CN105673201A - 两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机 - Google Patents

Abstract

两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机，涉及燃气动力领域。本发明提供一种新型内燃机，八个气缸环形对称均布在外凸内齿轮周围，使外凸内齿轮受合力为零，气缸活塞通过推杆直接作用于外凸内齿轮上，动力由外凸内齿轮经两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动传给与两相外凸轮键联接的输出轴。该内燃机省去了传统内燃机中的连杆和曲轴，其外凸内两相激波滚针滚子块传动机构无偏心质量、具有惯性力及工作载荷自平衡特点，输出轴转速取决于活齿传动的传动比，若活齿架固定，则两相外凸轮高速输出，可广泛用于需高转速的领域，如直升机发动机、小型发电机等，输出转速一定时，可减少有害气体排放。该内燃机结构简单紧凑、轴向尺寸小，受力自平衡，运转平稳。

Description

两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机

技术领域

本发明涉及燃气动力领域，更具体地说，是一种两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机。

背景技术

目前，常用的内燃机(发动机)都由机体、曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统、燃油系统和点火系统等组成，工作过程分吸气、压缩、燃烧做功、排气四个冲程。这类内燃机的传动机构使用的都是曲柄连杆机构，通过连杆将活塞的动力传递给曲轴，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。由于这种内燃机是靠活塞的直线运动和连杆的平面运动来压迫驱使曲轴作旋转运动，从而造成各运动副之间存在着较大的摩擦，导致内燃机传动效率低。这些现有曲轴连杆型内燃机还有如下主要缺点：体积大；连杆、曲轴上的不平衡离心力较大；冲击大，振动大；并由此引起较大的机械磨损，使内燃机寿命缩短，结构复杂，加工、制造、装配等都比较困难。

此外，一般内燃机与变速装置是两个独立的机器，通常内燃机需另外安装变速器用于后续变速，造成体积庞大。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有曲轴连杆型内燃机存在的上述缺点，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、冲击振动小、运转平稳、功率大、寿命长、效率高的高速四冲程内燃机——两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机，主要由气缸盖(1)、排气门(2)、进气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、滚子(9)、外凸内齿轮(10)、滚针滚子块活齿(11)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)、输出轴(14)、滚针(15)及起动系统、冷却系统、供油系统、润滑系统、配气系统组成，其特征在于：八个气缸(4)环形对称均匀布置在外凸内齿轮(10)的周围，外凸内两相激波滚针滚子块传动机构将活塞(7)的往复直线运动转变为输出轴(14)的旋转运动——气缸活塞(7)通过推杆(6)直接作用于外凸内齿轮(10)上，推动外凸内齿轮(10)旋转，动力由外凸内齿轮(10)经两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动传给与两相外凸轮(13)键连接的输出轴(14)输出，外凸内齿轮(10)将内燃机和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构有机地融为一体，使内燃机无需再配备变速器即可高速输出。

在上述技术方案中，外凸内两相激波滚针滚子块传动机构由凸轮机构和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构有机的组合而成；其中，凸轮机构由缸体(5)、弹簧(8)、推杆(6)、外凸内齿轮(10)、滚子(9)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端安装滚子(9)，滚子(9)使推杆(6)与外凸内齿轮(10)之间为滚动摩擦联接，弹簧(8)的一端固定在活塞(7)的下面，另一端固定在气缸下部的凸台上，弹簧(8)使推杆上的滚子(9)始终与外凸内齿轮(10)接触，每个气缸都配有活塞、带滚子的推杆及弹簧。

