專利名稱：引擎汽缸活塞的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種引擎汽缸活塞的驅(qū)動裝置。
引擎是設(shè)備的心臟部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到整臺設(shè)備的運轉(zhuǎn)，因此提高引擎的運轉(zhuǎn)馬力一直是該技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員致力發(fā)展的目標(biāo)，就傳統(tǒng)的引擎結(jié)構(gòu)而言，提高馬力的同時也相對增加了耗油量，因此經(jīng)濟效益不佳。
如

圖1A至圖1D所示的傳統(tǒng)曲柄軸往復(fù)式引擎，其結(jié)構(gòu)組成大致包括活塞10、連桿11、曲柄軸12、汽缸13、汽缸頭14、進氣閥15、排氣閥16、突輪17、火星塞18和引擎主體19。其運動大致分為進氣、壓縮點火、動力及排氣四個沖程。當(dāng)進氣時，突輪17壓下進氣閥15，曲柄軸12將活塞10往下死點方向拉，燃料混合氣由張開的進氣閥15吸入汽缸13內(nèi)，然后曲柄軸12旋轉(zhuǎn)而連動連桿11將活塞10往上死點方向推進，壓縮汽缸13內(nèi)的燃料混合氣，在曲柄軸12達(dá)到上死點前，火星塞18即點火燃燒混合氣，此時燃燒后的混合氣因溫度升高體積急劇膨脹，使汽缸13內(nèi)的壓力大增而推動活塞10往下死點方向運動，經(jīng)由連桿11驅(qū)動曲柄軸12，另側(cè)的突輪17壓下排氣閥16，曲柄軸12即推動活塞10往上死點方向運動，將汽缸13內(nèi)燃燒后的廢氣經(jīng)張開的排氣閥16排出汽缸13外，完成一次完整的運動行程。
當(dāng)活塞在汽缸的上死點及下死點間往復(fù)運動時，因曲柄軸與連桿的傳動結(jié)構(gòu)，在活塞受到燃燒混合氣的壓力由上死點位置往下死點位置推動時(即動力沖程)，由連桿驅(qū)動曲柄軸旋轉(zhuǎn)，活塞向下力量的方向PP′與連桿中心線BB′相交形成一D角，如圖2所示，D角愈大活塞向下死點的分力愈大，造成活塞對汽缸壁的側(cè)摩擦力增加，而連桿中心線BB′與曲柄軸中心線QQ′相交形成的F角，則關(guān)系到活塞所受的壓力經(jīng)由連桿驅(qū)動曲柄軸的力矩，F(xiàn)角愈小其力矩亦小，當(dāng)F角成90°角時，連桿驅(qū)動曲柄軸的力矩最大，而此時D角也大，造成其分力及側(cè)摩擦力增加，同時活塞所受的壓力將隨汽缸容積增加而下降，亦即當(dāng)汽缸內(nèi)的壓力愈大時，連桿驅(qū)動曲柄軸的力矩愈小，這是其傳動方式不合乎科學(xué)之處，也是影響輸出功率的主要原因。
本發(fā)明的目的是在大幅度提高馬力并不增加油耗的總原則下，改變傳統(tǒng)曲柄軸往復(fù)式引擎的傳動方式，所設(shè)計的引擎汽缸活塞的驅(qū)動裝置在控制活塞的往復(fù)運動上，可令連桿的偏移角度減至最小，作幾乎呈直線的往復(fù)運動，以降低其分力消耗。
本發(fā)明的引擎汽缸活塞的驅(qū)動裝置，其整體結(jié)構(gòu)主要包括引擎主體、汽缸、連桿及連桿的往復(fù)運動傳動機構(gòu)，其特征在于所述連桿的往復(fù)運動傳動機構(gòu)由主軸、內(nèi)長園齒輪、偏移導(dǎo)軌、滑座、偏移凸輪、上下死點定位盤及傳動齒輪組成;
所述主軸中段部位有齒環(huán)，所述的傳動齒輪套設(shè)于所述的主軸上;
所述引擎主體底部設(shè)有供承置主軸的軸承;
