專利名稱：一種具備組合傳動裝置的二沖程柴油機的制作方法
一種具備組合傳動裝置的二沖程柴油機技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提供一種具備組合傳動裝置的二沖程柴油機，屬于柴油機機械技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景
二沖程柴油機完成一個工作循環(huán)曲軸需要旋轉(zhuǎn)360度，其中帶十字頭二沖程柴油機多為大型柴油機。這種柴油機的傳動裝置主要由活塞，活塞桿、十字頭、連桿、曲軸、導(dǎo)板組成，這種裝置在直線運動與旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換效率較低；而且，只有約80%的活塞行程用于作功，導(dǎo)致現(xiàn)有帶十字頭二沖程柴油機的熱能利用率較低。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有帶十字頭二沖程柴油機的缺點，提供一種具備組合傳動裝置的二沖程柴油機。
區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的具備組合傳動裝置的二沖程柴油機，其中所述組合傳動裝置由活塞、齒條、十字頭、內(nèi)桿、外桿、曲軸、扇形齒輪、軸、擋板等組成。其特征在于:設(shè)置軸向平行的、旋轉(zhuǎn)方向相反且旋轉(zhuǎn)一周時間相等的軸與曲軸，軸固定有扇形齒輪，該扇形齒輪分度圓直徑與活塞行程相等或基本相等；曲軸的曲柄銷上固定有凸輪，該凸輪隨曲柄銷上升時處于遠休止角或回程運動角；活塞通過能與扇形齒輪嚙合的齒條固定在十字頭的上方，十字頭通過滑塊保持滑動于導(dǎo)板之間；導(dǎo)板下方的機架上固定有擋板，擋板的頂部固定有墊塊，擋板可使到達行程末端的十字頭不再下移；內(nèi)桿套裝在并可滑動于外桿內(nèi)，內(nèi)桿的上端與十字頭鉸接，外桿的下端與曲柄銷鉸接，使十字頭與曲柄銷之間的距離處于可改變狀態(tài)；內(nèi)桿的下端可伸出于外桿，并可作用于或被作用于凸輪。
本發(fā)明的優(yōu)點在于:可實施提前點火，可實現(xiàn)充分燃燒，嚙合準確，活塞可在曲軸旋轉(zhuǎn)120度之前完成全部行程，并且都用于作功，使大部分熱能轉(zhuǎn)換成機械能，比現(xiàn)有帶十字頭二沖程柴油機節(jié)省燃料30%以上。


圖1是所述組合傳動裝置當其活塞處于上止點時的徑向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是所述組合傳動裝置當其活塞處于上止點時的軸向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2中A-A的剖視圖。
圖4是所述組合傳動裝置當其十字頭處于行程末端時，十字頭與擋板之間的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4中B-B的剖視圖。`
圖6是所述組合傳動裝置的軸與曲軸之間的傳動示意圖。
圖7是所述組合傳動裝置的齒條與扇形齒輪開始嚙合時，內(nèi)桿與凸輪之間的位置示意圖。
圖8是所述組合傳動裝置的齒條與扇形齒輪完全嚙合時，內(nèi)桿與凸輪之間的位置示意圖。
圖9是所述組合傳動裝置的十字頭到達行程末端時，曲柄銷與十字頭、扇形齒輪與齒條、內(nèi)桿與凸輪之間的位置不意圖。
圖10是所述組合傳動裝置的十字頭到達行程末端后，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，曲柄銷與十字頭、扇形齒輪與齒條、內(nèi)桿與凸輪之間的位置示意圖。
圖11是所述組合傳動裝置的曲軸旋轉(zhuǎn)180度時，曲柄銷與十字頭、扇形齒輪與齒條、內(nèi)桿與凸輪之間的位置示意圖。
圖12是所述組合傳動裝置的曲軸旋轉(zhuǎn)270度時，扇形齒輪與齒條、內(nèi)桿與凸輪之間的位置示意圖。
圖中1.軸，2.曲軸，3.齒輪，4.扇形齒輪，5.曲柄銷，6.凸輪，7齒條，8.氣缸，9.活塞，10.十字頭，11.滑塊，12.導(dǎo)板，13.擋板，14.機架，15.雙頭螺栓，16.螺母，17.法蘭，18.螺栓，19.外桿，20.內(nèi)桿，21.墊塊，22.貫穿螺栓。圖中箭頭表示運動方向。具體實施例
圖1至圖6給出了本發(fā)明提供的具備組合傳動裝置的二沖程柴油機其中所述組合傳動裝置的一個實施例:
