CN202578913U - 一体式齿条传动内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式齿条传动内燃机，包括机体，以及位于机体上的四个气缸，设有与各气缸上活塞联动的活塞架；位于机体上且用于输出各气缸所做功的主轴；位于活塞架和主轴间，且用于将活塞架的直线运动转化为主轴周向转动的传动系统；所述四个气缸两两相对且轴向相互平行。本实用新型的有益效果是：通过位于两两相对气缸中的活塞来带动活塞架的往复运动，而位于活塞架上的传动系统传动系统可将活塞架的直线运动转化为主轴持续性的单向转动，由此通过主轴为外部输出动力。相对传统内燃机，本实用新型具有可连续输出动力，输出功率和工作效率均较高，故障率低，便于维修，所占空间小等优点。

Description

一体式齿条传动内燃机

技术领域

本实用新型涉及一种活塞内燃机，尤其是一种一体式齿条传动内燃机。

背景技术

目前，传统活塞内燃发动机多以一个气缸为动力单元，以曲柄连杆为传动装置，活塞与连杆相连，连杆连接有飞轮，通过气缸内混合油气燃烧产生的膨胀力做功，实现内燃机进气、压缩、膨胀做功和排气四个冲程。内燃机在膨胀做功冲程推动曲柄连杆机构对外做功，其他冲程有飞轮带动完成。气缸在膨胀做功冲程的上止点产生最大推力，但此时曲柄连杆机构力臂为零，对外不做功，故存在工作效率低，易出故障、维修困难的缺点。

随着技术的发展，为了提高内燃机的工作效率，各种新型内燃机被设计开发出来。现有中国专利公开号为CN101451466，公开日为2009年6月10日，名称为《四缸同步式旋转发动机》中公开了一种四缸同步式旋转发动机，包括机体、第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸、第一活塞、第二活塞、第三活塞、第四活塞、中心轴；它还包括第一齿轮、第二齿轮、带有齿条的整体活塞架、偏心轮，所述第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸位于同一水平面上，所述第一气缸和第二气缸水平设置在机体的左端面上，所述第三气缸和第四气缸水平设置在机体的右端面上，所述第一活塞、第二活塞、第三活塞、第四活塞分别位于第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸内且通过带有齿条的整体活塞架固接一起；中心轴垂直于机体内并与机体转动连接，所述第一齿轮、偏心轮、第二齿轮由上至下依次安装在中心轴上，所述第一齿轮与带有齿条的整体活塞架上的上齿条啮合，所述第二齿轮与带有齿条的整体活塞架上的下齿条啮合。该专利通过在同一水平面上布置四个气缸，两两一组，每组中汽缸同轴设置，四个气缸上活塞均通过带齿条的整体活塞架连接联动，然后通过某个气缸的做功而实现其他气缸做相应的冲程运动，同时通过第一齿轮、偏心轮、第二齿轮与整体活塞架的配合，将相应的气缸所做功转化为中心轴的扭矩并输送出去。但是，该公开的发明专利仍存在一些不尽人意的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种提高输出功率和工作效率的一体式齿条传动内燃机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种一体式齿条传动内燃机，包括机体，以及位于机体上的四个气缸，设有与各气缸上活塞联动的活塞架；位于机体上且用于输出各气缸所做功的主轴；位于活塞架和主轴间，且用于将活塞架的直线运动转化为主轴周向转动的传动系统；所述四个气缸两两相对且轴向相互平行。

进一步设置为：所述传动系统包括位于活塞架上且相互平行设置的两齿条；分别通过转轴设于所述机体上且与齿条啮合的两单向转动齿轮，所述两单向转动齿轮的转向相反；位于两单向转动齿轮间，且用于将其中一单向转动齿轮的扭矩传递给另一单向转动齿轮的扭矩换向机构；所述两转轴平行设置，且其中一转轴为所述主轴。

