CN201090296Y - 双曲轴发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双曲轴发动机，包括气缸、活塞和曲轴箱，气缸盖上装有进、排气装置及燃料供给装置，活塞经活塞销与连杆的上端铰接，一曲轴由轴承装配在曲轴箱内，特点是曲轴的曲柄销与一单向离合器的内套固定联接，单向离合器的外套上设有连接凸台，连杆的下端经销轴与连接凸台相铰接，在曲轴箱内经轴承还装配一副曲轴，副曲轴的曲柄销上固定联接一转动件，转动件外壳与单向离合器外套由板簧固定联接，曲轴与副曲轴由传动件实现相同的转向、转速和旋转半径。发动机做功时，活塞处于上止点位置可产生使曲轴转动的力，气体膨胀压力最大区间也是使曲轴产生最大转动力区间，做功时增大曲柄半径，提高了发动机的有效功率和扭矩，降低了燃料消耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种其他发动机，尤其是一种上止点做功及做功时增大曲轴半径的双曲轴发动机。
背景技术
我们知道，发动机是把燃料和空气在气缸中燃烧放出的热能，转化为机械功的一种机器。现行往复活塞式发动机均由进气、压缩、做功、排气四个过程组成的工作循环。发动机在做功开始时，活塞处于上止点位置，如图1所示，活塞销、曲柄销和曲轴的三个中心处在同一直线。因上止点位置是曲柄连杆机构的死点位置，尽管作用于活塞顶部的气体压力很大，但不能产生使曲轴转动的力；当曲轴转过一个角度，带动活塞离开上止点位置，如图2所示，这时活塞顶部承受的气体压力才能产生使曲轴转动的力。图中，推动曲轴转动的力P2＝P/cosβ×sin(α+β)，α为曲轴转角，β为连杆摆角。由此可见，推动曲轴转动的力P2的大小取决于曲轴转角α正弦值的大小。尽管活塞顶部承受了很大的气体压力，由于此时的sinα数值很小，因而产生使曲轴转动的力P2很小；当曲轴继续转过，曲轴转角α加大，活塞下行位移也加大，如图3所示，随着曲轴转角α的增大，sin(α+β)值增大。由于活塞下行位移增大，活塞顶部承受的气体压力P下降，因而推动曲轴转动的力P2增加的不大。因此，现行发动机做功过程中存在着气缸内气压大时却不能使曲轴产生相应大的转动力的不足。
发明内容
为了克服现有技术中发动机做功时气缸内气压大时却不能使曲轴产生相应大的转动力的不足，本实用新型提供一种双曲轴发动机，该双曲轴发动机做功时活塞处于上止点位置，可以产生使曲轴转动的力，气体膨胀压力最大的区间也是使曲轴产生最大转动力的区间，并且做功时增大曲轴半径，也就是增加了力臂长度，使发动机的有效功率和扭矩增加，燃料消耗降低。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种双曲轴发动机，包括一气缸、装配在气缸内的一活塞以及一曲轴箱，所述的气缸顶部用气缸盖封闭，在气缸盖上装配有进、排气装置和燃料供给装置，所述的活塞经活塞销与连杆的上端铰接，一曲轴由轴承支撑装配在所述的曲轴箱内，特点是所述的曲轴的曲柄销与一单向离合器的内套固定联接，在该单向离合器的外套上一体设置一连接凸台，所述的连杆的下端经销轴与该连接凸台相铰接，在所述的曲轴箱内经轴承还支撑装配有一副曲轴，在该副曲轴的曲柄销上固定联接一可绕曲柄销转动的转动件，该转动件的外壳与单向离合器的外套之间由一板簧固定联接，所述的曲轴与副曲轴之间由传动件实现相同的转向、转速和旋转半径。
所述的可绕副曲轴曲柄销转动的转动件是一轴承。
所述的可绕副曲轴曲柄销转动的转动件是一单向离合器。
所述的设置在曲轴与副曲轴之间的传动件是分别装配在曲轴和副曲轴轴颈上的传动齿轮及装配在所述两传动齿轮之间的中间齿轮。
所述的与曲轴的曲柄销固定联接的单向离合器是滚柱超越离合器，该滚柱超越离合器是由内套、外套及装配在楔槽内的滚柱和弹簧顶杆组成。
本实用新型在曲轴箱内设置两支曲轴，一曲轴曲柄销上的单向离合器外套与副曲轴曲柄销上的转动件外壳用板簧联接，连杆的上端铰链着活塞，下端与单向离合器外套上的连接凸台相铰接，因此本实用新型做功时活塞处于上止点位置，可以产生使曲轴转动的力，气体爆发压力最大的区间也是使曲轴产生最大转动力的区间，并且做功时增大曲轴半径，即增加了力臂长度，提高了发动机的有效功率和扭矩，降低了燃料的消耗。
