CN1940267A

CN1940267A - 无曲轴发动机

Info

Publication number: CN1940267A
Application number: CN 200610152923
Authority: CN
Inventors: 夏华荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: CN100549387C

Abstract

本发明公开一种无曲轴发动机，包括有机体，位于机体顶端的气缸盖和位于机体内侧的气缸，气缸内设置有与连杆的一端相连的活塞，机体固定在底座上，在底座的中间位置设置有主轴，与主轴垂直相交连接有一个或一个以上的横杆，所述的主轴与横杆之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式之中的一种，在横杆上以主轴的轴线为对称的位置上分别固定设置有一个与连杆的另一端相连接的固定套，其连杆与固定套为活动连接。每个固定套上连接有1－2个与活塞相连的连杆。本发明由于发动机的主轴、横杆和连杆采用上述的结构，爆发压力可以产生很大的力距，所做的功可以尽可能地达到最大，因此，具有效率高、节省能源、环境污染小的特点。

Description

无曲轴发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃机系统。特别是涉及一种效率高、节省能源、有利于环境保护的无曲轴发动机。

背景技术

发动机(内燃机：柴油机、汽油机以及利用天然气等为燃料的燃气发动机，包括二冲程发动机和四冲程发动机等)的主要运动件，其传统结构如图14、图15所示，都是由曲轴10(包括有主轴颈11和曲柄12)、连杆2和活塞1构成。在运行中，由于爆发冲程开始于活塞1位于上止点或者在上止点附近，燃料在爆发燃烧开始时产生的巨大膨胀压力对曲轴旋转所起的作用为零或者很小。因为这时通过活塞1、连杆2和曲柄12，传递到曲轴10上的力的作用点和曲轴10中心线的距离为零或者很小。因此，产生的力矩就为零或者很小，曲轴10就不能很好地旋转，由曲轴10旋转所产生的功率就为零或者很小。所以说，传统内燃机的最大缺点就是效率低、浪费能源、污染环境严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种效率高、节省能源、有利于环境保护的无曲轴发动机。

本发明所采用的技术方案是：一种无曲轴发动机，包括有机体，位于机体顶端的气缸盖和位于机体内侧的气缸，气缸内设置有与连杆的一端相连的活塞，机体固定在底座上，在底座的中间位置设置有主轴，与主轴垂直相交连接有横杆，所述的主轴与横杆之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式中的一种，在横杆上以主轴的轴线为对称的位置上分别固定设置有一个与连杆的另一端相连接的固定套，其连杆与固定套为活动连接。

所述的主轴上连接有一个或一个以上的横杆。

所述的横杆上的每个固定套上连接有1-2个与活塞相连的连杆。

所述气缸的中心线在活塞位于气缸盖一端的止点位置时，与横杆的中心线的垂线成角相交，其中，角所在的范围是：0°≤＜30°；与此同时，连杆的中心线与气缸的中心线成β₀角相交，其中，β₀角所在的范围是：0°≤β₀＜15°。

本发明所采用的另一技术方案是：一种无曲轴发动机，包括有机体，位于机体顶端的气缸盖和位于机体内侧的气缸，气缸内设置有与连杆的一端相连的活塞，机体固定在底座上，在底座的中间位置设置有主轴，与主轴垂直相交连接有横杆，所述的主轴与横杆之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式中的一种，在主轴一侧的横杆上设置有固定套或使活塞连杆继续正常运行的辅助机构两者之中的一种；在主轴另一侧的横杆上设置有使活塞连杆继续正常运行的辅助机构或固定套两者之中的一种；所述的固定套上活动连接着连杆的另一端。

所述的主轴上连接有一个或一个以上的横杆。

本发明所采用的又一技术方案是：一种无曲轴发动机，包括有机体，位于机体顶端的气缸盖和位于机体内的气缸，气缸内设置有与连杆的一端相连的活塞，机体固定在底座上，在底座的中间位置设置有主轴，与主轴垂直相交连接有横杆，主轴上连接有一个或一个以上的横杆，所述的主轴与横杆之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式之中的一种，在主轴一侧的横杆上设置有固定套或功率输出机构两者之中的一种；在主轴另一侧的横杆上设置有功率输出机构或固定套两者之中的一种；所述的固定套上活动连接着连杆的另一端。

