CN201176890Y - 动压导轨支承式齿轮—齿条发动机 - Google Patents

Abstract

动压导轨支承式齿轮—齿条发动机，涉及一种发动机的技术领域。在相对布置的上、下箱体的两端分别设置汽缸盖，上、下箱体内分别呈卧式对称分布两对汽缸，各汽缸内设活塞；上、下箱体内的两组活塞分别固定连接在具有齿条的活塞推杆两端，各活塞推杆分别支承在布置于上、下箱体内的动压支承导轨上；上、下箱体上支承两根分别连接两齿轮的输出传动轴，两根齿条齿面相对，且各自分别与齿轮啮合；两齿轮分别通过两组传输方向相反的单方向控制机构与两根传动输出轴同心连接，两根传动输出轴上分别固定连接相互啮合的传动齿轮。本实用新型能克服对主轴的“死点”压力和对汽缸壁的侧向压力，结构简单、使用范围广、工作可靠、能源利用率高。

Description

动压导轨支承式齿轮-齿条发动机

技术领域

本实用新型涉及一种发动机的技术领域。

背景技术

发动机是汽车动力的源泉。迄今为止，除了为数不多的电动汽车之外，汽车发动机都是热能动力装置，简称热机。在热机中借助工质的状态变化，将燃料燃烧产生的热能转变成机械能。这种发动机通过曲柄连杆机构将活塞的往返直线运动转变成曲柄的旋转运动，进而将功率输出。在做功冲程中，发动机将燃料燃烧产生的热能转变成为推动活塞作往复式运动的机械能，再通过连杆带动曲轴作旋转运动；在其他冲程中，又由曲柄来驱动活塞作往复运动，从而实现换气和压缩的过程。

做功冲程中，活塞作用在曲柄上的做功力臂L的长度随着曲轴转角θ的变化而变化。当活塞在上止点时，活塞、连杆和曲轴主轴颈的中心成一直线，这时曲轴的扭矩为0。气体压力对活塞所作的功全部转化为对曲轴主轴颈的“死点”压力；而在其他位置，气体压力的一部分使活塞产生侧向压力，就是对汽缸壁的压力。由此可见，传统发动机在工作过程中，燃料燃烧产生的压力，只有一小部分转化为曲轴的输出扭矩，而绝大部分转化为活塞对汽缸壁的压力和对曲轴主轴颈的压力，能源利用效率不高。

此外，传统发动机的工作循环中，各部件所承受载荷都是周期性变化的，使得各接触面间产生了不均匀的摩擦和撞击(如敲缸、拉缸现象)，从而影响发动机的性能。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种能克服对主轴的“死点”压力和对汽缸壁的侧向压力，能源利用率高的动压导轨支承式齿轮一齿条发动机。

本实用新型包括相对布置的上、下箱体，上、下箱体平行布置且固定连接，在上、下箱体的两端分别设置汽缸盖，上箱体内呈卧式对称分布两个汽缸，下箱体内呈卧式对称分布两个汽缸，每个汽缸内分别装有一个活塞；上箱体内的两个活塞分别固定连接在一活塞推杆的两端，所述活塞推杆支承在布置于上箱体内的动压支承导轨上，在该活塞推杆上固定连接齿条；下箱体的两个活塞分别固定连接在另一活塞推杆的两端，所述活塞推杆支承在布置于下箱体内的动压支承导轨上，在该活塞推杆上固定连接齿条；在上、下箱体之间通过轴承分别支承相互平行的两根输出传动轴，在两根输出传动轴上分别布置两个齿轮；上述两根齿条的齿面相对且平行布置，两根齿条分别与两齿轮啮合；两个齿轮分别通过两组单方向控制机构与两根传动输出轴同心连接，且，所述两组单方向控制机构的传输方向相反，在两根传动输出轴上分别固定连接相互啮合的传动齿轮。

