專利名稱：動壓導(dǎo)軌支承式齒輪—齒條發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)是汽車動力的源泉。迄今為止，除了為數(shù)不多的電動汽車之外， 汽車發(fā)動機(jī)都是熱能動力裝置，簡稱熱機(jī)。在熱機(jī)中借助工質(zhì)的狀態(tài)變化， 將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。這種發(fā)動機(jī)通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將活塞 的往返直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變成曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而將功率輸出。在做功沖程中， 發(fā)動機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成為推動活塞作往復(fù)式運(yùn)動的機(jī)械能，再 通過連桿帶動曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；在其他沖程中，又由曲柄來驅(qū)動活塞作往復(fù) 運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)換氣和壓縮的過程。
做功沖程中，活塞作用在曲柄上的做功力臂L的長度隨著曲軸轉(zhuǎn)角e的 變化而變化。當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時，活塞、連桿和曲軸主軸頸的中心成一直線， 這時曲軸的扭矩為0。氣體壓力對活塞所作的功全部轉(zhuǎn)化為對曲軸主軸頸的 "死點(diǎn)"壓力；而在其他位置，氣體壓力的一部分使活塞產(chǎn)生側(cè)向壓力，就 是對汽缸壁的壓力。由此可見，傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)在工作過程中，燃料燃燒產(chǎn)生的 壓力，只有一小部分轉(zhuǎn)化為曲軸的輸出扭矩，而絕大部分轉(zhuǎn)化為活塞對汽缸 壁的壓力和對曲軸主軸頸的壓力，能源利用效率不高。
此外，傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)中，各部件所承受載荷都是周期性變化的， 使得各接觸面間產(chǎn)生了不均勻的摩擦和撞擊(如敲缸、拉缸現(xiàn)象)，從而影響 發(fā)動機(jī)的性能。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種能克服對主軸的"死點(diǎn)"壓力和對汽缸壁的
側(cè)向壓力，能源利用率高的動壓導(dǎo)軌支承式齒輪一齒條發(fā)動機(jī)。
本實(shí)用新型包括相對布置的上、下箱體，上、下箱體平行布置且固定連 接，在上、下箱體的兩端分別設(shè)置汽缸蓋，上箱體內(nèi)呈臥式對稱分布兩個汽 缸，下箱體內(nèi)呈臥式對稱分布兩個汽缸，每個汽缸內(nèi)分別裝有一個活塞；上 箱體內(nèi)的兩個活塞分別固定連接在一活塞推桿的兩端，所述活塞推桿支承在 布置于上箱體內(nèi)的動壓支承導(dǎo)軌上，在該活塞推桿上固定連接齒條；下箱體 的兩個活塞分別固定連接在另一活塞推桿的兩端，所述活塞推桿支承在布置 于下箱體內(nèi)的動壓支承導(dǎo)軌上，在該活塞推桿上固定連接齒條；在上、下箱 體之間通過軸承分別支承相互平行的兩根輸出傳動軸，在兩根輸出傳動軸上 分別布置兩個齒輪；上述兩根齒條的齒面相對且平行布置，兩根齒條分別與 兩齒輪嚙合；兩個齒輪分別通過兩組單方向控制機(jī)構(gòu)與兩根傳動輸出軸同心 連接，且，所述兩組單方向控制機(jī)構(gòu)的傳輸方向相反，在兩根傳動輸出軸上 分別固定連接相互嚙合的傳動齒輪。
