專利名稱：滾動活塞式非圓內(nèi)齒輪無曲軸反力發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
提出一種利用遠(yuǎn)大于活塞推力并隨著活塞位移的增加而增大的反力推動非圓內(nèi)齒輪往復(fù)運(yùn)動驅(qū)動主軸齒輪轉(zhuǎn)動做功的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
以曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)矩在活塞的各位移點(diǎn)上， 驅(qū)動力臂隨曲柄轉(zhuǎn)角不斷變化，驅(qū)動曲柄轉(zhuǎn)動的有效分力均小于甚至遠(yuǎn)小于混合汽燃燒時對活塞產(chǎn)生的推力，只有很小一部分轉(zhuǎn)化為曲柄的輸出轉(zhuǎn)矩，能量轉(zhuǎn)換率不高；此外，在燃燒開始時，由于汽缸燃汽壓力較高，輸出轉(zhuǎn)矩峰值比較大，但隨著活塞的移動，活塞頂部燃汽壓力迅速下降，使活塞推力迅速下降，加之曲柄轉(zhuǎn)角大于90°時的輸出轉(zhuǎn)矩迅速下降，造成轉(zhuǎn)矩輸出小而且范圍較窄，轉(zhuǎn)矩輸出極不平穩(wěn)；缸體與活塞之間為滑動摩擦，磨損快，效率低；活塞對缸體的側(cè)壓力方向不斷變化，產(chǎn)生敲缸沖擊等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服曲軸連桿活塞式發(fā)動機(jī)的上述缺點(diǎn)，提出一種滾動活塞式非圓內(nèi)齒輪無曲軸反力發(fā)動機(jī)，主要包括汽缸1、活塞2、安裝在活塞上的兩個鼓形滾輪3、圓弧形活塞導(dǎo)軌4、活塞銷5、非圓內(nèi)齒輪6、及與之嚙合的主軸齒輪7、輸出主軸8、凸輪9、凸輪輥?zhàn)?0組成；非圓內(nèi)齒輪由兩個半圓和兩段齒條組合而成。如圖1是滾動活塞式非圓內(nèi)齒輪無曲軸反力發(fā)動機(jī)工作原理圖，當(dāng)汽缸點(diǎn)火做功時，活塞2下行，活塞2推力的反力推動非圓內(nèi)齒輪6移動，由非圓內(nèi)齒輪6驅(qū)動與其嚙合的主軸齒輪7做定軸轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)矩和功率；當(dāng)活塞2運(yùn)動到下止點(diǎn)即非圓內(nèi)齒輪6上半圓中心線上時，做功行程結(jié)束，在下一個做功活塞推動下，主軸齒輪7繼續(xù)轉(zhuǎn)動，非圓內(nèi)齒輪6在換向機(jī)構(gòu)9、10作用下，繞活塞銷5發(fā)生擺動， 使主軸齒輪7與非圓內(nèi)齒輪6的嚙合平穩(wěn)過渡到非圓內(nèi)齒輪6的另一側(cè)，由主軸齒輪7驅(qū)動非圓內(nèi)齒輪6和活塞2上行完成排汽行程，在四個汽缸依次相互連續(xù)作用下，每個汽缸各自完成爆、排、吸、壓工作循環(huán)。通過計算或從圖1中可見，做功行程反力方向角從β開始，隨著活塞位移的增加而增大，即活塞推力的反力Ft = Ρ/οο8(β + θ)也隨之增加；在齒條嚙合段反力始終與主軸齒輪相切而力臂不變，所以反力增加越大則輸出轉(zhuǎn)矩M2 = ΓιΡ/οο8(β + θ )增加的也越
^^ O如果兩齒輪中心距a = (Z2-Z1)m/2取小值，即二齒差傳動，則齒條嚙合段范圍就變寬，即M2增加的范圍加大，M2增加的越來越多，使后半個做功行程輸出轉(zhuǎn)矩的迅速下降得到更大的補(bǔ)償，轉(zhuǎn)矩曲線的峰谷差縮小，轉(zhuǎn)矩輸出更平穩(wěn)。解決了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)在主軸轉(zhuǎn)角大于 90°時輸出轉(zhuǎn)矩迅速下降、范圍窄、變化大、不平穩(wěn)、能量轉(zhuǎn)換低的問題。做功行程與返回行程主軸轉(zhuǎn)角為φ = 2(φ, +φ2+φ,) = 360° χ (ζ2-ζ,+ ζ)/ζ,當(dāng)齒數(shù)比等于1時，活塞一個往復(fù)運(yùn)動，主軸轉(zhuǎn)一周；當(dāng)齒數(shù)比小于1時，活塞一個往復(fù)運(yùn)動，主軸轉(zhuǎn)角小于360°，適用于低速大扭矩發(fā)動機(jī)；當(dāng)齒數(shù)比大于1時，活塞一個往復(fù)運(yùn)動，主軸轉(zhuǎn)角大于360°，適用于高速大扭矩發(fā)動機(jī)。 采用了滾動式活塞使活塞與缸體的摩擦減小，效率更高，磨損更少。解決了汽缸活塞磨損過快的問題?；钊麩o論是做功行程還是返回行程都在汽缸的同側(cè)，因此不存在敲缸問題。圖2是滾動活塞式非圓內(nèi)齒輪無曲軸反力發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，在活塞行程和缸徑相同、不考慮活塞推力變化的條件下，計算出的兩種發(fā)動機(jī)在活塞各位移或輸出軸各轉(zhuǎn)角時輸出轉(zhuǎn)矩系數(shù)、輸出轉(zhuǎn)矩的變化曲線，也可以叫做輸出轉(zhuǎn)矩的系數(shù)或當(dāng)量力臂比較法， 即把反力發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩M2 = ΓιΡ/οο8(β + θ) = KfP行程為s的反力發(fā)動機(jī)與輸出轉(zhuǎn)矩
