CN212202245U - 齿条活塞式内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种齿条活塞式内燃发动机，在传统的内燃机活塞远离汽缸的一端加装齿条，齿条有两个带有齿牙的侧面，每个侧面都有一个动力传导齿轮与齿条啮合。每台发动机都有两个动力输出轴，每个动力输出轴上都安装有与汽缸数相同的动力传导齿轮，且动力传导齿轮与汽缸活塞的位置一一对应。当汽缸内的燃料燃烧推动所述活塞运动时，活塞上的齿条带动与之啮合的两个动力传导齿轮转动，两个动力输出轴在动力传导齿轮的带动下旋转向传动系统输出动力。在发动机工作过程中，做直线往复运动的齿条的运动方向始终与动力输出轴的圆周的切线方向重合，从而增加了动力传输的效率，最终增加内燃机的能量转化效率。

Description

齿条活塞式内燃发动机

技术领域

本实用新型涉及一种内燃发动机，具体是一种齿条活塞式内燃发动机。

背景技术

现有内燃机使用汽缸活塞结构形成一个封闭的空间，当燃料在这个封闭空间燃烧时，空间内的气体膨胀推动活塞，通过与活塞连接的连杆，动力被传输到发动机曲轴做功。在发动机工作过程中，活塞始终沿直线做往复运动，而发动机的动力输出轴在做旋转运动，将直线往复运动转化为旋转运动由连杆和曲轴来完成。在直线运动转化为旋转运动的过程中，最理想的情况是直线运动的方向与旋转轴的圆周的切线方向重合，这样可以产生最大的动力传递效率。但现有的连杆曲轴结构无法保证这一点，传递动力的连杆与曲轴的圆周的切线始终存在着一个角度，这减小了连杆向曲轴传输动力的效率，使活塞向连杆传递过来的动力有很大一部分转化为热能消耗了。由于上述原因，现有以连杆曲轴结构传递动力的内燃发动机的能量转化效率普遍较低，在发动机工作过程中，燃料燃烧所产生的能量大部分都转化为热能，只有一小部分转化为发动机输出轴的动力。

实用新型内容

为了解决以连杆曲轴结构传递动力的内燃发动机能量转化效率较低的问题，本实用新型提供一种齿条活塞式内燃发动机，在传统的内燃机活塞远离汽缸的一端加装齿条，由这根齿条向动力输出轴传输动力。在发动机工作过程中，做直线往复运动的齿条的运动方向始终与动力输出轴的圆周的切线方向重合，从而增加了动力传输的效率，最终增加内燃机的能量转化效率。

本实用新型所采用的技术方案是：一种齿条活塞式内燃发动机，包括汽缸，活塞，连杆、曲轴。所述活塞远离汽缸的一端固定连接有一根齿条，齿条延伸方向与活塞运动方向一致。所述齿条有两个带有齿牙的侧面，每个侧面都有一个动力传导齿轮与齿条啮合。每台发动机都有两个动力输出轴，所述动力传导齿轮与动力输出轴固定连接，每个动力输出轴上都安装有与发动机汽缸数相同的动力传导齿轮，且动力传导齿轮与汽缸活塞的位置一一对应。当汽缸内的燃料燃烧推动所述活塞运动时，活塞上的齿条带动与之啮合的两个动力传导齿轮转动，两个动力输出轴在动力传导齿轮的带动下旋转，从而向传动系统输出动力。

上述的齿条活塞式内燃发动机，所述曲轴和连杆只起到带动活塞使活塞实现往复运动的作用，并不传输发动机的动力，因此可以适当缩小曲轴和连杆的宽度，减轻发动机的重量。

上述的齿条活塞式内燃发动机，所述动力传导齿轮上只有半幅圆周的边缘分布有齿牙，另外半幅圆周上没有齿牙。当汽缸内的气体膨胀推动活塞运动时，活塞上的齿条与动力传导齿轮上有齿牙的部分啮合；当活塞在曲轴连杆的推动下压缩气缸内的气体或排出气缸内的废气时，动力传导齿轮上没有齿牙的半幅转动到贴近齿条的位置，所述齿条与动力传导齿轮脱离接触，此时所述齿条的运动方向与膨胀气体推动活塞时齿条的运动方向相反。

上述的齿条活塞式内燃发动机，所述动力传导齿轮的没有齿牙的半幅设有一个高密度配重块，其目的在于平衡有齿牙和没齿牙的两个半幅的重量，使动力传导齿轮的重心与其几何圆心重合，实现动平衡。

上述的齿条活塞式内燃发动机，每个所述齿条都有四个侧面，其中两个侧面分布有齿牙，在另外两个没有齿牙的侧面各连接着一个连杆，两个连杆的上端都通过转轴与齿条连接，下端通过另一个转轴与曲轴连接。在发动机工作过程中，齿条不与曲轴接触，动力传导齿轮和动力输出轴也不与曲轴、连杆接触。