本實(shí)用新型的工作原理由箱體、氣缸蓋、四個氣缸及其活塞、兩根活 塞推桿、兩根動壓滑動導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、雙齒條一雙齒輪雙機(jī)構(gòu)、方向控制機(jī)構(gòu)以 及輸出軸聯(lián)動機(jī)構(gòu)等組成。其中，上、下箱體即是氣缸體，汽缸蓋用來密封 和形成配氣系統(tǒng)，從而形成燃燒室。同一箱體中的兩個活塞由相應(yīng)的活塞推 桿固定連接為一體，構(gòu)成兩缸驅(qū)動裝置，上、下箱體構(gòu)成發(fā)動機(jī)的四缸四沖 程裝置；同時與夾于兩齒條間的兩個齒輪相嚙合，構(gòu)成雙齒條一雙齒輪機(jī)構(gòu)， 通過各單方向控制機(jī)構(gòu)只能傳遞一個方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，兩個單方向控制機(jī)構(gòu) 的動力分別由各輸出傳動軸輸出至兩個齒輪，兩齒輪相互嚙合構(gòu)成輸出軸聯(lián) 動機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型利用齒輪齒條機(jī)構(gòu)，通過相互間的嚙合，將氣缸活塞驅(qū) 動齒條的往復(fù)式直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變成齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的一種往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
本實(shí)用新型的工作原理可燃?xì)獗óa(chǎn)生巨大的正壓力，某一氣缸產(chǎn)生 的正壓力通過活塞傳遞給活塞推桿，驅(qū)使齒條做往復(fù)式直線運(yùn)動，由于兩齒 條同時與兩根輸出傳動軸上的齒輪相嚙合，這樣就可以把爆炸產(chǎn)生的正壓力
通過雙齒條一雙齒輪機(jī)構(gòu)以及單方向控制機(jī)構(gòu)傳遞給兩根輸出傳動軸。由于 兩輸出傳動軸通過參數(shù)相同的齒輪嚙合構(gòu)成等輸出軸轉(zhuǎn)速聯(lián)動機(jī)構(gòu)，故無論 哪一個氣缸在工作行程，均能完成由齒條的往復(fù)式直線運(yùn)動到兩輸出傳動軸 的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換。
故，本實(shí)用新型具有以下兩大優(yōu)越性
1、 因齒條與齒輪在工作過程中始終處于垂直狀態(tài)，故氣缸對活塞產(chǎn)生的 推力所做的功幾乎完全傳遞到輸出軸，克服了對主軸的"死點(diǎn)"壓力和對汽 缸壁的側(cè)向壓力；消除了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)在工作循環(huán)中，各部件因周期變化載荷
作用，使得各接觸面間產(chǎn)生的不均勻摩擦和撞擊(如敲缸、拉缸)現(xiàn)象，從 而使發(fā)動機(jī)的效率達(dá)到最大，動靜態(tài)性能較佳。
2、 采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)就使得在做功沖程中，混合氣爆炸而作用于活塞頂
部的正壓力無需二次分解，而是幾乎等值的通過雙齒條一雙齒輪傳動機(jī)構(gòu)來 驅(qū)動輸出傳動軸轉(zhuǎn)動，減少無用功，進(jìn)而最大限度地提高發(fā)動機(jī)地工作效率， 能源利用率高。
為了對上、下箱體冷卻，本實(shí)用新型還在上、下箱體內(nèi)分別設(shè)置循環(huán)冷 卻水的水套。
為獲得壓力油對動壓支承導(dǎo)軌和活塞推桿之間的接觸摩擦面的動壓支 承、潤滑和冷卻，本實(shí)用新型沿活塞推桿運(yùn)動方向、在與活塞推桿接觸的動 壓支承導(dǎo)軌兩個摩擦面上分別開設(shè)油槽，在上、下箱體上分別設(shè)置連通于油 槽和箱體上機(jī)油油路的供油孔。液壓油泵將機(jī)油通過上、下箱體油路送至動 壓支承導(dǎo)軌的油槽， 一方面，建立起支承導(dǎo)軌與活塞推桿動導(dǎo)軌接觸摩擦面 間的動壓油膜，對活塞推桿進(jìn)行支承和接觸摩擦面間的潤滑，同時自動補(bǔ)償 齒輪齒條在傳動中因磨損產(chǎn)生的回差間隙。另一方面，進(jìn)入動壓支承導(dǎo)軌油 槽中的壓力油，經(jīng)由垂直于活塞推桿溝槽的中心油孔進(jìn)入齒條與活塞推桿組 成的油路，通過齒條與活塞推桿的配合間隙，或者配合面之間加工的若干細(xì) 油道，沿途滲油以達(dá)到對齒條散熱和潤滑的作用，同時壓力油經(jīng)過活塞推桿
兩端油孔進(jìn)入活塞散熱冷卻油路，對活塞進(jìn)行油冷散熱。
