双旋转非线性传动活塞式内燃机

1、一种双旋转非线性传动活塞式内燃机，具有一个两端用盖封闭的环形鼓筒 (1)，筒里有两对旋转活塞(A、A′、B、B′)将筒分成四个空间，其中一对活塞(A、 A′)和机轴(6)联在一起并可随机轴(6)而转，另一对活塞(B、B′)固定在一个可在 机轴(6)上自由旋转的空心转轴(4)上，两对活塞(A、A′、B、B′)在汽缸中套在一 起，它们能够绕共同的轴线向同一方向旋转，其特征是在机轴(6)轴杆上装有一个 非圆齿轮(7)，在空心转轴(4)轴套上装有一个非圆齿轮(5)，它们分别与在一根 传动轴杆(8)联装的两个非圆齿轮(9、10)啮合。
2、如权利要求1所述的双旋转非线性传动活塞式内燃机，其特征在于机轴齿 轮(7)和传动轴杆前齿轮(10)的外沿中心轮廓线(节线)满足方程式
αa=Wo・T+P・sin(Wz・T)
Ra=L・Wc[Wo+W・cos(Wz・T)+wc]-1 转轴齿轮(5)和传动轴杆后齿轮(9)的外沿中心轮廓线(节线)满足方程式
αc=Wc・T
Rc=L{1+wc[Wo+W・cos(Wz・T)]-1}-1 式中，T为转动时间变量，αa表示机轴齿轮(7)由O时刻转到T时刻所转过的角度， αc表示传动轴杆后齿轮(9)由O时刻转到T时刻所转过的角度，Ra和Rc分别表示两齿 轮各自轴心至两齿轮啮合点的距离，L为两相邻齿轮间的轴心距，Wc为输出轴转速， Wo为活塞平均转速，Wz为齿轮转速变动频率，W为齿轮变速转动波幅，P为齿轮变动 角度波幅。

本实用新型属于机械工程技术领域，涉及一种可将热能转换成机械能从而为机 动车辆、发动机等提供动力的内燃机。\n公知的内燃机可分为往复式内燃机和旋转活塞式内燃机两大类。往复式内燃机 的特点是利用气体的膨胀推动活塞在汽缸里作往复运动，然后通过连杆、曲柄将往 复的运动转变为主轴的旋转运动，由于在将活塞移动变为主轴转动时总要消耗相当 一部分能量，所以往复式内燃机的效率不高，而且由于其内设置曲柄、飞轮等机件， 亦使得这类内燃机的构造复杂、机身庞大笨重、转速不高，以致于在提高速度方面 受到很大的限制。旋转活塞式内燃机有双旋转活塞式内燃机和三角转子式内燃机之 别，它们主要是利用活塞在汽缸内的转动来直接带动转轴运动，这样也就克服了往 复式内燃机所具有的缺点，因而旋转活塞式内燃机是内燃机发展的方向。在现有技 术中，较典型的旋转活塞式内燃机是双旋转四循环活塞式内燃机，它的结构特征是 具有一个两端用盖封闭的环形鼓筒，筒里有两对旋转活塞将筒分成四个空间，其中 一对活塞和机轴联在一起并可随机轴而转，另一对活塞固定在一个可在机轴上自由 旋转的空心转轴上，两对活塞套在一起，它们能够绕共同的轴线向同一方向旋转。 在这种内燃机中，控制两对能够绕着共同的轴线往同一方向旋转的活塞且能使两对 活塞的转速分别按不同规律变化进而完成活塞间的空间交替增大或减小的是一副由 齿轮和杠杆等组成的活塞控制机构，但这种活塞控制机构的结构比较复杂、功耗相 对较大、稳定性也不够好。\n本实用新型的目的在于对上述双旋转四循环活塞式内燃机中的活塞控制机构加 以改进，进而设计出一种结构更简单实用、功耗更低且稳定性更好的双旋转非线性 传动活塞式内燃机。\n本实用新型对前述现有技术中的活塞控制机构所做的改进要点是：在机轴轴杆 上装有一个非圆齿轮(非线性齿轮，下同)，在空心转轴轴套上装有一个非圆齿轮， 它们分别与在一根传动轴杆联装的两个非圆齿轮啮合。工作过程中，当传动轴做匀 速转动时，由于其轴杆上的前后齿轮以及分别与前后齿轮啮合的套筒齿轮、机轴齿 轮都是按照非线性方式传动的，因而它们的转速也将分别按照不同的规律变化，最 终使得活塞间的空间体积交替的出现增大和减小的变化，完成吸气、压缩、做功和 排气四个过程。\n以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明。\n图1为本实用新型的结构示意图。\n图2为本实用新型一种实施例结构内两啮合齿轮的节线示意图。\n图3为本实用新型另一种实施例结构内两啮合齿轮的节线示意图。\n图4～图8为双旋转非线性传动活塞式内燃机汽缸(截面)的工作情况示意图。\n本实用新型的原理结构(即活塞结构及传动齿轮结构)参见图1：一个环形的鼓 筒1两端用盖封闭，筒和盖都是固定的。鼓筒1里有两对活塞A、A′和B、B′，它们 将鼓筒1分成四个空间(见图4～图8)。