CN112177774A - 四冲程直列式无曲轴内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：包括直列式四缸的活塞箱体、四个活塞、前、后箱体、四冲程齿轮齿条传动机构、启动/运行机构和输出主轴，活塞箱体包括前箱体和后箱体，输出主轴通过主轴轴承支撑在前箱体上，启动/运行机构置于后箱体中，四个活塞分别与四冲程齿轮齿条传动机构连接，四冲程齿轮齿条传动机构分别与输出主轴和启动/运行机构连接，构成四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统。有益效果：本发明的起动运行系统将每个活塞60％以上的推力转变成主轴的输出扭矩，其余推力用于驱动起动/输出轴旋转及驱动其余三根齿条及介轮的运动，有效提高了四冲程直列式内燃机的工作效率。

Description

四冲程直列式无曲轴内燃机

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，尤其涉及一种四冲程直列式无曲轴内燃机。

背景技术

活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲轴传动机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。发动机系统机构包括曲轴传动机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统。其中起动系统的作用是：要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲轴传动机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲轴传动机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。

内燃机的连杆曲柄机构，其特点是活塞上行终点燃油燃烧，爆发力推动活塞带动连杆下行，驱动曲轴旋转，将活塞的直线推力转变成曲轴旋转的扭力使曲轴转动，实现热能转换成机械能，驱动机械做功运行。连杆曲柄机构以连杆作为主动件，其尺寸结构的设计以活塞行程作为主要参数，曲轴偏芯距的设计为活塞行程的1/2倍。假设曲轴的偏芯距为35毫米，活塞行程为70毫米；连杆长度的设计因考虑机械的外型尺寸及运行等因素，连杆常规设计值取曲轴偏芯距的3.5倍，即35毫米×3.5＝122.5毫米。上述传动结构在运行时，因曲轴旋转角度的变化，连杆角度会产生变化，使活塞的推力在随两构件运行角度变化的同时，连杆做用在曲轴上的推力随机产生两个变化的分力。这两个分力的出现，造成活塞的推力不能完全用于曲轴的扭力上，导致活塞推力的无功损耗，降低了曲轴的输出效率。受力分析如下：以上述部件尺寸作为计算参数，活塞驱动连杆使曲轴旋转，在旋转过程中连杆也随曲轴的旋转角度发生倾斜变动。不同倾斜角度的连杆对曲轴的圆周推力变化如下：①当活塞运动至上终点时(上死点)，曲轴偏心部位旋转至上高点与连杆中心线形成一条直线，此时活塞型腔点火对活塞产生推力(假设活塞推力为100㎏)，其做用力不能推动曲轴旋转，而完全做用在曲轴的径向上，成为曲轴的径向剪切力，曲轴径向受100kg的剪切力；②当曲轴偏心部位顺时针旋转30度，曲轴偏心中心至连杆垂直中心线的水平距离为sina30°×偏心距＝0.5×35＝17.5mm，连杆的倾斜角＝17.5÷122.5＝sin8°13’，连杆做用在此点的向下垂直推力为100㎏×cos8°13’＝100×0.9897＝98.97㎏，曲轴此点的向下垂直分力为98.97×cos30°＝98.97×0.866＝85.7㎏；③当曲轴偏心部位旋转60°，曲轴偏心中心至连杆垂直中心的水平距离为cos30°×35＝0.866×35＝30.31mm，连杆的倾斜角sin＝30.31÷122.5＝14°20’，连杆做用在此点的向下垂直推力为100㎏×cos14°20’＝100㎏×0.9688＝96.88㎏，曲轴此点的向下垂直分力为96.88×sin30°＝96.88×0.5＝48.44㎏；④当曲轴偏芯部位旋转至90°时，连杆的倾斜角sin＝35÷122.5＝0.2857＝16°36’，连杆向下的垂直推力为100㎏×cos16°36’＝100㎏×0.9583＝95.83㎏。

