推桿雙活齒高效潤滑傳動四缸內燃機的製作方法

2023-09-17 23:54:20

本發明涉及一種內燃機傳動技術領域，特別是涉及一種推桿雙活齒高效潤滑傳動四缸內燃機。

背景技術：

目前傳統活塞內燃機多以氣缸為動力單元，活塞通過活塞銷、連杆與曲軸相連接，以曲柄連杆為傳動裝置，連杆連接有飛輪，活塞在氣缸內作往復運動，通過連杆推動曲軸轉動；為了吸進新鮮氣體和排出廢氣設有進氣門和排氣門，活塞頂離曲軸中心最遠處稱上止點，活塞頂離曲軸中心最近處稱下止點。依靠氣缸內混合油氣燃燒產生的膨脹力做功實現內燃機進氣、壓縮、膨脹做功和排氣四個衝程，四衝程內燃機的四個活塞衝程中只有一個衝程即在膨脹做功衝程推動曲柄連杆機構對外做功，其餘三個衝程有飛輪帶動完成，故四衝程內燃機曲軸每旋轉兩圈只能做功一次。因此四衝程內燃機曲軸連杆機構存在如下缺點：1、由於內燃機是利用連杆曲軸把活塞的往復運動轉變為圓周運動，當氣缸壓縮衝程終了時即在膨脹做功衝程的上止點時缸內混合氣燃燒使得缸內壓力最大值而產生最強推力，但此時曲柄連杆機構中曲軸與連杆呈一條直線即力臂為零，也就是此時根本沒有動力輸出即對外不做功；又因曲軸作圓周運動必然造成與曲軸相連的連杆夾角變化，動力分散多，只能部分傳出功率，故曲軸連杆機構使得內燃機的熱能利用率很低；2、連杆與活塞運動方向存在的角度會使得活塞與氣缸體的內壁產生一定的摩擦力，連杆與活塞運動方向存在的角度越大則摩擦力越大，活塞在氣缸內運行時對氣缸壁所產生的摩擦力是不均勻的，所以活塞在氣缸內長期高速運動後容易導致偏磨現象發生，使氣缸內壁或活塞受損而漏氣，以致內燃機的熱能利用率下降，這是曲軸連杆內燃機使用以來一直沒有解決的難題。

此外，目前曲軸連杆內燃機工作時內燃機內部件之間以很高的速度作相對運動，如曲軸軸頸與連杆軸頸、凸輪軸軸頸與軸承等金屬表面之間的摩擦不僅增大內燃機運轉的功率消耗，而且摩擦所產生的熱量還可能使某些工作零件表面熔化並使內燃機的一些部件工作表面迅速磨損，從而導致內燃機無法正常運轉。因此為保證內燃機能長期工作，必須對內燃機內相對運動部件表面進行潤滑，也就是在各部件摩擦表面覆蓋一層潤滑油，使得內燃機部件金屬表面之間覆蓋一層薄的油膜以減小摩擦阻力而降低功率損耗、減輕磨損並延長內燃機使用壽命。然而目前作為內燃機潤滑油輸送裝置的根本任務是將清潔的、具有一定壓力的、溫度適宜的潤滑油不斷供給運動零件的摩擦表面以使內燃機能夠正常工作，因此內燃機潤滑油輸送裝置中必須具有提供足夠油壓的機油泵，但是曲軸連杆內燃機中使用機油泵則又存在這樣一些問題：1、機油泵作為一個部件在內燃機內需要佔用一定的空間而導致內燃機的體積增大，機油泵作為一個獨立的運轉部件必然需要消耗一定的能量；2、由於曲軸複雜的結構使得潤滑油需要在較強的壓力下才能保證曲軸得到較好的潤滑保護，然而機油泵在使用過程中普遍存在壓力小而容易導致曲軸燒瓦或抱死現象發生，從而使得內燃機磨損快以致壽命短；3、機油泵的造價較高，作為內燃機的必須部件而使得內燃機的製造成本加大。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種結構簡單、製造方便、體積小、成本低、防偏磨、維護容易、能耗低且有效功率大大提高的推桿雙活齒高效潤滑傳動四缸內燃機。