本实用新型的有益效果是，结构合理，发动机的有效功率和扭矩高，燃料消耗率低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
图1-图3是本实用新型的现有发动机做功过程的受力分析图。
图4是本实用新型的结构剖视图。
图5是本实用新型做功时的受力分析图。
图6是本实用新型活塞离开上止点位置后的受力分析图。
图中1.进、排气装置，2.气缸盖，3.火花塞，4.活塞，5.活塞销，6.气缸，7.连杆，8.曲轴箱，9.板簧，10.转动件，11.曲柄销，12.副曲轴，13.轴承，14.副曲轴传动齿轮，15.中间齿轮，16.曲轴传动齿轮，17.轴承，18.曲轴，19.曲柄销，20.单向离合器，21.内套，22.外套，23.楔槽，24.滚柱，25.弹簧顶杆，26.连接凸台，27.销轴。
具体实施方式
如图4所示，一种双曲轴发动机，包括一气缸(6)及装配在该气缸(6)内的一活塞(4)，气缸(6)顶部用气缸盖(2)封闭。在气缸盖(2)上装配有进、排气装置(1)和燃料供给装置(图中未给出)，若是点燃式发动机还包括一适时点火的火花塞(3)。活塞(4)经活塞销(5)与连杆(7)的上端铰接。其中气缸(6)、活塞(4)、连杆(7)、气缸盖(2)以及气缸盖(2)上的进、排气装置(1)和燃料供给装置、火花塞(3)，其构造及各部件间的配合关系与现有技术相同，此不多述。
图4中，还包括一曲轴箱(8)，一曲轴(18)由轴承(17)支撑装配在曲轴箱(8)内，本实用新型的特点是：曲轴(18)的曲柄销(19)与一单向离合器(20)的内套(21)固定联接，在该单向离合器(20)的外套(22)上一体设置一连接凸台(26)，连杆(7)的下端经销轴(27)与该连接凸台(26)相铰接，在曲轴箱(8)内经轴承(13)还支撑装配有一副曲轴(12)，在该副曲轴(12)的曲柄销(11)上固定联接一可绕曲柄销转动的转动件(10)，该转动件(10)的外壳与单向离合器(20)的外套(22)之间由一板簧(9)固定联接。
转动件(10)可以采用轴承，也可以采用一单向转动的单向离合器，也可以采用轴瓦。本实用新型实施例优先采用的是轴承。
单向离合器(20)是滚柱式超越离合器，如图4所示，该滚柱超越离合器是由内套(21)、外套(22)及装配在楔槽(23)内的滚柱(24)和弹簧顶杆(25)组成。
图4中，曲轴(18)与副曲轴(12)的轴颈上分别装配有传动齿轮(16)、(14)，在两传动齿轮之间装配中间齿轮(15)，传动齿轮(16)、(14)、中间齿轮(15)可将曲轴(18)与副曲轴(12)之间实现相同的转向、转速和旋转半径。
发动机的进气、压缩、排气过程及做功的后期过程，活塞的往复运动行程均受曲轴的旋转半径限制。如图5所示，此过程中，在曲轴、飞轮的惯性作用下，活塞被动做往复直线运动，曲轴是主动件，均是以曲轴中心到曲柄销中心的距离OA为旋转半径，同时，副曲轴以O′A′为旋转半径完成进气、压缩、排气及做功的后期过程。
图4中，当压缩冲程终了，活塞(4)处于上止点位置时，压缩的可燃气体被压燃或点燃，突然膨胀的气体压力推动活塞(4)由被动变为主动件，推动连杆(7)下行，经销轴(27)、连接凸台(26)企图推动单向离合器外套(22)绕轴转动，单向离合器外套(22)的转动，使滚柱(24)楔紧在楔槽(23)内，并克服板簧(9)的弹力使单向离合器(20)处于联接工作状态，将单向离合器外套(22)和曲柄销(19)结合为一体。
如图5所示，此时活塞承受的气体压力通过连杆传递到单向离合器外套与连杆铰接的销轴上的力称为P1，并以该轴销中心到曲轴中心的距离OB为力臂推动曲轴转动。OB即成为做功初期临时的曲轴旋转半径。此时推动曲轴转动的力P2＝P1.sinα。
