CN106870138A - 推杆四活齿高效润滑传动内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推杆四活齿高效润滑传动内燃机，涉及一种内燃机技术领域。本发明解决目前曲轴连杆内燃机体积大、易偏磨、能耗高、功率低及制造精度高等问题。该推杆四活齿高效润滑传动内燃机机体上通过轴承固定有主动转轴及从动转轴；从动转轴上设置有与主动转轴上的主动活齿盘形状及大小相同的从动活齿盘；主动活齿及从动活齿均为主动活齿盘及从动活齿盘周长的八分之一；推杆位于气缸活塞端的外端通过弹簧一与润滑油输送装置活动连接。使用本发明结构简单、体积小、防偏磨、维护容易、能耗低且有效功率大大提高。

Description

推杆四活齿高效润滑传动内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机技术领域，特别是涉及一种推杆四活齿高效润滑传动内燃机。

背景技术

目前传统活塞内燃机多以气缸为动力单元，活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接，以曲柄连杆为传动装置，连杆连接有飞轮，活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲轴转动；为了吸进新鲜气体和排出废气设有进气门和排气门，活塞顶离曲轴中心最远处称上止点，活塞顶离曲轴中心最近处称下止点。依靠气缸内混合油气燃烧产生的膨胀力做功实现内燃机进气、压缩、膨胀做功和排气四个冲程，四冲程内燃机的四个活塞冲程中只有一个冲程即在膨胀做功冲程推动曲柄连杆机构对外做功，其余三个冲程有飞轮带动完成，故四冲程内燃机曲轴每旋转两圈只能做功一次。因此四冲程内燃机曲轴连杆机构存在如下缺点：1、由于内燃机是利用连杆曲轴把活塞的往复运动转变为圆周运动，当气缸压缩冲程终了时即在膨胀做功冲程的上止点时缸内混合气燃烧使得缸内压力最大值而产生最强推力，但此时曲柄连杆机构中曲轴与连杆呈一条直线即力臂为零，也就是此时根本没有动力输出即对外不做功；又因曲轴作圆周运动必然造成与曲轴相连的连杆夹角变化，动力分散多，只能部分传出功率，故曲轴连杆机构使得内燃机的热能利用率很低；2、连杆与活塞运动方向存在的角度会使得活塞与气缸体的内壁产生一定的摩擦力，连杆与活塞运动方向存在的角度越大则摩擦力越大，活塞在气缸内运行时对气缸壁所产生的摩擦力是不均匀的，所以活塞在气缸内长期高速运动后容易导致偏磨现象发生，使气缸内壁或活塞受损而漏气，以致内燃机的热能利用率下降，这是曲轴连杆内燃机使用以来一直没有解决的难题。

此外，目前曲轴连杆内燃机工作时内燃机内部件之间以很高的速度作相对运动，如曲轴轴颈与连杆轴颈、凸轮轴轴颈与轴承等金属表面之间的摩擦不仅增大内燃机运转的功率消耗，而且摩擦所产生的热量还可能使某些工作零件表面熔化并使内燃机的一些部件工作表面迅速磨损，从而导致内燃机无法正常运转。因此为保证内燃机能长期工作，必须对内燃机内相对运动部件表面进行润滑，也就是在各部件摩擦表面覆盖一层润滑油，使得内燃机部件金属表面之间覆盖一层薄的油膜以减小摩擦阻力而降低功率损耗、减轻磨损并延长内燃机使用寿命。然而目前作为内燃机润滑油输送装置的根本任务是将清洁的、具有一定压力的、温度适宜的润滑油不断供给运动零件的摩擦表面以使内燃机能够正常工作，因此内燃机润滑油输送装置中必须具有提供足够油压的机油泵，但是曲轴连杆内燃机中使用机油泵则又存在这样一些问题：1、机油泵作为一个部件在内燃机内需要占用一定的空间而导致内燃机的体积增大，机油泵作为一个独立的运转部件必然需要消耗一定的能量；2、由于曲轴复杂的结构使得润滑油需要在较强的压力下才能保证曲轴得到较好的润滑保护，然而机油泵在使用过程中普遍存在压力小而容易导致曲轴烧瓦或抱死现象发生，从而使得内燃机磨损快以致寿命短；3、机油泵的造价较高，作为内燃机的必须部件而使得内燃机的制造成本加大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、制造方便、体积小、成本低、防偏磨、维护容易、能耗低且有效功率大大提高的推杆四活齿高效润滑传动内燃机。

