CN1101698A - 引擎汽缸活塞的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种引擎汽缸活塞的驱动装置，为获 得大于传统曲柄轴驱动方式的效率及压力而作出的 改进设计。利用主轴配合内长圆齿轮而连动连杆控 制活塞的往复运动，同时由偏移导轨、滑座、偏移凸轮 及上下死点定位盘的配合而导引活塞，所得之力驱动 主轴于内长圆齿轮的游走行径，使活塞作往复运动时 其连杆的偏移角度减至最小程度，几乎呈直线以降低 其分力消耗，有益于提升马力及节省油耗。

Description

本发明涉及一种引擎汽缸活塞的驱动装置。

引擎是设备的心脏部件，其结构设计关系到整台设备的运转，因此提高引擎的运转马力一直是该技术领域中技术人员致力发展的目标，就传统的引擎结构而言，提高马力的同时也相对增加了耗油量，因此经济效益不佳。

如图1A至图1D所示的传统曲柄轴往复式引擎，其结构组成大致包括活塞10、连杆11、曲柄轴12、汽缸13、汽缸头14、进气阀15、排气阀16、突轮17、火星塞18和引擎主体19。其运动大致分为进气、压缩点火、动力及排气四个冲程。当进气时，突轮17压下进气阀15，曲柄轴12将活塞10往下死点方向拉，燃料混合气由张开的进气阀15吸入汽缸13内，然后曲柄轴12旋转而连动连杆11将活塞10往上死点方向推进，压缩汽缸13内的燃料混合气，在曲柄轴12达到上死点前，火星塞18即点火燃烧混合气，此时燃烧后的混合气因温度升高体积急剧膨胀，使汽缸13内的压力大增而推动活塞10往下死点方向运动，经由连杆11驱动曲柄轴12，另侧的突轮17压下排气阀16，曲柄轴12即推动活塞10往上死点方向运动，将汽缸13内燃烧后的废气经张开的排气阀16排出汽缸13外，完成一次完整的运动行程。

当活塞在汽缸的上死点及下死点间往复运动时，因曲柄轴与连杆的传动结构，在活塞受到燃烧混合气的压力由上死点位置往下死点位置推动时（即动力冲程），由连杆驱动曲柄轴旋转，活塞向下力量的方向PP′与连杆中心线BB′相交形成一D角，如图2所示，D角愈大活塞向下死点的分力愈大，造成活塞对汽缸壁的侧摩擦力增加，而连杆中心线BB′与曲柄轴中心线QQ′相交形成的F角，则关系到活塞所受的压力经由连杆驱动曲柄轴的力矩，F角愈小其力矩亦小，当F角成90°角时，连杆驱动曲柄轴的力矩最大，而此时D角也大，造成其分力及侧摩擦力增加，同时活塞所受的压力将随汽缸容积增加而下降，亦即当汽缸内的压力愈大时，连杆驱动曲柄轴的力矩愈小，这是其传动方式不合乎科学之处，也是影响输出功率的主要原因。

本发明的目的是在大幅度提高马力并不增加油耗的总原则下，改变传统曲柄轴往复式引擎的传动方式，所设计的引擎汽缸活塞的驱动装置在控制活塞的往复运动上，可令连杆的偏移角度减至最小，作几乎呈直线的往复运动，以降低其分力消耗。

本发明的引擎汽缸活塞的驱动装置，其整体结构主要包括引擎主体、汽缸、连杆及连杆的往复运动传动机构，其特征在于：所述连杆的往复运动传动机构由主轴、内长园齿轮、偏移导轨、滑座、偏移凸轮、上下死点定位盘及传动齿轮组成;

所述主轴中段部位有齿环，所述的传动齿轮套设于所述的主轴上;

所述引擎主体底部设有供承置主轴的轴承;

所述偏移导轨内侧带槽道，偏移导轨固定在引擎主体底部的轴承两侧;