上述曲轴不同转角点垂直向下分力推力曲轴旋转的扭矩分别为

①曲轴旋转30°时扭矩为85.7×9.8x1.75＝1469.75N/cm；

②曲轴旋转60°时的扭矩为48.44×9.8×3.03＝1438.37N/cm；

③曲轴旋转90°时扭矩为95.83×9.8x3.5＝3286.96N/cm。

通过上述计算不难看出，曲轴旋转30°、60°连杆推力产生的扭矩分别是曲轴旋转90°时连杆推力产生扭矩的55.28％及56.24％，机构运行的能量损耗在43％以上。曲轴从90°旋转至180°其各点的输出扭矩与上述相同，各点的分力相反。

曲轴驱动其它活塞运行过程中同样有43％以上的曲轴扭矩在旋转过程中消耗掉。

当前人们已经开始对采用连杆曲柄机构的内燃机结构进行研究，力图改变连杆曲柄机构内燃机的致命缺陷，研发出无曲轴内燃机专利文献公开号CN201110382684公开了一种无曲轴连杆的内燃机，包括缸体和定位在缸体上两根水平设置的齿条与输出主轴；每根所述的齿条的两端均固连有一活塞，所述的缸体内具有与活塞位置和运动方向均一一对应的燃烧室；两个所述的齿条和所述的输出主轴之间设有始终能将至少一根齿条的轴向运动转换至输出主轴的周向运动的齿轮传动机构。专利文献公开号CNCN201810648633公开了一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机及其设计方法，在缸体上环形均匀分布若干个气缸，通过气缸内活塞带动活塞推杆部套直线往复运动，进而通过滚子驱动圆柱凸轮轴产生旋转运动，最后动力由圆柱凸轮轴输出；圆柱凸轮机构包括圆柱凸轮轴和滚子，圆柱凸轮轴与缸体通过轴承联接，圆柱凸轮轴上设有凸轮廓线，通过凸轮廓线与滚子联接，滚子为耐高温滚轮轴承。上述现有技术均无正式产品推出，仅仅停留在研发阶段或仅是一些改进设想。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种四冲程直列式无曲轴内燃机，起动运行系统正常运行时，可将每个活塞60％以上的推力转变成主轴的输出扭矩，其余推力用于驱动起动/输出轴旋转及驱动其余三根齿条及介轮的运动，有效提高了四冲程直列式内燃机的工作效率。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：包括直列式四缸的活塞箱体、四个活塞、前、后箱体、四冲程齿轮齿条传动机构、启动/运行机构和输出主轴，所述活塞箱体与相对扣合固接的前箱体和后箱体固接，所述输出主轴通过主轴轴承支撑在前箱体上，所述启动/运行机构置于后箱体中，所述四冲程齿轮齿条传动机构置于前箱体和后箱体结合部空间中，所述四个活塞分别与四冲程齿轮齿条传动机构连接，四冲程齿轮齿条传动机构分别与输出主轴和启动/运行机构连接，构成四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统，四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统可将每个活塞60％以上的推力转变成输出主轴的输出扭矩，其余推力用于驱动起动/输出轴旋转及驱动四冲程齿轮齿条传动机构工作。

所述四冲程齿轮齿条传动机构包括第一、二、三、四驱动齿条、第一、二、三介轮和第一、二、三、四超越离合器，所述第一、二、三、四驱动齿条分别通过活塞销轴与四个活塞连接，第一驱动齿条与第一介轮啮合，第一介轮又与第二驱动齿条一侧啮合，第二驱动齿条另一侧与第二介轮啮合，第二介轮又与第三驱动齿条一侧啮合，第三驱动齿条另一侧与第三介轮啮合，第三介轮又与第四驱动齿条啮合，所述第一、二、三、四驱动齿条分别与第一、二、三、四超越离合器的齿轮啮合，所述第一、二、三、四超越离合器的内芯与输出主轴键接。

