CN207064073U - 一种节能可增大转矩的内燃机曲轴机构 - Google Patents

Abstract

本技术提供一种节能可增大转矩的内燃机曲轴机构，它包括曲轴、偏心套体、拉杆和拉杆小曲轴、连杆、活塞，偏心套体上具有与曲轴的曲柄配合的内孔，偏心套体的外圆轴线和所述内孔的轴线呈偏心状态；偏心套体外圆上安装连杆，连杆另一端与活塞相连；拉杆的一端与偏心套体的偏心套体臂铰接，另一端与拉杆小曲轴的曲柄铰接；曲轴和拉杆小曲轴等角速度转动，偏心套体以所述内孔轴线为轴线摆动；当曲轴曲柄旋转到上止点时，由于偏心套体的作用，活塞并未到达上止点位置；以曲轴曲柄在上止点时的位置为基准，曲轴曲柄转过角度α=12°‑38°时，活塞到达上止点位置。内燃机在活塞上止点附近时，既有较大的力臂也有较大的燃气压力，能够输出较大扭矩。

Description

一种节能可增大转矩的内燃机曲轴机构

技术领域

本技术涉及内燃机领域，具体地说，是一种能够节约油耗、增大转矩的内燃机曲轴机构。

背景技术

传统内燃机是气缸爆发时所产生的压力，通过活塞、连杆和曲轴对外输出扭矩而作功的，而气缸压力对曲轴力矩的力臂从上止点到下止点是一个由零逐渐变大，再逐渐回到零的过程，就是说当曲轴的一个曲柄达到上止点时，连接在该曲轴曲柄上的连杆的轴线通过曲轴的中心，连接在所述连杆上的活塞也在上止点位置，此时气缸内的燃气燃烧压力很大，力臂却很小，所以这时内燃机发出的扭矩也很小，当力臂随着曲轴的转动逐渐变大（从曲轴曲柄位于上止点位置时作为基准，曲轴转动90°时力臂达到最大）时，燃气燃烧产生的压力却急速变小，所以转矩仍然不大，这就大大的影响了内燃机扭矩的功率输出，造成能源的巨大浪费。

发明内容

本技术的目的是提供一种节能可增大转矩的内燃机曲轴机构，该曲轴机构，当从曲轴曲柄从上止点位置时再转动一个小角度时力臂达到最大，从而使得内燃机在活塞上止点附近时，既有较大的力臂也有较大的燃气压力，输出较大扭矩。

本技术所述的节能可增大转矩的内燃机曲轴机构，包括曲轴1、偏心套体4、拉杆5和拉杆小曲轴3、连杆2、活塞7，偏心套体4上具有与曲轴1的曲柄11配合的内孔41，偏心套体4的外圆42轴线和所述内孔41的轴线呈偏心状态；偏心套体4外圆42上安装连杆2，连杆2另一端与活塞7相连；拉杆5的一端与偏心套体4的偏心套体臂铰接，另一端与拉杆小曲轴3的曲柄31铰接；曲轴1和拉杆小曲轴3等角速度转动，偏心套体4以所述内孔41轴线为轴线摆动；当曲轴1的曲柄11旋转到上止点时，由于偏心套体4的作用，活塞并未到达上止点位置；以曲轴曲柄11在上止点时的位置为基准，曲轴曲柄11转过角度α=12°-38°时，由于偏心套体4的作用，活塞到达上止点位置。

