專利名稱：活塞式無曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括汽油、柴油、燃?xì)獾葍?nèi)燃機(jī)，以及活塞式蒸汽機(jī)等；尤其是涉及無曲軸的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括汽油、柴油、燃?xì)獾葍?nèi)燃機(jī)，以及蒸汽機(jī)等，其動(dòng)力轉(zhuǎn)換，主要是通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
其最大的缺陷在于，機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率受到極大限制，因?yàn)樵跉飧妆l(fā)壓力P最大的時(shí)候，即活塞位于上止點(diǎn)附近時(shí)，氣缸壓力P在連桿方向的分力P1在此時(shí)雖然最大，但由于P1作用于曲軸的力，幾乎正對(duì)曲軸的旋轉(zhuǎn)軸心，其力臂卻最小，即旋轉(zhuǎn)力矩最小；隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)，雖然連桿作用于曲軸的力臂不斷增大，但氣缸壓力P及其在連桿方向的分力P1同時(shí)都在減少，此消彼長，曲軸輸出的力矩始終受到抑制。
不僅如此，因?yàn)榛钊休S線與連桿幾乎始終存在著夾角，活塞受連桿的頂壓就對(duì)氣缸壁產(chǎn)生了側(cè)壓力，增加了摩擦阻力，并加劇了氣缸壁和活塞、活塞環(huán)的磨損。
活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)自發(fā)明以來，至今仍幾乎完全是采用傳統(tǒng)的曲軸連桿機(jī)構(gòu)；其間雖能檢索到一些摒棄了該曲軸連桿機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)的專利文獻(xiàn)，但市場(chǎng)上并未見到相應(yīng)的產(chǎn)品。
因?yàn)辇X輪(含齒條)間的傳動(dòng)效率很高(一般可達(dá)到94％以上)，這些技術(shù)創(chuàng)新的主要思路也是利用由齒條、齒輪等組成的機(jī)構(gòu)來代替曲軸連桿機(jī)構(gòu)，歸納起來，大致上可分為以下兩類其中一類是采用半圓(或稱扇齒、不完全)齒輪與齒條的組合，如中國專利公開號(hào)CN2167238Y，授權(quán)公告日1994年6月1日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為《往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的裝置》；中國專利公開號(hào)CN2182268Y，授權(quán)公告日1994年11月09日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為《往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)》；中國專利公開號(hào)CN1399063A，
公開日2003年2月26日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為《扇齒發(fā)動(dòng)機(jī)》等等。其不足之處是存在死點(diǎn)，而且對(duì)齒條與半圓齒輪間的對(duì)位配合要求很高，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在較大范圍變動(dòng)時(shí)，可能會(huì)有錯(cuò)位的情況發(fā)生，而一旦發(fā)生錯(cuò)位，可能會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的后果。
另一類則是采用了超越離合器與齒條、齒輪的組合，如中國專利公開號(hào)CN2350537Y，授權(quán)公告日1999年11月24日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為《無曲軸活塞動(dòng)力機(jī)》；中國專利公開號(hào)CN1362575A，
公開日2002年8月7日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為《高效率發(fā)動(dòng)機(jī)》等。其不足之處在于超越離合器屬于較精密的器件，其使用壽命與其所受的沖擊力、離合次數(shù)、頻率等直接相關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)受到較大限制。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明克服了現(xiàn)有文獻(xiàn)中齒條齒輪式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)中的不足，在于提供一種能滿足較大速度變化范圍，克服死點(diǎn)，具有一定抗沖擊強(qiáng)度的無曲軸活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。
技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的所述的發(fā)動(dòng)機(jī)包含至少一組動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，該動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的核心部件是移動(dòng)齒輪1，它可以在“接合”位置11與“非接合”位置12之間移動(dòng)，以此控制著起點(diǎn)是往復(fù)動(dòng)力構(gòu)件、終點(diǎn)是直型輸出主軸之間的動(dòng)力傳輸鏈的通、斷；所述的往復(fù)動(dòng)力構(gòu)件42是由至少一個(gè)活塞4與至少一根齒條2固接成的剛性構(gòu)件，直型輸出主軸30可以是齒輪軸或是固接有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪3，對(duì)應(yīng)于齒條和驅(qū)動(dòng)齒輪，移動(dòng)齒輪的數(shù)量也可以不止一個(gè)；所謂“接合”位置11是指移動(dòng)齒輪