CN103133630A

CN103133630A - 一种传动装置及具备该装置的活塞往复式发动机

Info

Publication number: CN103133630A
Application number: CN2013100677629A
Authority: CN
Inventors: 马淑芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-06-05

Abstract

一种传动装置及具备该装置的活塞往复式发动机，设置有轴向平行的、旋转方向相反且旋转一周时间相等的轴与曲轴，轴中固定有不完全齿轮，曲轴的曲柄销上设置有凸轮；活塞通过能与不完全齿轮啮合的齿条固定在十字头的上方，十字头通过滑块保持滑动于由导板构成的导槽中；内杆套装在并可滑动于外杆内，内杆的上端与十字头铰接，外杆的下端与曲柄销铰接，使十字头与曲柄销之间的距离处于可改变状态，内杆的下端可伸出于外杆的下端，并可作用于或被作用于凸轮。其优点在于：可实施提前点火，可实现充分燃烧，而且啮合准确，使热能大部分转换成机械能，比现有发动机节省燃料30％以上。

Description

一种传动装置及具备该装置的活塞往复式发动机

技术领域

本发明提供一种传动装置及具备该装置的活塞往复式发动机，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燃料燃烧产生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，也有由活塞，活塞杆、十字头、连杆、曲轴、导板组成，上述两种装置在直线运动与旋转运动的转换过程中，转换效率较低，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，提供一种传动装置及具备该装置的活塞往复式发动机。

区别于现有技术，本发明说述的的传动装置，由活塞、齿条、十字头、内杆、外杆、曲轴、凸轮、导板、轴、不完全齿轮等组成。其特征在于：设置轴向平行的、旋转方向相反且旋转一周时间相等的轴与曲轴，轴中固定有不完全齿轮，曲轴的曲柄销上设置有凸轮；活塞通过能与不完全齿轮啮合的齿条固定在十字头的上方，十字头通过滑块保持滑动于由导板构成的导槽中；内杆套装在并可滑动于外杆内，内杆的上端与十字头铰接，外杆的下端与曲柄销铰接，使十字头与曲柄销之间的距离处于可改变状态；内杆的下端可伸出于外杆的下端，并可作用于或被作用于凸轮；或者，内杆的下端与曲柄销铰接，外杆的上端与十字头铰接，外杆的下端两侧可作用于或被作用于凸轮。

区别于现有技术，本发明说述的活塞往复式发动机具备上述传动装置，并具备上述传动装置的技术特征。

本发明的优点在于：可实施提前点火，可实现充分燃烧，而且啮合准确，使热能大部分转换成机械能，比现有发动机节省燃料30％以上。

附图说明

图1是所述传动装置当其活塞处于上止点时的径向结构示意图。

图2是所述传动装置当其活塞处于上止点时的轴向结构示意图。

图3是图2中A-A的剖视图。

图4是图3中A的放大图。

图5是所述传动装置中曲轴与轴之间的传动示意图。

图6是所述传动装置在作功过程中，齿条开始作用于不完全齿轮时，内杆与凸轮之间的位置示意图。

图7是所述传动装置在作功过程中，齿条与不完全齿轮完全啮合时，内杆与凸轮之间的位置示意图。

图8是所述传动装置在作功过程中，不完全齿轮旋转90时，内杆与凸轮之间的位置示意图。

图9是所述混合传动装置的活塞在下行结束时，也是不完全齿轮与齿条之间的啮合结束时，内杆与凸轮之间的位置示意图。

图10是所述传动装置的凸轮开始作用于内杆的下端时，不完全齿轮与齿条之间的位置示意图。

图11是所述传动装置的活塞在上行过程中，曲轴旋转至上止点提前角时，内杆与凸轮之间的位置示意图。

图12是所述传动装置的另一结构示意图。

图13是图12中B-B的剖视图。

图14是图12中C-C的剖视图。

图中1.轴，2.曲轴，3.齿轮，4.不完全齿轮，5.曲柄销，6.凸轮，7齿条，8.气缸，9.活塞，10.十字头，11.滑块，12.导板，13.导槽，14.机体，15.双头螺栓，16.螺母，17.法兰，18.螺栓，19.外杆，20.内杆。图中箭头表示运动方向。

具体实施例

图1至图5给出了本发明提供的传动装置的一个实施例，图中四个依次啮合的、半径和模数及齿数相等或相同的齿轮3，其中上下两个分别固定在轴向平行的轴1与曲轴2中，使轴1与曲轴2的旋转方向相反且旋转一周的时间相等；轴1中还固定有不完全齿轮4，曲轴2的曲柄销5上连铸着凸轮6。

能与不完全齿轮4啮合的齿条7的上端通过法兰17固定在活塞9的下端，活塞9保持密封滑动于气缸8中，齿条7的下端通过内螺纹固定着十字头10，十字头10的轴向两端由多个螺栓18固定着滑块11，滑块11可保持滑动于由四块导板12构成的两条导槽13中，导板12由多个双头螺栓15及螺母16固定在机体14中。

内杆20套装在并可滑动于外杆19内，内杆20的上端与十字头10铰接，外杆19的下端与曲柄销5铰接，使十字头10与曲柄销5之间的距离处于可改变状态，内杆20的下端可伸出于外杆19的下端，并可作用于或被作用于凸轮6。

同时结合图11，在前述实施例中，推荐采用(但不限于)：活塞9上行过程中，在曲柄销5到达高点之前，凸轮6推程结束并使活塞9到达上止点，此时曲轴2的转角为上止点提前角。

同时结合图9图和10，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，是指活塞9在下行结束到上行开始之间，存在一定的曲轴2的转角。