上述的齿条活塞式内燃发动机，所述齿条为中空结构，齿条内部中空部分设有加强筋。齿条设计成中空结构有助于减轻齿条的重量，减小发动机工作时产生的振动。齿条内的加强筋可减少齿条在向动力传导齿轮传输动力时发生形变，有助于延长发动机工作寿命。

上述的齿条活塞式内燃发动机，所述齿条可以同时连接两个汽缸的活塞，由两个汽缸对称分布，当一个汽缸内气体膨胀，活塞向远离汽缸方向运动时，与活塞连接的齿条推动另一个汽缸的活塞做气体压缩运动。

上述的齿条活塞式内燃发动机，所述齿条同时连接两个汽缸时，每个齿条的有齿牙的一个侧面同时连接两个动力传导齿轮，所述两个动力传导齿轮的有齿牙的半幅和没有齿牙的半幅相差180分布。当齿条与其中一个动力传导齿轮啮合时，齿条与另一个动力传导齿轮分离。

上述的齿条活塞式内燃发动机，所述齿条同时连接两个汽缸时，两个动力传导齿轮的相邻两个侧面也分布有齿牙。在两个动力传导齿轮之间安装有一个法线转轴，法线转轴上分布有齿牙，并同时和两个动力传导齿轮的内侧面齿牙啮合。

本实用新型的有益效果是，本实用新型在传统的内燃机活塞远离汽缸的一端加装齿条，由这根齿条向动力输出轴传输动力。在发动机工作过程中，做直线往复运动的齿条始终与动力输出轴的圆周的切线方向重合，从而增加了动力传输的效率，增加内燃机的能量转化效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型发动机齿条与动力传导齿轮啮合示意图；

图2为本实用新型发动机齿条与动力传导齿轮分离示意图；

图3为本实用新型发动机曲轴连杆结构侧视图；

图4为本实用新型发动机两个动力输出轴同时与传动齿轮啮合俯视图；

图5为本实用新型发动机动力输出轴与传动齿轮啮合侧视图；

图6为本实用新型两个活塞共用一个齿条俯视图；

图7为本实用新型两个活塞共用一个齿条侧视图。

图中1.汽缸，2.活塞，3.连杆，4.曲轴，5.齿条，6.动力传导齿轮，7.配重块，8.转轴一，9.转轴二，10.动力输出轴，11.汽缸一,12.汽缸二,13.汽缸三,14.汽缸四,15.发动机，16.齿轮盘，17.传动轴，18.轴承，19.汽缸五，20.汽缸六，21.上动力传导齿轮，22.下动力传导齿轮，23.法线转轴。

具体实施方式

【实施例1】

如图1，齿条活塞式内燃发动机包括汽缸1，活塞2，连杆3，曲轴4，此外，在活塞2远离汽缸1的一端固定连接有一根齿条5，齿条5的延伸方向与活塞2的运动方向一致。齿条5有两个带有齿牙的侧面，每个侧面都有一个动力传导齿轮6与齿条5啮合。动力传导齿轮6上只有半幅圆周的边缘分布有齿牙，另外半幅圆周上没有齿牙。在动力传导齿轮6的没有齿牙的半幅设有一个高密度配重块7，以平衡两个半幅的重量。当汽缸1内的气体膨胀推动活塞2运动时，与活塞2连接的齿条5上的齿牙与动力传导齿轮6上的齿牙啮合。如图2，当活塞2在曲轴4连杆3的推动下压缩气缸1内的气体或排出气缸1内的废气时，动力传导齿轮6上没有齿牙的半幅转动到贴近齿条5的位置，此时齿条5的运动方向与动力传导齿轮6的配重块7的运动方向相反，而两者此时并不接触。以此方式，两个动力传导齿轮6始终保持转速相同、方向相反的旋转运动。如图3，每个齿条5都有四个侧面，其中两个侧面分布有齿牙，在另外两个没有齿牙的侧面各连接着一个连杆3，两个连杆3的上端都通过转轴一8与齿条5连接，下端通过转轴二9与曲轴4连接。在发动机工作过程中，齿条5不与曲轴4接触，动力传导齿轮6也不与曲轴4、连杆3接触。