本发明的无曲轴发动机，由于发动机的主轴、横杆和连杆采用上述结构，使得爆发冲程开始时所产生的巨大膨胀压力的作用点相对于主轴中心线的距离，可以根据发动机功率的需要和缸径、冲程的大小，在合适的尺寸范围内选取。这样，爆发冲程产生的压力作用在横杆上的力的作用点相对于主轴的力臂显著增大，于是就产生了一个很大的力矩，所做的功可以尽可能地达到最大，因此，具有效率高、节省能源、环境污染小的特点。

附图说明

图1-1是本发明无曲轴发动机横杆和主轴之间固定连接的结构示意图；

图1-2是图1-1的俯视图；

图1-3是图1-2中A-A的剖视图；

图1-4是图1-2中B-B的剖视图；

图2-1是本发明无曲轴发动机横杆和主轴之间固定连接的结构示意图；

图2-2是图2-1的俯视图；

图3-1是本发明无曲轴发动机机身连在一起时的结构示意图；

图3-2是图3-1的俯视图；

图4-1是本发明无曲轴发动机机身连在一起时另一实施例结构示意图；

图4-2是图4-1的俯视图；

图5是本发明无曲轴发动机在爆发冲程开始时的活塞、连杆、横杆和主轴的受力情况示意图；

图6是本发明无曲轴发动机在运行中，主轴旋转α角时的活塞、连杆、横杆和主轴等的结构示意图；

图7、图9是本发明无曲轴发动机上设置有辅助机构的结构示意图；

图8是图7的俯视图；

图10是图9的俯视图；

图11是本发明无曲轴发动机上设置有功率输出机构的结构示意图；

图12是图11的俯视图；

图13是本发明无曲轴发动机的连杆、横杆和主轴的受力图；

图14是现有技术6130柴油机在爆发冲程开始时的活塞、连杆、曲柄和曲轴主轴颈的受力情况示意图；

图15是现有技术6130柴油机在运行中活塞越过上止点，曲轴旋转α角时的活塞、连杆、曲柄和曲轴主轴颈等的结构简图；

图16是现有技术6130柴油机在运行中活塞越过上止点，曲轴旋转α角时的活塞、连杆、曲柄和曲轴主轴颈等的受力图；

其中：

1：活塞 2：连杆 3：横杆 4：主轴

5：气缸盖 6：机体 7：气缸 8：固定套

9：底座 10：曲轴 11：主轴颈 12：曲柄

13：辅助机构 14：油缸 15：弹簧 16：拉杆

17：支架 18：功率输出机构

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明无曲轴发动机做出详细说明。

如图1-1、图1-2、图1-3、图1-4所示，本发明的无曲轴发动机，包括有机体6，位于机体6顶端的气缸盖5和位于机体6内侧的气缸7，气缸7内设置有与连杆2的一端相连的活塞1，机体6固定在底座9上，在底座9的中间位置设置有主轴4，与主轴4垂直相交连接有横杆3，在主轴4上连接有一个或一个以上的横杆3。所述的主轴4与横杆3之间的连接为固定连接和活动连接两种连接方式之中的一种，其中，活动连接包括有滚动轴承机构、轴套轴瓦机构、棘轮棘爪机构等连接方式；固定连接包括有焊接结构、螺纹紧固结构和螺纹连接结构等。

上图所示主轴4与横杆3的连接为固定连接。在横杆3的两端以主轴4的轴线为对称的位置上分别固定设置有与连杆2的另一端相连接的固定套8，其连杆2与固定套8之间的连接为活动连接，如铰链连接、轴承和轴承座连接等连接方式。

如图1-1、图1-2、图1-3、图1-4、图2-1、图3-1、图4-1、图5、图6所示，所述的横杆3上的每个固定套8连接有1-2个与活塞1相连的连杆2。当每个固定套8上连接有1个连杆2时，各连杆2均位于横杆3的同一侧；当每个固定套8上连接有2个连杆2时，两个连杆2对称设置在横杆3的两侧。

