俯视图。 

图9——图7中的齿轮轴[30]顺时针旋转13.5度后的示意图。 

图10——图9中的齿轮轴[30]顺时针旋转49.5度后的示意图，此时活塞处于中间的位置。 

图11——活塞[22a1]和活塞[22b1]共同处于下止点，活塞[22a2]和活塞[22b2]共同处于上止点时四汽缸对置的齿轮传动内燃机的齿轮传动机构示意图。 

图12——图11中的齿轮轴[30]顺时针旋转27度后的示意图。 

图13——图7的齿轮传动机构的几何图形。 

图14——图9的齿轮传动机构的几何图形。 

图15——图10的齿轮传动机构的几何图形。 

图中——1a和1b.汽缸；2a和2b.活塞；3a和3b.内齿轮；4a和4b.内轮；5.滾子；6.销轴；7a1、7a2、7b1和7b2.凸轮；8a和8b.活塞销轴；9a和9b.连接柄；10.齿轮轴；11.轴承；12a和12b.轮轴；21a1、21a2、21b1和21b2.汽缸；22a1、22a2、22b1和22b2.活塞；23a和23b.内齿轮；24a和24b.内轮；25.滾子；26.销轴；27a1、27a2、27b1和27b2.凸轮；28a1、28a2、28b1和28b2.活塞销轴；29a和29b.连接柄；30.齿轮轴；31a和31b.连接杆；32.轮轴；33.轴承。 

具体实施方式

实施例1：排气量0.9L的车用双汽缸对置的齿轮传动内燃机，见图1至图6。 

现代四冲程的车用内燃机的技术已经非常成熟，从节能和环境保护的角度出发，目前的车用内燃机向低排放、小排量和少汽缸的趋势发展。本实施例秉承了现代内燃机的全部先进技术和科研成果。由于采用 了水平对置的双汽缸设计，使内燃机的内部摩擦减小，每个汽缸的工作容积比较大，汽缸壁面的热损失比较小，热效率得到提高。较大的缸径易于气门的布置，使进排气更加通顺。由于点火间隔时间长，比较适合采用涡轮增压。整机的质量减轻，制造和使用成本都有所下降。 

本发明的齿轮传动机构仿效了曲轴传动机构在活塞处于上止点附近，即曲轴的转角正负35度范围内的工作状况。也就是说在相同冲程和相等时间的一个循环中，两者的活塞在上止点附近移动同样的距离所需要的时间相等，让齿轮传动机构能够适应现代内燃机的燃料燃烧特征。 

由于采用了水平对置的汽缸设计，本实施例内齿轮的两端采用相同的半圆内齿轮，中间用两个齿条联接，使水平对置在两端的活塞在上止点附近都能像曲轴连杆传动机构中的活塞那样平稳工作。内齿轮[3a]、内齿轮[3b]上的连接柄[9a]、连接柄[9b]和通过两个半圆内齿轮中心的直线有个角度差，保证内齿轮[3a]和内齿轮[3b]上的齿条和齿轮轴[10]上的齿轮啮合时齿条上的齿的中线连线和汽缸[1a]、汽缸[1b]的轴心线平行，达到最佳的传动效率。 

内齿轮组采用摆动的形式跟随活塞运动，活塞也能够采用市场供应的产品，对内燃机的改动只有曲轴和连杆，使内燃机的生产流程改变很少，生产齿轮传动内燃机的成本就会大幅度的下降。 

排气量0.9L的车用双汽缸对置的内燃机中的齿轮传动机构的齿轮齿形是渐开线形直齿，采用25度齿形角的短齿形。齿轮的模数5毫米，齿轮轴[10]上齿轮的齿数18齿，内齿轮[3a]和内齿轮[3b]的齿数32齿(其中每个齿条上有4齿)。汽缸缸径78.5毫米，冲程92.8毫米，总排量898毫升。仅仅从传动角的理论分析，如果传动效率能够提高2倍，那么相当于传统内燃机1796毫升的排量。 

双汽缸内燃机由于点火间隔时间长，运转的平衡性差，会使怠速时的转速略有提升。如果使用启动-停车装置，停车时内燃机熄火，就可以克服这一缺点，降低油耗的效果更加明显。 

实施例2：排气量1.2L的车用四汽缸对置的齿轮传动内燃机，见图7至图12。 

总排气量增大，汽缸数自然会增多。本实施例利用内齿轮的回程，在内齿轮的另一端增加了一个汽缸。通过连接杆连接，使两个汽缸同步移动。内齿轮[23a]和内齿轮[23b]上的连接柄[29a]和连接柄[29b]以及活塞销轴[28a1]、活塞销轴[28a2]和活塞销轴[28b1]、活塞销轴[28b2]是布置在通过两个半圆形内齿轮中心的直线的延长线上的，使内齿轮组上下的齿条在与齿轮啮合时，来回都能够保持相等的角度(相对于汽缸的轴心线)。 

