CN107100730A - 推杆四活齿传动四缸内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推杆四活齿传动四缸内燃机，涉及一种内燃机传动领域。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。该推杆四活齿传动四缸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；主动活齿盘及从动活齿盘的一侧分别设置有气缸一、气缸三及气缸二、气缸四。使用本发明结构简单、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。

Description

推杆四活齿传动四缸内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机传动技术领域，特别是涉及一种推杆四活齿传动四缸内燃机。

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；

3、曲轴连杆内燃机机体安装气缸的上部分和安装曲轴曲轴箱的下部分是结合起来进行整体铸造的，由于在实际应用时曲轴连杆内燃机内各部件的协调运转则需要曲轴连杆内燃机机体内各部位的设计有着极高的精度，特别是对内燃机机体内各个气缸及曲轴的位置、形状及大小有着严格的要求，这必然导致加工生产高精度的整体铸造的曲轴连杆内燃机机体的难度；由于内燃机机体是整体铸造加工而成的，一旦由于某个气缸损坏而导致内燃机机体损坏则整个内燃机机体就报废而需要更换，使得内燃机机体内其它没有被损坏的曲轴箱等部件也放弃使用而造成浪费；

4、内燃机气缸及与气缸相对应的曲轴均是呈直线排列，曲轴的直线排列方式必然导致内燃机的体积增大，从而也使得内燃机内的传动部件体积加大，内燃机内的各部件随之增大后的结果是内燃机运转时的摩擦力也随之增大即造成内燃机运行时能耗也随之加大。

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传动四缸内燃机。

为实现上述目的，本发明提供一种推杆四活齿传动四缸内燃机包括气缸、传动轴及内燃机机体，气缸内设置有活塞，所述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；

所述主动活齿盘及从动活齿盘的一侧设置气缸一及气缸三，主动活齿盘及从动活齿盘的另一侧设置气缸二及气缸四，气缸一、气缸二、气缸三及气缸四内分别设置有活塞一、活塞二、活塞三及活塞四；所述活塞一及活塞三外端垂直固定连接有推杆一，活塞二及活塞四外端垂直固定连接有推杆二；所述推杆一上设置有与主动活齿盘及从动活齿盘相啮合的主动推齿一及从动推齿一，推杆二上设置有与主动活齿盘及从动活齿盘相啮合的主动推齿二及从动推齿二，推杆一及推杆二上的主动推齿一、主动推齿二与主动活齿盘上对应的主动活齿个数相等，推杆一及推杆二上的从动推齿一、从动推齿二与从动活齿盘上对应的从动活齿个数相等。

所述推杆一相对于推杆一上主动推齿一及从动推齿一的一侧设置有若干个防偏轮一，内燃机机体上位于推杆一的防偏轮一的一侧设置有一个与防偏轮一滚动相配合的防偏槽一；所述推杆二相对于推杆二上主动推齿二及从动推齿二的一侧设置有若干个防偏轮二，内燃机机体上位于推杆二的防偏轮二的一侧设置有一个与防偏轮二滚动相配合的防偏槽二。

所述推杆一上主动推齿一前端若干个主动推齿一的齿条高度依次由低到高排列，推杆一上从动推齿一后端若干个从动推齿一的齿条高度依次由高到低排列；所述推杆二上主动推齿二后端若干个主动推齿二的齿条高度依次由高到低排列，推杆二上从动推齿二前端若干个从动推齿二的齿条高度依次由低到高排列；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相邻齿条根部之间圆弧型；所述推杆一及推杆二上的主动推齿一、从动推齿一及主动推齿二、从动推齿二的齿条顶部均呈圆弧型，推杆一及推杆二上的主动推齿一、从动推齿一及主动推齿二、从动推齿二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传动四缸内燃机结构简单，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活塞在气缸内因产生偏磨现象，大大地延长气缸或活塞的使用寿命；尤其是推杆一及推杆二在做往复直线运动时推杆一及推杆二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，而且推杆一及推杆二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。