在上述的图1-4中所表示的是主轴4上的某个横杆3的中心线可以与同一个主轴4上其它横杆3的中心线不处在同一个平面上，只要它们的旋转角度相同且旋转运动同步即可。

其中，图2-1所示，主轴4与横杆3之间的连接是固定连接；图3-1、图4-1、图5、图6所示主轴4与横杆3之间的连接是活动连接。

本发明的无曲轴发动机还可如图7、图8、图9、图10所示，包括有机体6，位于机体6顶端的气缸盖5和位于机体6内侧的气缸7，气缸7内设置有与连杆2的一端相连的活塞1，机体6固定在底座9上，在底座9的中间位置设置有主轴4，与主轴4垂直相交连接有横杆3，所述的主轴4与横杆3之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式之中的一种。其活动连接包括有滚动轴承机构、轴套轴瓦机构、棘轮棘爪机构等连接方式；固定连接包括有焊接结构、螺纹紧固结构和螺纹连接结构等。在主轴4一侧的横杆3上设置有固定套8或使活塞连杆继续正常运行的辅助机构13两者之中的一种；主轴4另一侧的横杆3上设置有使活塞连杆继续正常运行的辅助机构13或固定套8两者之中的一种；所述的固定套8上活动连接着连杆2的另一端。

所述的主轴4上连接有一个或一个以上的横杆3。而且，横杆3上的每个固定套8上连接有1-2个与活塞1相连的连杆2。当每个固定套8上连接有1个连杆2时，各连杆2均位于横杆3的同一侧；当每个固定套8上连接有2个连杆2时，两个连杆2对称设置在横杆3的两侧。

如图7所示，是本发明在主轴4一侧的横杆3上的固定套8上设置有两个连杆2，只能完成两个冲程时，在主轴4另一侧的横杆3上对应设置有两套辅助机构13，辅助完成另两个冲程，从而共完成四个冲程。

如图9所示，是本发明在主轴4一侧的横杆3上的固定套8上设置有一个连杆2，只能完成一个冲程时，除了在主轴4另一侧的横杆3上对应设置有两套辅助机构13以外，还在装有固定套8的横杆3上与气缸7对应设置有一套辅助机构13，三套辅助机构辅助完成另三个冲程，从而共完成四个冲程。

所述的辅助机构13如图9所示，可以选择油缸14与弹簧15及拉杆16的连接方式。即，在横杆3的一侧上活动连接着拉杆16的一端，拉杆16的另一端贯穿弹簧15与油缸14连接，油缸14连接在底座9内；同样在横杆3的另一侧上活动连接着拉杆16的一端，拉杆16的另一端贯穿弹簧15与油缸14连接，而油缸14连接在支架17上，支架17则被固定在底座9上。

所述的辅助机构13还可以选择油缸结构、油缸和杠杆配套结构、气缸结构、气缸与弹簧配套结构以及气缸与杠杆配套结构等。

本发明的无曲轴发动机还可如图11、图12所示，包括有机体6，位于机体6顶端的气缸盖5和位于机体6内侧的气缸7，气缸7内设置有与连杆2的一端相连的活塞1，机体6固定在底座9上，在底座9的中间位置设置有主轴4，与主轴4垂直相交连接有横杆3，并且，在主轴4上连接有2个或n×2个的横杆3(n为正整数)。在主轴4一侧的横杆3上设置有固定套8或功率输出机构18两者之中的一种；在主轴4另一侧的横杆3上设置有功率输出机构18或固定套8两者之中的一种；所述的固定套8上活动连接着连杆2的另一端。而且，横杆3上的每个固定套8上连接有1-2个与活塞1相连的连杆2。当每个固定套8上连接有1个连杆2时，各连杆2均位于横杆3的同一侧；当每个固定套8上连接有2个连杆2时，两个连杆2对称设置在横杆3的两侧。

本发明的功率输出机构18可以是由油缸构成的功率输出机构，也可以是由油缸与弹簧结合构成的功率输出机构；还可以是由气缸构成的功率输出机构等。其中，功率输出机构18是通过拉杆16与横杆3连接，拉杆16与横杆3之间为活动连接。

