專利名稱：引擎汽缸活塞的驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種引擎汽缸活塞的驅動裝置。
引擎是設備的心臟部件，其結構設計關系到整臺設備的運轉，因此提高引擎的運轉馬力一直是該技術領域中技術人員致力發展的目標，就傳統的引擎結構而言，提高馬力的同時也相對增加了耗油量，因此經濟效益不佳。
如
圖1A至圖1D所示的傳統曲柄軸往復式引擎，其結構組成大致包括活塞10、連桿11、曲柄軸12、汽缸13、汽缸頭14、進氣閥15、排氣閥16、突輪17、火星塞18和引擎主體19。其運動大致分為進氣、壓縮點火、動力及排氣四個沖程。當進氣時，突輪17壓下進氣閥15，曲柄軸12將活塞10往下死點方向拉，燃料混合氣由張開的進氣閥15吸入汽缸13內，然后曲柄軸12旋轉而連動連桿11將活塞10往上死點方向推進，壓縮汽缸13內的燃料混合氣，在曲柄軸12達到上死點前，火星塞18即點火燃燒混合氣，此時燃燒后的混合氣因溫度升高體積急劇膨脹，使汽缸13內的壓力大增而推動活塞10往下死點方向運動，經由連桿11驅動曲柄軸12，另側的突輪17壓下排氣閥16，曲柄軸12即推動活塞10往上死點方向運動，將汽缸13內燃燒后的廢氣經張開的排氣閥16排出汽缸13外，完成一次完整的運動行程。
當活塞在汽缸的上死點及下死點間往復運動時，因曲柄軸與連桿的傳動結構，在活塞受到燃燒混合氣的壓力由上死點位置往下死點位置推動時(即動力沖程)，由連桿驅動曲柄軸旋轉，活塞向下力量的方向PP′與連桿中心線BB′相交形成一D角，如圖2所示，D角愈大活塞向下死點的分力愈大，造成活塞對汽缸壁的側摩擦力增加，而連桿中心線BB′與曲柄軸中心線QQ′相交形成的F角，則關系到活塞所受的壓力經由連桿驅動曲柄軸的力矩，F角愈小其力矩亦小，當F角成90°角時，連桿驅動曲柄軸的力矩最大，而此時D角也大，造成其分力及側摩擦力增加，同時活塞所受的壓力將隨汽缸容積增加而下降，亦即當汽缸內的壓力愈大時，連桿驅動曲柄軸的力矩愈小，這是其傳動方式不合乎科學之處，也是影響輸出功率的主要原因。
本發明的目的是在大幅度提高馬力并不增加油耗的總原則下，改變傳統曲柄軸往復式引擎的傳動方式，所設計的引擎汽缸活塞的驅動裝置在控制活塞的往復運動上，可令連桿的偏移角度減至最小，作幾乎呈直線的往復運動，以降低其分力消耗。
本發明的引擎汽缸活塞的驅動裝置，其整體結構主要包括引擎主體、汽缸、連桿及連桿的往復運動傳動機構，其特征在于所述連桿的往復運動傳動機構由主軸、內長園齒輪、偏移導軌、滑座、偏移凸輪、上下死點定位盤及傳動齒輪組成;
所述主軸中段部位有齒環，所述的傳動齒輪套設于所述的主軸上;
所述引擎主體底部設有供承置主軸的軸承;
所述偏移導軌內側帶槽道，偏移導軌固定在引擎主體底部的軸承兩側;
所述的滑座呈方形扁體，中央設有穿設主軸的長圓槽孔，滑座四角的上、下緣面上各設有游移軸承，滑座下緣面上的下游移軸承橫向裝設于滑座底緣面上并置于所述偏移導軌的槽道中，帶動滑座在偏移導軌中左右滑移，滑座上緣面上的上游移軸承縱向裝設于滑座上緣面上，上游移軸承中段為架空部位，滑座上緣面兩側與上游移軸承架空部位對應的位置處設有左、右定位軸承;
所述的偏移凸輪是一具有不等徑周緣的凸輪，兩側緣各有一偏移轉換介面，中央部位具有供套設主軸的軸孔，偏移凸輪以插銷定位于所述主軸齒環的下方;
