一種採用環形衝程的單氣缸動力裝置的製作方法

2024-04-12 17:08:05

1.本發明屬於動力機械技術領域，具體涉及一種採用環形衝程的單氣缸動力裝置。


背景技術：

2.內燃機，是通過燃料在機器內部燃燒，並將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。通常來講，內燃機指的是指活塞式內燃機。
3.活塞式內燃機以往復活塞式最為普遍。活塞式內燃機將燃料和空氣混合，在其汽缸內燃燒，釋放出的熱能使汽缸內產生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功，再通過曲柄連杆機構或其他機構將機械功輸出，驅動從動機械工作。
4.活塞式內燃機採用的燃料主要是汽油、柴油、天然氣等，汽油的主要成份是c5～c12脂肪烴和環烷烴類，完全燃燒生成co2和h2o，不完全燃燒生成co和c，還會有氮氧化物、硫氧化物等汙染物；柴油含有氧 、矽、 鋁 、鐵、 鈣 、硫、 氮、 氫、碳等元素，完全燃燒生成co2和h2o，不完全燃燒生成co和c，還會有氮氧化物、硫氧化物等汙染物；天然氣含有碳氫元素，完全燃燒的產物為co2和h2o，不完全燃燒產物為co和c；綜上所述，三種燃料均會產生二氧化碳或一氧化碳，而二氧化碳的過量排放是溫室效應、全球氣候變暖、冰川融化、海平面升高的主要原因，且一氧化碳本身是有毒氣體。
5.因此活塞式內燃機普遍存在排放物多、汙染嚴重等問題；而現在可以替代燃料的新能源燃料仍會產生二氧化碳，可再生替代燃料雖然排放物少，汙染程度低，但是現在仍存在技術門檻，技術不成熟，成本高，續行裡程難以滿足市場的需求的問題。
6.活塞式內燃機利用燃氣膨脹推動活塞作功，再通過曲柄連杆機構或其他機構將機械功輸出，這種機械傳動結構需要將滑塞的往復式直線機械運動轉化為圓周運動，傳動效率不高，使得燃料的熱效率低，造成了一定程度的浪費。
7.為了解決以上技術問題，本發明提出了一種採用環形衝程的單氣缸動力裝置。


