專利名稱：：棘輪式內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于一種往復(fù)式內(nèi)燃機。現(xiàn)廣泛采用的往復(fù)式內(nèi)燃機(以下稱曲軸式內(nèi)燃機)具有汽缸、活塞、進氣閥、排氣閥、點火裝置、曲軸連桿裝置及燃料供給裝置，它是依靠連桿和曲軸把活塞的往復(fù)直線運動改變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，曲軸擔(dān)負(fù)著協(xié)調(diào)機器運轉(zhuǎn)和輸出機械能的雙重任務(wù)，由于其中活塞的運動方向不是曲軸旋轉(zhuǎn)圓周的切線方向，所以，它的效率較低。本實用新型是通過改進往復(fù)式內(nèi)燃機中的傳動方式，達到提高效率的目的。本實用新型是在曲軸式內(nèi)燃機的基礎(chǔ)上增加棘輪和主軸，并把連桿改為帶齒條且在下端有槽形孔的推桿，棘輪的外圓周是一個齒輪，活塞與推桿相連，推桿上的齒條與裝在主軸上的棘輪嚙合，使活塞的運動方向始終是主軸旋轉(zhuǎn)圓周的切線方向，從主軸輸出機械能；推桿下端的槽形孔與曲軸連接，仍以曲軸協(xié)調(diào)機器運轉(zhuǎn)。在實施二缸及二缸以上時，各缸的活塞分別與一個推桿相連，各推桿上的齒條分別與一棘輪嚙合，各棘輪按相同的作用方向裝在同一主軸上，各推桿下端的槽形孔分別與同一曲軸相連接。在實施二缸或4n缸(n是正整數(shù))時，可將確定各活塞之間位置關(guān)系的機構(gòu)由曲軸改為推桿側(cè)面的齒條及與該齒條嚙合的齒輪，同時把二曲柄曲軸或4n曲柄曲軸改為單曲柄曲軸，這樣可降低比重量，并可減少換氣過程的功率損失。本實用新型還可采用可伸縮的推桿，并在燃燒室下端開排氣孔，以延長實際作功沖程，進一步提高效率。下面根據(jù)本實用新型二缸四沖程發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)及工作過程。圖1圖2是基本結(jié)構(gòu)及傳動過程示意圖，圖1左上角是棘輪、滾子與主軸間連接的細(xì)節(jié)；圖1是圖2的右視圖。圖3圖4是采用可伸縮推桿并在燃燒室下端開排氣孔后，“吸氣”或“作功”到達下止點時的工況示意圖，圖3是“吸氣”到下止點，圖4是“作功”到下止點。圖中1、11是摩擦棘輪；2是摩擦滾子；3是主軸；4、9是活塞；5、10是推桿；6是齒輪；7是防止推桿向外偏移的支撐機構(gòu)；8是曲軸；12是外殼；13、18是進氣閥；14、17是點火裝置；15、16是排氣閥；19是排氣孔；20是伸縮節(jié)；21是彈簧。棘輪的外圓是一個齒輪，每一個推桿同棘輪及同齒輪的接觸面各是一齒條，分別與棘輪或齒輪嚙合。在運轉(zhuǎn)時，任何一個氣缸作功都會使活塞向下通過相應(yīng)的推桿、棘輪及滾子驅(qū)動主軸順時針旋轉(zhuǎn)；同時，由于棘輪的作用，任何一個活塞及相應(yīng)的推桿向上運動(相應(yīng)的汽缸排氣或壓縮)時，都不會阻礙主軸順時針轉(zhuǎn)動。活塞4與活塞9運行中相互之間的位置關(guān)系由推桿側(cè)面的齒條和齒輪確定。當(dāng)活塞4向下運動，相應(yīng)的汽缸“作功”或“吸氣”時，活塞9必然也會向下運動，使相應(yīng)的汽缸“吸氣”或“作功”，當(dāng)活塞4向上運動，相應(yīng)的汽缸“排氣”或“壓縮”時，活塞9也必然會向上運動，使相應(yīng)的汽缸“壓縮”或“排氣”。由于棘輪的傳動特點，在運行中有時會出現(xiàn)主軸角速度大于棘輪角速度的現(xiàn)象，甚至在活塞、推桿和棘輪都不動的情況下，主軸仍然可以順時針旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象且稱為“超越傳動”。這樣，若以主軸驅(qū)動凸輪軸，在出現(xiàn)超越傳動時，就會擾亂進、排氣閥及點火裝置與活塞之間的同步，使機器不能運轉(zhuǎn)；另外在機器起動時，若以起動機驅(qū)動主軸，會因為推桿、活塞等都不會從動而使機器不能起動。