CN203730129U - 一种齿轮轴驱动活柄机构的内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，包括壳体与密封盖，壳体内部通过腔壁与壳壁构成两个密封腔体内设有偏转子；偏转子包括外环与偏心设于外环内部的内环通过活柄连接；内环的圆心套设在中心定位轴上，腔体的外周设有周边定位轴，偏转子在位于周边定位轴限定的内腔内运动；分别位于两个腔体内的外环与内环之间形成密封的压缩排气气缸与进气做功气缸；腔体底端设有与外环外壁的内齿轮相啮合的齿轮环，齿轮环通过齿轮轴进行驱动。驱动动力由齿轮环带动啮合的外环一起转动，外环通过活柄带动内环绕着中心定位轴进行转动；再通过外环与内环之间形成的密封气缸进行压缩、做功由齿轮轴输出动力，从而减少活柄与内环相对运动摩擦力，提高做功。

Description

一种齿轮轴驱动活柄机构的内燃机

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，具体涉及一种齿轮轴驱动活柄机构的内燃机。

背景技术

内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发，将其放出的热能直接转换为动力的动力机械。内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。

内燃机自问世以来，主要采用曲轴连杆机构框架，将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的膨胀气体，膨胀气体推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。这种往复式发动机虽然技术比较完善，但无法从根本上解决油耗问题，其油耗产生的主要原因有：一是为了克服活塞惯性导致的能量损失；二是膨胀压力只能部分转化为旋转动力；三是配气机构运转时消耗能量；四是冲程转换导致的能量损失；五是负荷特性导致的热量损失。这些原因使得目前现有的内燃机的燃油效率仅在30%左右，严重地浪费了能源。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种摩擦小、燃油效率高的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机。

本实用新型的技术方案是：一种齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，包括壳体与密封盖，所述壳体内部通过腔壁与壳壁构成两个密封腔体，所述腔体内设有偏转子；所述偏转子包括外环与偏心设于外环内部的内环，所述外环的内壁设有活柄，内环外侧开设有与活柄间隙配合的活柄槽；所述内环的圆心套设在两端固定在壳壁的中心定位轴上，所述腔体的外周设有与中心定位轴平行的周边定位轴，所述偏转子在位于周边定位轴限定的内腔内运动；分别位于两个腔体内的外环与内环之间形成密封的压缩排气气缸与进气做功气缸；所述腔体底端设有齿轮环，所述齿轮环通过两端贯穿于壳体的齿轮轴进行驱动；所述外环的外壁中间开设有与所述齿轮环相啮合的内齿轮。

进一步，所述外环的内壁通过活柄销与活柄进行活动连接。使活柄在外环的内壁上可做小角度的摆动。

进一步，所述活柄的两侧为凹面，所述活柄槽的两侧为与活柄的凹面相配合的凸面；所述活柄的上下两面设有与外环的外弧面贯通的用于输送润滑油的凹槽。

进一步，所述外环的侧壁上开设有进气孔与排气孔；所述腔壁的一侧表面上开设有环形的高压进气槽与废气排气槽、另一侧表面上开设有环形的常压进气槽与高压排气槽；所述高压进气槽与废气排气槽分别与进气做功气缸的外环上的进气孔、排气孔连通；所述常压进气槽与高压排气槽分别与压缩排气气缸的外环上的进气孔、排气孔连通；所述常压进气槽的进气端与设于腔壁上的进气管连通，高压进气槽的进气端与高压排气槽的排气端均与设于壳体外部的增压储气罐连通，废气排气槽的出气端与设于腔壁上的排气管连通。

更进一步，所述高压进气槽与高压排气槽为90度圆弧槽，废气排气槽与常压进气槽为360度圆弧槽。

进一步，为了使偏转子平衡受力，所述壳壁的内表面上设有与所述进气孔、排气孔分别相通的环形的进气槽、排气槽。由于偏转子的两侧均能进气与排气，从而保证了偏转子的平衡受力，减少了摩擦阻力。

进一步，所述进气孔的进气端位于与腔壁相接触的外环侧面上，其出气端位于外环内壁上；所述排气孔的排气端位于与腔壁相接触的外环侧面上，其进气端位于外环内壁上。

进一步，所述内环的圆心开设有与中心定位轴相配合的轴孔，所述内环通过轴孔绕着主定位轴转动；所述中心定位轴与周边定位轴的两端均是通过轴承固定在壳壁。使中心定位轴与内环之间、周边定位轴与外环之间以相对滚动摩擦来代替滑动摩擦，从而减少它们之间的摩擦力。

