[发明专利]一种活塞直驱增压发动机及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原动机，具体地说是一种活塞直驱增压发动机既设计方法。

背景技术

众所周知，涡轮增压器是一种设置在发动机外部的强制气体引导系统。它对流入发动机的空气进行压缩，压缩空气可以使发动机能够将更多的空气压到气缸里，而更多空气就意味着能向气缸内注入更多的燃料。因此，每个气缸的燃烧冲程就能产生更多动力，涡轮增压发动机产生的动力要比相同排量的普通发动机大得多，这样就可显著提高发动机的动力重量比。为了获得这种性能上的提升，涡轮增压器使用发动机排出的废气带动涡轮旋转，而涡轮则带动气泵旋转。涡轮在涡轮机中的最高转速为每分钟150,000转——这相当于大多数汽车发动机转速的30倍。同时由于与排气管相连，涡轮的温度通常非常高。因此，涡轮增压发动机的致命缺点是结构复杂、成本高，使用寿命短，需要定期更换，使用寿命大约是10万公里，每更换一次需要人民币2万元，由于涡轮增压器使用发动机排出的废气带动涡轮旋转，这样给排气道增加了阻力，给发动机的动力产生一定的影响。

传统的活塞发动机主要是由活塞、连杆、曲轴组成，活塞在气缸中做往复运动，通过连杆驱动曲轴变成圆周转动，在实际应用过程中存在的不足时，工作效率低，具体表现为1)连杆随曲轴的摆动容易使活塞产生侧向分力而加大气缸受力面磨损，形成椭圆，降低了气缸的气密性致使，动力降低燃油消耗量增加；2)工作效率低，活塞在气缸中往复一次驱动曲轴旋转一周，实际上只有一半做功，另一半消耗功率，也就是说，燃气爆燃时，推动活塞移动对外做功，只能驱动活塞转动半周，而在这半周中真正做功的角度是在45度到135度之间，在这个角度之间连杆的驱动力矩最大。通过上述分析可以看出，能量利用率低除了连杆摆动克服掉的侧向分例外，曲轴的做功角度小也是主要原因。

发明内容

本发明的目的是克服了现有活塞式发动机的活塞的往复做功直接通过连杆驱动曲轴变成圆周转动的不足，提供一种活塞直驱增压发动机。

本发明的目的是按以下方式实现的，在发动机壳体内对称设置作功气缸和压气气缸并分别设置压气活塞和作功活塞，压气活塞和作功活塞设置在一双面齿条的两端，作功活塞直接驱动双面齿条和压气活塞往复运动产生压缩空气和对外输出动力；

动力输出方式是：双面齿条上下两面分别设置两套传动齿轮带动两根传动轴往复转动，向外输出两路方向相反的往复转动力，在发动机壳体外设置动力集成机构，动力集成机构将两路转动方向相反的往复转动力集成成连续的同一方向转动的力；

空气增压方式是：在发动机壳体外部设置集气室，压气活塞在作功活塞完成吸压爆排四个冲程的同时完成两次吸气和压气，压缩后的气体通过单向阀和管道注入集气室，集气室通过管道与作功气缸的进气道连接，在作功气缸进气时推动作功活塞作功并注入至少两倍作功气缸体积的气体实现发动机的增压。

具体结构是由发动机壳体、作功气缸、压气气缸、作功活塞、压气活塞、双面齿条、上传动齿轮、下传动齿轮、上传动轴、下传动齿轮下传动轴和动力集成机构，其中，作功气缸、压气气缸对称设置在发动机壳体之中，作功活塞和压气活塞分别设置在作功气缸和压气气缸之中并连接在双面齿条的两端，双面齿条的上下两面分别设置上传动轴和下传动轴，上传动齿轮和下传动齿轮分别设置在上下两根传动轴上并与双面齿条的上下两面齿条啮合，上下两根传动轴的端部与动力集成机构连接。在发动机壳体1外部设置集气室，压气气缸通过单向阀和管道与集气室连接，集气室通过管道与作功气缸的进气道连接。

动力集成机构有两种方式，一种是连杆曲轴式结构是由偏心轮、连杆和曲轴组成，偏心轮分别设置在上下两根传动轴的端部，连杆的两端连接偏心轮和曲轴。

另一种是单向齿轮式结构是由左转单向齿轮、右转单向齿轮、换向齿轮、动力集成齿轮和动力输出轴组成，左转单向齿轮和右转单向齿轮分别设置在上下传动轴的端部，左转单向齿轮与动力集成齿轮啮合，右转单向齿轮通过换向齿轮与动力集成齿轮啮合，动力集成齿轮与动力输出轴固定。

本发明的发动可以应用于汽油发动机、柴油发动机，压气气缸的容积等于或大于作功气缸的容积，由于本发明的活塞是平行直推式工作方式，所以对置的气缸的直径可以不对称，大容积的呀气缸可以较高较多的压缩空气。

本发明的增压式活塞直驱增压发动机所具有的优异效果是：结构简单，易于加工，体积小重量轻，省去传统发动机配置的巨大曲轴箱以及沉重的曲轴和连杆，体积可以减少二分之一以上，也不需要外置涡轮增压器，可以显著地提高发动机的动力重量比，气缸不产生侧向磨损，直行直驱，能量全部输出，有效提高使用寿命长和节约能源。

附图说明

附图1为活塞直驱增压发动机的结构示意图；