CN104033241B - 齿轮式柴油发动机 - Google Patents

Abstract

一种齿轮式柴油发动机，涉及一种柴油发动机，包括发动机箱、位于发动机箱内的转子式活塞球、转子式气缸、位于发动机箱外侧的传动齿轮组、气体增压装置，所述的转子式活塞球、转子式气缸之间相互啮合，并通过齿轮轴安装在发动机箱内，齿轮轴的一端还分别伸出发动机箱外与传动齿轮组连接；气体增压装置安装在发动机箱的外侧；发动机箱上还分别安装有连通转子式气缸的燃气排气管、燃油输送管、进气管，其中进气管的进气端与气体增压装置连接。本发明在转子式活塞球和转子式气缸不断啮合、分离的过程中实现吸气、压缩、爆发、排气四个冲程的工作，其运行比较平稳，噪音低，而且结构简单，自重减小，降低了柴油发动机的制造难度和制造成本。

Description

齿轮式柴油发动机

技术领域

本发明涉及一种柴油发动机，特别是一种齿轮式柴油发动机。

背景技术

内燃机被广泛使用于汽车、船舶、机械等多个领域，与汽油发动机相比柴油发动机具有高压缩比，高燃油效率，结构简单等优点，但也有自身的缺点，主要表现在以下几个方面：

(1)工作噪音大：

柴油机与汽油机相比有着更高的压缩比，因而具有更高的燃油效率，但柴油机工作时缸内最高压力较之同等功率的汽油机要高的多，在每个冲程结束时的冲力较大，因而其工作噪音也较大。

(2)自重大机体笨重：

由于柴油机气缸内压力较高，机件受力大，刚度和强度要求较高。因此，与同功率的汽油机相比，其体积和质量都较大。

(3)制造工艺要求高加工难度大：

柴油机的有些零部件的加工精度较高，特别是柴油机的喷油泵和喷油器的精度要求更高，加工比较困难，使制造成本比汽油机更高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种齿轮式柴油发动机，使该发动机运行平稳，自重减小，制造难度下降。

解决上述技术问题的技术方案是：一种齿轮式柴油发动机，包括发动机箱、位于发动机箱内的转子式活塞球、转子式气缸、位于发动机箱外侧的传动齿轮组、气体增压装置，所述的转子式活塞球、转子式气缸之间相互啮合，该转子式活塞球、转子式气缸分别通过齿轮轴安装在发动机箱内，两根齿轮轴的一端还分别伸出发动机箱外与传动齿轮组连接；所述的气体增压装置安装在发动机箱的外侧；所述的发动机箱上还分别安装有连通转子式气缸的燃气排气管、燃油输送管、进气管，其中进气管的进气端与所述的气体增压装置连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的转子式活塞球包括活塞中轴套、四根连杆、四个活塞球，所述的四个活塞球分别一一固定在四根连杆的顶端，四根连杆的底端分别均匀固定在活塞中轴套的圆周上，活塞中轴套安装在齿轮轴上；所述的活塞球顶部还设有燃油喷射孔，且活塞球、连杆、活塞中轴孔之间均设有贯通的油路；所述的转子式气缸包括环形气缸体、四个气缸筒、气缸中轴套，所述的气缸中轴套安装在齿轮轴上，所述的四个气缸筒一端分别均匀固定在气缸中轴套的圆周上，四个气缸筒的另一端分别连接在环形气缸体内侧圆周上，且该四个气缸筒与环形气缸体之间相互连通，环形气缸体还在对应每个气缸筒位置的外侧各设有一个气缸口；所述的活塞球通过该气缸口进入气缸筒内并与气缸筒内壁紧密配合。