為實現上述目的，本發明提供一種推桿活齒高效傳動潤滑四缸內燃機包括氣缸、傳動軸、潤滑油箱、潤滑油輸送裝置及內燃機機體，氣缸內設置有活塞，所述內燃機機體上通過軸承固定有主動轉軸及從動轉軸；所述主動轉軸上設置有主動齒盤及主動活齒盤，主動齒盤與主動活齒盤之間的主動轉軸設置有軸承與內燃機機體固定；所述從動轉軸上設置有與主動轉軸上的主動齒盤相嚙合的從動齒盤，從動轉軸上設置有與主動轉軸上的主動活齒盤形狀及大小相同的從動活齒盤，從動齒盤與從動活齒盤之間的從動轉軸設置有軸承與內燃機機體固定；所述主動活齒盤的邊緣上等距離設置有兩組主動活齒，每組主動活齒在主動活齒盤邊緣排列的長度為主動活齒盤周長的四分之一；所述從動活齒盤的邊緣上等距離設置有兩組從動活齒，每組從動活齒在從動活齒盤邊緣排列的長度為從動活齒盤周長的四分之一；

所述主動活齒盤及從動活齒盤的一側設置氣缸一及氣缸三，主動活齒盤及從動活齒盤的另一側設置氣缸二及氣缸四，氣缸一、氣缸二、氣缸三及氣缸四內分別設置有活塞一、活塞二、活塞三及活塞四；所述活塞一及活塞三外端垂直固定連接有推桿一，活塞二及活塞四外端垂直固定連接有推桿二，所述推桿一及推桿二分別通過連杆一及連杆二連接潤滑油輸送裝置一及潤滑油輸送裝置二；所述推桿一上設置有與主動活齒盤及從動活齒盤相嚙合的主動推齒一及從動推齒一，推桿二上設置有與主動活齒盤及從動活齒盤相嚙合的主動推齒二及從動推齒二，推桿一及推桿二上的主動推齒一、主動推齒二與主動活齒盤上對應的主動活齒個數相等，推桿一及推桿二上的從動推齒一、從動推齒二與從動活齒盤上對應的從動活齒個數相等；

所述推桿一位於活塞一及活塞三端分別通過防衝缸限位彈簧一及防衝缸限位彈簧三與氣缸一及氣缸三活動連接，推桿二位於活塞二及活塞四端分別通過防衝缸限位彈簧二及防衝缸限位彈簧四與氣缸二及氣缸四活動連接；所述潤滑油輸送裝置一設置有吸油控制缸一、噴油防倒流閥一及噴油管一，吸油控制缸一位於潤滑油箱的下部，吸油控制缸一設置有吸油防倒流閥一，吸油控制缸一內設置有吸油控制活塞一，吸油控制活塞一與連杆一垂直固定連接；噴油管一的開口端放置在氣缸一及氣缸三的上方，噴油防倒流閥一設置有一中空的噴油錐形體一，噴油錐形體一的下端開口處設置有一個噴油密封圓球一，所述吸油控制缸一位於氣缸一側設置有潤滑油從動推齒噴孔一、潤滑油氣缸一噴孔一、潤滑油主動推齒噴孔一及潤滑油氣缸三噴管一；所述潤滑油輸送裝置二設置有吸油控制缸二、噴油防倒流閥二及噴油管二，吸油控制缸二位於潤滑油箱的下部，吸油控制缸二設置有吸油防倒流閥二，吸油控制缸二內設置有吸油控制活塞二，吸油控制活塞二與連杆二垂直固定連接；噴油管二的開口端放置在氣缸二及氣缸四的上方，噴油防倒流閥二設置有一中空的噴油錐形體二，噴油錐形體二的下端開口處設置有一個噴油密封圓球二，所述吸油控制缸二位於氣缸二側設置有潤滑油從動推齒噴孔二、潤滑油氣缸二噴孔二、潤滑油主動推齒噴孔二及潤滑油氣缸四噴管二。