1與齒條2直接或間接嚙合、同時(shí)它還與驅(qū)動(dòng)齒輪3直接或間接嚙合，使包括活塞4、齒條2、移動(dòng)齒輪1、驅(qū)動(dòng)齒輪3、直型輸出主軸30的動(dòng)力傳輸鏈接通時(shí)，移動(dòng)齒輪所處的位置，此時(shí)，活塞與輸出軸之間可以相互傳輸動(dòng)力；所謂“非接合”位置是指移動(dòng)齒輪1移開“接合”位置，即脫離與齒條2或驅(qū)動(dòng)齒輪3的嚙合，從而使上述動(dòng)力傳輸鏈中斷時(shí)所處的位置，此時(shí)，活塞的逆向運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)齒輪及其輸出主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)；在其他輔助系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)的配合下，隨著移動(dòng)齒輪周期性地“接合”移動(dòng)，活塞可以通過該周期性通斷的動(dòng)力傳輸鏈，將其直線往復(fù)動(dòng)力持續(xù)轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)直型輸出主軸的單向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出。
本發(fā)明也可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)齒輪的移動(dòng)不需要由專門的控制部件控制，它始終與齒條嚙合并可以沿著與齒條平行的方向在一段范圍內(nèi)自由移動(dòng)；或是與“和齒條間接嚙合的間接齒輪”始終嚙合，并可以沿著其外緣在一段范圍內(nèi)自由移動(dòng)；隨著齒條的往、復(fù)運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)齒輪可以同步地跟隨著進(jìn)入、退出“接合”位置，即動(dòng)力傳輸鏈僅在該活塞、齒條剛性構(gòu)件由上止點(diǎn)至下止點(diǎn)的行程中才會(huì)接通。
本發(fā)明也可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)一組機(jī)構(gòu)還包含有一個(gè)輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31，輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31與驅(qū)動(dòng)齒輪3始終嚙合，而且當(dāng)移動(dòng)齒輪1移動(dòng)至“非接合”位置12時(shí)，移動(dòng)齒輪1在仍與齒條2嚙合的同時(shí)還能與輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31嚙合，構(gòu)成了另一條動(dòng)力傳輸鏈，從而使齒條在往復(fù)兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)都能與單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)齒輪維持聯(lián)動(dòng)。
本發(fā)明也可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)一組機(jī)構(gòu)包含兩個(gè)移動(dòng)齒輪，兩根齒條，兩齒條2、21平行設(shè)置，與至少一個(gè)活塞4固接構(gòu)成剛性構(gòu)件傳動(dòng)框42，兩移動(dòng)齒輪1、13與位于其間的驅(qū)動(dòng)齒輪3都在傳動(dòng)框內(nèi)，活塞4在爆發(fā)做功行程，帶動(dòng)傳動(dòng)框42向右運(yùn)行，此時(shí)，上齒條2、上移動(dòng)齒輪1、與驅(qū)動(dòng)齒輪3構(gòu)成動(dòng)力傳輸鏈，(下移動(dòng)齒輪13則與驅(qū)動(dòng)齒輪3脫離嚙合)，主軸30沿驅(qū)動(dòng)方向32輸出動(dòng)力；傳動(dòng)框42與活塞4在返向行程中左移時(shí)，下齒條21、下移動(dòng)齒輪13、驅(qū)動(dòng)齒輪3又構(gòu)成另一條動(dòng)力傳輸鏈，(上移動(dòng)齒輪1與驅(qū)動(dòng)齒輪3脫離嚙合)，主軸30繼續(xù)沿驅(qū)動(dòng)方向32輸出動(dòng)力。
本發(fā)明也可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)一組機(jī)構(gòu)中，剛性構(gòu)件42上固接的齒條2互相平行，多個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪同軸固接；多個(gè)移動(dòng)齒輪，其移動(dòng)可以是不同步的，即可以分組或輪流進(jìn)入“接合”位置。
本發(fā)明也可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)齒輪1在接合位置時(shí)，通過間接齒輪33與齒條2間接嚙合，通過間接齒輪34與驅(qū)動(dòng)齒輪3間接嚙合；間接齒輪33與齒條2始終嚙合、間接齒輪34與驅(qū)動(dòng)齒輪3始終嚙合。
本發(fā)明還可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)兩移動(dòng)齒輪串聯(lián)在動(dòng)力傳輸鏈中，可以同時(shí)或先后進(jìn)入“接合”位置，一個(gè)移動(dòng)齒輪1可始終與齒條2嚙合并能沿齒條2的齒面移動(dòng)，另一個(gè)移動(dòng)齒輪13可始終與驅(qū)動(dòng)齒輪3嚙合并能沿驅(qū)動(dòng)齒輪3的外緣移動(dòng)。