所述的內長圓齒輪呈長方扁體，中央部位有一內長圓槽孔，槽孔壁上有與主軸上齒環齒合的齒紋，內長圓齒輪長邊兩側面上有槽道，所述滑座上緣面上的上游移軸承置于該槽道中，內長圓齒輪在該槽道中作前后往復運動，內長圓齒輪前端延伸有與所述連桿樞接的接頭，內長圓齒輪上緣面前后端設有配合上下死點定位盤的上下死點定位軸承;
所述的上下死點定位盤為圓盤體，中央有套設主軸的軸孔，圓盤體下緣一側延設有對內長圓齒輪于上下死點時起定位作用的凸輪，上下死點定位盤以插銷定位于所述主軸齒環的上方。
主軸作為核心件貫穿于本驅動裝置的整體結構中，利用主軸與內長圓齒輪的配合而驅動連桿控制活塞的往復運動，在內長圓齒輪運動于上、下死點位置處時，通過偏移凸輪的作用促使滑座帶動內長圓齒輪向左或向右移位，并配合上下死點定位盤的作用而形成內長圓齒輪的上或下的死點的頂持限位，適當改變內長圓齒輪的行徑，在控制活塞的往復運動時，連桿的偏移分力角度減至最小程度，實現幾乎呈直線的往復運動，降低分力作用對引擎輸出功率的影響。內長圓齒輪上的上下死點定位軸承使上下死點定位盤在作上、下死點的行徑轉換時不致產生過份劇烈的偏移晃動。
下面結合實施例及附圖進一步說明本發明的技術圖1A-圖1D為傳統曲柄軸往復式引擎的動作示意圖，其中圖1A為進氣沖程，圖1B為壓縮點火沖程，圖1C為動力沖程，圖1D為排氣沖程。
圖2為傳統曲柄軸往復式引擎的動作分析示意3為本發明引擎汽缸活塞驅動裝置的結構分解4為本發明引擎汽缸活塞驅動裝置的結構組合5為圖3、4中內長圓齒輪的動作示意6為圖3、4中偏移凸輪的動作示意7為圖3、4中上下死點定位盤的動作示意8A至圖8D為本發明運動沖程各構件的關系9為傳統曲柄軸引擎的運動行程曲線與本發明連桿活塞的運動曲線對照示意1A至圖1D及圖2的說明前已述及不再贅述。
參見圖3、圖4，驅動裝置的整體結構包括引擎主體20、汽缸21(內含活塞23)、連桿22、主軸30、內長圓齒輪40、偏心導軌50、滑座60、偏移凸輪70、上下死點定位盤80和傳動齒輪90。
引擎主體20底部設軸承24以承置主軸30，軸承24兩側固定由兩滑塊組成的偏移導軌50，導軌50內側預設槽道51，以令承設于其中的滑座60左右滑移。
滑座60呈方形扁體，中央設配合其左右滑移的內長圓槽孔61，滑座四角上、下緣各設游移軸承62、63。下緣面的軸承63橫向裝設于滑座60的底緣，置于偏移導軌50槽道51內而使滑座左右滑移。上緣面的軸承62縱向裝設于滑座60的頂緣且中段為架空結構，置于內長圓齒輪40的槽道41中而使內長圓齒輪40可前后往復移位。滑座60頂緣兩側與上游移軸承62架空部位的對應處設有左、右定位軸承64、65，以配合偏移凸輪70的作用而使滑座60左右位移。
偏移凸輪70是一具有不等徑周緣的凸輪，其兩側各具有一偏移轉換介面71，凸輪中央部位具有軸孔72供套設主軸30并通過插銷33定位。
內長圓齒輪40為一長方扁體，其長邊側具有槽道41，通過滑座60上緣面的游移軸承62使滑座60前后往復移位。內長圓齒輪前端延伸一接頭42與連桿22樞接，中央部位有內長圓槽孔43，槽孔壁制成普通正齒輪或零式齒型紋44，可與主軸30齒環31齒合，內長圓齒輪40上緣面前、后端設有上、下死點定位軸承45、46，用于配合上下死點定位盤80的作用，在上、下死點的行徑轉換時不致產生過份的偏移晃動。
