[发明专利]一种发动机高效轴向旋转驱动机构

说明书

本发明公开了一种发动机高效轴向旋转驱动机构，其针对原有的发动机轴向旋转驱动机构实施改进，将原轴向运动构件上的驱动沟槽移至旋转运动构件上，而将旋转运动构件上与驱动沟槽配合的滚轮移至轴向运动构件上，这样的倒置设计使轴向运动构件能够进一步被优化缩减体积，并采用轻型材料制造，减小重量和运行振动，而将高强度材料如轴承钢等用在旋转运动构件的驱动沟槽上来提高其重量和强度，从而达成机构整体在重量和强度之间的平衡性；进而降低机构能量损耗，将发动机能量转换效率再提升一个档次。同时还设计与驱动沟槽两侧壁分别作用的两组滚轮，消除了单一滚轮的换向问题，并对导向机构实施优化，采用导向滚轮与导柱配合来进一步减小摩擦力。

技术领域

本发明涉及一种发动机高效轴向旋转驱动机构。

背景技术

传统发动机的传动装置主要采用曲轴连杆传动机构，其原理是燃料爆燃所产生的施加在活塞上用于驱动其直线运动的轴向力通过连杆及其与曲轴曲柄的连接结构被转换成驱动曲轴旋转运动的径向力，由于其结构简单又经过长期不断优化完善已经极为成熟，运用较为广泛。

但行业内公知，已知的上述曲轴连杆传动机构本身实际存在一个很大的问题：由于作用在活塞上的直线方向的力通过连杆传递给曲轴曲柄时始终存在一个角度，使得曲轴在旋转方向上始终得到的是一个被分解的力。这种情况尤其在活塞运动的初期和末期非常明显和极端，此时分解的力的方向接近90度时，力几乎无法传递出去，根据做功计算公式W=FS（F为力，S为距离），我们知道在时间不变的情况下，很大一部分力被白白浪费掉。所以传统发动机的输出功率实际是被分解后得到的功率。因此目前绝大多数传统发动机的能量转换效率只能达到35%左右，在人们使用上述传统发动机带给人们便利的同时也白白浪费了巨大的能源。

出于提升发动机能量转换效率的目的，申请人先前研发了一种新型的发动机传动装置，并申报了相关专利。这种传动装置的核心就是设计了一种轴向旋转驱动机构取代常规的曲轴连杆传动机构，这种轴向旋转驱动机构在工作时通过轴向运动构件上面倾斜闭环设计的驱动沟槽侧壁推动旋转运动构件的滚轮运动，使得旋转运动构件能够连续旋转，从而将活塞的直线运动转换为发动机输出转轴的连续旋转运动。该过程中，活塞输出的动力只是通过轴向旋转驱动机构改变了方向，而完全没有被分解，除去很少一部分摩擦力，绝大部分动力被传递给输出转轴输出。而且活塞做功的起始端及末端死点区很小，大部分能量被利用。因此，从本身的结构来讲其能量的转换效率远高于常规的曲轴连杆传动机构。

但本着技术不断创新和改进的理念，研发人员在应用上述轴向旋转驱动机构的过程中，经过实践摸索，发现其依旧存在如下亟待改进的地方：

1）轴向旋转驱动机构中的轴向运动构件的重量原则上应设计的越轻越好，以利于进一步减小发动机活塞做功的能量损耗，提高能量转换效率，并减小机构振动。而减轻构件重量的方法一方面可以采用轻质材料，例如铝材等，但同时也应兼顾材料的硬度和强度，以期其上的驱动沟槽能够抵受发动机活塞驱动下的滚轮在高速往复运动时的冲击力和摩擦力。经过实践我们发现已有的常规铝材等轻质材料往往强度不够，制造的驱动沟槽很难抵受发动机活塞驱动下的滚轮在高速往复运动时的冲击力和摩擦力。为此目前可行的途径还是需要采用强度相对较高的材料来制造轴向运动构件及其上的驱动沟槽，例如轴承钢等，主要是增强驱动沟槽的耐受力，配合缩减轴向运动构件的结构体积的方法以期在重量和强度之间达到平衡性。但实践中我们发现轴向运动构件的质量仍然较重。

这是因为已有轴向旋转驱动机构将驱动沟槽设计在轴向运动构件上，由于要兼顾驱动沟槽所占用的面积，因此现有的轴向运动构件的体积几乎很难再进一步缩减。以目前我们应用于200cc发动机上的轴向旋转驱动机构为例，采用的轴承钢制造的轴向运动构件经过优化设计后重量依旧达到1.2kg，那么对于200cc的发动机而言，该重量的轴向运动构件在内部运作时的振动还是较大的。