另，為了對活塞等部件進(jìn)行潤滑和散熱，本實(shí)用新型的活塞推桿的兩端 分別設(shè)有一段長度相等的圓柱體，圓柱體中心開有一油孔，各個活塞內(nèi)設(shè)置 冷卻腔，油孔與相應(yīng)的活塞的冷卻腔連通；活塞推桿的中部設(shè)置一條連通兩 端油孔且截面有階梯止口的壓力油溝槽，在壓力油溝槽深處、于活塞推桿的 導(dǎo)軌支承面之間開設(shè)垂直于活塞推桿對稱軸線的通油孔，所述齒條安裝在壓 力油溝槽內(nèi)并通過螺釘固定連接在活塞推桿上。
本實(shí)用新型所述單方向控制機(jī)構(gòu)為超越離合器，或棘輪一棘爪機(jī)構(gòu)。 為了達(dá)到精確的傳輸出效果，在兩個輸出傳動軸的前端上各自安裝有參 數(shù)相同的齒輪。本實(shí)用新型還在汽缸蓋的外側(cè)分別設(shè)置汽缸蓋罩，密封整個發(fā)動機(jī)，利 于防塵。


圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為動壓滑動導(dǎo)軌示意圖。 圖3為圖2的左側(cè)向示意圖。 圖4為圖2的仰視圖。 圖5為活塞推桿結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為圖5的B-B向斷面圖。 圖7為活塞和活塞推桿的連接示意圖。 圖8為輸出軸聯(lián)動齒輪機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1至8所示，本實(shí)用新型是由汽缸蓋罩1、汽缸蓋2、上箱體(氣缸 體)3、汽缸4、水套5、活塞6、齒輪7、單方向控制機(jī)構(gòu)8、輸出傳動軸9、 齒條10、支承導(dǎo)軌11、活塞推桿12、汽缸13、活塞14、汽缸蓋15、汽缸蓋 罩16、汽缸17、活塞18、齒輪19、單方向控制機(jī)構(gòu)20、輸出傳動軸21、齒
條22、支承導(dǎo)軌23、活塞推桿24、汽缸25、活塞26、下箱體(氣缸體)27、 齒輪28、齒輪29組成。
上箱體3和下箱體27相對且平行布置，采用缸體螺栓固定聯(lián)接。在上箱 體3和下箱體27左右兩側(cè)分別裝有汽缸蓋2和汽缸蓋15，用于密封和形成 配氣裝置，進(jìn)而構(gòu)成燃燒室，在汽缸蓋2和汽缸蓋15的外側(cè)聯(lián)接有汽缸蓋罩 1和汽缸蓋罩16，密封整個發(fā)動機(jī)，用于防塵。
本實(shí)用新型采用汽缸4與汽缸13、汽缸17與汽缸25配對使用，呈臥式 對稱分布，且汽缸4與汽缸13為一整體結(jié)構(gòu)(同在上箱體3內(nèi))，汽缸17 與汽缸25為一整體結(jié)構(gòu)(同在下箱體27內(nèi))。
每個汽缸內(nèi)分別安裝有一個活塞，上箱體3內(nèi)對稱布置的兩個活塞6、14 分別固定連接在一帶有溝槽的活塞推桿12的兩端，活塞推桿12作為動導(dǎo)軌 支承在箱體3的動壓支承導(dǎo)軌11上，齒條IO嵌入并固定在活塞推桿12溝槽 內(nèi)，與溝槽閉合組成潤滑冷卻油路，構(gòu)成活塞、推桿、齒條一體結(jié)構(gòu)。下箱 體27內(nèi)對稱布置的兩個活塞18、 26分別固定連接在另一帶有溝槽的活塞推 桿24的兩端，活塞推桿24作為動導(dǎo)軌支承在下箱體27的動壓支承導(dǎo)軌23 上，齒條22嵌入并固定在活塞推桿24溝槽內(nèi)。
在上箱體3和下箱體27之間通過軸承分別支承相互平行的兩根輸出傳動 軸9和21，在兩根輸出傳動軸9和21外分別同心布置兩個齒輪7和19。兩 根齒條IO、 22齒面相對且平行布置，兩根齒條IO、 22分別與齒輪7、 19嚙 合。
兩個齒輪7、 19分別通過兩組單方向控制機(jī)構(gòu)8、 20與兩根傳動輸出軸 (9、 21)同心連接，且，兩組單方向控制機(jī)構(gòu)8、 20的傳輸方向相反，在兩 根傳動輸出軸9、 21上分別固定連接相互嚙合的傳動齒輪28、 29，從而形成 雙齒條—雙齒輪機(jī)構(gòu)。使得兩齒條的往復(fù)式直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變成兩齒輪7、 19的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，齒輪7的運(yùn)動或動力通過單方向控制機(jī)構(gòu)8傳遞給傳動輸出軸9， 齒輪19的運(yùn)動或動力通過單方向控制機(jī)構(gòu)20傳遞給另一傳動輸出軸21，并