在前述实施例中，齿条7与十字头10之间的固定、滑块11的结构及其与十字头10之间的固定、导板12的结构及其与机体14之间的固定还可以采用现有的公知技术。

在前述实施例中，法兰17的固定、轴1及曲轴2的安装、不完全齿轮4和齿轮3的固定或安装均采取现有的公知技术，且不在本发明的主要技术特征范围内，故不作详述。

图6至图11给出了前述实施例的部分工作过程，同时再结合图1至图5，简单地概括其工作原理和工作过程：

气缸8作用于活塞9及导板12作用于滑块11使活塞3和齿条7及十字头10始终处于上下垂直运动状态。

外杆19作用于内杆20，使内杆的下端始终处于凸轮6的上方。

作功冲程开始后，燃料燃烧产生的压力使活塞9通过齿条7、十字头10、内杆20作用于曲柄销5上的凸轮6，推动曲轴2旋转，此时，活塞9受到曲轴2的反作用力，下移缓慢，有利于燃料的充分燃烧，也为不完全齿轮4与齿条7的准确啮合提供良好的条件；当齿条7开始作用于并推动不完全齿轮4旋转，通过轴1、齿轮3使曲轴2旋转，此后，随着曲轴2的转角不断加大，十字头10与曲柄销5之间的距离也逐渐加大，以及凸轮6处于回程运动角，且回程幅度较大，最终使凸轮6脱离内杆20的下端，在此过程中，齿条7与不完全齿轮4由开始啮合进入到完全啮合；此后，活塞9继续通过齿条7推动不完全齿轮4旋转，从而获得机械能。

活塞9的下行在齿条7与不完全齿轮4的啮合结束时结束，经缓冲过程，即曲轴2旋转了一定的角度，使齿条7与不完全齿轮4处于无接触状态后，曲柄销5上的凸轮6开始作用于内杆20的下端，依次通过十字头10、齿条7推动活塞9向上移动；此后，凸轮6处于推程运动角，随着曲轴2的继续旋转及凸轮6的不断推程，使活塞9在曲轴2旋转至上止点提前角时到达上止点，完成排气冲程或压缩冲程，此时，凸轮6的推程结束；曲轴2继续旋转使曲柄销5到达高点，而凸轮6处于回程运动角，其回程幅度使活塞9停留在上止点，从而减少曲轴2在此过程受到的阻力。

进气冲程是由不完全齿轮4推动齿条7下移并使活塞9下移而完成。

在前述工作过程中，十字头10与曲柄销5之间的距离是不断改变的，曲轴2从上止点提前角旋转至活塞9开始上移时，该距离先缩小，然后逐渐增大，又逐渐缩小；曲轴2从活塞9开始上移时旋转至上止点提前角，该距离不断增大。

图12-图14给出了内杆20和外杆19的另一结构，与前一结构的区别在于：内杆20的下端与曲柄销5铰接，外杆19的上端与十字头10铰接，曲柄销5连铸着两个凸轮6，外杆19的下端两侧作用于凸轮6。

本发明说述的活塞往复式发动机由于具备上述传动装置及该装置的技术特征，所以，同样具备该装置的工作原理和工作过程；对于活塞往复式发动机的其他工作过程，由于与本发明的主要技术特征无关，所以未作陈述，同样，与本发明的主要技术特征无关的零部件，图中未示出。

现有的活塞往复式发动机采用的活塞、连杆、曲轴或活塞、活塞杆、十字头、连杆、曲轴组成的传动装置，受机体的高度限制，连杆不能过长，在活塞的直线运动与曲轴的旋转运动转换过程中，转换效率只有约60％，特别在作功冲程中，活塞越靠近上止点转换效率就越低，导致热能利用率较低。

对于直线运动与旋转运动的转换，齿轮与齿条构成的传动装置的转换效率高达90％以上，但该装置至今未应用到活塞往复式发动机中，主要原因是难以在较高的转换频率中准确地啮合，以及不利于发动机的提前点火及点火后的充分燃烧。

本发明提供的传动装置，在作功冲程中，活塞仍处于较高的位置、缸内压力较大时，通过齿条推动不完全齿轮旋转，获得较高转换效率，热能利用率大幅提高。

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。

相对于现有的活塞往复式发动机，本发明提供的传动装置及具备该装置的活塞往复式发动机，整机高度和体积没有大幅增加，能节省燃料30％以上。

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基本方案，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

1.一种传动装置，由活塞、齿条、十字头、内杆、外杆、曲轴、凸轮、导板、轴、不完全齿轮等组成，其特征在于：设置轴向平行的、旋转方向相反且旋转一周时间相等的轴与曲轴，轴中固定有不完全齿轮，曲轴的曲柄销上设置有凸轮；活塞通过能与不完全齿轮啮合的齿条固定在十字头的上方，十字头通过滑块保持滑动于由导板构成的导槽中；内杆套装在并可滑动于外杆内，内杆的上端与十字头铰接，外杆的下端与曲柄销铰接，使十字头与曲柄销之间的距离处于可改变状态，内杆的下端可伸出于外杆的下端，并可作用于或被作用于凸轮；或者，内杆的下端与曲柄销铰接，外杆的上端与十字头铰接，其下端两侧可作用于或被作用于凸轮。

2.根据权利要求1的传动装置，在曲柄销到达高点之前，凸轮推程结束并使活塞到达上止点。

3.根据权利要求1的传动装置，活塞在下行结束到上行开始之间，存在一定的曲轴转角。

4.一种活塞往复式发动机，具备权利要求1、权利要求2、权利要求3的全部特征。