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過設(shè)立移動(dòng)齒輪，簡化了發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成元素，使發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、加工、安裝、維修、零件更換都更加簡單；設(shè)計(jì)時(shí)，活塞行程等主要參數(shù)的設(shè)置可以不受動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的限制；轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)內(nèi)各零部件間的相對(duì)大小、相對(duì)位置、空間排列等也沒有特別限制，設(shè)計(jì)上有較大的自由度；轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)內(nèi)各零部件間的配合無特別苛刻的要求，當(dāng)活塞(齒條)與輸出軸(驅(qū)動(dòng)齒輪)間由于速度變化可能出現(xiàn)錯(cuò)位的情況時(shí)，因移動(dòng)齒輪具有移動(dòng)加轉(zhuǎn)動(dòng)的雙重自由度，能自然、平穩(wěn)地“接合”，系統(tǒng)就可以毫無障礙地繼續(xù)運(yùn)行，而不會(huì)造成什么不利影響，因此有更大的適應(yīng)范圍；通過合理地設(shè)計(jì)，控制移動(dòng)齒輪的“接合”時(shí)機(jī)，能較好地克服死點(diǎn)；結(jié)構(gòu)簡單厚實(shí)的齒輪本身就有較好的強(qiáng)度，通過合理地選擇其各項(xiàng)參數(shù)，如采取適度增加齒寬、加強(qiáng)齒面硬度等措施，可以進(jìn)一步提高其抗沖擊能力和使用壽命，提高其經(jīng)濟(jì)性能，在實(shí)用性上有較大優(yōu)勢(shì)；本發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以僅使用結(jié)構(gòu)簡單、通用的齒輪、齒條等標(biāo)準(zhǔn)零部件組成，其加工與使用成本不僅遠(yuǎn)低于曲軸連桿機(jī)構(gòu)，就是相對(duì)于其他齒條式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，其經(jīng)濟(jì)性也是顯而易見的。


圖1是移動(dòng)齒輪處于“接合”位置時(shí)動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的示意2、圖3、圖4是移動(dòng)齒輪處于三種“非接合”位置狀況時(shí)的示意5是可軸向移動(dòng)的移動(dòng)齒輪及其控制部件圖6也是通過上、下行程觸點(diǎn)控制移動(dòng)齒輪移動(dòng)的示意7是采用凸輪機(jī)構(gòu)控制移動(dòng)齒輪移動(dòng)的示意8是采用機(jī)械電子聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制移動(dòng)齒輪移動(dòng)的示意9是輔助驅(qū)動(dòng)齒輪參與組成機(jī)構(gòu)的示意10是由一個(gè)以上活塞、兩個(gè)移動(dòng)齒輪、兩根齒條組成的機(jī)構(gòu)示意11剛性往復(fù)動(dòng)力構(gòu)件，以及移動(dòng)齒輪輪流接合示意12、圖13是間接嚙合的示意14含有兩個(gè)移動(dòng)齒輪的機(jī)構(gòu)示意15特殊齒齒輪及不完全齒輪示意16幾組機(jī)構(gòu)間通過擺動(dòng)齒輪聯(lián)動(dòng)示意17兩組不在同一平面的機(jī)構(gòu)示意18附加飛輪啟動(dòng)機(jī)構(gòu)示意19潤滑示意中1.移動(dòng)齒輪 2.齒條 3.驅(qū)動(dòng)齒輪4.活塞5.上行程觸點(diǎn) 6.下行程觸點(diǎn) 7.定位輪 8.撥叉擺桿9.擺桿 10.移動(dòng)齒輪軸 11.“接合”位置 12.“非接合”位置13.其他移動(dòng)齒輪14.軸滑移槽15.移動(dòng)齒輪軸右斜面16.移動(dòng)齒輪軸左斜面 17.凸輪 18.凸輪曲線槽19.滾子20.擺動(dòng)齒輪21.對(duì)置下齒條 22.自鎖機(jī)構(gòu)23.電磁機(jī)構(gòu)24.復(fù)位彈簧25.連桿銷 26.連桿27.小飛輪 28.啟動(dòng)電機(jī)29.特殊齒齒輪的特殊齒30.直型輸出主軸31.輔助驅(qū)動(dòng)齒輪 32.驅(qū)動(dòng)方向33-36.間接齒輪 37.油面38.油道 39.油道喇叭口40.噴油口 41.對(duì)置活塞42.活塞齒條剛性構(gòu)件、傳動(dòng)框
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明1.如圖1是一種典型實(shí)施例，核心部件——移動(dòng)齒輪1可以在“接合”位置11與“非接合”位置12之間移動(dòng)?；钊?與齒條2固接成的剛性構(gòu)件由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，移動(dòng)齒輪1移動(dòng)至“接合”位置11，即移動(dòng)齒輪1與齒條2直接嚙合、同時(shí)它還與驅(qū)動(dòng)齒輪3也直接嚙合，使活塞4、齒條2、移動(dòng)齒輪1、驅(qū)動(dòng)齒輪3、直型輸出主軸30間的動(dòng)力傳輸鏈接通，如果活塞4正處于爆發(fā)沖程，其爆發(fā)動(dòng)力就可以沿著動(dòng)力傳輸鏈由齒條2切向傳遞給移動(dòng)齒輪1，再切向傳遞給驅(qū)動(dòng)齒輪3，最終帶動(dòng)直型主軸30沿驅(qū)動(dòng)方向32輸出動(dòng)力。
活塞4、齒條2的返向行程中，移動(dòng)齒輪1移動(dòng)到“非接合”位置，此時(shí)，移動(dòng)齒輪1可以是脫離與驅(qū)動(dòng)齒輪3的嚙合而繼續(xù)與齒條2嚙合，如圖2、6所示；也可以是脫離與齒條2的嚙合而繼續(xù)與驅(qū)動(dòng)齒輪3嚙合，如圖3所示；還可以是與齒條2或驅(qū)動(dòng)齒輪3都不相嚙合，如圖1中的虛線位置12(即圖4所示)，或圖5所示。
上述的任何一種移動(dòng)方式，只要移動(dòng)齒輪1一脫離嚙合，就能使所述的動(dòng)力傳輸鏈中斷，活塞、齒條的逆向運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)齒輪及其輸出主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在本組機(jī)構(gòu)活塞的非爆發(fā)行程中，輸出主軸可以在主軸飛輪或其他組機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下繼續(xù)運(yùn)行。