所述第一、四驱动齿条为左或右侧面及上表面设有啮合齿构成两面带齿结构；所述第二、三驱动齿条为左右两侧面及上表面均设有啮合齿构成三面带齿结构，其中两面带齿结构的齿条的侧面齿与介轮啮合，上表面齿与超越离合器齿轮啮合，三面带齿结构的两侧面齿与其左右侧的介轮啮合，上表面齿与超越离合器齿轮啮合，齿条沿轨道位移时，其一侧面齿驱动介轮另一侧面齿驱动超越离合器齿轮，构成三个自由度驱动机构。

所述第一、二、三、四驱动齿条和第一、二、三介轮置于前箱体和后箱体结合面的齿条滑动的滑槽以及介轮的安装空间中。

所述四个活塞其中一个活塞作为主动件驱动齿条工作时，始终保持活塞及齿条两上两下状态。

所述启动/运行机构包括起动机和联接头，起动机固定在起动机安装板上，起动机齿轮在联接头壳体内轴向移动，并与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮两端轴台支撑在轴座上，所述驱动齿轮与输入齿轮啮合，输入齿轮键接在齿轮轴上，所述齿轮轴一端通过齿轮轴轴承支撑在后箱体侧壁上，齿轮轴另一端通过齿轮轴轴承支撑在齿轮轴支撑座上，齿轮轴支撑座固接在后箱体底面上，齿轮轴的齿轮与固接在起动/输出轴上的起动/输出轴离合器齿轮啮合，起动/输出轴通过轴承支撑在起动/输出轴轴承座上，起动/输出轴另一端通过起动/输出轴轴承支撑在后箱体上,所述起动/输出轴输出端键接正时齿轮，并通过齿型带联接气缸盖进排气及点火系统的驱动机构，所述起动/输出轴的另一端设有飞轮盘，飞轮盘与起动/输出轴构成横截面形状呈T字形的整体结构，所述飞轮盘上设有偏心孔，所述偏心孔的凹形圆台上通过螺栓固装偏心轴，所述偏心轴悬臂端通过连杆大端轴承支撑有连杆，连杆大端轴承的外圆安装连杆大端，所述连杆的小端内孔通过连杆小端轴轴承支撑在连杆小端轴上，连杆小端轴两端固装在两块小端轴架板上，两块小端轴架板固装在第一驱动齿条上部，构成起动/输出轴的曲柄机构。

所述第一、二、三、四驱动齿条和第一、二、三介轮采用斜齿型啮合。

所述后箱体上部活塞运行空间设有进排气孔。

所述四冲程齿轮齿条传动机构在四缸驱动基础上，以每增加两缸即增加一个驱动单元，能够增加成6缸、8缸、10缸或12缸，增加的所述驱动单元配装两根驱动齿条、两个介轮和两套超越离合器，构成齿轮齿条传动机构单元。

有益效果：与现有技术相比，本发明将每个活塞60％以上的推力转变成主轴的输出扭矩，其余推力用于驱动起动/输出轴旋转及驱动其余三根齿条及介轮的运动，有效提高了四冲程直列式内燃机的工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的N-N剖面图；

