CN104153880B

CN104153880B - 发动机用相位齿轮调大扭力节能装置

Info

Publication number: CN104153880B
Application number: CN201410367852.4A
Authority: CN
Inventors: 张鑫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: WO2015032169A1; CN104153880A; CN103452663A

Abstract

本发明公开了一种发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，它包括机体、气缸、吸排气气门机构、曲轴导气活塞连杆机构、曲轴导气活塞加速臂连杆机构以及引火机构，所述曲轴导气活塞连杆机构和曲轴导气活塞加速臂连杆机构上装置有互相啮合的相位齿轮；两导气活塞部分冲程在气缸内交替，通过相位齿轮得到曲轴间相对应的最佳扭矩相位角度时开始做功，可以使扭力、动力充分得到发挥，燃烧室爆发气体的扭力，可直接通过导气活塞无延时，无衰减做功，比现有单缸、多缸、双活塞、两冲程、四冲程等活塞式内燃发动机总能耗节约50％‑70％，本发动机的动力大幅提升，降低50％‑70％以上排放，使扭力增加。

Description

发动机用相位齿轮调大扭力节能装置

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别涉及一种发动机用相位齿轮调大扭力节能装置。

背景技术

如图1所示，现有的飞机、汽车、火车、船舶、发电、机械、摩托车等所有的活塞式内燃发动机的结构示意图；活塞机构56、曲柄轴57、曲柄58、对曲轴59 之间的引火提前角K在15 度-0 度时引火做功此时无扭矩，扭力瞬间被损耗约20％，同时曲轴59 需消耗原有的惯性动力旋转，曲柄58、对曲轴59 扭矩逐渐从小到大，相应地，活塞机构随着对曲轴扭矩增大向下止点运动，燃烧室55 的空间随之增大，曲柄58、对曲轴59 扭力随之下降，当活塞连杆与曲柄之间的夹角K 为90 度时曲柄对曲轴扭矩最大，但此时扭力只剩大约做功初始时的25％左右，又损失50％扭力。现有活塞式内燃发动机的结构使做功动力大量无功损耗，浪费了能源70％以上，对环境增加70％以上污染排放。

专利号为JP2009197737A的专利公开了的内燃机，其在同一气缸内设置两组活塞，此种内燃机存在的弊端为：1、两组活塞曲轴为1： 2的转数，这就决定了两活塞在一次完整的做功过程中，其中的一组有两次吸排气过程，约有30％冲程相反，造成了30％的吸气量的损失，并且，当任意一个气门开启时，要么阻碍活塞活动空间，要么堵在吸排气口上，或因一只活塞油环、气环运行的范围均涵盖所有气门口无法刮回机油，或气门顶部的燃烧室做功时无导气功能，气体无法进入两活塞顶部做功；2、转速1：1的方案两组连杆和曲柄间的引火提前角仍然是在15 度-0 度之间，与背景技术的功效相同，而且，当任意一个气门开启时，要么阻碍活塞活动空间，要么堵在吸排气口上，或因一只活塞运行的范围均涵盖所有机油环、气环无法刮回机油，或气门顶部的燃烧室做功时无导气功能，气体无法进入两活塞顶部做功。

发明内容

本发明为了解决上述问题提供一种发动机用相位齿轮调大扭力节能装置。

该装置包括机体、气缸、吸排气气门机构、曲轴导气活塞连杆机构、曲轴导气活塞加速臂连杆机构以及引火机构，所述曲轴导气活塞连杆机构和曲轴导气活塞加速臂连杆机构上装置有互相啮合的相位齿轮；

所述曲轴导气活塞连杆机构包括设置在机体中的通过曲柄连接的曲轴和第一曲柄轴、以及设置在气缸中的与第一曲柄轴连接的第一导气活塞机构；

所述曲轴导气活塞加速臂连杆机构包括设置在机体中的另一侧通过曲柄连接的曲轴和第二曲柄轴、加速臂连杆、导气活塞加速臂、以及设置在气缸中的与导气活塞加速臂连接的第二导气活塞机构，所述第二导气活塞加速臂通过加速臂连杆与第二曲柄轴连接，所述导气活塞加速臂的另一端通过轴连接机体上；