在本發(fā)明的技術(shù)方案中，為了敘述方便，我們將“一組”機(jī)構(gòu)的概念定義為固接在一個(gè)剛性往復(fù)構(gòu)件上的所有活塞、齒條，與由其帶動(dòng)的一條或數(shù)條動(dòng)力傳輸鏈中的全部部件所組成的機(jī)構(gòu)。
活塞、齒條剛性構(gòu)件的持續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以由本組機(jī)構(gòu)的其他活塞(如對(duì)置活塞41等)配合，或與其它組機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，或由附加的飛輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)。
活塞不止一個(gè)時(shí)，可以兩兩相對(duì)，水平設(shè)置，如圖9、10所示。
二沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使用一對(duì)以上活塞；四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以由四個(gè)以上活塞帶動(dòng)，則僅用一組機(jī)構(gòu)就能使發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)工作。
另外，通過擺動(dòng)齒輪與其它組機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，也能實(shí)現(xiàn)活塞的連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如圖16所示，此時(shí)，各組機(jī)構(gòu)處于同一個(gè)平面，齒條2或剛性構(gòu)件42的側(cè)面可以有一或二根側(cè)齒條，分別與擺動(dòng)齒輪20嚙合，則相鄰兩組間就可以相互帶動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)齒輪20的軸與處于“接合”位置的移動(dòng)齒輪1的軸可以共處于同一個(gè)垂直于齒條的平面，在該平面齒條的側(cè)面或背面，還可以分別設(shè)置一些固定在機(jī)體上的定位輪7，如圖1、9、10、12、16等所示，從而將齒條2或剛性構(gòu)件42限定在平穩(wěn)的直線方向上運(yùn)行。
當(dāng)然，存在幾組機(jī)構(gòu)時(shí)，不一定都位于同一個(gè)平面，如圖17所示，就是位于不同平面的兩組機(jī)構(gòu)示意圖。
單缸發(fā)動(dòng)機(jī)或不足四缸的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，可以附加如圖18所示的飛輪機(jī)構(gòu)，在齒條2或剛性構(gòu)件42的適當(dāng)部位，設(shè)置連桿銷25，通過連桿26與小飛輪27偏鉸接，依靠小飛輪的慣性，完成非爆發(fā)行程。
綜上所述，在發(fā)動(dòng)機(jī)的其他輔助系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)的配合下，隨著移動(dòng)齒輪周期性地“接合”移動(dòng)，活塞就可以通過該周期性通斷的動(dòng)力傳輸鏈，將其直線往復(fù)動(dòng)力持續(xù)轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)直型輸出主軸的單向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出。
(1)移動(dòng)齒輪的移動(dòng)可以是受控的，目的就是控制其在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)入“接合”位置，以下是幾種控制實(shí)施例，當(dāng)然還可以有其它控制方式，在此無法一一例舉。
如圖6所示的控制實(shí)施例，在齒條2的上下兩端各有一個(gè)行程觸點(diǎn)5、6；活塞每次運(yùn)行至下止點(diǎn)時(shí)，上行程觸點(diǎn)5下壓撥叉擺桿8的尾端，通過撥叉將移動(dòng)齒輪1的軸10撬起，移動(dòng)齒輪1被撬離“接合”位置11，與驅(qū)動(dòng)齒輪3脫離嚙合，動(dòng)力傳輸鏈中斷；緊接著齒條2向上移動(dòng)，使該狀態(tài)保持；直至行程結(jié)束，即活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，下行程觸點(diǎn)6上頂撥叉擺桿8的尾端，通過撥叉將移動(dòng)齒輪1的軸10下壓，移動(dòng)齒輪1被壓向“接合”位置11，與驅(qū)動(dòng)齒輪3、齒條2同時(shí)分別嚙合，動(dòng)力傳輸鏈接通；緊接著齒條2向下移動(dòng)，嚙合狀態(tài)持續(xù)，直至行程結(jié)束，活塞再次運(yùn)行至下止點(diǎn)，...，如此往復(fù)。
圖5所示的實(shí)施例與此類似其特征在于，移動(dòng)齒輪1可以沿著其軸10的軸向移動(dòng)，軸10的兩端各有一個(gè)觸壓斜面15、16；活塞每次運(yùn)行至下止點(diǎn)時(shí)，上行程觸點(diǎn)5下壓右斜面15，給軸10一個(gè)向左的軸向推力，使移動(dòng)齒輪1向左移動(dòng)，移至“非接合”位置12，動(dòng)力傳輸鏈中斷；然后，齒條2返身上行，直至行程結(jié)束，即活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，下行程觸點(diǎn)6上頂左斜面16，給軸10一個(gè)向右的軸向推力，使移動(dòng)齒輪1向右移動(dòng)，逐漸進(jìn)入“接合”位置11；因?yàn)橐苿?dòng)齒輪1在移動(dòng)進(jìn)入“接合”位置11的過程中，齒條2仍然繼續(xù)上行，因此必須取消齒條2末端的部分條齒，以使接合過程中移動(dòng)齒輪1不會(huì)與運(yùn)動(dòng)方向相反的齒條2和驅(qū)動(dòng)齒輪3同時(shí)嚙合。