所述推桿一相對於推桿一上主動推齒一及從動推齒一的一側設置有若干個防偏輪一，內燃機機體上位於推桿一的防偏輪一的一側設置有一個與防偏輪一滾動相配合的防偏槽一；所述推桿二相對於推桿二上主動推齒二及從動推齒二的一側設置有若干個防偏輪二，內燃機機體上位於推桿二的防偏輪二的一側設置有一個與防偏輪二滾動相配合的防偏槽二。

所述推桿一上主動推齒一前端若干個主動推齒一的齒條高度依次由低到高排列，推桿一上從動推齒一後端若干個從動推齒一的齒條高度依次由高到低排列；所述推桿二上主動推齒二後端若干個主動推齒二的齒條高度依次由高到低排列，推桿二上從動推齒二前端若干個從動推齒二的齒條高度依次由低到高排列；所述主動活齒盤上每組主動活齒按順時針方向排列的末端若干個主動活齒的齒條高度依次由高到低排列，所述從動活齒盤上每組從動活齒按順時針方向排列的前端若干個從動活齒的齒條高度依次由低到高排列。

所述主動活齒盤及從動活齒盤上主動活齒及從動活齒的齒條頂部均呈圓弧型，主動活齒盤及從動活齒盤上主動活齒及從動活齒的相鄰齒條根部之間圓弧型；所述推桿一及推桿二上的主動推齒一、從動推齒一及主動推齒二、從動推齒二的齒條頂部均呈圓弧型，推桿一及推桿二上的主動推齒一、從動推齒一及主動推齒二、從動推齒二的相鄰齒條根部之間均呈圓弧型。

本發明有益效果是：本發明的推桿雙活齒高效潤滑傳動四缸內燃機結構簡單，設計合理，製作方便，大大降低了製造成本；由於將曲軸的圓周運動直接變為連杆的往復直線運動，省略了內燃機機體內的曲軸及曲軸箱不僅大大降低了內燃機機體加工難度，使得本發明產品的使用性能大大提高，也使得內燃機的體積大大減小，同時也有效地地降低了內燃機自身運轉的能耗；內燃機機體內省略了曲軸及曲軸箱使得結構簡單，不僅降低了維修成本，而且因推桿的往復直線運動有效地消除了活塞在氣缸內因產生偏磨現象，大大地延長氣缸或活塞的使用壽命；尤其是推桿一及推桿二在做往復直線運動時推桿一及推桿二與主動齒盤或從動齒盤的力臂始終一致即為主動齒盤或從動齒盤的半徑，而且推桿一及推桿二在往復直線運動時不論是何種運動方向均是在做有用功，這必然使得本發明的內燃機的功率大大提高。利用潤滑油輸送裝置代替機油泵，一方面大大節約了因機油泵佔用內燃機內部的空間，可使得內燃機的體積相應變小；另一方面因巧妙地利用推桿的運動而代替機油泵則免除了機油泵運轉的能耗；同時杜絕了因機油泵壓力小而易出現內燃機曲軸燒瓦或抱死現象的發生，也極大地提高了內燃機使用壽命。