本实用新型同现有内燃机的工作原理基本相同，但工作方式完全不同，现有内燃机采用单缸依次完成四个冲程，本实用新型采用压缩排气气缸与进气做功气缸的双缸四气室交替完成四个冲程，内燃机启动时，启动动力通过齿轮轴带动齿轮环转动，再通过齿轮环与外环外壁上的内齿轮进行啮合，从而带动活柄转动，而活柄带动内环绕着中心定位轴进行转动。由于内环偏心置于外环的内腔，外环与内环之间分别形成密封气缸，一个为压缩排气气缸、一个为进气做功气缸；且内环与外环动态接触部位形成一条密封线，其密封线为活柄离主轴最近的的位置，称为临轴线。本实用新型主要是通过外环与内环之间形成的圆月牙形密封的两个气缸进行压缩、做功而实现的，其中位于一个腔体内的密封气缸用于压缩排气气缸，位于另一个腔体内的密封气缸用于进气做功气缸。活柄在外环和内环的控制下做圆周旋转与伸缩运动，由于内环是偏心放置于外环内部，外环运动时，活柄则将圆月牙形气缸室形成膨胀气室和收缩气室。其具体过程如下：

常压进气：由压缩排气气缸的膨胀气室完成。压缩排气气缸的进气孔与360度圆弧的常压进气槽始终处于连通状态，外界空气通过进空气管进入常压进气槽后，再通过进气孔进入压缩排气气缸内，当活柄偏转至临轴线时，压缩排气气缸的气室开始膨胀，气室内产生真空吸力，空气被连续吸入气室，膨胀气室逐渐增大；

压缩及高压排气：由压缩排气气缸的收缩气室完成。当活柄再次偏转至临轴线时，膨胀气室完成常压进气后，压缩排气气缸的排气孔与高压排气槽是处于关闭状态，收缩气室开始压缩气体，当其排气孔与90度圆弧的高压排气槽连通时，气室内的高压气体通过高压排气槽排气而进入增压储气罐内；

高压进气及做功：由进气做功气缸的膨胀气室完成。进气做功气缸高压进气槽和增压储气罐连通，当活柄偏转至临轴线时，进气做功气缸的进气孔与90度圆弧的高压进气槽连通，高压气体和燃油混合后进入进气做功气缸的气室内，进气孔离开高压进气槽的瞬间，可燃气体被点燃，气室内的气体迅速膨胀而推动活柄做功，活柄带动外环转动，而外环带动齿轮轴进行旋转而输出动力。由于进气做功气缸的运转和能量转化所需的负能量很小，大部分正能量对外做功。

排出废气：由进气做功气缸的收缩气室完成。由于进气做功气缸的外环排气孔始终与360度圆弧的废气排气槽连通，当活柄再次偏转至临轴线时，收缩气室开始收缩，其内废气通过排气孔、废气排气槽而排到大气中。

上述四个冲程全部完成后，再循环依次进行，达到驱动做功的目的。

本实用新型应用于动力机械如内燃机时，压缩排气气缸与进气做功气缸组合在一起使用。而将本装置应用于压缩机械如空调、冰箱使用的压缩机时，则只使用一个气缸就可实现压缩功能。

本实用新型中是采用双缸组合为一个做功单元，根据实际需要，可将本实用新型的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机进行多缸组合应用，本实用新型可制成汽油机、柴油机，以及压缩机等。

所以本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型中由于活柄与外环的内壁通过活柄销进行活动连接，使活柄在外环的径向上可做小角度的摆动，协调了内环与外环的运动。

2、活柄的两侧为凹面，而活柄槽的两侧为与活柄凹面相配合的凸面，保证了活柄和内环、外环始终处于同一平面；活柄的上下两面也设有用于输送润滑油的凹槽，减少了摩擦阻力。

3、本实用新型采用齿轮轴驱动活柄机构的机构代替了现有的内燃机的曲轴连杆机构，克服了其活塞的惯性耗能、配气机构的阻力耗能、曲轴连杆机构的分力耗能，相当于减少了50%左右了能量消耗，即提高了50%的能量转化，使本实用新型的内燃机的燃油效率达到80%左右。

