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CN107044341A - 两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机 - Google Patents

两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机 Download PDF

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CN107044341A CN201710101694.1A CN201710101694A CN107044341A CN 107044341 A CN107044341 A CN 107044341A CN 201710101694 A CN201710101694 A CN 201710101694A CN 107044341 A CN107044341 A CN 107044341A
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Abstract

两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机，涉及燃气动力领域，属于多缸内燃机。本发明提供一种新型内燃机，活塞通过推杆和万向球组件作用于端齿轮凸轮上，动力由端齿轮凸轮经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给与槽式两相摆盘激波器键联接的输出轴。端齿轮凸轮将内燃机和槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构合二为一，使内燃机无需另配增速器，并省去了曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，内燃机中无偏心质量、各内力自动平衡，钢球与端齿轮凸轮、活齿架和槽式两相摆盘激波器之间均为多齿啮合，所有气缸均轴向布置。故该内燃机结构简单紧凑、体积小、重合度大、承载力强，可广泛用于需要高转速、大功率的领域，诸如小型发电机、直升机发动机等。

Description

两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机
技术领域
本发明涉及燃气动力领域，更具体地说，是一种两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机。
背景技术
目前使用较普遍的内燃机是往复式四冲程曲轴连杆型内燃机，这种内燃机的传动结构都采用曲轴连杆机构，通过连杆带动曲轴，从而将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。由于这种内燃机是靠活塞的直线运动和连杆的平面运动来驱使曲轴作旋转运动，从而造成各运动副之间存在着较大的摩擦，导致内燃机传动效率低。曲轴连杆型内燃机还有如下主要缺陷：体积大；连杆、曲轴上的不平衡离心力较大；冲击大，振动大；并由此引起较大的机械磨损，使内燃机寿命缩短；结构复杂、加工、制造、装配等都比较困难。
另外，通常内燃机与变速装置是两个独立的机器，内燃机需另外安装减速器用于后续变速，造成体积庞大。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有往复式四冲程曲轴连杆型内燃机存在的上述缺陷，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、运转平稳、功率大、寿命长、效率高的高速四冲程内燃机——两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机，主要由气缸盖(1)、排气门(2)、进气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、万向球组件(9)、端齿轮凸轮(10)、钢球(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)、密封圈(15)、输出端轴承盖(16)、深沟球轴承(17)、套筒(18)、推力球轴承(19)、键(20)、螺母(21)、螺栓(22)、气缸端轴承盖(23)、壳体(24)、深沟球轴承(25)及起动系统、配气系统、冷却系统、供油系统、润滑系统组成，其特征在于：用槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，在端齿轮凸轮(10)的右边设置八个气缸(4)，八个气缸(4)的顶端位于垂直于输出轴(14)的轴线的同一平面内，所有气缸(4)的轴心线都平行于输出轴(14)的轴线，并与输出轴(14)的轴线等距、周向均布，八个活塞(7)分别放入八个气缸(4)中，活塞(7)的轴向左右往复直线运动经槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构转变为输出轴(14)的旋转运动，端齿轮凸轮(10)将内燃机和槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构有机的融为一体，使内燃机无需再额外配备增速器。上述槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和槽式二齿差摆盘活齿传动机构有机的组合而成；其中，万向球槽式四相凸轮机构由端齿轮凸轮(10)、万向球组件(9)、推杆(6)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件(9)，万向球组件(9)使推杆(6)与端齿轮凸轮(10)右端的槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，改变了现有往复式内燃机中活塞与连杆、连杆与曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高传递效率，弹簧(8)的一端与活塞(7)联接，另一端与气缸(4)的底部联接，弹簧(8)使推杆(6)上的万向球组件(9)始终与端齿轮凸轮(10)右端的槽式凸轮保持接触，端齿轮凸轮(10)通过深沟球轴承(25)支撑于输出轴(14)上。