下面結合附圖對本發明的推桿雙活齒高效潤滑傳動四缸內燃機作進一步說明。

附圖說明

圖1是本發明的立體結構示意圖；

圖2是本發明主動推齒開始推動主動活齒運動原理示意圖；

圖3是本發明主動推齒結束推動主動活齒運動原理示意圖；

圖4是本發明從動推齒開始拉動從動活齒運動原理示意圖；

圖5是本發明從動推齒結束拉動從動活齒運動原理示意圖；

圖6是本發明推桿二與內燃機機體結構示意圖；

圖7是本發明潤滑油輸送裝置一結構示意圖；

圖8是本發明潤滑油輸送裝置二結構示意圖。

圖中：1、氣缸一，2、傳動軸，3、內燃機機體，4、活塞一，5、推桿一，6、主動轉軸，7、從動轉軸，8、主動齒盤，9、主動活齒盤，10、從動齒盤，11、從動活齒盤，12、氣缸三，13、主動活齒，14、從動活齒，15、主動推齒一，16、從動推齒一，17、防偏輪一，18、防偏槽一，19、氣缸二，20、活塞二，21、推桿二，22、主動推齒二，23、從動推齒二，24、防偏輪二，25、防偏槽二，26、活塞三，27、氣缸四，28、活塞四，29、潤滑油輸送裝置一，30、吸油控制缸一，31、噴油防倒流閥一，32、噴油管一，33、吸油防倒流閥一，34、吸油控制活塞一，35、噴油錐形體一，36、噴油密封圓球一，37、潤滑油從動推齒噴孔一，38、潤滑油氣缸一噴孔一，39、潤滑油主動推齒噴孔一，40、潤滑油氣缸三噴管一，41、吸油控制缸二，42、噴油防倒流閥二，43、噴油管二，44、吸油防倒流閥二，45、吸油控制活塞二，46、噴油錐形體二，47、噴油密封圓球二，48、潤滑油從動推齒噴孔二，49、潤滑油氣缸二噴孔二，50、潤滑油主動推齒噴孔二，51、潤滑油氣缸四噴管二，52、防衝缸限位彈簧一，53、防衝缸限位彈簧二，54、連杆一，55、連杆二，56、潤滑油輸送裝置二，57、防衝缸限位彈簧三，58、防衝缸限位彈簧四。

具體實施方式

如圖1及圖6所示，本實施例的推桿雙活齒高效潤滑傳動四缸內燃機包括氣缸、傳動軸2、潤滑油箱、潤滑油輸送裝置及內燃機機體3，氣缸內設置有活塞，內燃機機體3上通過軸承固定有主動轉軸6及從動轉軸7，固定於內燃機機體3上的主動轉軸6的外端為傳動軸2。主動轉軸6上設置有主動齒盤8及主動活齒盤9，主動齒盤8與主動活齒盤9之間的主動轉軸6設置有軸承與內燃機機體3固定。從動轉軸7上設置有與主動轉軸6上的主動齒盤8相嚙合的從動齒盤10，從動轉軸7上設置有與主動轉軸6上的主動活齒盤9形狀及大小相同的從動活齒盤11，從動齒盤10與從動活齒盤11之間的從動轉軸7設置有軸承與內燃機機體3固定。主動活齒盤9的邊緣上等距離設置有兩組主動活齒13，每組主動活齒13在主動活齒盤9邊緣排列的長度為主動活齒盤9周長的四分之一；從動活齒盤11的邊緣上等距離設置有兩組從動活齒14，每組從動活齒14在從動活齒盤11邊緣排列的長度為從動活齒盤11周長的四分之一。

主動活齒盤9及從動活齒盤11的一側設置氣缸一1及氣缸三12，主動活齒盤9及從動活齒盤11的另一側設置氣缸二19及氣缸四27，氣缸一1、氣缸二19、氣缸三12及氣缸四27內分別設置有活塞一4、活塞二20、活塞三26及活塞四28；活塞一4及活塞三26外端垂直固定連接有推桿一5，活塞二20及活塞四28外端垂直固定連接有推桿二21，推桿一5及推桿二21分別通過連杆一54及連杆二55連接潤滑油輸送裝置一29及潤滑油輸送裝置二56。推桿一5上設置有與主動活齒盤9及從動活齒盤11相嚙合的主動推齒一15及從動推齒一16，推桿二21上設置有與主動活齒盤9及從動活齒盤11相嚙合的主動推齒二22及從動推齒二23，推桿一5及推桿二21上的主動推齒一15、主動推齒二22與主動活齒盤9上對應的主動活齒13個數相等，推桿一5及推桿二21上的從動推齒一16、從動推齒二23與從動活齒盤11上對應的從動活齒14個數相等。

推桿一5相對於推桿一5上主動推齒一15及從動推齒一16的一側設置有兩個防偏輪一17，內燃機機體3上位於推桿一5的防偏輪一17的一側設置有與防偏輪一17滾動相配合的防偏槽一18；推桿二21相對於推桿二21上主動推齒二22及從動推齒二23的一側設置有兩個防偏輪二24，內燃機機體3上位於推桿二21的防偏輪二24的一側設置有與防偏輪二24滾動相配合的防偏槽二25。防偏輪一17、防偏槽一18及防偏輪二24、防偏槽二25的設置可使得推桿一5、推桿二21在做往復運動時的穩定性得到更好的保證。