4、本实用新型的驱动动力由位于外环底部的齿轮轴带动齿轮环运转，而齿轮环通过与外环外壁上的内齿轮的啮合进行一起转动，外环再带动活柄转动，而活柄带动内环绕着中心定位轴进行转动，所以本实用新的动力是经外环输出，活柄只起到改变方向的作用，受力自然要小些，从而减少活柄与内环相对运动摩擦力，提高做功。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型组装示意图；

图3是本实用新型侧视图；

图4是图3中A-A剖视图；

图5是本实用新型中的壳体结构示意图；

图6是图5的剖视透视图；

图7是图5中B-B剖视图；

图8是本实用新型中的外环结构示意图；

图9是本实用新型中的外环立体结构示意图；

图10是本实用新型中的内环结构示意图；

图中：1-壳体，1-1-腔体，1-2-腔壁，1-3-高压进气槽，1-4-废气排气槽，1-5-高压排气槽，1-6-常压进气槽，1-7-壳壁；2-密封盖，3-中心定位轴，4-周边定位轴，5-齿轮轴，6-活柄，7-偏转子，8-外环，8-1-进气孔，8-2-排气孔， 8-3凹槽，8-4内齿轮，9-内环，9-1-轴孔，9-2-活柄槽，10-进气管，11-排气管，12-齿轮环。

具体实施方式

本实用新型的实施例仅以双缸组合为一个做功单元的汽油机为例进行说明。

如图1、3所示，一种齿轮轴驱动活柄机构的内燃机的外形图，其包括壳体1与密封盖2，壳体1的中间贯穿中心定位轴3、四周设有周边定位轴4，中心定位轴3与周边定位轴4均是通过轴承固定在壳体1的壳壁上；壳体1内部的腔壁上设有通入新鲜空气的进气管10及排出废气的排气管11；壳体1的底部设有用于驱动齿轮环的齿轮轴5。

如图2所示是本实用新型的组装示意图，包括壳体1与密封盖2，壳体1内部通过腔壁与壳壁构成两个密封腔体，腔体内设有偏转子7；偏转子7是由外环与偏心设于外环内部的内环通过活柄连接构成；内环的圆心套设在两端固定在壳壁的中心定位轴3，腔体的国周设有用于限定偏转子7运转的周边定位轴4；腔体底端设有齿轮环12，齿轮环12通过两端贯穿于壳体1的齿轮轴5进行驱动；外环的外壁中间开设有与齿轮环12相啮合的内齿轮。壳体1内部的腔壁上设有通入新鲜空气的进气管10，将空气进行压缩后输入增压储气罐中，增压储气罐内的高压气体再进入进气做功气缸内进行膨胀做功，并从排气管11将废气排出壳体1。

如图4所示是偏转子的结构示意图，偏转子位于壳体1内平行开设的两个腔体内，偏转子包括外环8与偏心设于外环8内部的内环9，外环8的内壁通过活柄销与活柄6进行活动连接，使活柄6在外环8的内壁上可做小角度的摆动，以协调内、外环的运动，并有利于高压气体做功；内环9外侧开设有与活柄6间隙配合的活柄槽。内环9的圆心套设在两端固定在壳壁的中心定位轴3，腔体的外周设有与中心定位轴3平行的周边定位轴4，外环底端设有与其外壁内齿轮相啮合的齿轮环12，齿轮环12通过两端贯穿于壳体1的齿轮轴5进行驱动。偏转子在位于周边定位轴4所限定的内腔内转动，膨胀气体在气缸内做功时带动活柄6转动，活柄6带动外环9转动，进而带动齿轮环12、齿轮轴5转动而输出机械能；外环8的侧壁上开设有进气孔8-1与排气孔8-2，腔壁与壳壁的表面上均开设有与进气孔8-1、排气孔8-2分别相通的环形的进气槽、排气槽。外环8与内环9之间形成密封气缸，位于一个腔体内的密封气缸用于压缩排气气缸，位于另一个腔体内的密封气缸用于进气做功气缸。腔壁上设有进气管10，新鲜空气从进气管10进入压缩排气气缸，将空气进行压缩后输入增压储气罐中，增压储气罐内的高压气体再进入进气做功气缸内进行膨胀做功，并从排气管11将废气排出壳体1。

进一步，所述进气孔8-1的进气端位于与腔壁相接触的外环8侧面上，其出气端位于外环8内壁上；所述排气孔8-2的排气端位于与腔壁相接触的外环8侧面上，其进气端位于外环8内壁上。