采用凸輪機(jī)構(gòu)來控制移動(dòng)齒輪的移動(dòng)是一種較好的方式，如圖7所示盤狀凸輪17可以與氣門凸輪機(jī)構(gòu)(圖中未示出)聯(lián)動(dòng)，擺桿9末端上的滾子19在凸輪輪廓曲線溝槽18內(nèi)滑動(dòng)，帶動(dòng)移動(dòng)齒輪1周期性擺動(dòng)，控制其平穩(wěn)地在“接合”位置11與“非接合”位置12之間移動(dòng)；其優(yōu)點(diǎn)在于移動(dòng)齒輪1可以完全受控，尤其在是速度較高的情況下，可以克服因慣性造成的移動(dòng)齒輪1動(dòng)作滯后的情況；不僅如此，對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，凸輪17的溝槽輪廓曲線18還可以設(shè)計(jì)成僅在該活塞4的爆發(fā)行程中，移動(dòng)齒輪1才處于“接合”位置11，以減少機(jī)件的磨損。
此外，還可以采用機(jī)械電子聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)來加以控制，如圖8所示，只在齒條2的上端有一個(gè)行程觸點(diǎn)5；在爆發(fā)行程的終點(diǎn)，行程觸點(diǎn)5下壓撥叉擺桿8，擺桿8的尾端有一自鎖機(jī)構(gòu)22，在其釋放之前，將一直鎖定擺桿8和移動(dòng)齒輪1處于“非接合”位置12；自鎖機(jī)構(gòu)22(鐵制)可以由電磁機(jī)構(gòu)23控制，其觸發(fā)脈沖信號(hào)可以來自“晶體管輔助觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)”或“無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器”(圖中未示出)；當(dāng)氣缸點(diǎn)火時(shí)，電磁機(jī)構(gòu)2 3被觸發(fā)，吸合鐵制自鎖構(gòu)件22后退，釋放擺桿8，擺桿8在復(fù)位彈簧24的作用下，拉動(dòng)移動(dòng)齒輪1進(jìn)入“接合”位置11，直至爆發(fā)行程終點(diǎn)，行程觸點(diǎn)5再次將其壓離，并鎖定于“非接合”位置12。該機(jī)構(gòu)能使移動(dòng)齒輪僅在活塞的爆發(fā)沖程才處于“接合”位置。
(2)移動(dòng)齒輪與齒條或驅(qū)動(dòng)齒輪間的嚙合，可以是間接嚙合，即所構(gòu)成動(dòng)力傳輸鏈中還可以包含有其他間接齒輪、傳動(dòng)軸等機(jī)械傳動(dòng)部件，如圖12、13所示。
如圖13所示的間接嚙合實(shí)施例中，間接齒輪33與齒條2始終嚙合，齒輪34、35、36也是間接齒輪，移動(dòng)齒輪1與齒輪34、35均是圓錐齒輪，間接齒輪33與圓錐齒輪34同軸固連，圓錐齒輪35與間接齒輪36同軸固連(或直接與輸出主軸固連輸出動(dòng)力)，間接齒輪36與驅(qū)動(dòng)齒輪3始終嚙合；當(dāng)移動(dòng)齒輪1向下移至“接合”位置時(shí)，其兩邊的傘齒分別與間接齒輪34、35嚙合，形成動(dòng)力傳輸鏈；當(dāng)移動(dòng)齒輪退離“接合”位置時(shí)，傳輸鏈中斷。
(3)移動(dòng)齒輪在“接合”位置11與“非接合”位置12之間移動(dòng)時(shí)，可以是沿著其軸兩端的滑移槽14滑動(dòng)(如圖2、6、8所示)，也可以是固定在擺桿9的一端，繞定點(diǎn)擺動(dòng)(如圖3、7所示)，也可以是沿著其軸向移動(dòng)(如圖5、13所示)，也可以是幾種移動(dòng)方式的組合移動(dòng)齒輪的軸點(diǎn)移動(dòng)的軌跡可以是直線(如圖2、5、6等)或弧線(如圖3、7所示)或折線以及三維曲線等。
移動(dòng)齒輪1、驅(qū)動(dòng)齒輪3(含齒條2)可以是圓柱(或圓錐，如圖13所示)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，也可以是變位齒輪、非標(biāo)準(zhǔn)齒輪、不完全齒輪或特殊齒齒輪等，其齒型可以是人字齒或斜齒甚至部分情況下也可采用直齒。
移動(dòng)齒輪1的分度圓周長大于活塞行程即齒條2的移動(dòng)距離時(shí)，就可以是不完全齒輪。
所謂特殊齒齒輪，如圖15所示，是為了提高他們的抗沖擊能力，可以在它們最初嚙合瞬間所受沖擊部位各設(shè)計(jì)一枚以上的特殊齒，即可以將該枚輪齒的齒厚增加10％以上，并保證在互相嚙合的過程中能各自對(duì)應(yīng)嚙合。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)齒輪3的分度圓周長應(yīng)是活塞行程即齒條2移動(dòng)距離的整數(shù)倍，以保證周期性嚙合。
2.移動(dòng)齒輪的移動(dòng)可以不需要由專門的控制部件控制，移動(dòng)齒輪的移動(dòng)不需要由專門的控制部件控制，它始終與齒條嚙合并可以沿著與齒條平行的方向在一段范圍內(nèi)自由移動(dòng)、或是與和齒條間接嚙合的間接齒輪始終嚙合并可以沿著其外緣在一段范圍內(nèi)自由移動(dòng)；隨著齒條的往、復(fù)運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)齒輪可以同步地跟隨著進(jìn)入、退出“接合”位置，即動(dòng)力傳輸鏈僅在該活塞、齒條剛性構(gòu)件由上止點(diǎn)至下止點(diǎn)的行程中才會(huì)接通。
如圖2所示，此時(shí)滑移槽14與齒條2平行?！敖雍稀睍r(shí)，移動(dòng)齒輪1被齒條2壓在“接合”位置11，同時(shí)與驅(qū)動(dòng)齒輪3嚙合，若驅(qū)動(dòng)齒輪3在其分度圓處的線速度不大于移動(dòng)齒輪1在分度圓處的線速度時(shí)，傳輸鏈接通，驅(qū)動(dòng)齒輪3被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，輸出動(dòng)力；當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪3在分度圓處的線速度大于移動(dòng)齒輪1在分度圓處的線速度，或當(dāng)齒條逆向運(yùn)動(dòng)時(shí)，移動(dòng)齒輪1就會(huì)被抬離“接合”位置，動(dòng)力傳輸鏈中斷；隨著齒條上下運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)齒輪也同步上下移動(dòng)，構(gòu)成最簡化的機(jī)構(gòu)。但顯然，在這種情況下，無法靠裝在主軸飛輪上的啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)齒條及活塞啟動(dòng)，因此必須附加如圖18所示的飛輪啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)電機(jī)28的齒圈與小飛輪27的外緣齒圈嚙合，啟動(dòng)時(shí)，通過小飛輪27、連桿26帶動(dòng)齒條2活塞4往復(fù)啟動(dòng)。
