CN104405504A - 一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，包括气缸体、气缸、活塞、活塞销、连杆和曲轴箱，还包括一个双曲轴结构，所述双曲轴结构包括主曲轴、辅助曲轴、中心齿轮、中心半轴、动力输出轴，本发明所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机装配时在压缩冲程结束点火做功冲程开始的状态，令活塞在上止点位置，令活塞销的圆心、辅助曲轴上的曲柄销的圆心和主曲轴偏置孔的圆心在同一条直线上，令活塞销至主曲轴偏置孔之间的连线与主曲轴偏置孔至主曲轴中心之间的连线形成90度角，在做功时这一刻气体膨胀产生的推力通过活塞再通过辅助曲轴推动主曲轴旋转，主曲轴再带动动力输出轴转动从而输出动力，这一刻气体膨胀产生的推力大部分做了有用功，内燃机动力损失小，工作效率高。

Description

一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体涉及一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机。

背景技术

本发明涉及一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，现有技术中的活塞式单曲轴四冲程内燃机的动力传递系统由一个曲轴、一个连杆、一个活塞销、一个活塞和一个汽缸组成，现有技术中的的活塞式单曲轴四冲程内燃机，它的一个做功循环有四个冲程，在压缩冲程结束做功冲程开始时，活塞在上止点，这时活塞销的中心至曲轴曲柄销中心的连线与曲轴曲柄销中心至曲轴主轴中心的连线成180度角，这一刻气体膨胀产生的推力穿过曲轴主轴的圆心，导致此刻的推力无法推动曲轴旋转，导致内燃机动力损失大，工作效率低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，克服现有技术中的单曲轴内燃机在压缩冲程结束做功冲程开始时，活塞在上止点时，这一刻气体膨胀产生的推力穿过曲轴主轴的圆心，导致此刻的推力无法推动曲轴旋转，导致内燃机动力损失大，工作效率低的缺陷，本发明采用如下技术方案：

一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，包括气缸体、气缸、活塞、活塞销、连杆和曲轴箱，还包括一个双曲轴结构，所述双曲轴结构包括主曲轴、辅助曲轴、中心齿轮、中心半轴、动力输出轴，所述主曲轴是带有盲孔、偏置孔和齿轮的圆形物件，所述动力输出轴与曲轴箱通过轴承连接，所述动力输出轴上有齿轮，动力输出轴上的齿轮与主曲轴上的齿轮啮合，所述中心半轴固定在曲轴箱上，所述主曲轴上的盲孔通过轴承与中心半轴连接，所述中心齿轮固定在中心半轴内，所述中心齿轮与辅助曲轴上的辅助齿轮啮合，所述辅助齿轮与辅助曲轴为一体，所述辅助曲轴的主轴插入主曲轴上的偏置孔内，所述连杆一端与辅助曲轴上的曲柄销通过轴瓦连接，另一端通过活塞销与活塞相连，所述活塞以滑动模式镶嵌在气缸内，所述气缸固定在气缸体内。

所述动力输出轴是一根长轴，轴两端有键槽，轴身上有齿轮。所述主曲轴的一面位于正中央位置设置一个盲孔，盲孔内设置轴承，盲孔内还设置一个偏离盲孔中心的偏置孔，偏置孔内也设置轴承，主曲轴外圆上设置齿轮。所述中心半轴是一段圆轴，圆轴一端设置法兰止口，圆轴的另一端设置一个中心盲孔，圆轴中心设置一个通孔，中心盲孔的直径大于通孔的直径，法兰止口的端面上设置螺栓孔，圆轴上也设置螺栓孔。所述中心齿轮是带有一段短杆的齿轮，短杆身上设置螺丝孔。所述辅助曲轴是由两个辅助齿轮、两个主轴、两个曲柄、一个曲柄销组成的刚体，两个辅助齿轮固定在两个主轴的两端，并与主轴形成一个同轴的整体。

