CN116927946A - 一种往复活塞式高效内燃机的动力输出机构及内燃机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种往复活塞式高效内燃机的动力输出机构及内燃机，动力输出机构包括气缸、曲轴和内燃机活塞，内燃机活塞铰接有活塞连杆，活塞连杆的另一端铰接有传动臂，传动臂的中心孔与输出轴之间通过超越离合器连接，传动臂的另一端与曲轴连杆的小头铰接，曲轴连杆的大头与曲轴的轴颈连接。本发明克服了传统内燃机曲轴连杆机构在做功行程中的有效压力阶段力臂系数小、热能转换效率低的弊端，实现了在同等功率的工况下，油耗比原型机明显降低的效果。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，具体来说，涉及一种往复活塞式高效内燃机的动力输出机构及内燃机。
背景技术
现代往复活塞式内燃机所供燃料绝大部分在上止点附近燃烧，气缸压力激剧上升, 并在上止点附近迅速达到最大值，虽然此刻的燃气压力很大，但活塞刚越过上死点，连杆与曲轴形成扭矩的对应力臂系数L1却很小（如图1所示），所以燃烧压力不能有效的转化成曲轴的扭矩。随着活塞下行，气缸工作容积的增大和传热、摩擦等损失的增加，缸内压力迅速下降，使燃气做功能力大大降低（如图2所示），虽然随活塞下移力臂系数L2增大，但因气体压力降低太多，绝大多数本来可以作有用功的热能已不可逆转的失去了做功的能力，上述问题导致了传统内燃机的最高热效率只能提高到目前的50%左右。
发明内容
本发明的目的在于提出一种往复活塞式高效内燃机的动力输出机构及内燃机，能够实现传动机构的力臂系数始终保持不变。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种往复活塞式高效内燃机，包括气缸、曲轴和内燃机活塞，内燃机活塞铰接有活塞连杆，活塞连杆的另一端铰接有传动臂，传动臂的中心孔与输出轴之间通过超越离合器连接，传动臂的另一端与曲轴连杆的小头铰接，曲轴连杆的大头与曲轴的轴颈连接。
作为一种优选，传动臂的中心孔与输出轴之间还连接有两个第一轴承，超越离合器安装在两个第一轴承之间。
作为一种优选，输出轴上固定设有主动盘，末端通过第二轴承安装有从动盘，螺旋扭转弹簧通过其两端设有的轴向中心臂分别与主动盘和从动盘固定连接，主动盘、从动盘和螺旋扭转弹簧之间形成弹性扭转传动机构。
本发明的有益效果：本发明克服了传统内燃机曲轴连杆机构在做功行程中的有效压力阶段力臂系数小、热能转换效率低的弊端，实现了在同等功率的工况下，油耗比原型机明显降低的效果。
附图说明
图1是现有内燃气曲轴传动机构在内燃机活塞处于上死点的结构示意图；
图2是现有内燃气曲轴传动机构在内燃机活塞处于运动过程中的结构示意图；
图3是本发明实施例所述动力输出机构的结构示意图；
图4是本发明实施例所述传动臂与输出轴作用部分的剖视图；
图5是图4中A-A方向的剖视图；
图6是本发明实施例所述内燃机活塞在吸气过程中位于气缸上死点时的动力输出机构的结构示意图；
图7是本发明实施例所述内燃机活塞压缩气体状态时的动力输出机构的结构示意图；
图8是本发明实施例所述内燃机做功状态时的动力输出机构的结构示意图；
图9是本发明实施例所述内燃机排气过程时的动力输出机构的结构示意图；
图10是本发明实施例所述弹性扭转传动机构与输出轴作用部分的剖视图；
图11是本发明实施例所述主动轮与输出轴作用部分的结构示意图；
图12是本发明实施例所述从动轮与输出轴作用部分的结构示意图。
图中所示：
