CN1114054C - 往复式机构及包括这种机构的发动机 - Google Patents

Abstract

供在发动机中使用的往复式机构，包括一个往复式构件(1)、两个大齿轮(31)，和一个换向曲柄机构(41，44)，上述往复式机构(1)在行进路线(21)的两个末端之间-基本上是直线往复的方向上活动，两个大齿轮(31)用于在切线方向上结合到往复式构件上，以便可供选择地使(32、33)将往复式构件(1)在每个行进路线方向上的直线运动转变成基本上是恒定的旋转运动，而换向曲柄机构(41、44)用于使往复式构件(1)在其行进路线的两个末端处换向。在一可供选择的供发动机中使用的无齿轮往复式机构中，往复式构件(1)在切向上直接结合到等宽凸轮和随动件(52、53)上。

Description

往复式机构及包括这种机构的发动机

本发明涉及一种往复式机构，更具体地说，涉及包括这种机构的发动机，如内燃机。

已知的往复式机构包括曲柄机构和凸轮机构。内燃机只用曲柄机构，以便将活塞在活塞筒中上下滑动的直线运动转变成输出轴的旋转。

按照本发明的一种情况，设置有一种往复式机构，该机构包括往复式构件、旋转装置、和换向装置，上述往复式构件在行进路线两个末端之间的基本上是直线方向上活动，上述旋转装置用于在切向上结合到往复式构件上，以便将往复式构件的直线运动转变成旋转运动，而上述换向装置用于根据上述旋转装置的旋转，在其行进路线的两个末端处使往复式构件的运动换向。

按照本发明的第二种情况，设置有一个发动机，该发动机包括本发明第一种情况所述的往复式机构，其中发动机的活塞设置在往复式构件上。

优选地，旋转运动是以相同的旋转方向用于两个往复的方向。

旋转装置可以包括至少一个大齿轮，该至少一个大齿轮或每个大齿轮啮合式结合到往复式构件上，用于唯一的一个往复的方向。

旋转装置可以包括至少一个具有恒定半径的大齿轮。

旋转装置可以包括两个对置的大齿轮，它们结合到往复式构件上并相互结合，用于以相同方向旋转。

可供选择地，旋转装置可以包括一个等宽凸轮和随动件，它直接接合到往复式构件上。

等宽凸轮和随动件可以结合到一摆式平衡锤上。

换向装置可以包括一曲柄机构，它在往复式构件和旋转装置之间结合。

换向装置可以包括一凸轮和随动件机构。

凸轮可以结合到旋转装置上，而随动件可以结合到曲柄机构的齿条和小齿轮上。

曲柄机构可以包括两个连杆，它们在往复式构件与旋转装置啮合区的其中任一侧边上，于间隔开的位置处结合到往复式构件上。

曲柄机构和旋转装置之间的结合，可以通过另一个曲柄机构进行。

在往复式构件的每个末端处，都可以设置一个活塞。

上述活塞或每个活塞都可以刚性地安装到往复式构件上。

作为例子，现在将参看附图，其中：

图1示出应用本发明第一和第二种情况的装置部分剖开的前面端视图；

图2示出图1的平面图；

图3是示出图1和2中所示齿轮机构和回行机构后面端视图的示意图；

图4示出图3中回行机构可供选择的实施例；

图5示出图4回行机构零件的透视图；

图6示出在图1、2和3的装置中应用的曲柄机构透视图；

图7示出包括图1和2中所示的齿轮齿条11、12的往复式构件透视图；

图8示出直接结合到往复式构件上的等宽凸轮件平面图；

图9示出一种轻型等宽凸轮及其平面轴承的平面图；

图10示出一种轴承，该轴承将凸轮的平面轴承支承到随动件上；

图11示出具有可供选择的轴承导板装置的随动件透视图；

图12示出一种摆式平衡锤；

图13示出往复式构件和等宽凸轮件的部件分解透视图；及

图14A和14B分别示出组合的往复式构件和等宽凸轮件的前透视图和后透视图。

图1、2和3示出一种往复式机构，该机构实施在内燃机中应用的本发明第一种情况，并包括与两个活塞2连接的往复式构件1(在构件1的每个末端处有一个活塞2)、旋转装置3和换向装置4。

