框齿式直轴内燃机制造技术

本发明专利技术涉及一种框齿式直轴内燃机，它由双半轮联合体直轴双轨齿框和齿框架组成，双半轮联合体直轴上的扇形齿轮在双轨齿框的齿条轨道内旋转，双半轮联合体直轴上的两齿异形轮在双轨齿框的齿槽轨道内旋转，扇形齿轮和两齿异形轮在旋转中，分别和双轨齿框内的齿条和齿槽相互交替接触，从而完成了旋转中五个形状不规则的断续点处平稳接触运行，实现了双轨齿框内的齿条和双半轮联合体直轴上的扇形齿轮近90度力矩的啮合，使内燃机燃油巨大的爆发力近90％做有用功输出，内燃机的输出效率大幅提高。本发明专利技术在现有内燃机基础上只改动了齿框齿框架双半轮直轴和机箱，改造成本低，整机结构牢固，零件构造简单粗壮坚固，运行合理。

【技术实现步骤摘要】
框齿式直轴内燃机
本专利技术涉及一种框齿式直轴内燃机。由活塞连杆和双轨齿框带动双半轮联合体直轴，使直线往复运动变为圆周运动的装置。适用于各种类型汽油机，柴油机。技术背景现有技术中的内燃机，还在沿用着一百多年前奥托和狄塞尔专利技术的活塞连杆曲轴式内燃机，这种内燃机的缺陷是输出效率太低，燃油浪费太大。曲轴内燃机燃油在爆发过程中，气缸内压力通过活塞连杆传递给曲轴时，会产生一个沿着曲轴半径指向圆心的非常大的无用分力，见附图2中的N，使有用分力图2中T的输出损失非常大。内燃机燃油在爆发的最初瞬间，气缸内温度最高，压力最大，但此时发动机的曲轴是在旋转半径的顶部运行，活塞连杆和曲柄近乎在一条直线上，爆发压力传递给曲轴时有用分力的输出很小，无用分力占了绝大部分，燃油突然爆发时产生的巨大冲力势能就这样浪费掉了。而且在这个运行阶段气缸内气体体积变化很小，根据傅里叶热力学中单位时间内热传递量和传导系数与温度差成正比的定律，由于汽缸壁是热良导体，所以燃油爆发时突然升高的极高温气体，在这个阶段通过汽缸壁损失很快，热能的大量损失使汽缸内爆发压力迅速减小，燃油爆发瞬间释放能量最大的阶段曲轴却向外输出动力很少。以附图2中曲轴旋转到约45度角为例，曲轴在上止点时气缸内燃油爆发，曲柄从0度角旋转到约45度，活塞从最顶点下降了整个做功行程的约五分之一，有用分力的输出从0增加到45度角时爆发力的约百分之80，而此时气缸内压力根据玻意耳-马略特气体压强和体积成反比例定律的曲线图中可粗略看到，从最高峰下降了约百分之五十，这就进一步验证了燃油爆发瞬间释放能量最大的阶段曲轴向外输出动力并不大，而压力却降低了近一半。随着曲轴的转动，有用分力比例虽然逐渐上升，但由于连杆和活塞垂直运行的角度增大，活塞对气缸侧壁摩擦力也在加大，有用分力的做功输出仍然损失不小，因此现有内燃机的输出效率非常低。综上所述，曲轴的结构造成了曲轴式内燃机的输出效率大幅降低，要想较大幅度提高内燃机的输出效率，就要彻底改变曲轴发动机的现状。曲轴式内燃机的燃油浪费大，排放污染也就严重，已处在限制和逐渐取消的状态。天然气作为一种清洁能源，在内燃机领域开始迅速普及，它虽然可减轻排放污染的程度，但作为曲轴式内燃机，它的输出效率低，能源浪费大的问题依然没有解决。随着世界油料能源的需求量越来越大，燃油供应价格越来越高，环保要求越来越严，研制出新一代高效率节油发动机，无疑有着巨大的经济和战略意义。近年来，很多专利技术人在尝试着去掉现有内燃机中的曲轴，从而较大幅度提高内燃机的输出效率，齿轮齿条啮合式直轴内燃机，由于活塞的全部爆发力近乎百分之百的传递给输出轴，它成了当今众多专利技术创造者的主攻方向。