专利名称：非圆内齿轮无曲轴发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用非圆内齿轮实现往复运动做功的内燃发动机。广泛应用于内燃机包括各种汽油机、柴油机、活塞式空气压縮机、 活塞式制冷压縮机。
背景技术：
现有内燃发动机基本上为曲轴连杆活塞式发动机(涡轮发动机、 转子发动机除外)。但是曲轴连杆活塞所构成的曲柄滑块机构在功的转 换方面存在许多致命的弱点缺点1曲轴输出转矩M随曲轴转角伊发生变化，即活塞推力P最 大时，曲轴输出的转矩M最小，有死点。如图l是曲柄连杆滑块机构 图所示，由广义虚位移原理求得对应于广义坐标^的广义力为<formula>formula see original document page 3</formula>由上式可见，当活塞推力尸最大时即曲柄转角^-o时曲轴输出转矩M-0;当p-;r/2时，M = Pr曲轴输出转矩达到最大；当p-;r时，M = 0 活塞做功结束。如图2是输出转矩M随曲轴转角p变化曲线图所示，曲轴输出转 矩所做的功即为曲线下的面积，可用积分求得
<formula>formula see original document page 4</formula>
由于计算比较繁琐，可用几何方法估算为^-PV2，只有活塞做 功的50%，活塞推力在转角《^0~180°即行程范围内所做的功^-/^为直线下的面积。缺点2在活塞做功推力最大曲轴转角^ = 0时，为了越过死点延时点火，也造成一部分功的损失，使曲轴的输出功不足活塞所做功的50%。发明内容为了克服曲轴连杆活塞式发动机的上述缺点，本发明提供一种无 曲轴、无连杆、无扭矩死点、无延时点火的活塞式内燃发动机，主要 包括汽缸l、活塞2、活塞肖3、非圆内齿轮4、及与之啮合的主轴齿 轮5、输出主轴6、凸轮7、凸轮辊子8等。如图3是非圆内齿轮无曲 轴发动机工作原理图、图4是使非圆内齿轮摆动的凸轮机构图、图5 是多缸连续工作原理图所示，如果四个缸的做功顺序为1、 4、 3、 2， 则当活塞12做功时，活塞12推动非圆内齿轮14移动，由非圆内齿轮 14驱动与其啮合的主轴齿轮15转动，使主轴6输出扭矩；当活塞12 运动到下止点时，主轴齿轮15在做功活塞42推动下继续转动，并始 终与非圆内齿轮14保持啮合，在啮合过程中非圆内齿轮14在凸轮17 和凸轮辊子18推动下，非圆内齿轮14发生轻微摆动，使主轴齿轮15 平稳过渡到非圆内齿轮14的另一边，推动与之啮合的非圆内齿轮14 上行，活塞到达上止点完成排汽行程；当3缸活塞32点火做功时，主
轴齿轮35在非圆内齿轮34推动下，驱动所有主轴齿轮15、 25、 35、 45继续转动，非圆内齿轮14推动活塞12再次向下止点运动完成吸汽 过程；当2缸活塞22点火做功时，活塞22推动非内圆齿轮24向下移 动，驱动主轴齿轮15、 25、 35、 45转动，通过主轴齿轮15与非圆内 齿轮14啮合，推动活塞12向上止点运动，使活塞12完成压縮行程。 如此循环实现4个缸作功、排汽、吸汽、压縮过程。
由于非圆内齿轮在驱动主轴齿轮转动过程中相当于齿轮齿条啮 合，活塞做功推力始终与主轴齿轮分度圆相切，如果取主轴齿轮分度 圆半径和曲轴偏心均为r，则主轴齿轮的输出转矩M-Pr,由此可见主 轴输出转矩M不随主轴齿轮转角p发生变化，故不存在死点，也不须 要延时点火，消除了做功损失。
活塞所做的功为^=&，对应主轴齿轮转角^ = 0~180°范围内输出 转矩M所做的功^-Mp，因为s-^，所以『p =Mp = Pr^ = /^ ，活塞所 做的功全部转化为主轴齿轮输出转矩所做的功，功的转换率提高到 100%,极大地提高了主轴输出转矩、输出功率和发动机的动力性能， 减少燃料消耗和污染排放一半以上。
具体实施方式
为了使本发明顺利实施，还需要增加配汽系统、电器系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、启动系统等附加装置，这些装置本发明 不再涉及。
由于活塞和非圆内齿轮往复运动的惯性较大引起冲击和振动，利 用发动机相邻两缸活塞、非圆内齿轮运动方向相反，通过阻尼弹簧9 的联接，在活塞到达上下止点时利用弹簧9的拉力相互阻尼，能有效 减少惯性冲击。对于活塞式空气压縮机、制冷压縮机等将主轴变成动力输入轴即可。
权利要求
1、本发明涉及一种由汽缸、活塞、活塞销、非圆内齿轮、主轴齿轮、凸轮、输出主轴组成的活塞式发动机，其特征在于所述发动机无曲轴、无力矩死点、无延时点火、输出转矩不随主轴转角变化，活塞推力始终与主轴齿轮相切，转矩始终保持最大，功的转换率最高。
2、 如权利要求1所述的非圆内齿轮与主轴齿轮啮合组成往复运 动机构，其特征在于可将非圆内齿轮的直线往复运动转化为主轴齿 轮的转动，构成发动机；也可将主轴齿轮的转动转化为非圆内齿轮的 直线往复运动，构成各种压縮机。
3、 如权利要求2所述的机构，其特征在于非圆内齿轮与主轴 齿轮在往复运动过程中始终保持啮合，运行平稳、无冲击。
4、 如权利要求1所述发动机，其特征在于相邻两缸的活塞、 非圆内齿轮的直线往复运动方向相反，通过阻尼弹簧的联接，在活塞 到达上下止点时，弹簧拉力最大相互阻尼作用最强，能有效的减少惯 性冲击。
全文摘要
本发明提供一种无曲轴、无力矩死点、无延时点火的活塞式发动机。主要包括缸体、活塞、活塞销、非圆内齿轮、主轴齿轮、主轴、凸轮、凸轮辊子等。活塞做功时，活塞推动非圆内齿轮移动并推动与之啮合的主轴齿轮转动，从主轴输出功率，同时驱动其他主轴齿轮带动各自与之啮合的非圆齿轮移动，完成每个缸的吸、压、爆、排工作循环。由于非圆内齿轮的推力始终与主轴齿轮分度圆相切，扭矩不随主轴齿轮转角变化，因此最大限度地提高了主轴的输出扭矩，避免了曲轴发动机扭矩随曲轴转角变化、有力矩死点和延时点火造成的做功损失，功的转换率理论上可达到100％，极大地提高了主轴输出转矩、输出功率和发动机的动力性能，减少燃料消耗和污染排放一半以上。
文档编号F02B75/00GK101158316SQ200710146760
公开日2008年4月9日 申请日期2007年8月19日 优先权日2007年8月19日
发明者张连奎 申请人:张连奎