[发明专利]往复活塞式内燃机能量转换传动装置

说明书

本发明属于往复活塞式内燃机，具体地说是内燃机的能量转换传动装置。

现有的往复活塞式内燃机的实际效率较低，其原因之一是由能量转换传动机构造成的。该能量转换传动机构包括气缸、活塞和由活塞驱动的曲柄连杆机构，每个活塞只带动一个曲柄连杆机构。因此，活塞与气缸壁间必有一个侧压力和摩擦阻力，这不但导致活塞与气缸壁间的磨损，而且也要消耗一部分能量。而活塞与气缸壁间的侧压与连杆的摆动角度有关，为减小气缸壁与活塞间的磨损和阻力，其侧压不能太大，即连杆的摆动角度不能太大。连杆的摆动角度较小，则连杆作用在曲柄上的力较小，所产生的有效力矩也较小。

本发明的目的是提供一种热效率较高、所产生的有效力矩较大的往复活塞式内燃机能量转换传动装置。

实现本发明目的的解决方案是：用一个活塞同时带动两个曲柄连杆机构。它们的结构相同且对称偏置于气缸中心线两侧（当然，曲轴中心的偏置距离应大于曲轴半径），每个曲轴固联一齿轮，该两齿轮的齿数相等并相互啮合。因此，当活塞在气缸内往复运动时，可保证两个曲柄连杆机构作同步反向运动，即两曲轴作同步反向旋转。由于两曲轴上设有两个齿数相同并相互啮合的齿轮，同时两曲轴间还可以相互传递动力。即当其中一个曲轴作为输出轴时，另一个曲轴通过上述两齿轮将动力传递到输出轴上。也就是说，输出轴上的动力是两曲轴的动力之和。

本发明由于采用了两个对称分布的曲柄连杆机构，所以从理论上讲活塞与气缸壁间的侧压力等于零，其摩擦力也等于零。可以说，在实际运转中，活塞与气缸壁间的摩擦力是极小的，它们的磨损也是极小的，从而使气缸和活塞的工作寿命提高，能量损失减少，效率提高。同时，由连杆摆动所引起的振动较小。由于消除了活塞与气缸壁间的侧压力，所以可以增大曲柄连杆机构的偏置距离来达到增大有效力矩的目的。另外，本发明的曲柄连杆机构是偏置于气缸中心线的，所以上止点时的曲柄位置和下止点时的曲柄位置间有一夹角，即曲柄从上止点到下止点所转过的角度小于180°。也就是说，与现有的内燃机相比，在相同条件下，本实用新型的燃烧气体膨胀作功的有效利用率较高，因而热量损失较小。本发明适用于四冲程或二冲程内燃机。

下面结合附图对本发明的内容加以详细说明。

图1是本发明的一个具体结构图，图中所示是活塞位于上止点时的状态。

图2是本发明活塞位于下止点时的状态图。

图3是本发明第二实施例的结构示意图之一。

图4是本发明第二实施例的结构示意图之二。

图5是本发明的连杆受力图。

图6是本发明第三实施例的结构示意图。

如图1、图2所示：活塞2在气缸1内，活塞2上设有两上平行且对称于活塞中心线的活塞销3，两曲轴4对称偏置于气缸1中心线，并支承在机壳5上，连杆6分别与活塞销3和曲轴4上的轴颈7相联。在曲轴4的一端分别固联一个齿数相等的齿轮8，并且两齿轮8相互啮合。当活塞2往复运动时，通过两连杆6带动两曲轴4作同步反向旋转。在实际使用中，可以任选一个曲轴作为输出轴，而另一曲轴上的动力是通过上述一对相互啮合的齿轮8传递到该输出轴上的。

本发明还可以采用图3所示的结构，即两连杆6和活塞2之间通过一个小连杆9相联。这样一方面可以在两个曲柄连杆机构机构有一定偏置距离时防止连杆6与气缸壁相碰;另一方面也可以校正由于安装误差所引起的活塞偏移。活塞2位于上止点和下止点时的状态如图4所示：从图中可以看出，当活塞2位于上止点和下止点时，即连杆6与曲柄10在一条直线上时，连杆6的这两个位置间有一夹角α，从上止点到下止点曲柄10所转过的角度为180°-α，而单连杆机构，从上止点到下止点通常为180°，这一段时间正是燃烧气体膨胀作功的过程，所以燃烧气体膨胀作功时的热量损失减少，其作功的有效利用率可以得到提高。

图5表示了连杆6在不同偏斜角下的受力情况。图中P-活塞压力;T-单连杆机构中活塞作用在连杆上的最大有效分力;N-单连杆机构中活塞作用在气缸壁上的侧向分力;T′、T″-本发明的曲轴在不同偏置距离时活塞作用在连杆6上的分力。如前所述，两曲轴4的动力是可以相互传递的，当其中一个曲轴作为输出轴时，其上的动力相当于一个曲轴动力的两倍，即最大有效分力为2T′或者2T″。从图中中以看出2T″＞2T′＞T，即曲轴4偏置距离越大，有效分力越大，则有效力矩越大。

当两曲轴4的偏置距离较大时，可以在两曲轴4的齿轮8之间设置一对中介齿轮11，其结构如图6所示。