[发明专利]活塞式高效大扭矩输出发动机

说明书

技术领域

本发明涉及活塞式发动机，更确切地说是一种将活塞的往复运动转化成动力输出轴的旋转运动的发动机复合式运动机构，属发动机技术领域。

背景技术

目前，活塞式发动机的运动机构大部分为曲柄连杆机构，其作用是将活塞的往复运动，通过曲柄连杆机构，转化成曲柄轴的旋转运动。其工作原理是，发动机工作时燃料在气缸内燃烧产生热能，气体受热膨胀推动活塞移动，经过连杆传递到曲轴并使其旋转做功。在工作过程中，经过从热能到机械能要实现无数次的连续转变，每次转变都经历一个工作循环，活塞从上到下或从下到上运动一次称为一个行程，一般往复活塞式发动机完成一个工作循环需要4个行程，即吸气行程、压缩行程、做功(爆发)行程和排气行程。一个工作循环，活塞上下往复4次。曲轴旋转两圈。在一个工作循环中，只有做功行程，是由活塞推动曲柄连杆机构的主动行程，其余三个行程的动力，对于单缸发动机，是由储能飞轮的惯性力带动曲柄连杆机构运动的，对于多缸发动机，则是由进行做功行程的活塞带动其它非做功行程的气缸工作的。

在做功行程，当活塞在上止点位置时，燃料被喷入被活塞压缩的空气中，燃料燃烧爆炸，气体膨胀推动活塞向下运动做功，此时的活塞受力最大。由曲柄连杆机构的特性决定了，此时曲柄与连杆成直线，活塞作用力相当于曲轴中心的力矩半径很小，对曲轴产生的的扭矩等于力与力矩半径的积，因此由曲轴向外输出的扭矩较小，而且，随活塞的向下运动，曲轴也同时转动，作用于曲轴中心的力矩半径随之增大，但由于气缸的体积同时扩大，气体对活塞的压力迅速减小，因此，曲轴的扭矩输出也没有达到最好状态，未能充分发挥燃料燃烧爆炸所产生的最佳效能。在活塞的运动过程中，作用力和力矩半径的变化也比较大，造成了曲轴扭矩输出的不稳定性，不能充分发挥活塞在上止点时，燃料燃烧产生的对活塞最大推力的作用，直接影响发动机效率水平发挥，造成能源的巨大浪费。

针对上述问题，国内外大量专家学者一直致力于解决这方面的问题，已有许多如旋转活塞式发动机等新型发动机原理方面的专利出现(如下列技术文件所述)，但由于其结构复杂，控制系统难以实现等技术问题，而未能在生产上大量应用。现在应用的柴油机、汽油机等内燃机其运动机构仍然是曲柄连杆结构。

参考技术文献：

技术文献1：新型旋转活塞式发动机，专利申请号200810030021。

技术文献2：旋转活塞式发动机，专利申请号200510103234。

技术文献3：偏转式往复运动发动机，专利申请号200710163913。

技术文献4：机体旋转式内燃发动机，专利申请号200710133585。

技术文献5：滑片转子发动机，专利申请号200710148485。

技术文献6：多连杆式发动机，专利申请号200810173230。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是创建一种新型的活塞式发动机的复合运动机构，将活塞的往复运动转化成动力输出轴的旋转运动，解决曲柄连杆运动机构的存在死点的技术难题，实现活塞式发动机高效大扭矩输出，提高活塞式发动机的效率，减少发动机的燃油消耗。

此目的通过下面的一个技术方案达到：

活塞式高效大扭矩输出发动机是由气缸1、活塞2、推杆3、摆杆4、超越离合器5、动力输出轴6、曲轴9、连杆10、储能飞轮8、燃油供给和点火系统11、进气系统12、排气系统13构成。其特征在于：

由气缸1、活塞2、推杆3、摆杆4、超越离合器5和动力输出轴6组成的扭矩输出机构，该扭矩输出机构与由连杆10和曲柄9组成的曲柄连杆机构一起构成了发动机的复合式运动机构。气缸1套装在活塞2上，在气缸1的顶部配置有燃油供给和点火系统11、进气系统12、排气系统13，推杆3的一端铰接在活塞2上，推杆3的另一端与摆杆4的一端铰接，摆杆4的另一端与超越离合器5固定，超越离合器5套装在动力输出轴6上，且有同一回转轴线0；连杆10的一端铰接于推杆(3)与摆杆(4)铰接点B上，连杆10的另一端与曲柄9铰接，储能飞轮8固定连接在曲柄轴7上。

按照本发明的一种优选方案，为充分发挥活塞的推力作用，增大动力输出轴的扭矩输出，推杆3与活塞2的铰接点A配置在活塞2的轴线上，推杆3与摆杆4的铰接点B配置在活塞2的轴线附近，工作过程中，推杆3绕铰接点A在活塞2的轴线两侧摆动，摆杆4摆动的中间位置与活塞2的轴线垂直配置，摆杆4的长度大于曲柄半径。

连杆10的长度大于2倍的曲柄半径，连杆10的长度、曲柄9的长度和摆杆4的长度之和大于曲柄轴心到摆杆4摆动轴心O的距离，以满足各个构件的运动要求。