上下死點定位盤80為一圓盤體，中央有軸孔81，使套設主軸30并通過插銷32定位，下緣一側邊延設一凸輪82可對內長圓齒輪40于上、下死點時形成定位作用。
主軸30是貫穿整體結構的核心，中段位置具有齒環31，配合內長圓齒輪40的槽孔壁制成正齒紋或零式齒型紋。齒環31的上、下位置處各具有插銷32、33，分別與上下死點定位盤80及偏移凸輪70形成套設定位。
組裝時，主軸30插設于引擎主體20底部的軸承24內，滑座60穿過主軸30并以其下緣面的游移軸承63配合偏移導軌50(槽道51)，完成兩者的結合。將偏移凸輪70套在主軸30上并定位，使偏移凸輪70與滑座60的左、右定位軸承64、65保持在同一水平位上，再套入內長圓齒輪40，以其兩側槽道41配合滑座60上緣面的游移軸承62而使兩者結合。主軸30的齒環31與內長圓齒輪槽孔壁成齒合狀態，而后將上下死點定位盤80套于主軸30上并定位，使其下緣的凸輪82與內長圓齒輪40上緣面的上、下死點定位軸承45、46保持同一水平位，將連桿22與內長圓齒輪40樞接。最后將傳動齒輪90套在主軸30上。
參見圖5至圖7，本發明的運動原理主要是利用內長圓齒輪40與主軸30的配合，而掣動連桿22控制活塞23的往復運動。當主軸30旋轉時，由于齒環31與內長圓齒輪40成齒合狀態，在主軸成固定的設計下，內長圓齒輪40將隨主軸30的旋轉而產生移位，同時配合滑座60、偏移凸輪70及上下死點定位盤80的作用而使內長圓齒輪40產生往復式移位，進而連動連桿22推動活塞23往復運動。
內長圓齒輪40配合主軸30移位時，系靠向一側呈直線的往或復的移位，其往復移位的動作變化是依靠偏移凸輪70而促使滑座60帶動內長圓齒輪40向左或向右偏移，以改變主軸30與內長圓齒輪40齒合側的狀態，同時由上下死點定位盤80的作用形成上下死點定位，以防止過份的偏移晃動。
本驅動裝置的動作特點是當內長圓齒輪40一側與主軸30齒合而順著主軸30旋轉移位至上或下死點時，偏移凸輪70兩側的偏移轉換介面71恰旋轉至滑座60的左或右定位軸承64、65位置，于接觸后即順勢促使滑座60沿偏移導軌50往左或往右偏移，而帶動內長圓齒輪40改變與主軸30的齒合轉向移位至另一側，同時于內長圓齒輪40移位至上或下死點時，上下死點定位盤80的凸輪82恰旋轉至內長圓齒輪40的上或下死點定位軸承45、46位置，于滑座60帶動內長圓齒輪40向左或向右移位時，凸輪82對內長圓齒輪40形成上或下的頂持限位，因此在驅動連桿推進活塞時，連桿的往復運動幾乎是直線式的，分力現象降至最低程度，提高了引擎馬力的利用率。
參見圖8A至圖8D，本驅動裝置在各動作沖程時各構件的關系表現為圖8A主軸30配合內長圓齒輪40而驅動連桿22將活塞23往下死點方向拉，于活塞23到達下死點時，主軸30與內長圓齒輪40的齒合位置在內長圓齒輪40右側的上死點，上下死點定位盤80的凸輪82恰行至內長圓齒輪40上死點定位軸承45左側，偏移凸輪70的偏移轉換介面71恰將接觸滑座60的右定位軸承65，通過偏移凸輪70將滑座60往右移位而帶動內長圓齒輪40隨之移位并配合上下死點定位盤80的作用使主軸30與內長圓齒輪40的齒合轉向左側。
圖8B上述轉換后，內長圓齒輪40即隨主軸30旋轉而逐漸往上移位，驅動連桿22推動活塞23往上死點方向運動，相應地主軸30與內長圓齒輪40的齒合位置亦逐漸接近下死點。