为实现上述目的，本发明提供一种推杆四活齿高效润滑传动内燃机包括气缸、传动轴、润滑油箱、润滑油输送装置及内燃机机体，气缸内设置有气缸活塞，其特征在于，所述气缸活塞外端垂直固定连接有推杆，内燃机机体上通过轴承固定有主动转轴及从动转轴；所述主动转轴上设置有主动齿盘及主动活齿盘，主动齿盘与主动活齿盘之间的主动转轴设置有轴承与内燃机机体固定；所述从动转轴上设置有与主动转轴上的主动齿盘相啮合的从动齿盘，从动转轴上设置有与主动转轴上的主动活齿盘形状及大小相同的从动活齿盘，从动齿盘与从动活齿盘之间的从动转轴设置有轴承与内燃机机体固定；所述主动活齿盘的边缘上等距离设置有四组主动活齿，每组主动活齿在主动活齿盘边缘排列的长度为主动活齿盘周长的八分之一；所述从动活齿盘的边缘上等距离设置有四组从动活齿，每组从动活齿在从动活齿盘边缘排列的长度为从动活齿盘周长的八分之一；所述推杆上设置有与主动活齿盘及从动活齿盘相啮合的主动推齿及从动推齿，推杆上的主动推齿及从动推齿与主动活齿盘上的主动活齿及从动活齿盘上的从动活齿均个数相等；

所述推杆位于气缸活塞端的外端通过弹簧一与润滑油输送装置活动连接，所述推杆相对于气缸活塞端通过弹簧二与气缸活动连接，所述润滑油输送装置设置有吸油控制缸、喷油防倒流阀及喷油管，所述吸油控制缸位于润滑油箱的下部，吸油控制缸设置有吸油防倒流阀，吸油控制缸内设置有吸油控制活塞，吸油控制活塞与推杆位于气缸活塞端的外端垂直固定连接；喷油管的开口端放置在气缸的上方，喷油防倒流阀设置有一中空的喷油锥形体，喷油锥形体的下端开口处设置有一个喷油密封圆球；所述吸油控制缸位于气缸的一侧设置有润滑油推齿喷孔及润滑油气缸喷孔。

所述推杆相对于推杆上主动推齿及从动推齿的一侧设置有若干个防偏轮，内燃机机体上位于推杆防偏轮一侧设置有与防偏轮滚动相配合的防偏槽。

所述推杆上主动推齿前端若干个主动推齿的齿条高度依次由低到高排列，推杆上从动推齿后端若干个从动推齿的齿条高度依次由高到低排列；所述主动活齿盘上每组主动活齿按顺时针方向排列的末端若干个主动活齿的齿条高度依次由高到低排列，所述从动活齿盘上每组从动活齿按顺时针方向排列的前端若干个从动活齿的齿条高度依次由低到高排列。

所述主动活齿盘及从动活齿盘上主动活齿及从动活齿的齿条顶部均呈圆弧型，主动活齿盘及从动活齿盘上主动活齿及从动活齿的齿条根部之间圆弧型；所述推杆上主动推齿及从动推齿的齿条顶部均呈圆弧型，推杆上主动推齿及从动推齿的相邻齿条根部之间均呈圆弧型。