进一步设置为：所述单向转动齿轮为内啮合棘轮机构，该内啮合棘轮机构的棘轮周向上设有与齿条啮合的轮齿。

进一步设置为：所述扭矩换向机构包括与所述主轴同轴设置的第一锥齿轮，与所述转轴同轴设置的第二锥齿轮，以及同时与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合配合的传动锥齿轮，该传动锥齿轮转动连接于机体上。

采用上述技术方案，该单向转动齿轮能绕转轴沿一个方向转动，而另一个转向上则处于离合状态，如内啮合棘轮机构，内啮合棘轮机构包括棘轮和带棘爪的转盘，如若当内啮合棘轮机构的联动工作方向为顺时针，也即当棘轮顺时针转动时，带棘爪的转盘也随棘轮顺时针转动，而当棘轮逆时针转动时，带棘爪的转盘与棘轮将处于离合状态而无法带动带棘爪的转盘一起转动。其中，该单向转动齿轮亦可以包括与所述齿条啮合的齿轮盘，该齿轮盘和玉该齿轮盘联动的转轴间设有单向轴承，而单向轴承是现有的常规技术，通过单向轴承同样可实现齿轮盘和转轴间单向转动配合，该技术方案也在本专利的保护范围内。扭矩换向机构通过第一锥齿轮、第二锥齿轮和传动锥齿轮的配合，实现将其中一个转轴的扭矩转换一个方向后输送给另一个转轴。而该扭矩换向机构还可以只需要第一锥齿轮和第二锥齿轮相互啮合，同样可实现将其中一个转轴的扭矩转换一个方向后输送给另一个转轴，该技术方案也在本专利的保护范围内。

进一步设置为：所述传动锥齿轮为两个，所述两传动锥齿轮同轴设置且位于第一锥齿轮所在轴线的两侧。

采用上述技术方案，传动锥齿轮对称位于第一锥齿轮和第二锥齿轮所在轴线的两侧，从而保证第一锥齿轮和第二锥齿轮间传递扭矩时，两侧受力均衡，工作更加稳定。

进一步设置为：所述两相对设置的气缸同轴分布。

采用上述技术方案，可以最大程度上减少四个气缸所占用的空间，而且四个气缸的缸体可以一体设置，或者全部分离，亦或者两两连体。

进一步设置为：所述活塞架与所述活塞铰接配合。

采用上述技术方案，因为工艺上的原因，活塞在气缸内的运动轴线和活塞架的运动轴线不一定能保持完全同心，故为了避免因为两者的同心度不够而造成活塞对气缸内腔的磨损，所以采用两者铰接的方式进行连接，由此使得活塞架和活塞联动时，在轴向上具有一定的运动余量，从而提高使用寿命。

进一步设置为：所述活塞架底部铰接有推杆，该推杆上还铰接有偏心设置的飞轮。

采用上述技术方案，使得当活塞架进行往复运动时，通过推杆的传递，从而驱动飞轮绕自身转轴转动，其中飞轮与机体转动连接配合，整体相当于曲柄连杆机构将往复运动转化为旋转运动，并通过飞轮来控制活塞行程，实现活塞往复的平滑变向。推杆和飞轮的配合，使得推杆与活塞架的铰接端部沿活塞架运动轨迹运动，且运动的距离也受到推杆在飞轮上偏心位置的限制，而具体的距离可根据预先计算好的设定，从而保证活塞架在活塞的带动下在可控范围内运动，进而避免活塞因为工作幅度和力度过大，而造成气缸寿命的减小。另外，飞轮通过链与凸轮相连来控制配气机构或点火装置，且飞轮周壁上设有齿轮，启动时，有电机带动飞轮并驱动活塞往复实现点火启动。

