本发明涉及一种用齿条、齿轮和棘轮组成的传动机构，将活塞的往复运动 转变成主轴的旋转运动，用电磁铁和计算机组成的电控装置控制气门开关的新 型发动机。属于内燃机技术领域。

现在广泛应用的内燃机，包括汽油机和柴油机，都是用曲轴连杆机构，将 活塞的往复运动转变成主轴的旋转运动的。我在实用新型专利《无曲轴连杆发 动机》(专利号：ZL94202320.X)中，提供了一种用固定在两个对置活塞之间连 杆上的拨轴，插入主轴表面上封闭的空间曲线槽中，通过活塞带动拨轴在主轴 表面上封闭的空间曲线槽中往复运动，拨轴对主轴的切向分力使主轴转动的发 动机。这种发动机因为主轴表面上封闭的空间曲线槽形状复杂，需用数控铣床 和数控磨床加工，制造成本高。拨轴与空间曲线槽相对运动速度高，难以实现 充分的润滑，发动机寿命低。

本发明的目的是要提供一种用齿条、齿轮和棘轮组成的传动机构，将活塞 的往复运动转变成主轴的旋转运动，用电磁铁和计算机组成的电控装置控制气 门开关的新型发动机。这种发动机比现有曲轴连杆发动机，和我以前申报专利 的<无曲轴连杆发动机>结构更简单，性能更优越。

本发明的目的是这样实现的：在发动机气缸体中设置至少两组具有同一轴 线的气缸。这两组气缸的轴线相互平行，且在同一平面内。两个与气缸相配合 的活塞，通过一根带齿条的连杆连接在一起，形成一个活塞组。两个活塞组的 连杆齿条的齿面相互对置。一个轴线与两个活塞组轴线垂直但不相交的齿轮套， 置于两活塞组的连杆齿条中间。其齿轮节圆与两个活塞组连杆齿条的节线相切。 两个齿条和齿轮的模数相同，且相互正确啮合。在气缸体内，位于连杆齿条背 面一侧，各设置一个靠轮。两个靠轮的轴线与齿轮套的轴线相平行，同在一个 通过齿轮套轴线，且与活塞轴线相垂直的平面内。两个靠轮始终与其对应的连 杆齿条背面相接触。连杆齿条与齿轮套上齿轮的配合关系是：当一个活塞组运 行至气缸左止点时，另一个活塞组刚好运行至气缸右止点。反之亦然。在气缸 体和齿轮套上均设置挡块。在气缸体的挡块处装有压力传感器。当活塞组的行 程刚超过行程止点时，齿轮套上的挡块刚好与气缸体上的挡块相接触。其上的 压力传感器受压产生电信号，通过电脑处理发出指令使发动机熄火，避免活塞 与气缸顶部相撞击。带有两个棘轮的主轴与齿轮套滑动配合。两个棘轮的棘齿 方向相反。一个棘轮与主轴固定配合，另一个棘轮与主轴滑动配合。在齿轮套 上齿轮两侧设置有多个棘爪座。它们错开一定角度对称布置。在棘爪座中装有 棘爪和压紧弹簧。棘爪与主轴上的棘轮的棘齿相啮合。在齿轮套内侧表面中部， 加工出一条截面为半圆形的环形沟槽。在主轴表面对应齿轮套内壁环形槽处， 加工出一条截面为半圆形的环形沟槽。这两条环形沟槽构成一个环形空间。其 截面为圆形。在齿轮套外侧对应环形空间处，开有一个略大于环形空间截面的 带螺纹的小孔。多个与环形空间相配合的钢球，从该孔放入环形空间。用一个 带螺纹的销钉将该孔封住。这套内插件块连接结构的作用是确定齿轮套与主轴 的相对位置，防止其左右窜动。这样安装后，齿轮套上棘爪座中的棘爪，刚好 与主轴上的棘轮的棘齿相啮合。当活塞在燃气推动下在气缸中往复运动时，连 杆上的齿条带动齿轮套来回摆转。其上的棘爪拨动主轴上的两个棘轮向相反方 向转动。一个较小的齿轮与滑动棘轮做成一体，称为齿轮棘轮组件。它通过一 个介轮，与位于主轴下方的，固定在与主轴平行的传动轴上的，一个与其节圆 直径相等的齿轮传动配合。这三个齿轮模数相同，齿轮棘轮组件的齿轮与传动 轴上的齿轮节圆相等。在传动轴的另一端，固定一个直径较大的齿轮。它与固 定在主轴上的，与其节圆直径相等的齿轮相啮合。该套传动轴及传动齿轮的作 用，是将与主轴滑动配合的齿轮棘轮组件的转动，转变为与齿轮棘轮组件转向 相反的主轴的转动。在齿轮棘轮组件两端装有推力轴承。在主轴上对应齿轮套 和齿轮棘轮组件处加工有螺旋状油线，以便机油能进入轴和套之间的间隙，实 现良好的润滑。在主轴两端装有主轴轴承和密封件。主轴的前端与冷却风扇相 连接。其后端为花键轴，与离合器及变速器相连接。火花塞安装在气缸盖上， 其前端插入燃烧室中。燃油喷嘴安装在进气道末端，其喷油动作由电控器控制。 进、排气门的开、关由计算机控制的电磁铁直接带动。该计算机可与电喷电控 器及控制活塞行程的计算机整合为统一的集中电控器。在气缸盖上安装有压力 传感器，其探头插入燃烧室。在气缸体顶盖下方对应连杆齿条处，安装有光电 传感器。在连杆齿条上开有两个小孔。其中心连线与光电传感器的两个光电管 的中心连线垂直相交。当活塞运行至左侧止点时，连杆齿条上偏右侧的小孔的 中心线刚好与两个光电管的中心连线相重合。此时发射光电管发出的光，通过 连杆齿条上的小孔照射到接收光电管上，产生电信号传至集中电控器。与此同 时，探头伸入燃烧室的压力传感器，将测得的压力值传至集中电控器。集中电 控器经过数据处理，确认该燃烧室处于压缩终了状态时，对该燃烧室的燃油喷 嘴和火花塞发出喷油和点火指令。该燃烧室开始爆发做工行程。与此同时，集 中电控器按即定程序指令应处于吸气和排气状态的气缸对应的气门电磁铁动 作，打开进、排气门。当所述活塞组运行至右端止点时，连杆齿条上偏左侧的 小孔中心线刚好与光电传感器的两个光电管的中心连线相重合。于是又重复上 述过程，使两组活塞按四冲程不断往复做功，通过连杆齿条带动齿轮套摆转， 并通过其上的棘爪拨动棘轮，使主轴旋转。在气缸体顶盖上安装有润滑油喷嘴， 保证齿轮、棘轮及主轴的润滑。在油底壳中装有吸油盘，以便回收用过的机油。