在上述的各个实施例中，所述气缸7的中心线在活塞1位于气缸盖5一端的止点位置时，与横杆3的中心线的垂线成角相交，其中，角所在的范围是：0°≤＜30°；与此同时，连杆2的中心线与气缸7的中心线成β₀角相交，其中，β₀角所在的范围是：0°≤β₀＜15°，在整个运行过程中，气缸7的中心线、活塞1的中心线、连杆2的中心线和横杆3的中心线在同一个平面内。在本发明的各实施例中，都选用＝0°，β₀＝0°。

下面结合图1-1至图5叙述本发明无曲轴发动机各种实施例的工作原理。

各图中所示I缸处于压缩冲程终了，II缸处于吸气冲程结束，III缸处于排气冲程上止点(设气缸盖5所处的一端为上)，IV缸处于爆发(作功)冲程末尾(终止)。如图1-1至图1-4所示的实施例，由于其多于4个气缸，多余气缸的进气(吸气)、压缩、爆发和排气冲程，可以根据功率的需要和缸径、冲程的大小合理地安排。其工作原理如下：

I缸开始爆发冲程。此时，该气缸的中心线、连杆的中心线与横杆的中心线相互之间处于原始的夹角位置，即：连杆的中心线与气缸的中心线成β₀角相交，而气缸的中心线与横杆的中心线的垂线成角相交。爆发开始时产生的巨大膨胀压力作用在横杆上，横杆与主轴成垂直连接，连杆中心线与横杆中心线的交点到主轴中心线的距离即为力臂，该距离的大小设计时可以根据功率的需要和缸径、冲程的大小选取合适的尺寸，当活塞与气缸的摩擦力忽略不计时(为了便于说明问题这里暂且忽略不计，包括摩擦、振动、噪音和热损失等)，主轴旋转的力矩＝最大压力÷cosβ₀×Sin(90°-+β₀)×力臂(最大压力指的是爆发开始时活塞上表面所承受的总的气压)。其他(II、III、IV)缸的爆发冲程，因为它们的结构原理、尺寸相同，爆发冲程发生和发展的过程和I缸完全一样。

实施例一：如图1-1至图1-4和图2-1至2-2所示，当横杆与主轴是固定连接时，主轴是来回反复转动的，这样通过主轴或横杆将功率传送出去。

实施例二：如图3-1至图3-2、图4-1至图4-2和图5所示，横杆与主轴之间的连接是活动连接，主轴相对于横杆可以有两种状态：

第一种状态：横杆的中间部位设置圆筒，圆筒和主轴之间设置有滚动轴承、或轴套轴瓦等，发动机运行中，横杆不带动主轴旋转，此时，完全通过横杆将功率输送出去；

第二种状态：横杆与主轴之间设置有棘轮棘爪结构，发动机运行中，横杆带动主轴朝一个方向旋转，此时与传统的发动机输送功率的方式一样，即通过主轴旋转将功率输送出去。但无论采取上述哪一种状态方式，都能获得最大的功率输出(除去摩擦力、振动、噪音和热损失等)。

实施例三：如图4-1和图4-2所示，本例的结构是适合小功率、小缸径，工作空间狭窄的工作环境中使用的具体实施方案。其横杆与主轴之间为活动连接，根据具体情况，它可以采用上述的第一种状态，也可以采用上述的第二种状态。

当I缸爆发冲程结束时，II缸压缩冲程终了，III缸吸气冲程结束，IV缸排气冲程完成。这时，II缸开始爆发冲程，其做功的原理和I缸是一样的。

当II缸爆发冲程结束时，I缸排气冲程完了，III缸压缩冲程终止，IV缸吸气冲程完成。这时，III缸开始爆发冲程，它做功的过程和I缸、II缸做功的情况相同。

当III缸爆发冲程结束时，I缸吸气冲程完成，II缸排气冲程完结，IV缸压缩冲程告终。这时，IV缸开始爆发冲程，它做功的情况和I缸、II缸、III缸做功的情况一样。

图1-1至图1-4所示的发动机中，气缸数多于4个，如果有6个气缸，即I、II、III、IV、V和VI缸，在这种情形中，就有可能一个冲程中有两个气缸处于爆发冲程。如果有8个气缸，那么，每一个冲程都有两个气缸处于爆发冲程；如果有12个气缸，那么，每一个冲程中就有3个气缸处于爆发冲程，如此类推。每一个气缸相继完成4个冲程以后，继续循环下面的冲程，如此往复不断，发动机输出功率。