如图5所示是壳体的结构示意图，壳体1内部通过腔壁1-2与壳壁1-7构成两个密封腔体1-1，所述腔体1-1内设有偏转子；腔壁1-2与壳壁1-7的表面上均开设有与外环进气孔、排气孔分别相通的环形的进气槽、排气槽。

如图6、7所示，壳体1内的腔壁1-2的表面上开设有与外环上的进气孔、排气孔分别相通的环形的进气槽、排气槽。腔壁1-2的一侧表面上开设有90度圆弧的高压进气槽1-3与360度圆弧的废气排气槽1-4、另一侧表面上开设有环形的360度圆弧的常压进气槽1-6与90度圆弧的高压排气槽1-5；所述高压进气槽1-3与废气排气槽1-4分别与进气做功气缸的外环上的进气孔、排气孔连通；所述常压进气槽1-6与高压排气槽1-5分别与压缩排气气缸的外环上的进气孔、排气孔连通；所述常压进气槽1-6的进气端与设于腔壁1-2上的进气管连通，高压进气槽1-3的进气端与高压排气槽1-5的排气端均与设于壳体1外部的增压储气罐连通，废气排气槽1-4的出气端与设于腔壁1-2上的排气管连通。

位于两个腔体内的偏转子的外环由于启动动力的惯性作用进行转动，外界新鲜空气先从进气管经高压进气槽1-3进入压缩排气气缸内进行压缩，当其排气孔与90度圆弧的高压排气槽1-5连通时，被压缩的高压气体通过高压排气槽1-5排气而进入增压储气罐内。进气做功气缸高压进气槽1-3和增压储气罐连通时，高压气体进入高压进气槽1-3，当进气做功气缸的进气孔与90度圆弧的高压进气槽1-3连通时，高压气体和燃油进行混合后进入进气做功气缸的气室内开始膨胀；而当进气孔离开高压进气槽的瞬间，可燃气体被点燃，气室内的气体迅速膨胀而推动活柄做功，活柄带动主轴进行旋转而输出动力，而做功的同时将气室内的废气通过排气孔、废气排气槽1-4、排气管而排到大气中。

如图8、9所示是本实用新型中的外环结构示意图，外环8的内壁通过活柄销与活柄6进行活动连接，使活柄6在外环8的内壁上可做小角度的摆动，以协调内、外环的运动，并有利于高压气体做功。外环8的侧壁上开设有进气孔8-1与排气孔8-2，其分别与位于腔壁或壳壁的表面上开设的环形进气槽、排气槽相连通。活柄6的两侧为与内环上的活柄槽的两侧凸面相配合的凹面，活柄6的上下两面设有与外环的外弧面贯通的用于输送润滑油的凹槽8-3；外环8的外壁中间开设有与所述齿轮环相啮合的内齿轮8-4。

如图10所示是本实用新型中的内环结构示意图，内环9的圆心开设有开设有与中心定位轴相配合的轴孔9-1，内环9通过轴孔9-1绕着主定位轴3转动；内环9外侧开设有与活柄间隙配合的活柄槽9-2，活柄槽9-2的两侧为与活柄凹面相配合的凸面。

工作原理：

内燃机启动时，启动动力通过主轴带动内环、活柄转动，而活柄带动外环转动，内环偏心放置外环内，内环与外环动态接触部位形成一条密封线，其内密封线为活柄离主轴最近的的位置，称为临轴线。具体工作过程如下：

常压进气：压缩排气气缸的进气孔与360度圆弧的常压进气槽始终处于连通状态，外界空气通过进空气管进入常压进气槽后，再通过进气孔进入压缩排气气缸内，当活柄偏转至临轴线时，压缩排气气缸的气室开始膨胀，气室内产生真空吸力，空气被连续吸入气室，膨胀气室逐渐增大；

压缩及高压排气：当活柄再次偏转至临轴线时，膨胀气室完成常压进气后，压缩排气气缸的排气孔与高压排气槽是处于关闭状态，收缩气室开始压缩气体，当其排气孔与90度圆弧的高压排气槽连通时，气室内的高压气体通过高压排气槽排气而进入增压储气罐内；