本发明因为采用齿条和齿轮传动机构，且有靠轮平衡齿条和齿轮啮合时产 生的侧向力，所以活塞在运动时不受侧向力。这有利于延长气缸、活塞和活塞 环的使用寿命。因为两个活塞共用一个连杆齿条，它比两个传统连杆的质量小 得多，所以该活塞组运动时产生的往复惯性力，比两套传统的活塞连杆组运动 时产生的往复惯性力小得多。又因为本发明两组活塞运动方向相反，其往复惯 性力相互抵消，所以本发明没有往复惯性力。往复惯性力会引起发动机振动。 而传统发动机的往复惯性力较大，且难以平衡。因为本发明主轴和齿轮套的结 构都是对称的，它们在转动时不产生离心惯性力。而离心惯性力会引起发动机 振动和主轴颈的磨损。所以本发明的发动机工作时几乎没有振动，主轴及轴承 的寿命比传统发动机要长得多。因为本发明活塞力始终与齿轮套的齿轮的节圆 相切，其作用力全部转化为主轴的扭矩。而不象传统发动机那样，一部分力作 用于曲轴轴线，使曲轴弯曲。特别是在爆发行程初期，轴向分力超过切向分力， 使大部分有用功，转变为使曲轴弯曲的破坏性能量。所以本发明的机械效率比 传统发动机高得多。本发明因为采用电控气门结构，进、排气门的开启和关闭 均由计算机控制的电磁铁直接驱动，动作迅速、准确，可实现瞬间全开和全关， 使换气更充分、更彻底。不象传统发动机那样，受凸轮升角的限制，气门的开 启和关闭有一个逐渐开大和逐渐关小的过程。所以本发明有利于减少废气残留 量、增加新鲜空气进气量，有利于燃料充分燃烧，有利于减少排放气体中的有 害物质，即有利于节能、环保。因为本发明的工作行程和气门开闭均由集中电 控器控制，可以通过计算机选择、控制各项工作参数，所以本发明很容易实现 各项工作参数的最优化。因为本发明比传统发动机结构简单，所以本发明有利 于降低成本。因为本发明几乎没有振动，所以装用本发明的汽车坐上去感觉舒 适，有利于提高产品挡次和竞争力。

