CN102913326A - 发动机 - Google Patents
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Abstract
一种发动机，具备混合传动装置，该混合传动装置由活塞、齿条、曲轴、滚轮、直轴、不完全齿轮、导轮、齿轮等组成。其特征在于：呈L状的齿条固定在保持密封滑动于汽缸中的活塞的下端，齿条的两侧设置有凹槽，凹槽中设置有导轮，导轮轴固定在机体上；机体上安装有轴向平行的直轴和曲轴，曲轴的曲柄销上固定有两个挡环，两个挡环之间安装有滚轮，滚轮可绕曲柄销旋转，当活塞处于上止点或下止点时，滚轮均能处于所述齿条的下方；不完全齿轮固定在直轴上并位于齿条的正面，直轴与曲轴在机体外的一端各固定有相互啮合的、直径相等的、齿数相同的齿轮。其优点在于：较高的机械效率导致热能利用率大幅度提高。
Description
技术领域
本发明提供一种发动机，属于发动机机械技术领域。
技术背景
活塞往复式发动机已广泛应用在各个领域。这种发动机是将活塞受到气体燃烧带来的压力通过连杆推动曲轴旋转，使热能转化成机械能的。其主要传动装置是由活塞，连杆，曲轴组成，该装置在直线运动与旋转运动的转换过程中，机械效率较低，导致发动机的热能利用率很低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有活塞往复式发动机的缺点，提供一种发动机，特别是一种具备混合传动装置的发动机
区别于现有技术，本发明说述的发动机在于具备混合传动装置，所述的混合传动装置由活塞、齿条、曲轴、滚轮、直轴、不完全齿轮、导轮、齿轮等组成。其特征在于：呈L状的齿条固定在保持密封滑动于汽缸中的活塞的下端，所述齿条的两侧设置有凹槽，所述凹槽中设置有导轮，所述导轮的轴固定在机体上；所述机体上安装有轴向平行的直轴和曲轴，所述曲轴的曲柄销上固定有两个挡环，所述两个挡环之间安装有滚轮，所述滚轮可绕所述曲柄销旋转，当所述活塞处于上止点或下止点时，所述滚轮均能处于所述齿条的下方；不完全齿轮固定在所述直轴上并位于所述齿条的正面，所述直轴与所述曲轴在所述机体外的一端各固定有相互啮合的、直径相等的、模数及齿数相同的齿轮。
本发明的优点在于：较高的机械效率导致热能利用率大幅度提高。
附图说明
图1是所述混合传动装置当其所述活塞处于上止点时的径向结构示意图。
图2是图1中A-A的剖视图。
图3是图1中B-B的剖视图。
图4是图3中D-D的剖视图，也是所述混合传动装置中所述导轮与所述导轮轴之间的结构示意图。
图5是图4中C-C的剖视图，也是所述混合传动装置中所述导轮与所述齿条之间的结构示意图。
图6是所述混合传动装置当其所述活塞处于上止点时的轴向结构示意图。
图7是所述混合传动装置在进气冲程中，所述不完全齿轮开始作用于所述 齿条时，所述滚轮与齿条之间及齿条与不完全齿轮之间的位置示意图。
图8是所述混合传动装置在进气冲程结束时，也是所述曲轴旋转至啮合结束角时，所述滚轮与所述齿条之间及齿条与所述不完全齿轮之间的位置示意图。
图9是所述混合传动装置在所述曲轴旋转至上行开始角时，所述滚轮与所述齿条之间及齿条与所述不完全齿轮之间的位置示意图。
图10是所述混合传动装置在压缩冲程或排气冲程中，所述曲轴旋转至上止点提前角时，所述滚轮与所述齿条之间及齿条与所述不完全齿轮之间的位置示意图。
图11是所述混合传动装置在作功冲程中，所述齿条开始作用于所述不完全齿轮时，所述滚轮与齿条之间及齿条与不完全齿轮之间的位置示意图。
图12是所述混合传动装置在作功冲程结束时，所述滚轮与所述齿条之间及齿条与所述不完全齿轮之间的位置示意图。
图中1.齿条，2.汽缸，3.活塞，4.凹槽，5.导轮，6.机体，7.曲轴，8.滚轮，9.曲柄销，10.不完全齿轮，11.直轴，12.齿轮，13.螺栓，14.螺母，15.导轮轴，16.十字头螺栓，17挡环，图中箭头表示运动方向。
具体实施例
图1至图6给出了本发明具备的混合传动装置的一个实施例，图中一条呈L形状的齿条1由多个螺栓13及螺母14固定在保持密封滑动于汽缸2中的活塞3的下端，所述齿条1的两侧各设置有凹槽4，所述凹槽4中各设置有导轮5，使所述齿条1紧密滑动于两个所述导轮5之间，并且所述凹槽4的长度使所述齿条1在两个所述导轮5之间可滑动的距离略大于所述活塞3的行程；所述导轮5由螺母14安装在导轮轴15上，所述导轮轴15的另一段为异型结构，由多个螺栓13固定在机体6上；所述机体6上安装有轴向平行的直轴11和曲轴7，所述曲轴7的曲柄销9上通过焊接固定有两个挡环17，组合式的滚轮8由十字头螺栓16安装在两个所述挡环17之间，所述滚轮8可绕所述曲柄销9旋转，当所述活塞3处于上止点或下止点时，所述滚轮8均能处于所述齿条1的下方；组合式的不完全齿轮10由螺栓13安装成整体，所述不完全齿轮10固定在所述直轴11上并位于所述齿条1的正面，所述直轴11与所述曲轴7在所述机体6外的一端各固定有相互啮合的、半径相等的、模数及齿数相同的齿轮12。
同时结合图10，在前述实施例中，推荐采用(但不限于)：所述活塞3在压缩冲程或排气冲程中，在所述滚轮8到达高点之前到达上止点，此时所述曲轴7的转角为上止点提前角。