本实用新型的有益效果是：通过位于两两相对气缸中的活塞来带动活塞架的往复运动，而位于活塞架上的传动系统传动系统可将活塞架的直线运动转化为主轴持续性的单向转动，由此通过主轴为外部输出动力。相对传统内燃机，本实用新型具有可连续输出动力，输出功率和工作效率均较高，故障率低，便于维修，所占空间小等优点。其中，所述的四个气缸两两相对且轴向相互平行，所说的平行也包括轴向相互重合的情况。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的主视图。

图3为图2的俯视图。

图4为图2的左视图。

图5为本实用新型实施例内啮合棘轮机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

如图1-5所示，本实施例包括机体(图中未画出)，以及位于机体上的四个气缸1，设有与各气缸1上活塞联动的H型的活塞架2，位于机体上且用于输出各气缸1所做功的主轴3，以及位于活塞架2和主轴3间且用于将活塞架2的直线运动转化为主轴3周向转动的传动系统4。四个气缸1两两相对且轴向相互平行，两两相对设置的气缸1同轴分布，从而最大程度上减少四个气缸1所占用的空间，而四个气缸1的缸体中位于活塞架2同一开口端的两气缸1一体设置。活塞和活塞架2的杆状端部铰接配合，且活塞架2的运动轨迹与活塞的运动轨迹相一致，避免因为活塞和活塞架2者的同心度不够而造成活塞对气缸1内腔的磨损，从而使得活塞架2和活塞联动时，在轴向上具有一定的运动余量，从而提高使用寿命。

传动系统4包括位于活塞架2上且相互平行设置的两齿条41，分别通过转轴42设于机体上且与齿条41啮合的两单向转动齿轮43，两单向转动齿轮43的转向相反，位于两单向转动齿轮43间且用于将其中一单向转动齿轮43的扭矩传递给为另一单向转动齿轮43的扭矩换向机构44，两转轴42平行设置，且其中一转轴与主轴3同心固定，也可理解成该转轴即为主轴3。其中，单向转动齿轮43为内啮合棘轮机构，该内啮合棘轮机构包括棘轮431、棘爪432和转盘433，而棘轮431周向上设有与齿条41啮合的轮齿。扭矩换向机构44包括与主轴3同轴设置的第一锥齿轮441，与转轴42同轴设置的第二锥齿轮442，以及同时与第一锥齿轮441和第二锥齿轮442啮合配合的两个传动锥齿轮443，该传动锥齿轮443转动连接于机体上，该两传动锥齿轮443同轴设置且对称地位于第一锥齿轮441所在轴线的两侧，从而保证第一锥齿轮441和第二锥齿轮442间传递扭矩时，两侧受力均衡，工作更加稳定。

活塞架2底部铰接有推杆5，该推杆5上还铰接有偏心设置的飞轮6。当活塞架2进行往复运动时，通过推杆5的传递，从而驱动飞轮6绕自身转轴转动，其中飞轮6与机体转动连接配合。推杆5和飞轮6的配合，使得推杆5与活塞架2的铰接端部沿活塞架2运动轨迹运动，且运动的距离也受到推杆5在飞轮6上偏心位置的限制，而具体的距离可根据预先计算好的设定，从而保证活塞架2在活塞的带动下在可控范围内运动，进而避免活塞因为工作幅度和力度过大，而造成气缸1寿命的减小。

本实用新型中，两单向转动齿轮43中设定主轴3所在内啮合棘轮机构为第一内啮合棘轮机构43a，另一个为第二内啮合棘轮机构43b。再设定该第一内啮合棘轮机构43a包括第一棘轮、第一棘爪和第一转盘，第一内啮合棘轮机构43a上第一棘轮逆时针转动时可带动带第一棘爪的第一转盘一起转动，而反向则相互离合；此时，第一棘爪逆时针转动时与第一棘轮相互离合，反之则一起转动。而第二内啮合棘轮机构43b和第一内啮合棘轮机构43a中可单向转动的方向相反，第二内啮合棘轮机构43b包括第二棘轮、第二棘爪和第二转盘，第二内啮合棘轮机构43b上第二棘轮顺时针转动时才会带动带第二棘爪的第二转盘一起转动，而反向则相互离合；此时，第二棘爪顺时针转动时与第二棘轮相互离合，反之则一起转动。

