CN102713201B - 用于提高四冲程内燃机燃料效率的动力传递机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及四冲程内燃机的改进型动力传递机构，以椭圆形齿轮（3）代替四冲程内燃机的曲柄臂，并将同样大小的椭圆形齿轮（4）组装成与之吻合地旋转，并且为了使互相吻合地椭圆形齿轮（3）和（4）的旋转中心（5）和（7）到动力传递点（6）的距离根据动力传递方向而交替可变，组装成由椭圆的中心点（8）和（9）沿着椭圆的长轴移动预定距离的位置成为椭圆形齿轮（3）和（4）的旋转中心（5）和（7），从而由同样大小的活塞做功冲程产生更大的旋转力，由更小的旋转力产生对压缩和排气冲程所需的动力，则由同样排气量的四冲程内燃机产生更大的旋转力，改进加速力及爬坡能力、并减少动力损失，而产生更大的有效功率(实际马力)。

Description

用于提高四冲程内燃机燃料效率的动力传递机构
技术领域
本发明涉及一种能够提高内燃机燃料效率的动力传递机构，该动力传递机构对将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动而产生驱动力的四冲程内燃机的动力传递机构进行改进，能够使相同排气量的内燃机产生更大的旋转力(Torque)，从而提高加速及爬坡能力，并产生更高的有效功率(实际马力)，由此可提高内燃机的燃料效率。
背景技术
四冲程内燃机是顺次反复吸气、压缩、做功、排气的四个冲程，使活塞进行往复运动，将活塞与曲柄臂通过连杆进行连接，从而将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动而产生旋转力的装置。该内燃机的四个冲程中只有通过做功冲程产生的动力才能够产生旋转力。因此，除做功冲程之外的其他冲程(吸气、压缩、排气)通过其他活塞在做功冲程中产生的旋转力或者飞轮的旋转惯性被完成。
换言之，四冲程内燃机在进行做功冲程的期间产生对引擎功率所需的动力，但进行除做功冲程之外的其他冲程(吸气、压缩、排气)中反而会消耗从其他活塞产生的动力。
即，四冲程内燃机在进行做功冲程的过程中，活塞的动力被传达并转换为曲轴的旋转力，但除做功冲程之外的其他冲程(吸气、压缩、排气)中，通过动力传递方向转换，而使曲轴的旋转力转换成对活塞的冲程所需的动力。
发明内容
技术问题
汽油发动机只将在做功冲程中产生的能量的25至30％转换为对产生引擎功率有效的动力，其余70至75％的能量则被损耗。因此，对动力传递机构进行改进，使通过四冲程内燃机的做功冲程中产生的活塞动力转换为更大的旋转力，并且使动力传递方向转换的压缩和排气冲程中所需的动力由更小的旋转力得到转换，从而提高四冲程内燃机可产生的旋转力，由此提高加速力及爬坡能力并提高有效功率(实际马力)，最终提高四冲程内燃机的燃料消费量的定额功率,即燃料效率。
技术方案
如图2所示，以椭圆形齿轮3代替四冲程内燃机的曲柄臂，并将同样大小的椭圆形齿轮4组装成与之吻合地旋转，并且，为了从旋转中心5和7到动力传递点6的距离根据动力的传递方向而交替可变，如图2所示，使各个椭圆形齿轮组装成从椭圆的中心点8和9沿着椭圆的长轴移动预定距离的位置成为椭圆形齿轮3和4的旋转中心5和7。
从而，通过四冲程内燃机的做功冲程，活塞从上止点向下止点移动期间，从代替曲柄臂的椭圆形齿轮3的旋转中心5到动力传递点6的距离要近，而从与之吻合进行旋转的椭圆形齿轮4的旋转中心7到接收传递动力点6的距离要远，使活塞动力变换为更大的旋转力；当通过四冲程内燃机的吸气冲程或排气冲程，活塞从下止点移动至上止点的期间，从代替曲柄臂的椭圆形齿轮3的旋转中心5到接收传递动力点6的距离要远，而从与之吻合进行旋转的椭圆形齿轮4的旋转中心7到传递动力点6的距离要近，使活塞由比以前更小的旋转力动作。
其中，曲轴将根据活塞的运动位置以不同的速度进行旋转，因此代替曲柄臂的椭圆形齿轮3按活塞单位而进行分离后，再固定为能够分别以不同速度进行旋转的结构，与代替曲柄臂的椭圆形齿轮3吻合地进行旋转的椭圆形齿轮4要组装成为一体化而与旋转轴一起以相同的速度进行旋转。
技术效果
由活塞动力转换的曲轴的旋转力相同时，通过改进型动力传递机构产生于椭圆形齿轮4的最大旋转力是在进行如图2所示的活塞冲程中产生，此时被传递的旋转力的大小将根据从代替曲柄臂的椭圆形齿轮3的旋转中心点5到传递动力点6的距离与吻合地进行旋转的椭圆形齿轮4的旋转中心点7到接收传递动力点6之间的距离的比率而不同。