所述的滑座呈方形扁体，中央设有穿设主轴的长圆槽孔，滑座四角的上、下缘面上各设有游移轴承，滑座下缘面上的下游移轴承横向装设于滑座底缘面上并置于所述偏移导轨的槽道中，带动滑座在偏移导轨中左右滑移，滑座上缘面上的上游移轴承纵向装设于滑座上缘面上，上游移轴承中段为架空部位，滑座上缘面两侧与上游移轴承架空部位对应的位置处设有左、右定位轴承;

所述的偏移凸轮是一具有不等径周缘的凸轮，两侧缘各有一偏移转换介面，中央部位具有供套设主轴的轴孔，偏移凸轮以插销定位于所述主轴齿环的下方;

所述的内长圆齿轮呈长方扁体，中央部位有一内长圆槽孔，槽孔壁上有与主轴上齿环齿合的齿纹，内长圆齿轮长边两侧面上有槽道，所述滑座上缘面上的上游移轴承置于该槽道中，内长圆齿轮在该槽道中作前后往复运动，内长圆齿轮前端延伸有与所述连杆枢接的接头，内长圆齿轮上缘面前后端设有配合上下死点定位盘的上下死点定位轴承;

所述的上下死点定位盘为圆盘体，中央有套设主轴的轴孔，圆盘体下缘一侧延设有对内长圆齿轮于上下死点时起定位作用的凸轮，上下死点定位盘以插销定位于所述主轴齿环的上方。

主轴作为核心件贯穿于本驱动装置的整体结构中，利用主轴与内长圆齿轮的配合而驱动连杆控制活塞的往复运动，在内长圆齿轮运动于上、下死点位置处时，通过偏移凸轮的作用促使滑座带动内长圆齿轮向左或向右移位，并配合上下死点定位盘的作用而形成内长圆齿轮的上或下的死点的顶持限位，适当改变内长圆齿轮的行径，在控制活塞的往复运动时，连杆的偏移分力角度减至最小程度，实现几乎呈直线的往复运动，降低分力作用对引擎输出功率的影响。内长圆齿轮上的上下死点定位轴承使上下死点定位盘在作上、下死点的行径转换时不致产生过份剧烈的偏移晃动。

下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术

图1A-图1D为传统曲柄轴往复式引擎的动作示意图，其中图1A为进气冲程，图1B为压缩点火冲程，图1C为动力冲程，图1D为排气冲程。

图2为传统曲柄轴往复式引擎的动作分析示意图

图3为本发明引擎汽缸活塞驱动装置的结构分解图

图4为本发明引擎汽缸活塞驱动装置的结构组合图

图5为图3、4中内长圆齿轮的动作示意图

图6为图3、4中偏移凸轮的动作示意图

图7为图3、4中上下死点定位盘的动作示意图

图8A至图8D为本发明运动冲程各构件的关系图

图9为传统曲柄轴引擎的运动行程曲线与本发明连杆活塞的运动曲线对照示意图

图1A至图1D及图2的说明前已述及不再赘述。

参见图3、图4，驱动装置的整体结构包括引擎主体20、汽缸21（内含活塞23）、连杆22、主轴30、内长圆齿轮40、偏心导轨50、滑座60、偏移凸轮70、上下死点定位盘80和传动齿轮90。

引擎主体20底部设轴承24以承置主轴30，轴承24两侧固定由两滑块组成的偏移导轨50，导轨50内侧预设槽道51，以令承设于其中的滑座60左右滑移。

滑座60呈方形扁体，中央设配合其左右滑移的内长圆槽孔61，滑座四角上、下缘各设游移轴承62、63。下缘面的轴承63横向装设于滑座60的底缘，置于偏移导轨50槽道51内而使滑座左右滑移。上缘面的轴承62纵向装设于滑座60的顶缘且中段为架空结构，置于内长圆齿轮40的槽道41中而使内长圆齿轮40可前后往复移位。滑座60顶缘两侧与上游移轴承62架空部位的对应处设有左、右定位轴承64、65，以配合偏移凸轮70的作用而使滑座60左右位移。

