CN2570475Y - 多曲轴可调节气缸工作数量的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

一种多曲轴可调节气缸工作数量的内燃发动机。它的曲轴为二～三根，由滑动轴承及轴承座将其安装在气缸体的下部，经常工作的一根曲轴为主曲轴，可以与主曲轴接合或分离的曲轴为副曲轴，主曲轴与副曲轴之间由定位式离合器接合或分离；定位式离合器在接合的过程中，由其滑动端上的两个滑销进入其固定端两个滑销孔内后进行定位，以保证主曲轴与副曲轴接合后处于设定的相对转角位置，当定位式离合器在接合状态时，主气缸与副气缸同时工作，主曲轴与副曲轴同时向外输出转矩，以满足较大输出功率的需要，当需要较小的输出功率时，将主曲轴与副曲轴之间的定位式离合器分离，与主曲轴分离的副曲轴及相关的副气缸停止工作，并处于相对静止状态，从而，既减少了燃料的消耗，又避免了无功磨损。

Description

多曲轴可调节气缸工作数量的内燃发动机

所属技术领域

本实用新型涉及一种多曲轴式的内燃发动机装置，尤其是能通过改变多根曲轴之间的接合或分离，进而调节气缸工作数量的内燃发动机。

背景技术

目前，我们日常使用的内燃发动机以汽车内燃发动机为数量最多，这些内燃发动机绝大多数为多气缸，并且只有一根曲轴。一般的内燃发动机一旦启动，则多缸同时工作。

根据资料(《新编汽车构造》第152页唐艺编机械工业出版社出版2000年4月第1版)记载，通常在驱动车轮上必须具有约为汽车总重的50％的牵引力，才能满足在一般道路上最大行驶阻力的需要。而当在良好的平路上行驶时，克服阻力所需要的牵引力仅为汽车总重的2％～2.5％。

汽车发动机的输出功率等于汽车的牵引力乘以汽车的行驶速度，

即：N＝F×V

    N--发动机输出功率(KW)

    F--牵引力(KN)

    V--速度(m/s)

1、以载货汽车为例：东风EQ1090E载货汽车(参考资料：《东风载货汽车》第1页孙虹主编国防工业出版社出版2001年1月第1版)空载总重4300kg，满载总重9290kg，按上述情况：

(1)满载，在一般道路上行驶，行驶阻力为汽车总重的10％，行驶速度为40km/h：

所需牵引力F＝9290×9.8×10％≈9104N≈9.1KN

所需功率N＝9.1×40×1000/3600≈101KW

(2)满载，在良好的平咯上行驶，行驶阻力为汽车总重的2.5％，行驶速度为V＝60km/h：

所需牵引力F＝9290×9.8×2.5％≈2276N≈2.3KN

所需功率N＝2.3×60×1000/3600≈38KW

(3)空载，在一般道路上行驶，行驶阻力为汽车总重的10％，行驶速度为V＝60Km/h：

所需牵引力F＝4300×9.8×10％＝4214N≈4.2KN

所需功率N＝4.2×60×1000/3600≈70KW

(4)空载，在良好的平路上行驶，行驶阻力为汽车总重的2.5％，行驶速度为V＝60km/h：

所需牵引力F＝4300×9.8×2.5％≈1053N≈1.1KN

所需功率N＝1.1×60×1000/3600≈18KW

将上述四种情况列表：

	载荷及路况	V(km/h)	F(KN)	N(KW)
					1	满载，在一般道路上行驶	40	9.1	101
2	满载，在良好的平路上行驶	60	2.3	38
					3	空载，在一般道路上行驶	60	4.2	70
4	空载，在良好的平路上行驶	60	1.1	18

2、以小型载人车(轿车)为例：小型载人车(轿车)的总重一般变化不大，可以认为行驶速度决定发动机的输出功率。当其在公路上以较高的速度行驶与在市区内以较低的速度行驶相比较，其所需的功率相差很大。一般情况下，其大部分时间是在市内行驶，并且车速较低。例如：小型载人车(轿车)在公路上以80km/h的速度行驶与其在市区内以40km/h的速度行驶相比较(路况相同)，其所需的功率相差一倍左右。