圖中四個依次嚙合的、半徑和模數(shù)及齒數(shù)相等或相同的齒輪3，其中上下兩個齒輪3分別固定在軸向平行的軸I與曲軸2中，使軸I與曲軸2的旋轉(zhuǎn)方向相反且旋轉(zhuǎn)一周的時間相等；軸1還固定有扇形齒輪4，該扇形齒輪4分度圓直徑與活塞行程相等，曲軸2的曲柄銷5焊接固定著框架結(jié)構(gòu)的凸輪6，該凸輪6以曲柄銷5為基圓，隨曲柄銷5上升時處于遠休止角或回程運動角。
能與扇形齒輪4嚙合的齒條7的上端通過法蘭17固定在活塞9的下端，活塞9保持密封滑動于氣缸8中，齒條7的下端通過內(nèi)螺紋固定著十字頭10，兩塊中空結(jié)構(gòu)的滑塊11分別套裝在十字頭10的軸向兩端，并由螺栓18和螺母16固定，各滑塊11可保持滑動于兩塊導(dǎo)板12之間，導(dǎo)板12由多個雙頭螺栓15及螺母16固定在機架14中；擋板13安裝并固定在導(dǎo)板12下方，與機架14構(gòu)成一體，擋板13的頂部通過螺栓18固定著墊塊21，該墊塊21由FPM合成橡膠制成，擋板13通過墊塊21可作用于滑塊11底部，使到達行程末端的十字頭10不再下移。
內(nèi)桿20套 裝在并可滑動于外桿19內(nèi)，內(nèi)桿20的上端與十字頭10鉸接，外桿19的下端與曲柄銷5鉸接，使十字頭10與曲柄銷5之間的距離處于可改變狀態(tài)，內(nèi)桿20的下端可伸出于外桿19，并可作用于或被作用于凸輪6。
在前述實施例中，齒條7與十字頭10之間的固定、滑塊11的結(jié)構(gòu)及其與十字頭10之間的固定、導(dǎo)板12的結(jié)構(gòu)及其與機架14之間的固定還可以采用現(xiàn)有的公知技術(shù)。
在前述實施例中，機架14的安裝、法蘭17的固定、軸I及曲軸2的安裝、扇形齒輪4和齒輪3的固定或安裝、內(nèi)桿20與十字頭10之間的鉸接、外桿19與曲柄銷5之間的鉸接均采取現(xiàn)有的公知技術(shù)，且不在本發(fā)明的主要技術(shù)特征范圍內(nèi)，故不作詳述。
圖7至圖12給出了前述實施例的部分工作過程，同時再結(jié)合圖1至圖6，簡單地概括其工作原理和工作過程:
氣缸8作用于活塞9及導(dǎo)板12作用于滑塊11使活塞3和齒條7及十字頭10始終處于上下垂直運動狀態(tài)。
外桿19作用于內(nèi)桿20，使內(nèi)桿20始終處于凸輪6的上方。
墊塊21可緩沖擋板13與十字頭10之間的作用力。
作功行程開始后，燃料燃燒產(chǎn)生的壓力使活塞9通過齒條7、十字頭10、內(nèi)桿20作用于曲柄銷5上的凸輪6，推動曲軸2旋轉(zhuǎn)并通過軸I與齒輪3使扇形齒輪4同時旋轉(zhuǎn)；此時，活塞9受到曲軸2的反作用力，下移緩慢，有利于燃料的充分燃燒；當扇形齒輪4進入嚙合區(qū)域后，活塞9快速下移推動齒條7與扇形齒輪4開始嚙合，并使扇形齒輪4旋轉(zhuǎn)，此時，凸輪6依然作用于內(nèi)桿20的下端，可減少齒條7對扇形齒輪4的沖擊。
活塞9通過齒條7繼續(xù)推動扇形齒輪4旋轉(zhuǎn)，從而獲得機械能；扇形齒輪4通過軸1、齒輪3使曲軸2旋轉(zhuǎn)，隨著曲軸2的轉(zhuǎn)角不斷加大，十字頭10與曲柄銷5之間的距離也逐漸加大，以及凸輪6處于回程運動角，且回程幅度較大，最終使凸輪6脫離內(nèi)桿20的下端，在此過程中，齒條7與扇形齒輪4由開始嚙合進入到完全嚙合。
由于扇形齒輪4分度圓直徑與活塞9行程相等，所以當曲軸2旋轉(zhuǎn)約120度時，活塞9與十字頭10到達行程末端，作功結(jié)束，排氣門打開后，擋板13通過墊塊21作用于滑塊11底部，使十字頭10及活塞9等不再下移；此后，在飛輪的作用下，軸I與曲軸2繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞9與十字頭10處于靜止狀態(tài)，扇形齒輪4與齒條7處于脫離狀態(tài)，曲柄銷5與十字頭10之間的距離不斷縮小，凸輪6處于升程運動角，但凸輪6與內(nèi)桿20的下端依然處于脫離狀態(tài)。
曲軸2旋轉(zhuǎn)180度時，凸輪6升程結(jié)束；曲柄銷2向上旋轉(zhuǎn)后，凸輪6開始作用于內(nèi)桿20的下端，并通過內(nèi)桿20依次推動十字頭10、齒條7和活塞9向上移動至上止點；在此過程中，扇形齒輪4與齒條7依然處于脫離狀態(tài)，凸輪6處于回程運動角或遠休止角，可減少曲軸上升時受到的阻力。
前述工作過程，只限于本發(fā)明的主要技術(shù)特征范圍內(nèi)，對于二沖程柴油機的其他工作過程，由于與本發(fā)明的主要技術(shù)特征無關(guān)，所以未作陳述，同樣，與本發(fā)明的主要技術(shù)特征無關(guān)的零部件，圖中未示出。