偏移凸轮70是一具有不等径周缘的凸轮，其两侧各具有一偏移转换介面71，凸轮中央部位具有轴孔72供套设主轴30并通过插销33定位。

内长圆齿轮40为一长方扁体，其长边侧具有槽道41，通过滑座60上缘面的游移轴承62使滑座60前后往复移位。内长圆齿轮前端延伸一接头42与连杆22枢接，中央部位有内长圆槽孔43，槽孔壁制成普通正齿轮或零式齿型纹44，可与主轴30齿环31齿合，内长圆齿轮40上缘面前、后端设有上、下死点定位轴承45、46，用于配合上下死点定位盘80的作用，在上、下死点的行径转换时不致产生过份的偏移晃动。

上下死点定位盘80为一圆盘体，中央有轴孔81，使套设主轴30并通过插销32定位，下缘一侧边延设一凸轮82可对内长圆齿轮40于上、下死点时形成定位作用。

主轴30是贯穿整体结构的核心，中段位置具有齿环31，配合内长圆齿轮40的槽孔壁制成正齿纹或零式齿型纹。齿环31的上、下位置处各具有插销32、33，分别与上下死点定位盘80及偏移凸轮70形成套设定位。

组装时，主轴30插设于引擎主体20底部的轴承24内，滑座60穿过主轴30并以其下缘面的游移轴承63配合偏移导轨50（槽道51），完成两者的结合。将偏移凸轮70套在主轴30上并定位，使偏移凸轮70与滑座60的左、右定位轴承64、65保持在同一水平位上，再套入内长圆齿轮40，以其两侧槽道41配合滑座60上缘面的游移轴承62而使两者结合。主轴30的齿环31与内长圆齿轮槽孔壁成齿合状态，而后将上下死点定位盘80套于主轴30上并定位，使其下缘的凸轮82与内长圆齿轮40上缘面的上、下死点定位轴承45、46保持同一水平位，将连杆22与内长圆齿轮40枢接。最后将传动齿轮90套在主轴30上。

参见图5至图7，本发明的运动原理主要是利用内长圆齿轮40与主轴30的配合，而掣动连杆22控制活塞23的往复运动。当主轴30旋转时，由于齿环31与内长圆齿轮40成齿合状态，在主轴成固定的设计下，内长圆齿轮40将随主轴30的旋转而产生移位，同时配合滑座60、偏移凸轮70及上下死点定位盘80的作用而使内长圆齿轮40产生往复式移位，进而连动连杆22推动活塞23往复运动。

内长圆齿轮40配合主轴30移位时，系靠向一侧呈直线的往或复的移位，其往复移位的动作变化是依靠偏移凸轮70而促使滑座60带动内长圆齿轮40向左或向右偏移，以改变主轴30与内长圆齿轮40齿合侧的状态，同时由上下死点定位盘80的作用形成上下死点定位，以防止过份的偏移晃动。

本驱动装置的动作特点是当内长圆齿轮40一侧与主轴30齿合而顺着主轴30旋转移位至上或下死点时，偏移凸轮70两侧的偏移转换介面71恰旋转至滑座60的左或右定位轴承64、65位置，于接触后即顺势促使滑座60沿偏移导轨50往左或往右偏移，而带动内长圆齿轮40改变与主轴30的齿合转向移位至另一侧，同时于内长圆齿轮40移位至上或下死点时，上下死点定位盘80的凸轮82恰旋转至内长圆齿轮40的上或下死点定位轴承45、46位置，于滑座60带动内长圆齿轮40向左或向右移位时，凸轮82对内长圆齿轮40形成上或下的顶持限位，因此在驱动连杆推进活塞时，连杆的往复运动几乎是直线式的，分力现象降至最低程度，提高了引擎马力的利用率。

参见图8A至图8D，本驱动装置在各动作冲程时各构件的关系表现为图8A：主轴30配合内长圆齿轮40而驱动连杆22将活塞23往下死点方向拉，于活塞23到达下死点时，主轴30与内长圆齿轮40的齿合位置在内长圆齿轮40右侧的上死点，上下死点定位盘80的凸轮82恰行至内长圆齿轮40上死点定位轴承45左侧，偏移凸轮70的偏移转换介面71恰将接触滑座60的右定位轴承65，通过偏移凸轮70将滑座60往右移位而带动内长圆齿轮40随之移位并配合上下死点定位盘80的作用使主轴30与内长圆齿轮40的齿合转向左侧。

