CN102926866A

CN102926866A - 一种摆杆动力输出机构的汽油机

Info

Publication number: CN102926866A
Application number: CN2012104447886A
Authority: CN
Inventors: 关醒权
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2013-02-13

Abstract

一种摆杆动力输出机构的汽油机，属于发动机技术领域。其特征是在箱体内有水平布置安装的多组气缸对，用连杆将一对气缸活塞相连接，一对气缸中一个是作功缸，一个是辅助缸。在箱体上面有可移动的齿条，齿条底面与活塞连杆固定连接，用两个不完整齿轮间歇带动齿条做往复运动。固连在连杆上的柱销通过长形槽孔推动摆杆转动，使摆杆下端连接的输出轴转动并输出活塞做功产生的推力。本发明提出的汽油机不使用曲柄滑块机构，能够克服传统发动机存在的压力角变化范围大导致的做功能力差以及不做功（死点）问题，燃气能够先于做功行程2-3个行程预先混合，点火时刻由齿条运动位置确定。该种汽油机具有效率高，动力性好，污染排放低等优点。

Description

一种摆杆动力输出机构的汽油机

技术领域

本发明属于发动机技术领域,涉及发动机结构，尤其是一种摆杆动力输出机构的汽油机。

背景技术

往复活塞式内燃机广泛用于车辆、轮船等可移动设备，是用曲柄滑块机构完成将热能向机械能转换。当活塞作为主动件通过连杆驱动曲轴转动，连杆与曲轴的作用点其对应的压力角变化范围大，连杆对曲轴做功能力随着曲轴转角的变化，从活塞在上止点不做功（死点）到开始做功，直至较大，然后做功能力下降，直到下止点不做功。在这个做功能力的变化中，同时伴随着做功气体容积增加，缸内压力减小，做功能力也随之减小。

曲柄滑块机构的这种运动特点导致内燃机的效率较低，同时对汽油机的点火时刻，转动速度要求很高。如果点火时刻过早会导致气缸内压力较大，缸内温度较高，但是活塞处于上止点附近，做功效率仍然较低，点火时刻过晚又导致活塞下行位移较大，缸内体积增加，使气缸内压力较小，做功效率变小。发动机曲轴有较高的工作转速，才可以克服活塞在上止点位置时对曲轴不做功的问题。活塞往复运动速率较大，进气、压缩行程时间较短，使混合燃气均匀化程度不高，燃烧不充分，影响热能释放，也会影响排放质量。

针对传统汽油机的上述不足，本发明采用新型的机械结构，即采用摆杆作为动力输出机构，结合其他辅助构件，客服传统汽油机的一些不足，设想出一种新型结构的汽油机。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够高效率，低污染排放的新型结构的汽油机，可以克服传统发动机存在的压力角变化范围大、做功能力差甚至不做功（死点）问题，是一种摆杆动力输出机构的汽油机。发明中的汽油机从原理上做功缸的数量不受限制，可以是单缸、双缸、三缸、四缸等。所设想的汽油机采用摆杆作为动力输出机构，增加辅助气缸，使用齿轮齿条带动活塞等机械装置，由此构成的新型结构的汽油机能够解决传统汽油机存在的一些缺点。

本发明的技术方案，它包括动力气缸、活塞、齿条、不完整齿轮、轴、超越离合器、连杆、箱体、动力输出轴、气缸盖,本发明包括摆杆动力输出机构的汽油机包括齿轮齿条往复机构，摆杆机构，辅助气缸与作功气缸组合结构。摆杆上端与活塞连杆连接，下端通过超越离合器Ⅱ与输出轴连接，活塞连杆直连动力气缸内的活塞和辅助气缸内的活塞，摆杆上端从活塞连杆获得动力气缸的作功行程产生的推力后，摆杆转动并带动发动机主轴旋转，活塞连杆与齿条底面固定连接，作功行程结束后，摆杆跟随连杆的移动而反向转动，采用单向离合器与主轴连接，可以实现摆杆反向转动时自动脱离主轴，利用单向离合器的超越特性还可以保证摆杆在气缸的其他行程中转动不受主轴转动的制约，摆杆以间歇驱动主轴转动的工作方式将热能转换为机械能。两个不完整齿轮Ⅰ和Ⅱ与齿条间隔啮合，实现齿条往复运动，不完整齿轮内孔安装超越离合器Ⅰ与轴Ⅱ连接。摆杆上端开设长形槽孔通过轴销与活塞连杆连接。辅助气缸与动力气缸成对使用，用一根连杆将两缸活塞连接，辅助缸有进排气门，其排气门输出口通过管路接通到做功缸的进气口，辅助气缸只用于混合燃气。连接两缸活塞的连杆与齿条底面固连，通过柱销与摆杆（16）上端长形槽孔连接。