槽式二齿差摆盘活齿传动机构由端齿轮凸轮(10)、钢球(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)组成，其中活齿架(12)与缸体(5)及壳体(24)通过螺栓(22)固联，槽式两相摆盘激波器(13)与输出轴(14)之间通过键(20)联接，输出轴(14)通过一对深沟球轴承(17)和一个推力球轴承(19)分别支撑于壳体(24)和缸体(5)中，推力球轴承(19)对槽式两相摆盘激波器(13)及输出轴(14)进行了轴向固定，输出轴(14)、端齿轮凸轮(10)、活齿架(12)和槽式两相摆盘激波器(13)四个零件的轴心线重合；钢球(11)的个数Z11和端齿轮凸轮(10)的齿数Z10相差为2；在活齿架(12)上开有Z11个轴向通孔，这Z11个轴向通孔的轴线与活齿架(12)的轴线平行，且关于活齿架(12)的轴线等距并周向均布，Z11个钢球(11)分别装在活齿架(12)的Z11个半径与钢球(11)半径相同的轴向通孔内并可自由地轴向运动；钢球(11)与端齿轮凸轮(10)、槽式两相摆盘激波器(13)和活齿架(12)同时保持啮合接触；在槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球(11)的几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱称为槽式二齿差摆盘活齿传动机构的分度圆柱，也是槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱，也是端齿轮凸轮(10)的分度圆柱，该圆柱的轴线与输出轴(14)的轴线重合；八个气缸(4)的轴心线都在槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱面上平行于输出轴(14)的轴心线并沿周向均布；端齿轮凸轮(10)的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90度，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件(9)中的钢球(26)的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞(7)轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标；在槽式两相摆盘激波器(13)的右端和端齿轮凸轮(10)的左端均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两周向导槽是钢球(11)随活齿架(12)转动的同时在活齿架(12)的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两周向导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球(11)的半径相同，该两周向导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮凸轮(10)左端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮凸轮(10)的齿数Z10，端齿轮凸轮(10)左端是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，而槽式两相摆盘激波器(13)右端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘激波器(13)的轴向波幅数2，即是说槽式两相摆盘激波器(13)的右端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为180°；端齿轮凸轮(10)既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，使本发明内燃机结构紧凑。上述八个气缸(4)中任意两个相隔180°对称布置的活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞(7)作为一组，四组活塞(7)依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸(4)相差一个冲程，对应于端齿轮凸轮(10)转角的相位差为45°。活塞(7)通过推杆(6)的轴向直线往复运动使得端齿轮凸轮(10)旋转，端齿轮凸轮(10)将动力经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给输出轴(14)，最后动力由输出轴(14)输出。
上述槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球(11)与端齿轮凸轮(10)、活齿架(12)和槽式两相摆盘激波器(13)之间均为多齿啮合，且接触面积大，故可实现大功率传动。
本发明内燃机其他未提及的地方均采用现有技术。
与已有技术相比本发明的主要发明点在于：
①用槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，将活齿传动技术引入内燃机技术领域，不但彻底去除了曲轴和连杆，而且活塞的轴向左右往复直线运动经槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构转变为输出轴的旋转运动，端齿轮凸轮将内燃机和槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构有机的融为一体，使内燃机与变速装置(增速器)合二为一，无需另配变速装置，结构大大缩减，得到了一种结构紧凑、小巧的新型高转速动力机器，气缸轴向布置的设计也使内燃机径向尺寸大大减小。
②槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和槽式二齿差摆盘活齿传动机构有机的组合而成；其中，万向球槽式四相凸轮机构由端齿轮凸轮、万向球组件、推杆组成，推杆的一端与活塞固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件，万向球组件使推杆与端齿轮凸轮右端的槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，改变了现有往复式内燃机中活塞与连杆、连杆与曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高传递效率，弹簧的一端与活塞联接，另一端与气缸的底部联接，弹簧使推杆上的万向球组件始终与端齿轮凸轮右端的槽式凸轮保持接触，端齿轮凸轮通过深沟球轴承支撑于输出轴上。槽式二齿差摆盘活齿传动机构由端齿轮凸轮、钢球、活齿架、槽式两相摆盘激波器、输出轴组成，其中活齿架与缸体及壳体通过螺栓固联，槽式两相摆盘激波器与输出轴之间通过键联接，输出轴通过一对深沟球轴承和一个推力球轴承分别支撑于壳体和缸体中，推力球轴承对槽式两相摆盘激波器及输出轴进行了轴向固定，输出轴、端齿轮凸轮、活齿架和槽式两相摆盘激波器四个零件的轴心线重合；在活齿架上开有Z11个轴向通孔，这Z11个轴向通孔的轴线与活齿架的轴线平行，且关于活齿架的轴线等距并周向均布，Z11个钢球分别装在活齿架的Z11个半径与其半径相同的轴向通孔内并可自由地轴向运动；钢球的个数Z11和端齿轮凸轮的齿数Z10相差为2；Z11个钢球与端齿轮凸轮、槽式两相摆盘激波器和活齿架同时保持啮合接触；活齿架中钢球的几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱称为槽式二齿差摆盘活齿传动机构的分度圆柱，也是槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱，也是端齿轮凸轮的分度圆柱，该圆柱的轴线与输出轴的轴线重合；八个气缸的轴心线都在槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱面上平行于输出轴的轴心线并沿周向均布；端齿轮凸轮的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90度，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件钢球的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标；在槽式两相摆盘激波器的右端和端齿轮凸轮的左端均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两周向导槽是活齿架中钢球随活齿架转动的同时在活齿架的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两周向导槽在轴截面内的形状都是圆弧，该两周向导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮凸轮左端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮凸轮的齿数Z10，端齿轮凸轮左端是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，而槽式两相摆盘激波器右端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘激波器的轴向波幅数2，即是说槽式两相摆盘激波器的右端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为180°；端齿轮凸轮既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，使本发明内燃机结构紧凑。
③八个气缸中任意两个相隔180°对称布置的活塞工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞作为一组，四组活塞依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸相差一个冲程，对应于端齿轮凸轮转角的相位差为45°。活塞通过推杆的轴向直线往复运动使得端齿轮凸轮旋转，端齿轮凸轮将动力经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给输出轴，最后动力由输出轴输出。
④槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球与端齿轮凸轮、活齿架和槽式两相摆盘激波器之间均为多齿啮合，且接触面积大，故可实现大功率传动。
本发明与现有往复式四冲程曲轴连杆型内燃机相比，具有以下有益的技术效果：
1.振动小、噪声小、运转平稳
由于本发明内燃机采用槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，彻底取消了曲轴和连杆，槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构是轴对称及中心对称结构，没有偏心质量和不平衡力，消除了因曲轴质量偏心、连杆作平面运动引起的惯性力和倾覆力矩以及由此产生的冲击振动和噪声，消除了连杆偏摆导致活塞拍击气缸壁造成的振动和噪声，内燃机运转平稳。]本发明内燃机的八个气缸均为轴向放置，沿周向均匀分布，其中任意两个相隔180°对称布置的活塞工作状态同步，即：或同时吸气、或同时压缩、或同时气体燃烧做功、或同时排气，因此，冲击力总是成对出现，内燃机中的所有轴向力、径向力都内部自动相互抵消平衡，内燃机运转平稳。
