[实用新型]四冲程直列式无曲轴内燃机

说明书

本实用新型涉及一种四冲程直列式无曲轴内燃机，其特征是：包括直列式四缸的活塞箱体、四个活塞、前、后箱体、四冲程齿轮齿条传动机构、启动/运行机构和输出主轴，活塞箱体包括前箱体和后箱体，输出主轴通过主轴轴承支撑在前箱体上，启动/运行机构置于后箱体中，四个活塞分别与四冲程齿轮齿条传动机构连接，四冲程齿轮齿条传动机构分别与输出主轴和启动/运行机构连接，构成四冲程直列式无曲轴内燃机起动运行系统。有益效果：本实用新型的起动运行系统将每个活塞60％以上的推力转变成主轴的输出扭矩，其余推力用于驱动起动/输出轴旋转及驱动其余三根齿条及介轮的运动，有效提高了四冲程直列式内燃机的工作效率。

技术领域

本实用新型属于机械工程技术领域，尤其涉及一种四冲程直列式无曲轴内燃机。

背景技术

活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲轴传动机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。发动机系统机构包括曲轴传动机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统。其中起动系统的作用是：要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲轴传动机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲轴传动机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。

内燃机的连杆曲柄机构，其特点是活塞上行终点燃油燃烧，爆发力推动活塞带动连杆下行，驱动曲轴旋转，将活塞的直线推力转变成曲轴旋转的扭力使曲轴转动，实现热能转换成机械能，驱动机械做功运行。连杆曲柄机构以连杆作为主动件，其尺寸结构的设计以活塞行程作为主要参数，曲轴偏芯距的设计为活塞行程的1/2倍。假设曲轴的偏芯距为35毫米，活塞行程为70毫米；连杆长度的设计因考虑机械的外型尺寸及运行等因素，连杆常规设计值取曲轴偏芯距的3.5倍，即35毫米×3.5＝122.5毫米。上述传动结构在运行时，因曲轴旋转角度的变化，连杆角度会产生变化，使活塞的推力在随两构件运行角度变化的同时，连杆做用在曲轴上的推力随机产生两个变化的分力。这两个分力的出现，造成活塞的推力不能完全用于曲轴的扭力上，导致活塞推力的无功损耗，降低了曲轴的输出效率。受力分析如下：以上述部件尺寸作为计算参数，活塞驱动连杆使曲轴旋转，在旋转过程中连杆也随曲轴的旋转角度发生倾斜变动。不同倾斜角度的连杆对曲轴的圆周推力变化如下：①当活塞运动至上终点时(上死点)，曲轴偏心部位旋转至上高点与连杆中心线形成一条直线，此时活塞型腔点火对活塞产生推力(假设活塞推力为100㎏)，其做用力不能推动曲轴旋转，而完全做用在曲轴的径向上，成为曲轴的径向剪切力，曲轴径向受100kg 的剪切力；②当曲轴偏心部位顺时针旋转30度，曲轴偏心中心至连杆垂直中心线的水平距离为sina30°×偏心距＝0.5×35＝17.5mm，连杆的倾斜角＝17.5÷122.5＝sin8°13’，连杆做用在此点的向下垂直推力为100㎏×cos8°13’＝100×0.9897＝98.97㎏，曲轴此点的向下垂直分力为98.97 ×cos30°＝98.97×0.866＝85.7㎏；③当曲轴偏心部位旋转60°，曲轴偏心中心至连杆垂直中心的水平距离为cos30°×35＝0.866× 35＝30.31mm，连杆的倾斜角sin＝30.31÷122.5＝14°20’，连杆做用在此点的向下垂直推力为100㎏×cos14°20’＝100㎏×0.9688＝96.88㎏，曲轴此点的向下垂直分力为96.88×sin30°＝96.88×0.5＝48.44㎏；④当曲轴偏芯部位旋转至90°时，连杆的倾斜角sin＝35÷122.5＝0.2857＝16° 36’，连杆向下的垂直推力为100㎏×cos16°36’＝100㎏× 0.9583＝95.83㎏。

上述曲轴不同转角点垂直向下分力推力曲轴旋转的扭矩分别为