如图1，每台发动机15都有两个动力输出轴10，动力传导齿轮6与动力输出轴10固定连接。动力输出轴10也不与连杆3和齿条5接触。如图4，每个动力输出轴10上都安装有与汽缸数相同的动力传导齿轮6，且动力传导齿轮6与汽缸1中的活塞2的位置一一对应。以4缸发动机为例，汽缸一11与汽缸二12所对应的两个动力传导齿轮6上的有齿牙的半幅以相差180度的角度分布。以经过动力传导齿轮6的圆心的水平线为界，汽缸一11对应的动力传导齿轮6在水平线上方有齿牙，水平线下方没有齿牙，而汽缸二12所对应的动力传导齿轮6在水平线上方没有齿牙，水平线下方有齿牙。汽缸三13与汽缸二12所对应的动力传导齿轮6齿牙分布角度完全相同，汽缸四14与汽缸一11所对应的动力传导齿轮6的齿牙分布角度完全相同。所有动力传导齿轮6都与动力输出轴10固定连接，当汽缸一11和汽缸四14上的齿条5与其对应的动力传导齿轮6啮合时，汽缸二12和汽缸三13上的齿条5必与其对应的动力传导齿轮6分离。反之，当汽缸一11和汽缸四14上的齿条5与其对应的动力传导齿轮6分离时，汽缸二12和汽缸三13上的齿条5必与其对应的动力传导齿轮6啮合。

当汽缸一11进气时，汽缸二12压缩缸内气体，汽缸三13排气，汽缸四14内的气体爆燃，此时汽缸四14和汽缸一11所连接的齿条5与动力传导齿轮6啮合，且汽缸四14推动动力传导齿轮6转动，汽缸二12和汽缸三13上的齿条5与其对应的动力传导齿轮6分离；

当汽缸一11处于压气阶段时，汽缸二12内的气体爆燃，汽缸三13进气，汽缸四14排气，此时汽缸二12和汽缸三13上的齿条5与动力传导齿轮6啮合，且汽缸二12推动动力传导齿轮6转动，汽缸一11和汽缸四14上的齿条5与其对应的动力传导齿轮分离；

当汽缸一11处于气体爆燃阶段时，汽缸二12排气，汽缸三13压缩缸内气体，汽缸四14进气，此时汽缸一11和汽缸四14上的齿条5与动力传导齿轮6啮合，且汽缸一11推动动力传导齿轮6转动，汽缸二12和汽缸三13上的齿条5与其对应的动力传导齿轮6分离；

当汽缸一11处于排气阶段时，汽缸二12进气，汽缸三13内的气体爆燃，汽缸四14压缩缸内气体，此时汽缸二12和汽缸三13上的齿条5与动力传导齿轮6啮合，且汽缸三13推动动力传导齿轮6转动，汽缸一11和汽缸四14上的齿条5与其对应的动力传导齿轮分离。

如此四个汽缸都完成了进气、压缩、爆燃，排气的整个工作过程，再次进入到下一个循环中去。上述各汽缸的工作顺序与现有四缸发动机的汽缸工作顺序完全相同，只是本实用新型不再利用连杆3曲轴4来传导动力，而是由齿条5推动与之啮合的两个动力传导齿轮6转动，两个动力输出轴10分别在与之固定连接的动力传导齿轮6的持续带动下转动，从而输出动力。本实用新型中的曲轴4连杆3只是用来带动各气缸中的活塞2，使活塞2往复运动，并不负责传输发动机的动力。

如图4，图5，两个动力输出轴10延伸出发动机15，并通过其末端的齿牙与一个齿轮盘16啮合，齿轮盘16与传动轴17固定连接，传动轴17安装在轴承18上。两个动力输出轴10的旋转方向相反，且分别与齿轮盘16的两个侧面的齿牙啮合，发动机15运转时，两个动力输出轴10同时从齿轮盘16的两个侧面向它施加外力，驱动齿轮盘16转动，并带动与齿轮盘16连接的传动轴17转动，实现动力输出。

对于四轮驱动车辆，可将本实用新型纵向安装在车辆中间，两个动力输出轴10分别向车辆前轮和车辆后轮伸出，并通过减速器和差速器驱动四个车轮转动。对于安装有两个螺旋桨的大型船舶，可将两个动力输出轴10各连接一个螺旋桨，同时驱动两个螺旋桨对向旋转。在上述两个实施场景中，都不需要齿轮盘16即可实现动力输出。减速器和差速器为已有公知技术，不做详细描述。

【实施例2】

本实用新型齿条活塞式内燃发动机，其齿条5还可以同时连接两个汽缸的活塞2，如图6，汽缸五19和汽缸六20对称分布，当汽缸五19内气体膨胀，活塞2向远离汽缸五19方向运动时，与活塞2连接的齿条5推动汽缸六20的活塞2做气体压缩运动。如图7，齿条5的有齿牙的一个侧面同时与上动力传导齿轮21和下动力传导齿轮22连接，上动力传导齿轮21和下动力传导齿轮22的有齿牙的半幅各相差180角度分布。在上动力传导齿轮21的下侧面和下动力传导齿轮22的上侧面也分布有齿牙，在上下两个动力传导齿轮之间安装有一个法线转轴23，法线转轴23上分布有齿牙，并同时和上动力传导齿轮21和下动力传导齿轮22的侧面齿牙啮合。法线转轴23通过轴承安装在发动机外壳上。当上动力传导齿轮21沿顺时针方向旋转一个角度时，下动力传导齿轮22在法线转轴23的带动下做角度相同但方向相反的逆时针转动。

