[发明专利]内燃机的差动传动机构

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机传动系统技术领域，特别涉及内燃机的差动传动机构。 

背景技术

内燃机主要包括燃料供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、传动系统等。在现代汽车、航运以及各种动力设备中，曲轴连杆式传动系统的内燃机用得最为广泛。自从公元1898年应用至今已有百余年历史。其基本的工作原理没变，就是活塞在汽缸内受燃烧的高压气体推动作上下运动，并通过连杆带动曲轴旋转。活塞从上止点到下止点(或曲轴旋转180度)称为一个冲程。四冲程内燃机包括如下的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、作功冲程、排气冲程。 

对于现有的曲轴连杆式传动系统的内燃机，发动机功率输出是通过活塞、连杆和曲轴三者结合而成的曲轴连杆式传动系统完成的。这种内燃机主要有如下缺点: 

1、在点火作功的一刹那，汽缸内的气体爆发力迅速达到最大值，由于活塞处在上止点附近，此时曲轴的轴承部位所承受的压力最大，摩擦阻力最大，由此损耗的机械功也大，同时降低了曲轴轴承的使用寿命。

2、当汽缸内的气体爆发力达到最大值附近时，由于活塞处在上止点附近，此时曲轴连杆机构的动力输出力臂小，气缸内的燃气压力不能充分转化为功输出，从而明显降低了内燃机的热能-机械功转换效率，影响了内燃机的升功率和油耗性能。 

3、曲轴连杆机构不是轴对称部件，内燃机运转过程中由曲轴连杆机构引起的振动大、噪声大；曲轴连杆机构难平衡，其制造工艺较复杂，成本高；在使用过程中，活塞、曲轴连杆机构等易磨损，维修费用高；采用曲轴连杆的内燃机极限转速低，严重制约了发动机功重比的提高。 

4、在采用四冲程的曲轴连杆式传动系统的内燃机的运转过程中，活塞始终处于一种往复运动状态，进气时活塞在下止点瞬间又很快进入压缩行程，从而在缸体容积最大时没有更多的时间吸进更多的新鲜混和油气，排气时活塞到上止点瞬间又很快进入进气行程，从而使气缸容积最小的时候没有更多的时间让废气最大程度的排出，这些情况最终都影响更多的新鲜混和油气进入气缸，从而导致发动机换气效率低，使发动机功率的提高受到一定的限制。对于两冲程内燃机，其进、排气都在下止点附近进行，但也存在同样的问题。 

5、曲轴连杆式传动系统的内燃机气缸内混合气在压力最大、容积最小的时候燃烧时间短，活塞此时下行，使燃烧不完全，废气浓度高，作功效率低。现有的曲轴连杆式传动系统的内燃机为了提高发动机性能，都在活塞到达上止点前不同程度的提前点火或喷油，目的是为了让混合气在燃烧室容积最小的时候燃烧更快、更完全，从而能得到更大的功率输出，并降低发动机的排放废气浓度，但这样做也产生了一定的负作用：因提前点火，缸内压力急剧升高，阻滞了活塞上行，增加了压缩负功，并易于引起燃烧爆震现象。这种矛盾在现有的曲轴连杆式传动系统的内燃机中始终存在。 

6、在曲轴连杆式传动系统的内燃机运转过程中，连杆对活塞的作用力方向周期性改变，且在发动机功率输出最大时，连杆对活塞的作用力沿气缸壁面法线方向也达到最大值附近，由此引起活塞和气缸之间的摩擦功率损耗很大，且容易导致活塞和气缸之间表面因摩擦引起的损坏。 

另一种被称为三角转子式发动机的内燃机也获得了较为广泛的应用。三角转子式发动机的传动系统采用齿轮传动机构，传动机构轴对称性较好，发动机极限转速高，功率与重量比较曲轴连杆式传动系统的内燃机出色，但其也存在着很大的不足。比如气缸内燃烧不充分、油耗过大，输出轴扭矩过小，气缸密封困难等。因为三角转子发动机气缸内燃气作用在转子侧面的膨胀压力被分为两个力，一个力推动输出轴旋转，而另一个力指向输出轴中心，从而导致整机的输出扭矩过小；因为其汽缸狭长而使燃烧率过低，油耗过高；因为使用特殊形状的气缸，导致了汽缸加工制造及气缸密封设计制造的难度。上述的三角转子式发动机存在的诸多问题，导致其难以大范围推广使用。