两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构由外凸内齿轮(10)、滚针滚子块活齿(11)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)和与其键联接的输出轴(14)组成；上述滚针滚子块活齿(11)由支架块(16)、销(17)、滚针(18)、滚针套筒(19)组成，销(17)的两端与支架块(16)两侧的孔之间均为紧配合，安装在支架块(16)两端的滚针套筒(19)由销(17)支承并通过滚针(18)与支架块(16)组成滚动联接关系；活齿架(12)为套筒结构，沿该套筒结构的周向开有Z₁₂个径向导槽，滚针滚子块活齿(11)可在该径向导槽中径向移动，为使滚针滚子块活齿(11)与活齿架(12)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦，在活齿架(12)的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针(15)的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针(15)，滚针滚子块活齿(11)的支架块(16)通过滚针(15)与活齿架(12)的径向导槽组成滚动联接关系，从而实现了滚针滚子块活齿(11)与活齿架(12)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；外凸内齿轮(10)的内部是内齿轮，滚针滚子块活齿(11)两端的滚针套筒(19)分别与外凸内齿轮(10)的内齿轮齿廓和两相外凸轮(13)的外凸轮轮廓相啮合各组成一个纯滚动高副；外凸内齿轮(10)的内齿轮齿廓曲线是滚针滚子块活齿(11)一方面随活齿架(12)转动，另一方面又在活齿架(12)的径向导槽中移动的过程中，其外端滚针套筒(19)所处一系列位置的包络线，故外凸内齿轮(10)不仅是凸轮机构中的凸轮，还是两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构中的内齿轮，整个两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构内置于外凸内齿轮(10)的内部。两相外凸轮(13)自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为标准椭圆曲线，或为双相余弦曲线，或为双偏心圆弧曲线。

外凸内齿轮(10)的外表面凸轮轮廓曲线可以根据实际设计需要选定，以获得最佳的动力学性能，提高内燃机的能量转换效率。输出轴(14)、外凸内齿轮(10)、活齿架(12)和两相外凸轮(13)四个零件的轴心线重合并由机架轴承支承。滚针滚子块活齿数Z₁₂和外凸内齿轮(10)的波数Z₁₀相差为2，活齿架(12)与机架固联，两相外凸轮(13)与输出轴(14)键联接。

在上述技术方案中，外凸内齿轮(10)的外部为具有四个互成90°夹角且轴心对称的凸出部分的四相凸轮，八个气缸(4)环形对称均布在外凸内齿轮(10)的周围，其中任意两个相隔180°对称布置的气缸活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个气缸活塞作为一组，四组气缸活塞依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸的活塞冲程进程对应于外凸内齿轮(10)转角的相位差为45°。气缸活塞(7)通过推杆(6)直接作用于外凸内齿轮(10)上，推动外凸内齿轮(10)旋转，外凸内齿轮(10)的内部齿形面推动滚针滚子块活齿(11)在活齿架(12)的径向导槽中移动，而活齿架(12)与机架固定联接，故滚针滚子块活齿(11)在活齿架的约束作用下与两相外凸轮(13)啮合并驱使两相外凸轮(13)高速转动，两相外凸轮(13)通过键联接将动力传递给输出轴(14)输出，实现高速输出。在两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动中，滚针滚子块活齿(11)与外凸内齿轮(10)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)之间均为多齿啮合，且均为纯滚动接触啮合，故可实现较大功率的高效、平稳传动。

在上述技术方案中，输出轴的转速取决于外凸内齿轮的转速和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的传动比，而适当选择两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的配齿方案，可获得较小的传动比，可以实现高速输出。

与已有技术相比本发明的主要发明点在于：

①八个气缸环形对称均匀布置在外凸内齿轮的周围，外凸内两相激波滚针滚子块传动机构将活塞的往复直线运动转变为输出轴的旋转运动——气缸活塞通过推杆直接作用于外凸内齿轮上，推动外凸内齿轮旋转，动力由外凸内齿轮经两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动传给与两相外凸轮键连接的输出轴输出，外凸内齿轮将内燃机和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构有机地融为一体，使内燃机无需再配备变速器即可高速输出。上述外凸内两相激波滚针滚子块传动机构由凸轮机构和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构有机的组合而成；其中，凸轮机构由缸体、弹簧、推杆、外凸内齿轮、滚子组成，推杆的一端与活塞固定联接，另一端安装滚子，滚子使推杆与外凸内齿轮之间为滚动摩擦联接，弹簧的一端固定在活塞的下面，另一端固定在气缸下部的凸台上，弹簧使推杆上的滚子始终与外凸内齿轮接触，每个气缸都配有活塞、带滚子的推杆及弹簧。两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构由外凸内齿轮、滚针滚子块活齿、活齿架、两相外凸轮和与其键联接的输出轴组成；上述滚针滚子块活齿由支架块、销、滚针、滚针套筒组成，销的两端与支架块两侧的孔之间均为紧配合，安装在支架块两端的滚针套筒由销支承并通过滚针与支架块组成滚动联接关系；活齿架为套筒结构，沿该套筒结构的周向开有Z₁₂个径向导槽，滚针滚子块活齿可在该径向导槽中径向移动，为使滚针滚子块活齿与活齿架之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦，在活齿架的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针，滚针滚子块活齿的支架块通过滚针与活齿架的径向导槽组成滚动联接关系，从而实现了滚针滚子块活齿与活齿架之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；外凸内齿轮的内部是内齿轮，滚针滚子块活齿两端的滚针套筒分别与外凸内齿轮的内齿轮齿廓和两相外凸轮的外凸轮轮廓相啮合各组成一个纯滚动高副；外凸内齿轮的内齿轮齿廓曲线是滚针滚子块活齿一方面随活齿架转动，另一方面又在活齿架的径向导槽中移动的过程中，其外端滚针套筒所处一系列位置的包络线，故外凸内齿轮不仅是凸轮机构中的凸轮，还是两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构中的内齿轮，整个两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构内置于外凸内齿轮的内部。两相外凸轮自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为标准椭圆曲线，或为双相余弦曲线，或为双偏心圆弧曲线。