圖12中移動(dòng)齒輪1可以始終與間接齒輪33嚙合，并可以沿著其外緣在一段范圍內(nèi)自由移動(dòng)，此時(shí)，移動(dòng)齒輪的移動(dòng)也可以不用其他控制部件控制。
3.發(fā)動(dòng)機(jī)的一組轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)還包含有一個(gè)輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31；輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31與驅(qū)動(dòng)齒輪3始終嚙合，而且當(dāng)移動(dòng)齒輪1移動(dòng)至“非接合”位置12時(shí)，如圖9所示，移動(dòng)齒輪1在仍與齒條2嚙合的同時(shí)還能與輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31相嚙合。
在活塞4的爆發(fā)行程，齒條2向右移動(dòng)，移動(dòng)齒輪1移至“接合”位置11，與齒條2、驅(qū)動(dòng)齒輪3構(gòu)成動(dòng)力傳輸鏈，驅(qū)動(dòng)齒輪沿驅(qū)動(dòng)方向32旋轉(zhuǎn)輸出動(dòng)力；在活塞4的返向行程，齒條2向左移動(dòng)，移動(dòng)齒輪1移至所謂“非接合”位置12，此時(shí)應(yīng)稱其為“輔助接合”位置12，與齒條2、輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31構(gòu)成另一條動(dòng)力傳輸鏈，輔助驅(qū)動(dòng)齒輪31帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪3繼續(xù)沿驅(qū)動(dòng)方向32旋轉(zhuǎn)輸出動(dòng)力；從而使齒條在往復(fù)兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)都能與單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)齒輪維持聯(lián)動(dòng)，動(dòng)力傳輸鏈幾乎不會(huì)中斷(尤其在使用兩個(gè)以上活塞帶動(dòng)的情況下)。
4.一組動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，如圖10所示，可以包含兩個(gè)移動(dòng)齒輪1、13，兩根齒條2、21，兩齒條2、21平行設(shè)置，與至少一個(gè)活塞4固接構(gòu)成剛性構(gòu)件傳動(dòng)框42，兩移動(dòng)齒輪1、13與位于其間的驅(qū)動(dòng)齒輪3都在傳動(dòng)框內(nèi)。活塞4在爆發(fā)做功行程，帶動(dòng)傳動(dòng)框42向右運(yùn)行，此時(shí)，上齒條2、上移動(dòng)齒輪1、與驅(qū)動(dòng)齒輪3構(gòu)成動(dòng)力傳輸鏈，(下移動(dòng)齒輪13則與驅(qū)動(dòng)齒輪3脫離嚙合)，主軸30沿驅(qū)動(dòng)方向32輸出動(dòng)力；傳動(dòng)框42與活塞4在返向行程中左移時(shí)，下齒條21、下移動(dòng)齒輪13、驅(qū)動(dòng)齒輪3又構(gòu)成動(dòng)力傳輸鏈，(上移動(dòng)齒輪1與驅(qū)動(dòng)齒輪3脫離嚙合)，主軸30繼續(xù)沿驅(qū)動(dòng)方向32輸出動(dòng)力。
5.一組機(jī)構(gòu)如圖11所示，剛性體42上固接的齒條2互相平行，多個(gè)移動(dòng)齒輪1同軸或不同軸分布、多個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪3同軸固接。如果所有移動(dòng)齒輪同步移動(dòng)，即等同于將一條動(dòng)力傳輸鏈分成幾條并行支鏈，各零部件所受的沖擊力將被分散承擔(dān)；如果是不同步移動(dòng)，可以采取分組或輪流接合的方式，即剛性動(dòng)力構(gòu)件42的每次往復(fù)，可以只有一個(gè)(或一組)移動(dòng)齒輪進(jìn)入“接合”位置11，并逐次輪換，其特點(diǎn)是每個(gè)移動(dòng)齒輪的移動(dòng)周期可以是往復(fù)構(gòu)件周期的數(shù)倍。
6.典型的間接嚙合情況，如圖12所示，在接合位置11時(shí)，移動(dòng)齒輪1通過間接齒輪33與齒條2間接嚙合，通過間接齒輪34與驅(qū)動(dòng)齒輪3間接嚙合，間接齒輪33與齒條2始終嚙合，間接齒輪34與驅(qū)動(dòng)齒輪3也始終嚙合；該設(shè)計(jì)可使沖擊力只集中在間接齒輪33、34和移動(dòng)齒輪1之間，主要傳動(dòng)部件齒條2和驅(qū)動(dòng)齒輪3所受的沖擊大幅減少。
7.一組機(jī)構(gòu)串聯(lián)有兩個(gè)以上移動(dòng)齒輪，(圖14以兩個(gè)為例，超過兩個(gè)時(shí)情況與此類似)，爆發(fā)行程時(shí)，兩移動(dòng)齒輪1、13可以同時(shí)(也可以先后分別)移至各自的“接合”位置11，當(dāng)所有移動(dòng)齒輪均處于各自的“接合”位置時(shí)，就與位于其間的間接齒輪33共同構(gòu)成動(dòng)力傳輸鏈；返向行程時(shí)，移動(dòng)齒輪1、13可以同時(shí)或先后離開各自的“接合”位置，只要有一個(gè)移動(dòng)齒輪1或13離開了自己的“接合”位置，動(dòng)力傳輸鏈就中斷。