例如,将改进型动力传递机构适用于八缸内燃机时，参照图3和图4进行计算时,从代替曲柄臂的椭圆形齿轮3的旋转中心点5到传递动力点6的距离和与之吻合地进行旋转的椭圆形齿轮4的旋转中心点到接收传递动力点6之间的距离的比率为1:2.4142165。
并且，如图2所示，沿着代替曲柄臂的椭圆形齿轮3的椭圆长轴，尽量将从旋转中心点5最远的点作为连杆的下端部结合点10，其中，从代替曲柄臂的椭圆形齿轮3的旋转中心点5到传递动力点6的距离与从旋转中心点5到连杆的下端部点结合点10的距离比率为1.902084。
从而，由改进型四冲程内燃机的做功冲程中产生的最大旋转力将比由现有的四冲程内燃机的做功冲程中产生的最大旋转力增大2.4142165(1.902084F×1.2692481L)倍。
但，针对四缸以上的四冲程内燃机，在调整活塞冲程周期时，使通过做功行程的旋转力产生周期在曲轴进行720度旋转的期间均匀地分布，因此由现有的八缸四冲程内燃机的做功冲程产生的最大旋转力将在两个活塞同时进行做功冲程时产生,从而可推论是由一个活塞动力转换的最大旋转力的两倍。
从而，可推论由改进型动力传递机构的八缸四冲程内燃机在做功冲程中产生的最大旋转力为由现有的八缸四冲程内燃机的做功冲程中产生的最大旋转力的1.20710825(2.4142165÷2)倍。
由此,改进型动力传递机构的八缸内燃机能够产生更大的最大旋转力，并且，产生更大的最大旋转力意味着加速力及爬坡能力得到提高，并且由四冲程内燃机的做功冲程时产生的能源产生更大的旋转力和由更小的旋转力产生对压缩和排气冲程所需的活塞动力从而减少相应的动力损失，通过这种改进能够产生更大的有效功率(实际马力)。
附图说明
图1为改进型动力传递机构的运转概要图，该图为将椭圆形齿轮根据四冲程内燃机的冲程的活塞的上下运动状态和活塞的位置啮合地旋转360度的过程，以旋转角度45度为单位进行区分而制作的得到改进型动力传递机构的运转概要图；
图2为改进型动力传递机构的椭圆形齿轮的组装标准图，该图是为了说明用于根据四冲程内燃机产生的动力及传递方向将旋转力(Torque)产生率最大化的两个椭圆形齿轮和连杆下端部的组装方法的图，组装时，当活塞位于上下运动范围的中央时，与代替曲柄臂的椭圆形齿轮3啮合地旋转的椭圆形齿轮4的椭圆长轴与连杆的下端部的结合点要在一条直线上；
图3为说明椭圆形齿轮的旋转中心的决定方法的图，随着椭圆长轴而移动位置，并决定圆周长-10与圆周长-11一致的旋转中心点5和7；
图4为说明椭圆形齿轮的形状决定方法的图，在决定椭圆短轴的长度时，要使椭圆形齿轮3和4的两个椭圆在连接各个椭圆形中心点8和9的直线与旋转中心点5和7的直线的交叉点上进行相接，才能使两个椭圆形齿轮3和4顺利吻合而旋转；
图5为现有和改进型八缸四冲程内燃机的旋转力产生周期图，该图为将八缸四冲程内燃机的做功冲程中产生的旋转力的大小按照现有引擎的活塞单位、八缸现有引擎、改进型动力传递机构分别进行区分，按冲程周期表示的示意图。
附图标记说明
1：活塞           2：连杆
3：椭圆形齿轮     4：椭圆形齿轮
5：旋转中心       6：动力传递点
7：旋转中心       8：椭圆中心
9：椭圆中心       10：连杆的下端部结合点
最佳实施方式
将与四冲程内燃机的活塞连接的连杆进行接合而使曲轴旋转的曲柄臂代替为椭圆形齿轮3，并将大小和形状相同的另一个椭圆形齿轮4与之吻合旋转地进行组装，并且，如图2所示，要组装成当活塞位于上下运动范围的中央时，椭圆形齿轮3和4的各个椭圆长轴在水平面上成为一条直线,并使椭圆的形状成为相同的方向。则组装成在一个椭圆形齿轮3向另一个椭圆形齿轮4传递动力时，使从该一个椭圆形齿轮3的旋转中心5到动力传递点6的距离比从该另一个椭圆形齿轮4的旋转中心7到动力传递点6的距离小，并且在该一个椭圆形齿轮3由该另一个圆形齿轮4接收动力时，使从该一个椭圆形齿轮3的旋转中心5到动力传递点6的距离比从该另一个椭圆形齿轮4的旋转中心7到动力传递点6的距离大。
并且，为了代替曲柄臂的椭圆形齿轮3能够分别按不同的速度进行旋转，将曲轴按活塞单位进行分离后，再固定为可旋转的结构，并且，将与之吻合进行旋转的另外椭圆形齿轮4与旋转轴形成一体化，从而都以相同的速度进行旋转,而使该旋转轴的旋转力成为内燃机的有效功率(实际马力)。