当所述曲轴导气活塞连杆机构中曲柄中心线S1与导气活塞连杆中心线L1形成的引火滞后角F设置在小于或等于90度大于0度之间状态下；同步的，导气活塞加速臂连杆机构中的曲柄中心线S2与加速臂连杆中心线L2的引火提前角G在15度-0度之间进行设置。

优选的，还包括导气活塞间隙调节臂机构，其包括调节臂、多缸同步销，所述调节臂通过轴铰装在机体上，调节臂两端分别通过轴与导气活塞加速臂及升降调节器连接，所述多缸同步销设置在控制臂上用以对多个控制臂进行同步联动。

优选的，包括设置在机体另一侧中的通过曲柄连接的曲轴和第二曲柄轴、加速臂连杆、以及设置在汽缸中的第二导气活塞机构通过加速臂连杆与第二曲柄轴连接的结构。

优选的，所述吸排气气门机构包括气门控制装置、吸排气组件、气门，吸排气组件与机体之间形成的进气道、排气道，在进气道、排气道气门端有对置的气门口，所述气门控制装置铰装在机体或吸排气组件上，用以控制气门运转。

优选的，所述吸排气气门机构设置为单组或多组，其设置在气缸的外围。

优选的，所述第一导气活塞机构与第二导气活塞机构中的导气活塞上均设有导气坡道，用于实现吸排气、做功、导气功能。

优选的，升降调节器为偏心轴旋转升降调节器、液压泵调节器或电动机螺杆升降调节器或固定形式升降调节器。

一种组合式发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：包括多组如权利要求1所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，多组所述发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的曲轴导气活塞连杆机构之间可共用一根曲轴51进行联动；多组所述发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的导气活塞间隙调节臂机构的调节臂之间通过多缸同步销进行连接，实现联动，相邻两组导气活塞间隙调节臂机构的调节臂之间通过齿条啮合形式或通过升降器推拉杆形式同步进行连接。

优选的，所述引火机构为：燃料喷嘴和/或火花塞。

本发明相对于现有活塞式内燃发动机的结构予以革新，有效地解决了做功燃气引火提前角K（背景技术）在15度-0度时开始做功，此时对曲轴而言无扭矩，扭力瞬间被损耗约20％的问题，本发明通过相位齿轮得到由连杆与曲柄形成的引火滞后角F角使曲轴在大扭矩高效状态下做功，也可以与导气活塞间隙调节臂机构配合这样，可以使扭力、动力充分得到发挥。燃烧室爆发的扭力，可直接通过导气活塞无延时，无衰减做功，比现有活塞式内燃发动机节约能耗50％-70％，机械效率大幅提升，降低污染50％-70％，并彻底解决了例如天然气等低热量的燃料动力低下的问题。