故当活塞架2做往复运动的过程中，其中一个方向上将当活塞架2带动第一棘轮逆时针转动时(第二棘轮的转动方向自始自终都与第一棘轮的转动方向保持一致，也即此时第二棘轮也保持逆时针转动，当此时第二棘轮逆时针转动，与第二棘轮相互离合)，第一棘轮带动第一棘爪和第一转盘逆时针转动，第一转盘带动主轴3逆时针转动；此时与主轴3联动的第一锥齿轮经传动锥齿轮后，带动第二锥齿轮顺时针转动；与第二锥齿轮联动的转轴42也随之顺时针转动；与转轴42联动的第二棘爪和第二棘轮也随之顺时针转动，此时，第二棘爪和第二棘轮相互离合，也即第二棘爪和第二棘轮互不干扰。当活塞架2在另一个方向上运动时，将带动第一棘轮顺时针转动，而第一棘轮顺时针转动时与第一棘爪相互离合，故主轴3不受第一棘轮的转动影响，同时，第二棘轮也随齿条顺时针转动，而第二棘轮将带动第二棘爪和第二转盘顺时针转动，同样第二转盘将带动转轴42和位于转轴42上的第二锥齿轮顺时针转动，而第二锥齿轮通过传动锥齿轮后带动第一锥齿轮逆时针转动，也即第一锥齿轮将带动主轴逆时针转动。也即无论活塞架2随活塞是哪个方向运动，活塞架2都将实现主轴3的逆时针方向转动，也即保持主轴3输出时转动方向始终不变。相对传统内燃机，本实用新型具有可连续输出动力，输出功率和工作效率均较高，故障率低，便于维修，所占空间小等优点。

Claims (8)

1.一种一体式齿条传动内燃机，包括机体，以及位于机体上的四个气缸，其特征是：设有

与各气缸上活塞联动的活塞架；

位于机体上且用于输出各气缸所做功的主轴；

位于活塞架和主轴间，且用于将活塞架的直线运动转化为主轴周向转动的传动系统；

所述四个气缸两两相对且轴向相互平行。

2.根据权利要求1所述的一体式齿条传动内燃机，其特征是：所述传动系统包括

位于活塞架上且相互平行设置的两齿条；

分别通过转轴设于所述机体上且与齿条啮合的两单向转动齿轮，所述两单向转动齿轮的转向相反；

位于两单向转动齿轮间，且用于将其中一单向转动齿轮的扭矩传递给另一单向转动齿轮的扭矩换向机构；

所述两转轴平行设置，且其中一转轴为所述主轴。

3.根据权利要求2所述的一体式齿条传动内燃机，其特征是：所述单向转动齿轮为内啮合棘轮机构，该内啮合棘轮机构的棘轮周向上设有与齿条啮合的轮齿。

4.根据权利要求2所述的一体式齿条传动内燃机，其特征是：所述扭矩换向机构包括与所述主轴同轴设置的第一锥齿轮，与所述转轴同轴设置的第二锥齿轮，以及同时与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合配合的传动锥齿轮，该传动锥齿轮转动连接于机体上。

5.根据权利要求4所述的一体式齿条传动内燃机，其特征是：所述传动锥齿轮为两个，所述两传动锥齿轮同轴设置且位于第一锥齿轮所在轴线的两侧。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一体式齿条传动内燃机，其特征是：所述两相对设置的气缸同轴分布。

7.根据权利要求6所述的一体式齿条传动内燃机，其特征是：所述活塞架与所述活塞铰接配合。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一体式齿条传动内燃机，其特征是：所述活塞架底部铰接有推杆，该推杆上还铰接有偏心设置的飞轮。

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