本实用新型的工作原理：由箱体、气缸盖、四个气缸及其活塞、两根活塞推杆、两根动压滑动导轨机构、双齿条-双齿轮双机构、方向控制机构以及输出轴联动机构等组成。其中，上、下箱体即是气缸体，汽缸盖用来密封和形成配气系统，从而形成燃烧室。同一箱体中的两个活塞由相应的活塞推杆固定连接为一体，构成两缸驱动装置，上、下箱体构成发动机的四缸四冲程装置；同时与夹于两齿条间的两个齿轮相啮合，构成双齿条-双齿轮机构，通过各单方向控制机构只能传递一个方向的旋转运动，两个单方向控制机构的动力分别由各输出传动轴输出至两个齿轮，两齿轮相互啮合构成输出轴联动机构。本实用新型利用齿轮齿条机构，通过相互间的啮合，将气缸活塞驱动齿条的往复式直线运动转变成齿轮的旋转运动的一种往复式内燃发动机。

本实用新型的工作原理：可燃气爆炸产生巨大的正压力，某一气缸产生的正压力通过活塞传递给活塞推杆，驱使齿条做往复式直线运动，由于两齿条同时与两根输出传动轴上的齿轮相啮合，这样就可以把爆炸产生的正压力通过双齿条-双齿轮机构以及单方向控制机构传递给两根输出传动轴。由于两输出传动轴通过参数相同的齿轮啮合构成等输出轴转速联动机构，故无论哪一个气缸在工作行程，均能完成由齿条的往复式直线运动到两输出传动轴的连续旋转运动的转换。

故，本实用新型具有以下两大优越性：

1、因齿条与齿轮在工作过程中始终处于垂直状态，故气缸对活塞产生的推力所做的功几乎完全传递到输出轴，克服了对主轴的“死点”压力和对汽缸壁的侧向压力；消除了传统发动机在工作循环中，各部件因周期变化载荷作用，使得各接触面间产生的不均匀摩擦和撞击(如敲缸、拉缸)现象，从而使发动机的效率达到最大，动静态性能较佳。

2、采用齿轮齿条机构就使得在做功冲程中，混合气爆炸而作用于活塞顶部的正压力无需二次分解，而是几乎等值的通过双齿条-双齿轮传动机构来驱动输出传动轴转动，减少无用功，进而最大限度地提高发动机地工作效率，能源利用率高。

为了对上、下箱体冷却，本实用新型还在上、下箱体内分别设置循环冷却水的水套。

为获得压力油对动压支承导轨和活塞推杆之间的接触摩擦面的动压支承、润滑和冷却，本实用新型沿活塞推杆运动方向、在与活塞推杆接触的动压支承导轨两个摩擦面上分别开设油槽，在上、下箱体上分别设置连通于油槽和箱体上机油油路的供油孔。液压油泵将机油通过上、下箱体油路送至动压支承导轨的油槽，一方面，建立起支承导轨与活塞推杆动导轨接触摩擦面间的动压油膜，对活塞推杆进行支承和接触摩擦面间的润滑，同时自动补偿齿轮齿条在传动中因磨损产生的回差间隙。另一方面，进入动压支承导轨油槽中的压力油，经由垂直于活塞推杆沟槽的中心油孔进入齿条与活塞推杆组成的油路，通过齿条与活塞推杆的配合间隙，或者配合面之间加工的若干细油道，沿途渗油以达到对齿条散热和润滑的作用，同时压力油经过活塞推杆两端油孔进入活塞散热冷却油路，对活塞进行油冷散热。

另，为了对活塞等部件进行润滑和散热，本实用新型的活塞推杆的两端分别设有一段长度相等的圆柱体，圆柱体中心开有一油孔，各个活塞内设置冷却腔，油孔与相应的活塞的冷却腔连通；活塞推杆的中部设置一条连通两端油孔且截面有阶梯止口的压力油沟槽，在压力油沟槽深处、于活塞推杆的导轨支承面之间开设垂直于活塞推杆对称轴线的通油孔，所述齿条安装在压力油沟槽内并通过螺钉固定连接在活塞推杆上。

本实用新型所述单方向控制机构为超越离合器，或棘轮-棘爪机构。

为了达到精确的传输出效果，在两个输出传动轴的前端上各自安装有参数相同的齿轮。

本实用新型还在汽缸盖的外侧分别设置汽缸盖罩，密封整个发动机，利于防尘。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为动压滑动导轨示意图。