所述动力输出轴通过轴承与曲轴箱连接，中心齿轮固定在中心半轴内，中心半轴连同中心齿轮固定在曲轴箱上，主曲轴盲孔中的轴承套在中心半轴上，辅助曲轴的主轴插入主曲轴偏置孔内的轴承中，此时主曲轴与动力输出轴的齿轮啮合，同时辅助齿轮与中心齿轮相互啮合，辅助齿轮与中心齿轮的齿数和模数都相同，主曲轴齿轮的模数与动力输出轴齿轮的模数相同，优选地，主曲轴齿轮齿数是动力输出轴齿轮齿数的2倍。此时通过手工转动中心半轴带动中心齿轮转动再带动辅助曲轴转动，使K、D、B三点在同一条直线上，同时使AB与BC组成90度角，将中心半轴紧固在壳体上，使中心半轴和中心齿轮相对于壳体保持静止状态。所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机中的汽缸下部的口以K点为圆心朝B点方向旋转一个角度，使汽缸轴线与KB在同一条直线上。

本发明所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机工作原理如下：

如图13所示，做功冲程开始，图中A点是活塞上平面的中心；K点足活塞销的圆心；D点是辅助曲轴曲柄销的圆心；B点是辅助齿轮的中心，也是主曲轴偏置孔的圆心；C点是主曲轴的中心，也是中心齿轮及中心半轴的中心；E点足中心齿轮与辅助曲轴齿轮的啮合点，图中显示的是各部件装配刚结束的状态，也是有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机压缩冲程结束点火做功冲程开始的状态。这一刻AB与BC组成90度角，A、K、D、B四点和汽缸轴线在同一条直线上，做功时气体膨胀产生的推力通过A、K、D、B四点推动主曲轴顺时针旋转，主曲轴再通过齿轮带动输出轴旋转，从而输出动力。因为AB与BC组成90度角，所以这一刻气体膨胀产生的推力大部分做了有用功。由于辅助曲轴与主曲轴和中心齿轮互相约束，迫使主曲轴转动时带动辅助曲轴围绕中心齿轮转动并同时辅助曲轴自转。随着主曲轴的转动活塞下移离开上止点后，KD与DB形成了一个夹角，如图14，辅助曲轴推动和撬动主曲轴，此时活塞受到的推力逐级传到曲柄后，一方面曲柄继续直接推动主曲轴转动，另一方面曲柄以杠杆传力的方式向主曲轴施加推力，支点是E点，阻力臂是EB，动力臂是EF，F点随辅助曲轴曲柄销轴心的运动轨迹而变化。当主曲轴转动90度时，辅助曲轴公转90度加自转90度共180度，此刻活塞移至下止点。此时做功冲程结束，排气冲程开始，如图15，主曲轴开始依靠惯性转动，当主曲轴转动180度时，辅助曲轴的公转加自转共360度，活塞移动至上止点，如图16所示，吸气冲程开始，此时排气冲程结束吸气冲程开始。当主曲轴转动270度时，辅助曲轴公转加自转共540度，活塞移动至下止点，如图17所示，压缩冲程开始，此时吸气冲程结束，压缩冲程开始。主曲轴继续依靠惯性旋转，当转至360度时，辅助曲轴公转加自转共720度，活塞又回到了上止点，此时压缩冲程结束，点火做功冲程开始，又回到了图13所示的状态，开始了新一轮的循环。

此外，本发明点火不仅是指汽油机的火花塞点火，也指柴油机的喷油点火，及其它燃料的即将被点燃的状态；本发明叙述的是单缸内燃机，它同时也可以应用到多缸内燃机，各缸通过动力输出轴连接在一起；本发明所述的中心半轴与中心齿轮可以做成一体式的；本发明所述主曲轴是指带有盲孔、偏置孔、齿轮的物件，不论外形如何；本发明AB与BC成90度角是最佳角度，但实际操作中是从115度到80度都有力于提高内燃机工作效率；本发明中主曲轴转动180度时，辅助曲轴的公转加自转共360度，活塞移动至上止点，如图16所示，吸气冲程开始，但在实际的产品中，主曲轴盲孔至偏置孔的长度与辅助曲轴主轴中心至曲柄销中心的长度这两个长度的比例不同，活塞到达上止点所需主曲轴转动的角度不同，同时排气冲程结束时活塞上止点的位置与压缩冲程结束时活塞上止点的位置也不相同，根据对内燃机的具体要求选择不同的长度比例。