M =尸(sinp + sin爐cos^AJ^T^"^^^)尸=s/2(sin^ + sm^cos^/-j9-sin2 φ)Ρ 二 KqP
行程相等的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩系數(shù)或是當(dāng)量力臂大小的比較，因?yàn)榛钊谕晃灰苹蛑鬏S轉(zhuǎn)角時活塞推力相等，所以輸出轉(zhuǎn)矩的大小取決于轉(zhuǎn)矩系數(shù)或是當(dāng)量力臂&和Kq的大小。輸出轉(zhuǎn)矩曲線下的面積即為輸出轉(zhuǎn)矩所做的功，通過積分或用CAD查詢功能計算出滾動活塞式非圓內(nèi)齒輪無曲軸反力發(fā)動機(jī)比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩曲線下的面積增加了 18. 97%，就是做功增加了 18. 97%，也就是輸出功率提高了 18. 97%，改善了發(fā)動機(jī)的動力性能，顯著降低了燃料消耗和污染排放，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是滾動活塞式非圓內(nèi)齒輪無曲軸反力發(fā)動機(jī)原理圖。
圖2是滾動活塞式非圓內(nèi)齒輪無曲軸反力發(fā)動與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變化曲線比較圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明順利實(shí)施，可以用傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)改裝，采用傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的配汽、電器、 供油、潤滑、冷卻、啟動系統(tǒng)等附加裝置即可。
權(quán)利要求
1.涉及一種由汽缸、滾動式活塞上安裝有兩個鼓形輥輪、活塞導(dǎo)軌、活塞銷、非圓內(nèi)齒輪、主軸齒輪、凸輪換向機(jī)構(gòu)、輸出軸組成的活塞式發(fā)動機(jī)，其特征在于所述發(fā)動機(jī)無曲軸；活塞與缸體之間為滾動摩擦、磨損明顯降低；利用遠(yuǎn)大于活塞推力并隨著活塞位移的增加而增大的反力推動主軸齒輪輸出轉(zhuǎn)矩；活塞推力的反力在主做功段始終與主軸齒輪相切，輸出轉(zhuǎn)矩隨活塞位移的增加、反力的增大而增大；主做功段輸出轉(zhuǎn)矩增加的范圍更寬、 峰谷差更小、轉(zhuǎn)矩輸出更平穩(wěn)；活塞始終在汽缸的同側(cè)，不存在敲缸問題。
全文摘要
提出一種由汽缸、滾動式活塞上安裝有兩個鼓形輥輪、圓弧形活塞導(dǎo)軌、活塞銷、非圓內(nèi)齒輪、主軸齒輪、凸輪換向機(jī)構(gòu)、輸出主軸組成的活塞式發(fā)動機(jī)，活塞做功時，活塞推動非圓內(nèi)齒輪移動并推動與之嚙合的主軸齒輪轉(zhuǎn)動，從主軸輸出功率，同時驅(qū)動其他主軸齒輪帶動各自與之嚙合的非圓齒輪移動，完成每個缸的吸、壓、爆、排工作循環(huán)。其特點(diǎn)在于該發(fā)動機(jī)無曲軸；活塞與缸體之間為滾動摩擦、磨損明顯降低；利用遠(yuǎn)大于活塞推力并隨著活塞位移的增加而增大的反力推動主軸齒輪輸出轉(zhuǎn)矩；活塞推力的反力在主做功段始終與主軸齒輪相切，輸出轉(zhuǎn)矩隨活塞位移的增加、反力的增大而增大；主做功段輸出轉(zhuǎn)矩增加的范圍更寬、峰谷差更小、轉(zhuǎn)矩輸出更平穩(wěn)；活塞始終在汽缸的同側(cè)，無敲缸問題。通過計算比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)做功增加了18.97％，即輸出功率提高了18.97％。降低了燃料消耗和污染排放。
文檔編號F02B75/40GK102155295SQ20111002872
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者張連奎 申請人:張連奎