本技术的有益效果：由于连杆通过偏心套体与曲轴曲柄相连，本技术将传统往复式内燃机曲轴的曲柄在上止点时作功改变到曲轴曲柄从上止点转过一定角度α=12°-38°，已产生较大的力臂时爆发作功，有效利用燃气燃烧爆发时最大的能量作功，提高了燃料的能量转换率。也就是说，本技术中，活塞到达上止点、燃气燃烧爆发作功时曲轴曲柄已从上止点转过一定的角度，此时就存在一个较大力臂。但传统的内燃机在活塞到上止点、燃气燃烧爆发作功时没有产生力臂，没有力臂的产生即作了一个很大的无用功。本技术则是在活塞到达上止点爆发作功时已有较为理想的力臂L存在，因此能够产生较大扭矩。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，偏心套体臂上有销孔，拉杆通过穿过该销孔的销轴与偏心套体臂铰接。拉杆与拉杆小曲轴3曲柄相连的一端绕拉杆小曲轴3轴线作圆周转动，拉杆与偏心套体臂相连的一端带动偏心套体绕曲轴曲柄轴线或者内孔41轴线摆动。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，曲轴曲柄11从在上止点的基准位置转动到活塞到达上止点位置的过程中，曲轴1的转动方向与偏心套体4绕内孔41轴线摆动的方向相反。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，曲轴1轴线和拉杆小曲轴3轴线平行，活塞7轴线与曲轴1轴线垂直；曲轴1轴线和拉杆小曲轴3轴线所在的平面100与活塞7轴线和曲轴1轴线所在的平面200相垂直；曲轴1与拉杆小曲轴3转动方向相反；拉杆小曲轴曲柄31在平面100上方时，曲轴1的转动方向与偏心套体4绕内孔41轴线摆动的方向相反；拉杆小曲轴曲柄31在平面100下方时，曲轴1的转动方向与偏心套体4绕内孔41轴线摆动的方向相同。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，拉杆小曲轴曲柄31轴线与拉杆小曲轴3轴线所在平面300与平面100呈15°-25°夹角时，曲轴曲柄11位于上止点或下止点。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，带动拉杆小曲轴3转动的一对啮合的齿轮分别设置在曲轴1和拉杆小曲轴3上。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，拉杆5为弧形，向远离曲轴1轴线的方向凸起。这样可以避免拉杆靠近曲轴1轴线的凹部与曲轴干涉。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，偏心套体4以通过内孔41轴线的平面被分隔成两部分。这样方便安装偏心套体4。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，偏心套体4的内孔41壁为耐磨合金。这样可以减小对偏心套体和曲轴曲柄的磨损。

作为对上述的内燃机曲轴机构的进一步改进，内燃机为单缸或多缸内燃机，拉杆小曲轴3的曲柄31的数量与内燃机的气缸数相同；曲轴1的每个曲柄11通过一个偏心套体4、一个拉杆5与拉杆小曲轴3的一个曲柄31相连。这样，每一个气缸中的活塞到达上止点燃气燃烧爆发作功时曲轴曲柄已从上止点转过一定的角度，产生了一个较大力臂，有效利用燃气燃烧爆发时最大的能量作功，提高了燃料的能量转换率。曲轴1的曲柄11设计为偶数，均布在以曲轴轴线为中心的圆周上，这样有利于曲轴1的动平衡，在运转中也能产生惯性，有利于内燃机的运转。相应的，拉杆小曲轴3的曲柄31设计为偶数，均布在以拉杆小曲轴轴线为中心的圆周上，这样有利于拉杆小曲轴3的动平衡。

当曲轴1的曲柄旋转到上止点时，由于偏心套体4的作用，活塞的连杆瓦轴线并未到达上止点位置，当曲轴1的曲柄到上止点位置后继续转过一个小角度时，由于偏心套体4的作用，此时活塞连杆瓦轴线才到达上止点位置，内燃机气缸内的活塞也到达上止点位置，这时气缸内空气压缩到极值，此时内燃机喷油咀喷油或火花塞点火，内燃机气缸内燃气燃烧爆发，由活塞推动连杆和曲轴1旋转作功，就是说活塞压缩空气到达气缸上止点爆发作功时，曲轴1就有了较大的力臂产生，使燃气燃烧爆发时最大的能量可利用作功，提高了燃料的能量转换率。

