专利名称：无曲轴传递动力的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无曲轴传递动力的内燃机。
传统的内燃机都是采用曲轴连杆机构传递动力的，内燃机将燃料转化为机械能，其理论基础是“气体的绝热变化”理论，在气体作绝热膨胀时，它反抗外力做功，内能必定减少;同时温度降低，压强减小，但公知的往复式活塞内燃机并没有遵循这一理论，它的40%的热量传递给了气缸，致使气缸温度急剧升高，是什么原因使往复式内燃机未遵循绝热膨胀理论的呢？主要是曲轴连杆的动力传递形式，由于连杆、曲轴的相对位置关系，活塞在上、下止点附近移动极为缓慢，曲轴从上止点转动1/18(20°)转时，活塞移动距离仅为0.06x曲轴半径，转动1/12(30°)转时，活塞移动也仅为0.13x曲轴半径，再者从力的合成与分解来看，单纯从连杆、曲轴来分析(不计摩擦力)，如果曲轴不输出动力，也就没有反扭矩存在，连杆、曲轴的结构是不损耗力的，但连杆、曲轴作为汽缸、活塞的动力输出机构要将动力传递给其它机构，其它机构就有一个作用于曲轴的反作用力，阻止曲轴旋转，活塞通过连杆作用于曲轴的力就在连杆，曲轴的连接点上产生了二个分力，一个分力克服其它机构的反作用力使曲轴旋转，这是做有用功的分力，另一分力通过连杆，曲轴的连接处指向曲轴轴心，这是作无用功的分力，在上、下止点区域，有用功的分力很小，无用功的分力很大。在上述二种因素的综合作用下，活塞移动缓慢(主要是在上止点附近)，无用的分力又成为阻止活塞移动的主要的力致使高温高压气不能在绝热膨胀的情况下消耗本身的内能，而是类似于可燃气在密封容器中爆炸，使能量的一部份转移到气缸(因曲轴的刚性很好，转移到曲轴的能量很小)，使气缸温度急剧上升。为了解决上述问题人们发明了许多无连杆，曲轴结构形式的内燃机，如中国CN2046584U号专利公开了一种无曲轴活塞式内燃机，主要通过连杆、摇杆机构将活塞的往复运动变为输出轴的旋转运动，虽然解决了不用连杆、曲轴输出动力，减小了能量输出中的损耗，但必须以2的倍数的气缸，活塞通过摇杆，超越离合器连动来完成内燃机的各个冲程的循环，由于内燃机在压缩冲程尚未结束时就将提前点火，将产生很大的阻力阻止压缩冲程继续进行，致使压缩冲程尚未完成活塞便会返回运动，因此整个内燃机各气缸，活塞的上、下止点和点火时间不能准确可靠。中国86105190A号(公开号为CN86105190A)介绍了一种往复活塞式直轴变缸内燃机，它以花轮、擎子及电磁闸控制活塞的往复运动，取代连杆、曲轴的传动形式，虽然减少了能量传递中的损耗，但在内燃机每分钟数千转的转速下，擎子和电磁闸的往复惯性将影响内燃机工作的可靠性，电磁闸要每分钟动作数千次也比较困难，高速下衔铁要可靠地插入和退出花轮的缺口也比较困难。
本发明的目的在于提出一种无曲轴传递动力的内燃机，它既克服了往复活塞式内燃机在动力传递上的不足，又保留了往复活塞式内燃机工作可靠的优点，能够使各气缸、活塞的上、下止点及点火时间准确可靠。