图3是图1中的W-W剖视图；

图4是图1中A-A及图3中A’-A’、B-B、C-C、D-D、E-E、F-F的阶梯剖视图；

图5是起动机总成的结构示意图；

图6是图5的K向视图。

图中：1、前箱体，2、主轴轴承压盖，3、螺栓，4、输出主轴，5、第一超越离合器齿轮，5-1、第二超越离合器齿轮，6、第一驱动齿条，7、活塞销轴，8、活塞，9、第二驱动齿条，10、第三驱动齿条，11、第四驱动齿条，12、活塞箱体，13、第三超越离合器齿轮，13-1、第四超越离合器齿轮，14、起动机安装板，15、起动/输出主轴，16、箱体联接螺栓，17、后箱体，18、第一介轮，18-1、第三介轮，19、第二介轮，20、连杆小端轴，21、小端轴架板，22、连杆小端轴轴承，23、连杆，24、连杆大端轴轴承，25、偏心轴，26、轴承，27、起动/输出轴轴承座，28、飞轮盘，29、压力轴承，30、调距螺母，31、锁紧螺母，32、齿轮轴支承座，33、安装螺栓，34、起动机，35、螺栓，36、起动机齿轮，37、驱动齿轮，38、联接头，39、输入齿轮，40、齿轮轴，41、螺钉，42、定位销轴，43、离合器滚柱，44、第一离合器芯，45、底盖，46、第二离合器芯，47、起动/输出主轴离合器齿轮，48、轴承，49、起动/输出主轴离合器芯，50、主轴轴承，51、主轴离合器轴承，52、主轴轴承端盖，53、螺钉，54、起动/输出轴轴承，55、进排气孔，56、齿轮轴轴承。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

详见附图，本实施例提供了一种四冲程直列式无曲轴内燃机，包括直列式四缸的活塞箱体12、四个活塞8、前、后箱体1、17、四冲程齿轮齿条传动机构、启动/运行机构和输出主轴4，所述活塞箱体与相对扣合固接的前箱体和后箱体固接，所述输出主轴通过主轴轴承50支撑在前箱体上，所述启动/运行机构置于后箱体中，所述四冲程齿轮齿条传动机构置于前箱体和后箱体结合部空间中，所述四个活塞分别与四冲程齿轮齿条传动机构连接，四冲程齿轮齿条传动机构分别与输出主轴和启动/运行机构连接，构成四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统，四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统可将每个活塞60％以上的推力转变成输出主轴的输出扭矩，其余推力用于驱动起动/输出轴旋转及驱动四冲程齿轮齿条传动机构工作。

本实施例的优选方案是，所述四冲程齿轮齿条传动机构包括第一、二、三、四驱动齿条、第一、二、三介轮和第一、二、三、四超越离合器，所述第一、二、三、四驱动齿条6、9、10、11分别通过活塞销轴7与四个活塞连接，第一驱动齿条与第一介轮18啮合，第一介轮又与第二驱动齿条一侧啮合，第二驱动齿条另一侧与第二介轮19啮合，第二介轮又与第三驱动齿条一侧啮合，第三驱动齿条另一侧与第三介轮18-1啮合，第三介轮又与第四驱动齿条啮合，所述第一、二、三、四驱动齿条分别与第一、二、三、四超越离合器的齿轮5、5-1、13、13-1啮合，所述第一、二、三、四超越离合器的内芯44、46与输出主轴键接。所述第一、四驱动齿条为左或右侧面及上表面设有啮合齿构成两面带齿结构；所述第二、三驱动齿条为左右两侧面及上表面均设有啮合齿构成三面带齿结构，其中两面带齿结构的齿条的侧面齿与介轮啮合，上表面齿与超越离合器齿轮啮合，三面带齿结构的两侧面齿与其左右侧的介轮啮合，上表面齿与超越离合器齿轮啮合，齿条沿轨道位移时，其一侧面齿驱动介轮另一侧面齿驱动超越离合器齿轮，构成三个自由度驱动机构。所述第一、二、三、四驱动齿条和第一、二、三介轮置于前箱体和后箱体结合面的齿条滑动的滑槽以及介轮的安装空间中。齿条及介轮采用斜齿型啮合。所述后箱体上设有进排气孔55，避免活塞在活塞箱体内上下运行时，活塞下部因密闭型腔而产生的负压。