2.结构紧凑、体积小、重量轻
本发明内燃机采用轴向布置气缸的设计，显著地减小了整机的径向尺寸；取消笨重复杂的曲轴连杆机构，代之以结构紧凑的槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构，该机构将内燃机与变速装置(增速器)合二为一，无需另配增速装置，结构大幅缩减，并且槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的轴向尺寸小。故本发明内燃机结构紧凑、体积小、重量轻。
3.传动比较小，整机一体化增速，高速输出
本发明内燃机的动力输出轴与槽式两相摆盘激波器固联，槽式二齿差摆盘活齿传动机构以端齿轮凸轮输入动力，活齿架固定，槽式两相摆盘激波器输出，输出轴转速取决于槽式二齿差摆盘活齿传动机构的传动比，而适当选择槽式二齿差摆盘活齿传动机构的配齿方案，可以实现较小的传动比，而且仍然保持结构紧凑、质量小、体积小等诸多优点。内燃机高速输出动力，可广泛应用于高转速的领域，诸如小型发电机、直升机发动机等。较高的转速输出，在需求转速一定时，可大大减少有害气体的排放，达到节能减排的目的。
4.摩擦磨损小、油耗低、效率高、寿命长
本发明内燃机中，万向球组件与端齿轮凸轮之间、钢球与端齿轮凸轮以及活齿架和槽式两相摆盘激波器之间均为滚动摩擦联接，取消了磨损严重、摩擦功耗大的曲轴连杆机构，传动效率高。在槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球与端齿轮凸轮、活齿架和槽式两相摆盘激波器之间均为多齿啮合，且接触面积大，故承载能力大，可实现高速大功率输出。同时槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构可以实现两相激波并保证其自身及其内部活齿的受力自动平衡，在传动装置中不存在一齿差活齿传动中存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率，机械摩擦磨损也较小，油耗低，内燃机寿命较长。
5.可优化性强
槽式两相摆盘激波器和端齿轮凸轮上的槽式凸轮的导槽轨迹曲线方程均为余弦函数，且曲线方程形式简单一致，利于优化设计。由于活塞的运动规律完全取决于端齿轮凸轮的导槽轨迹曲线，所以可通过选取恰当的活塞运动规律来设计凸轮轮廓，而恰当的活塞运动规律可使气缸中的气体燃烧充分、完善、燃料热能利用率高。
6.结构简单、工艺性好、生产成本低
本发明内燃机中的零件结构简单、工艺性好、生产成本低，彻底取消了结构复杂、加工制造困难的曲轴和连杆，多采用钢球、万向球等通用性强、由专业厂商制造的标准零件，且万向球组件中的钢球的半径与活齿架中的钢球的半径相同，故槽式两相摆盘激波器与端齿轮凸轮上的三处槽式凸轮结构的导槽截面圆弧半径均相同，可以共用一套加工工艺和刀具，方便制造且降低成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，还可很容易地设计出其他的具体实施方式，因此不应将下面给出的具体实施方式的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。
图1是两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机的结构示意图
图2是图1的A-A剖视图
图3是端齿轮凸轮的主视图及左、右视图
图4槽式两相摆盘激波器的结构示意图
图5是活齿架的结构示意图
图6是万向球组件的结构示意图
图7是两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机的沿其槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱面的截面展开示意图
图8是端齿轮凸轮的三维模型
图9是端齿轮凸轮的在其分度圆柱面上的截面示意图
图10是槽式两相摆盘激波器的三维模型及导槽轨迹曲线图
上述各附图中图识标号的标识对象是：1气缸盖；2排气门；3进气门；4气缸；5缸体；6推杆；7活塞；8弹簧；9万向球组件；10端齿轮凸轮；11钢球；12活齿架；13槽式两相摆盘激波器；14输出轴；15密封圈；16输出端轴承盖；17深沟球轴承；18套筒；19推力球轴承；20键；21螺母；22螺栓；23气缸端轴承盖；24壳体；25深沟球轴承；26钢球。
具体实施例
图1～图10所示两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机，主要由气缸盖(1)、排气门(2)、进气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、万向球组件(9)、端齿轮凸轮(10)、钢球(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)、密封圈(15)、输出端轴承盖(16)、深沟球轴承(17)、套筒(18)、推力球轴承(19)、键(20)、螺母(21)、螺栓(22)、气缸端轴承盖(23)、壳体(24)、深沟球轴承(25)及起动系统、配气系统、冷却系统、供油系统、润滑系统组成，其特征在于：用槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，在端齿轮凸轮(10)的右边设置八个气缸(4)，八个气缸(4)的顶端位于垂直于输出轴(14)的轴线的同一平面内，所有气缸(4)的轴心线都平行于输出轴(14)的轴线，并与输出轴(14)的轴线等距、周向均布，八个活塞(7)分别放入八个气缸(4)中，活塞(7)的轴向左右往复直线运动经槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构转变为输出轴(14)的旋转运动，端齿轮凸轮(10)将内燃机和槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构有机的融为一体，使内燃机无需再额外配备增速器。