本发明的目的是这样实现的它包括箱体，箱体上设置有飞轮轴，本发明的特征在于箱体上还设置有气缸，气缸内有与之相配合的活塞，在作功冲程，活塞的运动由与之连接的传动件传递给轴(10)，并通过设置在轴(10)一端的超越离合器与飞轮轴传动连接，动力由飞轮轴输出，在其它冲程飞轮轴利用惯性通过设置在另一端的准同步控制机构带动活塞运动，准同步控制机构包括与飞轮轴传动连接的摆动齿轮，摆动齿轮分别与装在箱体上的专用轴承和支承在飞轮轴上的摆动盘连接，在飞轮轴上还有曲轴盘，曲轴盘通过连杆(34)和摆动杠杆与轴(10)连接，在作功冲程，轴(10)通过摆动杠杆和连杆(34)带动曲轴盘超前于飞轮轴转动，其它冲程当摆动盘的运动与曲轴盘同步时摆动盘与曲轴盘连接，并通过曲轴盘以及与之连接的连杆(34)和摆动杠杆控制轴(10)的运动。
上述气缸为圆柱形气缸，活塞为柱塞式活塞，所述传动件包括连杆(7)和杠杆(8)，连杆(7)的上端与活塞铰接，下端置于杠杆(8)内并通过销轴(9)与之固连，杠杆(8)和轴(10)通过键固连。
上述传动件也可以是齿条和与之相啮合的齿轮，齿条的上端与活塞铰接，齿轮固连在轴(10)上。
上述气缸为圆形气缸，活塞为扇形活塞，扇形活塞在圆形气缸内绕轴线作往复摆动，扇形活塞与轴(10)固连。
上述轴(10)由轴承支承在箱体上部，轴承由套筒和箱体上的台阶定位，在两轴承的外侧设置有油封，超越离合器固连在轴(10)的右端，其上有能够与之结合或分离的齿轮Z1，齿轮Z1与固连在飞轮轴上的齿轮Z2相啮合，飞轮轴通过轴承支承在箱体下部。
上述飞轮轴的左端固连有齿轮Z3，摆动齿轮与齿轮Z3相啮合，并通过轴(24)与专用轴承连接，专用轴承偏心安装在箱体上，通过轴承盖和箱体上的台阶定位，由轴承支承在飞轮轴上的摆动盘通过轴(27)与摆动齿轮连接，摆动盘的左侧面有两相对应的凸台。
上述摆动杠杆固连在轴(10)的左端，摆动杠杆通过轴承安装在连杆(34)的上部，连杆(34)的下部通过轴承装有轴(32)，轴(32)与曲轴盘固连，曲轴盘通过轴承支承在轴(10)的左端部。
本发明的工作原理如下在作功冲程时，活塞相对气缸向下运动，活塞的运动通过传动件传递给轴(10)，轴(10)顺时针转动，飞轮轴始终逆时针旋转，轴(10)通过固连在其上的超越离合器，齿轮Z1，齿轮Z2将运动传递给飞轮轴，动力由飞轮轴上的飞轮输出，并通过摆动杠杆，连杆(34)将运动传递给曲轴盘，此时曲轴盘超前于飞轮轴转动，活塞从上止点移动至3/20行程时，连杆(34)带动曲轴盘超前飞轮轴旋转约20°左右，活塞从3/20行程移动至9/20行程时，曲轴盘旋转又慢于飞轮轴30°多，此旋转速度的不同步当活塞在3/20行程前由曲轴盘完成，活塞移动至9/10行程后排气门已开，活塞已无动力传递给曲轴盘，超越离合器与齿轮Z1呈半脱开状态，曲轴盘由于惯性转动至下止点，作功冲程将结束时，轴(10)通过超越离合器，齿轮Z1、Z2、飞轮轴，齿轮Z3，摆动齿轮将运动传递给专用轴承和摆动盘，使之运动，由于专用轴承相对于飞轮轴是向上偏心放置的，专用轴承与摆动齿轮的连接轴(24)与飞轮轴的中心距离越来越小，迫使摆动齿轮顺时针旋转，摆动齿轮又带动摆动盘相对于飞轮轴顺时针旋转，这样摆动盘的旋转速度就慢于飞轮轴的旋转速度，与曲轴盘(当活塞从3/20行程运动至9/10行程时)的旋转速度基本保持同步，当活塞移动至9/10行程后摆动盘的旋转速度逐渐赶上曲轴盘，摆动盘左边两相对应的凸台卡住曲轴盘，带动曲轴盘一起旋转，做功冲程结束。