本实施例的优选方案是，所述四个活塞其中一个活塞作为主动件驱动齿条工作时，始终保持活塞及齿条两上两下状态。

本实施例的优选方案是，所述启动/运行机构包括起动机34和联接头38，起动机通过螺栓35固定在起动机安装板14上，起动机齿轮36在联接头壳体内轴向移动，并与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮37两端轴台支撑在轴座上，轴台与轴座内铜瓦滑动连接，所述驱动齿轮与输入齿轮39啮合，输入齿轮键接在齿轮轴40上，所述齿轮轴通过齿轮轴轴承56支撑在齿轮轴支撑座32上，齿轮轴支撑座通过安装螺栓33固接在后箱体上，所述齿轮轴前端齿轮与固接在起动/输出轴15上的起动/输出轴离合器齿轮47啮合，起动/输出轴通过轴承26支撑在起动/输出轴轴承座27上，起动/输出轴另一端通过起动/输出轴轴承54支撑在后箱体上。所述起动/输出轴输出端键接正时齿轮(图中未示)，并通过齿型带联接气缸盖进排气及点火系统的驱动机构，(该系统属于内燃机常规结构，不再赘述)所述起动/输出轴的另一端设有飞轮盘28，飞轮盘与起动/输出轴构成横截面形状呈T字形的整体结构，所述飞轮盘上设有偏心孔，所述偏心孔的凹形圆台上通过螺栓固装偏心轴25，所述偏心轴悬臂端通过连杆大端轴承24支撑有连杆23，连杆大端轴承的外圆安装连杆大端，所述连杆的小端内孔通过连杆小端轴轴承22支撑在连杆小端轴20上，连杆小端轴两端固装在两块小端轴架板21上，两块小端轴架板通过螺钉41及定位销42固装在第一驱动齿条上部，构成起动/输出轴的曲柄机构。起动/输出轴中部设有外螺纹，外螺纹上旋接调距螺母30、锁紧螺母31，飞轮盘与调距螺母之间安装压力轴承29，可以调节起动/输出轴的轴向位移。

本实施例按照附图的结构分解

一、外型结构如图1、图2、图3所示，图示为直列式四缸结构；内燃机外型结构由四部分组成：上部为活塞箱体12，前箱体1，输出主轴4通过轴承支撑在前箱体上，两侧轴承端固接有主轴轴承压盖2和主轴轴承端盖52上，主轴轴承压盖2和主轴轴承端盖52通过螺栓3、53固接在前箱体上；后箱体17、起动/输出轴15、起动/输出轴轴承座27及齿轮轴支承座32安装在后箱体内；起动机34及联接头38与安装在后箱体侧面的起动机安装板14联接。前箱体与后箱体通过箱体连接螺栓16固接。前箱体底部螺接有底盖45，用于更换润滑油。

二、传动机构(本申请文件中“离合器”均为超越离合器，超越离合器采用市售商品，包括离合器齿轮和轴承48、51和离合器芯)

1、为实现四冲程运行规则，四个活塞分别联接四根齿条6、9、10、11，四根齿条，四根齿条分别与三个介轮18、19、18-1啮合，实现四冲程运行要求。每个齿条在活塞的驱动下都能作为主动件在向下运行时通过介轮驱动其它三根齿条产生相对运动，满足四冲程运行规则。

2、四根齿条中，第二、第三驱动齿条设计成三面带齿，有第一和第四驱动齿条设计成两面帶齿，三面齿的齿条有两面齿与介轮啮合，另一面齿与安装在输出主轴上的超越离合器齿轮啮合，两面齿齿条一面齿与介轮啮合，另一面齿同样与主轴上的超越离合器齿轮啮合，齿条在下行时通过超越离合器齿轮驱动主轴旋转，齿条上行时离合器脱开，离合器齿轮空转复位。

3、四根齿条及三个介轮均安装于前后两箱体结合面所设的安装空间内。根据四冲程工作原理，不管哪个活塞作为主动件，来推动齿条运行，都能完成活塞四冲程运行规则。

本传动结构实现一个坐标轴上的运动部件驱动两个坐标轴上的两个运动部件同时运动，即齿条在沿轨道位移的同时一侧齿驱动介轮、另一侧齿驱动超越离合器齿轮，实现了三个自由度运行。