本发明有益效果是：本发明的推杆四活齿高效润滑传动内燃机结构简单，设计合理，制作方便，大大降低了制造成本；由于将曲轴的圆周运动直接变为连杆的往复直线运动，省略了内燃机机体内的曲轴及曲轴箱不仅大大降低了内燃机机体加工难度，使得本发明产品的使用性能大大提高，也使得内燃机的体积大大减小，同时也有效地地降低了内燃机自身运转的能耗；内燃机机体内省略了曲轴及曲轴箱使得结构简单，不仅降低了维修成本，而且因推杆的往复直线运动有效地消除了气缸活塞在气缸内因产生偏磨现象，大大地延长气缸或气缸活塞的使用寿命；尤其是推杆在做往复直线运动时推杆与主动齿盘或从动齿盘的力臂始终一致即为主动齿盘或从动齿盘的半径，而且推杆在往复直线运动时不论是何种运动方向均是在做有用功，这必然使得本发明的内燃机的功率大大提高。利用润滑油输送装置代替机油泵，一方面大大节约了因机油泵占用内燃机内部的空间，可使得内燃机的体积相应变小；另一方面因巧妙地利用推杆的运动而代替机油泵则免除了机油泵运转的能耗；同时杜绝了因机油泵压力小而易出现内燃机曲轴烧瓦或抱死现象的发生，也极大地提高了内燃机使用寿命。

下面结合附图对本发明的推杆四活齿高效润滑传动内燃机作进一步说明。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明主动推齿开始推动主动活齿运动原理示意图；

图3是本发明主动推齿结束推动主动活齿运动原理示意图；

图4是本发明从动推齿开始拉动从动活齿运动原理示意图；

图5是本发明从动推齿结束拉动从动活齿运动原理示意图；

图6是本发明润滑油输送装置结构示意图。

图中：1、气缸，2、传动轴，3、内燃机机体，4、活塞，5、推杆，6、主动转轴，7、从动转轴，8、主动齿盘，9、主动活齿盘，10、从动齿盘，11、从动活齿盘，12、弹簧一，13、主动活齿，14、从动活齿，15、主动推齿，16、从动推齿，17、防偏轮，18、防偏槽，19、润滑油输送装置，20、吸油控制缸，21、喷油防倒流阀，22、喷油管，23、吸油防倒流阀，24、吸油控制活塞，25、喷油锥形体，26、喷油密封圆球，27、弹簧二，28、润滑油推齿喷孔，29、润滑油气缸喷孔。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的推杆四活齿高效润滑传动内燃机包括气缸1、传动轴2、润滑油箱、润滑油输送装置19及内燃机机体3，气缸1内设置有气缸活塞4，气缸活塞4外端垂直固定连接有推杆5，内燃机机体3上通过轴承固定有主动转轴6及从动转轴7，固定于内燃机机体上的主动转轴6的外端为传动轴2。主动转轴6上设置有主动齿盘8及主动活齿盘9，主动齿盘8与主动活齿盘9之间的主动转轴6设置有轴承与内燃机机体3固定。从动转轴7上设置有与主动转轴6上的主动齿盘8相啮合的从动齿盘10，从动转轴7上设置有与主动转轴6上的主动活齿盘9形状及大小相同的从动活齿盘11，从动齿盘10与从动活齿盘11之间的从动转轴7设置有轴承与内燃机机体3固定。主动活齿盘9边缘上等距离设置有四组主动活齿13，每组主动活齿13在主动活齿盘9边缘排列的长度为主动活齿盘9周长的八分之一。从动活齿盘11边缘上等距离设置有四组从动活齿14，每组从动活齿14在从动活齿盘11边缘排列的长度为从动活齿盘11周长的八分之一。推杆5上设置有与主动活齿盘9及从动活齿盘11相啮合的主动推齿15及从动推齿16，推杆5上的主动推齿15及从动推齿16与主动活齿盘9上主动活齿13及从动活齿盘11上的从动活齿14均个数相等。推杆5相对于推杆5上主动推齿15及从动推齿16的一侧设置有两个防偏轮17，内燃机机体3上位于推杆5防偏轮17一侧设置有与防偏轮17滚动相配合的防偏槽18。防偏轮17及防偏槽18的设置可使得推杆5在做往复运动时的稳定性得到更好的保证。