发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是根据本发明提出的齿条齿轮棘轮传动电控气门发动机的局部剖视图。

图2是图1的俯视局部剖视图。

图3是图1的A--A剖视图。

图4是图2的B--B剖视图。

下面结合图1至图4详细说明本发明提出的具体结构的细节和工作情况， 它并不作为对本发明的限定。

本发明至少由气缸体(1)、气缸盖(2)、气缸(9)、活塞(10)、连杆齿条 (13)、齿轮套(12)、固定在齿轮套上的棘爪座(18)、主轴(43)、固定在主 轴上的棘轮(40)、与主轴滑动配合的齿轮棘轮组件(28)、介轮(23)、装在传 动轴(49)上的齿轮(25)和(24)、固定在主轴上的齿轮(41)、主轴 轴承(42)和(34)、主轴密封(44)和(32)、装在齿轮棘轮组件(28)两端 的推力轴承(33)和(46)、装在齿轮套上的挡块(65)、装在气缸体上的挡块 (64)及设在其中的压力传感器(63)、进气道(21)、排气道(39)、进气门(37)、 排气门(7)、气门电磁铁(3)和(5)、探头伸入燃烧室的压力传感器(6)、燃 油喷嘴(19)及控制导线(20)、火花塞(8)、由发射光电管(52)和接收光 电管(54)组成的光电传感器、润滑油喷嘴(16)、吸油盘(53)构成。