4、四个活塞带动齿条在运动过程中不管哪个活塞作为主动件始终保持活塞及齿条两上两下状态。在总成安装时活塞及齿条就要按照两上两下方式进行。

5、详见附图4，在内燃机正常工作时，当某一个活塞作为主动件帶动齿条运行时，同时又驱动其它三根齿条运行及驱动起动/输出主轴和输出主轴旋转。

本实施例以四缸为例，根据需要可扩展至6缸、8缸、10或12缸。四冲程齿轮齿条传动机构在四缸驱动基础上，以每增加两缸即增加一个驱动单元，能够增加成6缸、8缸、10缸或12缸，增加的所述驱动单元配装两根驱动齿条、两个介轮和两套超越离合器，构成齿轮齿条传动机构单元。

三、起动及运行系统

1、起动机构

详见图5，采用普通汽车的起动机作为原动件，配装联接头，联接头内装有驱动齿轮37，当起动机通电启动时，起动机的齿轮36轴向位移与驱动齿轮啮合，带动与其啮合的输入齿轮39及齿轮轴40一同旋转，如图4中E-E、F-F剖视图所示。

齿轮轴的齿轮与起动/输出轴15上配装的起动/输出轴离合器齿轮47啮合，带动起动/输出轴旋转，起动/输出轴离合器芯与起动/输出轴固接，起动/输出轴离合器齿轮通过离合器滚柱43带动起动/输出轴离合器芯及起动/输出轴一起旋转。起动/输出轴输出端配装正时齿轮(图中未示)通过齿型带联接气缸盖进排气及点火系统驱动机构，点火成功后，起动机关闭，此时齿轮轴、驱动齿轮、输入齿轮和起动/输出轴离合器齿轮停止工作。

2、运行机构

如图4中C-C剖视图，起动/输出轴另一端设有飞轮盘，飞轮盘上设有偏芯孔安装偏心轴25，偏心轴悬臂端安装轴承26，轴承外圆安装连杆27大端，连杆小端内孔安装轴承26，轴承内孔安装连杆小端轴20，连杆小端轴两端固装在两块小端轴架板21上，两块小端轴架板固装在第一驱动齿条上，

如图3及图4中A’-A'剖视图所示。通过起动/输出轴的曲柄机构，当起动/输出轴旋转通过偏心飞轮盘的偏心轴带动连杆第一驱动齿条做上下运动，齿条驱动介轮转动，传动系统所设四冲程传动机构实现内燃机的机械运动。

当起动机构关闭后，起动/输出轴在第一驱动齿条上下运动的同时通过连杆上下摆动驱动起动/输出轴所带偏心飞轮盘转动，起动/输出轴处于旋转状态，此时起动/输出轴超越离合器齿轮处于停止状态。

起动/输出轴在整个系统运行过程中起到两个重要作用：1、通过起动/输出轴的输出端驱动气缸盖上的进排气及点火系统；2、将起动机输入的扭矩通过起动/输出轴的偏心机构驱动四冲程齿轮齿条传动机构进入工作状态。

工作过程

本实施例以四缸为例。

1、内燃机点火时段：起动机通电转动，起动机齿轮轴向位移与驱动齿轮啮合带动齿轮轴一起旋转，齿轮轴的齿轮与起动/输出轴上的起动/输出轴离合器(超越离合器)齿轮啮合，通过离合器的滚柱帶动离合器芯及起动/输出轴一起旋转，起动/输出轴一端通过安装的内燃机齿轮及齿型带驱动气缸盖上的进、排气及点火机构能够工作；同时，起动/输出轴另一端的起动/输出轴曲柄机构作为主动件，将连续转动的曲柄通过连杆驱动第一齿条，第一齿条通过介轮驱动第二、三、四齿条实现四冲程传动模式，本发明结构的四冲程传动模式中第一、第二、三、四齿条连接的活塞工作状态是两上两下。其中第一活塞点火使气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动，同时第二活塞吸进可燃混合气，第三压缩可燃混合气、第四活塞排放燃烧后的废气，实现内燃机的起动；