所述偏移導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)帶槽道，偏移導(dǎo)軌固定在引擎主體底部的軸承兩側(cè);
所述的滑座呈方形扁體，中央設(shè)有穿設(shè)主軸的長圓槽孔，滑座四角的上、下緣面上各設(shè)有游移軸承，滑座下緣面上的下游移軸承橫向裝設(shè)于滑座底緣面上并置于所述偏移導(dǎo)軌的槽道中，帶動滑座在偏移導(dǎo)軌中左右滑移，滑座上緣面上的上游移軸承縱向裝設(shè)于滑座上緣面上，上游移軸承中段為架空部位，滑座上緣面兩側(cè)與上游移軸承架空部位對應(yīng)的位置處設(shè)有左、右定位軸承;
所述的偏移凸輪是一具有不等徑周緣的凸輪，兩側(cè)緣各有一偏移轉(zhuǎn)換介面，中央部位具有供套設(shè)主軸的軸孔，偏移凸輪以插銷定位于所述主軸齒環(huán)的下方;
所述的內(nèi)長圓齒輪呈長方扁體，中央部位有一內(nèi)長圓槽孔，槽孔壁上有與主軸上齒環(huán)齒合的齒紋，內(nèi)長圓齒輪長邊兩側(cè)面上有槽道，所述滑座上緣面上的上游移軸承置于該槽道中，內(nèi)長圓齒輪在該槽道中作前后往復(fù)運動，內(nèi)長圓齒輪前端延伸有與所述連桿樞接的接頭，內(nèi)長圓齒輪上緣面前后端設(shè)有配合上下死點定位盤的上下死點定位軸承;
所述的上下死點定位盤為圓盤體，中央有套設(shè)主軸的軸孔，圓盤體下緣一側(cè)延設(shè)有對內(nèi)長圓齒輪于上下死點時起定位作用的凸輪，上下死點定位盤以插銷定位于所述主軸齒環(huán)的上方。
主軸作為核心件貫穿于本驅(qū)動裝置的整體結(jié)構(gòu)中，利用主軸與內(nèi)長圓齒輪的配合而驅(qū)動連桿控制活塞的往復(fù)運動，在內(nèi)長圓齒輪運動于上、下死點位置處時，通過偏移凸輪的作用促使滑座帶動內(nèi)長圓齒輪向左或向右移位，并配合上下死點定位盤的作用而形成內(nèi)長圓齒輪的上或下的死點的頂持限位，適當(dāng)改變內(nèi)長圓齒輪的行徑，在控制活塞的往復(fù)運動時，連桿的偏移分力角度減至最小程度，實現(xiàn)幾乎呈直線的往復(fù)運動，降低分力作用對引擎輸出功率的影響。內(nèi)長圓齒輪上的上下死點定位軸承使上下死點定位盤在作上、下死點的行徑轉(zhuǎn)換時不致產(chǎn)生過份劇烈的偏移晃動。
下面結(jié)合實施例及附圖進一步說明本發(fā)明的技術(shù)圖1A-圖1D為傳統(tǒng)曲柄軸往復(fù)式引擎的動作示意圖，其中圖1A為進氣沖程，圖1B為壓縮點火沖程，圖1C為動力沖程，圖1D為排氣沖程。
圖2為傳統(tǒng)曲柄軸往復(fù)式引擎的動作分析示意3為本發(fā)明引擎汽缸活塞驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)分解4為本發(fā)明引擎汽缸活塞驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)組合5為圖3、4中內(nèi)長圓齒輪的動作示意6為圖3、4中偏移凸輪的動作示意7為圖3、4中上下死點定位盤的動作示意8A至圖8D為本發(fā)明運動沖程各構(gòu)件的關(guān)系9為傳統(tǒng)曲柄軸引擎的運動行程曲線與本發(fā)明連桿活塞的運動曲線對照示意1A至圖1D及圖2的說明前已述及不再贅述。
參見圖3、圖4，驅(qū)動裝置的整體結(jié)構(gòu)包括引擎主體20、汽缸21(內(nèi)含活塞23)、連桿22、主軸30、內(nèi)長圓齒輪40、偏心導(dǎo)軌50、滑座60、偏移凸輪70、上下死點定位盤80和傳動齒輪90。