通過相互嚙合、參數(shù)相同的齒輪28、 29構(gòu)成閉環(huán)聯(lián)動機(jī)構(gòu)。單方向控制機(jī)構(gòu) 8和20可以為超越離合器，或棘輪一棘爪機(jī)構(gòu)。
由于輸出傳動軸9上的單方向控制機(jī)構(gòu)8和輸出傳動軸21上的單方向控 制機(jī)構(gòu)20安裝方向相反，使得齒輪7和齒輪19輪流驅(qū)動輸出傳動軸9和輸 出傳動軸21連續(xù)轉(zhuǎn)動，即當(dāng)齒條IO、 22帶動齒輪7、 19作逆時針轉(zhuǎn)動時， 此時單方向控制機(jī)構(gòu)20驅(qū)動輸出傳動軸21轉(zhuǎn)動，而單方向控制機(jī)構(gòu)8不能 驅(qū)動輸出傳動軸9轉(zhuǎn)動；當(dāng)齒條IO、 22帶動齒輪7、 19作順時針轉(zhuǎn)動時，此 時單方向控制機(jī)構(gòu)8驅(qū)動輸出傳動軸9轉(zhuǎn)動，而單方向控制機(jī)構(gòu)20不能驅(qū)動 輸出傳動軸21轉(zhuǎn)動。由于活塞齒條的往復(fù)驅(qū)動作用，輸出傳動軸9和輸出傳 動軸21將分時輪流轉(zhuǎn)動，為了保證輸出傳動軸9和輸出傳動軸21連續(xù)轉(zhuǎn)動， 輸出傳動軸9、 21通過嚙合傳動齒輪28和29驅(qū)動輸出傳動軸21、 9，使輸 出傳動軸9和輸出傳動軸21相對反向連續(xù)轉(zhuǎn)動。于是，無論活塞驅(qū)動齒條是 正向運(yùn)動還是反向運(yùn)動，輸出傳動軸始終保持朝一個方向的連續(xù)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而 保證發(fā)動機(jī)功率的連續(xù)輸出。
在上、下箱體3、 27內(nèi)設(shè)置循環(huán)冷卻水的水套5。
發(fā)動機(jī)在工作過程中，為了對雙齒條一雙齒輪機(jī)構(gòu)和活塞進(jìn)行散熱、潤 滑，以及消除齒條與齒輪間的傳動間隙，液壓油泵將機(jī)油分別通過上、下箱 體3、 27的供油路30、 31送至動壓支承導(dǎo)軌11、 23的油槽32、 33， 一方面， 建立起支承導(dǎo)軌與活塞推桿動導(dǎo)軌接觸摩擦面間的動壓油膜，對活塞推桿 12、 24進(jìn)行支承和接觸摩擦面間的潤滑，同時自動補(bǔ)償齒輪齒條在傳動中因 磨損產(chǎn)生的回差間隙。另一方面，進(jìn)入動壓支承導(dǎo)軌油槽32、 33中的壓力油， 經(jīng)由垂直于活塞推桿溝槽的中心油孔34、 35進(jìn)入齒條與活塞推桿組成的油 路，通過在活塞推桿與齒條的配合面上加工的若干細(xì)油道，沿途滲油以達(dá)到 對齒條散熱和潤滑的作用，同時壓力油經(jīng)過活塞推桿兩端油孔36、 37、 38、 39進(jìn)入活塞散熱冷卻油路，對活塞進(jìn)行油冷散熱。
各油路的具體設(shè)置如下1、 各個活塞內(nèi)上設(shè)有與活塞推桿連通的冷卻腔(42、 43、 44、 45)。
2、 動壓支承導(dǎo)軌11、 23的表面和活塞推桿12、 24的表面分別設(shè)置減磨 合金膜。沿活塞推桿12、 24的運(yùn)動方向、在與活塞推桿12、 24接觸的動壓 支承導(dǎo)軌11、 23兩個摩擦面上分別開設(shè)油槽32、 33，在上、下箱體3、 27 上分別設(shè)置連通于油槽32、 33和箱體上機(jī)油油路的供油孔30、 31。
3、 活塞推桿12、 24的兩端分別設(shè)有一段長度相等的圓柱體，圓柱體中 心開有一油孔36、 37、 38、 39，油孔36、 37、 38、 39分別與相應(yīng)的活塞內(nèi) 的冷卻腔(42、 43、 44、 45)連通。活塞推桿12、 24的中部分別設(shè)置一條連通兩端油孔(36、 37、 38、 39) 且截面有階梯止口的壓力油溝槽40、 41，在壓力油溝槽40、 41深處、于活 塞推桿12、 24的導(dǎo)軌支承面之間開設(shè)垂直于活塞推桿12、 24對稱軸線的通 油孔34、 35，兩齒條10、 22分別安裝在壓力油溝槽40、 41內(nèi)，并分別通過 螺釘固定連接在活塞推桿12、 24上。
