CN203394637U - 双曲轴连杆偏置内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种双曲轴连杆偏置内燃机，曲柄连杆机构为双曲轴，其包括：连杆(11)和斜连杆(10)，连杆(11)上端与气缸活塞机构的活塞(4)铰接，下端通过一个斜连杆销(9)与斜连杆(10)中部铰接；双曲轴分别为主曲轴(8)和副曲轴(7)，其轴心连线与水平面形成一个夹角；所述主曲轴(8)和副曲轴(7)的主曲轴轴颈(12)和副曲轴轴颈(13)分别与斜连杆(10)的两端铰接。本内燃机改善活塞与曲轴之间相互作用，在整个工作循环中，旋转力距保持最佳状态，减少了机械损耗，提高了内燃机效率；运行平稳、大大延长了使用寿命；结构紧凑，适用于各种多缸柴油和汽油内燃机，对传统的结构改动小，加工容易，节约成本。

Description

双曲轴连杆偏置内燃机

技术领域

本实用新型涉及一种内燃机，尤其是涉及通过改进内燃机的曲轴连杆机构，提高内燃机能量转换效率效率的双曲轴连杆偏置内燃机。 

背景技术

内燃机使用气缸和活塞机构将燃料的燃烧产生的压力转化为机械动力，而后使用曲轴连杆机构，将活塞的平移转化为曲轴的旋转动力向外输出。曲轴连杆机构是目前普遍使用的内燃机上的不可或缺的主要部件，其工作原理是利用连杆一端与气缸活塞铰接，同时连杆另一端与曲轴曲颈铰接，使气缸活塞的往返运动转变成曲轴的旋转运动，再由曲轴传递动力做功。 

这种内燃机应用极广，是汽车、轮船等现代交通工具的传统动力，但是由于这种内燃机采用曲轴传递动力，其缺点在使用中不断暴露出来。 

活塞通过一个连杆与对应的曲轴颈相连。活塞在汽缸中做往返的直线运动，通过连杆与曲轴相连，两者相互作用，将活塞的直线运动转化成对外做功的圆周运动。其缺点是活塞的连杆和曲轴之间的相互作用力的夹角总是随着曲轴的旋转而改变，不能保持最佳力矩，不仅浪费了机械能还加剧了机械的损耗，所消耗的功很大，因此对燃油的浪费也是惊人的。 

四冲程气缸活塞的连杆对曲轴的作用力受到作用角度的限制，因此曲轴的旋转是不够平稳的。 

现有内燃机能量转换是由缸内气体膨胀压力与活塞组往复惯性力相加的作用合力通过连杆传给曲柄，在曲柄上以切向获得扭矩由曲轴输出。因为连杆和垂直方向夹角的改变，其切向力值是变化的，缸内气体膨胀压力达到最高值，夹角为0度，因此，对曲轴轴颈旋转力矩也为0，也就是说，当活塞处于上止点，混合气在最大压缩状态下点火，此时，对曲轴轴 颈旋转力矩的贡献却为零，这就使得现有内燃机曲柄连杆机构能量转换效率不高，内燃机的整体效率一般不会超过30％，造成能源浪费。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种机械效率高、解决现有内燃机以及曲轴与活塞之间相互作用造成机械能浪费和机械损耗的问题的新型的曲柄连杆机构。 

为了解决上述技术问题，本实用新型的内燃机所采用的技术解决方案如下： 

一种双曲轴连杆偏置内燃机，包括进排气点火系统、气缸活塞机构和曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构为双曲轴，其包括： 

连杆11和斜连杆10，所述连杆11上端与气缸活塞机构的活塞4铰接，下端通过一个斜连杆销9与斜连杆10中部铰接； 

所述双曲轴，分别为主曲轴8和副曲轴7，所述主曲轴8和副曲轴7在曲轴箱壁上的安装位置为主曲轴8在上，副曲轴7在下，其轴心连线与水平面形成一个夹角；所述主曲轴8和副曲轴7的主曲轴轴颈12和副曲轴轴颈13分别与斜连杆10的两端铰接； 

所述主曲轴8和副曲轴7轴心连线与水平面形成的夹角在15度-50度之间。 

所述连杆11和斜连杆10、斜连杆10的两端与主曲轴轴颈12和副曲轴轴颈13的铰接方式采用在铰接孔内使用轴瓦作为内衬。 

所述连杆11下部接近所述斜连杆销9处为内凹的曲线形状。 

所述活塞4处于上止点时，所述斜连杆10和水平方向的夹角分别为30度和15度。 

所述内燃机在所述主副曲轴7，8上引出主曲轴齿轮14和副曲轴齿轮15，在所述主副曲轴齿轮14和15之间设置惰齿轮17，惰齿轮17、主曲轴齿轮14和副曲轴齿轮15与所述斜连杆10形成一个平行四边形，所述斜连杆10围绕惰齿轮17、主曲轴齿轮14和副曲轴齿轮15连线运 转。 