本发明的进一步技术方案是：所述的发动机箱由发动机箱A、发动机箱B连接而成，所述的燃气排气管安装在发动机箱A上，燃油输送管、进气管分别安装在发动机箱B上；所述的传动齿轮组包括齿轮a、齿轮b；所述的齿轮轴包括齿轮轴a、齿轮轴b；所述的转子式活塞球通过齿轮轴a、转子式气缸通过齿轮轴b分别安装在发动机箱A内侧，所述齿轮轴a的一端伸出发动机箱A外与齿轮a连接，齿轮轴b的一端伸出发动机箱A外与齿轮b连接；所述的发动机箱B内侧上分别固定有齿轮轴套和进气轴套，发动机箱B外侧上还在对应进气轴套的位置设有连通进气轴套的进气孔，所述的齿轮轴套与齿轮轴a相连接，所述的进气轴套与转子式气缸的气缸中轴套相对应；所述的进气孔与进气管的出气端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的气体增压装置包括飞轮外罩A、飞轮外罩B、飞轮、飞轮支架，所述的飞轮支架套在齿轮b外并固定在发动机箱A上，所述的飞轮外罩B穿过齿轮轴b的端部并通过飞轮支架上，所述的飞轮安装在齿轮轴b的端部上，且飞轮外周设有用于鼓风的叶片，所述的飞轮外罩A将飞轮罩住并与飞轮外罩B紧固连接；所述的飞轮外罩A、飞轮外罩B上设有与进气管的进气端相连接的出风口。

由于采用上述结构，本发明之齿轮式柴油发动机与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.运行平稳：

由于本发明之齿轮式柴油发动机包括发动机箱、转子式活塞球、转子式气缸、传动齿轮组、气体增压装置，其中转子式活塞球和转子式气缸以类似齿轮啮合的方式组装而成，转子式活塞球和转子式气缸以相互啮合的方式带动各自的齿轮轴进行旋转，各自的齿轮轴又可以带动发动机箱另一侧的传动齿轮组以齿轮啮合的关系进行旋转。在转子式活塞球和转子式气缸不断啮合、分离的过程中实现发动机吸气、压缩、爆发、排气四个冲程的工作。在整个工作过程中通过气体增压装置实现进气管端口的进气增压，增压后的空气沿着进气管进入、处于排气冲程的转子式气缸中，将气缸内的燃气吹出，燃气沿着密闭的发动机机箱到达燃气排气管，最后排出发动机。因此，本发明的运行比较平稳。

2.制造难度下降：

由于本发明的发动机箱、转子式活塞球通过类似齿轮啮合方式实现了传统柴油发动机四个冲程的工作过程，将传统柴油发动机中的连杆、曲轴等复杂笨重的零部件全部去除，改变了传统柴油机由往复式活塞运动向发动机动力输出轴转动之间的机械运动形式转换，从而实现了不经转换的直接圆周运动，使传统柴油发动机的结构大大简化，大幅度降低了柴油发动机的制造难度和制造成本。

3.自重减小：

由于本发明的结构大大简化，可减小发动机自重。此外，采用增压后的空气将气缸中的燃气吹出，在排气的过程中利用风冷的方式直接对气缸进行冷却，使发动机的冷却系统也得以简化，因此进一步减轻了柴油发动机的自重。

4.噪音低：

由于本发明的运行比较平稳，工作时缸内最高压力低，每个冲程结束时的冲力较小，因而其工作噪音也较低。

下面，结合附图和实施例对本发明之齿轮式柴油发动机的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之齿轮式柴油发动机的正面结构立体图，