上述槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和槽式二齿差摆盘活齿传动机构有机的组合而成；其中，万向球槽式四相凸轮机构由端齿轮凸轮(10)、万向球组件(9)、推杆(6)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件(9)，万向球组件(9)使推杆(6)与端齿轮凸轮(10)右端的槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，改变了现有往复式内燃机中活塞与连杆、连杆与曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高传递效率，弹簧(8)的一端与活塞(7)联接，另一端与气缸(4)的底部联接，弹簧(8)使推杆(6)上的万向球组件(9)始终与端齿轮凸轮(10)右端的槽式凸轮保持接触，端齿轮凸轮(10)通过深沟球轴承(25)支撑于输出轴(14)上。槽式二齿差摆盘活齿传动机构由端齿轮凸轮(10)、钢球(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)组成，其中活齿架(12)与缸体(5)及壳体(24)通过螺栓(22)固联，槽式两相摆盘激波器(13)与输出轴(14)之间通过键(20)联接，输出轴(14)通过一对深沟球轴承(17)和一个推力球轴承(19)分别支撑于壳体(24)和缸体(5)中，推力球轴承(19)对槽式两相摆盘激波器(13)及输出轴(14)进行了轴向固定，输出轴(14)、端齿轮凸轮(10)、活齿架(12)和槽式两相摆盘激波器(13)四个零件的轴心线重合；钢球(11)的个数Z11和端齿轮凸轮(10)的齿数Z10相差为2；在活齿架(12)上开有Z11个轴向通孔，这Z11个轴向通孔的轴线与活齿架(12)的轴线平行，且关于活齿架(12)的轴线等距并周向均布，Z11个钢球(11)分别装在活齿架(12)的Z11个半径与钢球(11)半径相同的轴向通孔内并可自由地轴向运动；钢球(11)与端齿轮凸轮(10)、槽式两相摆盘激波器(13)和活齿架(12)同时保持啮合接触；在槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球(11)的几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱称为槽式二齿差摆盘活齿传动机构的分度圆柱，也是槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱，也是端齿轮凸轮(10)的分度圆柱，该圆柱的轴线与输出轴(14)的轴线重合；八个气缸(4)的轴心线都在槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱面上平行于输出轴(14)的轴心线并沿周向均布；端齿轮凸轮(10)的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90度，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件(9)中的钢球(26)的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞(7)轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标，本实施例按活塞(7)位移为正弦曲线的运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线；在槽式两相摆盘激波器(13)的右端和端齿轮凸轮(10)的左端均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两周向导槽是钢球(11)随活齿架(12)转动的同时在活齿架(12)的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两周向导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球(11)的半径相同，该两周向导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮凸轮(10)左端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮凸轮(10)的齿数Z10，端齿轮凸轮(10)左端是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，所以端齿轮凸轮(10)的齿数Z10也就是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮的齿数，而槽式两相摆盘激波器(13)右端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘激波器(13)的轴向波幅数2，即是说槽式两相摆盘激波器(13)的右端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为180°；端齿轮凸轮(10)既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，使本发明内燃机结构紧凑。上述八个气缸(4)中任意两个相隔180°对称布置的活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞(7)作为一组，四组活塞(7)依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸(4)相差一个冲程，对应于端齿轮凸轮(10)转角的相位差为45°。活塞(7)通过推杆(6)的轴向直线往复运动使得端齿轮凸轮(10)旋转，端齿轮凸轮(10)将动力经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给输出轴(14)，最后动力由输出轴(14)输出。