活塞A和A′和机轴6连在一起，可随机轴而 转；活塞B和B′固定在一个象套筒一样的空心转轴4上，空心转轴4的直径比机轴1 的直径大，它不随着机轴1一起转动，却可以在机轴1上自由旋转。两对活塞A、A′ 和B、B′在汽缸中是套合在一起的，它们能够绕着共同的轴线向同一方向旋转。图中 所示结构中，机轴1和非圆齿轮7相连，齿轮7和齿轮9相啮合，空心转轴4和齿 轮5相连，齿轮5与齿轮10相啮合，齿轮9和齿轮10都安装在传动轴8上。当传动 轴8做匀速转动时，上述四个非圆齿轮的转速将分别按照不同的规律变化，带动汽 缸内活塞运动，形成一个四汽缸内燃机。\n本实用新型结构中对旋转活塞的非线性齿轮的设计要求为：一、活塞在运动时 逐步完成吸气、压缩、做功和排气四个过程；二、传动轴8的转速平稳。为此，在 该内燃机的实施方案中，机轴齿轮7和传动轴杆前齿轮10的外沿中心轮廓线(节线) 应满足以下方程式\nαa=Wo・T+P・sin(Wz・T)\nRa=L・Wc[wo+W・cos(Wz・T)+Wc]-1 而转轴齿轮5和传动轴杆后齿轮9的外沿中心轮廓线(节线)则应满足方程式\nαc=Wc・T\nRc=L{1+Wc[Wo+W・cos(Wz・T)]-1}-1 式中，T为转动时间变量，αa表示机轴齿轮7(或传动轴杆前齿轮10)由O时刻转到T 时刻所转过的角度，αc表示传动轴杆后齿轮9(或转轴齿轮5)由O时刻转到T时刻所 转过的角度，Ra和Rc分别表示两齿轮各自轴心至两齿轮啮合点的距离，L为两相邻齿 轮间的轴心距，即图2所示两齿轮相交点Q至它们各自的轴心点Oa、Oc的距离之和( QOa + OcQ )，Wc为输出轴转速，Wo为活塞平均转速，Wz为齿轮转速变动频率，W为齿 轮变速转动波幅，P为齿轮变动角度波幅。\n当我们取Wo=1、Wc=1、Wz=2时，则由以上两方程式可生成如图2所示的一 对非圆齿轮(类椭圆型齿轮)的节线；再如当我们取Wo=2、Wc=1、Wz=4时，则由 以上两方程式又可生成如图3所示的两个非圆齿轮。\n双旋转非线性传动活塞式内燃机的工作过程如图4～图8所示：\n当活塞转至图4位置时，AB腔与A′B′腔的容积最小，AB腔排气刚刚完毕并将开 始吸气；A′B′腔的气体压缩到最小，火花塞2正处在点火瞬间，被压缩的气体将要 开始燃烧做功。AB′腔与A′B腔的容积最大，AB′腔吸气刚好完毕并将要开始压缩； AB′腔刚好做功完毕并将开始吸气。\n活塞转至图5位置时，AB腔的容积最大，其吸气刚好完毕并将要开始压缩；AB′ 腔的气体压缩到最小，火花塞2正处在点火瞬间，被压缩的气体将要开始燃烧做功； 此时A′B′腔的容积亦最大，其做功完毕并将开始排气；A′B腔排气完毕刚要开始吸气。\n活塞再转至图6位置时，AB腔的气体压缩到最小，火花塞2正处在点火瞬间， 被压缩的气体将要开始燃烧做功；AB′腔的容积亦最大，其做功完毕并将要开始排气； B′A′腔容积最小，其排气完毕将要开始吸气；B′A腔的容积最大，其吸气过程完毕并 将要开始压缩。\n活塞又转至图7位置时，AB腔的容积最大，其做功完毕并将要开始排气；AB′腔 被压缩到最小，此时排气完毕并将开始吸气；A′B′腔的容积最大，其吸气完毕将要 开始压缩；A′B腔的气体压缩到最小，火花塞2正处在点火瞬间，被压缩的气体将要 开始燃烧做功。\n图8所示为当活塞转至图6和图7之间的一个位置的工作状态，此时AB腔的气 体燃烧后膨胀，竭力推开活塞A和B，使它们汽缸间的容积变大。活塞A受到气体的推 力后，通过齿轮9将动力传给传动轴8，使传动轴8向反时针方向加速旋转，而活 塞B传给传动轴8的动力是阻碍它向顺时针向转动的，由于在此做功期间活塞A作用于 传动轴8的力矩大于活塞B的力矩，因而它们的合力使得转轴沿顺时针方向加速转动。 这时A、B′两活塞之间的汽缸正在和排气管11相连进行排气，而B′A′腔正和进气管 3相连进行吸气，至于A′B腔的容积正在变小，其间的气体也正受到压缩。\n当活塞转过一个周期时，情况又与图4所示之情况相同。之后，各工作腔将重 复各自的工作行程。\n本实用新型所述的双旋转非线性活塞式内燃机与传统的往复式内燃机相比具有 体积小、功率大、转速范围广、省油等特点；与三角转子式内燃机比较具有制作工 艺相对简单、密封性能好、稳定性好等特点；而与双旋转四循环活塞式内燃机相比 则具有结构简单、功率大、稳定性能好等特点。