特別是，其中一個(gè)移動(dòng)齒輪1可以始終與齒條2嚙合并能沿齒條2的齒面移動(dòng)，另一個(gè)移動(dòng)齒輪13也可以始終與驅(qū)動(dòng)齒輪3嚙合并能沿其外緣移動(dòng)，該設(shè)計(jì)也可使主要傳動(dòng)部件齒條2和驅(qū)動(dòng)齒輪3所受的沖擊大幅減少。
由于取消了曲軸連桿機(jī)構(gòu)，機(jī)軸箱內(nèi)各機(jī)構(gòu)、機(jī)件的潤滑方式將有所改變?？梢詫Ⅱ?qū)動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)在機(jī)軸箱的靠下部位，其下緣可以部分浸入油底殼的潤滑油液面37之下約一個(gè)齒高的深度，使驅(qū)動(dòng)齒輪3能有較好的潤滑，如圖19所示。
還可以在齒條2的內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)直徑較小的油道38，如圖19所示，其下端有一喇叭口狀的泵油腔39，在下止點(diǎn)時(shí)能浸入油底殼的潤滑油的液面37之下，其上端的噴油口40位于下止點(diǎn)時(shí)與移動(dòng)齒輪嚙合的位置附近。這樣，每當(dāng)運(yùn)行中齒條下端快速插入油液面時(shí)，因喇叭口效應(yīng)，潤滑油將被壓入油道38，經(jīng)噴油口40噴向移動(dòng)齒輪1與齒條2的嚙合處，改善移動(dòng)齒輪1和齒條2的潤滑狀態(tài)。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的其他系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)，如燃油噴射系統(tǒng)、凸輪氣門機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點(diǎn)火系等，可利用現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)參數(shù)或部分細(xì)節(jié)作適當(dāng)調(diào)整。
該動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)還可用于其他需要將直線往復(fù)動(dòng)力與旋轉(zhuǎn)動(dòng)力相互轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種活塞式無曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，包括氣缸、活塞，齒條、直型輸出主軸、主軸飛輪，以及其他輔助系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的發(fā)動(dòng)機(jī)包含至少一組動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，該動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的核心部件是移動(dòng)齒輪[1]，它可以在“接合”位置[11]與“非接合”位置[12]之間移動(dòng)，以此控制著起點(diǎn)是往復(fù)動(dòng)力構(gòu)件、終點(diǎn)是直型輸出主軸之間的動(dòng)力傳輸鏈的通、斷；所述的往復(fù)動(dòng)力構(gòu)件[42]是由至少一個(gè)活塞[4]與至少一根齒條[2]固接成的剛性構(gòu)件，直型輸出主軸[30]可以是齒輪軸或是固接有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪[3]，對(duì)應(yīng)于齒條和驅(qū)動(dòng)齒輪，移動(dòng)齒輪的數(shù)量也可以不止一個(gè)；所謂“接合”位置[11]是指移動(dòng)齒輪[1]與齒條[2]直接或間接嚙合、同時(shí)它還與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]直接或間接嚙合，使包括活塞[4]、齒條[2]、移動(dòng)齒輪[1]、驅(qū)動(dòng)齒輪[3]、直型輸出主軸[30]的動(dòng)力傳輸鏈接通時(shí)，移動(dòng)齒輪所處的位置，此時(shí)，活塞與輸出軸之間可以相互傳輸動(dòng)力；所謂“非接合”位置是指移動(dòng)齒輪[1]移開“接合”位置，即脫離與齒條[2]或驅(qū)動(dòng)齒輪[3]的嚙合，從而使上述動(dòng)力傳輸鏈中斷時(shí)所處的位置，此時(shí)，活塞的逆向運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)齒輪及其輸出主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)；在其他輔助系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)的配合下，隨著移動(dòng)齒輪周期性地“接合”移動(dòng)，活塞可以通過該周期性通斷的動(dòng)力傳輸鏈，將其直線往復(fù)動(dòng)力持續(xù)轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)直型輸出主軸的單向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出。
2.如權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于移動(dòng)齒輪的移動(dòng)不需要由專門的控制部件控制，它始終與齒條嚙合并可以沿著與齒條平行的方向在一段范圍內(nèi)自由移動(dòng)；或是與“和齒條間接嚙合的間接齒輪”始終嚙合，并可以沿著其外緣在一段范圍內(nèi)自由移動(dòng)；隨著齒條的往、復(fù)運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)齒輪可以同步地跟隨著進(jìn)入、退出“接合”位置，即動(dòng)力傳輸鏈僅在該活塞、齒條剛性構(gòu)件由上止點(diǎn)至下止點(diǎn)的行程中才會(huì)接通。