引擎主體20底部設(shè)軸承24以承置主軸30，軸承24兩側(cè)固定由兩滑塊組成的偏移導(dǎo)軌50，導(dǎo)軌50內(nèi)側(cè)預(yù)設(shè)槽道51，以令承設(shè)于其中的滑座60左右滑移。
滑座60呈方形扁體，中央設(shè)配合其左右滑移的內(nèi)長圓槽孔61，滑座四角上、下緣各設(shè)游移軸承62、63。下緣面的軸承63橫向裝設(shè)于滑座60的底緣，置于偏移導(dǎo)軌50槽道51內(nèi)而使滑座左右滑移。上緣面的軸承62縱向裝設(shè)于滑座60的頂緣且中段為架空結(jié)構(gòu)，置于內(nèi)長圓齒輪40的槽道41中而使內(nèi)長圓齒輪40可前后往復(fù)移位?；?0頂緣兩側(cè)與上游移軸承62架空部位的對應(yīng)處設(shè)有左、右定位軸承64、65，以配合偏移凸輪70的作用而使滑座60左右位移。
偏移凸輪70是一具有不等徑周緣的凸輪，其兩側(cè)各具有一偏移轉(zhuǎn)換介面71，凸輪中央部位具有軸孔72供套設(shè)主軸30并通過插銷33定位。
內(nèi)長圓齒輪40為一長方扁體，其長邊側(cè)具有槽道41，通過滑座60上緣面的游移軸承62使滑座60前后往復(fù)移位。內(nèi)長圓齒輪前端延伸一接頭42與連桿22樞接，中央部位有內(nèi)長圓槽孔43，槽孔壁制成普通正齒輪或零式齒型紋44，可與主軸30齒環(huán)31齒合，內(nèi)長圓齒輪40上緣面前、后端設(shè)有上、下死點定位軸承45、46，用于配合上下死點定位盤80的作用，在上、下死點的行徑轉(zhuǎn)換時不致產(chǎn)生過份的偏移晃動。
上下死點定位盤80為一圓盤體，中央有軸孔81，使套設(shè)主軸30并通過插銷32定位，下緣一側(cè)邊延設(shè)一凸輪82可對內(nèi)長圓齒輪40于上、下死點時形成定位作用。
主軸30是貫穿整體結(jié)構(gòu)的核心，中段位置具有齒環(huán)31，配合內(nèi)長圓齒輪40的槽孔壁制成正齒紋或零式齒型紋。齒環(huán)31的上、下位置處各具有插銷32、33，分別與上下死點定位盤80及偏移凸輪70形成套設(shè)定位。
組裝時，主軸30插設(shè)于引擎主體20底部的軸承24內(nèi)，滑座60穿過主軸30并以其下緣面的游移軸承63配合偏移導(dǎo)軌50(槽道51)，完成兩者的結(jié)合。將偏移凸輪70套在主軸30上并定位，使偏移凸輪70與滑座60的左、右定位軸承64、65保持在同一水平位上，再套入內(nèi)長圓齒輪40，以其兩側(cè)槽道41配合滑座60上緣面的游移軸承62而使兩者結(jié)合。主軸30的齒環(huán)31與內(nèi)長圓齒輪槽孔壁成齒合狀態(tài)，而后將上下死點定位盤80套于主軸30上并定位，使其下緣的凸輪82與內(nèi)長圓齒輪40上緣面的上、下死點定位軸承45、46保持同一水平位，將連桿22與內(nèi)長圓齒輪40樞接。最后將傳動齒輪90套在主軸30上。
參見圖5至圖7，本發(fā)明的運動原理主要是利用內(nèi)長圓齒輪40與主軸30的配合，而掣動連桿22控制活塞23的往復(fù)運動。當(dāng)主軸30旋轉(zhuǎn)時，由于齒環(huán)31與內(nèi)長圓齒輪40成齒合狀態(tài)，在主軸成固定的設(shè)計下，內(nèi)長圓齒輪40將隨主軸30的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生移位，同時配合滑座60、偏移凸輪70及上下死點定位盤80的作用而使內(nèi)長圓齒輪40產(chǎn)生往復(fù)式移位，進而連動連桿22推動活塞23往復(fù)運動。