往复式构件1是一个轴，它包括沿着其长度部分地设置在相对的纵向侧边上的齿轮11、12的齿条。没有任何齿轮齿的区域13设置在每一组齿轮齿处。往复式构件1还包括装置15如横向孔或横向轴，该装置15用于连接齿轮齿条11，12，并且还用于将相邻配置的曲轴机构连杆连接于其上。轴承座16设置在齿轮11，12的两个侧边上，以便将往复式构件1滑动式安装在用于在行进路线的两个末端之间运动的固定直线路线中。往复式构件1优选地用轻质合金材料制造，而齿条11，12用高强度材料制造，构件1制成尽可能轻。活塞2优选地刚性连接到往复式构件1上，构件1的每个末端处连接一个活塞2。这可以用螺纹或销钉和夹子进行连接。

旋转装置3包括两个大齿轮31，它们相互结合，以便以相同方向、在基本上相同的速率下，也就是说在基本上相同的角速度下旋转。这些齿轮可以是斜撑离合器、斜坡和滚柱齿轮，它们以一个方向旋转，而自由轮以相反的方向旋转，或者它们可以是如图所示的分段式齿轮。每个分段式大齿轮31都有一带齿部分32和无齿部分33。带齿部分32安排成可啮合式，以便结合往复式构件1的齿轮齿11，12，而无齿部分33安排成任何时候都不与这些齿轮齿11，12啮合。每个大齿轮都可以具有一轴承161。如图4所示，在每个大齿轮31的相同轴线上，在每个部分32、33的后面或前面，都设置齿轮34，这些齿轮34通过配置在它们之间的中间齿轮相互啮合。

每个大齿轮31的带齿部分32和无齿部分33都适合使一个大齿轮31能在往复式构件1两个前进路线方向的其中之一上啮合该往复式构件1，并使另一个大齿轮31能在相反方向上啮合往复式构件，而两个大齿轮在同样的情况下是一起旋转。

因此，尽管将一个大齿轮安排成使它的齿32与例如往复式构件1的齿32啮合，但另一个大齿轮31不与跨越齿12的无齿部分33啮合而旋转。在往复式构件行进路线的两个末端处，大齿轮31二者都与齿11、12脱离。如果大齿轮31能以恒定的角速度旋转，则尽管往复式构件1在其行进路线中的每个末端处都几乎瞬时停止并转向，这种脱离也是很必要的。当斜撑离合器和斜坡及滚柱齿轮31在一个行进路线方向上旋转而自由轮在回行的相反行进路线方向上绕它们的轴旋转时，它们可以在与齿轮齿11、12啮合时停止。

中间大齿轮35设置一个用于该机构的输出，并且这可以通向一齿轮箱(未示出)。理想情况也可以是减少大齿轮31其中之一的传动输出，同时大齿轮35起结合空转轮的大齿轮作用。理想情况是，中间大齿轮35和大齿轮31以基本上恒定的角速度旋转。这可以要求往复式构件1在其基本上是行进路线的两个末端之间以恒定的速度移动，尽管在每个末端处它的行进路线方向和它的速度会很快地改变。为了给往复式构件1更多的时间，以便在每个行进路线的末端处，在相反的方向上以较小的速率停止和加速，来与旋转大齿轮31的速度相适应，大齿轮31二者可以在每个末端处，与齿11、12脱开一短的往复式构件1行进距离。为了让往复式构件1能具有非恒定的速度，尽管在大齿轮35处给出恒定的角速度输出，但大齿轮31可以具有改变的半轻，该半径与适当成形的齿11、12相配合。在恒定的大齿轮角速度情况下，较大的半径将使与大齿轮成切向配置的往复式构件1能行进更快。这优选地是在每个冲程的当中附近。相反，较小的半径将使往复式构件1能行进更慢。这优选的是在它的行进路线末端附近。在所有情况下应用的大齿轮当然可以是具有高接触比的螺旋齿轮。