權(quán)利要求1、動壓導(dǎo)軌支承式齒輪一齒條發(fā)動機(jī)，其特征在于包括相對布置的上、下箱體，上、下箱體平行布置且固定連接，在上、下箱體的兩端分別設(shè)置汽缸蓋，上箱體內(nèi)呈臥式對稱分布兩個汽缸，下箱體內(nèi)呈臥式對稱分布兩個汽缸，每個汽缸內(nèi)分別裝有一個活塞；上箱體內(nèi)的兩個活塞分別固定連接在一活塞推桿的兩端，所述活塞推桿支承在布置于上箱體內(nèi)的動壓支承導(dǎo)軌上，在該活塞推桿上固定連接齒條；下箱體的兩個活塞分別固定連接在另一活塞推桿的兩端，所述活塞推桿支承在布置于下箱體內(nèi)的動壓支承導(dǎo)軌上，在該活塞推桿上固定連接齒條；在上、下箱體之間通過軸承分別支承相互平行的兩根輸出傳動軸，在兩根輸出傳動軸上分別布置兩個齒輪；上述兩根齒條的齒面相對且平行布置，兩根齒條分別與兩齒輪嚙合；兩個齒輪分別通過兩組單方向控制機(jī)構(gòu)與兩根傳動輸出軸同心連接，且，所述兩組單方向控制機(jī)構(gòu)的傳輸方向相反，在兩根傳動輸出軸上分別固定連接相互嚙合的傳動齒輪。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述動壓導(dǎo)軌支承式齒輪一齒條發(fā)動機(jī)，其特征在于 在上、下箱體內(nèi)分別設(shè)置循環(huán)冷卻水的水套。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述動壓導(dǎo)軌支承式齒輪—齒條發(fā)動機(jī)，其特征在于 沿活塞推桿運(yùn)動方向、在與活塞推桿接觸的動壓支承導(dǎo)軌兩個摩擦面上分別 開設(shè)油槽，在上、下箱體上分別設(shè)置連通于油槽和箱體上機(jī)油油路的供油孔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述動壓導(dǎo)軌支承式齒輪一齒條發(fā)動機(jī)，其特征在于: 活塞推桿的兩端分別設(shè)有一段長度相等的圓柱體，圓柱體中心開有一油孔， 各個活塞內(nèi)設(shè)置冷卻腔，油孔與相應(yīng)的活塞的冷卻腔連通；活塞推桿的中部 設(shè)置一條連通兩端油孔且截面有階梯止口的壓力油溝槽，在壓力油溝槽深處、 于活塞推桿的導(dǎo)軌支承面之間開設(shè)垂直于活塞推桿對稱軸線的通油孔，所述 齒條安裝在壓力油溝槽內(nèi)并通過螺釘固定連接在活塞推桿上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述動壓導(dǎo)軌支承式齒輪一齒條發(fā)動機(jī)，其特征在于: 所述單方向控制機(jī)構(gòu)為超越離合器，或棘輪一棘爪機(jī)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述動壓導(dǎo)軌支承式齒輪一齒條發(fā)動機(jī)，其特征在于: 在兩個輸出傳動軸的前端上各自安裝有參數(shù)相同的齒輪。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述動壓導(dǎo)軌支承式齒輪一齒條發(fā)動機(jī)，其特征在于: 在汽缸蓋的外側(cè)分別設(shè)置汽缸蓋罩。
專利摘要動壓導(dǎo)軌支承式齒輪—齒條發(fā)動機(jī)，涉及一種發(fā)動機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域。在相對布置的上、下箱體的兩端分別設(shè)置汽缸蓋，上、下箱體內(nèi)分別呈臥式對稱分布兩對汽缸，各汽缸內(nèi)設(shè)活塞；上、下箱體內(nèi)的兩組活塞分別固定連接在具有齒條的活塞推桿兩端，各活塞推桿分別支承在布置于上、下箱體內(nèi)的動壓支承導(dǎo)軌上；上、下箱體上支承兩根分別連接兩齒輪的輸出傳動軸，兩根齒條齒面相對，且各自分別與齒輪嚙合；兩齒輪分別通過兩組傳輸方向相反的單方向控制機(jī)構(gòu)與兩根傳動輸出軸同心連接，兩根傳動輸出軸上分別固定連接相互嚙合的傳動齒輪。本實(shí)用新型能克服對主軸的“死點(diǎn)”壓力和對汽缸壁的側(cè)向壓力，結(jié)構(gòu)簡單、使用范圍廣、工作可靠、能源利用率高。
文檔編號F02B75/28GK201176890SQ20082003499
公開日2009年1月7日 申請日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月7日
發(fā)明者姜明明, 崔云峰, 勵 曾, 王張合, 飆 董 申請人:揚(yáng)州大學(xué)