上述槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球(11)与端齿轮凸轮(10)、活齿架(12)和槽式两相摆盘激波器(13)之间均为多齿啮合，且接触面积大，故可实现大功率传动。
图8的左边图显示了端齿轮凸轮(10)左端的端齿轮的形状，图8的右边图显示了端齿轮凸轮(10)右端的圆筒形槽式四相凸轮的形状，由图9可见端齿轮凸轮(10)在其分度圆柱面上的形状是：一边(图9中的上边对应端齿轮凸轮的右端)的轮廓曲线由相同的四段轴向凸出曲线组成，即是四相凸轮轮廓，每段凸出曲线对应的圆心角为90度；另一边(图9中的下边对应端齿轮凸轮的左端)是端齿轮的轮廓曲线。图10中的黑色曲线为钢球(11)的几何中心在槽式两相摆盘激波器(13)的分度圆柱面上的轨迹。槽式两相摆盘激波器(13)的分度圆柱面与槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱面是重合的。
本发明所述内燃机的工作原理是：
当内燃机工作时，气体燃烧对气缸中的活塞(7)做功，其驱动力通过推杆(6)的直线往复运动作用于端齿轮凸轮(10)上，万向球组件(9)在端齿轮凸轮(10)右端的槽式四相凸轮轮廓曲面上运动，推动端齿轮凸轮(10)逆时针旋转，动力由端齿轮凸轮(10)经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给输出轴(14)输出；由于端齿轮凸轮(10)的旋转，万向球组件(9)沿着端齿轮凸轮(10)右端的槽式四相凸轮轮廓滚动从而通过推杆(6)使没有做功的活塞(7)在气缸(4)内滑动，完成吸气、压缩或排气的任务。
如图1、图2、图7所示，将八个气缸(4)及其各自对应的万向球组件(9)统一编号为a、b、c、d、e、f、g、h。在图1、图2、图7中，将气缸a和e、b和f、c和g、d和h各作为一组，则共有四组气缸。设气缸(4)a、e中的活塞(7)处于吸气冲程的开始位置，气缸(4)b、f中的活塞(7)处于压缩冲程的开始位置，气缸(4)c、g中的活塞(7)处于气体燃烧做功冲程的开始位置，气缸(4)d、h中的活塞(7)处于排气冲程的开始位置，相邻两组活塞(7)的冲程进程相差一个冲程，对应于端齿轮凸轮(10)转角的相位差为45°。则端齿轮凸轮(10)逆时针转过45°以后，气缸(4)b、f又开始燃烧做功，端齿轮凸轮(10)再逆时针转过45°之后，气缸(4)a、e又开始燃烧做功，气缸(4)a、e燃烧做功完成以后接着是气缸(4)d、h开始燃烧做功，之后又轮到气缸(4)c、g燃烧做功，如此循环下去，使端齿轮凸轮(10)连续平稳地运转，端齿轮凸轮(10)等角速度旋转时其左端的端齿轮会推动钢球(11)在活齿架(12)的轴向通孔中沿轴向运动，钢球(11)在活齿架(12)的约束作用下与槽式两相摆盘激波器(13)啮合，推动槽式两相摆盘激波器(13)转动，然后由与槽式两相摆盘激波器(13)键联接的输出轴(14)连续平稳地将动力和运动输出。
为说明本发明内燃机的变速特性，设槽式两相摆盘激波器(13)的转速为n13，钢球(11)的个数Z11＝8，端齿轮凸轮(10)的齿数和转速分别为Z10＝10、n10＝360r/min。活齿架(12)固定(n12＝0)，则槽式二齿差摆盘活齿传动机构的传动比为：
故得输出轴(14)的转速n14＝n13＝1800r/min，可见，槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)的转向与端齿轮凸轮(10)相同，但转速远大于端齿轮凸轮(10)，内燃机增速输出动力，可实现高速输出。这种特性可广泛应用于需要高转速的领域，诸如小型发电机、直升机发动机等，输出转速一定时可减少有害气体的排放，达到节能减排的目的。
本实施例的内燃机还设置有起动系统、配气系统、润滑系统、供油系统和冷却系统等。

Claims (2)

1.两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机，主要由气缸盖(1)、排气门(2)、进气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、万向球组件(9)、端齿轮凸轮(10)、钢球(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)、密封圈(15)、输出端轴承盖(16)、深沟球轴承(17)、套筒(18)、推力球轴承(19)、键(20)、螺母(21)、螺栓(22)、气缸端轴承盖(23)、壳体(24)、深沟球轴承(25)及起动系统、配气系统、冷却系统、供油系统、润滑系统组成，其特征在于：用槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，在端齿轮凸轮(10)的右边设置八个气缸(4)，八个气缸(4)的顶端位于垂直于输出轴(14)的轴线的同一平面内，所有气缸(4)的轴心线都平行于输出轴(14)的轴线，并与输出轴(14)的轴线等距、周向均布，八个活塞(7)分别放入八个气缸(4)中，活塞(7)的轴向左右往复直线运动经槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构转变为输出轴(14)的旋转运动，端齿轮凸轮(10)将内燃机和槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构有机的融为一体，使内燃机无需再额外配备增速器；上述槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和槽式二齿差摆盘活齿传动机构有机的组合而成；其中，万向球槽式四相凸轮机构由端齿轮凸轮(10)、万向球组件(9)、推杆(