3.如權(quán)力要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一組機(jī)構(gòu)還包含有一個(gè)輔助驅(qū)動(dòng)齒輪[31]，輔助驅(qū)動(dòng)齒輪[31]與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]始終嚙合，而且當(dāng)移動(dòng)齒輪[1]移動(dòng)至“非接合”位置[12]時(shí)，移動(dòng)齒輪[1]在仍與齒條[2]嚙合的同時(shí)還能與輔助驅(qū)動(dòng)齒輪[31]嚙合，構(gòu)成了另一條動(dòng)力傳輸鏈，從而使齒條在往復(fù)兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)都能與單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)齒輪維持聯(lián)動(dòng)。
4.如權(quán)力要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一組機(jī)構(gòu)包含兩個(gè)移動(dòng)齒輪，兩根齒條；兩齒條[2]、[21]平行設(shè)置，與至少一個(gè)活塞[4]固接構(gòu)成剛性構(gòu)件傳動(dòng)框[42]，兩移動(dòng)齒輪[1]、[13]與位于其間的驅(qū)動(dòng)齒輪[3]都在傳動(dòng)框內(nèi)，活塞[4]在爆發(fā)做功行程，帶動(dòng)傳動(dòng)框[42]向右運(yùn)行，此時(shí)，上齒條[2]、上移動(dòng)齒輪[1]、與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]構(gòu)成動(dòng)力傳輸鏈，下移動(dòng)齒輪[13]則與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]脫離嚙合，主軸[30]沿驅(qū)動(dòng)方向[32]輸出動(dòng)力；傳動(dòng)框[42]與活塞[4]在返向行程中左移時(shí)，下齒條[21]、下移動(dòng)齒輪[13]、驅(qū)動(dòng)齒輪[3]又構(gòu)成另一條動(dòng)力傳輸鏈，上移動(dòng)齒輪[1]與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]脫離嚙合，主軸[30]繼續(xù)沿驅(qū)動(dòng)方向[32]輸出動(dòng)力。
5.如權(quán)力要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一組機(jī)構(gòu)中，剛性構(gòu)件[42]上固接的齒條[2]互相平行，多個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪同軸固接；多個(gè)移動(dòng)齒輪，其移動(dòng)可以是不同步的，即可以分組或輪流進(jìn)入“接合”位置。
6.如權(quán)力要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于移動(dòng)齒輪[1]在接合位置時(shí)，通過間接齒輪[33]與齒條[2]間接嚙合，通過間接齒輪[34]與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]間接嚙合；間接齒輪[33]與齒條[2]始終嚙合、間接齒輪[34]與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]始終嚙合。
7.如權(quán)力要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于兩移動(dòng)齒輪串聯(lián)在動(dòng)力傳輸鏈中，可以同時(shí)或先后進(jìn)入“接合”位置，一個(gè)移動(dòng)齒輪[1]可始終與齒條[2]嚙合并能沿齒條[2]的齒面移動(dòng)，另一個(gè)移動(dòng)齒輪[13]可始終與驅(qū)動(dòng)齒輪[3]嚙合并能沿驅(qū)動(dòng)齒輪[3]的外緣移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無曲軸活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，由移動(dòng)齒輪1、與活塞固接的齒條2以及固接在直型輸出主軸上的驅(qū)動(dòng)齒輪3構(gòu)成的動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，取代了傳統(tǒng)的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，并克服了現(xiàn)有無曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)的不足之處；所述的移動(dòng)齒輪1可以在“接合”位置11與“非接合”位置12之間移動(dòng)，使齒條與驅(qū)動(dòng)齒輪間的動(dòng)力傳輸鏈處于通、斷兩種狀態(tài)；在活塞的爆發(fā)行程，可以通過該動(dòng)力傳輸鏈向直型主軸輸出動(dòng)力；而活塞的返向運(yùn)動(dòng)則不會(huì)影響輸出主軸的運(yùn)動(dòng)；隨著移動(dòng)齒輪周期性地“接合”移動(dòng)，在其他輔助系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)的配合下，活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)就可以轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的持續(xù)單向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出。該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可應(yīng)用于汽油、柴油、燃?xì)獾葍?nèi)燃機(jī)，以及活塞式蒸汽機(jī)等。
文檔編號(hào)F02B75/32GK1529045SQ20031010116
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月21日
發(fā)明者程遠(yuǎn), 程 遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:程遠(yuǎn), 程 遠(yuǎn)