压缩冲程超越离合器与齿轮Z1脱开，飞轮储存的动力通过飞轮轴，齿轮Z3，摆动齿轮和专用轴承，使摆动盘通过凸台带动曲轴盘继续转动，曲轴盘带动连杆(34)运动，使摆动杠杆返向摆动，通过轴(10)及传动件使活塞返回压缩可燃气，当活塞转至上止点压缩冲程结束。若为四冲程内燃机，其它二个冲程也是由飞轮轴的动力带动整个机构旋转，此时活塞无动力输出，轴(10)是由准同步控制机构控制被动地作往复摆动，因此轴(10)的两端不会产生不同步旋转。
本发明具有如下优点1.动力传递与控制机构分开使连杆，曲轴作动力传递的缺点得以克服，同时又以连杆、曲轴在准同步控制机构中作为控制机构，使内燃机的上、下止点，点火时间准确可靠。
2.本发明与同容积的曲轴，连杆传递动力的内燃机相比，马力要大一倍，以同马力的内燃机相比，耗油量要节省一倍。生产成本可以大大降低。
图1本实用新型的装配结构示意图。
图2为图1所示结构示意图的A向视图。
图3为图1所示结构示意图沿B-B剖面的剖面图。
图4本实用新型的传动原理图。
图5为另一种传动件的结构示意图。
图6为另一种气缸活塞的结构示意图。
附图1～图3描述了本发明作为二冲程摩托车内燃机的一个实施例。它包括箱体(1)，箱体(1)上设置有飞轮轴(2)，飞轮轴(2)的两端通过轴承(3)支承在箱体(1)的下部，轴承(3)由箱体(1)上的台阶定位。飞轮轴(2)的右端通过垫圈、螺母固连有飞轮(4)。在箱体(1)上设置有气缸(5)，气缸(5)与箱体(1)顶部固连，气缸(5)内有与之相配的活塞(6)，气缸(5)和活塞(6)均与现有活塞式往复内燃机的气缸和活塞的结构相同，活塞(6)与连杆(7)的上部铰接，连杆(7)的下端置于杠杆(8)内，并通过销轴(9)与杠杆(8)固连，杠杆(8)装在轴(10)上，通过键(11)与轴(10)连接，轴(10)的两端通过轴承(12)支承在箱体(1)的上部，轴承(12)由套筒(13)和箱体(1)上的台阶定位，在两轴承(12)的外侧设置有油封(14)，在轴(10)的右端通过垫圈(15)和螺母(16)固连有超越离合器(17)，超越离合器(17)采用现有的，超越离合器(17)上有能够与之结合或分离的齿轮(18)，齿轮(18)与通过键(19)固连在飞轮轴(2)右端的齿轮(20)相啮合，在作功冲程，活塞的运动由与之铰连的连杆(7)、杠杆(8)传递给轴(10)，轴(10)上的超越离合器(17)与齿轮(18)结合带动齿轮(18)转动，齿轮(18)与齿轮(20)相啮合从而将运动传递给飞轮轴(2)，动力由飞轮轴(2)上的飞轮(4)输出，在飞轮轴(2)的左端设置有准同步控制机构，准同步控制机构包括通过键(21)与飞轮轴(2)的左部固连的齿轮(22)，齿轮(22)与摆动齿轮(23)相啮合，摆动齿轮(23)通过轴(24)与专用轴承(25)连接，专用轴承(25)偏心地装在箱体(1)的左侧壁上，通过箱体(1)上的台阶和轴承盖(26)定位，轴承盖(26)与箱体(1)固连，摆动齿轮(23)通过轴(27)与由轴承(28)支承在飞轮轴(2)上的摆动盘(29)连接，摆动盘(29)的左侧面上有与之制成一体的两相对应的凸台(30)。在飞轮轴(2)的左端还通过轴承(28)支承有曲轴盘(31)，曲轴盘(31)的下部固连有轴(32)，轴(32)通过轴承(33)连接在连杆(34)下部，连杆(34)的上部通过轴承(35)连接有摆动杠杆(36)，摆动杠杆(36)的上部装在轴(10)的左部并通过键(37)与轴(10)连接。