如圖7及圖8所示，推桿一5位於活塞一4及活塞三26端分別通過防衝缸限位彈簧一52及防衝缸限位彈簧三57與氣缸一1及氣缸三12活動連接，推桿二21位於活塞二20及活塞四28端分別通過防衝缸限位彈簧二53及防衝缸限位彈簧四58與氣缸二19及氣缸四27活動連接。潤滑油輸送裝置一29設置有吸油控制缸一30、噴油防倒流閥一31及噴油管一32，吸油控制缸一30位於潤滑油箱的下部，吸油控制缸一30設置有吸油防倒流閥一33，吸油控制缸一30內設置有吸油控制活塞一34，吸油控制活塞一34與連杆一54垂直固定連接；噴油管一32的開口端放置在氣缸一1及氣缸三12的上方，噴油防倒流閥一31設置有一中空的噴油錐形體一35，噴油錐形體一35的下端開口處設置有一個噴油密封圓球一36，吸油控制缸一30位於氣缸一1側設置有潤滑油從動推齒噴孔一37、潤滑油氣缸一噴孔一38、潤滑油主動推齒噴孔一39及潤滑油氣缸三噴管一40。潤滑油輸送裝置二56設置有吸油控制缸二41、噴油防倒流閥二42及噴油管二43，吸油控制缸二41位於潤滑油箱的下部，吸油控制缸二41設置有吸油防倒流閥二44，吸油控制缸二41內設置有吸油控制活塞二45，吸油控制活塞二45與連杆二55垂直固定連接；噴油管二43的開口端放置在氣缸二19及氣缸四27的上方，噴油防倒流閥二42設置有一中空的噴油錐形體二46，噴油錐形體二46的下端開口處設置有一個噴油密封圓球二47，吸油控制缸二41位於氣缸二19側設置有潤滑油從動推齒噴孔二48、潤滑油氣缸二噴孔二49、潤滑油主動推齒噴孔二50及潤滑油氣缸四噴管二51。噴油管一32及噴油管二43內噴出的潤滑油運送到氣缸一1及氣缸二19的上方由較高的位置向下流動，以及潤滑油從動推齒噴孔一37、潤滑油氣缸一噴孔一38、潤滑油主動推齒噴孔一39、潤滑油氣缸三噴孔一40、潤滑油從動推齒噴孔二48、潤滑油氣缸二噴管二49、潤滑油主動推齒噴孔二50及潤滑油氣缸四噴管二51在推桿一5或推桿二21運動作用下噴出潤滑油可保證主動轉軸6、從動轉軸7、主動活齒盤9、從動活齒盤11、活塞一4、活塞二20、活塞三26及活塞四28等運轉部件均得到潤滑。潤滑油輸送裝置一29及潤滑油輸送裝置二56代替了需要機油泵工作的潤滑油輸送機構，因現有技術中內燃機內的曲軸高速運轉必須由機油泵提供較高壓力的潤滑油才能使得連接成整體的曲軸內的油管孔得到潤滑油，而本發明潤滑油只需要有一定的高度差而形成的壓力即可實現內燃機內各運轉部件均能得到潤滑油的潤滑。

如圖2、圖3、圖4及圖5所示，推桿一5上主動推齒一15前端若干個主動推齒一15的齒條高度依次由低到高排列，推桿一5上從動推齒一16後端若干個從動推齒一16的齒條高度依次由高到低排列；推桿二21上主動推齒二22後端若干個主動推齒二22的齒條高度依次由高到低排列，推桿二21上從動推齒二23前端若干個從動推齒二23的齒條高度依次由低到高排列。主動活齒盤9上每組主動活齒13按順時針方向排列的末端若干個主動活齒13的齒條高度依次由高到低排列，從動活齒盤11上每組從動活齒14按順時針方向排列的前端若干個從動活齒14的齒條高度依次由低到高排列。如圖3所示的推桿一5上由低到高排列的主動推齒一15與主動活齒盤9上的前端主動活齒13嚙合，同時推桿二21上由低到高排列的從動推齒二23與從動活齒盤11上的從動活齒14嚙合；如圖4所示的推桿一5上的主動推齒一15與主動活齒盤9上由高到低排列的主動活齒13嚙合，同時推桿二21上的從動推齒二23與從動活齒盤11上由高到低排列從動活齒14嚙合；如圖5所示的推桿一5上由低到高排列的從動推齒一16與從動活齒盤11上的從動活齒14嚙合，同時推桿二21上由低到高排列的主動推齒二22與主動活齒盤9上的主動活齒13嚙合；如圖6所示的推桿一5上從動推齒一16與從動活齒盤11上由高到低排列的從動活齒14嚙合，同時推桿二21上的主動推齒二22與主動活齒盤9上由高到低排列的主動活齒13嚙合。