根据所述动力传递机构，在活塞从上止点运动至下止点的期间，曲轴将旋转180度，但接收曲轴的旋转力的被动齿轮4则旋转小于180度，因此，为了维持四冲程内燃机的做功冲程中的产生动力的连续性，优选为，内燃机最少五个以上的活塞单位要构成。
从而，根据构成内燃机的活塞的数量，而决定在曲轴和驱动齿轮3旋转180度的期间的被动齿轮4的最小旋转角(720度÷活塞构成数量)，并且，根据如所述决定的被动齿轮4的最小旋转角度而决定从椭圆形的中心8和9至齿轮的旋转中心5和7的偏心距，并且，如图3和图4所示,决定椭圆的长轴和短轴的长度比率，以使两个椭圆形齿轮3和4以偏心的旋转中心5和7为轴而顺利吻合地进行，以此决定椭圆形齿轮3和4的形状。
具体实施方式
由与四冲程内燃机的活塞连接的连杆进行连接并使曲轴进行旋转的曲柄臂代替椭圆形齿轮3，组装成与同等大小和形状的另一个椭圆形齿轮4吻合地进行旋转。其中，各个椭圆形齿轮3和4组装成从椭圆的中心沿着椭圆长轴移动预定距离的偏心为轴而吻合地进行旋转以接收传递动力，并且，如图2将椭圆形齿轮3和4组装成，当活塞位于上下运动范围的中央时，使各个椭圆形长轴在水平面上形成一条直线，并使椭圆的形状形成相同的方向。
并且，为使与曲轴结合的椭圆形齿轮3分别以不同的速度进行旋转，将曲轴按活塞单位分离后再固定为可旋转的结构，并且与之吻合而旋转的另外椭圆形齿轮4与旋转轴形成一体化，以使全部以相同速度旋转，而使该旋转轴的旋转力成为内燃机的功率(实际马力)。
针对八缸内燃机的改进型动力传递机构，被动齿轮4在曲轴与驱动齿轮3进行180度旋转期间接收动力，该被动齿轮的最小旋转角度要成为720度的八分之一即90度以上，因此从椭圆形齿轮的中心8和9按椭圆长轴长度的0.2071068倍的距离沿着椭圆长轴移动，而使图3的圆周长-10与圆周长-11相同的点成为椭圆形齿轮的旋转中心5和7，并且，如图4所示，决定椭圆形的短轴的长度，以使椭圆的圆周在连接椭圆形齿轮的中心8和9的直线与连接旋转中心5和7的直线相互交叉的点相接。但如图4的方法，调整椭圆形的短轴的长度得到调整时，则要重新调整根据图3的方法的旋转中心的偏心距。因此要轮换适用图3的方法和图4的方法，决定椭圆形齿轮的短轴的长度，并且适用于八缸内燃机的改进型动力传递机构的椭圆形齿轮的形状要使短轴和长轴的长度比率成为1:1.09868395051。
工业应用性
上述的本发明的实施例都可适用于汽车和船舶引擎，此时能够提高燃料效率和预定功率(实际马力)，并且，适用于工业用发电机等将四冲程内燃机作为动力装置而使用的工业用机械时，也能够提高功率和燃料效率。

Claims (1)

1.一种四冲程内燃机的动力传递装置，为驱动力产生装置即曲轴结构的动力传递装置，其特征在于，包括：
第一椭圆形齿轮(3)，固定于曲轴，并其旋转中心(5)从椭圆的中心(8)偏心预定距离而形成；以及
第二椭圆形齿轮(4)，与所述第一椭圆形齿轮(3)相同地其旋转中心(7)从椭圆的中心(9)偏心预定距离，并与所述第一椭圆形齿轮(3)以相同的大小吻合地进行旋转，
其中，为了使所述第一椭圆形齿轮(3)的圆周和第二椭圆形齿轮(4)的圆周在连接所述第一椭圆形齿轮的椭圆中心(8)与第二椭圆形齿轮的椭圆中心(9)的短轴上的直线与连接所述第一椭圆形齿轮的旋转中心(5)与第二椭圆形齿轮的旋转中心(7)的直线相互交叉的动力传递点(6)进行相接，所述旋转中心(5和7)在从所述椭圆中心(8和9)偏心预定距离的位置上形成，
所述第一椭圆形齿轮(3)和第二椭圆形齿轮(4)每当在旋转周期的180度时使第一椭圆形齿轮(3)及第二椭圆形齿轮(4)的长轴成为一条直线，
所述旋转中心偏心(5和7)，以在所述第一椭圆形齿轮(3)向第二椭圆形齿轮(4)传递动力时，使从所述第一椭圆形齿轮(3)的旋转中心(5)到动力传递点(6)的距离比从所述第二椭圆形齿轮(4)的旋转中心(7)到动力传递点(6)的距离小，并且在所述第一椭圆形齿轮(3)由第二椭圆形齿轮(3)接收动力时，使从所述第一椭圆形齿轮(3)的旋转中心(5)到动力传递点(6)的距离比从所述第二椭圆形齿轮(4)的旋转中心(7)到动力传递点(6)的距离大。
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