為了解決這些問題，在結(jié)構(gòu)中設(shè)置了一個與推桿5相聯(lián)接的曲軸8，因各推桿間有嚙合的齒條、齒輪，故任何汽缸作功時都可以經(jīng)過推桿5驅(qū)動曲軸。由曲軸驅(qū)動凸輪軸，可以保證進、排氣閥及點火裝置與活塞同步運行；起動時，以起動機驅(qū)動曲軸可以使推桿及活塞等可靠的從動，進而使機器起動。同時曲軸還可以確定活塞的行程。棘輪式內(nèi)燃機中主軸的轉(zhuǎn)速與曲軸的轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要設(shè)計成相同或不同，其中活塞走滿一個行程時曲軸的轉(zhuǎn)角與旋轉(zhuǎn)半徑及活塞行程的長短無關(guān)，只要活塞運動一個行程的距離，曲軸的轉(zhuǎn)角必然是180°，主軸在活塞走滿一個行程時的轉(zhuǎn)角卻與活塞行程及棘輪半徑有關(guān)，它們之間的關(guān)系是W＝180S／πr(1——1)其中W是活塞每運動一個行程的距離時主軸的轉(zhuǎn)角，S是活塞行程，r是棘輪半徑。曲軸與主軸之間的轉(zhuǎn)速比的關(guān)系是nz／nq＝S／πr(1——2)其中nz是主軸轉(zhuǎn)速，nq是曲軸轉(zhuǎn)速。(1——1)式(1——2)式只適用于正常運轉(zhuǎn)時，在“超越傳動”時不適用。設(shè)二缸四沖程棘輪式內(nèi)燃機中nz／nq＝1／2，則它的運行過程如下表</tables>運行中主軸每旋轉(zhuǎn)一周各缸即循上表循環(huán)一次。為進一步提高效率，棘輪式內(nèi)燃機采用可伸縮的推桿，并在燃燒室下端開排氣孔。如圖3圖4所示，當(dāng)吸氣沖程推桿達到下止點時，由于活塞上沒有壓力或壓力很低，推桿中的彈簧將活塞稍向上推，活塞的側(cè)壁封住了排氣孔；在作功沖程中，由于活塞上有較高的壓力，推桿中的彈簧被壓縮，當(dāng)活塞頂端低于排氣孔上邊(此時的曲軸轉(zhuǎn)角也是棘輪式內(nèi)燃機的排氣提前角)時，先從排氣孔將汽缸內(nèi)的壓力排出，其余的廢氣仍經(jīng)由排氣閥排出。棘輪式內(nèi)燃機的其余各部大致與現(xiàn)有的曲軸式內(nèi)燃機相同，本說明書中不再詳述。棘輪式內(nèi)燃機與曲軸式內(nèi)燃機相比，主要優(yōu)點是效率高。1、動力傳遞過程的比較在曲軸式內(nèi)燃機中，由于活塞的運動方向不是曲軸旋轉(zhuǎn)圓周的切線方向，在作功沖程、活塞上獲得的動力F與驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)的切向力fQ′之間的關(guān)系是fQ′＝Cos2θ(Sinα＋Cosαtgθ)F(1——3)其中α為曲軸轉(zhuǎn)角，θ為活塞軸線與連桿的夾角，它與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系是θ＝arcSin(SinαR／L)R是曲軸旋轉(zhuǎn)半徑，L是連桿長度。由(1－3)可見fQ′＜F，而且當(dāng)α趨于0°或180°時fQ′＜＜F，若設(shè)R／L＝1／3則fQ′／F的平均值約為0.74。而在棘輪式內(nèi)燃機中，由于活塞的運動方向正好是主軸旋轉(zhuǎn)圓周的切線方向，在作功沖程中活塞上獲得的動力F與其驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)的切向力fJ′之間的關(guān)系是fJ′＝F－f其中f是驅(qū)動棘輪式內(nèi)燃機中的曲軸所消耗的部分動力(約為3％F)。fJ′／F的平均值約為0.97。2、實際作功沖程的比較在曲軸式內(nèi)燃機作功沖程中，由于當(dāng)α趨于0°或180°時fQ′＜＜F，這時F的大部分沒有作功甚至作負(fù)功，所以曲軸式內(nèi)燃機作功沖程中實際作功并不是從0°－180°，一般都是從上點點后10°左右達到最高燃燒壓力，到下止點前50°左右開始排氣，以活塞在這一段的行程為實際作功行程，它與活塞全行程的關(guān)系是Se＝1／2S(Cosα1－Cosα2)其中Se為活塞實際作功行程；S為活塞行程；α1為達到最高燃燒壓力角(上止點后度)；α2為排氣提前角(上止點后度)。