②外凸内齿轮的外表面凸轮轮廓曲线可以根据实际设计需要选定，以获得最佳的动力学性能，提高内燃机的能量转换效率。输出轴、外凸内齿轮、活齿架和两相外凸轮四个零件的轴心线重合并由机架轴承支承。滚针滚子块活齿数Z₁₂和外凸内齿轮的波数Z₁₀相差为2，活齿架与机架固联，两相外凸轮与输出轴键联接。

③外凸内齿轮的外部为具有四个互成90°夹角且轴心对称的凸出部分的四相凸轮，八个气缸环形对称均布在外凸内齿轮的周围，其中任意两个相隔180°对称布置的气缸活塞工作状态同步，将工作状态同步的两个气缸活塞作为一组，四组气缸活塞依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸的活塞冲程进程对应于外凸内齿轮转角的相位差为45°。气缸活塞通过推杆直接作用于外凸内齿轮上，推动外凸内齿轮旋转，外凸内齿轮的内部齿形面推动滚针滚子块活齿在活齿架的径向导槽中移动，而活齿架与机架固定联接，故滚针滚子块活齿在活齿架的约束作用下与两相外凸轮啮合并驱使两相外凸轮高速转动，两相外凸轮通过键联接将动力传递给输出轴输出，实现高速输出。在两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动中，滚针滚子块活齿与外凸内齿轮、活齿架、两相外凸轮之间均为多齿啮合，且均为纯滚动接触啮合，故可实现较大功率的高效、平稳传动。

④内燃机的动力输出轴为与两相外凸轮键联接的输出轴，两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动由外凸内齿轮输入动力，活齿架固定，两相外凸轮输出，可以实现较小的传动比，内燃机高速输出动力。

⑤输出轴转速取决于两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的传动比，而适当选择活齿传动的配齿方案，可获得较小的传动比，且激波器为两相外凸轮，滚针滚子块活齿数Z₁₂和外凸内齿轮的波数Z₁₀相差为2，不需偏心安装，整个机构受力自平衡。

⑥输出轴的转速取决于外凸内齿轮的转速和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的传动比，而适当选择两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的配齿方案，可获得较小的传动比，可以实现高速输出。

本发明与现有曲轴连杆型内燃机相比，具有以下有益的技术效果：

1.摩擦磨损小、受力自平衡、油耗低、效率高、寿命长

活塞推杆与外凸内齿轮之间为滚动摩擦联接，滚针滚子块活齿与外凸内齿轮、活齿架、两相外凸轮之间均为纯滚动摩擦连接，取消了磨损严重、摩擦功耗大的曲柄连杆机构，几乎没有机械摩擦磨损，油耗低，内燃机寿命较长，传动效率非常高；同时两相外凸轮可以实现激波并保证其自身及滚针滚子块活齿的受力自动平衡，在传动装置中不存在一齿差活齿传动中需偏心安装激波器而存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率。