图8B：上述转换后，内长圆齿轮40即随主轴30旋转而逐渐往上移位，驱动连杆22推动活塞23往上死点方向运动，相应地主轴30与内长圆齿轮40的齿合位置亦逐渐接近下死点。

图8C：活塞23到达下死点时，主轴30与内长圆齿轮40的齿合位置即在内长圆齿轮40左侧的下死点，上下死点定位盘80的凸轮82位于内长圆齿轮40下死点定位轴承46右侧，而偏移凸轮70的偏移转换介面71恰将接触滑座60的左定位轴承64，通过偏移凸轮70将滑座60往左移位，而带动内长圆齿轮40随之移位并配合上下死点定位盘80的作用而使主轴30与内长圆齿轮40的齿合转向右侧。

图8D：上述转换后，内长圆齿轮40即随主轴30旋转而逐渐往下移位，驱动连杆22将活塞23往下死点方向拉，主轴30与内长圆齿轮40的齿合位置即逐渐接近上死点。

参见图9，图8A-8D所示的四程序循环，主轴配合内长圆齿轮驱动连杆带动活塞进行往复运动时，其分力角度远小于传统的曲柄轴驱动方式。传统曲柄轴引擎的运动呈圆周运动，连杆与活塞所产生的分力作用使其运动曲线A′呈正弦波;而本发明的驱动装置，连杆与活塞的分力作用降至最低，作几乎为直线的往复运动，其运动曲线B′呈方波，可明显提高效率，节省油耗。

Claims (2)

1、一种引擎汽缸活塞的驱动装置，包括引擎主体、汽缸、连杆及连杆的往复运动传动机构，其特征在于：所述连杆的往复运动传动机构由主轴、内长园齿轮、偏移导轨、滑座、偏移凸轮、上下死点定位盘及传动齿轮组成；

所述主轴中段部位有齿环，所述的传动齿轮套设于所述的主轴上；

所述引擎主体底部设有供承置主轴的轴承；

所述偏移导轨内侧带槽道，偏移导轨固定在引擎主体底部的轴承两侧；

所述的滑座呈方形扁体，中央设有穿设主轴的长圆槽孔，滑座四角的上、下缘面上各设有游移轴承，滑座下缘面上的下游移轴承横向装设于滑座底缘面上并置于所述偏移导轨的槽道中，带动滑座在偏移导轨中左右滑移，滑座上缘面上的上游移轴承纵向装设于滑座上缘面上，上游移轴承中段为架空部位，滑座上缘面两侧与上游移轴承架空部位对应的位置处设有左、右定位轴承；

所述的偏移凸轮是一具有不等径周缘的凸轮，两侧缘各有一偏移转换介面，中央部位具有供套设主轴的轴孔，偏移凸轮以插销定位于所述主轴齿环的下方；

所述的内长圆齿轮呈长方扁体，中央部位有一内长圆槽孔，槽孔壁上有与主轴上齿环齿合的齿纹，内长圆齿轮长边两侧面上有槽道，所述滑座上缘面上的上游移轴承置于该槽道中，内长圆齿轮在该槽道中作前后往复运动，内长圆齿轮前端延伸有与所述连杆枢接的接头，内长圆齿轮上缘面前后端设有配合上下死点定位盘的上下死点定位轴承；

所述的上下死点定位盘为圆盘体，中央有套设主轴的轴孔，圆盘体下缘一侧延设有对内长圆齿轮于上下死点时起定位作用的凸轮，上下死点定位盘以插销定位于所述主轴齿环的上方。

2、根据权利要求1所述的引擎汽缸活塞的驱动装置，其特征在于所述的主轴齿环上和内长圆齿轮槽孔壁上有一致的正齿纹或零式齿型纹。

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