图2：本发明之齿轮式柴油发动机的背面结构立体图，

图3：本发明之齿轮式柴油发动机的分解图一(即飞轮外罩a、飞轮和传动齿轮组之间的组装关系图)，

图4：本发明之齿轮式柴油发动机的分解图二(即飞轮外罩a、飞轮、传动齿轮组、发动机箱a和发动机箱b之间的组装关系第一角度视图)，

图5：本发明之齿轮式柴油发动机的分解图三(即飞轮外罩a、飞轮、传动齿轮组、发动机箱a和发动机箱b之间的组装关系第二角度视图)，

图6：传动齿轮组的结构示意图，

图7：转子式活塞球和转子式气缸工作状态图，

图8：转子式活塞球和转子式气缸与对应齿轮轴之间的装配关系图，

图9：转子式气缸的正面立体图，

图10：转子式气缸和背面立体图，

图11：转子式活塞球的正面立体图，

图12：转子式活塞球的背面立体图，

图13：本发明之齿轮式柴油发动机的第一状态工作原理图，

图14：本发明之齿轮式柴油发动机的第二状态工作原理图，

图15：本发明之齿轮式柴油发动机的第三状态工作原理图，

图16：转子式活塞球的燃油喷射原理图。

在上述附图中，各标号如下：

1-发动机箱，

101-发动机箱A，102-发动机箱B，1021-齿轮轴套，1022-进气轴套，1023-进气孔，

2-转子式活塞球，201-活塞中轴套，202-连杆，203-活塞球，2031-燃油喷射孔，

3-转子式气缸，301-环形气缸体，3011-气缸口，302-气缸筒，303-气缸中轴套，

4-传动齿轮组，401-齿轮a，402-齿轮b，

5-气体增压装置，501-飞轮外罩A，502-飞轮外罩B，503-飞轮，504-飞轮支架，

6-齿轮轴，601-齿轮轴a，602-齿轮轴b，

7-燃气排气管，8-燃油输送管，9-进气管。

具体实施方式

实施例一：

一种齿轮式柴油发动机，包括发动机箱1、位于发动机箱1内的转子式活塞球2、转子式气缸3、位于发动机箱1外侧的传动齿轮组4、气体增压装置5，其中转子式活塞球2、转子式气缸3之间相互啮合，该转子式活塞球2、转子式气缸3分别通过齿轮轴6安装在发动机箱1内，两根齿轮轴6的一端还分别伸出发动机箱1外与传动齿轮组4连接；所述的气体增压装置5安装在发动机箱1的外侧；所述的发动机箱1上还分别安装有连通转子式气缸4的燃气排气管7、燃油输送管8、进气管9，其中进气管9的进气端与所述的气体增压装置5连接。

所述的发动机箱1由发动机箱A101、发动机箱B102连接而成，所述的传动齿轮组4包括齿轮a401、齿轮b402；所述的齿轮轴6包括齿轮轴a601、齿轮轴b602；

所述的燃气排气管7安装在发动机箱A101上，所述的燃油输送管8、进气管9安装在发动机箱B102上；所述的转子式活塞球2通过齿轮轴a601、转子式气缸3通过齿轮轴b602分别安装在发动机箱A101内侧，所述齿轮轴a601的一端伸出发动机箱A101外与齿轮a401连接，齿轮轴b602的一端伸出发动机箱A101外与齿轮b402连接；所述的发动机箱B102内侧上分别固定有齿轮轴套1021和进气轴套1022，发动机箱B102外侧上还在对应进气轴套的位置设有连通进气轴套1022的进气孔1023，所述的齿轮轴套1021与齿轮轴a601相连接，所述的进气轴套1022与转子式气缸3相对应；所述的进气孔1023与进气管9的出气端连接。

所述的转子式活塞球2包括活塞中轴套201、四根连杆202、四个活塞球203，所述的四个活塞球203分别一一固定在四根连杆202的顶端，四根连杆202的底端分别均匀固定在活塞中轴套201的圆周上，活塞中轴套201安装在齿轮轴a601上；所述的活塞球203顶部还设有燃油喷射孔2031，且活塞球203、连杆202、活塞中轴孔201之间均设有贯通的油路；

所述的转子式气缸3包括环形气缸体301、四个气缸筒302、气缸中轴套303，所述的气缸中轴套303安装在齿轮轴b602上，该气缸中轴套303还与进气轴套1022相对应。所述的四个气缸筒302一端分别均匀固定在气缸中轴套303的圆周上，四个气缸筒302的另一端分别连接在环形气缸体内侧圆周上，且该四个气缸筒302与环形气缸体301之间相互连通，环形气缸体301还在对应每个气缸筒302位置的外侧各设有一个气缸口3011；所述的活塞球203通过该气缸口3011进入气缸筒302内并与气缸筒302内壁紧密配合。当转子式活塞球2和转子式气缸3旋转时，利用转子式活塞球2和转子式气缸3在啮合过程中结合处先互相啮合后相互分离的原理实现转子式活塞球在转子式气缸中的压缩、爆发两个主要的工作冲程，在结合处之外的部分完成排气和进气两个冲程，从而完成柴油发动机从进气、压缩、爆发到排气四个完整的工作冲程。