推桿一5、推桿二21分別在向活塞三26、活塞二20端運動時，推桿一5、推桿二21上的主動推齒一15、主動推齒二22與主動活齒盤9上的主動活齒13嚙合並帶動主動活齒盤9按順時針轉動即帶動主動轉軸6轉動；此時推桿一5、推桿二21上的從動推齒一16、從動推齒二23與從動齒盤10上的從動活齒14沒有接觸，又由於主動轉軸6與從動轉軸7嚙合而使得從動轉軸7呈反時針方向旋轉。當推桿一5、推桿二21在分別向活塞一4、活塞四28端運動時，推桿一5、推桿二21上的從動推齒一16、從動推齒二23與從動齒盤10上的從動活齒14嚙合則帶動從動轉軸7作反時針方向轉動，而此時推桿一5、推桿二21上的主動推齒一15、主動推齒二22與主動活齒盤9上的主動活齒13沒有接觸，又由於從動轉軸7與主動轉軸6嚙合而使得主動轉軸6呈順時針方向旋轉。因此，不論推桿一5、推桿二21分別活塞三26、活塞二20端方向運動還是向活塞一4、活塞四28端方向運動，推桿一5、推桿二21所帶動的主動轉軸6均是順時針方向轉動即主動轉軸6所帶動的傳動軸2也一直按順時針方向旋轉。

活塞一4或活塞三26帶動推桿一5以及活塞二20或活塞四28帶動推桿二21在做功時的力臂始終為主動活齒盤9或從動活齒盤11的半徑r，活塞一4帶動推桿一5以及活塞二20帶動推桿二21的行程設為s則2πr＝4s即r＝2s/π；曲軸連杆內燃機的連杆行程最大力臂是r而最小力臂是零，曲軸連杆的行程s等於2r，即r＝2s/π＝4r/π。由於曲軸連杆做功時的力臂由零到r後再由r到零，所以根據微積分或初等數學算法即可算出推桿一5及推桿二21做功效率均是曲軸連杆做功效率的約1.6倍。

圖2、圖3、圖4及圖5是推桿一5及推桿二21往復運動與主動活齒盤9、從動活齒盤11的運動關係，推桿一5、推桿二21及主動活齒盤9、從動活齒盤11上分布高低齒條目的均是為了增加齒條之間接觸的數量以達到增加齒條之間的有效接觸面積，更好地延長推桿一5、推桿二21、主動活齒盤9及從動活齒盤11的使用壽命。主動活齒盤9及從動活齒盤11上主動活齒13及從動活齒14的齒條頂部均呈圓弧型，主動活齒盤9及從動活齒盤11上主動活齒13及從動活齒14的相鄰齒條根部之間圓弧型；推桿一5及推桿二21上的主動推齒一15、從動推齒一16及主動推齒二22、從動推齒二23的齒條頂部均呈圓弧型，推桿一5及推桿二21上的主動推齒一15、從動推齒一16及主動推齒二22、從動推齒二23的相鄰齒條根部之間均呈圓弧型。圓弧型的設置使得主動推齒一15、主動推齒二22與主動活齒13以及從動推齒一16、從動推齒二23與從動活齒14的有效接觸面積加大，也是更好地延長推桿一5及推桿二21、主動活齒盤9及從動活齒盤11的使用壽命。