本发明的有益技术效果在于：

本发明所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机压缩冲程结束点火做功冲程开始的时候，这一刻AB与BC组成90度角，此时活塞受到气体膨胀产生的推力，这个推力通过A、K、D、B四点组成的直线推动主曲轴顺时针旋转，主曲轴再通过齿轮带动输出轴旋转，从而输出动力，因为AB与BC组成90度角，所以这一刻气体膨胀产生的推力大部分做了有用功，内燃机动力损失小，工作效率高。

附图说明

图1为所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机连接结构图；

图2为所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机结构图；

图3为所述动力输出轴的主视图；

图4为所述动力输出轴左视图；

图5为所述主曲轴的主视图；

图6为所述主曲轴的左视图；

图7为所述中心半轴的主视图；

图8为所述中心半轴的左视图；

图9为所述辅助曲轴的主视图；

图10为所述辅助曲轴的左视图；

图11为所述中心齿轮的主视图；

图12为所述中心齿轮的左视图；

图13为所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机工作原理中做功冲程开始图；

图14所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机工作原理中辅助曲轴推动和撬动主曲轴图；

图15所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机工作原理中排气冲程开始图；

图16所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机工作原理中吸气冲程开始图；

图17所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机工作原理中压缩冲程开始图。

附图标记说明

1气缸体；2气缸；3活塞；4活塞销；5连杆；6辅助曲轴；7辅助齿轮；8中心齿轮；9中心半轴；10主曲轴；11动力输出轴；12曲轴箱；13键槽；14轴承；15盲孔；16偏置孔；17曲柄销；18曲柄；19主轴；20通孔；21长圆弧形通孔；22法兰止口；23螺栓孔；24中心盲孔。

A点是活塞上平面的中心，B点是辅助齿轮的中心，也是主曲轴偏置孔圆心；C点是主曲轴中心，也是中心齿轮中心及中心半轴的中心；D点是辅助曲轴曲柄销的圆心；E点是中心齿轮与辅助曲轴齿轮的啮合点；F点是随辅助曲轴曲柄销圆心的运动轨迹变化的点；K点是活塞销的圆心。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施例进一步说明本发明。

如图1和2所示，一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，包括气缸体1、气缸2、活塞3、活塞销4、连杆5和曲轴箱12，其特征在于：还包括一个双曲轴结构，所述双曲轴结构包括主曲轴10、辅助曲轴6、中心齿轮8、中心半轴9、动力输出轴11，所述主曲轴10是带有盲孔15、偏置孔16和齿轮的圆形物件，所述动力输出轴11与曲轴箱12通过轴承连接，所述动力输出轴11上有齿轮，动力输出轴上11的齿轮与主曲轴上10的齿轮啮合，所述中心半轴9固定在曲轴箱12上，所述主曲轴10的盲孔15通过轴承与中心半轴9连接，所述中心齿轮8固定在中心半轴9内，所述中心齿轮8与辅助曲轴6上的辅助齿轮7啮合，所述辅助齿轮7与辅助曲轴6为一体，所述辅助曲轴6的主轴插入主曲轴10上的偏置孔16内，所述连杆5一端与辅助曲轴6上的曲柄销17通过轴瓦连接，另一端通过活塞销4与活塞3相连，所述活塞3以滑动模式镶嵌在气缸2内，所述气缸2固定在气缸体1内。