6)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件(9)，万向球组件(9)使推杆(6)与端齿轮凸轮(10)右端的槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，改变了现有往复式内燃机中活塞与连杆、连杆与曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高传递效率，弹簧(8)的一端与活塞(7)联接，另一端与气缸(4)的底部联接，弹簧(8)使推杆(6)上的万向球组件(9)始终与端齿轮凸轮(10)右端的槽式凸轮保持接触，端齿轮凸轮(10)通过深沟球轴承(25)支撑于输出轴(14)上；槽式二齿差摆盘活齿传动机构由端齿轮凸轮(10)、钢球(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)组成，其中活齿架(12)与缸体(5)及壳体(24)通过螺栓(22)固联，槽式两相摆盘激波器(13)与输出轴(14)之间通过键(20)联接，输出轴(14)通过一对深沟球轴承(17)和一个推力球轴承(19)分别支撑于壳体(24)和缸体(5)中，推力球轴承(19)对槽式两相摆盘激波器(13)及输出轴(14)进行了轴向固定，输出轴(14)、端齿轮凸轮(10)、活齿架(12)和槽式两相摆盘激波器(13)四个零件的轴心线重合；钢球(11)的个数Z11和端齿轮凸轮(10)的齿数Z10相差为2；在活齿架(12)上开有Z11个轴向通孔，这Z11个轴向通孔的轴线与活齿架(12)的轴线平行，且关于活齿架(12)的轴线等距并周向均布，Z11个钢球(11)分别装在活齿架(12)的Z11个半径与钢球(11)半径相同的轴向通孔内并可自由地轴向运动；钢球(11)与端齿轮凸轮(10)、槽式两相摆盘激波器(13)和活齿架(12)同时保持啮合接触；在槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球(11)的几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱称为槽式二齿差摆盘活齿传动机构的分度圆柱，也是槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱，也是端齿轮凸轮(10)的分度圆柱，该圆柱的轴线与输出轴(14)的轴线重合；八个气缸(4)的轴心线都在槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱面上平行于输出轴(14)的轴心线并沿周向均布；端齿轮凸轮(10)的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90度，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件(9)中的钢球(26)的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞(7)轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标；在槽式两相摆盘激波器(13)的右端和端齿轮凸轮(10)的左端均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两周向导槽是钢球(11)随活齿架(12)转动的同时在活齿架(12)的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两周向导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球(11)的半径相同，该两周向导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮凸轮(10)左端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮凸轮(10)的齿数Z10，端齿轮凸轮(10)左端是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，而槽式两相摆盘激波器(13)右端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘激波器(13)的轴向波幅数2，即是说槽式两相摆盘激波器(13)的右端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为180°；端齿轮凸轮(10)既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，使本发明内燃机结构紧凑；上述八个气缸(4)中任意两个相隔180°对称布置的活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞(7)作为一组，四组活塞(7)依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸(4)相差一个冲程，对应于端齿轮凸轮(10)转角的相位差为45°；活塞(7)通过推杆(6)的轴向直线往复运动使得端齿轮凸轮(10)旋转，端齿轮凸轮(10)将动力经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给输出轴(14)，最后动力由输出轴(14)输出。
2.根据权利要求1所述的两相摆盘端齿轮凸轮式内燃机，其特征在于：上述的槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球(11)与端齿轮凸轮(10)、活齿架(12)和槽式两相摆盘激波器(13)之间均为多齿啮合，且接触面积大，故可实现大功率传动。
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