[发明专利]任意齿差数滚动式高转速内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及燃气动力领域，更具体地说，是一种任意齿差数滚动式高转速内燃机。

背景技术

目前，一般的内燃机（发动机）都由机体、曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统、燃油系统和点火系统等组成，工作过程分吸气、压缩、燃烧做功、排气四个冲程。这类内燃机的传动机构使用的都是曲柄连杆机构，通过连杆将活塞的动力传递给曲轴，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。 由于这种内燃机是靠活塞的直线运动和连杆的平面运动来压迫驱使曲轴作旋转运动，从而造成各运动副之间存在着较大的摩擦，导致内燃机传动效率低。这些现有曲轴连杆型内燃机还有如下主要缺点：体积大；连杆、曲轴上的不平衡离心力较大；冲击大，振动大；并由此引起较大的机械磨损，使内燃机寿命缩短；结构复杂、加工、制造、装配等都比较困难；此外，一般内燃机与变速装置是两个独立的机器，通常内燃机需另外安装变速器用于后续变速，造成体积庞大。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有曲轴连杆型内燃机存在的上述缺点，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、冲击振动小、运转平稳、功率大、寿命长、效率高的高速四冲程内燃机——任意齿差数滚动式高转速内燃机。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种任意齿差数滚动式高转速内燃机，主要由气缸盖（1）、排气门（2）、进气门（3）、气缸（4）、缸体（5）、推杆（6）、活塞（7）、弹簧（8）、滚轮（9）、外凸内齿圈（10）、活齿（11）、活齿架（12）、多相外凸轮（13）、输出轴（14）及起动系统、冷却系统、供油系统、润滑系统、配气系统等组成。其特征在于：八个气缸（4）环形对称均匀布置在外凸内齿圈（10）的周围，外凸内多相激波滚子传动机构将活塞的往复直线运动转变为输出轴（14）的旋转运动——气缸活塞（7）通过推杆（6）直接作用于外凸内齿圈（10）上，推动外凸内齿圈（10）旋转，外凸内齿圈的内部齿形面推动活齿（11）运动，活齿（11）在活齿架（12）约束作用下沿活齿架径向导槽做往复滚动运动，迫使活齿（11）与多相外凸轮（13）啮合，驱动多相外凸轮（13）转动，并由与多相外凸轮（13）键联接的输出轴（14）输出动力。上述活齿（11）可以是短圆柱滚子，也可以是钢球。

在上述技术方案中，外凸内多相激波滚子传动机构由凸轮机构和多相激波滚子活齿传动机构有机的组合而成。其中，凸轮机构由缸体（5）、活塞（7）、弹簧（8）、推杆（6）、外凸内齿圈（10）、滚轮（9）组成，推杆（6）的一端与活塞（7）固定联接，另一端安装滚轮（9），滚轮（9）使推杆（6）与外凸内齿圈（10）之间的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦，弹簧（8）的一端固定在活塞（7）下面，另一端固定在气缸下部的凸台上，弹簧（8）使推杆上的滚轮（9）始终与外凸内齿圈（10）接触，除此之外，每个气缸都配有活塞、带滚轮的推杆及弹簧。多相激波滚子活齿传动机构由外凸内齿圈（10）、活齿（11）、活齿架（12）、多相外凸轮（13）和与其键联接的输出轴（14）组成，外凸内齿圈（10） 的外部是四相凸轮，内部是多相激波滚子活齿传动中的内齿圈齿形面，故外凸内齿圈（10）既是凸轮机构中的凸轮，又是多相激波滚子活齿传动机构中的内齿圈，外凸内齿圈（10）将内燃机和多相激波滚子活齿传动有机地合二为一，整个多相激波滚子活齿传动机构内置于外凸内齿圈（10）的内部。多相外凸轮（13）是具有三个互成120°夹角且轴心对称的凸出部分的三相凸轮，自身质量完全平衡，其轮廓曲线为余弦曲线。

外凸内齿圈（10） 的外表面凸轮轮廓曲线可以根据实际设计需要选定，以获得最佳的动力学性能，提高内燃机的能量转换效率。输出轴（14）、外凸内齿圈（10）、活齿架（12）和多相外凸轮（13）等零件的轴心线重合并由机架轴承支承。活齿数Z₁₁和外凸内齿圈（10）的波数Z₁₀相差为3，活齿架（12）与机架固联，多相外凸轮（13）与输出轴（14）键联接，活齿（11）与外凸内齿圈（10）、多相外凸轮（13）分别相啮合均形成高副，活齿（11）可在活齿架（12）的径向导槽中滚动而与活齿架（12）形成高副。

在上述技术方案中，外凸内齿圈（10）的外部是具有四个互成90°夹角且轴心对称的凸出部分的四相凸轮，八个气缸（4）环形对称均布在外凸内齿圈（10）的周围，其中任意两个相隔180°对称布置的气缸活塞（7）工作状态同步，将工作状态同步的两个气缸活塞作为一组，四组气缸活塞依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸的活塞冲程进程对应于外凸内齿圈（10）转角的相位差为45°。