2、内燃机正常工作时段：内燃机起动后，四个活塞分别驱动四冲程齿轮齿条传动机构的四根驱动齿条分别驱动安装在输出主轴上的超越离合器齿轮，通过离合器的滚柱带动离合器芯驱动输出主轴旋转并输出扭矩。内燃机自行运转，工作循环自动进行。

工作原理

第一驱动齿条在四冲程机构的驱动下从启动运行时的从动件转换成驱动起动/输出主轴的主动件，将上下直线运动通过连杆转变成驱动起动/输出主轴旋转，通过输出端安装的正时齿轮及齿型带控制进、排气及点火机构的正常运行。

齿条齿轮传动机构的活塞四冲程运行结构及通过四根齿条分别驱动主轴所设的四个超越离合器齿轮，通过超越离合器的传动功能实现对主轴的旋转驱动。这三个系统运行环节的有机结合是“直列式四冲程无曲轴内燃机”总体设计的必要条件，缺一不可。

本发明内燃机在起动运行时段，起动机通电启动，通过齿轮传动机构传动起动/输出轴上的超越离齿轮、经离合器芯带动起动/输出轴旋转，起动/输出轴的飞轮盘端的偏心轴帶动连杆驱动第一齿条上下运动，此时的传动机构呈“曲柄连杆机构”运行模式，偏心飞轮盘是主动件；当点火成功四冲程机构进入正常运行状态，起动机关闭，起动机构停止工作，起动/输出轴的旋转通过第一齿条的上下直线运动带动连杆驱动起动/输出轴的偏心飞轮盘旋转，此时传动机构呈“连杆曲柄机构”运行模式，偏心飞轮盘是从动件。

起动运行系统传动机构的起动/输出轴工作原理：“曲柄连杆机构”以曲柄作为主动件将连续旋转转变成直线运动，连杆上、下位移的最大距离为运行终点，对曲柄的旋转没有影响。“连杆曲柄机构"以连杆作为主动件驱动曲柄旋转时，连杆上、下位移动驱动曲柄旋转，当曲柄水平偏心线向上或向下旋转至与连杆中心线重合不能再给曲柄输入扭矩时，此时称为连杆的上、下死点，此时如曲柄没有相当的转动惯量会导致曲柄停止转动。起动/输出轴一端设置的偏心飞轮盘即可克服死点。当齿条驱动时“曲柄连杆机构”转变成“连杆曲柄机构”，通过飞轮盘的转动惯量实现起动/输出轴的正常运转。

本设计的起动运行机构核心原件之一是"起动/输出轴”。当起动机启动时，起动/输出轴通过联接头的驱动齿轮传动机构旋转，起动/输出轴的输出端通过正时齿轮及齿状带驱动气缸盖上的进、排气及点火机构开始点火。本发明重点针对内燃机的曲轴传动机构和起动机构进行了突破性改进，内燃机的其他机构和系统可以沿用现有公知技术的设计与本发明的技术方案相结合，在此内燃机的其他机构不再赘述。

上述参照实施例对该一种四冲程直列式无曲轴内燃机进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：包括直列式四缸的活塞箱体(12)、四个活塞(8)、前、后箱体(1)(17)、四冲程齿轮齿条传动机构、启动/运行机构和输出主轴(4)，所述活塞箱体与相对扣合固接的前箱体和后箱体固接，所述输出主轴通过主轴轴承(50)支撑在前箱体上，所述启动/运行机构置于后箱体中，所述四冲程齿轮齿条传动机构置于前箱体和后箱体结合部空间中，所述四个活塞分别与四冲程齿轮齿条传动机构连接，四冲程齿轮齿条传动机构分别与输出主轴和启动/运行机构连接，构成四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统，四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统能够将每个活塞60％以上的推力转变成输出主轴的输出扭矩，其余推力用于驱动起动/输出轴旋转及驱动四冲程齿轮齿条传动机构工作。