气缸体(1)用铸铁或铝合金铸成。其上至少加工出四个轴线相互平行的气 缸(9)，其中两两气缸对置，且同轴线。活塞(10)和活塞销(11)与现有发 动机的相同。连杆齿条(13)和(27)用45号钢或40Cr制成。其两端加工出 与活塞销相配合的孔。其中部一侧加工成齿条，并做高频热处理。两根连杆齿 条(13)和(27)分别通过活塞销(11)与两个对置的活塞(10)相连接，组 成两个活塞组。齿轮套(12)用40Cr制成，齿轮部位做高频热处理。该齿轮模 数与连杆齿条的模数相同。其节圆与两齿条的节线相切。在齿轮套上设有至少 四个棘爪座(18)。它们两两相对，分别置于齿轮两侧，且相互错开90度角。 在棘爪座中装有棘爪(30)、压紧弹簧(35)。棘爪座盖(36)与棘爪座螺纹连 接。在棘爪座上装有带螺纹的销钉(60)。它插入棘爪侧壁上与棘爪轴线相平行 的槽(61)中，起导向作用，防止棘爪(30)转动。主轴(43)用40Cr制成， 调质处理。它与齿轮套(12)滑动配合。在配合表面上加工有螺旋状油线(67)。 在主轴前、后端分别装有圆锥滚子轴承(34)和(42)，并通过轴承与气缸体(1) 相配合。在前轴承盖(31)上装有橡胶密封圈(32)。在后轴承盖(45)上装有 橡胶密封圈(44)。主轴前端与冷却风扇相连接。其后端为花键轴，与离合器及 变速器相连接。在主轴后部固定有棘轮(40)和齿轮(41)。它们均用40Cr制 成，齿面高频热处理。在主轴前部轴径较细段，装有齿轮棘轮组件(28)。它也 用40Cr制成，齿面高频热处理。在主轴上与其配合部分的表面，加工有螺旋状 油线(67)。在齿轮棘轮组件(28)两端装有推力球轴承(33)和(46)。在齿 轮套(12)内壁中部加工出一条截面为半圆形的环形沟槽(48)。在主轴表面对 应齿轮套内壁环形沟槽(48)处，加工出一条截面为半圆形的环形沟槽(47)。 这两条环形沟槽构成一个环形空间，其截面为圆形。在齿轮套外侧对应环形空 间处，开有一个略大于环形截面的带螺纹的小孔。多个与环形空间相配合的钢 球，从该孔放入环形空间。用一个带螺纹的销钉将该孔封住。上述结构称为内 插键块连接结构。详见专利号为ZL00101462.5的发明专利。其作用是确定齿轮 套与主轴的相对位置，防止其左右窜动。这样安装后，齿轮套上棘爪座中的棘 爪刚好与主轴上的棘轮的棘齿相啮合。在齿轮套上设置四个挡块(65)。在气缸 体上设置两个挡块(64)。安装时当活塞处于左止点时，挡块(65)刚好与挡块 (64)轻微接触。当活塞处于右止点时，挡块(65)刚好与挡块(64)的另两 个接触面轻微接触。在气缸体上挡块接触面处装有压力传感器(63)。它们通过 导线(62)与集中电控器相连接。在主轴下方安装有传动轴(49)。它用40Cr钢制成，调质处理。在传动轴上固定有齿轮(25)和齿轮(24)。它们用40Cr钢制成，调质处理。它们通过键(59)与传动轴连接。齿轮(25)与齿轮棘轮 组件(28)的齿轮节圆相等，模数相同。它们通过模数相同的介轮(23)相啮 合。介轮轴固定在气缸体上，呈悬臂布置。齿轮(24)与齿轮(41)节圆相等， 模数相同，直接啮合。在传动轴中部对应连杆齿条(27)处，安装有用深沟球 轴承做成的靠轮(26)。它刚好与连杆齿条(27)的背面相接触。传动轴(49) 两端装有圆锥滚子轴承(51)和(55)。在齿轮(25)和(24)、靠轮(26)及 轴承(51)和(55)之间装有套管(52)。其作用是确定它们之间的相对位置。 使齿轮(25)与介轮(23)及齿轮棘轮组件(28)的齿轮对正。使齿轮(24) 与齿轮(41)对正。使靠轮(26)对准连杆齿条(27)的中心线。在轴承(51) 和(55)两端装有轴承盖(50)和(56)。它们用20号钢制成。安装时它们被 轴承盖(31)和(45)盖住。在主轴上方，机顶盖(49)的下端，设置由两块 平行的固定板组成的支架(15)。在支架上装有与主轴平行的小轴(50)。在小 轴中部装有用深沟滚子轴承制成的靠轮(26)。它与连杆齿条(13)的背面刚好 接触。在轴承和支架之间装有套管(66)。其作用是确定靠轮(26)的位置，使 靠轮(26)对准连杆齿条(13)的中心线。在小轴(50)及传动轴(49)两端 均装有弹簧挡圈(51)。其作用是防止轴沿轴向窜动。在支架(15)的固定板下 端内侧，各开有一个盲孔(57)和(58)。它们相对置，且同轴线。在固定板上 与盲孔(57)和(58)相垂直的方向，开有两个较深的盲孔。它们与盲孔(57) 和(58)的底部相连通。发射光电管(52)通过固定板上较深的盲孔置于盲孔 (58)的底部。其导线经过接线柱(14)与集中电控器相连接。接收光电管(54) 通固定板上较深的盲孔置于盲孔(57)的底部。其导线经过接线柱(53)与集 中电控器相连接。在连杆齿条(13)上开有两个小孔(17)。这两个小孔的中心 连线与盲孔(57)和(58)的中心线垂直相交。连杆齿条(12)和(27)与齿 轮套(12)的安装关系是：当含件号(13)的活塞组运行至左止点时，含件号 (27)的活塞组刚好运行至右止点。此时连杆齿条(13)上右端的小孔(17)， 刚好与发射光电管和接收光电管处在同一直线上。反之，当含件号(27)的活 塞组运行至左止点时，含件号(13)的活塞组刚好运行至右止点。此时连杆齿 条(13)上左端的小孔(17)，刚好与发射光电管和接收光电管处在同一直线上。 两个气缸盖(2)分别安装在气缸体两端。它们用铸铁或铝合金铸成。气缸体和 气缸盖的冷却水套(22)相互连通。在气缸盖上铸有半球状燃烧室(4)、进气 道(21)和排气道(39)。进、排气道均与燃烧室相连通。在进气口处装有进气 门(37)和气门导管(38)。在气缸盖外侧对应进气门处，安装有气门电磁铁(3)。 其铁芯与进气门(37)同轴线，且相互连接。在排气口处装有排气门(7)和气 门导管(38)。在气缸盖外侧对应排气门处，安装有气门电磁铁(5)。其铁芯与 排气门同轴线，且相互连接。在气缸盖顶部装有压力传感器(6)。其探头伸入 到燃烧室顶部。它通过导线与集中电控器相连接。在缸盖上还安装有火花塞(8) 和燃油喷嘴(19)及其控制导线(20)。火花塞头部插入燃烧室。燃油喷嘴插入 进气道末端。其控制导线与集中电控器相连接。这些与电喷发动机相同。在机 顶盖(49)上装有机油喷嘴(16)。其作用是保证传动构件的润滑。在发动机底 部装有油底壳(54)和吸油盘(53)。其作用是回收用过的机油。