由以上两个例子可以看出，各种汽车在不同的载荷或不同的行驶状态下，其所需的功率有很大的差别。为了减少燃料的消耗，现有的内燃发动机主要采用控制燃料的供给量来调节发动机的输出功率，但其调节范围有限，另外一种是通过关闭或开启选定的气缸的气门来调节气缸的工作数量(《新编汽车构造》第66页，唐艺编机械工业出版社出版2000年4月第1版)，这种用控制气门的开闭来调节某些气缸工作或停止工作的多缸内燃发动机，当某几个气缸的气门关闭后，虽然气缸不再工作，但气缸中的活塞等仍随着曲轴的旋转作往复运动，使其存在着无功磨损，无功消耗了部分燃料。

发明内容：

为了克服现有的多缸内燃发动机在需要较小输出功率时，不能用停止部分气缸的工作来减少燃料的消耗，或能用停止部分气缸的工作来减少燃料的消耗，但又存在无功磨损及无功消耗燃料的不足，本实用新型提供一种多曲轴可调节气缸工作数量的内燃发动机，该内燃发动机不仅能够通过分离部分曲轴而使部分气缸停止工作，并且被分离的部分曲轴及与此部分曲轴相关的活塞等处于相对静止状态，从而，既减少了燃料的消耗，又避免了无功磨损。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：在多缸内燃发动机中设置二～三根曲轴，经常工作的一根曲轴为主曲轴，可以与主曲轴分离的曲轴为副曲轴，主曲轴与副曲轴之间或副曲轴与副曲轴之同由定位式离合器接合或分离。定位式离合器除具有一般汽车用离合器的结构、性能外(参考资料：《新编汽车构造》第150～151页、第159页，唐艺编机械工业出版社出版2000年4月第1版)，还采用了滑销式离合器的结构原理(参考资料：《机械设计手册》第三版第2卷第6--161页，成大先主编  化学工业出版社出版)，使得离合器接合后，主曲轴与副曲轴或副曲轴与副曲轴之间处于设定的相对转角位置。

定位式离合器由滑动端及固定端组成，滑动端前部为一滑动齿毂，滑动齿毂的内花键套装在副曲轴轴端的外花键上，滑动齿毂前部有一内锥面，与相应的定位式离合器固定端的外锥面相配合，滑动齿毂后面是一圆盘，圆盘的内花键套装在副曲轴轴端的外花键上，圆盘与滑动齿毂之间由多根压力弹簧相接，弹簧压力可以由圆盘上的螺钉进行调节，圆盘前部有一内圆柱面，套装在滑动齿毂的外圆柱面上，并且可以相对滑动，圆盘外圆柱面上套装一可与其相对滑动或转动的齿毂套，齿毂套的前部有内齿圈，后部有多个幅面孔，孔中装有定位钢球(或定位销)，定位钢球由弹簧将其压在圆盘外圆柱面上的环型沟槽内，圆盘前端面上由螺栓及中间垫圈固定两个圆钢片，两个圆钢片之间有一钢盘，钢盘在两个圆钢片之间可以转动，钢盘与两个圆钢片之间通过3～6个弹簧相互传递扭矩，钢盘上的外齿圈与齿毂套上的内齿圈相啮合，钢盘上装有两个通过钢盘中心，在一条直线上的滑销；固定端端面上有两个与滑动端滑销相对应的滑销孔，在滑销孔中心所在的圆周上制有导槽，以便于滑销顺利进入滑销孔，固定端上的外齿圈用于与滑动端齿毂套上的内齿圈相啮合。当只有主曲轴工作，并且需要增加输出功率时，此时将定位式离合器接合，则副气缸带动副曲轴开始工作，并通过定位式离合器保证主曲轴与副曲轴处于设定的相对转角位置；当需要发动机输出较小功率时，则副曲轴与主曲轴之间通过定位式离合器分离，此时被分离的副曲轴及与其相关的气缸，活塞等停止工作，并处于相对静止状态，从而达到了既减少了燃料的消耗，又避免了无功磨损的目的。

本实用新型的有益效果是，可以根据所需输出功率的大小，通过定位式离合器的接合或分离调节内燃发动机气缸工作的数量，以适应多种工况的需要，尤其在需要内燃发动机输出较小功率时，可方便地停止部分气缸的工作，既减少了燃料的消耗，又避免了无功磨损，结构简单。

