CN201763437U

CN201763437U - 一种活塞直驱增压发动机

Info

Publication number: CN201763437U
Application number: CN2010201138459U
Authority: CN
Inventors: 邵芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-20
Filing date: 2010-02-20
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-02-20

Abstract

本实用新型提供一种活塞直驱增压发动机，其结构是由发动机壳体、储气筒、作功汽缸、压气汽缸、作功活塞、压气活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动轴和动力集成机构组成，其中，作功汽缸、压气汽缸对称设置在发动机壳体之中，作功活塞和压气活塞分别设置在作功汽缸和压气汽缸之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两面分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴的端部与动力集成机构连接。该发动机的特点是，结构简单、易于加工、有较高的重量动力比、耗油低、用途广。

Description

一种活塞直驱增压发动机

技术领域

本实用新型涉及一种发动机，具体地说是一种活塞直驱增压发动机。

背景技术

众所周知，涡轮增压器是一种设置在发动机外部的强制气体引导系统。它对流入发动机的空气进行压缩，压缩空气可以使发动机能够将更多的空气压到汽缸里，而更多空气就意味着能向汽缸内注入更多的燃料。因此，每个汽缸的燃烧冲程就能产生更多动力，涡轮增压发动机产生的动力要比相同排量的普通发动机大得多，这样就可显著提高发动机的动力重量比。为了获得这种性能上的提升，涡轮增压器使用发动机排出的废气带动涡轮旋转，而涡轮则带动气泵旋转。涡轮在涡轮机中的最高转速为每分钟150,000转——这相当于大多数汽车发动机转速的30倍。同时由于与排气管相连，涡轮的温度通常非常高。因此，涡轮增压发动机的致命缺点是结构复杂、成本高，使用寿命短，需要定期更换，使用寿命大约是10万公里，每更换一次需要人民币2万元，由于涡轮增压器使用发动机排出的废气带动涡轮旋转，这样不仅给排气道增加了阻力，也会对发动机的动力产生一定的影响。

传统的活塞发动机主要是由活塞、连杆、曲轴组成，活塞在汽缸中做往复运动，通过连杆驱动曲轴变成圆周转动，在实际应用过程中存在的不足时，工作效率低，具体表现为1)连杆随曲轴的摆动容易使活塞产生侧向分力而加大汽缸受力面磨损，形成椭圆，降低了汽缸的气密性致使，动力降低燃油消耗量增加；2)工作效率低，活塞在汽缸中往复一次驱动曲轴旋转一周，实际上只有一半作功，另一半消耗功率，也就是说，燃气爆燃时，推动活塞移动对外作功，只能驱动活塞转动半周，而在这半周中真正作功的角度是在45度到135度之间。通过上述分析可以看出，能量利用率低除了连杆摆动需要克服施加的汽缸壁上的侧向分力外，曲轴的作功角度小也是主要原因。

发明内容

本实用新型的目的是克服了现有活塞式发动机的活塞的往复作功直接通过连杆驱动曲轴变成圆周转动的不足，以及增压发动机需要外置涡轮增压器的不足，提供一种活塞直驱增压发动机。

本实用新型的目的是按以下方式实现的，在发动机壳体内对称设置作功汽缸和压气汽缸并分别设置压气活塞和作功活塞，压气活塞和作功活塞设置在一双面齿条的两端，作功活塞直接驱动双面齿条和压气活塞往复运动产生压缩空气和对外输出动力；

动力输出方式是：双面齿条上下两面分别设置两套传动齿轮带动两根传动轴往复转动，向外输出两路方向相反的往复转动力，在发动机壳体外设置动力集成机构，动力集成机构将两路转动方向相反的往复转动力集成成连续的同一方向转动的力；

空气增压方式是：在发动机壳体外部设置储气筒，压气活塞在作功活塞完成吸压爆排四个冲程的同时完成两次吸气和压气，压缩后的气体通过单向阀和管道注入储气筒，储气筒通过管道与作功汽缸的进气道连接，在作功汽缸进气时推动作功活塞作功并注入至少两倍作功汽缸体积的气体实现发动机的增压。

具体结构是由发动机壳体、作功汽缸、压气汽缸、作功活塞、压气活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动轴和动力集成机构组成，其中，作功汽缸、压气汽缸对称设置在发动机壳体之中，作功活塞和压气活塞分别设置在作功汽缸和压气汽缸之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两面分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴的端部与动力集成机构连接；在发动机壳体外部设置储气筒，压气汽缸通过单向阀和管道与储气筒连接，储气筒通过管道与作功汽缸的进气道连接。

动力集成机构有两种方式，一种是连杆曲轴式结构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮分别设置在上下两根传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴。

另一种是单向齿轮式结构是由左转单向齿轮、右转单向齿轮、换向齿轮、动力集成齿轮和动力输出轴组成，左转单向齿轮和右转单向齿轮分别设置在上下传动轴的端部，左转单向齿轮与动力集成齿轮啮合，右转单向齿轮通过换向齿轮与动力集成齿轮啮合，动力集成齿轮与动力输出轴固定。

本实用新型的发动可以应用于汽油发动机、柴油发动机。

本实用新型的活塞直驱增压发动机所具有的优异效果是：结构简单，易于加工，体积小重量轻，省去传统发动机配置的巨大曲轴箱以及沉重的曲轴和连杆，体积可以减少二分之一以上，也不需要外置涡轮增压器，可以显著地提高发动机的动力重量比，汽缸不产生侧向磨损，直行直驱，能量全部输出，有效提高使用寿命长和节约能源。