一组气缸设计成左右两个，其中一个气缸叫做动力气缸，负责燃烧作功；另一个叫辅助气缸，负责燃料预混合与供给。辅助气缸与做功气缸水平安装在箱体内，两个气缸内的活塞由连杆直连。辅助气缸起到为做功气缸提供混合燃气的作用，是保证燃气混合质量并给混合燃气增加的环节。辅助气缸内的活塞与气缸体、汽缸盖组成辅助工作腔，仍然有进排气门组件，进气过程中实现燃料和空气的预混合，排气行程中将混合燃气推进动力气缸的进气管道或者燃烧室中。辅助气缸的工作行程只有进气排气两种形式，与动力气缸的行程相对匹配。两者对应关系见下表。

辅助气缸行程	动力气缸行程	辅助气缸行程说明
			进气	排气	进气门开启，吸入空气和燃油
排气	进气	混合燃气压入动力气缸的进气管道，管道内燃气进入燃烧室内。
			进气	压缩	进气门开启，吸入空气和燃油
排气	作功	混合气排入动力气缸的进气管道内

按着表中的气缸工作要求，每个气缸都需要有进排气门组件，对动力气缸对外有一套排气管，辅助气缸一端对外有一套进气管，辅助气缸腔内排气出口直接连通动力活气缸的进气口。辅助气缸工作腔的作用是为动力缸准备燃气，并能够使燃料与空气充分混合并且有一定的增压效果。

活塞往复运动机构是新型汽油机的关键技术之一，作功气缸的四个工作行程能否顺畅进行就取决于该机构能否正常运转。结构中用齿轮齿条机构带动活塞移动，齿条底面与活塞连杆固定连接，齿轮采用不完整轮齿，在一定角度范围内有轮齿或为光滑面，一对活塞对应的齿条与两个不完整齿轮交替啮合，齿轮分别由两主动轴驱动，转向相反，可以实现齿条的往复移动。其中一个不完整齿轮与主动轴利用单向超越离合器连接，可以保证在个别缸出现失火现象时仍然能有效带动齿条移动。

本发明提出的发动机在热功转换机构上不同于传统机使用的曲柄滑块机构，它能够克服传统发动机存在的压力角变化范围大，做功能力差甚至不做功（死点）问题。并且能够提前于点火做功行程2-3个行程预先混合燃气，并有一定的与增压效果，较大提高了燃气均匀化程度。气缸点火时刻依据活塞压缩结束时刻确定。由于活塞动力输出结构的改变使得气缸内的燃烧废气可以排出得更多。新型汽油机由于连杆传力条件的改变，提高了做功效果，发动机的效率会提高很多，动力性能明显增强。由于燃气的混合质量明显改善，燃烧更加充分，将使污染物排放得到改善。

附图说明

图1是本发明工作原理结构示意图。

图中1是动力气缸、2是活塞Ⅰ、3是齿条、4是不完整齿轮Ⅰ、5是轴Ⅰ、6是不完整齿轮Ⅱ、7是轴Ⅱ、8是超越离合器Ⅰ、9是活塞连杆、10是箱体、11是辅助气缸、2是轴Ⅱ、13是销、14是超越离合器Ⅱ、15是输出轴、16是摆杆、17是气缸盖。

具体实施方式

结合新型汽油机的工作原理结构示意图，对本发明的具体实施方式进一步说明。

活塞往复运动机构的目的，是实现发动机四个工作行程的有序进行。输出轴15一轴端在起动电机带动下转动，另一轴端的齿轮机构将运动传给轴5和7，轴上的不完整齿轮4和6转动，两者转动方向相反。不完整齿轮4顺时针转动，负责动力气缸1的压缩与排气行程，同时实现辅助气缸11的进气。不完整齿轮6逆时针转动，负责动力气缸1的进气行程，以及协调动力缸1出现失火现象时活塞2的位移运动。作功气缸一个工作循环的工作过程说明如下：

