[发明专利]无曲轴连杆的内燃机

说明书

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种内燃机，特别是一种无曲轴连杆的内燃机。

背景技术

内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力。显然内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。

常见的柴油机和汽油机都是将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

虽然，柴油机和汽油机被广泛地应用，采用曲轴连杆机构也成为一动力传输的经典结构；但是此机构还是存在诸多缺点：一、机械传动效率低：气体作用在活塞上面的力通过连杆传递给曲轴，在曲轴与连杆的连接位置产生了两个分力。其中一个与曲轴圆周方向相切，形成使曲轴旋转的驱动力做有用功，另一个分力指向曲轴回转中心，此力做无用功，且当活塞在上止点位置附近时该分力最大，基本等于汽缸爆发压力，此时汽缸爆发压力也为最大值。即做有用功的力最小时气体压力做大，做有用功的力增加到最大时气体压力已经降到峰值的一半以下了。二、振动问题采用曲轴连杆机构的内燃机运转时，活塞做直线往复运动，具有往复惯性力；曲轴做旋转运动，具有旋转惯性力。在整个运动件系统中往复惯性力与旋转惯性力合成后，会产生一个合力，该合力随着曲轴转角的变化，合力的方向也不相同，造成内燃机的振动。

为了解决上述一系列问题，人们发明了很多无连杆曲轴的内燃机。如转子发动机就是一种典型无连杆发动机，但是由于活塞与汽缸间的密封问题没有得到解决，转子发动机目前还没有量产。

又如，中国专利文献公开的一种无曲轴式往复与旋转动力转换机构及其发动机和压缩机【中国专利申请号：200510065347.5；公开号：CN1702352A】，包括往复动力部件、旋转输出轴等，动力转换机构包含一个与往复动力部件固连的齿环框、一个与动力轴固连的动力轮、一个与齿环框和动力轮直接或间接传动的行星轮；齿环框是一个齿边环形结构；其两边为两根对称平行的齿条，其两端为两个对称的半圆形齿轮，其齿轮轴心线在往复行程两端的停顿过渡期，分别与动力轴的轴心线重合；行星轮以轴连杆为系杆，既是动力轮的行星轮，在过渡期又分别是端齿轮的行星轮；在往复直线行程中，受齿条与轴连杆或其限位装置的共同作用，行星轮被定位，在齿环框与动力轮之间相互传递动力；在过渡期，动力轮继续保持直线行程中的转向旋转，行星轮在其带动下，可以以端齿轮为定位中心轮，从直线行程末端的齿条终点处公转至齿环框另一边齿条的起点处，准备进入下一直线行程；如此往复。本技术方案虽然也采用了无曲轴连杆结构但是该机构过于庞大不利于整机布置。同时还存在着结构复杂，成本高；没有考虑往复惯性力带来的振动等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种机械效率高的无曲轴连杆的内燃机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种无曲轴连杆的内燃机，其特征在于，包括缸体和定位在缸体上两根水平设置的齿条与一输出轴；每根所述的齿条的两端均固连有一活塞，所述的缸体内具有与活塞位置和运动方向均一一对应的燃烧室；两个所述的齿条和所述的输出轴之间设有一始终能将至少一根齿条的轴向运动转换至输出轴的周向运动的齿轮传动机构。

本内燃机的工作原理为：首先燃料在与一根齿条一端相对的燃烧室内燃烧膨胀推动活塞运动，进而推动该齿条运动；同时燃料在与另一根齿条的另一端相对的燃烧室内燃烧膨胀推动活塞运动，进而推动该齿条运动且两条齿条的运动方向相反；在上述运动过程中至少一根齿条的轴向运动通过齿轮传动机构转换至输出轴的周向转动。然后，燃料在与一根齿条另一端相对的燃烧室内燃烧膨胀推动活塞运动，进而推动该齿条运动，显然此时的齿条运动与上一运动过程中对应的齿条运动方向相反；同时燃料在与另一根齿条的一端相对的燃烧室内燃烧膨胀推动活塞运动，进而推动该齿条运动且两条齿条的运动方向相反，显然此时的该齿条运动与上一运动过程中对应的齿条运动方向相反；在上述运动中至少另一根齿条的轴向运动通过齿轮传动机构转换至输出轴相对于上一运动过程的周向连续转动。最后，依次进行首先和然后运动过程，实现内燃机的连续动力输出。

在上述的无曲轴连杆的内燃机中，两根所述的齿条平行且齿相对设置。该结构使本内燃机燃烧室布置更对称，结构更紧凑合理，而且活塞往复惯性力可以有效的相互抵消，无需设置平衡块便具有较高的稳定性。