附图说明

图1是现有活塞式内燃发动机的结构示意图；

图2本发明结构示意图；

图3本发明的工作周期原理图；

图4本发明的相位齿轮结构示意图；

图5本发明吸排气气门机构实施例1 的示意图；

图6本发明吸排气气门机构实施例2 的示意图；

图7 本发明吸排气气门机构实施例3 的示意图；

图8本发明气门的结构示意图；

图9本发明组合式装置实施例的结构示意图；

图10本发明组合式装置另一实施例的结构示意图；

其中：1、机体，2、气缸，3、吸排气气门机构，31、凸轮轴，32、传动件，33、气门，34、进气道，35、排气道，36、气门杆，361、定位键，37、气门导管，38、吸排气组件，381、气门口，382、气门口，382’、气门口，383、气门口，4、引火机构，5、曲轴导气活塞连杆机构，51、曲轴，52、曲柄，53、第一曲柄轴，54、第一导气活塞机构，541、导气活塞连杆，542、导气坡道，56、活塞机构，57、曲柄轴，58、曲柄，59、曲轴，6、曲轴导气活塞加速臂连杆机构，61、曲轴，62、曲柄，63、第二曲柄轴，64、加速臂连杆，65、导气活塞加速臂，66、第二导气活塞机构，7、相位齿轮，8、导气活塞间隙调节臂机构，81、调节臂，82、多缸同步销，9、升降调节器，S1、曲柄52中心线，S2、曲柄62中心线，L1、连杆541中心线，L2、连杆64中心线，G、曲柄62中心线L2与连杆64中心线L2的引火提前角，F、曲柄52 中心线S1与连杆541中心线L1的引火滞后角。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图2-图4所示，一种发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，包括机体1、气缸2、吸排气气门机构3、曲轴导气活塞连杆机构5、曲轴导气活塞加速臂连杆机构6，以及引火机构4，引火机构4 可以是目前较通用的燃料喷嘴或火花塞或燃料喷嘴和火花塞或无引火为压燃。曲轴导气活塞连杆机构5和曲轴导气活塞加速臂连杆机构6上通过轴分别与互相啮合的相位齿轮7连接，确保曲轴导气活塞连杆机构5和曲轴加速臂连杆机构6运转相应的配合，同时控制曲轴间相位角度。

曲轴导气活塞连杆机构5包括设置在机体1中的通过曲柄52连接的曲轴51和第一曲柄轴53、以及通过导气活塞连杆541与第一曲柄轴53连接的第一导气活塞机构54；第一导气活塞机构54设置在气缸2中。

曲轴导气活塞加速臂连杆机构6包括设置在机体1中的另一侧通过曲柄62连接的曲轴61和第二曲柄轴63、加速臂连杆64导气活塞加速臂65、以及通过导气活塞连杆541与导气活塞加速臂65连接的第二导气活塞机构66，第二导气活塞机构66设置在气缸2中，导气活塞加速臂65通过加速臂连杆64与第二曲柄轴63连，所述导气活塞加速臂(65)的另一端通过轴连接机体(1)。

优选的，包括设置在机体1另一侧中的通过曲柄62连接的曲轴61和第二曲柄轴63、加速臂连杆64、以及设置在汽缸2中的第二导气活塞机构66通过加速臂连杆64与第二曲柄轴63连接的结构；曲轴61是曲轴51的转速的2倍，即转数比为2 比1，上述实施例效果比现有技术节能约30％。

与此同时，曲轴活塞加速臂连杆机构6的第二曲柄轴63直径大于曲轴导气活塞连杆机构5的第一曲柄轴53直径，这样，套装在第二曲柄轴63上的导气活塞连杆及导气活塞的行程较导气活塞连杆机构5的导气活塞行程缩短，在起到加速追赶第一导气活塞机构54作用的同时有效地提升做功效率。

本产品采用的第一导气活塞机构54与第二导气活塞机构66中的导气活塞上均设有导气坡道542，燃烧室气体爆发的能量在导气坡道542的作用下，有效地引进两导气活塞间做功。

当所述曲轴导气活塞连杆机构5中曲柄52中心线S1与连杆541中心线L1形成的引火滞后角F设置在小于等于90度大于0度之间状态下；同步地，导气活塞加速臂连杆机构6中的曲柄62中心线S2与加速臂连杆64中心线L2的起始做功的点火提前角G在15度-0度之间进行设置；

本产品还包括导气活塞间隙调节臂机构8，其包括调节臂81、多缸同步销82，调节臂81 过轴铰装在机体1上，调节臂81两端分别通过轴与导气活塞加速臂65及升降调节器9连接，本发明选用的升降调节器(9)为偏心轴旋转升降调节器、液压泵调节器、或电动机螺杆升降调节器、能固定不动的升降调节器，通过升降调节器9控制控制臂81进行上升或者下降动作，进而调节臂81带动加速臂65进一步调节曲轴导气活塞加速臂连杆机构6中的导气活塞行程及位置，与调速装置或油门同步，实现加速或减速过程，或调好固定的升降调节器。