同时，副曲轴(12)的曲柄销(11)也处于上止点位置，由于有板簧(9)的固定联接，将产生一个与曲轴(18)转动方向相反的阻力矩，但这个阻力矩与做功力矩相比要小得多。随着曲轴(18)的转动，板簧(9)会变形，副曲轴(12)随之离开上止点位置，阻力矩的影响将也随之减小。
板簧(9)的作用是经转动件轴承(10)与副曲轴(12)一起确保曲轴曲柄销(19)上的单向离合器外套(22)的位置，即副曲轴(12)对曲轴(18)的转向起定位作用，保证发动机的曲轴(18)只能按一个方向转动不能逆转。
做功的前期过程，板簧(9)将受力向下弯曲。当活塞(4)下行到某一位置，活塞(4)顶部承受的气体压力小于板簧(9)的弯曲变形力时，板簧(9)将使单向离合器外套(22)恢复到原来位置。
如图6所示，曲轴转过一个角度，带动活塞离开上止点位置，推动曲轴转动的力P2＝P/cosβ×sin(α+α′+β)，α′为活塞上止点后的曲轴转角，β为连杆摆角。由于sin(α+α′+β)数值增大，因而产生推动曲轴转动的力P2也在增大。
由此可见，本实用新型设计方案克服了现行内燃机做功前期，活塞顶部承受的气体压力最大时却不能相应的产生最大的曲轴转动力，或只能产生小的转动力。图5中，曲轴转角α的大小可以任意选择，从而保证做功过程中气缸内压力最大的区间也是使曲轴产生最大转动力的区间，在这一做功区间曲轴旋转半径增大，从而增加了力臂长度，使发动机的有效功率和扭矩得到提高，降低了燃料消耗。
本实用新型的最佳实施效果，取决于曲轴转角α值的确定和曲轴旋转半径OB尺寸的确定。这两个尺寸可由设计计算和实践试验相结合来确定。
由原理图中可以看出，这是一台单缸或多缸直列式发动机，由于增加一只副曲轴将增加动力消耗，使发动机体积增大。如果将副曲轴曲柄销上的轴承改用成单向离合器，两支曲轴都变成主曲轴，都是一样的作用，那将变成并列双缸发动机，或双排直列多缸发动机，那就不存在上述的动力消耗和体积大的缺点了。
Claims (6)
1.一种双曲轴发动机，包括一气缸、装配在气缸内的一活塞以及一曲轴箱，所述的气缸顶部用气缸盖封闭，在气缸盖上装配有进、排气装置和燃料供给装置，所述的活塞经活塞销与连杆的上端铰接，一曲轴由轴承支撑装配在所述的曲轴箱内，其特征在于：所述的曲轴的曲柄销与一单向离合器的内套固定联接，在该单向离合器的外套上一体设置一连接凸台，所述的连杆的下端经销轴与该连接凸台相铰接，在所述的曲轴箱内经轴承还支撑装配有一副曲轴，在该副曲轴的曲柄销上固定联接一可绕曲柄销转动的转动件，该转动件的外壳与单向离合器的外套之间由一板簧固定联接，所述的曲轴与副曲轴之间由传动件实现相同的转向、转速和旋转半径。
2.根据权利要求1所述的一种双曲轴发动机，其特征在于：所述的可绕副曲轴曲柄销转动的转动件是一轴承。
3.根据权利要求1所述的一种双曲轴发动机，其特征在于：所述的可绕副曲轴曲柄销转动的转动件是一单向离合器。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种双曲轴发动机，其特征在于：所述的设置在曲轴与副曲轴之间的传动件是分别装配在曲轴和副曲轴轴颈上的传动齿轮及装配在所述两传动齿轮之间的中间齿轮。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种双曲轴发动机，其特征在于：所述的与曲轴的曲柄销固定联接的单向离合器是滚柱超越离合器，该滚柱超越离合器是由内套、外套及装配在楔槽内的滚柱和弹簧顶杆组成。
6.根据权利要求4所述的一种双曲轴发动机，其特征在于：所述的与曲轴的曲柄销固定联接的单向离合器是滚柱超越离合器，该滚柱超越离合器是由内套、外套及装配在楔槽内的滚柱和弹簧顶杆组成。
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| CN104481689A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-04-01 | 王蓬波 | 双曲柄机构发动机 |
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