CN101776009B - 一种活塞式直驱发动机及先取力后集成设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活塞式直驱发动机及先取力后集成设计方法，是在发动机壳体内设置对称的活塞直接驱动活塞之间双面齿条往复运动，双面齿条驱动两套齿轮带动传动轴往复转动向外输出两路方向相反的间歇转动力，然后在通过曲轴连杆式或单线齿轮式动力集成机构将将两路转动方向相反的间歇转动力集成成连续的一个方向转动的力。活塞位于气缸筒之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两边分别设置上下两根传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴与动力集成机构连接；动力集成机构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮与分别设置在上下两根传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴。

Description

一种活塞式直驱发动机及先取力后集成设计方法

技术领域

本发明涉及一种活塞直驱发动机，具体地说是一种活塞式直驱发动机及先取力后集成设计方法。 

背景技术

直驱式发动机在专利文献中已有公开报道，例如“新型活塞发动机，专利号01120523.7”；“一冲程对爆自由活塞发动机，专利号94238030.4”“可变输出转速无连杆往复活塞发动机，专利号200510096455.9”。上述文献公开的技术都是对置活塞直驱式发动机，所讨论的核心问题都是如何取力问题，例如专利号01120523.7”采用两个带棘齿的单向齿轮与连接活塞的双面齿条啮合输出一个转动方向的力，“专利号94238030.4”的活塞发动机，是采用半齿轮与齿条啮合进行取力；专利号200510096455.9”是通过行星齿轮取出活塞往复运动的力，但是通过上述方式取出的统一方向旋转的力可以对外做功，但是却不能通过外力反向驱动使发动机在静止状态下启动，也就是说无法通过外力重新让活塞往复工作实现最初的吸压爆排四个冲程。没有最初的启动，发动机就无法工作，也就不可能实现上述力的输出。另外，发动机的工作往往是连续的大负荷的，使用单向齿轮和行星齿轮与齿条直接啮合都是不现实的，尤其是行星齿轮方式，活塞的直径决定了行星齿轮的运动空间，也决定了齿轮轴不可能有较大的强度，细小的零件决定了发动机较短的使用寿命。 

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术存在的不足，提供一种先取力后合成的活塞式直驱发动机。 

本发明的目的是按以下方式实现的，在发动机壳体内设置对称的活塞直接驱动活塞之间双面齿条往复运动，双面齿条驱动两套传动齿轮带动传动轴往复转动向外输出两路方向相反的往复转动力，然后在通过曲轴连杆式和单向齿轮式动力集成机构将两路转动方向相反的往复转动力集成成两路连续的一个方向转动的力。 

具体结构是由发动机壳体、气缸筒、活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、传动轴和动力集成机构组成，其中，气缸筒对称设置在发动机壳体之中，活塞位于气缸筒之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两边分别设置上下两根传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上传动轴和下传动轴上并与 双面齿条的上下两面齿条啮合，上传动轴和下传动轴的两端与动力集成机构连接； 

设置在上传动轴和下传动轴两端的动力集成机构有连杆曲轴式结构和单向齿轮式结构： 

其中连杆曲轴式结构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮分别设置在上下两根传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴。 

单向齿轮式结构是由左转单向齿轮、右转单向齿轮、换向齿轮、动力集成齿轮和动力输出轴组成，左转单向齿轮和右转单向齿轮分别设置在上下传动轴的端部，左转单向齿轮与动力集成齿轮啮合，右转单向齿轮通过换向齿轮与动力集成齿轮啮合，动力集成齿轮与动力输出轴固定。 

本发明的发动可以应用于汽油发动机、柴油发动机、蒸汽机、空压机和真空泵。 

本发明的活塞式直驱发动机所具有的优异效果是：结构简单，易于加工，没有侧向分力，直行直驱，能量全部输出，气缸不产生侧向磨损，使用寿命长，节约能源。 

附图说明

附图1为活塞式直驱发动机的发动机的结构示意图； 

附图2为图1的断面的结构示意图； 

附图3为单向齿轮式动力集成结构示意图。 

附图标记说明：发动机壳体1、气缸筒2、活塞3、双面齿条4、上传动齿轮5、上传动轴6、下传动齿轮7、下传动轴8、偏心轮9、连杆10、曲轴11、动力集成齿轮12、动力输出轴13、换向齿轮14、右转单向齿轮15、左转单向齿轮16、扇形齿轮17、启动齿轮18。 

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的发动机作以下详细地说明。 

本发明的活塞式直驱发动机，其结构是由发动机壳体1、气缸筒2、活塞3、双面齿条4、上传动齿轮5、下传动齿轮7、上传动轴6、下传动轴8和动力集成机构组成，其中，气缸筒2对称设置在发动机壳体1之中，活塞3位于气缸筒2之中并连接在双面齿条4的两端，双面齿条4的上下两边分别设置上下两根传动轴6、8，上传动齿轮5和下传动齿轮7分别设置在上下两根传动轴6、8上并与双面齿条4的上下两面的齿条啮合，上下两根传动轴6、8伸出发动机壳体1与动力集成机构连接； 