高压进气及做功：进气做功气缸高压进气槽和增压储气罐连通，当活柄偏转至临轴线时，进气做功气缸的进气孔与90度圆弧的高压进气槽连通，高压气体和燃油混合后进入进气做功气缸的气室内，进气孔离开高压进气槽的瞬间，可燃气体被点燃，气室内的气体迅速膨胀而推动活柄做功，活柄带动外环、外环带动齿轮环、齿轮环带动齿轮轴进行旋转而输出动力。由于进气做功气缸的运转和能量转化所需的负能量很小，大部分正能量对外做功。

排出废气：由于进气做功气缸的外环排气孔始终与360度圆弧的废气排气槽连通，当活柄再次偏转至临轴线时，收缩气室开始收缩，其内废气通过排气孔、废气排气槽而排到大气中。

上述四个冲程全部完成后，再循环依次进行，达到驱动做功的目的。

以上实施例并非仅限于本实用新型的保护范围，所有基于本实用新型的基本思想而进行修改或变动的都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，包括壳体（1）与密封盖（2），所述壳体（1）内部通过腔壁（1-2）与壳壁（1-7）构成两个密封腔体（1-1），所述腔体（1-1）内设有偏转子（7）；所述偏转子（7）包括外环（8）与偏心设于外环（8）内部的内环（9），所述外环（8）的内壁设有活柄（6），内环（9）外侧开设有与活柄（10）间隙配合的活柄槽（9-2）；其特征在于：所述内环（9）的圆心套设在两端固定在壳壁（1-7）的中心定位轴（3）上，所述腔体（1-1）的外周设有与中心定位轴（3）平行的周边定位轴（4），所述偏转子（7）在位于周边定位轴（4）限定的内腔内运动；分别位于两个腔体（1-1）内的外环（8）与内环（9）之间形成密封的压缩排气气缸与进气做功气缸；所述腔体（1-1）底端设有齿轮环（12），所述齿轮环（12）通过两端贯穿于壳体（1）的齿轮轴（5）进行驱动；所述外环（8）的外壁中间开设有与所述齿轮环（12）相啮合的内齿轮（8-4）。

2.根据权利要求1所述的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，其特征在于：所述外环（8）的内壁通过活柄销与活柄（6）进行活动连接。

3.根据权利要求1所述的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，其特征在于：所述活柄（6）的两侧为凹面，所述活柄槽（9-2）的两侧为与活柄（6）的凹面相配合的凸面；所述活柄（6）的上下两面设有与外环的外弧面贯通的用于输送润滑油的凹槽（8-3）。

4.根据权利要求1所述的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，其特征在于：所述外环（8）的侧壁上开设有进气孔（8-1）与排气孔（8-2）；所述腔壁（1-2）的一侧表面上开设有环形的高压进气槽（1-3）与废气排气槽（1-4）、另一侧表面上开设有环形的常压进气槽（1-6）与高压排气槽（1-5）；所述高压进气槽（1-3）与废气排气槽（1-4）分别与进气做功气缸的外环上的进气孔、排气孔连通；所述常压进气槽（1-6）与高压排气槽（1-5）分别与压缩排气气缸的外环上的进气孔、排气孔连通；所述常压进气槽（1-6）的进气端与设于腔壁（1-2）上的进气管（10）连通，高压进气槽（1-3）的进气端与高压排气槽（1-5）的排气端均与设于壳体外部的增压储气罐连通，废气排气槽（1-4）的出气端与设于腔壁（1-2）上的排气管（11）连通。

5.根据权利要求4所述的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，其特征在于：所述高压进气槽（1-3）与高压排气槽（1-5）为90度圆弧槽，废气排气槽（1-4）与常压进气槽（1-6）为360度圆弧槽。

6.根据权利要求4所述的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，其特征在于：所述壳壁（1-7）的内表面上设有与所述进气孔（8-1）、排气孔（8-2）分别相通的环形的进气槽、排气槽。

7.根据权利要求4所述的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，其特征在于：所述进气孔（8-1）的进气端位于与腔壁（1-2）相接触的外环（8）侧面上，其出气端位于外环（8）内壁上；所述排气孔（8-2）的排气端位于与腔壁（1-2）相接触的外环（8）侧面上，其进气端位于外环（8）内壁上。

8.根据权利要求1所述的齿轮轴驱动活柄机构的内燃机，其特征在于：所述内环（9）的圆心开设有与中心定位轴（3）相配合的轴孔（9-1），所述内环（9）通过轴孔（9-1）绕着主定位轴（3）转动；所述中心定位轴（3）与周边定位轴（4）的两端均是通过轴承固定在壳壁（1-7）。