2.冲击振动小、噪声小、运转平稳

由于本发明采用外凸内两相激波滚针滚子块传动机构取代了现有曲轴连杆型内燃机中的曲柄连杆机构，彻底取消了曲轴和连杆，外凸内齿轮和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构都是轴对称结构，没有偏心质量和不平衡离心力，消除了因曲轴质量偏心、连杆作平面运动引起的惯性力和倾覆力矩以及由此产生的冲击振动和噪声，消除了连杆偏摆导致活塞拍击气缸壁造成的振动和噪声。八个气缸环形对称均布在外凸内齿轮周围，其中任意两个相隔180°对称布置的气缸活塞工作状态同步，即：或同时吸气、或同时压缩、或同时气体燃烧做功、或同时排气，因此，冲击力总是成对的出现，可以相互抵消，使外凸内齿轮受合力为零，故冲击振动较小，因而内燃机运转非常平稳。

3.结构紧凑、体积小、重量轻、轴向尺寸小

由于取消了笨重复杂的曲轴，各气缸环形对称均布在外凸内齿轮周围，而且两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构内置于外凸内齿轮中，外凸内齿轮既是凸轮机构中的凸轮，又是两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构中的内齿圈，所以本发明的内燃机结构紧凑、轴向尺寸小、体积小、重量轻。本发明采用外凸内两相激波滚针滚子块传动机构输出活塞产生的动力，将内燃机与变速装置(增速器)合二为一，无需另配变速装置，结构大大缩减，所以结构紧凑、小巧。

4.传动比较小，整机一体化增速，高转速输出

本内燃机的动力输出轴为与两相外凸轮键联接的输出轴，两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动以外凸内齿轮输入动力，活齿架固定，两相外凸轮输出，适当选择配齿方案，可以实现较小的传动比，而且仍然保持结构紧凑、质量小、体积小等诸多优点。内燃机高速输出动力，可广泛应用于需高转速的领域，诸如直升机发动机、小型发电机等。较高的转速输出，在需求转速一定的时候，可大大减少有害气体的排放，达到节能减排的目的。

5.具有良好的经济性、动力性和排放指标

由于活塞的运动规律完全取决于外凸内齿轮的外部轮廓曲线，所以可通过选取恰当的活塞运动规律来设计凸轮轮廓，而恰当的活塞运动规律应当使气缸中的气体燃烧充分、完善、燃料热能利用率高，因此，本发明内燃机具有良好的动力性、经济性和排放指标，可达到节能环保和提高机器效率的目的。

6.结构简单、工艺性好、生产成本低

本发明内燃机中的零件结构简单、工艺性好、生产成本低，彻底取消了结构复杂、加工制造困难的曲轴和连杆。

7.承载能力较大，转速平稳

两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动为多齿啮合，传动平稳，滚针滚子块活齿可共同分担载荷实现功率分流。故内燃机运行平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，承载能力大。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，还可很容易地设计出其他的具体实施方式，因此不应将下面给出的具体实施方式的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。

图1是两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机的结构示意图

图2是外凸内齿轮及两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构的示意图

图3是活齿架的结构示意图

图4是滚针滚子块活齿的主视图和俯视图

图5是支架块的结构图

上述各附图中图识标号的标识对象是：1气缸盖、2排气门、3进气门、4气缸、5缸体、6推杆、7活塞、8弹簧、9滚子、10外凸内齿轮、11滚针滚子块活齿、12活齿架、13两相外凸轮、14输出轴、15滚针、16支架块、17销、18滚针、19滚针套筒。