所述的气体增压装置5包括飞轮外罩A501、飞轮外罩B502、飞轮503、飞轮支架504，所述的飞轮支架504套在齿轮b402外并固定在发动机箱A101上，所述的飞轮外罩B502穿过齿轮轴b602的端部并通过飞轮支架504上，所述的飞轮503安装在齿轮轴b602的端部上，且飞轮503外周设有用于鼓风的叶片5031，所述的飞轮外罩A501将飞轮503罩住并与飞轮外罩B502紧固连接；所述的飞轮外罩A501、飞轮外罩B502上设有与进气管9的进气端相连接的出风口。

本发明由于采用高压空气通过进气轴套直接从气缸中套筒的中孔进入转子式气缸的方式，所以在排气和进气的过程中可以顺便起到为气缸进行冷却的作用。当然为了提高冷却效果也可以采用传统柴油发动机水冷却的方式，其原理与传统发动机类似，此处不再赘述。

本发明的工作原理如下：

本发明利用转子式活塞球2和转子式气缸3在啮合过程中结合处先互相啮合后相互分离的原理实现转子式活塞球在转子式气缸中的压缩、爆发两个主要的工作冲程，在结合处之外的部分完成排气和进气两个冲程，从而完成柴油发动机从进气、压缩、爆发到排气四个完整的工作冲程。在此过程中由于需要外加力实现压缩这一冲程，故在转子式气缸连接有与其同轴转动的飞轮。为了保证转子式活塞球和转子式气缸两部分转动过程中相互啮合部位的同步精确运动，分别在转子式活塞球和转子式气缸的齿轮轴a和齿轮轴b上装配有齿轮a和齿轮b。装配后转子式活塞球和齿轮轴a，可以实现同步转动，转子式气缸与齿轮b也可以实现同步转动。为使进气管内的空气保持一定的压力，在飞轮上装配有用于鼓风的扇叶片，在飞轮转动时这些扇叶片利用离心原理对进气端进行鼓风，空气流将沿着进气管、发动机箱b上的进气轴套进入处于排气冲程的转子式气缸的气缸中轴套中孔，并从气缸中轴套中孔中将缸内滞留的燃气吹出气缸，实现排气和进气冲程。当转子式气缸的气缸筒转动至将与转子式活塞球进行啮合的部位时，该气缸中轴套中孔被发动机箱b上的进气轴套的套筒壁堵塞(如图13所示)，发动机箱b上的进气轴套的套筒壁与发动机箱为一体式的设计在整个工作过程中为不动件。之后转子式气缸处于密闭的状态，在完成压缩和爆发冲程后，该气缸中轴套的中孔又将打开(如图15所示)，同时转子式活塞球的啮合部位也将从该转子式气缸中抽出，该转子式气缸之后便处于上下贯通的状态，如此反复该转子式气缸将再次进行排气、进气、压缩、爆发四个冲程的工作。需要说明的是之所以采用柴油为燃油动力是考虑到与汽油机不同，柴油机在点火方式上采用压燃的方式，即利用在压缩冲程末端被压缩的空气压力增大，温度升高，当温度超过柴油的着火点时，再向气缸内喷射出雾化的柴油，此时燃油与混合气体便发生爆燃，从而推动气缸做功。

本发明的燃油供给方式：如图16所示，转子式活塞球内部有贯通的油路，转子式活塞的活塞球顶部有燃油喷射孔。当处于爆燃点时该油路通道被打开，燃油沿着内部油路从燃油喷射孔喷入转子式气缸内与缸内的压缩空气实现爆燃。其余时间该油路通道被发动机箱b上的齿轮轴套的轴套壁堵塞，发动机箱b上的齿轮轴套与发动机箱为一体化的设计在整个工作中为不动件，发动机箱b上的齿轮轴套的油孔通过燃油输送管与外接的油泵相连。

Claims (3)