可是本申请人在专利局网站的检索和互联网的相关搜索中，却发现众多的直轴内燃机专利技术者，都只是停留在理论探讨阶段，内燃机去曲轴后带来的大量关键性技术细节问题，尤其是专利技术部分的机械结构及零件是否简单坚固，能否经得起燃油巨大的爆发力长期频繁的强力冲击，其机械结构是否克服了撞击和噪音的情况下精确稳定合理的运行，并没有详细的论证和解决方案。本申请人在专利局网上检索到一个申请号为200410065496.7的专利技术专利申请，在这个专利技术申请中，专利技术人提供了一种半齿框式直轴内燃机。但是，他的专利技术申请只是笼统的介绍了自己的专利技术构想，关键性的技术细节没有合理的论证和详细的实施方案，而且他专利技术的内燃机也不能稳定可靠的运行。以他的专利技术申请附图1中的压缩行程上止点为例，见本申请第17页附图说明图3影印图。如果他附图中的半齿轴和右齿条还没有脱开时，就和左齿条啮合，会出现锁死转不动的状态，即不能实现图中半齿轴和右齿条还没有脱开时，就和左齿条啮合一个齿的情况，(实际试验也是如此)。即便是能够转过上止点，当半齿框高速上升到上止点时，半齿轴强制半齿框下降时的撞击也会是非常大的，所以，这是个不实用的专利技术。专利技术的内容针对现有技术中内燃机输出效率低的缺陷，和200410065496.7专利技术专利申请中半齿框和半齿轴啮合不合理和撞击力大的缺陷，本专利技术提供了一种框齿式直轴内燃机。它由专利技术部分：双半轮联合体直轴，图5，双轨齿框，图7，图8，齿框架，图9。稳位弹簧，惯性论和机箱，见图4。现有技术部分：气缸活塞部分，进排气和凸轮轴链轮部分等组成，见图4。双轨齿框装在齿框架内并能上下滑动，由双半轮联合体直轴带动齿框上下往复运行完成内燃机的四冲程工作。本专利技术解决的技术问题是：扇形齿轮和两齿异形轮在旋转中分别和双轨齿框内的齿条和齿槽相互交替接触，从而完成了旋转中五个形状不规则的断续点处能平稳接触运行，实现了双轨齿框内的齿条和双半轮联合体直轴上的扇形齿轮近90度力矩的啮合，使内燃机整个爆发阶段燃油巨大的爆发力能达到近90％做有用功输出，内燃机的输出效率得到了大幅提高。本专利技术内燃机整机零件的改动少，在现有内燃机的基础上只需改动齿框齿框架和直轴三个主要件，和稳位弹簧，惯性论和机箱三个辅助件。整机结构牢固，零件构造简单粗壮坚固，运行合理。本专利技术适用于1缸至多缸内燃机。下面以单缸内燃机压缩，爆发，排气，吸气的顺序结合附图详细介绍本专利技术各零件及运行性能。压缩阶段：双轨齿框位置在下止点，双半轮联合体直轴上的两齿异形轮第一个异形齿，在惯性轮的带动下逆时针切入双轨齿框的上齿槽，同时直轴上另一个半轮，即扇形齿轮的尾部滑道控制着齿框齿条侧上部的一个异形齿，使第一异形齿切入齿槽时齿框以一定的速度上升，见图10中的10-1和10-2两点，第一异形齿接触双轨齿框上齿槽的过程，类似于两个旋转齿轮相互啮合时双方啮合齿同速度同方向接近最后接触的方式，这样就消除了异形齿和齿槽因断续接触时产生的碰撞和噪音。第一异形齿接触到齿槽上沿后，在惯性轮的旋转带动下推动齿框向上运行，当第一异形齿脱离开上齿槽前，第二个异形齿开始切入到齿框的下齿槽，第一异形齿的齿前部设计了一段滑道，见图6中的6-1，控制着齿框下齿槽以一定的上升速度和第二异形齿近似同速接近并接触，同样避免了第二个异形齿接触齿槽时产生的碰撞和噪音，见图10中的10-4。