图4描述了上述实施例的工作原理。在作功冲程，活塞(6)下移，活塞(6)的运动由与之铰接的连杆(7)，杠杆(8)传递给轴(10)，杠杆(8)的往复角度约为80°以避开上、下止点区域，轴(10)顺时针转动，飞轮轴(2)始终逆时针旋转，轴(10)通过固连在其上的超越离合器(17)，齿轮(18)，齿轮(20)将运动传递给飞轮轴(2)，动力由飞轮轴(2)上的飞轮(4)输出，并通过摆动杠杆(36)、连杆(34)将运动传递给曲轴盘(31)，此时曲轴盘(31)与飞轮轴(2)的旋转速度各不相同，当活塞(6)从上止点移动至3/20行程时，连杆(34)带动曲轴盘(31)超前飞轮轴(2)旋转约20°左右，活塞(6)从3/20行程移动至9/10行程时，曲轴盘(31)旋转又慢于飞轮轴(2)30多度，此旋转速度的不同步在活塞(6)移动3/20行程前由曲轴盘(31)完成，活塞(6)移动至9/10行程后，排气门已开，活塞(6)已无动力传递给曲轴盘(31)，超越离合器(17)与齿轮(18)呈半脱开状态，曲轴盘(31)由于惯性转动至下止点，作功冲程将结束时，轴(10)通过超越离合器(17)，齿轮(18)，(20)，飞轮轴(2)，齿轮(22)，摆动齿轮(23)将运动传递给专用轴承(25)和摆动盘(29)使之随之运动，由于专用轴承(25)相对于飞轮轴(2)是向上偏心放置的，专用轴承(25)与摆动齿轮(23)的连接轴与飞轮轴(2)的中心距越来越小，迫使摆动齿轮(23)顺时针旋转，摆动齿轮(23)又带动摆动盘(29)相对于飞轮轴(2)顺时针旋转，这样摆动盘(29)的旋转速度就慢于飞轮轴(2)的旋转速度，与曲轴盘(31)(当活塞从3/20行程运动至9/10行程时)的旋转速度基本保持同步，当活塞(6)移动至9/10行程后，摆动盘(29)的旋转速度逐渐赶上曲轴盘(31)，摆动盘(29)左边与之制成一体的两相对应的凸台(30)卡住曲轴盘(31)带动曲轴盘(31)一起旋转，做功冲程结束。压缩冲程，超越离合器(17)与齿轮(18)脱开，飞轮(4)储存的动力通过飞轮轴(2)，齿轮(22)，摆动齿轮(23)和专用轴承(25)，使摆动盘(29)通过凸台(30)带动曲轴盘(31)继续转动，曲轴盘(31)带动连杆(34)运动，使摆动杠杆(36)返向摆动，通过轴(10)及杠杆(8)，连杆(7)使活塞(6)返向压缩可燃气，当活塞(6)移动至上止点压缩冲程结束。
图5描述了传动件的另一种结构，它由齿条(38)和与之啮合的齿轮(39)组成，齿条(38)的上端与活塞(6)铰接，齿轮(39)通过键固连在轴(10)与杠杆(8)连接的位置上。
图6描述了气缸、活塞的另一种结构，气缸为圆形气缸(40)，活塞为扇形活塞(41)，扇形活塞(41)置于圆形气缸(40)内，能够绕圆形气缸(40)的轴线作往复摆动，扇形活塞(41)通过键固连在轴(10)与杠杆(8)连接的位置上。