如果采用八个汽缸，每次冲程都有两个对置的汽缸作功，齿轮传动内燃机的工作状况就会十分平稳。 

排气量1.2L的车用四汽缸对置的内燃机中的齿轮传动机构的齿轮齿形是渐开线形直齿，采用25度齿形角的短齿形。齿轮的模数4毫米，齿轮轴[30]上齿轮的齿数20齿，内齿轮[23a]和内齿轮[23b]的齿数34齿(其中每个齿条上有4齿)。汽缸缸径72毫米，冲程74.26毫米，总排量1.2升。仅仅从传动角的理论分析，如果传动效率能够提高2倍，那么相当于传统内燃机2.4升的排量。 

水平对置内燃机的活塞运动的平衡性好，能相互抵消震动。曲轴传动的水平对置内燃机能保持650rpm的低速平稳工作，相比其他形式内燃机油耗更低。本发明的内燃机没有曲轴就不需要平衡配重，有助于提升转速，优点更明显。齿轮轴采用滚动轴承，汽缸对置热量分散，热效率又比较高，需要散发的热量少，齿轮传动内燃机完全可以采用油冷却技术，让润滑油带走热量并起到润滑作用。省掉水冷却系统，使内燃机设计简单，制造成本下降。尤其适合寒冷和干旱地区。 

改变内齿轮的形状，可以提高内燃机的热效率。半圆形内齿轮的半径越是小，热效率就越是高。根据汽油机和柴油机不同的工作状况和压缩比，设计符合各自特性的内齿轮形状，可使内燃机的工作效率得到更大的提升。 

实施例3：齿轮传动液压马达和泵。 

如图1和图7所示，齿轮传动机构的活塞配以液压缸和换向阀门，在压力油的作用下可推动齿轮轴旋转。输出的有效功率高，能输出的扭矩大。 

齿轮传动机构也可以由原动机拖动齿轮轴旋转，带动活塞作往复直线运动，把缸体内的介质经过单向阀门组吸入和泵出。 

Claims (10)

1.使用一种可以逆向运行的，把往复的直线运动转变为朝同一方向旋转的齿轮传动机构的往复活塞式内燃机等机械，其特征在于：往复活塞式齿轮传动内燃机等机械至少包括一套齿轮传动机构，双汽缸对置的往复活塞式齿轮传动内燃机的齿轮传动机构主要由汽缸[1a]、通过连接柄[9a]以及活塞销轴[8a]连接活塞[2a]的略带偏转的内齿轮[3a]、内齿轮[3a]上固定的内轮[4a]以及向上伸出的凸轮[7a1]和向下伸出的凸轮[7a2]、汽缸[1b]、通过连接柄[9b]以及活塞销轴[8b]连接活塞[2b]的略带偏转的内齿轮[3b]、内齿轮[3b]上固定的内轮[4b]以及向上伸出的凸轮[7b1]和向下伸出的凸轮[7b2]、凸轮上装有的滾子[5]和销轴[6]、两端装有轴承[11]的齿轮轴[10]、齿轮轴[10]上有齿轮和轮轴[12a]、轮轴[12b]等组成；四汽缸对置的齿轮传动内燃机的齿轮传动机构主要由汽缸[21a1]和汽缸[21a2]、通过连接柄[29a]以及活塞销轴[28a1]连接活塞[22a1]的内齿轮[23a]、内齿轮[23a]上固定的内轮[24a]以及向上伸出的凸轮[27a1]和向下伸出的凸轮[27a2]、分别用活塞销轴[28a2]连接内齿轮[23a]和活塞[22a2]的连接杆[31a]、汽缸[21b1]和汽缸[21b2]、通过连接柄[29b]以及活塞销轴[28b1]连接活塞[22b1]的内齿轮[23b]、内齿轮[23b]上固定的内轮[24b]以及向上伸出的凸轮[27b1]和向下伸出的凸轮[27b2]、分别用活塞销轴[28b2]连接内齿轮[23b]和活塞[22b2]的连接杆[31b]、凸轮上装有的滾子[25]和销轴[26]、两端装有轴承[33]的齿轮轴[30]、齿轮轴[30]上有齿轮和轮轴[32]等组成。