如图3和4所示，所述动力输出轴11是一根长轴，轴两端有键槽13，轴身上有齿轮。如图5和6所示，所述主曲轴10的一面位于正中央位置设置一个盲孔15，盲孔15内设置轴承，盲孔内还设置一个偏离主曲轴中心的偏置孔16，偏置孔16内也设置轴承，主曲轴10外圆有齿轮，盲孔15的直径大于偏置孔16的直径。如图7和8所示，所述中心半轴9是一段圆轴，圆轴一端设置法兰止口22，圆轴的另一端设置一个中心盲孔24，圆轴中心设置一个通孔20，中心盲孔24的直径大于通孔20的直径，法兰止口22的端面上设置长圆弧形通孔21，圆轴轴身上设置螺栓孔23。如图11和12所示，所述中心齿轮8是带有一段短杆的齿轮，短杆上设置螺丝孔。如图9和10所示，所述带齿轮的辅助曲轴6是由两个辅助齿轮7、两个主轴19、两个曲柄18、一个曲柄销17组成的刚体，两个辅助齿轮7固定在两个主轴19两端，与主轴19形成一个同轴的整体。活塞销4的圆心、曲柄销17的圆心和偏置孔16的圆心这三点在同一条直线上且该直线与主曲轴偏置孔16的圆心和主曲轴10的中心这两点的连线成90度角，活塞3处于上止点的位置。

如图1、2和13所示，所述辅助曲轴6的两个主轴19安装在主曲轴10偏置孔16的轴承中，中心齿轮8固定在中心半轴9内，中心半轴9连同中心齿轮8固定在曲轴箱上，主曲轴10通过中心盲孔24内的轴承套在中心半轴9上，此时主曲轴10的齿轮与动力输出轴11的齿轮啮合，同时辅助齿轮7与中心齿轮8相互啮合，主曲轴10齿轮的模数与动力输出轴11齿轮的模数相同，优选地，主曲轴10齿轮齿数是动力输出轴11齿轮齿数的2倍。此时通过手工转动中心半轴9带动中心齿轮8转动再带动辅助曲轴6转动，使K、D、B三点在同一条直线上，同时令AB与BC组成90度角，此时将中心半轴9紧固在曲轴箱12上，使中心半轴9和中心齿轮8相对于曲轴箱12保持静止状态。所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机中的汽缸2下部的口以K点为圆心朝B点方向旋转一个角度，使汽缸轴线与KB在同一条直线上。

本发明所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机工作原理如下：

如图13所示，做功冲程开始，图中A点是活塞3上平面的中心；K点是活塞销4的圆心；D点是曲柄销17的圆心；B点是辅助齿轮7的中心，也是偏置孔16的圆心；C点是主曲轴10的中心，也是中心齿轮8的中心及中心半轴9的中心；E点是中心齿轮8与辅助齿轮7的啮合点，图中显示的是各部件装配刚结束的状态，也是有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机压缩冲程结束点火做功冲程开始的状态。这一刻AB与BC组成90度角，A、K、D、B四点和汽缸轴线在同一条直线上，此时活塞3受到气体膨胀产生的推力，这个推力通过A、K、D、B四点推动主曲轴10顺时针旋转，主曲轴10再通过齿轮带动动力输出轴11旋转，从而输出动力；，因为AB与BC组成90度角，所以这一刻气体膨胀产生的推力大部分做了有用功。由于辅助曲轴6通过辅助齿轮7与和中心齿轮8互相约束，又由于辅助曲轴6与主曲轴10的偏置孔16互相约束，迫使主曲轴10转动时带动辅助曲轴6围绕中心齿轮8转动并同时辅助曲轴6以辅助齿轮7的中心自转。随着主曲轴10的转动活塞3下移离开上止点后，KD与DB形成了一个夹角，如图14，辅助曲轴6推动和撬动主曲轴10，此时活塞3受到的推力逐级传到曲柄18后，一方面曲柄18继续直接推动主曲轴10转动，另一方面曲柄18以杠杆传力的方式向主曲轴10施加推力，支点是E点，阻力臂是EB，动力臂是EF，F点随曲柄销17的圆心的运动轨迹变化。当主曲轴10转动90度时，辅助曲轴6公转90度加自转90度共180度，此刻活塞3移至下止点。此时做功冲程结束，排气冲程开始，如图15，主曲轴10开始依靠惯性转动，当主曲轴10转动180度时，辅助曲轴6的公转加自转共360度，活塞3移动至上止点，如图16所示，吸气冲程开始，此时排气冲程结束吸气冲程开始。当主曲轴10转动270度时，辅助曲轴6公转加自转共540度，活塞3移动至下止点，如图17所示，压缩冲程开始，此时吸气冲程结束，压缩冲程开始。主曲轴10继续依靠惯性旋转，当转至360度时，辅助曲轴6公转加自转共720度，活塞3又回到了上止点，此时压缩冲程结束，点火做功冲程开始，又回到了图13所示的状态，开始了新一轮的循环。