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是多曲轴可调节气缸工作数量的内燃发动机实施例的纵剖面构造图。

图2是图1的A放大图。

图3是图2的K₁向视图。

图4是图3的I-I剖视图。

图5是图2的K₂向视图。

图6是图5的II-II剖视图。

图7是图2的动态位置之一。

图8是图2的动态位置之二。

图9是图2的动态位置之三。

图中：1.副气缸，2.副气缸活塞，3.主气缸，4.主气缸活塞，5.副曲轴，6.定位式离合器滑动端，7.定位式离合器固定端，8.主曲轴，9.滑动轴承，10.轴承座，11.飞轮，12.气缸体，13.内六角圆柱端螺钉，14.弹簧，15.定位钢球，16.滑销孔，17.滑销，18.弹簧，19.内六角圆柱端螺钉，20.挡圈，21.外花键，22.圆盘，23.滑动齿毂，24.调整垫片，25.挡圈，26.齿毂套，27.拨叉，28.钢盘，29.外钢片，30.弹簧，31.内钢片，32.铰孔螺栓，33.中间垫圈，34.滑销导槽。

具体实施方式：

在图1及图2中，主曲轴(8)、副曲轴(5)由滑动轴承(9)及轴承座(10)安装在气缸体(12)的下部，定位式离合器滑动端(6)与定位式离合器固定端(7)处于分离状态，启动本内燃发动机后，主气缸(3)开始工作，主气缸活塞(4)带动主曲轴(8)旋转，由飞轮(11)向外输出转矩，并设定面对飞轮(11)，主曲轴(8)的旋转方向为顺时针。由于副气缸(1)没有工作，则与其相关的副气缸活塞(2)、副曲轴(5)等完全处于相对静止状态，从而达到了在需要较小输出功率的工况时，既减少了燃料的消耗，又避免了无功磨损的目的。

当需要本内燃发动机输出较大的功率时，则定位式离合器滑动端(6)与定位式离合器固定端(7)接合，具体的接合过程由图7～图9示出。

在图7中，主曲轴(8)处于工作状态，当拨叉(27)在外力的作用下向右移动时，带动齿毂套(26)向右移动，并通过定位钢球(15)带动圆盘(22)沿着副曲轴(5)轴端的外花键(21)向右移动，圆盘(22)通过弹簧(18)带动滑动齿毂(23)沿着副曲轴(5)轴由端的外花键(21)也向右移动，使得滑动齿毂(23)前端的内锥面与定位式离合器固定端(7)上的外锥面接触后，停止向右移动。

在图8中，当拨叉(27)继续向右移动，而滑动齿毂(23)又不能继续向右移动，此时圆盘(22)的继续向右移动使得弹簧(18)被逐渐压缩，弹簧(18)产生的压力通过滑动齿毂(23)作用在其与定位式离合器固定端(7)相接触的锥面上，在摩擦力的作用下，滑动齿毂(23)开始转动，并通过外花键(21)带动副曲轴(5)旋转，进而带动圆盘(22)、齿毂套(26)、钢盘(28)、外钢片(29)、内钢片(31)、滑销(17)等同时转动，另外，圆盘(22)的逐渐右移，带动滑销(17)亦逐渐右移，此时，由于弹簧(18)上的压力逐渐增大，滑动齿毂(23)上的内锥面与定位式离合器固定端(7)上的外锥面之间的摩擦力亦逐渐增大，从而使得定位式离合器滑动端(6)与定位式离合器固定端(7)的转速逐渐接近，这样，滑销(17)逐渐进入定位式离合器固定端(7)上的滑销导槽(34)内，并顺利地进入滑销孔(16)内，当滑销(17)的端面与滑销孔(16)的底面相接触后，滑销(17)停止向右移动，定位过程结束。