当齿条5从图面左方向右方运动时，上动力传导齿轮21与齿条5啮合，齿条5推动上动力传导齿轮21以顺时针方向转动，下动力传导齿轮22与齿条5分离，并在法线转轴23的带动下以逆时针方向转动；当齿条5从图面右方向左方运动时，下动力传导齿轮22与齿条5啮合，齿条5推动下动力传导齿轮22以逆时针方向转动，上动力传导齿轮21与齿条5分离，并在法线转轴23的带动下以顺时针方向转动。以此方式，上动力传导齿轮21始终保持顺时针方向转动，下动力传导齿轮22始终保持逆时针方向转动，而且两者在法线转轴23的连接下保持转速相同。上下两个动力传导齿轮都各固定连接着一个动力输出轴10，一个齿条5的两个侧面共连接着4个动力输出轴10输出动力，所有动力输出轴10都接入变速箱实现动力输出。变速箱是已有公知技术，不作详细描述。

Claims (10)

1.一种齿条活塞式内燃发动机，包括汽缸，活塞，连杆、曲轴，其特征是，所述活塞远离汽缸的一端固定连接有一根齿条，齿条延伸方向与活塞运动方向一致，所述齿条有两个带有齿牙的侧面，每个侧面都有一个动力传导齿轮与齿条啮合，每台发动机都有两个动力输出轴，所述动力传导齿轮与动力输出轴固定连接，每个动力输出轴上都安装有与发动机汽缸数相同的动力传导齿轮，且动力传导齿轮与汽缸活塞的位置一一对应，当汽缸内的燃料燃烧推动所述活塞运动时，活塞上的齿条带动与之啮合的两个动力传导齿轮转动，两个动力输出轴在动力传导齿轮的带动下旋转，从而向传动系统输出动力。

2.根据权利要求1所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述动力传导齿轮上只有半幅圆周的边缘分布有齿牙，另外半幅圆周上没有齿牙，当汽缸内的气体膨胀推动活塞运动时，活塞上的齿条与动力传导齿轮上有齿牙的部分啮合；当活塞在曲轴连杆的推动下压缩气缸内的气体或排出气缸内的废气时，动力传导齿轮上没有齿牙的半幅转动到贴近齿条的位置，所述齿条与动力传导齿轮脱离接触，此时所述齿条的运动方向与膨胀气体推动活塞时齿条的运动方向相反。

3.根据权利要求1所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述动力传导齿轮的没有齿牙的半幅设有一个高密度配重块，其目的在于平衡有齿牙和没齿牙的两个半幅的重量，使动力传导齿轮的重心与其几何圆心重合，实现动平衡。

4.根据权利要求1所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述齿条有四个侧面，其中两个侧面分布有齿牙，在另外两个没有齿牙的侧面各连接着一个连杆，在发动机工作过程中，齿条不与曲轴接触，动力传导齿轮和动力输出轴也不与曲轴、连杆接触。

5.根据权利要求1所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述齿条为中空结构，齿条内部中空部分设有加强筋。

6.根据权利要求1所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述两个动力输出轴分别向车辆前轮和车辆后轮伸出，并通过减速器和差速器驱动四个车轮转动。

7.根据权利要求1所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述两个动力输出轴各连接一个螺旋桨，同时驱动两个螺旋桨对向旋转。

8.根据权利要求1所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述齿条可以同时连接两个汽缸的活塞，由两个汽缸对称分布，当一个汽缸内气体膨胀，活塞向远离汽缸方向运动时，与活塞连接的齿条推动另一个汽缸的活塞做气体压缩运动。

9.根据权利要求8所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述齿条同时连接两个汽缸时，每个齿条的有齿牙的一个侧面同时连接两个动力传导齿轮，所述两个动力传导齿轮的有齿牙的半幅和没有齿牙的半幅相差180分布。

10.根据权利要求8所述的齿条活塞式内燃发动机，其特征是，所述齿条同时连接两个汽缸时，两个动力传导齿轮的相邻两个侧面也分布有齿牙，在两个动力传导齿轮之间安装有一个法线转轴，法线转轴上分布有齿牙，并同时和两个动力传导齿轮的内侧面齿牙啮合。

Images