第二个异形齿接触到下齿槽上沿后，在惯性轮的带动下继续推动齿框向上运行通过连杆活塞压缩气缸内气体，直到齿框运行到上止点，第二异形齿的齿顶中前部上止点处和齿框两齿槽中间弧形段下部圆弧点接触，图11中的11-1。此时扇形齿轮的尾部顶点运行到齿框下底板圆形滑道的最底端，图11中的11-2。爆发阶段：齿框在上止点时，扇形齿轮的第一个齿位置在齿条侧第一个齿槽的上沿处，见图11中的11-3，第二异形齿顶上止点处被齿框圆弧接触点分成前后两部分，见图11中的11-1。前小半部分圆弧做得比异形齿最顶部旋转半径弧度小一些，这个设计遵循了曲轴到达上止点前活塞有一段缓慢的上升，为本机点火提前角准备了一段距离，也保证了扇形齿轮尾部顶点能平稳的接触到齿框下底板圆弧滑道的最底端，防止了接触时的碰撞和噪音，见图11中的11-2。第二异形齿的后半部分弧度做得比异形齿顶前半部分弧度陡一些，后半部分弧长也比前半部分长一些，其弧长设计在能使扇形齿轮的前齿切入齿条，见图11中的11-5。异形齿顶后半部分的弧度是按照扇形齿轮切入齿条时，和齿条近似同速度逐渐接近并最后接触的原理，这样能使扇形齿轮前两个齿平稳的切入齿条，避免了切入时的碰撞和本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种活塞式直轴内燃机，包括直轴和双半轮联合体，(5)，双轨齿框(7)，(8)，齿框架，(9)，稳位弹簧，惯性论和机箱，(4)，双半轮联合体直轴在双轨齿框内旋转，双轨齿框装在齿框架内并能上下滑动，内燃机汽缸内燃油的爆发力通过连杆传递给双轨齿框，使齿框的直线往复运动转换为双半轮联合体直轴的圆周运动，其特征在于：双半轮联合体直轴上的扇形齿轮在双轨齿框的齿条轨道内旋转，双半轮联合体直轴上的两齿异形轮在双轨齿框的齿槽轨道内旋转，扇形齿轮和两齿异形轮在旋转中，分别和双轨齿框内的齿条和齿槽相互交替接触，从而完成了旋转中五个形状不规则的断续点处能平稳接触运行，实现了双轨齿框内的齿条和双半轮联合体直轴上的扇形齿轮近90度力矩的啮合，使内燃机燃油爆发力近90％做有用功输出，本专利技术适用于1缸至多缸内燃机。

【技术特征摘要】
2014.03.27 CN 20141011695871.一种框齿式直轴内燃机，包括直轴和双半轮联合体，双轨齿框，，齿框架，稳位弹簧，惯性轮和机箱，双半轮联合体直轴在双轨齿框内旋转，双轨齿框装在齿框架内并能上下滑动，内燃机汽缸内燃油的爆发力通过连杆传递给双轨齿框，使齿框的直线往复运动转换为双半轮联合体直轴的圆周运动，其特征在于：双半轮联合体直轴上的扇形齿轮在双轨齿框的齿条轨道内旋转，双半轮联合体直轴上的两齿异形轮在双轨齿框的齿槽轨道内旋转，扇形齿轮和两齿异形轮在旋转中，分别和双轨齿框内的齿条和齿槽相互交替接触，从而完成了旋转中五个形状不规则的断续点处能平稳接触运行，实现了双轨齿框内的齿条和双半轮联合体直轴上的扇形齿轮近90度力矩的啮合，使内燃机燃油爆发力近90％做有用功输出，适用于1缸至多缸内燃机。2.