具体实施例

图1～图5所示两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机，由气缸盖(1)、排气门(2)、进气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、滚子(9)、外凸内齿轮(10)、滚针滚子块活齿(11)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)、输出轴(14)、滚针(15)等组成。八个气缸(4)环形对称均匀布置在外凸内齿轮(10)的周围，外凸内两相激波滚针滚子块传动机构将活塞(7)的往复直线运动转变为输出轴(14)的旋转运动——气缸活塞(7)通过推杆(6)直接作用于外凸内齿轮(10)上，推动外凸内齿轮(10)旋转，动力由外凸内齿轮(10)经两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动传给与两相外凸轮(13)键连接的输出轴(14)输出。上述外凸内两相激波滚针滚子块传动机构由凸轮机构和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构有机的组合而成；其中，凸轮机构由缸体(5)、弹簧(8)、推杆(6)、外凸内齿轮(10)、滚子(9)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端安装滚子(9)，滚子(9)使推杆(6)与外凸内齿轮(10)之间为滚动摩擦联接，弹簧(8)的一端固定在活塞(7)的下面，另一端固定在气缸下部的凸台上，弹簧(8)使推杆上的滚子(9)始终与外凸内齿轮(10)接触，每个气缸都配有活塞、带滚子的推杆及弹簧；两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构由外凸内齿轮(10)、滚针滚子块活齿(11)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)和与其键联接的输出轴(14)组成；上述滚针滚子块活齿(11)由支架块(16)、销(17)、滚针(18)、滚针套筒(19)组成，销(17)的两端与支架块(16)两侧的孔之间均为紧配合，安装在支架块(16)两端的滚针套筒(19)由销(17)支承并通过滚针(18)与支架块(16)组成滚动联接关系；活齿架(12)为套筒结构，沿该套筒结构的周向开有Z₁₂个径向导槽，滚针滚子块活齿(11)可在该径向导槽中径向移动，为使滚针滚子块活齿(11)与活齿架(12)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦，在活齿架(12)的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针(15)的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针(15)，滚针滚子块活齿(11)的支架块(16)通过滚针(15)与活齿架(12)的径向导槽组成滚动联接关系，从而实现了滚针滚子块活齿(11)与活齿架(12)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；外凸内齿轮(10)的内部是内齿轮，滚针滚子块活齿(11)两端的滚针套筒(19)分别与外凸内齿轮(10)的内齿轮齿廓和两相外凸轮(13)的外凸轮轮廓相啮合各组成一个纯滚动高副；外凸内齿轮(10)的内齿轮齿廓曲线是滚针滚子块活齿(11)一方面随活齿架(12)转动，另一方面又在活齿架(12)的径向导槽中移动的过程中，其外端滚针套筒(19)所处一系列位置的包络线，故外凸内齿轮(10)不仅是凸轮机构中的凸轮，还是两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构中的内齿轮，整个两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构内置于外凸内齿轮(10)的内部。两相外凸轮(13)自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为标准椭圆曲线。外凸内齿轮(10)的外表面凸轮轮廓曲线可以根据实际设计需要选定。本实施例按活塞(7)作余弦加速度运动规律来确定外凸内齿轮(10)的外表面凸轮轮廓曲线，即当外凸内齿轮(10)匀速转动时，活塞(7)按余弦加速度运动规律作往复直线运动，其运动周期为外凸内齿轮(10)旋转周期的四分之一。本实施例内燃机的动力输出轴为与两相外凸轮键联接的输出轴(14)，两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构以外凸内齿轮(10)输入动力，活齿架(12)固定，两相外凸轮(13)输出，可以实现较大的传动比，内燃机可高速输出动力。输出轴(14)、外凸内齿轮(10)、活齿架(12)和两相外凸轮(13)四个零件的轴心线重合并由机架轴承支承。滚针滚子块活齿数Z₁₂和外凸内齿轮(10)的波数Z₁₀相差为2。外凸内齿轮(10)的外部为具有四个互成90°夹角且轴心对称的凸出部分的四相凸轮，八个气缸(4)环形对称均布在外凸内齿轮(10)的周围，其中任意两个相隔180°对称布置的气缸活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个气缸活塞作为一组，四组气缸活塞依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸的活塞冲程进程对应于外凸内齿轮(10)转角的相位差为45°。气缸活塞(7)通过推杆(6)直接作用于外凸内齿轮(10)上，推动外凸内齿轮(10)旋转，外凸内齿轮(10)的内部齿形面推动滚针滚子块活齿(11)在活齿架(12)的径向导槽中移动，而活齿架(12)与机架固定联接，故滚针滚子块活齿(11)在活齿架的约束作用下与两相外凸轮(13)啮合并驱使两相外凸轮(13)高速转动，两相外凸轮(13)通过键联接将动力传递给输出轴(14)输出。