本发明所述有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机压缩冲程结束点火做功冲程开始的时候，这一刻AB与BC组成90度角，此时活塞3受到气体膨胀产生的推力，这个推力通过A、K、D、B四点组成的直线推动主曲轴10顺时针旋转，主曲轴10再通过齿轮带动动力输出轴11旋转，从而输出动力，因为AB与BC组成90度角，所以这一刻气体膨胀产生的推力大部分做了有用功，内燃机动力损失小，工作效率高。

以上所述，仅为发明较佳实施例而已，故不能依此限定发明实施的范围，即依发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明覆盖的范围内。

Claims (6)

1.一种有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，包括气缸体、气缸、活塞、活塞销、连杆和曲轴箱，其特征在于：还包括一个双曲轴结构，所述双曲轴结构包括主曲轴、辅助曲轴、中心齿轮、中心半轴、动力输出轴，所述主曲轴是带有盲孔、偏置孔和齿轮的圆形物件，所述动力输出轴与曲轴箱通过轴承连接，所述动力输出轴上有齿轮，动力输出轴上的齿轮与主曲轴上的齿轮啮合，所述中心半轴固定在曲轴箱上，所述主曲轴上的盲孔通过轴承与中心半轴连接，所述中心齿轮固定在中心半轴内，所述中心齿轮与辅助曲轴上的辅助齿轮啮合，所述辅助齿轮与辅助曲轴为一体，所述辅助曲轴的主轴插入主曲轴上的偏置孔内，所述连杆一端与辅助曲轴上的曲柄销通过轴瓦连接，另一端通过活塞销与活塞相连，所述活塞以滑动模式镶嵌在气缸内，所述气缸固定在气缸体内。

2.根据权利要求1所述的有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，其特征在于：所述动力输出轴是一根长轴，轴两端有键槽，轴身上有齿轮。

3.根据权利要求1所述的有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，其特征在于：所述主曲轴的一面位于正中央位置设置一个盲孔，盲孔内设置轴承，盲孔内还设置一个偏离盲孔中心的偏置孔，偏置孔内也设置轴承，主曲轴外圆上设置齿轮。

4.根据权利要求1所述的有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，其特征在于：所述中心半轴是一段圆轴，圆轴一端设置法兰止口，圆轴的另一端设置一个中心盲孔，圆轴中心设置一个通孔，中心盲孔的直径大于通孔的直径，法兰止口的端面上设置螺栓孔，圆轴上也设置螺栓孔。

5.根据权利要求1所述的有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，其特征在于：所述中心齿轮是带有一段短杆的齿轮，短杆身上设置螺丝孔。

6.根据权利要求1所述的有两个曲轴的活塞式四冲程内燃机，其特征在于：所述辅助曲轴是由两个辅助齿轮、两个主轴、两个曲柄、一个曲柄销组成的刚体，两个辅助齿轮固定在两个主轴的两端，并与主轴形成一个同轴的整体。