如权利要求1所述的框齿式直轴内燃机，其特征在于：直轴和双半轮联合体是以渐开线花键齿的形式相配合，双半轮联合体一个半轮是两齿异形轮，两齿异形轮第一个异型齿前部有一个滑段(6-1)，第二个异形齿顶中前部上止点处后半段弧度(6-2)要比前半段圆弧陡一些，另一个半轮是扇形齿轮，扇形齿轮的齿后背有后背部滑段(6-3)，中间圆弧过渡滑段(6-4)，尾部滑段(6-5)，直轴花键齿扇形齿轮和两齿异形轮的表面硬度为HRC58-64。3.如权利要求2所述的框齿式直轴内燃机，其特征在于：双半轮联合体直轴长275毫米，直轴上的花键处外径为25毫米，花键齿数20个，扇形齿轮半径29毫米，轴向齿宽20毫米，齿距6毫米，齿数8个，靠近齿后背部的两个齿倒数第一个齿比标准齿的高度矮2毫米，倒数第二齿比标准齿的高度矮1毫米，扇形齿轮的齿后背滑道长20毫米，中间圆弧过渡滑道长10毫米，尾部滑道长15毫米，两齿异形轮第一个异形齿顶半径28毫米，轴向宽17毫米，齿前端到后肩15毫米，齿前端滑道长8毫米，第二个异形齿顶半径27毫米，轴向宽17毫米，齿前端到后肩26毫米，齿顶前沿弧度比齿顶上止点处圆弧半径低0.7毫米，齿顶后沿处比齿顶上止点处圆弧半径低2毫米，齿前端到齿顶上止点处弧长10毫米，齿顶上止点处到齿后沿弧长16毫米。4.如权利要求1所述的框齿式直轴内燃机，其特征在于：双轨齿框里端是扇形齿轮运行轨道，外端是两齿异形轮运行轨道，两齿异形轮运行轨道(7-1)左侧的侧壁要比扇形齿轮运行轨道的壁薄一些，齿槽部分包括两个齿槽和两齿槽中间渐开线弧形段(7-2)，齿条侧顶端有一个异形齿(8-3)，齿框顶端设有连杆销座(10-3)，齿槽侧下部有一块小铁板(7-3)，稳位弹簧的下端顶在铁板上，齿框下底板扇形齿轮运行轨道侧挖了一个弧形滑道(8-4)，齿框两侧分别有滑道(8-2)，双轨齿框表面硬度为HRC58-64。5.如权利要求4所述的框齿式直轴内燃机，其特征在于：双轨齿框高115毫米，径向总宽度85毫米，轴向宽度40毫米，滑道径向宽度70毫米，滑道轴向宽度28毫米，异形齿运行轨道(7-1)的轴向宽17毫米，扇形齿轮运行轨道(8-1)轴向宽23毫米，齿框齿条有7个齿，齿条齿顶到齿框边16毫米，两齿异形轮轨道到齿框边10毫米，齿槽侧有两个齿槽，齿槽开口处到齿框边24毫米，上齿槽开口垂直长度18毫米，下齿槽开口垂直长度27毫米，两齿槽深各13毫米，两齿槽中间渐开线弧形段长13毫米，扇形齿轮运行轨道到齿框边10毫米，齿条侧顶端异形齿高17毫米，径向宽20毫米，轴向宽17毫米，齿框上底板壁厚12毫米，下底板壁厚15毫米，下底板扇形齿轮轨道侧挖了一个深10毫米半径22毫米的圆弧滑道，目的是扇形齿轮尾部顶点在其滑道内运行，强制齿框由向上转为向下运行，齿框齿槽侧底边以上20毫米处设有一块小铁板，小铁板径向宽23毫米，轴向宽18毫米，厚4毫米，稳位弹簧的下端顶在小铁板处，小铁板中间有一个12毫米的孔，稳位弹簧的内杆从此孔穿过，弹簧杆的直径11毫米，长210毫米，弹簧杆上端固定在机箱上底板上，下端固定在齿框架底座上，稳位弹簧外径16毫米，内径12毫米，弹簧丝直径2毫米，圈数75，上止点压缩弹力4-5千克，下止点压缩弹力2-3千克，连杆销座(10-3)的径向宽度30毫米，高25毫米，轴向宽40毫米，中间开口(15-1)宽16毫米，连杆销孔的直径14毫米，连杆销座孔(13-...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝凤成，
申请(专利权)人：郝凤成，
类型：发明
国别省市：河北;13