为了充分说明本发明的优点，下面结合图5和图14，将本发明无曲轴发动机在爆发冲程开始时的活塞、连杆、横杆和主轴与现有技术中6130柴油机在爆发(作功)冲程开始时的活塞、连杆和曲轴的受力情况作对比分析：

假设这两种发动机的缸径X冲程＝130×150(mm)是一样的，而且它们的连杆长度也是相同的，均为252mm。当爆发冲程开始时，在两种发动机的活塞上表面都有相同(细微差别忽略不计)的爆发压力，以980.665N/cm²(100kg/cm²)计算(柴油机最大爆发压强可达1176.798N-1372.931N/cm²-120kg-140kg/cm²)，那么在本发明无曲轴发动机的活塞上(如图5所示)，就有πR²×980.665÷cosβ₀＝130165.91N(13273.23kg)÷cosβ₀的压力由活塞传递到连杆，再由连杆传递到横杆上，此力乘以Sin(90°-+β₀)，再乘以连杆与横杆的交点到主轴中心线的距离，就是使主轴旋转的力矩，即πR²×980.665N/cm²÷cosβ₀×Sin(90°-+β₀)×0.075＝9762.44331÷cosβ₀×Sin(90°-+β₀)(N.m)(取交点到主轴中心线的距离为75mm)。而在6130柴油机上(如图14所示)，此时活塞中心线、连杆中心线、曲柄中心线都重合到曲轴主轴颈的中心，虽然这时在活塞上表面也具有130165.1908N的压力，但因为这时力臂等于零，所以压力对于曲轴旋转来说其作用等于零。

如图6所示，本发明无曲轴发动机在运行中，设主轴旋转角为α。

如图15所示，6130柴油机在运行中，爆发冲程开始后，活塞越过上止点，设曲轴旋转角为α。

下面根据图6、图15的结构简图，分别画出它们的受力图。

图13是本发明无曲轴发动机的连杆、横杆和主轴的受力图；图16是现有技术6130柴油机的连杆、曲柄和曲轴主轴颈的受力图。

以图13、图16为依据，进一步分析计算本发明无曲轴发动机和现有技术6130柴油机在运行中的受力情况和力矩大小。

为了和现有技术6130柴油机的对比简单、明显，在下面实例一、实例二、实例三和其后的计算中，假设无曲轴发动机初始状态下的角和β₀角都为0°(活塞运行到上止点时的位置为初始状态)，即＝0°，β₀＝0°。

实例一：

图13是本发明无曲轴发动机的连杆、横杆和主轴的受力图，图中O-O为气缸中心线，B点是当活塞位于上止点时连杆EC与横杆AB的交点，AC是当横杆AB绕主轴A运转α角度时的位置，C点是连杆EC与横杆AC的交点，也是活塞上此时承受的压力，通过连杆EC的传递，作用在横杆AC上的力的作用点。假设当α＝5°时在气缸内活塞上表面的压强为110kg/cm²，即110×9.80665/cm²。计算步骤如下：

设：α＝5°，AB＝AC＝75mm，EC＝252mm

根据计算：F＝110×9.80665×πR²＝143182.5019(N)，

β＝0.064889203°，θ＝85.06488806°

则：连杆EC上的分力F₁为：F₁＝F/COSβ＝143182.5937(N)

施加在C点上的切向力F₂为：F₂＝F/COSβ×SINθ＝142651.782(N)

作用在主轴上的力矩为：

M＝F/COSβ×SINθ×0.075＝10698.88365(N.m)

图16是现有技术6130柴油机的活塞、连杆和曲轴的受力图，图中X点为曲轴主轴颈的中心，XY代表曲柄的长度，ZY代表连杆，Z点是连杆与活塞连接的交点，Y是连杆与曲柄的交点。设α＝5°时气缸上表面的压强和无曲轴发动机相同。

设：α＝5°，XY＝75mm，ZY＝252mm

根据计算：F＝110×9.80665×πR²＝143182.5019(N)，β＝1.486373914

则：连杆ZY上的分力F₁为：

F₁＝F/COSβ＝143230.6958(N)

施加在Y点上并且垂直于XY，使XY绕X点作顺时针运转的切向力F₂：

F₂＝F/COSβ×SIN(α+β)＝16180.33045(N)