本发明的工作情况如下：为叙述方便，我们将四个气缸按从上到下，从左 至右，逆时针排序，分别命名为：E、F、G、H。我们假设图1此时的状态是： 气缸E处于压缩终了状态，气缸F处于吸气终了状态，气缸G处于排气终了状 态，气缸H处于爆发终了状态。此时连杆齿条(13)右侧的小孔(17)刚好对 准光电管(58)和(57)的中心连线。发射光电管(58)发出的光穿过小孔(17) 被接收光电管(57)接收。光信号转变为电信号，通过导线传至集中电控器。 与此同时，压力传感器(6)将各气缸压力值传至集中电控器。经计算机处理后 确认，此时应为气缸E爆发行程开始。于是向燃油喷嘴(19)发出喷油指令。 向火花塞(8)发出点火指令。并按即定程序向气缸G的进气门电磁铁(3)发 出指令，将进气门(37)打开。向气缸H的排气门电磁铁(5)发出指令，将排 气门打开。于是，含连杆齿条(13)的活塞组向右运动，完成气缸E的爆发行 程和气缸H的排气行程。连杆齿条(13)推动齿轮套(12)顺时针转动，带动 连杆齿条(27)向左运动。完成气缸F的压缩行程和气缸G的吸气行程。此时， 齿轮套中的棘爪(30)拨动齿轮棘轮组件(28)的棘齿(29)，使与主轴滑动配 合的齿轮棘轮组件(28)顺时针转动。通过介轮(23)、传动齿轮(25)和(24) 将转动能量传递给与主轴固定为一体的齿轮(41)，使其逆时针转动。因为棘轮 (40)的棘齿方向为逆时针，所以，在此行程中，棘轮(40)与其对应的棘爪 (30)空滑动。当气缸H的活塞运行至右止点，气缸F的活塞运行至左止点时， 连杆齿条左侧的小孔(17)刚好对准光电管(58)和(57)的中心连线。于是 光电传感器和压力传感器又重复上述的过程，集中电控器指令气缸F的燃油喷 嘴喷油，火花塞点火，指令气缸H的进气门打开，气缸E的排气门打开。于是 气缸F开始爆发行程，气缸G开始压缩行程，气缸H开始吸气行程，气缸E开 始排气行程。在此过程中，连杆齿条(27)向右运行，带动齿轮套(12)逆时 针转动。其上的棘爪(30)拨动棘轮(40)的棘齿，使主轴逆时针转动。因为 齿轮棘轮组件(28)的棘齿为顺时针方向，所以在这一行程中，齿轮棘轮组件 的棘轮与其对应的棘爪空滑动。象上面的工作行程继续下去，我们可以排出各 气缸的工作程序：从图1的状态开始，气缸E：爆发、排气、吸气、压缩。气缸 F：压缩、爆发、排气、吸气。气缸G：吸气、压缩、爆发、排气。气缸H：排 气、吸气、压缩、爆发。每个气缸都完成一次上述四冲程循环以后，将继续重 复上述循环。如果集中电控器或其它部件发生故障，使活塞行程超过止点，齿 轮套上的挡块(65)将撞击气缸体上的挡块(64)。装在气缸体上挡块中的压力 传感器(63)将压力信号传至集中电控器。经电脑处理确认后，发出熄火指令。 发动机停止工作。因挡块的保护作用，活塞不会撞击气缸顶部。