本发明所述内燃机的工作原理是：当内燃机工作时，气体燃烧做功汽缸中的活塞(7)，其驱动力通过推杆(6)及滚子(9)作用于外凸内齿轮(10)上，推动外凸内齿轮(10)逆时针旋转，动力由外凸内齿轮(10)经两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构传给输出轴(14)输出；由于外凸内齿轮(10)的旋转，滚子(9)沿着外凸内齿轮(10)的外轮廓滚动而使推杆(6)和没有做功的活塞(7)在气缸(4)内滑动，完成吸气、或压缩气体、或排气的任务。在图1中，将气缸a和e、b和f、c和g、d和h各作为一组，则可分为四组气缸。设气缸a、e中的活塞处于吸气冲程的开始位置，气缸b、f中的活塞处于压缩冲程的开始位置，气缸c、g中的活塞处于气体燃烧做功冲程的开始位置，气缸d、h中的活塞处于排气冲程的开始位置，相邻两组气缸活塞的冲程进程相差一个冲程，对应于外凸内齿轮(10)转角的相位差为45°。则外凸内齿轮(10)逆时针转过45°以后，气缸b、f又开始燃烧做功，外凸内齿轮再逆时针转过45°之后，气缸a、e又开始燃烧做功，气缸a、e燃烧做功完成以后接着是气缸d、h开始燃烧做功，之后又轮到气缸c和g燃烧做功，如此循环下去，使外凸内齿轮(10)连续平稳地运转，外凸内齿轮(10)的内齿形面推动滚针滚子块活齿(11)沿着活齿架(12)的径向导槽移动，由于活齿架固定，故在活齿架(12)的约束作用下迫使滚针滚子块活齿(11)与两相外凸轮(13)啮合，驱动两相外凸轮(13)转动，并由与两相外凸轮(13)键联接的输出轴(14)连续平稳地将动力和运动输出。由于每组气缸中的两个气缸相隔180°对称布置，并且工作状态随时相同，所以八个活塞(7)对外凸内齿轮(10)的综合作用效果是：外凸内齿轮(10)只受纯力偶的作用，而合力为零。由于外凸内齿轮(10)和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构不仅具有结构对称性，而且受力也是对称的，故它们所受合力为零，只受力偶作用。因此本发明内燃机的冲击振动小，运转平稳。

为说明本发明内燃机的变速特性，设滚针滚子块活齿(11)的齿数为：Z₁₂＝8；外凸内齿轮(10)的波数为：Z₁₀＝10，外凸内齿轮(10)的转速为n₁₀＝500r/min，活齿架(12)与机架固定连接，故活齿架(12)的角速度ω₁₂＝0，则两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的传动比为：

$i_{10,13}^{12}=\frac{z_{10}-z_{12}}{z_{10}}=\frac{10-8}{10}=\frac{1}{5}$

所以得：n₁₄＝n₁₃＝2500r/min，可见两相外凸轮(13)、输出轴(14)的转向与外凸内齿轮(10)的相同，输出轴(14)的转速相对于外凸内齿轮(10)的转速有很大程度的提高，内燃机不需要额外添加变速器就可实现高速输出动力。这种特性可广泛应用于需高转速的领域，诸如直升机发动机、小型发电机等，输出转速一定时，可减少有害气体的排放，达到节能减排的目的。

本实施例的内燃机还设置有起动系统、配气系统、润滑系统、供油系统和冷却系统等。

Claims (4)