下面结合附图对本发明的推杆四活齿传动四缸内燃机作进一步说明。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图；

图2是本发明主动推齿一开始推动主动活齿运动原理示意图；

图3是本发明主动推齿一结束推动主动活齿运动原理示意图；

图4是本发明从动推齿一开始拉动从动活齿运动原理示意图；

图5是本发明从动推齿一结束拉动从动活齿运动原理示意图；

图6是本发明推杆二与内燃机机体结构示意图。

图中：1、气缸一，2、传动轴，3、内燃机机体，4、活塞一，5、推杆一，6、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、气缸三，13、主动活齿，14、从动活齿，15、主动推齿一，16、从动推齿一，17、防偏轮一，18、防偏槽一，19、气缸二，20、活塞二，21、推杆二，22、主动推齿二，23、从动推齿二，24、防偏轮二，25、防偏槽二，26、活塞三，27、气缸四，28、活塞四。

具体实施方式

如图1及图6所示，本实施例的推杆四活齿传动四缸内燃机包括气缸、传动轴2及内燃机机体3，气缸内设置有活塞，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3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的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的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。主动活齿盘9及从动活齿盘11的一侧设置气缸一1及气缸三12，主动活齿盘9及从动活齿盘11的另一侧设置气缸二19及气缸四27，气缸一1、气缸二19、气缸三12及气缸四27内分别设置有活塞一4、活塞二20、活塞三26及活塞四28；活塞一4及活塞三26外端垂直固定连接有推杆一5，活塞二20及活塞四28外端垂直固定连接有推杆二21，推杆一5上设置有与主动活齿盘9及从动活齿盘11相啮合的主动推齿一15及从动推齿一16，推杆二21上设置有与主动活齿盘9及从动活齿盘11相啮合的主动推齿二22及从动推齿二23，推杆一5及推杆二21上的主动推齿一15、主动推齿二22及从动推齿一16、从动推齿二23与主动活齿盘9上的主动活齿13及从动活齿盘11上的从动活齿14均个数相等。

推杆一5相对于推杆一5上主动推齿一15及从动推齿一16的一侧设置有两个防偏轮一17，内燃机机体3上位于推杆一5的防偏轮一17的一侧设置有与防偏轮一17滚动相配合的防偏槽一18；推杆二21相对于推杆二21上主动推齿二22及从动推齿二23的一侧设置有两个防偏轮二24，内燃机机体3上位于推杆二21的防偏轮二24的一侧设置有与防偏轮二24滚动相配合的防偏槽二25。防偏轮一17、防偏槽一18及防偏轮二24、防偏槽二25的设置可使得推杆一5、推杆二21在做往复运动时的稳定性得到更好的保证。

如图2、图3、图4及图5所示，推杆一5上主动推齿一15前端若干个主动推齿一15的齿条高度依次由低到高排列，推杆一5上从动推齿一16后端若干个从动推齿一16的齿条高度依次由高到低排列；推杆二21上主动推齿二22后端若干个主动推齿二22的齿条高度依次由高到低排列，推杆二22上从动推齿二23前端若干个从动推齿二23的齿条高度依次由低到高排列。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所示的推杆一5上由低到高排列的主动推齿一15与主动活齿盘9上的前端主动活齿13啮合，同时推杆二21上由低到高排列的从动推齿二23与从动活齿盘11上的从动活齿14啮合；如图3所示的推杆一5上的主动推齿一15与主动活齿盘9上由高到低排列的主动活齿13啮合，同时推杆二21上的从动推齿二23与从动活齿盘11上由高到低排列从动活齿14啮合；如图4所示的推杆一5上由低到高排列的从动推齿一16与从动活齿盘11上的从动活齿14啮合，同时推杆二21上由低到高排列的主动推齿二22与主动活齿盘9上的主动活齿13啮合；如图5所示的推杆一5上从动推齿一16与从动活齿盘11上由高到低排列的从动活齿14啮合，同时推杆二21上的主动推齿二22与主动活齿盘9上由高到低排列的主动活齿13啮合。