使曲轴绕X点作顺时针旋转的力矩为：

M＝F/COSβ×SIN(α+β)×0.075＝1213.524784(N.m)

由此可见，α＝5°时，在本发明无曲轴发动机中，施加在主轴上的力矩是10698.88365N.m，而在6130柴油机中，施加在曲轴上的力矩为1213.524784N.m，本发明无曲轴发动机主轴上的力矩是6130柴油机曲轴上力矩的8.8倍。

实例二：

在图13中，设：α＝10°，AB＝AC＝75mm，EC＝252mm，设此时活塞上表面的压强为120kg/cm²，即120×9.80665/cm²

根据计算：F＝120×9.80665×πR²＝156199.093(N)

β＝0.259063864°，θ＝80.25906392°

则：连杆EC上的分力F₁为：F₁＝F/COSβ＝156200.6896(N)

施加在C点上的切向力F₂为：F₂＝F/COSβ×SINθ＝153948.7188(N)

对主轴A点的力矩为：M＝F/COSβ×SINθ×0.075＝11546.15391(N.m)

在图16中，设：α＝10°，XY＝75mm，ZY＝252mm，设此时活塞上表面的压强和无曲轴发动机相同。

根据计算：F＝120×9.80665×πR²＝156199.093(N)，β＝2.962423202则：连杆ZY上的分力F₁为：

F₁＝F/COSβ＝156408.1099(N)

F₂＝F/COSβ×SIN(α+β)＝35084.21223(N)

使曲轴绕X点作顺时针旋转的力矩为：

M＝F/COSβ×SIN(α+β)×0.075＝2631.315918(N.m)

由此可见，α＝10°时，本发明无曲轴发动机主轴上的力矩是6130柴油机曲轴上力矩的4.39倍。

实例三：

在图13中，设：α＝20°，AB＝AC＝75mm，EC＝252mm，设此时活塞上表面的压强为140kg/cm²，即140×9.80665N/cm²

根据计算：F＝140×9.80665×πR²＝182232.2751(N)，

β＝1.028435627°，

θ＝71.02843578°

则：施加在C点上的切向力F₂为：F₂＝F/COSβ×SINθ＝172361.1904(N)

对主轴A点的力矩为：M＝F/COSβ×SINθ×0.075＝12927.08928(N.m)

在图16中，设：α＝20°，XY＝75mm，ZY＝252mm，设此时活塞上表面的压强和无曲轴发动机相同。

根据计算：F＝140×9.80665×πR²＝182232.2751(N)，

β＝5.842354404°

则：连杆ZY上的分力F₁为：

F₁＝F/COSβ＝183183.7804(N)

F₂＝F/COSβ×SIN(α+β)＝79849.17193(N)

使曲轴绕X点作顺时针旋转的力矩为：

M＝F/COSβ×SIN(α+β)×0.075＝5988.687895(N.m)

由此可见，当α＝20°时，本发明无曲轴发动机主轴上的力矩是6130柴油机曲轴上力矩的2.16倍。

综上所述，本发明无曲轴发动机比传统发动机在相同条件下功效要高，而且是数倍于传统发动机，这还只是仅举4个冲程，即：吸气、压缩、爆发、排气中的一个冲程，在其他三个冲程：吸气、压缩和排气冲程中，因为是耗费发动机已有的能量，完成同样的工作本发明无曲轴发动机比传统发动机更省力，耗力只是传统发动机的几分之一。

在实际应用中，本发明无曲轴发动机连杆的中心线与横杆的中心线的交点到主轴的距离，其比较合适的数值是该距离值为1.2-10倍的缸径。

借用现有技术6130柴油机做参照物，目的是为了对比明显，其实本发明无曲轴发动机的优越性远不止这些。如：

假设本发明无曲轴发动机的连杆与横杆的交点到主轴的距离为400mm，即AB＝AC＝400mm，缸径×冲程＝130×150(mm)，其效率会更高。

例如：

当主轴旋转角α＝0°时，β＝0°，θ＝90°，假设这时活塞上表面压强为100kg/cm²×9.80665＝980.665N/cm²，于是，加在主轴上的力矩为：M＝52066.364N.m，而6130柴油机此时的旋转力矩为零，二者无法相比。

