[發明專利]一種發動機高效軸向旋轉驅動機構

在審

• 申請號: 201811640455.4
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109519278A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 陳維加
• 申請（專利權）人: 蘇州帕瓦麥斯動力有限公司
• 主分類號: F02B75/26
• 分類號: F02B75/26
• 代理公司: 蘇州科仁專利代理事務所(特殊普通合伙) 32301
• 代理人: 周斌

本發明公開了一種發動機高效軸向旋轉驅動機構，其針對原有的發動機軸向旋轉驅動機構實施改進，將原軸向運動構件上的驅動溝槽移至旋轉運動構件上，而將旋轉運動構件上與驅動溝槽配合的滾輪移至軸向運動構件上，這樣的倒置設計使軸向運動構件能夠進一步被優化縮減體積，并采用輕型材料制造，減小重量和運行振動，而將高強度材料如軸承鋼等用在旋轉運動構件的驅動溝槽上來提高其重量和強度，從而達成機構整體在重量和強度之間的平衡性；進而降低機構能量損耗，將發動機能量轉換效率再提升一個檔次。同時還設計與驅動溝槽兩側壁分別作用的兩組滾輪，消除了單一滾輪的換向問題，并對導向機構實施優化，采用導向滾輪與導柱配合來進一步減小摩擦力。

技術領域

本發明涉及一種發動機高效軸向旋轉驅動機構。

背景技術

傳統發動機的傳動裝置主要采用曲軸連桿傳動機構，其原理是燃料爆燃所產生的施加在活塞上用于驅動其直線運動的軸向力通過連桿及其與曲軸曲柄的連接結構被轉換成驅動曲軸旋轉運動的徑向力，由于其結構簡單又經過長期不斷優化完善已經極為成熟，運用較為廣泛。

但行業內公知，已知的上述曲軸連桿傳動機構本身實際存在一個很大的問題：由于作用在活塞上的直線方向的力通過連桿傳遞給曲軸曲柄時始終存在一個角度，使得曲軸在旋轉方向上始終得到的是一個被分解的力。這種情況尤其在活塞運動的初期和末期非常明顯和極端，此時分解的力的方向接近90度時，力幾乎無法傳遞出去，根據做功計算公式W=FS（F為力，S為距離），我們知道在時間不變的情況下，很大一部分力被白白浪費掉。所以傳統發動機的輸出功率實際是被分解后得到的功率。因此目前絕大多數傳統發動機的能量轉換效率只能達到35%左右，在人們使用上述傳統發動機帶給人們便利的同時也白白浪費了巨大的能源。

出于提升發動機能量轉換效率的目的，申請人先前研發了一種新型的發動機傳動裝置，并申報了相關專利。這種傳動裝置的核心就是設計了一種軸向旋轉驅動機構取代常規的曲軸連桿傳動機構，這種軸向旋轉驅動機構在工作時通過軸向運動構件上面傾斜閉環設計的驅動溝槽側壁推動旋轉運動構件的滾輪運動，使得旋轉運動構件能夠連續旋轉，從而將活塞的直線運動轉換為發動機輸出轉軸的連續旋轉運動。該過程中，活塞輸出的動力只是通過軸向旋轉驅動機構改變了方向，而完全沒有被分解，除去很少一部分摩擦力，絕大部分動力被傳遞給輸出轉軸輸出。而且活塞做功的起始端及末端死點區很小，大部分能量被利用。因此，從本身的結構來講其能量的轉換效率遠高于常規的曲軸連桿傳動機構。

但本著技術不斷創新和改進的理念，研發人員在應用上述軸向旋轉驅動機構的過程中，經過實踐摸索，發現其依舊存在如下亟待改進的地方：

1）軸向旋轉驅動機構中的軸向運動構件的重量原則上應設計的越輕越好，以利于進一步減小發動機活塞做功的能量損耗，提高能量轉換效率，并減小機構振動。而減輕構件重量的方法一方面可以采用輕質材料，例如鋁材等，但同時也應兼顧材料的硬度和強度，以期其上的驅動溝槽能夠抵受發動機活塞驅動下的滾輪在高速往復運動時的沖擊力和摩擦力。經過實踐我們發現已有的常規鋁材等輕質材料往往強度不夠，制造的驅動溝槽很難抵受發動機活塞驅動下的滾輪在高速往復運動時的沖擊力和摩擦力。為此目前可行的途徑還是需要采用強度相對較高的材料來制造軸向運動構件及其上的驅動溝槽，例如軸承鋼等，主要是增強驅動溝槽的耐受力，配合縮減軸向運動構件的結構體積的方法以期在重量和強度之間達到平衡性。但實踐中我們發現軸向運動構件的質量仍然較重。

這是因為已有軸向旋轉驅動機構將驅動溝槽設計在軸向運動構件上，由于要兼顧驅動溝槽所占用的面積，因此現有的軸向運動構件的體積幾乎很難再進一步縮減。以目前我們應用于200cc發動機上的軸向旋轉驅動機構為例，采用的軸承鋼制造的軸向運動構件經過優化設計后重量依舊達到1.2kg，那么對于200cc的發動機而言，該重量的軸向運動構件在內部運作時的振動還是較大的。