多缸同步销82设置在调节臂81上用以对多个调节臂81进行联动。

吸排气气门机构3包括气门控制装置、吸排气组件38、气门33，吸排气组件38与机体1之间形成的进、排气道，在进、排气道气门端安装对置的气门口381，气门控制装置铰装在机体1或吸排气组件38上，用以控制气门33运转。

气门控制装置包括气门凸轮轴31、传动件32，传动件32铰装在吸排气组件38或者机体1上，凸轮轴31驱动传动件32控制气门33 的开启或关闭，传动件可以采用传动缸桶活塞式或摇臂的形式对气门进行驱动。

如图5 所示，本发明吸排气气门机构实施例1的示意图；

在组成进气道34和排气道35的吸排气组件38和机体1上分别设有半圆环形槽，在两组半圆环形槽对接形成的环形槽中安装环形气门口381，在吸排气组件38和机体1之间的气门安装槽内安装气门导管37，在气门导管37内设有卡槽，气门杆通过穿装气门导管37并设置在机体与吸排气组件间。本实施例的气门口维修更换造价低。缺点为气门口易受热变形。

如图6 所示，本发明吸排气气门机构实施例2的示意图；

在组成进气道34和排气道35的吸排气组件38和机体1上分别设有半圆环形槽，在两组半圆环形槽中分别装气门口382另半环；

优选的，机体1上的环形气门口382’的半环与机体1为一体结构，气门导管37与机体或吸气或排气组件做成一体。本实施例相比于实施例1 来说，气门口受热不易变形。

图7 本发明吸排气气门机构实施例3 的示意图；

本实施例的排气道35中的气门口383为与机体1及吸排气组件38排气端一体浇注而成，这样，可以有效地防止因排气道温度而导致的气门口变形。在本实施例进气道34中的气门口安装形式可以与上述实施例1或实施例2结构相同设置。

采用实施例1、2或3任一吸排气气门机构情况下，本产品的吸排气气门机构3均可以设置为单组或多组，其设置在气缸的外围的机体上，以满足实际设计需要。

如图8所示，为本发明采用的气门结构示意图；

在气门杆36上相应地设有定位键361，气门杆通过定位键361与气门导管37中的卡槽配合安装，防止气门杆36转动。

如图2、图9所示，一种组合式发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的实施例的结构示意图；

包括多组前述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，相邻的两组发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的曲轴导气活塞连杆机构5之间可共用一根曲轴51进行联动（即一组曲轴导气活塞连杆机构5的曲轴51与导气活塞连杆541连接的同时，还与相邻的另一组曲轴导气活塞连杆机构5的导气活塞连杆541连接）；多组所述发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的导气活塞间隙调节臂机构8的调节臂81之间通过多缸同步销82进行连接，实现联动，相邻两组导气活塞间隙调节臂机构8的调节臂81之间可以通过齿条啮合形式进行联动，也可以通过推拉杆与升降调节器连接的形式进行同步联动。

如图2、图10所示，一种组合式发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的另一实施例的结构示意图；

包括多组前述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，相邻的两组发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的曲轴导气活塞连杆机构5之间可共用一根曲轴51进行联动（即一组曲轴导气活塞连杆机构5的曲轴51与导气活塞连杆541连接的同时，还与相邻的另一组曲轴导气活塞连杆机构5的导气活塞连杆541连接）；多组所述发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的导气活塞间隙调节臂机构8的调节臂81之间通过多缸同步销82进行连接，实现联动，相邻两组导气活塞间隙调节控制臂机构8的臂81之间通过齿条啮合形式进行连接，本实施例的气门控制装置的传动件32铰装在吸排气主件38或者机体1上，气门凸轮轴31通过传动件32驱动气门杆36运转，相邻的两组曲轴导气活塞连杆机构5之间可共用一个气门凸轮轴31进行联动。