所述内燃机采用卧式气缸排列形式，改善双曲轴的润滑条件。 

本实用新型具有了以下优点： 

改善活塞与曲轴之间相互作用，在整个工作循环中，旋转力距保持最佳状态，尤其是当活塞处于压缩冲程的上止点，可燃气点火爆发时，连杆对曲柄轴颈施加一个较大的旋转力矩，提高了现有内燃机的燃烧效率和机械效率20％以上，； 

机械运转稳定性高，运行平稳，减少了机械损耗、大大延长了使用寿命； 

结构紧凑，适用于各种多缸柴油和汽油内燃机，还适用于空压机； 

对传统的结构改动小，加工容易，节约成本。 

附图说明

图1-图2显示本双曲轴连杆偏置内燃机的工作冲程； 

图3和图4显示排气冲程； 

图5-1、图5-2、6-1和图6-2显示斜连杆与水平线不同夹角的实施例的示意图； 

图7是本实用新型双曲轴连杆的稳定机构示意图； 

图8显示本实用新型采用卧式气缸的实施例的示意图。 

图中 

1火花塞    10斜连杆 

2进气门    11连杆 

3排气门    12主曲轴轴颈 

4活塞      13副曲轴轴颈 

5活塞销    14主曲轴齿轮 

6气缸      15副曲轴齿轮 

7副曲轴    16惰齿轮 

8主曲轴    17惰齿轮轴 

9斜连杆销 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进一步详细说明。 

图1-图3说明了本实用新型的结构和工作原理，如图所示，本内燃机为活塞式内燃机，而且大部分结构和传统的内燃机结构相同，包括：进气门2、排气门3和火花塞1组成进排气点火系统；气缸6和活塞4组成气缸活塞机构，连杆11和曲轴(包括主副曲轴8，7)构成曲柄连杆机构，完成将活塞4的上下直线运动和曲轴的旋转运动的动力转换。本实用新型的特点在于改进了曲柄连杆机构，增加一根曲轴和斜连杆10，使连杆11和斜连杆10铰接，形成偏置，同时驱动双曲轴。该双曲轴连杆偏置机构替换原来的单一连杆，改善了活塞4与曲轴之间相互作用，在整个工作循环中，旋转力距保持最佳状态，尤其是当活塞4处于压缩冲程的上止点，可燃气点火爆发瞬间，连杆11和斜连杆10对主副曲柄轴颈均施加一个较大的旋转力矩，提高了现有内燃机的燃烧效率和机械效率。 

本实用新型的双曲轴连杆偏置机构包括一根连杆11和斜连杆10，连杆11上端与活塞4铰接，下端通过斜连杆销9与斜连杆10中部铰接；两根曲轴，根据其受力情况，分别为主曲轴8和副曲轴7，主曲轴8和副曲轴7在曲轴箱壁上的安装位置为主曲轴8在上，副曲轴7在下，其轴心连线与水平面形成一个夹角，该夹角一般在15度-50度之间；主曲轴轴颈12和副曲轴轴颈13分别与斜连杆10的两端铰接。当活塞4上下移动时，驱动连杆11运动，斜连杆10在连杆11和主副曲轴机构的共同作用下，其下端的斜连杆销9做旋转运动；斜连杆10的两端驱动主曲轴轴颈12和副曲轴轴颈13分别绕主曲轴8和副曲轴7同步旋转，带动主曲轴8和副曲轴7转动，输出动力。 

上述铰接方式都是采用传统的连杆和曲轴轴颈的连接方式，在铰接孔内采用轴瓦作为内衬。 

连杆11下端在转动时，在主曲轴轴颈12处于主副轴心连线方向的最远端时，连杆11与主曲轴8会发生干涉，为了避免该情况的发生，将连杆11下部接近斜连杆销9处设计为内凹的曲线形状。 

以下配合附图说明本实用新型的工作原理： 

图1-图2显示本双曲轴连杆偏置内燃机的工作冲程；图1显示压缩冲程结束，此时，活塞4处于上止点，进气门2和排气门3均处于关闭状态，在可燃气处于最大压缩状态下时火花塞4点火，可燃气体燃烧推动活塞5下行，此时，由于连杆11的下端的斜连杆销9推动斜连杆10下行，斜连杆10的两端分别驱动主曲轴轴颈12和副曲轴轴颈13，由于主副曲轴轴颈12和13和主副曲轴8和7轴心连线的方向与斜连杆10对曲轴轴颈的作用力的方向不在一条线上，偏离一个角度，斜连杆10对主副曲轴轴颈12，13的作用力产生水平分力，该水平分力驱动主副曲轴轴颈12，13旋转。 

图2显示作工冲程，活塞5处于气缸中间的受力下行状态。此时，可燃气体推动活塞5继续下行，在斜连杆10的牵动下，主副曲轴轴颈12，13继续旋转，斜连杆10和主副曲轴轴颈12和13与主副曲轴8和7轴心连线的方向之间的夹角为逐渐加大，达到90度，使旋转力矩达到最大值；之后，逐渐减小。 

图3和图4显示排气冲程；在主副曲轴旋转惯性的带动下，推动斜连杆销9继续转动，连杆11上行，在连杆11上行的作用下，继而推动活塞5上行，此时，此时活塞5越过下止点，处于上行状态；活塞5上行完成排气冲程。在排气过程中，排气门3始终处于打开的状态。 