1.两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机，主要由气缸盖(1)、排气门(2)、进气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、滚子(9)、外凸内齿轮(10)、滚针滚子块活齿(11)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)、输出轴(14)、滚针(15)及起动系统、冷却系统、供油系统、润滑系统、配气系统组成，其特征在于：八个气缸(4)环形对称均匀布置在外凸内齿轮(10)的周围，外凸内两相激波滚针滚子块传动机构将活塞(7)的往复直线运动转变为输出轴(14)的旋转运动——气缸活塞(7)通过推杆(6)直接作用于外凸内齿轮(10)上，推动外凸内齿轮(10)旋转，动力由外凸内齿轮(10)经两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动传给与两相外凸轮(13)键连接的输出轴(14)输出，外凸内齿轮(10)将内燃机和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构有机地融为一体，使内燃机无需再配备变速器即可高速输出；上述外凸内两相激波滚针滚子块传动机构由凸轮机构和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构有机的组合而成；其中，凸轮机构由缸体(5)、弹簧(8)、推杆(6)、外凸内齿轮(10)、滚子(9)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端安装滚子(9)，滚子(9)使推杆(6)与外凸内齿轮(10)之间为滚动摩擦联接，弹簧(8)的一端固定在活塞(7)的下面，另一端固定在气缸下部的凸台上，弹簧(8)使推杆上的滚子(9)始终与外凸内齿轮(10)接触，每个气缸都配有活塞、带滚子的推杆及弹簧；两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构由外凸内齿轮(10)、滚针滚子块活齿(11)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)和与其键联接的输出轴(14)组成；上述滚针滚子块活齿(11)由支架块(16)、销(17)、滚针(18)、滚针套筒(19)组成，销(17)的两端与支架块(16)两侧的孔之间均为紧配合，安装在支架块(16)两端的滚针套筒(19)由销(17)支承并通过滚针(18)与支架块(16)组成滚动联接关系；活齿架(12)为套筒结构，沿该套筒结构的周向开有Z₁₂个径向导槽，滚针滚子块活齿(11)可在该径向导槽中径向移动，为使滚针滚子块活齿(11)与活齿架(12)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦，在活齿架(12)的径向导槽内壁上沿径向开有用以装滚针(15)的沟槽，在该沟槽内装有若干根滚针(15)，滚针滚子块活齿(11)的支架块(16)通过滚针(15)与活齿架(12)的径向导槽组成滚动联接关系，从而实现了滚针滚子块活齿(11)与活齿架(12)之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦；外凸内齿轮(10)的外部为具有四个互成90°夹角且轴心对称的凸出部分的四相凸轮，内部是内齿轮；滚针滚子块活齿(11)两端的滚针套筒(19)分别与外凸内齿轮(10)的内齿轮齿廓和两相外凸轮(13)的外凸轮轮廓相啮合各组成一个纯滚动高副；外凸内齿轮(10)的内齿轮齿廓曲线是滚针滚子块活齿(11)一方面随活齿架(12)转动，另一方面又在活齿架(12)的径向导槽中移动的过程中，其外端滚针套筒(19)所处一系列位置的包络线，故外凸内齿轮(10)不仅是凸轮机构中的凸轮，还是两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构中的内齿轮，整个两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动机构内置于外凸内齿轮(10)的内部；两相外凸轮(13)自身形状呈180°中心对称，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为标准椭圆曲线，或为双相余弦曲线，或为双偏心圆弧曲线；外凸内齿轮(10)的外表面凸轮轮廓曲线可以根据实际设计需要选定，以获得最佳的动力学性能，提高内燃机的能量转换效率；输出轴(14)、外凸内齿轮(10)、活齿架(12)和两相外凸轮(13)四个零件的轴心线重合并由机架轴承支承；滚针滚子块活齿数Z₁₂和外凸内齿轮(10)的波数Z₁₀相差为2，活齿架(12)与机架固联，两相外凸轮(13)与输出轴(14)键联接。

2.根据权利要求1所述的两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机，其特征在于：上述的内燃机，其八个气缸(4)环形对称均布在外凸内齿轮(10)的周围，其中任意两个相隔180度对称布置的气缸活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个气缸活塞作为一组，四组气缸活塞依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸的活塞冲程进程对应于外凸内齿轮(10)转角的相位差为45°；气缸活塞(7)通过推杆(6)直接作用于外凸内齿轮(10)上，推动外凸内齿轮(10)旋转，外凸内齿轮(10)的内部齿形面推动滚针滚子块活齿(11)在活齿架(12)的径向导槽中移动，而活齿架(12)与机架固定联接，故滚针滚子块活齿(11)在活齿架的约束作用下与两相外凸轮(13)啮合并驱使两相外凸轮(13)高速转动，两相外凸轮(13)通过键联接将动力传递给输出轴(14)输出，实现高速输出。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机，其特征在于：输出轴的转速取决于外凸内齿轮的转速和两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的传动比，而适当选择两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动的配齿方案，可获得较小的传动比，可以实现高速输出。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的两相外凸轮激波滚针滚子块传动内燃机，其特征在于：在上述的两相外凸轮激波滚针滚子块活齿传动中，滚针滚子块活齿(11)与外凸内齿轮(10)、活齿架(12)、两相外凸轮(13)之间均为多齿啮合，且均为纯滚动接触啮合，故可实现较大功率的高效、平稳传动。