在图9中，由于滑销(17)的端面与滑销孔(16)的底面已经接触，圆盘(22)已不能继续向右移动，但拨叉(27)在外力的作用下仍将继续向右移动，当作用在拨叉(27)上的外力足够大时，将使得齿毂套(26)克服弹簧(14)施加给定位钢球(15)上的定位力，使得弹簧(14)被压缩，定位钢球(15)进入弹簧(14)的孔道内，此时，齿毂套(26)将延着圆盘(22)的外圆柱面向右移动，其前部的内齿圈顺利地与定位式离合器固定端(7)上的外齿圈相啮合，至此，定位式离合器滑动端(6)与定位式离合器固定端(7)接合完毕；由于定位钢球(15)的定位力已不存在，圆盘(22)施加给弹簧(18)上的力亦随之消除，弹簧(18)恢复起始状态，并通过圆盘(22)等带动滑销(17)退出滑销孔(16)，同时，滑动齿毂(23)前部的内锥面与定位式离合器固定端(7)上的外锥面之间的作用力亦随之消除；在定位式离合器滑动端(6)与定位式离合器固定端(7)接合完毕的同时，副气缸(1)的燃料供给系统及电路系统同时接通，副气缸(1)开始工作，并带动副曲轴(5)旋转，副曲轴(5)的转矩向外传递的过程为：副曲轴(5)的转矩首先传递给圆盘(22)，然后通过由铰孔螺栓(32)和中间垫圈(33)所固定在圆盘(22)前端面上的外钢片(29)和内钢片(31)传递给弹簧(30)，再由弹簧(30)传递给钢盘(28)，然后通过钢盘(28)上的外齿圈、齿毂套(26)上的内齿圈传递给定位式离合器固定端(7)上的外齿圈，最后由此外齿圈传递给主曲轴(8)、飞轮(11)，向外输出转矩。

Claims (2)

1、一种多曲轴可调节气缸工作数量的内燃发动机，它的主曲轴(8)和副曲轴(5)安装在气缸体(12)的下部，主曲轴(8)和副曲轴(5)的曲轴轴颈外面为滑动轴承(9)和轴承座(10)，定位式离合器滑动端(6)套装在副曲轴(5)轴端的外花键(21)上，定位式离合器固定端(7)安装在主曲轴(8)的左端，其特征是：曲轴为二～三根，一根为主曲轴(8)，其余为副曲轴(5)，曲轴之间由定位式离合器滑动端(6)和定位式离合器固定端(7)接合或分离。

2、根据权利要求1所述的多曲轴可调节气缸工作数量的内燃发动机，其特征是：定位式离合器滑动端(6)的前部为一滑动齿毂(23)，由其内花键套装在副曲轴(5)轴端的外花键(21)上，滑动齿毂(23)的前部有一内锥面，滑动齿毂(23)的后面有一个圆盘(22)，圆盘(22)亦由其内花键套装在副曲轴(5)轴端的外花键(21)上，圆盘(22)与滑动齿毂(23)之间由多根弹簧(18)相接，弹簧(18)由内六角圆柱端螺钉(19)固定在圆盘(22)与滑动齿毂(23)之间，圆盘(22)前部的内圆柱面套装在滑动齿毂(23)的外圆柱面上，齿毂套(26)由其内圆柱面套装在圆盘(22)的外圆柱面上，齿毂套(26)前部有一内齿圈，其后部有多个幅向孔，孔中装有定位钢球(15)，定位钢球(15)由内六角圆柱端螺钉(13)及弹簧(14)将其压在圆盘(22)的外圆柱面上的环型沟槽内，圆盘(22)的前端面上由铰孔螺栓(32)及中间垫圈(33)固定一个内钢片(31)和一个外钢片(29)，内钢片(31)与外钢片(29)之间有一钢盘(28)，其上的外齿圈与齿毂套(26)上的内齿圈相啮合，在钢盘(28)与内钢片(31)和外钢片(29)中有四个弹簧(30)，钢盘(28)的端面上固定两个通过其圆心，在一条直线上的滑销(17)；定位式离合器固定端(7)上有一与滑动齿毂(23)上的内锥面相对应的外锥面，定位式离合器固定端(7)的端面上有两个与滑销(17)相对应的滑销孔(16)，滑销孔(16)中心所在的圆周上有两道滑销导槽(34)，定位式离合器固定端(7)上有一可以与齿毂套(26)的内齿圈相啮合的外齿圈。

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