当主轴旋转角α＝5°时，β＝0.346077837°，θ＝85.34607763°，设此时活塞上表面的压强为110×9.80665N/cm²，F＝143182.5019N，于是，加在主轴上的力矩为M＝57085.21072N.m，是6130柴油机的47倍。

当主轴旋转角α＝10°时，β＝1.381803162°，θ＝81.38180334°，设这时活塞上表面的压强为120×9。80665N/cm²，F＝156199.093N，于是，加在主轴上的力矩为M＝61792.13882N.m，是6130柴油机的23.5倍。

当主轴旋转角α＝20°时，β＝5.493106877°，θ＝75.49310671°，设此时活塞上表面的压强为140kg/cm²，即140×9.80665＝1372.931N/cm²，F＝182232.2751N，于是，加在主轴上的力矩为M＝70894.46967N.m，是6130柴油机的11.8倍。

在本发明无曲轴发动机上，在主轴旋转角α＝21.77403814°，当连杆与横杆交点到主轴的距离为400mm，连杆长为252mm，缸径×冲程＝130×150(mm)时，冲程就能达到150mm。事实上，爆发冲程在6130柴油机上在曲轴旋转60°-70°时，气缸内燃油的燃烧就基本全部结束，本发明无曲轴发动机燃油在气缸内的燃烧会比它好。

上面的分析比较只是为了容易看出差别，所以选择缸径、冲程都一样。根据本发明无曲轴发动机的主轴、横杆和连杆的结构特点，冲程选择在1.2-15倍缸径，主轴旋转角度也应作适当改变，更重要的是选择合适的角和β₀角的初始值，即：0°≤＜30°，0°≤β₀＜15°，才比较合适。

以上分析比较，仅从效力方面而论，本发明还有其他方面的优越性，例如：

1.加工主轴和横杆要比加工曲轴既省时又省力，而且精度更容易保证，特别是大型和超大型发动机；

2.本发明无曲轴发动机在运行中，活塞对气缸壁的侧向力比传统发动机在运行中活塞对气缸壁的侧向力要小得多，活塞环对气缸壁椭圆形磨损要轻得多，因此而引起的功率损失也小得多，噪音也小得多，同时，也使本发明无曲轴发动机的致倾复性危险也要小得多。

3.在爆发冲程开始时，因为传统内燃机活塞、连杆、曲轴结构的原因，使得巨大的膨胀压力无处施展，重重的压在活塞、连杆和曲轴上，使得这些零件必须增加强度，否则容易损坏，气缸内相同的压强对气缸壁与活塞环的密封、气缸与气缸盖的密封，以及它所带来的压力对连杆的轴套、轴瓦、曲轴的轴瓦、气缸盖的紧固螺钉等都是极其严重的负担。而在本发明无曲轴发动机上，这一切都大为改观，变害为利。最大的膨胀压力作用在横杆上，而横杆又垂直作用在主轴上，这个力矩有多大，效力是相当惊人的。在这一点上，传统发动机与本发明无曲轴发动机的比较，不是百分之几十的差距，而是无法相比。

4.本发明无曲轴发动机由于冲程可以做得比传统发动机的冲程大很多，所以进气可以更多，燃烧要比传统发动机好，传统发动机在爆发冲程中，曲轴旋转60°-70°，燃烧基本结束，那么在本发明中，如果也让主轴旋转60°-70°，燃油在气缸中燃烧会更充分，同样的燃料燃烧转变成的机械能会更大，废气排放造成的污染会更小。

5.本发明无曲轴发动机除了燃料在气缸中的燃烧要比传统发动机更好以外，即使相同的燃料产生相等的动能，由于本发明的结构特点，从运动学和动力学的角度来分析，本发明无曲轴发动机的往复惯性力比传统发动机的要大，即使在上止点和下止点两处，往复惯性力也可以被利用，这在传统发动机上是做不到的。而旋转惯性力比传统的要小，所以转化为主轴的旋转力距要比传统的曲轴的旋转力距要大得多。

尽管上面结合附图对本发明无曲轴发动机进行了多方面的描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权力要求所保护的范围的情况下，还可以做出更多的实施形式，这些均属于本发明的保护之列。