图3为图2的左侧向示意图。

图4为图2的仰视图。

图5为活塞推杆结构示意图。

图6为图5的B-B向断面图。

图7为活塞和活塞推杆的连接示意图。

图8为输出轴联动齿轮机构示意图。

具体实施方式

如图1至8所示，本实用新型是由汽缸盖罩1、汽缸盖2、上箱体(气缸体)3、汽缸4、水套5、活塞6、齿轮7、单方向控制机构8、输出传动轴9、齿条10、支承导轨11、活塞推杆12、汽缸13、活塞14、汽缸盖15、汽缸盖罩16、汽缸17、活塞18、齿轮19、单方向控制机构20、输出传动轴21、齿条22、支承导轨23、活塞推杆24、汽缸25、活塞26、下箱体(气缸体)27、齿轮28、齿轮29组成。

上箱体3和下箱体27相对且平行布置，采用缸体螺栓固定联接。在上箱体3和下箱体27左右两侧分别装有汽缸盖2和汽缸盖15，用于密封和形成配气装置，进而构成燃烧室，在汽缸盖2和汽缸盖15的外侧联接有汽缸盖罩1和汽缸盖罩16，密封整个发动机，用于防尘。

本实用新型采用汽缸4与汽缸13、汽缸17与汽缸25配对使用，呈卧式对称分布，且汽缸4与汽缸13为一整体结构(同在上箱体3内)，汽缸17与汽缸25为一整体结构(同在下箱体27内)。

每个汽缸内分别安装有一个活塞，上箱体3内对称布置的两个活塞6、14分别固定连接在一带有沟槽的活塞推杆12的两端，活塞推杆12作为动导轨支承在箱体3的动压支承导轨11上，齿条10嵌入并固定在活塞推杆12沟槽内，与沟槽闭合组成润滑冷却油路，构成活塞、推杆、齿条一体结构。下箱体27内对称布置的两个活塞18、26分别固定连接在另一带有沟槽的活塞推杆24的两端，活塞推杆24作为动导轨支承在下箱体27的动压支承导轨23上，齿条22嵌入并固定在活塞推杆24沟槽内。

在上箱体3和下箱体27之间通过轴承分别支承相互平行的两根输出传动轴9和21，在两根输出传动轴9和21外分别同心布置两个齿轮7和19。两根齿条10、22齿面相对且平行布置，两根齿条10、22分别与齿轮7、19啮合。

两个齿轮7、19分别通过两组单方向控制机构8、20与两根传动输出轴(9、21)同心连接，且，两组单方向控制机构8、20的传输方向相反，在两根传动输出轴9、21上分别固定连接相互啮合的传动齿轮28、29，从而形成双齿条-双齿轮机构。使得两齿条的往复式直线运动转变成两齿轮7、19的旋转运动，齿轮7的运动或动力通过单方向控制机构8传递给传动输出轴9，齿轮19的运动或动力通过单方向控制机构20传递给另一传动输出轴21，并通过相互啮合、参数相同的齿轮28、29构成闭环联动机构。单方向控制机构8和20可以为超越离合器，或棘轮-棘爪机构。

由于输出传动轴9上的单方向控制机构8和输出传动轴21上的单方向控制机构20安装方向相反，使得齿轮7和齿轮19轮流驱动输出传动轴9和输出传动轴21连续转动，即当齿条10、22带动齿轮7、19作逆时针转动时，此时单方向控制机构20驱动输出传动轴21转动，而单方向控制机构8不能驱动输出传动轴9转动；当齿条10、22带动齿轮7、19作顺时针转动时，此时单方向控制机构8驱动输出传动轴9转动，而单方向控制机构20不能驱动输出传动轴21转动。由于活塞齿条的往复驱动作用，输出传动轴9和输出传动轴21将分时轮流转动，为了保证输出传动轴9和输出传动轴21连续转动，输出传动轴9、21通过啮合传动齿轮28和29驱动输出传动轴21、9，使输出传动轴9和输出传动轴21相对反向连续转动。于是，无论活塞驱动齿条是正向运动还是反向运动，输出传动轴始终保持朝一个方向的连续转动，进而保证发动机功率的连续输出。

在上、下箱体3、27内设置循环冷却水的水套5。

发动机在工作过程中，为了对双齿条-双齿轮机构和活塞进行散热、润滑，以及消除齿条与齿轮间的传动间隙，液压油泵将机油分别通过上、下箱体3、27的供油路30、31送至动压支承导轨11、23的油槽32、33，一方面，建立起支承导轨与活塞推杆动导轨接触摩擦面间的动压油膜，对活塞推杆12、24进行支承和接触摩擦面间的润滑，同时自动补偿齿轮齿条在传动中因磨损产生的回差间隙。另一方面，进入动压支承导轨油槽32、33中的压力油，经由垂直于活塞推杆沟槽的中心油孔34、35进入齿条与活塞推杆组成的油路，通过在活塞推杆与齿条的配合面上加工的若干细油道，沿途渗油以达到对齿条散热和润滑的作用，同时压力油经过活塞推杆两端油孔36、37、38、39进入活塞散热冷却油路，对活塞进行油冷散热。