1.一种齿轮式柴油发动机，其特征在于：包括发动机箱（1）、位于发动机箱（1）内的转子式活塞球（2）、转子式气缸（3）、位于发动机箱（1）外侧的传动齿轮组（4）、气体增压装置（5），所述的转子式活塞球（2）、转子式气缸（3）之间相互啮合，该转子式活塞球（2）通过一根齿轮轴（6）安装在发动机箱（1）内，转子式气缸（3）通过另一根齿轮轴（6）安装在发动机箱（1）内，两根齿轮轴（6）的一端还分别伸出发动机箱（1）外与传动齿轮组（4）连接；所述的气体增压装置（5）安装在发动机箱（1）的外侧；所述的发动机箱（1）上还分别安装有连通转子式气缸（3）的燃气排气管（7）、燃油输送管（8）、进气管（9），其中进气管（9）的进气端与所述的气体增压装置（5）连接；

所述的转子式活塞球（2）包括活塞中轴套（201）、四根连杆（202）、四个活塞球（203），所述的四个活塞球（203）分别一一固定在四根连杆（202）的顶端，四根连杆（202）的底端分别均匀固定在活塞中轴套（201）的圆周上，活塞中轴套（201）安装在齿轮轴（6）上；所述的活塞球（203）顶部还设有燃油喷射孔（2031），且活塞球（203）、连杆（202）、活塞中轴套（201）之间均设有贯通的油路；所述的转子式气缸（3）包括环形气缸体（301）、四个气缸筒（302）、气缸中轴套（303），所述的气缸中轴套（303）安装在齿轮轴（6）上，所述的四个气缸筒（302）一端分别均匀固定在气缸中轴套（303）的圆周上，四个气缸筒（302）的另一端分别连接在环形气缸体内侧圆周上，且该四个气缸筒（302）与环形气缸体（301）之间相互连通，环形气缸体（301）还在对应每个气缸筒（302）位置的外侧各设有一个气缸口（3011）；所述的活塞球（203）通过该气缸口（3011）进入气缸筒（302）内并与气缸筒（302）内壁紧密配合。

2.根据权利要求1所述的齿轮式柴油发动机，其特征在于：所述的发动机箱（1）由发动机箱A（101）、发动机箱B（102）连接而成，所述的燃气排气管（7）安装在发动机箱A（101）上，燃油输送管（8）、进气管（9）分别安装在发动机箱B（102）上；所述的传动齿轮组（4）包括齿轮a（401）、齿轮b（402）；所述的齿轮轴（6）包括齿轮轴a（601）、齿轮轴b（602）；所述的转子式活塞球（2）通过齿轮轴a（601）、转子式气缸（3）通过齿轮轴b（602）分别安装在发动机箱A（101）内侧，所述齿轮轴a（601）的一端伸出发动机箱A（101）外与齿轮a（401）连接，齿轮轴b（602）的一端伸出发动机箱A（101）外与齿轮b（402）连接；所述的发动机箱B（102）内侧上分别固定有齿轮轴套（1021）和进气轴套（1022），发动机箱B（102）外侧上还在对应进气轴套的位置设有连通进气轴套（1022）的进气孔（1023），所述的齿轮轴套（1021）与齿轮轴a（601）相连接，所述的进气轴套（1022）与转子式气缸（3）的气缸中轴套（303）相对应；所述的进气孔（1023）与进气管（9）的出气端连接。

3.根据权利要求2所述的齿轮式柴油发动机，其特征在于：所述的气体增压装置（5）包括飞轮外罩A（501）、飞轮外罩B（502）、飞轮（503）、飞轮支架（504），所述的飞轮支架（504）套在齿轮b（402）外并固定在发动机箱A（101）上，所述的飞轮外罩B（502）穿过齿轮轴b（602）的端部并通过飞轮支架（504）上，所述的飞轮（503）安装在齿轮轴b（602）的端部上，且飞轮（503）外周设有用于鼓风的叶片（5031），所述的飞轮外罩A（501）将飞轮（503）罩住并与飞轮外罩B（502）紧固连接；所述的飞轮外罩A（501）、飞轮外罩B（502）上设有与进气管（9）的进气端相连接的出风口。