現(xiàn)有帶十字頭二沖程柴油機采用活塞、活塞桿、十字頭、連桿、曲軸組成的傳動裝置，受機體的高度限制，連桿不能過長，在活塞的直線運動與曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換效率只有約60 %，特別在作功行程中，活塞越靠近上止點轉(zhuǎn)換效率就越低，導(dǎo)致熱能利用率較低。
對于直線運動與旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換，齒輪與齒條構(gòu)成的傳動裝置的轉(zhuǎn)換效率高達90%以上，但該裝置至今未應(yīng)用到柴油機中，主要原因是難以在較高的轉(zhuǎn)換頻率中準確地嚙合，以及不利于柴油機的提前點火及點火后的充分燃燒。
本發(fā)明提供的具備組合傳動裝置的二沖程柴油機，既保留了齒輪齒條傳動機構(gòu)與曲軸連桿傳動機構(gòu)的優(yōu)點，又克服了這兩種機構(gòu)的缺點:
在作功行程中，活塞仍處于較高的位置、缸內(nèi)壓力較大時，通過齒條推動扇形齒輪旋轉(zhuǎn)，獲得較高轉(zhuǎn)換效率，熱能利用率大幅提高。
在齒條與扇形齒輪嚙合前,通過曲軸的作用，能實施提前點火以及有利于點火后的充分燃燒，也使齒條與扇形齒輪的嚙合 更準確。
還有，由于需要較大的曲軸轉(zhuǎn)角以提供足夠的時間進行排氣和掃氣，只能減少作功行程在整個活塞行程中的比例，這也是導(dǎo)致現(xiàn)有二沖程柴油機熱能利用率較低的原因之O
本發(fā)明提供的具備組合傳動裝置的二沖程柴油機，通過采用可伸縮的內(nèi)外桿、能調(diào)節(jié)距離的凸輪、能阻止十字頭下移的擋板等技術(shù)特征，使扇形齒輪分度圓直徑可以等于或大于活塞行程，活塞在曲軸旋轉(zhuǎn)120度前完成全部行程，并且都用于作功，進一步提高了熱能利用率；而且，扇形齒輪分度圓直徑與活塞行程的比直越大，活塞完成全部行程所需的曲軸轉(zhuǎn)角就越小。
綜上所述，本發(fā)明提供的具備組合傳動裝置的二沖程柴油機，比現(xiàn)有帶十字頭二沖程柴油機能節(jié)省燃料30%以上。
值得說明的是:由于文字表達的局限性，以上僅提出了本發(fā)明的基本方案，對于在本發(fā)明原理范圍內(nèi)的 一些改進，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種具備組合傳動裝置的二沖程柴油機，其特征在于:設(shè)置軸向平行的、旋轉(zhuǎn)方向相反且旋轉(zhuǎn)一周時間相等的軸與曲軸，軸固定有扇形齒輪，該扇形齒輪分度圓直徑與活塞行程相等或基本相等；曲軸的曲柄銷上固定有凸輪，該凸輪隨曲柄銷上升時處于遠休止角或回程運動角；活塞通過能與扇形齒輪嚙合的齒條固定在十字頭的上方，十字頭通過滑塊保持滑動于導(dǎo)板之間；導(dǎo)板下方的機架上固定有擋板，擋板的頂部固定有墊塊，擋板可使到達行程末端的十字頭不再下移；內(nèi)桿套裝在并可滑動于外桿內(nèi)，內(nèi)桿的上端與十字頭鉸接，外桿的下端與曲柄銷鉸接，使十字頭與曲柄銷之間的距離處于可改變狀態(tài)；內(nèi)桿的下端可伸出于外桿，并可作用于或被作用于凸輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的二沖程柴油機，在曲軸旋轉(zhuǎn)120度之前，活塞可完成全部行程，并且全部用于 作功。
全文摘要
一種具備組合傳動裝置的二沖程柴油機，具備可相互滑動伸縮的內(nèi)桿和外桿，分別與十字頭和曲柄銷鉸接，使十字頭和曲柄銷之間的距離處于可改變狀態(tài)，導(dǎo)板下方設(shè)置擋板使到達行程末端的十字頭不再下移，活塞可在曲軸旋轉(zhuǎn)120度之前完成全部行程，并且都用于作功；作功時活塞通過齒條推動分度圓直徑可等于或大于活塞行程的扇形齒輪旋轉(zhuǎn)獲得機械能，再通過軸和齒輪使曲軸旋轉(zhuǎn)，固定于曲柄銷上的凸輪隨曲柄銷上升時處于遠休止角或回程運動角，并作用于內(nèi)桿的下端，推動十字頭和活塞上移到上止點。其優(yōu)點在于比現(xiàn)有帶十字頭二沖程柴油機節(jié)省燃料30％以上。
文檔編號F02B75/32GK103233817SQ20131016237
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者馬淑芬 申請人:馬淑芬