內(nèi)長圓齒輪40配合主軸30移位時，系靠向一側(cè)呈直線的往或復(fù)的移位，其往復(fù)移位的動作變化是依靠偏移凸輪70而促使滑座60帶動內(nèi)長圓齒輪40向左或向右偏移，以改變主軸30與內(nèi)長圓齒輪40齒合側(cè)的狀態(tài)，同時由上下死點定位盤80的作用形成上下死點定位，以防止過份的偏移晃動。
本驅(qū)動裝置的動作特點是當(dāng)內(nèi)長圓齒輪40一側(cè)與主軸30齒合而順著主軸30旋轉(zhuǎn)移位至上或下死點時，偏移凸輪70兩側(cè)的偏移轉(zhuǎn)換介面71恰旋轉(zhuǎn)至滑座60的左或右定位軸承64、65位置，于接觸后即順勢促使滑座60沿偏移導(dǎo)軌50往左或往右偏移，而帶動內(nèi)長圓齒輪40改變與主軸30的齒合轉(zhuǎn)向移位至另一側(cè)，同時于內(nèi)長圓齒輪40移位至上或下死點時，上下死點定位盤80的凸輪82恰旋轉(zhuǎn)至內(nèi)長圓齒輪40的上或下死點定位軸承45、46位置，于滑座60帶動內(nèi)長圓齒輪40向左或向右移位時，凸輪82對內(nèi)長圓齒輪40形成上或下的頂持限位，因此在驅(qū)動連桿推進活塞時，連桿的往復(fù)運動幾乎是直線式的，分力現(xiàn)象降至最低程度，提高了引擎馬力的利用率。
參見圖8A至圖8D，本驅(qū)動裝置在各動作沖程時各構(gòu)件的關(guān)系表現(xiàn)為圖8A主軸30配合內(nèi)長圓齒輪40而驅(qū)動連桿22將活塞23往下死點方向拉，于活塞23到達(dá)下死點時，主軸30與內(nèi)長圓齒輪40的齒合位置在內(nèi)長圓齒輪40右側(cè)的上死點，上下死點定位盤80的凸輪82恰行至內(nèi)長圓齒輪40上死點定位軸承45左側(cè)，偏移凸輪70的偏移轉(zhuǎn)換介面71恰將接觸滑座60的右定位軸承65，通過偏移凸輪70將滑座60往右移位而帶動內(nèi)長圓齒輪40隨之移位并配合上下死點定位盤80的作用使主軸30與內(nèi)長圓齒輪40的齒合轉(zhuǎn)向左側(cè)。
圖8B上述轉(zhuǎn)換后，內(nèi)長圓齒輪40即隨主軸30旋轉(zhuǎn)而逐漸往上移位，驅(qū)動連桿22推動活塞23往上死點方向運動，相應(yīng)地主軸30與內(nèi)長圓齒輪40的齒合位置亦逐漸接近下死點。
圖8C活塞23到達(dá)下死點時，主軸30與內(nèi)長圓齒輪40的齒合位置即在內(nèi)長圓齒輪40左側(cè)的下死點，上下死點定位盤80的凸輪82位于內(nèi)長圓齒輪40下死點定位軸承46右側(cè)，而偏移凸輪70的偏移轉(zhuǎn)換介面71恰將接觸滑座60的左定位軸承64，通過偏移凸輪70將滑座60往左移位，而帶動內(nèi)長圓齒輪40隨之移位并配合上下死點定位盤80的作用而使主軸30與內(nèi)長圓齒輪40的齒合轉(zhuǎn)向右側(cè)。
圖8D上述轉(zhuǎn)換后，內(nèi)長圓齒輪40即隨主軸30旋轉(zhuǎn)而逐漸往下移位，驅(qū)動連桿22將活塞23往下死點方向拉，主軸30與內(nèi)長圓齒輪40的齒合位置即逐漸接近上死點。