从上止点提前角开始，至所述齿条1的底部不再作用于所述滚轮8时，所述滚轮8在所述齿条1的底部所滚动过的一段为弧形，该段弧的圆周为所述滚 轮8绕所述曲轴7的中心旋转所形成的外圆。
这使发动机提前获得所需的压缩比，也能减少在提前点火后所述曲轴7受到的阻力。
同时结合图8图和9，在前述实施例中，还推荐采用(但不限于)：设置缓冲过程。
所述缓冲过程，是指所述曲轴7由啮合结束角运行到上行开始角的过程。
所述啮合结束角，是指所述不完全齿轮10与所述齿条1的啮合结束时，所述曲轴7的转角。
所述上行开始角，是指所述滚轮8开始作用于所述齿条1的底部使所述活塞3上行时，所述曲轴7的转角。
这使发动机在进气冲程与压缩冲程之间，或作功冲程与排气冲程之间的转换因有充分的时间而更畅顺。
当本发明所述的发动机为四冲程发动机时，图7至图12给出了上述实施例的部分工作过程，同时结合图1至图6，简单地概括上述实施例的工作原理和工作过程：
齿轮12使直轴11和曲轴7的旋转方向相反，且旋转一周的时间相同。
汽缸2作用于活塞3及导轮5作用于齿条1两侧的凹槽4使活塞3和齿条1始终处于上下垂直运动状态。
曲柄销9通过滚轮8作用于齿条1的底部，可减少曲轴7在上行时因摩擦带来的阻力，挡环17可限制滚轮8的轴向移动。
直轴11旋转带动不完全齿轮10推动齿条1使活塞2下移，活塞2在曲轴7旋转至啮合结束角时到达下止点，完成进气冲程。
曲轴7继续旋转经缓冲过程至上行开始角，通过曲柄销9上的滚轮8作用于齿条1底部，推动齿条1使活塞3向上移动至上止点提前角，此时，活塞3已到达上止点，然后，在滚轮8继续运行至高点时完成压缩冲程。
活塞2受到燃料燃烧产生的压力向下移动，先通过齿条1的底部作用于滚轮8使曲轴7旋转，此时受到曲轴7的反作用力，活塞2缓慢下移，有利于燃料的充分燃烧；在齿条1与不完全齿轮10啮合后，滚轮8脱离齿条1的底部，活塞2快速下移并通过齿条1推动不完全齿轮10旋转，在活塞2到达下止点时完成作功冲程。
曲轴7继续旋转先后经啮合结束角、缓冲过程至上行开始角，再次通过曲柄销9上的滚轮8作用于齿条1底部，然后推动齿条1使活塞3向上移动，在滚轮8到达高点时完成排气冲程。
从上述工作原理和工作过程可以得到：对于活塞往复式发动机，上述混合传动装置保留了齿轮、齿条组成的传动装置及活塞、连杆、曲轴组成的传动装 置的优点，克服了齿轮、齿条组成的传动装置及活塞、连杆、曲轴组成的传动装置的缺点，
现有的活塞往复式发动机采用的活塞、连杆、曲轴组成的传动装置，受机体的高度或体积的限制，连杆不能过长，使其机械效率只有约60％，特别在作功冲程中，活塞越靠近上止点机械效率就越低，导致热能利用率较低。
本发明提供的发动机由于具备混合传动装置，在作功冲程中，活塞仍处于较高的位置时，通过齿条推动不完全齿轮旋转，对外输出动力，其机械效率高达90％以上，还基本消除了因侧压带来的热能损失，能将大部分热能转换成机械能，热能利用率较高。
本发明提供的发动机由于具备混合传动装置，在齿条与不完全齿轮啮合前，通过曲轴的作用，能实施提前点火以及有利于点火后的充分燃烧，也使齿条与不完全齿轮的啮合更准确。
所以，本发明提供的发动机比现有的发动机节省燃料30％以上。
值得说明的是：与本发明主要技术特征无关的零部件图中没示出。
还值得说明的是：由于文字表达的局限性，以上仅提出了本发明的优选方案，对于在本发明原理范围内的一些改进，也应视为本发明的保护范围 。
Claims (4)
1.一种发动机，具备混合传动装置，所述混合传动装置由活塞、齿条、曲轴、滚轮、直轴、不完全齿轮、导轮、齿轮等组成。其特征在于：呈L状的齿条固定在保持密封滑动于汽缸中的活塞的下端，所述齿条的两侧设置有凹槽，所述凹槽中设置有导轮，所述导轮的轴固定在机体上；所述机体上安装有轴向平行的直轴和曲轴，所述曲轴的曲柄销上固定有两个挡环，所述两个挡环之间安装有滚轮，所述滚轮可绕所述曲柄销旋转，当所述活塞处于上止点或下止点时，所述滚轮均能处于所述齿条的下方；不完全齿轮固定在所述直轴上并位于所述齿条的正面，所述直轴与所述曲轴在所述机体外的一端各固定有相互啮合的、直径相等的、齿数相同的齿轮。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于：所述活塞在压缩冲程或排气冲程中，在所述滚轮到达高点之前到达上止点，此时所述曲轴的转角为上止点提前角。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的发动机，其特征在于：从上止点提前角开始，到所述齿条的底部不再作用于所述滚轮时，所述滚轮在所述齿条的底部所滚动过的一段为弧形，该段弧的圆周为滚轮绕所述曲轴的中心旋转所形成的外圆。
4.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于：所述不完全齿轮与所述齿条的啮合结束后，所述曲轴7再旋转一定的角度，所述滚轮才开始作用于所述齿条的底部并推动所述活塞上行，该过程为缓冲过程。
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