Claims

1.一种无曲轴发动机，包括有机体(6)，位于机体(6)顶端的气缸盖(5)和位于机体(6)内侧的气缸(7)，气缸(7)内设置有与连杆(2)的一端相连的活塞(1)，其特征在于，机体(6)固定在底座(9)上，在底座(9)的中间位置设置有主轴(4)，与主轴(4)垂直相交连接有横杆(3)，所述的主轴(4)与横杆(3)之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式之中的一种，在横杆(3)上以主轴(4)的轴线为对称的位置上分别固定设置有一个与连杆(2)的另一端相连接的固定套(8)，其连杆(2)与固定套(8)为活动连接。

2.根据权利要求1所述的无曲轴发动机，其特征在于，所述的主轴(4)上连接有一个或一个以上的横杆(3)。

3.根据权利要求1所述的无曲轴发动机，其特征在于，所述的横杆(3)上的每个固定套(8)上连接有1-2个与活塞(1)相连的连杆(2)。

4.根据权利要求1所述的无曲轴发动机，其特征在于，所述气缸(7)的中心线在活塞(1)位于气缸盖(5)一端的止点位置时，与横杆(3)的中心线的垂线成角相交，其中，角所在的范围是：0°≤＜30°；与此同时，连杆(2)的中心线与气缸(7)的中心线成β₀角相交，其中，β₀角所在的范围是：0°≤β₀＜15°。

5.一种无曲轴发动机，包括有机体(6)，位于机体(6)顶端的气缸盖(5)和位于机体(6)内侧的气缸(7)，气缸(7)内设置有与连杆(2)的一端相连的活塞(1)，其特征在于，机体(6)固定在底座(9)上，在底座(9)的中间位置设置有主轴(4)，与主轴(4)垂直相交连接有横杆(3)，所述的主轴(4)与横杆(3)之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式之中的一种，在主轴(4)一侧的横杆(3)上设置有固定套(8)或使活塞连杆继续正常运行的辅助机构(13)两者之中的一种；在主轴(4)另一侧的横杆(3)上设置有使活塞连杆继续正常运行的辅助机构(13)或固定套(8)两者之中的一种；所述的固定套(8)上活动连接着连杆(2)的另一端。

6.根据权利要求5所述的无曲轴发动机，其特征在于，所述的主轴(4)上连接有一个或一个以上的横杆(3)。

7.根据权利要求5所述的无曲轴发动机，其特征在于，所述的横杆(3)上的每个固定套(8)上连接有1-2个与活塞(1)相连的连杆(2)。

8.根据权利要求5所述的无曲轴发动机，其特征在于，所述气缸(7)的中心线在活塞(1)位于气缸盖(5)一端的止点位置时，与横杆(3)的中心线的垂线成角相交，其中，角所在的范围是：0°≤＜30°；与此同时，连杆(2)的中心线与气缸(7)的中心线成β₀角相交，其中，β₀角所在的范围是：0°≤β₀＜15°。

9.一种无曲轴发动机，包括有机体(6)，位于机体(6)顶端的气缸盖(5)和位于机体(6)内的气缸(7)，气缸(7)内设置有与连杆(2)的一端相连的活塞(1)，其特征在于，机体(6)固定在底座(9)上，在底座(9)的中间位置设置有主轴(4)，与主轴(4)垂直相交连接有横杆(3)，主轴(4)上连接有两个或两个以上的横杆(3)，所述的主轴(4)与横杆(3)之间的连接为固定连接或活动连接两种连接方式之中的一种，在主轴(4)一侧的横杆(3)上设置有固定套(8)或功率输出机构(18)两者之中的一种；在主轴(4)另一侧的横杆(3)上设置有功率输出机构(18)或固定套(8)两者之中的一种；所述的固定套(8)上活动连接着连杆(2)的另一端。

10.根据权利要求9所述的无曲轴发动机，其特征在于，所述气缸(7)的中心线在活塞(1)位于气缸盖(5)一端的止点位置时，与横杆(3)的中心线的垂线成角相交，其中，角所在的范围是：0°≤＜30°；与此同时，连杆(2)的中心线与气缸(7)的中心线成β₀角相交，其中，β₀角所在的范围是：0°≤β₀＜15°。