换向装置4在图1-3中示出作为一种配置或是在图1、4和5中示出作为一种可供选择的配置。在每种情况下，换向装置4都包括两个连杆41、有两个曲柄臂的中央曲柄44、和一个结合到中央曲柄44上的往复式机构38或39。另外参看图6和7，连杆41在它们的末端42其中之一处旋转式安装到其上的上述两个位置15处的往复式构件1上，并在它们的另外末端43处安装到曲柄44上。当往复式构件1处在如图1所示它的行进路线其中任一末端时，曲柄臂优选地这样配置，以便一相应的连杆41在曲柄轴中央和往复式构件1上的位置15之间延伸。这样，曲柄44和连杆41防止活塞2和往复式构件1进一步移动超出所希望的行进路线末端之外，并防止同每个活塞的汽缸盖21(只示出一个)相碰撞。换向装置4可运行到在往复式构件1每个行进路线末端处停止，并使往复式构件1换向。这是通过将曲柄44从图1所示的位置顺时针旋转到往复式构件1接近左面来实现的，因此与往复式构件1到达它的行进路线界限同时，使连杆和曲杆轴之间的距离减少。

图3示出一种机构38，当往复式构件1接近它的行进路线末端时，该机构38使曲柄44回行。机构38包括一个位移凸轮(desplalementcam)45(所示的等宽凸轮)、齿条和随动件46，它经由一齿条和小齿轮接合44和46结合到曲柄44上。由结合大齿轮31驱动的凸轮45表面动作，以便移动齿条和等宽随动件46，位移运动在往复式构件1的每个行进路线末端处，都将曲柄小齿轮44旋转到所希望的曲柄同步旋转。在凸轮45的表面与齿条和随动件46之间的接触点处，可以设置一滚柱轴承。

图4和5示出一种可供选择的往复式机构39。机构39包括另一种曲柄机构，该曲柄机构将大齿轮31结合到曲柄44上。随着大齿轮31旋转，赋予连杆件47往复运动，该连杆件47具有齿轮齿50。因此，在往复式构件1的每个行进路线末端处，所产生的往复运动与所希望的曲柄旋转同步。连杆件47经由齿条和小齿轮接合44，47结合到曲柄上。

应用上述往复式机构其中之一的内燃机，可以在二或四冲程发动机加工技术情况下起作用。把图1看作是起始位置，二冲程发动机实施例起如下作用：

(I)两个大齿轮31顺时针旋转，燃料-空气混合物的燃烧和爆燃，使活塞2和往复式构件1加速向左，通过曲柄44顺时针旋转和右边连杆41从上死点反时针旋转的帮助，两组齿轮31、11、12相互脱离；

(II)下面的大齿轮31随着它的无齿部分移动到往复式构件1朝左移动的齿12的下面而旋转，上面的大齿轮31现在啮合往复式构件1的齿11，当它与其带齿部分32的切向速度相适应时，曲柄机构41、44自由移动，以便使往复式构件1能移动，并保证齿11与上面大齿轮31的齿轮齿32啮合。

(III)当燃料-空气混合物燃烧并经由排气口排出时，将右边的活塞驱动到左面，落到活塞筒下面，当上面的大齿轮被齿11驱动时，左边活塞筒内的混合物开始变得被压缩；

(IV)左面的混合物进一步被压缩，并且它的相应连杆41和曲柄44接近上死点构形，上面大齿轮31的带齿部分32失去它与齿11的啮合，而下面的大齿轮31的无齿部分33接近它与齿12的啮合，进行压缩混合物的点火；和

(V)曲柄机构41、44到达上死点并使往复式构件1停止，两个大齿轮31与齿11、12脱离，曲柄44开始反时针旋转到使往复式构件1回行，混合物的点火发展成燃烧和爆燃。