附图说明

附图1为活塞直驱增压发动机的结构示意图；

附图2为图1的断面结构示意图；

附图3为单向齿轮式动力集成结构示意图。

附图标记说明：发动机壳体1、作功汽缸2、作功活塞3、双面齿条4、上传动齿轮5、上传动轴6、下传动齿轮7、下传动轴8、偏心轮9、连杆10、曲轴11、动力集成齿轮12、动力输出轴13、换向齿轮14、右转单向齿轮15、左转单向齿轮16、扇形齿轮17、启动齿轮18、压气汽缸19、压气活塞20、储气筒21。

具体实施方式

参照说明书附图对本实用新型的活塞直驱增压发动机作以下详细地说明。

如附图所示，本实用新型的活塞直驱增压发动机，其结构是由发动机壳体1、作功汽缸2、压气汽缸19、作功活塞3、压气活塞20、双面齿条、上传动齿轮5、下传动齿轮7、上传动轴6、下传动轴8和动力集成机构组成，其中，作功汽缸2、压气汽缸19对称设置在发动机壳体1之中，作功活塞3和压气活塞20分别设置在作功汽缸2和压气汽缸19之中并连接在双面齿条4的两端，双面齿条4的上下两面分别设置上传动轴6和下传动轴8，上传动齿轮5和下传动齿轮7分别设置在上下两根传动轴6、8上并与双面齿条4的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴6、8的端部与动力集成机构连接；在发动机壳体1外部设置储气筒21，压气汽缸19通过单向阀和管道与储气筒21连接，储气筒21通过管道与作功汽缸2的进气道连接。

动力集成机构有两种方式，一种是连杆曲轴式结构(如图2所示)，另一种是单向齿轮式结构(如图3所示)：

其中连杆曲轴式结构是由偏心轮9、连杆10和曲轴11组成，偏心轮9分别设置在上下两根传动轴6、8的端部，连杆10的两端连接偏心轮9和曲轴11。

单向齿轮式结构是由左转单向齿轮16、右转单向齿轮15、换向齿轮14、动力集成齿轮12和动力输出轴13组成，左转单向齿轮16和右转单向齿轮15分别设置在上下传动轴6、8的端部，左转单向齿轮16与动力集成齿轮12啮合，右转单向齿轮15通过换向齿轮14与动力集成齿轮12啮合，动力集成齿轮12与动力输出轴13固定。

实施例1

如图1所示，在本实用新型的设计中，双面齿条上各面齿的数量大于等于上下传动齿轮的数量，双面齿条往返一次可以同时驱动上下传动齿轮正反旋转两周。

如附图2所示，如果采用弧长与活塞压缩行程相当的扇形齿轮与上传动轴或下传动轴上齿轮啮合用于发动机的启动，双面齿条的齿数可以大于上齿轮和下传动齿轮的齿轮，也就是双面齿条往返一次可以驱动上下传动齿轮转动两周以上，如果按传统发动机活塞的往返一次只能驱动曲轴旋转一周的工作频率计算，本实用新型的发动机输出转数至少可以提高1倍以上，功率至少可以增加1倍以上。

通过以上分析，本实用新型的发动机可设计活塞有较大的行程，或者说能获得较大的压缩比，这对提高发动机的节油效果是非常明显的，尤其是柴油发动机。压气汽缸的容积等于或大于作功汽缸的容积。通过选用不同容积的压汽缸就可以产生不同的增压效果，可以开发处更省油的发动机。

在计算压缩比和点火时间上，本实用新型的双面齿条直驱式结构也比传统的曲轴连杆式结构来的简单方便，因为活塞的行程就是齿条的移动距离，齿条的移动距离直接通过传动轴的正反转测出，就能使人们能够选测最佳的点火时间或压缩比，获得最大的节油效果和功率输出。

实施例2：

发动机汽缸在发动机壳体内为双排相对设置，中间通过齿轮箱连接，这样分三部分加工，工艺就变得相当简单，为装配和维修提供了方便。

如果设计多作功汽缸和多压气汽缸的发动机，两种汽缸可以交叉相错排列，比如作功汽缸与压气汽缸相邻排列，每一排里既有作功汽缸也有压气汽缸，共同使用一个储气筒，这样发动机工作起来更加平稳。

如果储气筒具有足够的容积和耐高压性，加上本实用新型发动机的长行程性，通过调节阀控制，完全可以用于双动力环保气动汽车的开发。

本实用新型发动机的点火系统、进排气系统、冷却系统以及润滑系统与传统汽油或柴油发动机相同，均为公知技术，可以移植直接应用，因此不再此文中复述。

Claims

1.一种活塞直驱增压发动机，其特征在于，包括，发动机壳体、储气筒、作功汽缸、压气汽缸、作功活塞、压气活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动轴和动力集成机构，其中，作功汽缸、压气汽缸对称设置在发动机壳体之中，作功活塞和压气活塞分别设置在作功汽缸和压气汽缸之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两面分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴的端部与动力集成机构连接，在发动机壳体外部设置储气筒，压气汽缸通过单向阀和管道与储气筒连接，储气筒通过管道与作功汽缸的进气道连接。

2.根据权利要求1所述的活塞直驱增压发动机，其特征在于动力集成机构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮分别设置在上下两根传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴。

3.根据权利要求1所述的活塞直驱增压发动机，其特征在于动力集成机构是由左转单向齿轮、右转单向齿轮、换向齿轮、动力集成齿轮和动力输出轴组成，左转单向齿轮和右转单向齿轮分别设置在上下传动轴的端部，左转单向齿轮与动力集成齿轮啮合，右转单向齿轮通过换向齿轮与动力集成齿轮啮合，动力集成齿轮与动力输出轴固定。