附图说明

图1是曲轴曲柄在上止点位置（α=0°，平面300与平面100呈20°夹角）时的曲轴机构示意图。

图2是α=15°（平面300与平面100呈35°夹角）时曲轴机构示意图。

图3是α=33°（平面300与平面100呈53°夹角）时曲轴机构示意图。

图4是α=90°（平面300与平面100呈110°夹角）时曲轴机构示意图。

图5是平面300与平面100呈155°夹角时曲轴机构示意图。

图6是平面300与平面100呈160°夹角（曲轴曲柄在下止点位置）时曲轴机构示意图。

图7是平面300与平面100呈115°夹角时曲轴机构示意图。

图8是平面300与平面100呈70°夹角时曲轴机构示意图。

图9是平面300与平面100呈25°夹角时曲轴机构示意图。

图10是曲轴曲柄从上止点位置转过一个角度α时的曲轴机构示意图。

图11是曲轴曲柄在上止点位置时的曲轴机构示意图。

图12是图11中的曲轴、拉杆小曲轴等俯视图。

图13是偏心套体的示意图。

图14是图13的右视图。

图中，曲轴1、曲轴轴线10、曲轴曲柄11、曲轴曲柄110、连杆2、拉杆小曲轴3、拉杆小曲轴轴线30、拉杆小曲轴曲柄31、拉杆小曲轴曲柄轴线310、偏心套体4、内孔41、外圆42、偏心套体臂43、销孔44、拉杆5、齿轮6、活塞7、销轴8、曲轴轴线10和拉杆小曲轴轴线30所在的平面100、活塞轴线和曲轴轴线所在的平面200、拉杆小曲轴曲柄轴线310与拉杆小曲轴轴线30所在平面300、曲轴曲柄轴线110和曲轴轴线10所在平面400、曲轴曲柄中心轨迹即圆x、拉杆小曲轴曲柄中心轨迹即圆y、外圆42轴线绕内孔41轴线摆动轨迹（圆弧形）z、连杆2上端中心u、连杆2下端中心v。

具体实施方式

下面以曲轴1的偏心为50mm、偏心套体4的偏心为25mm、拉杆小曲轴3的偏心为65mm、拉杆5的孔距为226.68mm、曲轴1与拉杆小曲轴3的中心距为210mm为例进行说明。

参见图1所示的节能可增大转矩的内燃机曲轴机构，包括曲轴1、偏心套体4、拉杆5和拉杆小曲轴3、连杆2、活塞7。

两个齿数相等的啮合的齿轮6分别通过键连接在曲轴1和拉杆小曲轴3的同一端。为了防止齿轮6的尺寸外径过大，可以在曲轴1和拉杆小曲轴3之间设置偶数个相啮合的齿轮6进行传动，使得曲轴1和拉杆小曲轴3转动角速度相同、方向相反。

偏心套体4上具有与曲轴1的曲柄11配合的直径为70mm的内孔41，偏心套体4的内孔41壁为耐磨合金。

偏心套体4的外圆42直径为130mm，外圆42轴线和所述内孔41的轴线呈偏心状态，偏心距为25mm；偏心套体4以通过内孔41轴线的平面被分隔成两部分。

偏心套体4外圆42上安装连杆2下端，连杆2上端与活塞7相连。连杆2与活塞相连的上端中心（即活塞的连杆瓦轴线）u到连杆2与外圆42相连的下端中心v（即外圆42轴线）的距离是250mm。

偏心套体4具有向侧部延伸的偏心套体臂43，偏心套体臂43上有销孔44。销孔44轴线与内孔41轴线平行，两者间距是130mm，销孔44轴线和内孔41轴线所在的平面与外圆42轴线和内孔41轴线所在的平面的夹角是50°。

拉杆5的一端通过穿过销孔44的销轴8与偏心套体臂铰接，拉杆5另一端与拉杆小曲轴3的曲柄31铰接；销孔44轴线与拉杆小曲轴曲柄轴线平行，两者间距226.68mm。拉杆5为弧形，向远离曲轴1轴线的方向凸起。