2.根据权利要求1所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述四冲程齿轮齿条传动机构包括第一、二、三、四驱动齿条、第一、二、三介轮和第一、二、三、四超越离合器，所述第一、二、三、四驱动齿条(6、9、10、11)分别通过活塞销轴(7)与四个活塞连接，第一驱动齿条与第一介轮(18)啮合，第一介轮又与第二驱动齿条一侧啮合，第二驱动齿条另一侧与第二介轮(19)啮合，第二介轮又与第三驱动齿条一侧啮合，第三驱动齿条另一侧与第三介轮(18-1)啮合，第三介轮又与第四驱动齿条啮合，所述第一、二、三、四驱动齿条分别与第一、二、三、四超越离合器的齿轮啮合，所述第一、二、三、四超越离合器的内芯与输出主轴键接。

3.根据权利要求2所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述第一、四驱动齿条为左或右侧面及上表面设有啮合齿构成两面带齿结构；所述第二、三驱动齿条为左右两侧面及上表面均设有啮合齿构成三面带齿结构，其中两面带齿结构的齿条的侧面齿与介轮啮合，上表面齿与超越离合器齿轮啮合，三面带齿结构的两侧面齿与其左右侧的介轮啮合，上表面齿与超越离合器齿轮啮合，齿条沿轨道位移时，其一侧面齿驱动介轮、另一侧面齿驱动超越离合器齿轮，构成三个自由度驱动机构。

4.根据权利要求2或3所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述第一、二、三、四驱动齿条和第一、二、三介轮置于前箱体和后箱体结合面的齿条滑动的滑槽以及介轮的安装空间中。

5.根据权利要求1所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述四个活塞其中一个活塞作为主动件驱动齿条工作时，始终保持活塞及齿条两上两下状态。

6.根据权利要求1所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述启动/运行机构包括起动机(34)和联接头(38)，起动机固定在起动机安装板(14)上，起动机齿轮(36)在联接头壳体内轴向移动，并与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮(37)两端轴台支撑在轴座上，所述驱动齿轮与输入齿轮(39)啮合，输入齿轮键接在齿轮轴(40)上，所述齿轮轴一端通过齿轮轴轴承(56)支撑在后箱体侧壁上，齿轮轴另一端通过齿轮轴轴承(56)支撑在齿轮轴支撑座(32)上，齿轮轴支撑座固接在后箱体底面上，齿轮轴的齿轮与固接在起动/输出轴(15)上的起动/输出轴离合器齿轮(47)啮合，起动/输出轴通过轴承(26)支撑在起动/输出轴轴承座(27)上，起动/输出轴另一端通过起动/输出轴轴承(54)支撑在后箱体上,所述起动/输出轴输出端键接正时齿轮，并通过齿型带联接气缸盖进排气及点火系统的驱动机构，所述起动/输出轴的另一端设有飞轮盘，飞轮盘与起动/输出轴构成横截面形状呈T字形的整体结构，所述飞轮盘上设有偏心孔，所述偏心孔的凹形圆台上通过螺栓固装偏心轴(25)，所述偏心轴悬臂端通过连杆大端轴承(24)支撑有连杆(23)，连杆大端轴承的外圆安装连杆大端，所述连杆的小端内孔通过连杆小端轴轴承(22)支撑在连杆小端轴(20)上，连杆小端轴两端固装在两块小端轴架板(21)上，两块小端轴架板固装在第一驱动齿条上部，构成起动/输出轴的曲柄机构。

7.根据权利要求4所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述第一、二、三、四驱动齿条和第一、二、三介轮采用斜齿型啮合。

8.根据权利要求1所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述后箱体上部活塞运行空间设有进排气孔。

9.根据权利要求2所述的四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：所述四冲程齿轮齿条传动机构在四缸驱动基础上，以每增加两缸即增加一个驱动单元，能够增加成6缸、8缸、10缸或12缸，增加的所述驱动单元配装两根驱动齿条、两个介轮和两套超越离合器，构成齿轮齿条传动机构单元。

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