利用相位齿轮控制、调节曲轴导气活塞连杆机构5与曲轴导气活塞加速臂连杆机构6的相位角度，并在导气活塞连杆机构5的导气活塞连杆与曲柄52形成大扭矩时引燃燃烧室，有效地避免了现有技术需要克服无扭矩和小扭矩进行低效做功的状况。同时，利用导气活塞间隙调节臂机构8对导气活塞间隙进行调节，保障燃料与气体的配比，燃烧更充分。

曲轴导气活塞连杆机构5中的导气活塞连杆541与曲柄52的初始引火滞后角F设置在0度；曲轴导气活塞加速臂连杆机构6的加速臂连杆64与曲柄62的初始设置提前角G在56度；两导气活塞的间距为21mm；当带动曲轴导气活塞连杆机构5和曲轴导气活塞加速臂连杆机构6上装置的相位齿轮7运转时，在曲轴导气活塞连杆机构5中的导气活塞连杆541与曲柄52顺时针旋转，引火提前角G由56度到11度，第一导气活塞机构54向下止点运动；同时，曲轴导气活塞加速臂连杆机构6的加速臂连杆64与曲柄62的逆时针旋转第二导气活塞机构66向上止点运动，45度后，并到达上止点，两导气活塞的间距由21mm缩至3mm（即最小间隙时）燃烧室开始工作，此时，即导气活塞连杆541与曲柄52间对曲轴形成大扭矩的引火滞后角F，通过导气活塞连杆541驱动曲柄轴、曲轴运转，此时，燃气扭力完全转化为动能。另外，虽然在排气冲程或压缩冲程过程中，曲轴需同时克服导气活塞和加速臂轴的两个阻力，因仅需燃气作功时的约十分之一或二左右的扭力，但在导气活塞回程过程中，燃气推动导气活塞连杆在加速臂两端同时产生扭力驱动加速臂运转，并将产生的约两倍以上的扭力作用到加速臂连杆上驱动曲轴61运转；发挥了高效的能效比。

克服了现有技术，由于活塞连杆对曲轴无扭矩，从而导致扭力瞬间被损耗掉约20％的问题，扭矩由小变大过程中损失50％的问题，本发明分别与曲轴导气活塞连杆机构5和曲轴导气活塞加速臂连杆机构6 的曲轴连接的且相互啮合的齿轮7有效地保障了同步运转，发动机开始做功时，始终保持曲轴导气活塞连杆机构5 中的导气活塞连杆541与曲柄52间的引火滞后角F为大扭力角度，这样，可以使燃气的扭力、动力充分得到发挥。燃气的扭力，可直接通过导气活塞无延时，无衰减做功，比现有单缸、多缸、两冲程、四冲程等活塞式内燃发动机能耗节约50％-70％。

上述设有导气坡道的两导气活塞的设定间距、导气活塞连杆与曲柄的角度是本发明优选实施例，但不限于上述实施例，本领域技术人员应当理解，根据产品结构或工作时的实际情况，可以进行适当的调整；本实施例设定引火滞后角F的步骤可以是：先设定引火滞后角F为45度，再把活塞导气坡道对准吸、排气口，两只导气活塞之间留有合理的燃烧室空间，此时两导气活塞的顶部分别越过吸排气口的部分，长度一致，引火提前角G在11度-0度之间，并根据需求留有导气活塞间距调节空间，每个旋转周期除导气活塞在汽缸筒2内可以有少量冲程越过气门口交替外，两导气活塞的导气活塞环均不要达到或超过吸排气口以实现正常工作。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：它包括机体(1)、气缸(2)、吸排气气门机构(3)、引火机构(4)、曲轴导气活塞连杆机构(5)、曲轴导气活塞加速臂连杆机构(6)，所述曲轴导气活塞连杆机构(5)和曲轴导气活塞加速臂连杆机构(6)上装置有互相啮合的相位齿轮(7)；