如图6所示，推杆5相对于气缸活塞4端的外端通过弹簧一12与润滑油输送装置19活动连接，推杆5位于气缸活塞4端通过弹簧二27与气缸1活动连接，润滑油输送装置19设置有吸油控制缸20、喷油防倒流阀21及喷油管22，吸油控制缸20位于润滑油箱的下部，吸油控制缸20设置有吸油防倒流阀23，吸油控制缸20内设置有吸油控制活塞24，吸油控制活塞24与推杆5位于气缸活塞4端的外端垂直固定连接；喷油管22的开口端放置在气缸1的上方，喷油防倒流阀21设置有一中空的喷油锥形体25，喷油锥形体25的下端开口处设置有一个喷油密封圆球26；吸油控制缸20位于气缸1一侧设置有润滑油推齿喷孔28及润滑油气缸喷孔29。喷油管22、润滑油推齿喷孔28及润滑油气缸喷孔29内喷出的润滑油可保证主动转轴6、从动转轴7、主动活齿盘9、从动活齿盘11及气缸活塞4上端等运转部件均得到润滑油的润滑。润滑油输送装置19代替了需要机油泵工作的润滑油输送机构，因现有技术中内燃机内的曲轴高速运转必须由机油泵提供较高压力的润滑油才能使得连接成整体的曲轴内的油管孔得到润滑油，而本发明润滑油只需要有一定的高度差而形成的压力即可实现内燃机内各运转部件均能得到润滑油的润滑。

如图2、图3、图4及图5所示，推杆5上主动推齿15前端若干个主动推齿15的齿条高度依次由低到高排列，推杆5上从动推齿16后端若干个从动推齿16的齿条高度依次由高到低排列。主动活齿盘9上每组主动活齿13按顺时针方向排列的末端若干个主动活齿13的齿条高度依次由高到低排列，从动活齿盘11上每组从动活齿14按顺时针方向排列的前端若干个从动活齿14的齿条高度依次由低到高排列。如图2所示的推杆5上由低到高排列的主动推齿15与主动活齿盘9上的前端主动活齿13啮合；如图3所示的推杆5上的主动推齿15与主动活齿盘9上由高到低排列的末端主动活齿13啮合；如图4所示的推杆5上从动推齿16与从动活齿盘11上由低到高排列的前端从动活齿14啮合；如图5所示的推杆5上由高到低排列的末端从动推齿16与从动活齿盘11上的从动活齿14啮合。

活塞4在气缸1内做往复运动时使得推杆5也同样在做往复运动，弹簧一12的设置使得推杆5在做往复运动时得到较好地缓冲及避免了动能的浪费。推杆5在向弹簧一12端运动时，推杆5上的主动推齿15与主动活齿盘9上的主动活齿13啮合并带动主动活齿盘9按顺时针转动即带动主动齿盘8转动；此时推杆5上的从动推齿16与从动活齿盘11上的从动活齿14没有接触，又由于主动齿盘8与从动齿盘10啮合而使得从动活齿盘11呈反时针方向旋转。当推杆5在向活塞4端运动时，推杆5上的从动推齿16与从动活齿盘11上的从动活齿14啮合则带动从动齿盘10作反时针方向转动，而此时推杆5上的主动推齿15与主动活齿盘9上的主动活齿13没有接触，又由于从动齿盘10与主动齿盘8啮合而使得主动活齿盘9呈顺时针方向旋转。因此，不论推杆5向弹簧一12端方向运动还是向活塞4端方向运动，推杆5所带动的主动转轴6均是顺时针方向转动即主动转轴6所带动的传动轴2也一直按顺时针方向旋转。

活塞4带动推杆5在做功时的力臂始终为主动活齿盘9或从动活齿盘11的半径R，活塞4带动推杆5的行程设为s则2πR＝8s即R＝4s/π；曲轴连杆内燃机的连杆行程最大力臂是r而最小力臂是零，曲轴连杆的行程s等于2r，即R＝4s/π＝8r/π。由于曲轴连杆做功时的力臂由零到r后再由r到零，所以根据微积分或初等数学算法即可算出推杆5做功效率是曲轴连杆做功效率的约3.2倍。