各油路的具体设置如下：

1、各个活塞内上设有与活塞推杆连通的冷却腔(42、43、44、45)。

2、动压支承导轨11、23的表面和活塞推杆12、24的表面分别设置减磨合金膜。沿活塞推杆12、24的运动方向、在与活塞推杆12、24接触的动压支承导轨11、23两个摩擦面上分别开设油槽32、33，在上、下箱体3、27上分别设置连通于油槽32、33和箱体上机油油路的供油孔30、31。

3、活塞推杆12、24的两端分别设有一段长度相等的圆柱体，圆柱体中心开有一油孔36、37、38、39，油孔36、37、38、39分别与相应的活塞内的冷却腔(42、43、44、45)连通。

活塞推杆12、24的中部分别设置一条连通两端油孔(36、37、38、39)且截面有阶梯止口的压力油沟槽40、41，在压力油沟槽40、41深处、于活塞推杆12、24的导轨支承面之间开设垂直于活塞推杆12、24对称轴线的通油孔34、35，两齿条10、22分别安装在压力油沟槽40、41内，并分别通过螺钉固定连接在活塞推杆12、24上。

Claims (7)

1、动压导轨支承式齿轮一齿条发动机，其特征在于包括相对布置的上、下箱体，上、下箱体平行布置且固定连接，在上、下箱体的两端分别设置汽缸盖，上箱体内呈卧式对称分布两个汽缸，下箱体内呈卧式对称分布两个汽缸，每个汽缸内分别装有一个活塞；上箱体内的两个活塞分别固定连接在一活塞推杆的两端，所述活塞推杆支承在布置于上箱体内的动压支承导轨上，在该活塞推杆上固定连接齿条；下箱体的两个活塞分别固定连接在另一活塞推杆的两端，所述活塞推杆支承在布置于下箱体内的动压支承导轨上，在该活塞推杆上固定连接齿条；在上、下箱体之间通过轴承分别支承相互平行的两根输出传动轴，在两根输出传动轴上分别布置两个齿轮；上述两根齿条的齿面相对且平行布置，两根齿条分别与两齿轮啮合；两个齿轮分别通过两组单方向控制机构与两根传动输出轴同心连接，且，所述两组单方向控制机构的传输方向相反，在两根传动输出轴上分别固定连接相互啮合的传动齿轮。

2、根据权利要求1所述动压导轨支承式齿轮-齿条发动机，其特征在于：在上、下箱体内分别设置循环冷却水的水套。

3、根据权利要求1所述动压导轨支承式齿轮-齿条发动机，其特征在于：沿活塞推杆运动方向、在与活塞推杆接触的动压支承导轨两个摩擦面上分别开设油槽，在上、下箱体上分别设置连通于油槽和箱体上机油油路的供油孔。

4、根据权利要求3所述动压导轨支承式齿轮-齿条发动机，其特征在于：活塞推杆的两端分别设有一段长度相等的圆柱体，圆柱体中心开有一油孔，各个活塞内设置冷却腔，油孔与相应的活塞的冷却腔连通；活塞推杆的中部设置一条连通两端油孔且截面有阶梯止口的压力油沟槽，在压力油沟槽深处、于活塞推杆的导轨支承面之间开设垂直于活塞推杆对称轴线的通油孔，所述齿条安装在压力油沟槽内并通过螺钉固定连接在活塞推杆上。

5、根据权利要求1所述动压导轨支承式齿轮-齿条发动机，其特征在于：所述单方向控制机构为超越离合器，或棘轮-棘爪机构。

6、根据权利要求1所述动压导轨支承式齿轮-齿条发动机，其特征在于：在两个输出传动轴的前端上各自安装有参数相同的齿轮。

7、根据权利要求1所述动压导轨支承式齿轮-齿条发动机，其特征在于：在汽缸盖的外侧分别设置汽缸盖罩。

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