（1）进气行程：齿轮6有效驱动齿条3，通过连杆9带动活塞2移动进行吸气（齿轮4处于光滑面）；

（2）压缩行程：齿轮4有效驱动齿条3，通过连杆9带动活塞2进行压缩气体（齿轮6处于光滑面）；

（3）作功行程：齿轮4均处于光滑面，齿轮6由于超越离合器8的作用不能主动带动齿条运动，实现膨胀气体对外做功。

（4）排气行程：齿轮4有效驱动齿条3，通过连杆9带动活塞2排出废气（齿轮6处于光滑面）。

两个不完整齿轮4和6与齿条3间隔啮合，实现齿条3往复运动，保证作功气缸1的四个行程有序进行，两个不完整齿轮4和6的驱动轴5和7从发动机输出轴15得到一定降速比的转动。预计发动机输出轴15输出转速可以比传统发动机降低许多。

将作功气缸1与气缸11水平对置安装在箱体10内，两个气缸内的活塞2和12由连杆9直连。辅助气缸11起到为动力气缸1提供混合燃气的作用，并给混合燃气增加气压，同时还能为活塞2的移动起导向作用。活塞12与气缸11、气缸盖17组成辅助工作腔，有进排气门组件，并且在活塞12的每次往返运动中其进、排气门相应开闭一次。动力气缸1的进气门、排气门根据行程需要相应开闭。

摆杆机构的目的是将活塞2的推力功传递给输出轴15.摆杆16上端与活塞连杆9连接，下端与输出轴15通过超越离合器14连接。摆杆16上端从连杆9获得动力气缸1产生的推力后，摆杆16转动并带动发动机输出轴15旋转，作功行程结束后，摆杆16跟随连杆9的移动而反向转动，采用单向超越离合器14与输出轴15连接，可以实现摆杆16转动时自动脱离输出轴，连杆9间歇驱动输出轴15转动的工作方式将热能转换为机械能。

Claims

1.一种摆杆动力输出机构的汽油机，它包括动力气缸、活塞、齿条、不完整齿轮、轴、超越离合器、连杆、箱体、动力输出轴、气缸盖,其特在在于：摆杆动力输出机构的汽油机包括齿轮齿条往复机构，摆杆机构，辅助气缸与作功气缸组合结构，摆杆（16）上端与活塞连杆（9）连接，下端通过超越离合器Ⅱ（14）与输出轴（15）连接，活塞连杆（9）直连动力气缸（1）内的活塞（2）和辅助气缸（11）内的活塞（12），摆杆（16）上端从活塞连杆（9）获得动力气缸（1）的作功行程产生的推力后，摆杆（16）转动并带动发动机主轴旋转，活塞连杆（9）与齿条（3）底面固定连接，作功行程结束后，摆杆跟随连杆的移动而反向转动，采用单向离合器与主轴连接，可以实现摆杆反向转动时自动脱离主轴，利用单向离合器的超越特性还可以保证摆杆在气缸的其他行程中转动不受主轴转动的制约，两个不完整齿轮Ⅰ和Ⅱ与齿条（3）间隔啮合，实现齿条(3)往复运动，不完整齿轮内孔安装超越离合器Ⅰ(8)与轴Ⅱ(7)连接。

2.根据权利1所述的一种摆杆动力输出机构的汽油机，其特征在于：摆杆（16）上端开设长形槽孔通过轴销与活塞连杆（9）连接。

3.根据权利1所述的一种摆杆动力输出机构的汽油机，其特征在于：辅助气缸与动力气缸成对使用，用一根连杆将两缸活塞连接，辅助缸有进排气门，其排气门输出口通过管路接通到做功缸的进气口，辅助气缸只用于混合燃气。

4.根据权利1所述的一种摆杆动力输出机构的汽油机，其特征在于：连接两缸活塞的连杆与齿条底面固连，通过柱销与摆杆（16）上端长形槽孔连接。