图2、图3、图4及图5是推杆5依次往复运动与主动活齿盘9、从动活齿盘11的运动关系，推杆5及主动活齿盘9、从动活齿盘11上分布高低齿条目的均是为了增加齿条之间接触的数量以达到增加齿条之间的有效接触面积，更好地延长推杆5、主动活齿盘9及从动活齿盘11的使用寿命。主动活齿盘9及从动活齿盘11上主动活齿13及从动活齿14的齿条顶部均呈圆弧型，主动活齿盘9及从动活齿盘11上主动活齿13及从动活齿14的相邻齿条根部之间圆弧型；推杆5上主动推齿15及从动推齿16的齿条顶部均呈圆弧型，推杆5上主动推齿15及从动推齿16的相邻齿条根部之间均呈圆弧型。圆弧型的设置使得主动推齿15与主动活齿13以及从动推齿16与从动活齿14的有效接触面积加大，也是更好地延长推杆5、主动活齿盘9及从动活齿盘11的使用寿命。

Claims (4)

1.一种推杆四活齿高效润滑传动内燃机，所述内燃机包括气缸、传动轴、润滑油箱、润滑油输送装置及内燃机机体，气缸内设置有气缸活塞，其特征在于，所述气缸活塞外端垂直固定连接有推杆，内燃机机体上通过轴承固定有主动转轴及从动转轴；所述主动转轴上设置有主动齿盘及主动活齿盘，主动齿盘与主动活齿盘之间的主动转轴设置有轴承与内燃机机体固定；所述从动转轴上设置有与主动转轴上的主动齿盘相啮合的从动齿盘，从动转轴上设置有与主动转轴上的主动活齿盘形状及大小相同的从动活齿盘，从动齿盘与从动活齿盘之间的从动转轴设置有轴承与内燃机机体固定；所述主动活齿盘的边缘上等距离设置有四组主动活齿，每组主动活齿在主动活齿盘边缘排列的长度为主动活齿盘周长的八分之一；所述从动活齿盘的边缘上等距离设置有四组从动活齿，每组从动活齿在从动活齿盘边缘排列的长度为从动活齿盘周长的八分之一；所述推杆上设置有与主动活齿盘及从动活齿盘相啮合的主动推齿及从动推齿，推杆上的主动推齿及从动推齿与主动活齿盘上的主动活齿及从动活齿盘上的从动活齿均个数相等；

所述推杆位于气缸活塞端的外端通过弹簧一与润滑油输送装置活动连接，所述推杆位于气缸活塞端通过弹簧二与气缸活动连接，所述润滑油输送装置设置有吸油控制缸、喷油防倒流阀及喷油管，所述吸油控制缸位于润滑油箱的下部，吸油控制缸设置有吸油防倒流阀，吸油控制缸内设置有吸油控制活塞，吸油控制活塞与推杆位于气缸活塞端的外端垂直固定连接；喷油管的开口端放置在气缸的上方，喷油防倒流阀设置有一中空的喷油锥形体，喷油锥形体的下端开口处设置有一个喷油密封圆球；所述吸油控制缸位于气缸的一侧设置有润滑油推齿喷孔及润滑油气缸喷孔。

2.根据权利要求1所述的推杆四活齿高效润滑传动内燃机，其特征在于，所述推杆相对于推杆上主动推齿及从动推齿的一侧设置有若干个防偏轮，内燃机机体上位于推杆防偏轮一侧设置有与防偏轮滚动相配合的防偏槽。

3.根据权利要求1所述的推杆四活齿高效润滑传动内燃机，其特征在于，所述推杆上主动推齿前端若干个主动推齿的齿条高度依次由低到高排列，推杆上从动推齿后端若干个从动推齿的齿条高度依次由高到低排列；所述主动活齿盘上每组主动活齿按顺时针方向排列的末端若干个主动活齿的齿条高度依次由高到低排列，所述从动活齿盘上每组从动活齿按顺时针方向排列的前端若干个从动活齿的齿条高度依次由低到高排列。

4.根据权利要求1所述的推杆四活齿高效润滑传动内燃机，其特征在于，所述主动活齿盘及从动活齿盘上主动活齿及从动活齿的齿条顶部均呈圆弧型，主动活齿盘及从动活齿盘上主动活齿及从动活齿的齿条根部之间圆弧型；所述推杆上主动推齿及从动推齿的齿条顶部均呈圆弧型，推杆上主动推齿及从动推齿的相邻齿条根部之间均呈圆弧型。