[发明专利]直轴驱动内燃机方法和装置

说明书

（一）技术领域：

本发明涉及发动机技术，具体为一种直轴驱动内燃机方法和直轴驱动内燃机装置。

（二）背景技术：

在当今汽车和轮船使用的动力中，绝大多数是往复活塞式内燃机，使用的燃料有汽油或柴油。往复活塞式内燃机的一个工作循环有四行程和二行程两种，在做功行程其驱动过程是：燃料在气缸内燃烧对活塞产生推力，活塞推动连杆，连杆驱动曲柄使曲轴转动而对外做功；在进气行程、压缩行程和排气行程中，利用内燃机转动系统的转动惯性，曲轴经连杆推动或拉动活塞而完成这三个行程。

由于连杆和曲柄在转动过程中，连杆与曲柄转动的平面形成一个可变的夹角，连杆作用到曲柄上的力分解为曲柄径向的径向力和曲柄转动圆周切向的切向力，只有切向力推动曲轴转动，从而对外做功，而径向力只对曲轴产生压力和拉力，它不仅不对外做功，而且使活塞与气缸产生摩擦力而出现摩擦损失，阻碍了内燃机的输出扭矩，浪费燃料。

当连杆和曲柄转动到同一个直线上时，即在四行程的内燃机中，连杆运动到0°、180°、360°、720°的四个时刻，连杆的作用力只有径向方向的径向力，在这四个时刻，连杆只对曲轴产生压力或拉力，这时靠内燃机曲轴的转动惯性，使曲轴迅速转过这四个时刻而维持整个系统的连续转动。

（三）发明内容：

针对传统曲柄连杆内燃机的不足之处，本发明提出了一最大限度提高切向力而减小了径向力，减小了活塞与气缸的摩擦力和摩擦损失，提高内燃机的输出扭矩的直轴驱动内燃机方法和直轴驱动内燃机装置。

能够实现上述目的的直轴驱动内燃机方法，是通过连杆来带动气缸的活塞运动而完成进气、压缩、做功和排气的工作循环，所不同的是将连杆的布置方向与活塞的运动方向一致而成为直连杆，同时还设置一根与直连杆平行且联动的副连杆，直连杆与副连杆之间设置一根直轴，所述直轴上安装传动轮和飞轮，所述传动轮与直连杆和副连杆处于同一平面内，传动轮的半周轮缘上设有传动副，在传动轮的转动过程中，所述传动副交替与直连杆和副连杆作用而产生对两者相反的推动，使直连杆和副连杆同时作直线往复运动，从而实现单气缸的活塞的工作循环。

本发明技术方案中，用直轴替代曲轴，气缸的工作过程与曲轴驱动的工作过程相同，但直连杆驱动的不是曲柄而是直轴上的传动轮，直连杆的作用力方向始终与传动轮的半径垂直，使直轴转动而对外输出扭矩，或者将直轴转动的惯性经传动轮驱动直连杆或副连杆，推动活塞的运动。

所述传动副采用半周齿轮，所述直连杆与副连杆上均设置与半周齿轮相啮合的齿条。

于所述直连杆末端的进气或做功行程位置上设置限位机构，当活塞从上止点运动到下止点附近时，即直轴转动到接近π或3π的时刻，限位机构开始起作用，限制直连杆继续向外运动，限位机构还具有储能的功能，吸收直连杆的剩余能量，当直轴转过π或3π的时刻时，限位机构将储存能量释放给直连杆。

以上本发明的技术方案描述是针对单缸四行程往复活塞式内燃机而言，当副连杆连接另一气缸的活塞时，本发明的方法可实现内燃机的双缸驱动。

当所述直轴上安装两个、或四个或六个传动轮并对应设置两套、或四套或六套直连杆和副连杆时，用本发明方法可以实现内燃机的四缸驱动、或八缸驱动或十二缸驱动。

在使用四个气缸时，应合理地控制各缸的行程顺序，使传动轮在一个工作循环转动的两周中的每个半周都有一个气缸处于做功行程，这样内燃机在工作循环中出力均匀，运行平稳。

根据直轴驱动内燃机方法设计的直轴驱动内燃机装置，包括连杆及连杆驱动机构，所述连杆连接气缸内的活塞，所不同的是所述连杆包括与活塞运动方向相同的直连杆和与直连杆平行且联动的副连杆，所述连杆驱动机构包括于直连杆与副连杆之间设置的直轴以及于直轴上安装的传动轮和飞轮，所述传动轮与直连杆和副连杆处于同一平面内，传动轮的半周轮缘上设有在传动轮的转动过程中交替与直连杆和副连杆作用而产生对两者相反推动的传动副。

所述传动副为半周齿轮，所述直连杆与副连杆上开设有与半周齿轮相啮合的齿条。

所述直连杆进气或做功行程的末端位置设置有限位机构。

所述副连杆连接另一气缸的活塞，实现一套传动轮与直连杆和副连杆驱动双缸。

所述直轴上安装对应于四缸驱动、八缸驱动和十二缸驱动的两套、四套、六套传动轮与直连杆和副连杆，实现内燃机的四缸驱动、或八缸驱动或十二缸驱动。

本发明也能够以相应的方式应用于二行程往复活塞式的内燃机。

本发明的优点：