2.根据权利要求1所述的往复活塞式齿轮传动内燃机，其特征在于：双汽缸对置的往复活塞式齿轮传动内燃机位于齿轮轴[10]两侧的活塞[2a]和活塞[2d]处于上止点位置，当汽缸内的混合燃汽被同时压缩点燃后，高压燃气同时推动活塞[2a]和活塞[2d]运动，使内齿轮[3a]和内齿轮[3b]同时向中间移动，内齿轮[3a]上的凸轮[7a1]和凸轮[7a2]一起向右移动，内齿轮[3b]上凸轮[7b1]和凸轮[7b2]一起左移动，凸轮[7a1]的右端和凸轮[7b1]左端的滾子[5]以及凸轮[7a2]右端的滾子[5]和凸轮[7b2]的左端发生碰撞，内齿轮[3a]和内齿轮[3b]受到约束，不能左右移动和离开齿轮轴[10]上的齿轮并且保持正常啮合；四汽缸对置的齿轮传动内燃机的汽缸位于齿轮轴[30]两侧，活塞[22a1]和活塞[22b1]共同处于上止点的位置同时开始作功冲程，活塞[22a2]和活塞[22b2]共同处于下止点的位置同时开始压缩冲程或者排气冲程。

3.根据权利要求1所述的齿轮传动机构，其特征在于：内轮[4a]和内轮[4b]相同，内轮[4a]、内轮[4b]的轮廓线和内齿轮[3a]、内齿轮[3b]的齿的中线连接线相同，轮轴[12a]、轮轴[12b]的外径和齿轮轴[10]上齿轮的分度圆直径相同，在齿轮传动时作纯滚动，承受并传递径向作用力，防止齿与齿之间的过渡啮合，得到并保持对内齿轮[3a]、内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上的齿轮的两个啮合点的指向传动轴[10]的径向约束；内轮[24a]和内轮[24b]相同，内轮[24a]、内轮[24b]的轮廓线和内齿轮[23a]、内齿轮[23b]的齿的中线连接线相同，轮轴[32]的外径和齿轮轴[30]上齿轮的分度圆直径相同，在齿轮传动时作纯滚动，承受并传递径向作用力，防止齿与齿之间的过渡啮合，得到并保持对内齿轮[23a]、内齿轮[23b]和齿轮轴[30]上的齿轮的两个啮合点的指向传动轴[30]的径向约束。

4.根据权利要求1和3所述的齿轮传动机构，其特征在于：凸轮[7a1]、凸轮[7a2]、凸轮[7b1]和凸轮[7b2]的截面形状同内齿轮[3a]、内齿轮[3b]和齿轮轴[10]上的齿轮正常啮合时的运动轨迹相同；凸轮[27a1]、凸轮[27a2]、凸轮[27b1]和凸轮[27b2]的截面形状同内齿轮[23a]、内齿轮[23b]和齿轮轴[30]上的齿轮正常啮合时的运动轨迹相同。

5.根据权利要求1、3和4所述的齿轮传动机构，其特征在于：内齿轮[3a]、内齿轮[3b]上的连接柄[9a]、连接柄[9b]和通过两个半圆内齿轮中心的直线有个角度差，保证内齿轮[3a]和内齿轮[3b]上的齿条和齿轮轴[10]上的齿轮啮合时齿条上的齿的中线连线和汽缸[1a]、汽缸[1b]的轴心线平行。

6.根据权利要求1、3和4所述的齿轮传动机构机，其特征在于：保证内齿轮和齿轮轴的正常啮合的约束来自两个相邻平行对置的相同的内齿轮以及上下伸出的凸轮组上，两个齿轮传动装置相对安装，互相约束，组成一套齿轮传动机构。

7.根据权利要求1、2和6所述的齿轮传动机构，其特征在于：内齿轮组套在齿轮轴上，内齿轮以活塞销轴为中心上下摆动并且跟随移动，凸轮组在随动中如果发生干涉或者产生间隙，那么应该根据滾子为基准对凸轮进行修正。

8.根据权利要求1、2和7所述的齿轮传动机构，其特征在于：内齿轮的齿数是整数的，内齿轮中的半圆内齿轮和齿条上的齿数可以是分数的。

9.根据权利要求1、2和8所述的齿轮传动机构，其特征在于：内齿轮的形状相同，可以是长圆形的，也可以是带圆角的长方形、带圆角的梯形、蛋形等形状。

10.根据权利要求1、2和9所述的齿轮传动机构，其特征在于：齿轮传动机构能广泛应用于各种车用内燃机、船用低速柴油机、重型坦克柴油机、液压马达和泵等机械。

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