设置在上下两根传动轴端部动力集成机构有连杆曲轴式结构和单向齿轮式动力集成结构： 

其中连杆曲轴式动力集成结构是由偏心轮9、连杆10和曲轴11组成，偏心轮9分别设置在上下两根传动轴6、8的端部，连杆10的两端连接偏心轮9和曲轴 11。 

单向齿轮式动力集成结构是由左转单向齿轮16、右转单向齿轮15、换向齿轮14、动力集成齿轮12和动力输出轴13组成，左转单向齿轮16和右转单向齿轮15分别设置在上下传动轴6、8的端部，左转单向齿轮16与动力集成齿轮12啮合，右转单向齿轮15通过换向齿轮14与动力集成齿轮12啮合，动力集成齿轮12与动力输出轴13固定。 

由于动力集成机构设置在发动机壳体的外部，机械强度和尺寸不受气缸直径的限制，所以可以保证发动机的使用寿命和方便更换维修。 

实施例1：在本发明的设计中，双面齿条上各面齿的数量大于等于上下传动齿轮5、7的数量，双面齿条4往返一次可以同时驱动上下传动齿轮5、7正反旋转两周。 

如果采用弧长与活塞压缩行程相当的扇形齿轮17与设置在上传动轴6或下传动轴8上的启动齿轮18啮合用于发动机的启动，如图2所示，双面齿条4的齿数可以大于上传动齿轮5和下传动齿轮7的齿轮，也就是双面齿条4往返一次可以驱动上下传动齿轮5、7转动两周以上，如果按传统发动机活塞的工作频率，本发明的发动机输出转数至少可以提高1倍以上，功率至少可以增加1倍以上。 

通过以上分析，本发明的发动机可设计活塞有较大的行程，或者说能获得较大的压缩比，这对提高发动机的节油效果是非常明显的，尤其是柴油发动机，做压缩机使用更是如此。 

曲轴连杆式动力集成机构和单向齿轮式动力集成机构用于发动机设计时，曲轴连杆式动力集成机构用于发动机的启动或动力输出，单向齿轮式动力集成机构用于动力输出。 

实施例2： 

在计算压缩比和点火时间上，本发明的双面齿条直驱式结构也比传统的曲轴连杆式结构来的简单方便，因为活塞的行程就是齿条的移动距离，齿条的移动距离直接通过传动轴的正反转测出，就能使人们能够选测最佳的点火时间或压缩比，获得最大的节油效果和功率输出。 

发动机气缸在发动机壳体内为双排相对设置，中间通过齿轮箱连接，这样分三部分加工，工艺就变得相当简单，为装配和维修提供了方便。 

本发明发动机的点火系统、进排气系统、冷却系统以及润滑系统与传统发动机相同，均为公知技术，可以移植直接应用，因此不再此文中复述。 

Claims (4)

1.一种活塞式直驱发动机先取力后集成设计方法，其特征在于，在发动机壳体内设置对称的活塞直接驱动活塞之间双面齿条往复运动，双面齿条驱动两套传动齿轮带动传动轴往复转动向外输出两路方向相反的往复转动力，然后在通过曲轴连杆式和单向齿轮式动力集成机构将两路转动方向相反的往复转动力集成成两路连续的一个方向转动的力；

活塞式直驱发动机的具体结构包括，发动机壳体、气缸筒、活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动轴和动力集成机构，其中，气缸筒对称设置在发动机壳体之中，活塞位于气缸筒之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两边分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上传动轴和下传动轴的两端分别与曲轴连杆式动力集成机构和单向齿轮式动力集成机构连接；其中：

曲轴连杆式动力集成机构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮分别设置在上传动和下传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴；

单向齿轮式动力集成机构是由左转单向齿轮、右转单向齿轮、换向齿轮、动力集成齿轮和动力输出轴组成，左转单向齿轮和右转单向齿轮分别设置在上下传动轴的端部，左转单向齿轮与动力集成齿轮啮合，右转单向齿轮通过换向齿轮与动力集成齿轮啮合，动力集成齿轮与动力输出轴固定。

2.根据权利要求1所述的活塞式直驱发动机先取力后集成设计方法，其特征在于上传动齿轮和下传动齿轮的齿数等于或少于双面齿条的齿数。

3.根据权利要求1所述的活塞式直驱发动机先取力后集成设计方法，其特征在于曲轴连杆式动力集成机构和单向齿轮式动力集成机构用于发动机设计时，曲轴连杆式动力集成机构用于发动机的启动或动力输出，单向齿轮式动力集成机构用于动力输出。

4.根据权利要求1所述的活塞式直驱发动机先取力后集成设计方法，其特征在于应用于汽油发动机、柴油发动机、蒸汽机、空压机和真空泵。

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