圖8C活塞23到達下死點時，主軸30與內長圓齒輪40的齒合位置即在內長圓齒輪40左側的下死點，上下死點定位盤80的凸輪82位于內長圓齒輪40下死點定位軸承46右側，而偏移凸輪70的偏移轉換介面71恰將接觸滑座60的左定位軸承64，通過偏移凸輪70將滑座60往左移位，而帶動內長圓齒輪40隨之移位并配合上下死點定位盤80的作用而使主軸30與內長圓齒輪40的齒合轉向右側。
圖8D上述轉換后，內長圓齒輪40即隨主軸30旋轉而逐漸往下移位，驅動連桿22將活塞23往下死點方向拉，主軸30與內長圓齒輪40的齒合位置即逐漸接近上死點。
參見圖9，圖8A-8D所示的四程序循環，主軸配合內長圓齒輪驅動連桿帶動活塞進行往復運動時，其分力角度遠小于傳統的曲柄軸驅動方式。傳統曲柄軸引擎的運動呈圓周運動，連桿與活塞所產生的分力作用使其運動曲線A′呈正弦波;而本發明的驅動裝置，連桿與活塞的分力作用降至最低，作幾乎為直線的往復運動，其運動曲線B′呈方波，可明顯提高效率，節省油耗。
權利要求
1.一種引擎汽缸活塞的驅動裝置，包括引擎主體、汽缸、連桿及連桿的往復運動傳動機構，其特征在于所述連桿的往復運動傳動機構由主軸、內長園齒輪、偏移導軌、滑座、偏移凸輪、上下死點定位盤及傳動齒輪組成；所述主軸中段部位有齒環，所述的傳動齒輪套設于所述的主軸上；所述引擎主體底部設有供承置主軸的軸承；所述偏移導軌內側帶槽道，偏移導軌固定在引擎主體底部的軸承兩側；所述的滑座呈方形扁體，中央設有穿設主軸的長圓槽孔，滑座四角的上、下緣面上各設有游移軸承，滑座下緣面上的下游移軸承橫向裝設于滑座底緣面上并置于所述偏移導軌的槽道中，帶動滑座在偏移導軌中左右滑移，滑座上緣面上的上游移軸承縱向裝設于滑座上緣面上，上游移軸承中段為架空部位，滑座上緣面兩側與上游移軸承架空部位對應的位置處設有左、右定位軸承；所述的偏移凸輪是一具有不等徑周緣的凸輪，兩側緣各有一偏移轉換介面，中央部位具有供套設主軸的軸孔，偏移凸輪以插銷定位于所述主軸齒環的下方；所述的內長圓齒輪呈長方扁體，中央部位有一內長圓槽孔，槽孔壁上有與主軸上齒環齒合的齒紋，內長圓齒輪長邊兩側面上有槽道，所述滑座上緣面上的上游移軸承置于該槽道中，內長圓齒輪在該槽道中作前后往復運動，內長圓齒輪前端延伸有與所述連桿樞接的接頭，內長圓齒輪上緣面前后端設有配合上下死點定位盤的上下死點定位軸承；所述的上下死點定位盤為圓盤體，中央有套設主軸的軸孔，圓盤體下緣一側延設有對內長圓齒輪于上下死點時起定位作用的凸輪，上下死點定位盤以插銷定位于所述主軸齒環的上方。
2.根據權利要求1所述的引擎汽缸活塞的驅動裝置，其特征在于所述的主軸齒環上和內長圓齒輪槽孔壁上有一致的正齒紋或零式齒型紋。
全文摘要
本發明涉及一種引擎汽缸活塞的驅動裝置，為獲得大于傳統曲柄軸驅動方式的效率及壓力而作出的改進設計。利用主軸配合內長圓齒輪而連動連桿控制活塞的往復運動，同時由偏移導軌、滑座、偏移凸輪及上下死點定位盤的配合而導引活塞，所得之力驅動主軸于內長圓齒輪的游走行徑，使活塞作往復運動時其連桿的偏移角度減至最小程度，幾乎呈直線以降低其分力消耗，有益于提升馬力及節省油耗。
文檔編號F02N7/06GK1101698SQ9410014
公開日1995年4月19日 申請日期1994年1月14日 優先權日1994年1月14日
發明者王慶元 申請人:林景煥