這樣，一般曲軸式內(nèi)燃機的實際作功沖程SeQ與活塞全行程S之間的關(guān)系為SeQ＝1／2×S(Cos10°－Cos130°)＝0.8138S。SeQ與S的差值為0.1862S。而棘輪式內(nèi)燃機在作功沖程中，由于活塞運動方向是主軸旋轉(zhuǎn)圓周的切線方向，活塞獲得的動力在整個行程內(nèi)始終絕大部分作用于驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。這就為盡量減小實際作功行程與活塞全行程的差值創(chuàng)造了條件。以棘輪式內(nèi)燃機中的曲軸轉(zhuǎn)角為參照，若棘輪式內(nèi)燃機在上止點后20°達到最高燃燒壓力，在下止點前20°開始排氣，則它的實際作功行程SeJ與活塞全行程S之間的關(guān)系為SeJ＝1／2×S(Cos20°－Cos160°)＝0.94SSeJ與S之間差值是0.06S。綜合以上兩點，在作功沖程中燃?xì)鈱钊鞯墓镹＝FS而在曲軸式內(nèi)燃機中N驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)的部分為NeQ＝0.74F×0.8138S＝0.6022N在棘輪式內(nèi)燃機中N驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)的部分為NeJ＝0.97F×0.94S＝0.9118N兩種內(nèi)燃機相比NeJ／NeQ＝0.9118／0.6022＝1.5即當(dāng)兩種內(nèi)燃機在作功沖程中若活塞上獲得的動力相同，活塞行程相同，汽缸數(shù)相同，曲軸轉(zhuǎn)速相同時，棘輪式內(nèi)燃機的輸出功率為曲軸式內(nèi)燃機輸出功率的1.5倍。同時與曲軸式內(nèi)燃機相比，棘輪式內(nèi)燃機的排氣損失、散熱損失、機件磨損、比重量都有所降低。由于棘輪式內(nèi)燃機是由曲軸式內(nèi)燃機機演變而而成，所以，曲軸式內(nèi)燃機采用的提高效率的手段，大致都可在棘輪式內(nèi)燃機上采用。權(quán)利要求1.一種具有汽缸、活塞、進氣閥、排氣閥、燃料供給裝置、點火裝置和曲軸的往復(fù)式內(nèi)燃機，其特征是，活塞與一帶有齒條并在下端開有槽形孔的推桿相連，該推桿上的齒條與裝在主軸上的棘輪相嚙合，推桿下端的槽形孔與曲軸連接；二缸及二缸以上時，各缸的活塞分別與一推桿相連，各推桿上的齒條分別與一個棘輪相嚙合，各棘輪按照相同的作用方向裝在同一主軸上，各推桿下端的槽形孔分別與同一曲軸相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機，其特征是，在實施二缸或4n缸(n是正整數(shù))時，確定活塞間相互位置關(guān)系的機構(gòu)可由曲軸改為各推桿側(cè)面的齒條，及與該齒條嚙合的齒輪，同時將2曲柄曲軸或4n曲柄曲軸改為單曲柄曲軸。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機，其特征是，采用可伸縮的推桿，并在燃燒室下端開有排氣孔。專利摘要本實用新型屬于一種往復(fù)式內(nèi)燃機，連在活塞上的推桿通過棘輪驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，具有保證進、排氣閥及點火裝置與活塞同步運行的機構(gòu)和確定各活塞之間位置關(guān)系的機構(gòu)，與現(xiàn)在廣泛采用的曲軸式內(nèi)燃機相比，具有效率高、壽命長、比重量低等優(yōu)點，適用于各種以內(nèi)燃機提供動力的設(shè)備。文檔編號F01B9/00GK2035795SQ8820575公開日1989年4月12日申請日期1988年5月16日優(yōu)先權(quán)日1988年5月16日發(fā)明者張建民申請人:張建民