[发明专利]齿轮扭矩转化器及齿轮传动往返活塞动力机

说明书

技术领域

本发明涉及一种往返活塞式动力机及其力扭矩转化装置，尤其是一种用齿轮传动的往返活塞式动力机的齿轮扭矩转化器，以及该齿轮传动往返活塞动力机。

背景技术

本文所称的动力机包括内燃机和蒸汽机。目前，在动力机领域中，以曲轴连杆往返活塞式内燃机研究最深，应用最广，在各个经济领域及国防建设中都有广泛应用。这种曲轴连杆往返活塞式内燃机的力转化机构是正弦机构，曲轴转动时，活塞存在两个止点。越靠近止点，曲轴连杆机构将燃气推力转化为机轴扭矩的效率越低，止点是力转化的死点。在死点，不仅不能将燃气推力转化为机轴扭矩，而且容易产生振动，减少使用寿命。可是，燃料爆炸，燃气对活塞产生最大推力正是在死点和死点附近，这时，连杆曲轴不能有效地将燃气推力转化为机轴扭矩，表现出机械效率低下的缺陷；待活塞远离死点，燃气推力下降，温度降低后，连杆曲轴才能有效地将燃气推力转化为机轴扭矩，造成热效率很大的损失。另外，在曲轴连杆把燃气推力转化为机轴扭矩的同时，也把活塞紧压在气缸壁上，产生很大的摩擦阻力，减小机轴扭矩；并且，燃气推力越大，摩擦阻力越大，损失的机轴扭矩越大，进一步降低了曲轴连杆力转化机构的机械效率。

自从上世纪六十年代美国加州出现由汽车排放和其它工业污染引发的环境危机、七十年代初能源危机，以及地球温室效应引起关注以后，极大地刺激了内燃机环保的研究，近些年燃油价格不断飙升，担心燃油耗竭，更激发人们对内燃机节能减排的欲望。

深知曲轴连杆往返活塞内燃机的缺陷，要它达到很高的有效热效率不现实，人们都期望用一种更理想的力转化机构取代曲轴连杆力转化机构，并且从理性上把注意力集中到旋转活塞内燃机。但是，经过一百多年努力，尝试过许多力转化方案，也没有完成旋转活塞内燃机的力转化核心技术的突破，实际还是连杆曲轴往返活塞内燃机性能更优。中国专利申请200610126406.X(变速齿轮旋转活塞动力机)，首次公开了用齿轮传动取代曲轴连杆传动的技术，才从实验室实现旋转活塞内燃机的力转化核心技术的突破，能大幅度节能减排。但是，该旋转活塞内燃机的旋转构件较多，制造成本可能较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是为往返活塞式动力机提供一种结构更简单、力转化效率更高且便于现有技术设备升级的通过齿轮传动的的齿轮扭矩转化器，以及应用有该齿轮扭矩转化器的齿轮传动往返活塞动力机。

研究发现，齿轮传动除了适用于旋转活塞动力机作扭矩转化外，如用于活塞为往返运动的动力机作扭矩转化，同样可以消除连杆曲轴往返活塞动力机的靠近两个活塞止点时的扭矩损失、消除连杆曲轴传动摩擦损失大的缺陷，大幅度提高机械效率；同样可以任意选择燃烧效率较高、有效热效率较高的活塞行程，大幅度提高有效热效率，大幅度节能减排。特别是，对现有的连杆曲轴往返活塞动力机，齿轮传动往返活塞动力机只需用机械效率高的齿轮传动取代原机械效率低的连杆曲轴传动，其它内燃机技术可以全套使用，技术升级方便。该新的往返活塞动力机的力转化机构即为本发明所指的齿轮扭矩转化器。

为解决上述技术问题，本发明齿轮扭矩转化器所采用的技术方案为：该齿轮扭矩转化器包括有主动轴、机轴、以及主动轴和机轴之间的齿轮系，主动轴和机轴分别为力扭矩转化的输入及输出轴；所述主动轴及机轴可为一根或多根，各主动轴与相应的机轴之间设有包含不完全齿轮的两个齿轮系，这两个齿轮系的传动比绝对值相等；每根主动轴通过不完全齿轮与这两个齿轮系交替啮合；机轴可以选用为所述齿轮系中任意一条从动轴。(为以下叙述方便，在此定义本方案的齿轮扭矩转化器为“轴齿轮扭矩转化器”。)

上述主动轴和机轴间的包含不完全齿轮的齿轮系的具体结构和形式，可根据齿轮系啮合的一般常识自由构建，并不拘于某一固定形式。

齿条作为直径为无限大的齿轮的特例，应用于上述方案作为主动轴齿轮时，形成的齿轮扭矩转化器在此定义为“齿条齿轮扭矩转化器”。齿条齿轮扭矩转化器的具体结构可以为：每根主动轴上设有一对齿条，该两根齿条为齿背齿并联固接，或为齿并齿固接；所述两个齿轮系各自通过不完全齿轮固定地与其中的一根齿条交替啮合。

应用上述齿轮扭矩转化器的往返活塞动力机的技术方案为：