图8-14示出一种可供选择的往复式机构40，它不象图1中的那种，没有包括齿轮。往复式机构40包括一个往复式构件1，其中图1所示的带齿部分被凸肩58(参看图8和13)代替，该凸肩压着等宽随动件51的部件57连接和结合(参看图8、11、13和14)。可供选择地(未示出)，往复式构件1可以形成为带有等宽随动件51的整体部件(integral unit)。因而将往复式构件1的直线运动转变成等宽随动件51，在其中安装平面轴承53，该轴承53被另一个轴承54支承(图10)。平面轴承53靠在等宽凸轮52上，因此凸轮52被位移式平面轴承53旋转，因而使连接到凸轮52上的驱动输出轴59(所有视图中都未示出)旋转。凸轮52的外形可以改变，以便在往复式构件1/活塞2速度上达到所希望的改变。等宽随动件51可以设置有轴承导板55(图13)，该导板55可以在轴承座(未示出)中滑动。可供选择地，可以附接若干在轴上滑动的圆形轴承56(图11)。

理想情况是，为了达到平衡，在发动机中至少设置四个往复式机构(未示出)，在装置中心中两个机构中的凸轮52以相同的方向旋转，而该中央其中任一侧上的那些以相反的方向旋转。

可供选择地，如图12所示，可以将一个平衡锤式摆件60连接到等宽随动件51上，摆件60包括：杆件，它在其中之一末端处连接到随动件51的平面轴承53上；枢轴62，它设置在杆件的另一末端处；枢轴61，它设置在杆件的两个末端之间；轴63，它连接到枢轴62上；和块体(mass)64，它滑动式安装在轴63上。当块体从53移向右边时，那么杆件绕枢轴61旋转，而枢轴62移向左边，因而使块体64沿着轴63移动，这样形成平衡锤(轴承和导板未示出)。

应用这种往复式机构40的内燃机，可以在二或四冲程发动机加工技术情况下起作用。若把图8看作是起始位置，则两冲程发动机的实施例起如下作用：

(I)燃料-空气混合物的燃烧和爆燃，使右边的活塞2，并因此使往复式构件1和随动件51加速移向左边；

(II)右边的平面轴承53随着随动件51移动，因而轴承压着凸轮52，并使凸轮52朝反时针方向上旋转；

(III)当燃料-空气混合物燃烧并经由排气口排出时，将右边的活塞驱动到左边，落到活塞筒的下面，左边活塞筒内的混合物开始变得被压缩；

(IV)当凸轮持续旋转时，左边的混合物进一步被压缩，进行压缩混合物的点火；和

(V)混合物的点火发展成燃烧和爆燃，左边的活塞2加速移向右边，并因此使往复式构件1和随动件51的直线运动换向，因而使左边的平面轴承53靠着凸轮52，并使它继续朝反时针方向上旋转。

Claims (4)

1.一种供发动机用的往复式机构(40)，包括往复式构件(1)、活塞(2)、及等宽凸轮(52)和随动件(51)，上述往复式构件(1)在行进路线的两个末端之间基本上在直线的往复方向上活动，上述活塞(2)设置在往复式构件(1)上，而上述随动件(51)直接结合到往复式构件(1)上，以便将往复式构件(1)的直线运动转变成凸轮(52)的旋转运动，并且机构(40)是这样的，即往复式构件(1)在其行进路线的两个末端处的运动根据上述凸轮(52)的旋转进行换向，其特征在于，随动件(51)位于活塞孔的下面并靠到该活塞孔的侧边上，而活塞刚性地安装到往复式构件上。

2.如权利要求1所述的机构，其特征在于，上述等宽凸轮(52)和随动件(51)结合到一摆式平衡锤(60)上。

3.一种发动机，包括权利要求1或2所述的往复式机构(40)。

4.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，在往复式构件(1)的每个末端处都设置一个活塞(2)。

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