之后，在主副曲轴转动惯性的作用下，主副曲轴轴颈12，13继续旋转，推动活塞5上下运动，完成进气和压缩冲程，继而完成整个工作循环。 

根据传统的曲柄连杆机构，在气体压缩到最大时，活塞处于上止点，连杆处于垂直方向，此时点火，活塞下行推力对曲轴轴颈的水平分力为零。也就是说，当可燃气体燃烧爆发力最大的时候，对曲轴轴颈的旋转 作用力为零。因此，通常点火时间要延迟一个时间，此时，气体已经不是处于最大压缩状态，必然要降低燃烧效率。 

在本技术方案，活塞5从上止点到下止点的整个过程中，斜连杆10始终和水平方向有一个15度到60度的夹角，随主副曲轴轴颈12和13与主副曲轴8和7轴心连线的方向与水平方向夹角的变化，斜连杆10与主副曲轴轴颈12和13与主副曲轴8和7轴心连线的方向之间的夹角从0度和90度之间变化。在活塞5处于上止点，斜连杆10仍然能够对主副曲轴轴颈12，13产生较大的旋转力矩，因此，在压缩过程，活塞5到达上止点时即可点火，可燃气体燃烧推动活塞5下行，如上分析，本连杆机构即可对主副曲轴轴颈12，13产生较大旋转力矩。本技术方案在整个作工行程充分利用了可燃气体燃烧形成的压力，并将其充分转化为推动曲轴轴颈旋转的动力，使燃烧效率大大提高，发动机运行更加平稳。 

图5-1、图5-2、图6-1和图6-2显示斜连杆与水平线不同夹角的实施例的示意图。活塞4处于上止点时，斜连杆10和水平方向的夹角分别为30度和15度(与垂直方向的夹角分别为60度和75度)，斜连杆10对曲轴轴颈的作用力F_x，产生两个分力F_x和F_Y，随上述夹角的变化，对曲轴轴颈形成旋转力矩的分力F_x大小变化。 

图7是本实用新型双曲轴连杆的稳定机构示意图；当主曲轴8旋转到图7所示的位置时，斜连杆10的夹角为45度，主副曲轴轴颈连线与斜连杆10重合为一条线时，因斜连杆10与曲轴轴颈间的受力点不同，会发生不同步不同方向旋转而卡死的现象。本实用新型分别在主副曲轴7，8上引出主曲轴齿轮14和副曲轴齿轮15，在上述曲轴齿轮14和15之间设置惰齿轮17，惰齿轮17、主曲轴齿轮14和副曲轴齿轮15与斜连杆10形成一个平行四边形，斜连杆10围绕惰齿轮17、主曲轴齿轮14和副曲轴齿轮15连线运转，解决上述问题，将连杆11的作用力平稳输出。 

图8显示本实用新型采用卧式气缸的实施例的示意图；由于采用双曲轴系统，处于较高位置的曲轴润滑条件变差；本实用新型采用卧式气缸的形式，使双双曲轴中的两个曲轴的润滑条件都得到改善。 

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种双曲轴连杆偏置内燃机，包括进排气点火系统、气缸活塞机构和曲柄连杆机构，其特征在于： 

所述曲柄连杆机构为双曲轴，其包括： 

连杆(11)和斜连杆(10)，所述连杆(11)上端与气缸活塞机构的活塞(4)铰接，下端通过一个斜连杆销(9)与斜连杆(10)中部铰接； 

所述双曲轴，分别为主曲轴(8)和副曲轴(7)，所述主曲轴(8)和副曲轴(7)在曲轴箱壁上的安装位置为主曲轴(8)在上，副曲轴(7)在下，其轴心连线与水平面形成一个夹角；所述主曲轴(8)和副曲轴(7)的主曲轴轴颈(12)和副曲轴轴颈(13)分别与斜连杆(10)的两端铰接。 

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：所述主曲轴(8)和副曲轴(7)轴心连线与水平面形成的夹角在15度-50度之间。 

3.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于：所述连杆(11)和斜连杆(10)、斜连杆(10)的两端与主曲轴轴颈(12)和副曲轴轴颈(13)的铰接方式采用在铰接孔内使用轴瓦作为内衬。 

4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于：所述连杆(11)下部接近所述斜连杆销(9)处为内凹的曲线形状。 

5.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述活塞(4)处于上止点时，所述斜连杆(10)和水平方向的夹角分别为30度和15度。 

6.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机在所述主副曲轴(8、7)上引出主曲轴齿轮(14)和副曲轴齿轮(15)，在所述主副曲轴齿轮(14、15)之间设置惰齿轮(17)，惰齿轮(17)、 主曲轴齿轮(14)和副曲轴齿轮(15)与所述斜连杆(10)形成一个平行四边形，所述斜连杆(10)围绕惰齿轮(17)、主曲轴齿轮(14)和副曲轴齿轮(15)连线运转。 

7.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机采用卧式气缸排列形式，改善双曲轴的润滑条件。 

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