1-内燃机活塞；2-活塞连杆；3-活塞销；4-传动臂；5-第一销轴；6-曲轴连杆；7-第二销轴；8-曲轴；9-轴颈；10-第一轴承；11-输出轴；12-超越离合器；13-第一键；14-锁止件；15-主动盘；16-第二键；17-从动盘；18-第二轴承；19-螺旋扭转弹簧；20-轴向中心臂；21-弹簧安装孔。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图3-4所示，根据本发明的实施例所述的一种往复活塞式高效内燃机的动力输出机构，包括气缸、曲轴8和内燃机活塞1，内燃机活塞1与活塞连杆2的上端销孔用活塞销3连接，活塞连杆2的下端销孔与传动臂4的一端销孔用第一销轴5连接，传动臂4的另一端销孔与曲轴连杆6的小头销孔用第二销轴7连接，曲轴连杆6的大头与曲轴8的轴颈9连接，传动臂4的中心孔用左右两个第一轴承10安装在输出轴11上，两个第一轴承10之间安装有超越离合器12，超越离合器12的中心孔用第一键13与输出轴11固接，超越离合器12外圆上的锁止件14则与传动臂4的中心孔内圆面接触，传动臂4与超越离合器12两者之间形成单向传动机构。
具体使用时，如图6所示为吸气行程，曲轴8顺时针旋转，通过曲轴连杆6带动传动臂4也顺时针旋转，传动臂4通过活塞连杆2拉动活塞由上死点向下运动到达下死点，新鲜空气或可燃气体通过进气门被吸入气缸内。
如图7所示为压缩行程，曲轴8继续顺时针旋转，通过曲轴连杆6带动传动臂4逆时针旋转，传动臂4通过活塞连杆6推动活塞由下死点向上运动到达上死点，新鲜空气或可燃气体被压缩至燃烧室内。
如图8所示为做功行程，喷油器向被压缩至燃烧室内的新鲜空气喷射燃油起火燃烧或点火装置火花塞点燃可燃气体燃烧后，高压燃气推动活塞和活塞连杆2由上死点向下运动到达下死点，此过程通过活塞连杆2与传动臂4的动力传递，传动臂4以等臂长的杠杆运动方式将高压燃气的有效压力全部转换成了输出轴11的扭矩。
如图9所示为排气行程，曲轴8继续顺时针旋转，通过曲轴连杆6带动传动臂4逆时针旋转，传动臂4通过活塞连杆2推动活塞由下死点向上运动到达上死点，将燃烧后的废气通过排气门排出气缸外，完成一个工作循环。
在本实施例中，因传动臂4在旋转工作过程中受到曲轴连杆机构运动规律的限制，导致传动臂4在通过超越离合器12驱动输出轴11转动的过程中存在着角速度差，所以需要一套扭转匀速机构将输出轴11的角速度调整均匀后才能将动力传输至发电机、液压泵、离合器或变速器等工作机负载。如图10-12所示，本发明公开了一种弹性扭转传动机构，包括固定设于输出轴11上的主动盘15和通过第二轴承18安装在输出轴11末端的从动盘17，螺旋扭转弹簧19通过其两端设有的轴向中心臂20分别与主动盘15和从动盘17固定连接，主动盘15、从动盘17和螺旋扭转弹簧19之间形成弹性扭转传动机构，当输出轴11的角速度高时，主动盘15旋紧螺旋扭转弹簧19存储能量，当输出轴11的角速度低时，螺旋扭转弹簧19释放能量继续驱动从动盘17转动，使得从动盘17能以连续不断的均匀转速驱动工作机。
本发明所述动力输出机构克服了传统内燃机曲轴连杆机构在做功行程中的有效压力阶段力臂系数小、热能转换效率低的弊端，实施例在以国产某品牌4110柴油机为原型机的原理样机的改装试验中，原理样机在输出与原型机同等功率的工况下，油耗比原型机有明显的降低，证明了上述结构应用在内燃机上能降低油耗的可行性。
本发明还公开了一种内燃机，包括如上所述的动力输出机构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种往复活塞式高效内燃机的动力输出机构，包括气缸、曲轴和内燃机活塞，内燃机活塞铰接有活塞连杆，其特征在于，活塞连杆的另一端铰接有传动臂，传动臂的中心孔与输出轴之间通过超越离合器连接，传动臂的另一端与曲轴连杆的小头铰接，曲轴连杆的大头与曲轴的轴颈连接。
2.根据权利要求1所述的动力输出机构，其特征在于，传动臂的中心孔与输出轴之间还连接有两个第一轴承，超越离合器安装在两个第一轴承之间。
3.根据权利要求1所述的动力输出机构，其特征在于，输出轴上固定设有主动盘，末端通过第二轴承安装有从动盘，螺旋扭转弹簧通过其两端设有的轴向中心臂分别与主动盘和从动盘固定连接，主动盘、从动盘和螺旋扭转弹簧之间形成弹性扭转传动机构。
4.一种内燃机，其特征在于，包括如权利要求1-3中任一项所述的动力输出机构。
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