參見圖9，圖8A-8D所示的四程序循環(huán)，主軸配合內(nèi)長圓齒輪驅(qū)動連桿帶動活塞進行往復(fù)運動時，其分力角度遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的曲柄軸驅(qū)動方式。傳統(tǒng)曲柄軸引擎的運動呈圓周運動，連桿與活塞所產(chǎn)生的分力作用使其運動曲線A′呈正弦波;而本發(fā)明的驅(qū)動裝置，連桿與活塞的分力作用降至最低，作幾乎為直線的往復(fù)運動，其運動曲線B′呈方波，可明顯提高效率，節(jié)省油耗。
權(quán)利要求
1.一種引擎汽缸活塞的驅(qū)動裝置，包括引擎主體、汽缸、連桿及連桿的往復(fù)運動傳動機構(gòu)，其特征在于所述連桿的往復(fù)運動傳動機構(gòu)由主軸、內(nèi)長園齒輪、偏移導(dǎo)軌、滑座、偏移凸輪、上下死點定位盤及傳動齒輪組成；所述主軸中段部位有齒環(huán)，所述的傳動齒輪套設(shè)于所述的主軸上；所述引擎主體底部設(shè)有供承置主軸的軸承；所述偏移導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)帶槽道，偏移導(dǎo)軌固定在引擎主體底部的軸承兩側(cè)；所述的滑座呈方形扁體，中央設(shè)有穿設(shè)主軸的長圓槽孔，滑座四角的上、下緣面上各設(shè)有游移軸承，滑座下緣面上的下游移軸承橫向裝設(shè)于滑座底緣面上并置于所述偏移導(dǎo)軌的槽道中，帶動滑座在偏移導(dǎo)軌中左右滑移，滑座上緣面上的上游移軸承縱向裝設(shè)于滑座上緣面上，上游移軸承中段為架空部位，滑座上緣面兩側(cè)與上游移軸承架空部位對應(yīng)的位置處設(shè)有左、右定位軸承；所述的偏移凸輪是一具有不等徑周緣的凸輪，兩側(cè)緣各有一偏移轉(zhuǎn)換介面，中央部位具有供套設(shè)主軸的軸孔，偏移凸輪以插銷定位于所述主軸齒環(huán)的下方；所述的內(nèi)長圓齒輪呈長方扁體，中央部位有一內(nèi)長圓槽孔，槽孔壁上有與主軸上齒環(huán)齒合的齒紋，內(nèi)長圓齒輪長邊兩側(cè)面上有槽道，所述滑座上緣面上的上游移軸承置于該槽道中，內(nèi)長圓齒輪在該槽道中作前后往復(fù)運動，內(nèi)長圓齒輪前端延伸有與所述連桿樞接的接頭，內(nèi)長圓齒輪上緣面前后端設(shè)有配合上下死點定位盤的上下死點定位軸承；所述的上下死點定位盤為圓盤體，中央有套設(shè)主軸的軸孔，圓盤體下緣一側(cè)延設(shè)有對內(nèi)長圓齒輪于上下死點時起定位作用的凸輪，上下死點定位盤以插銷定位于所述主軸齒環(huán)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎汽缸活塞的驅(qū)動裝置，其特征在于所述的主軸齒環(huán)上和內(nèi)長圓齒輪槽孔壁上有一致的正齒紋或零式齒型紋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種引擎汽缸活塞的驅(qū)動裝置，為獲得大于傳統(tǒng)曲柄軸驅(qū)動方式的效率及壓力而作出的改進設(shè)計。利用主軸配合內(nèi)長圓齒輪而連動連桿控制活塞的往復(fù)運動，同時由偏移導(dǎo)軌、滑座、偏移凸輪及上下死點定位盤的配合而導(dǎo)引活塞，所得之力驅(qū)動主軸于內(nèi)長圓齒輪的游走行徑，使活塞作往復(fù)運動時其連桿的偏移角度減至最小程度，幾乎呈直線以降低其分力消耗，有益于提升馬力及節(jié)省油耗。
文檔編號F02N7/06GK1101698SQ9410014
公開日1995年4月19日 申請日期1994年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月14日
發(fā)明者王慶元 申請人:林景煥