曲轴转动时，通过齿轮传动带动拉杆小曲轴3转动绕其轴线3转动，由于两个齿轮6相同，曲轴1和拉杆小曲轴3等角速度转动，拉杆与曲柄31相连的一端做圆周运动，拉杆的另一端即通过偏心套体臂43带动偏心套体4以内孔41轴线为轴线进行摆动。

曲轴1轴线10和拉杆小曲轴3轴线30平行，间距210mm。活塞7轴线与曲轴1轴线垂直；曲轴1轴线和拉杆小曲轴3轴线所在的平面100与活塞7轴线和曲轴1轴线所在的平面200相垂直；曲轴1与拉杆小曲轴3转动方向相反。

曲轴1的偏心距为50mm，也就是说，曲轴曲柄中心的轨迹为一个直径100mm圆x。拉杆小曲轴的偏心距为65mm，也就是说，拉杆小曲轴曲柄中心的轨迹为一个直径130mm圆y。

参见图1，当曲轴1的曲柄11旋转到上止点时，拉杆小曲轴曲柄31轴线和拉杆小曲轴3轴线所在平面300与曲轴1轴线和拉杆小曲轴3轴线所在的平面100呈20°夹角，且拉杆小曲轴曲柄31在平面100上方。此时，连杆2与活塞相连的上端中心u到曲轴轴线10的距离是298.75mm，此时活塞并未到达上止点位置。

随着曲轴的顺时针转动，拉杆小曲轴的逆时针转动，偏心套体4绕内孔41轴线逆时针摆动。

参见图2，以曲轴曲柄11在上止点时的位置为基准，曲轴曲柄11转过角度α=15°、平面300与平面100呈35°夹角时，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是300.67mm，此时活塞到达上止点位置，曲轴曲柄轴线到曲轴轴线在水平方向的距离为12.94mm，也就是说，产生了一个12.94mm的力臂。此时如果燃气燃烧爆发，会对活塞产生较大的压力，再加上有较大的力臂存在，所以曲轴能够产生较大的扭矩。

随着曲轴的继续转动，参见图3，当曲轴曲柄11转过角度α=33°、平面300与平面100呈53°夹角时，连杆的上端中心u到曲轴轴线10的距离是298.76mm，曲轴曲柄轴线到曲轴轴线在水平方向的距离达到最大，为27.23mm，也就是说，产生了一个最大为27.23mm的力臂。此时，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是298.76mm，与前面所述α=15°、活塞到达上止点位置时连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离300.67mm相比，十分接近；但此时力臂27.23mm却是前面所述力臂12.94mm的2.1倍。因此，此时如果燃气燃烧爆发，相对于前面所述在α=15°时燃气燃烧爆发，能够产生更大扭矩。

参见图4，曲轴曲柄转动到曲轴曲柄轴线、曲轴轴线、拉杆小曲轴轴线共面时，平面300与平面100呈110°夹角，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是244.95mm。

参见图5，平面300与平面100呈155°夹角，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是237.35mm。

参见图6，当曲轴1的曲柄11旋转到下止点时，拉杆小曲轴曲柄31轴线和拉杆小曲轴3轴线所在平面300与曲轴1轴线和拉杆小曲轴3轴线所在的平面100呈160°夹角，且拉杆小曲轴曲柄31在平面100下方。此时，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是是222.99mm。

参见图7，平面300与平面100呈115°夹角，且拉杆小曲轴曲柄31轴线在平面100下方，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是221.79mm。

参见图8，平面300与平面100呈70°夹角，且拉杆小曲轴曲柄31轴线在平面100下方，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是243.06mm。

参见图9，平面300与平面100呈25°夹角，且拉杆小曲轴曲柄31轴线在平面100下方，连杆上端中心u到曲轴轴线10的距离是275.6mm。

参见图10示出了曲轴曲柄11从基准位置转动角度α（曲轴曲柄轴线和曲轴轴线所在平面400与曲轴轴线和活塞轴线所在平面200的夹角）后，曲轴曲柄轴线到曲轴轴线在水平方向的距离即力臂L。