推杆一5、推杆二21分别在向活塞三26、活塞二20端运动时，推杆一5、推杆二21上的主动推齿一15、主动推齿二22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；此时推杆一5、推杆二21上的从动推齿一16、从动推齿二23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。当推杆一5、推杆二21在分别向活塞一4、活塞四28端运动时，推杆一5、推杆二21上的从动推齿一16、从动推齿二23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，而此时推杆一5、推杆二21上的主动推齿一15、主动推齿二22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，不论推杆一5、推杆二21分别活塞三26、活塞二20端方向运动还是向活塞一4、活塞四28端方向运动，推杆一5、推杆二21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。

活塞一4带动推杆一5以及活塞二20带动推杆二21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，活塞一4带动推杆一5以及活塞二20带动推杆二21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一5及推杆二21做功效率均是曲轴连杆做功效率的约3.2倍。

图2、图3、图4及图5是推杆一5及推杆二21往复运动与主动活齿盘9、从动活齿盘11的运动关系，推杆一5、推杆二21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，更好地延长推杆一5、推杆二21、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；推杆一5及推杆二21上的主动推齿一15、从动推齿一16及主动推齿二22、从动推齿二23的齿条顶部均呈圆弧型，推杆一5及推杆二22上的主动推齿一15、从动推齿一16及主动推齿二22、从动推齿二23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一15、主动推齿二22与主动活齿13以及从动推齿一16、从动推齿二23与从动活齿14的有效接触面积加大，也是更好地延长推杆一5及推杆二21、主动活齿盘9及从动活齿盘11的使用寿命。

Claims (4)

1.一种推杆四活齿传动四缸内燃机，所述内燃机包括气缸、传动轴及内燃机机体，气缸内设置有活塞，其特征在于，所述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；

所述主动活齿盘及从动活齿盘的一侧设置气缸一及气缸三，主动活齿盘及从动活齿盘的另一侧设置气缸二及气缸四，气缸一、气缸二、气缸三及气缸四内分别设置有活塞一、活塞二、活塞三及活塞四；所述活塞一及活塞三外端垂直固定连接有推杆一，活塞二及活塞四外端垂直固定连接有推杆二；所述推杆一上设置有与主动活齿盘及从动活齿盘相啮合的主动推齿一及从动推齿一，推杆二上设置有与主动活齿盘及从动活齿盘相啮合的主动推齿二及从动推齿二，推杆一及推杆二上的主动推齿一、主动推齿二与主动活齿盘上对应的主动活齿个数相等，推杆一及推杆二上的从动推齿一、从动推齿二与从动活齿盘上对应的从动活齿个数相等。

2.根据权利要求1所述的推杆四活齿传动四缸内燃机，其特征在于，所述推杆一相对于推杆一上主动推齿一及从动推齿一的一侧设置有若干个防偏轮一，内燃机机体上位于推杆一的防偏轮一的一侧设置有一个与防偏轮一滚动相配合的防偏槽一；所述推杆二相对于推杆二上主动推齿二及从动推齿二的一侧设置有若干个防偏轮二，内燃机机体上位于推杆二的防偏轮二的一侧设置有一个与防偏轮二滚动相配合的防偏槽二。

3.根据权利要求1所述的推杆四活齿传动四缸内燃机，其特征在于，所述推杆一上主动推齿一前端若干个主动推齿一的齿条高度依次由低到高排列，推杆一上从动推齿一后端若干个从动推齿一的齿条高度依次由高到低排列；所述推杆二上主动推齿二后端若干个主动推齿二的齿条高度依次由高到低排列，推杆二上从动推齿二前端若干个从动推齿二的齿条高度依次由低到高排列；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所述的推杆四活齿传动四缸内燃机，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相邻齿条根部之间圆弧型；所述推杆一及推杆二上的主动推齿一、从动推齿一及主动推齿二、从动推齿二的齿条顶部均呈圆弧型，推杆一及推杆二上的主动推齿一、从动推齿一及主动推齿二、从动推齿二的相邻齿条根部之间均呈圆弧型。