权利要求
1.一种无曲轴传递动力的内燃机，包括箱体，箱体上设置有飞轮轴，本发明的特征在于箱体上还设置有气缸，气缸内有与之相配的活塞，在作功冲程，活塞的运动由与之连接的传动件传递给轴(10)，并通过轴(10)一端的超越离合器与飞轮轴传动连接，动力由飞轮轴输出，在其它冲程飞轮轴通过设置在另一端的准同步控制机构带动活塞运动，准同步控制机构包括与飞轮轴传动连接的摆动齿轮，摆动齿轮分别与装在箱体上的专用轴承和支承在飞轮轴上的摆动盘连接，在飞轮轴上还支承有曲轴盘，曲轴盘通过连杆(34)和摆动杠杆与轴(10)连接，在作功冲程，轴(10)通过摆动杠杆和连杆(34)带动曲轴盘超前于飞轮轴转动，其它冲程，当摆动盘的运动与曲轴盘同步时，摆动盘与曲轴盘连接，并通过曲轴盘以及与之连接的连杆(34)和摆动杠杆控制轴(10)的运动。
2.根据权利要求1所述的无曲轴传递动力的内燃机，其特征在于所述气缸为圆柱形气缸，活塞为柱塞式活塞，传动件包括连杆(7)和杠杆(8)，连杆(7)的上端与活塞铰接，下端置于杠杆(8)内并通过销轴(9)与之固连，杠杆(8)和轴(10)通过键固连。
3.根据权利要求1所述的无曲轴传递动力的内燃机，其特征在于所述气缸为圆柱形气缸，活塞为柱塞式活塞，传动件包括齿条和与之啮合的齿轮，齿条的上端与活塞铰接，齿轮固连在轴(10)上。
4.根据权利要求1所述的无曲轴传递动力的内燃机，其特征在于所述气缸为圆形气缸，活塞为扇形活塞，扇形活塞在圆形气缸内绕轴线作往复摆动，扇形活塞与轴(10)固连。
5.根据权利要求1所述的无曲轴传递动力的内燃机，其特征在于所述轴(10)由轴承支承在箱体上部，轴承由套筒和箱体上的台阶定位，超越离合器固连在轴(10)的右端，其上有能够与之结合或分离的齿轮Z1，齿轮Z1与固连在飞轮轴上的齿轮Z2相啮合，飞轮轴通过轴承支承在箱体下部。
6.根据权利要求1所述的无曲轴传递动力的内燃机，其特征在于所述飞轮轴的左端固连有齿轮Z3，摆动齿轮与齿轮Z3相啮合，并通过轴(24)与专用轴承连接，专用轴承偏心安装在箱体上，通过轴承盖和箱体上的台阶定位，由轴承支承在飞轮轴上的摆动盘通过轴(27)与摆动齿轮连接，摆动盘的左侧面有两相对应的凸台。
7.根据权利要求1所述的无曲轴传递动力的内燃机，其特征在于所述摆动杠杆固连在轴(10)的左端，摆动杠杆通过轴承安装在连杆(34)的上部，连杆(34)的下部通过轴承装有轴(32)，轴(32)与曲轴盘固连，曲轴盘通过轴承支承在轴(10)的左端部。
全文摘要
本发明提供了一种无曲轴传递动力的内燃机，包括箱体，箱体上设置有飞轮轴和气缸，气缸内有与之相配的活塞，活塞的运动由与之连接的传动件传递给轴(10)，并通过轴(10)一端的超越离合器与飞轮轴传动连接，飞轮轴的另一端设置有准同步控制机构，准同步控制机构包括与飞轮轴传动连接的摆动齿轮，摆动齿轮分别与装在箱体上的专用轴承和支承在飞轮轴上的摆动盘连接，在飞轮轴上还支承有曲轴盘，曲轴盘通过连杆(34)和摆动杠杆与轴(10)连接。
文档编号F01B9/04GK1071489SQ92111960
公开日1993年4月28日 申请日期1992年11月5日 优先权日1992年11月5日
发明者魏耀国 申请人:魏耀国