偏心套体4偏心部位安装在曲轴旋转一周中的作功冲程一边，这样当曲轴1的曲柄旋转到上止点后再转动一个小角度时，偏心套体4的外圆轴线，因拉杆5的作用向上移动，这时安装在偏心套体4外圆上的连杆2将内燃机活塞在气缸内推送到上止点，将空气压缩到极值爆发作功，此时曲轴1也产生了较大的力臂。

Claims (10)

1.一种节能可增大转矩的内燃机曲轴机构，包括曲轴（1）、偏心套体（4）、拉杆（5）和拉杆小曲轴（3）、连杆（2）、活塞（7），其特征是：偏心套体（4）上具有与曲轴（1）的曲柄（11）配合的内孔（41），偏心套体（4）的外圆（42）轴线和所述内孔（41）的轴线呈偏心状态；偏心套体（4）外圆（42）上安装连杆（2），连杆（2）另一端与活塞（7）相连；拉杆（5）的一端与偏心套体（4）的偏心套体臂铰接，另一端与拉杆小曲轴（3）的曲柄（31）铰接；曲轴（1）和拉杆小曲轴（3）等角速度转动，偏心套体（4）以所述内孔（41）轴线为轴线摆动；当曲轴（1）的曲柄（11）旋转到上止点时，由于偏心套体（4）的作用，活塞并未到达上止点位置；以曲轴曲柄（11）在上止点时的位置为基准，曲轴曲柄（11）转过角度α=12°-38°时，由于偏心套体（4）的作用，活塞到达上止点位置。

2.如权利要求1所述的内燃机曲轴机构，其特征是：偏心套体臂上有销孔，拉杆通过穿过该销孔的销轴与偏心套体臂铰接。

3.根据权利要求1所述的内燃机曲轴机构，其特征是：曲轴曲柄（11）从在上止点的基准位置转动到活塞到达上止点位置的过程中，曲轴（1）的转动方向与偏心套体（4）绕内孔（41）轴线摆动的方向相反。

4.根据权利要求3所述的内燃机曲轴机构，其特征是：曲轴（1）轴线和拉杆小曲轴（3）轴线平行，活塞（7）轴线与曲轴（1）轴线垂直；曲轴（1）轴线和拉杆小曲轴（3）轴线所在的平面（100）与活塞（7）轴线和曲轴（1）轴线所在的平面（200）相垂直；曲轴（1）与拉杆小曲轴（3）转动方向相反；拉杆小曲轴曲柄（31）轴线在平面（100）上方时，曲轴（1）的转动方向与偏心套体（4）绕内孔（41）轴线摆动的方向相反；拉杆小曲轴曲柄（31）轴线在平面（100）下方时，曲轴（1）的转动方向与偏心套体（4）绕内孔（41）轴线摆动的方向相同。

5.根据权利要求4所述的内燃机曲轴机构，其特征是：拉杆小曲轴曲柄（31）轴线与拉杆小曲轴（3）轴线所在平面（300）与平面（100）呈15°-25°夹角时，曲轴曲柄（11）位于上止点或下止点。

6.根据权利要求4所述的内燃机曲轴机构，其特征是：带动拉杆小曲轴（3）转动的一对啮合的齿轮分别设置在曲轴（1）和拉杆小曲轴（3）上。

7.根据权利要求4所述的内燃机曲轴机构，其特征是：拉杆（5）为弧形，向远离曲轴（1）轴线的方向凸起。

8.根据权利要求1所述的内燃机曲轴机构，其特征是：偏心套体（4）以通过内孔（41）轴线的平面被分隔成两部分。

9.根据权利要求8所述的内燃机曲轴机构，其特征是：偏心套体（4）的内孔（41）壁为耐磨合金。

10.根据权利要求1所述的内燃机曲轴机构，其特征是：内燃机为单缸或多缸内燃机，拉杆小曲轴（3）的曲柄（31）的数量与内燃机的气缸数相同；曲轴（1）的每个曲柄（11）通过一个偏心套体（4）、一个拉杆（5）与拉杆小曲轴（3）的一个曲柄（31）相连。