所述曲轴导气活塞连杆机构(5)包括设置在机体(1)中的通过曲柄(52)连接的曲轴(51)和第一曲柄轴(53)、以及设置在气缸(2)中的与第一曲柄轴(53)连接的第一导气活塞机构(54)；

所述曲轴导气活塞加速臂连杆机构(6)包括设置在机体(1)中的另一侧通过曲柄(62)连接的曲轴(61)和第二曲柄轴(63)、加速臂连杆(64)、导气活塞加速臂(65)、以及设置在气缸(2)中的与导气活塞加速臂(65)连接的第二导气活塞机构(66)，所述导气活塞加速臂(65)通过加速臂连杆(64)与第二曲柄轴(63)连接，所述导气活塞加速臂(65)的另一端通过轴连接机体(1)；

当所述曲轴导气活塞连杆机构(5)中曲柄(52)中心线S1与导气活塞连杆(541)中心线L1之间形成的引火滞后角F设置在等于或小于90度大于0度状态下；同步地，曲轴导气活塞加速臂连杆机构(6)中的曲柄(62)中心线S2与加速臂连杆(64)中心线L2的起始做功引火提前角G在15度-0度之间进行设置。

2.根据权利要求1所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：该装置还包括导气活塞间隙调节臂机构(8)，其包括调节臂(81)、多缸同步销(82)，所述调节臂(81)通过轴铰装在机体(1)上，调节臂(81)两端分别通过轴与导气活塞加速臂(65)及升降调节器(9)连接，所述多缸同步销(82)设置在调节臂(81)上用以对多个调节臂(81)进行同步联动。

3.根据权利要求1所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：所述吸排气气门机构(3)包括气门控制装置、吸排气组件(38)、气门(33)，吸排气组件(38)与机体(1)之间形成的进气道(34)、排气道(35)，在进气道(34)、排气道(35)气门端有对置的气门口(381，382，382’，383)，所述气门控制装置铰装在机体(1)或吸排气组件(38)上，用以控制气门(33)运转。

4.根据权利要求1或3所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：所述吸排气气门机构(3)设置为单组或多组，成组设置在汽缸的外围。

5.根据权利要求1所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：所述第一导气活塞机构(54)与第二导气活塞机构(66)中的导气活塞上均设有导气坡道(542)，用于实现吸排气、做功导气功能。

6.根据权利要求2所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：所述升降调节器(9)为偏心轴旋转升降调节器、液压泵调节器、或电动机螺杆升降调节器或固定形式升降调节器。

7.根据权利要求1所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：所述引火机构为：燃料喷嘴和/或火花塞。

8.一种发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：它包括机体(1)、气缸(2)、吸排气气门机构(3)、引火机构(4)、曲轴导气活塞连杆机构(5)、曲轴导气活塞加速臂连杆机构(6)，所述曲轴导气活塞连杆机构(5)和曲轴导气活塞加速臂连杆机构(6)上装置有互相啮合的相位齿轮(7)；

所述曲轴导气活塞加速臂连杆机构(6)包括:设置在机体(1)另一侧中的通过曲柄(62)连接的曲轴(61)和第二曲柄轴(63)、加速臂连杆(64)、以及设置在气缸(2)中的第二导气活塞机构(66)连接，所述第二导气活塞机构(66)通过加速臂连杆(64)与第二曲柄轴(63)连接；

9.一种组合式发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，其特征在于：该装置包括多组如权利要求1所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置，相邻两组所述的发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的曲轴导气活塞连杆机构(5)之间共用一根曲轴(51)进行联动；多组所述发动机用相位齿轮调大扭力节能装置的导气活塞间隙调节臂机构(8)的调节臂(81)之间通过多缸同步销(82)进行连接，实现联动，相邻两组导气活塞间隙调节臂机构(8)的调节臂(81)之间通过齿条啮合形式或通过升降器推拉杆形式同步进行连接。