技術實現要素：

8.本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種採用環形衝程的單氣缸動力裝置，能夠保護環境，提高傳動效率，熱效率高，滿足市場的需求。
9.為實現以上目的，本發明提出以下技術方案：一種採用環形衝程的單氣缸動力裝置，包括四個以上的環形氣缸，優選地，同軸設置在動力裝置輸出軸上，每個環形氣缸是一個獨立的工作組，環形氣缸套裝在動力裝置輸出軸上；所述環形氣缸包括固定外環和轉子內環，所述固定外環固定不動，所述轉子內環同軸設在固定外環內，能夠圍繞中心轉動；所述固定外環上設有第一限定滑塞和第二限定滑塞，所述第一限定滑塞和第二限定滑塞與環形氣缸的中心處於同一直線上，所述第一限定滑塞和第二限定滑塞置於固定外環內側並向內延伸；
所述轉子內環上設有轉子滑塞，所述轉子滑塞同轉子內環同步轉動；所述轉子滑塞置於轉子內環外側且向外延伸，與固定外環的內側相接觸；還包括設在環形氣缸上的凸輪彈簧復位機構，所述凸輪彈簧復位機構設置兩個，分別控制第一限定滑塞和第二限定滑塞的抬起和落下，所述凸輪彈簧復位機構包括凸輪機構、啟動發電機和復位彈簧，凸輪機構的凸輪與第一限定滑塞或第二限定滑塞連接，所述復位彈簧與第一限定滑塞或第二限定滑塞連接，凸輪機構在啟動發電機的帶動下轉動，進而帶動第一限定滑塞或第二限定滑塞的升降；復位彈簧處於原始長度下，第一限定滑塞或第二限定滑塞處於落下狀態，凸輪機構轉動後帶動第一限定滑塞或第二限定滑塞抬起，繼續轉動，第一限定滑塞或第二限定滑塞再次落下，並且在復位彈簧的作用下精確復位同時使得環形氣缸恢復密封狀態；所述動力裝置輸出軸一端與需要動力的功能裝置直接連接，如油泵、空壓機、發電機等；所述第一限定滑塞一側開有廢氣排氣閥口，另一側開有燃燒進氣閥口，所述第二限定滑塞一側開有進氣閥口，另一側設有壓縮混合氣排氣閥口；所述廢氣排氣閥口與進氣閥口處於同側；所述進氣閥口與進氣管道連接；所述環形氣缸外部設有燃燒室和高壓氣管，所述燃燒室的進氣口與高壓氣管連接，所述燃燒室的出氣口通過燃燒進氣閥口與環形氣缸的做功行程連接；所述高壓氣管兩端設有電控閥，分別控制壓縮混合氣的進氣量以及排氣量；每個所述環形氣缸均可完成吸氣、壓縮、做功和排氣四個行程；轉子滑塞轉動的第一圈完成吸氣衝程，轉子滑塞轉動的第二圈完成壓縮衝程，轉子滑塞轉動的第三圈完成做功衝程，轉子滑塞轉動的第四圈完成排氣衝程；所述燃燒室內設有火花塞。
10.優選地，所述第一限定滑塞置於轉子內環的最下端，所述第二限定滑塞置於轉子內環的最上端。
11.優選地，所述進氣閥口置於第二限定滑塞左側，所述壓縮混合氣排氣閥口置於第二限定滑塞右側。
12.優選地，所述廢氣排氣閥口置於第一限定滑塞左側，所述燃燒進氣閥口置於第一限定滑塞右側。
13.優選地，所述環形氣缸之間相位角為90
°
以上。
14.優選地，所述環形氣缸的環形空間，即環形氣缸的氣缸容積，環線周長包角為300
°
以上，形成環形衝程。
15.優選地，所述進氣管道上設有進氣調節系統，所述進氣調節系統上設有電控閥，用於調整氫氧混合氣體的混合比例。
16.優選地，所述進氣管道為人字形的三通管道，一個出氣管道，兩個進氣管道，利用三通接頭連接，其中一個進氣管道為進氧氣管道，另一個進氣管道為進氫氣管道，每條進氣管道上設有進氣電控閥，調整各自進氣量。
17.優選地，所述環形氣缸與啟動電動機連接，所述啟動電動機帶動轉子滑塞初始轉動，由外力驅動轉子滑塞轉動之後啟動電動機停止運作。
18.本發明有益效果在於：
本發明通過設置以環形氣缸為主的動力裝置，通過圓周運動提供動力，做功運動是圓周運動，沒有了傳統內燃機中的往復直線運動和曲柄運動，零部件減少，機械效率大幅度提升，這樣的動力輸出更加方便直接，大大提高了燃料的能量轉換效率；本發明中動力裝置的燃料採用氫氣，氫氣是清潔可再生能源，生成物只有水，零汙染；且與同質量的汽油相比，氫氣熱值是汽油的數倍，且氫氣的火焰傳播速度快，能夠使燃料燃燒更充分，達到了節能減排的目的；本發明中的氣缸都是圓周同軸布置，每組的環形做功行程角能夠達到300℃以上，每組之間的相位角為90
°
，能夠實現無間斷的連續工作，即能夠實現無間斷持續輸出動力；本發明中每組環形做功行程角可以達到300℃以上，壓縮比很高，使得燃燒完全充分，熱效率高，高達70%以上；本發明中的燃燒室設在環形氣缸的外面，是外燃式燃燒室，易於冷卻、控制和維護。
19.採用上述方案，本發明能夠以更加方便直接的方式輸出動力，動力輸出結構簡單；且燃料的能量轉換效率高，減少了不必要的浪費；無汙染，燃料利用率高，進而保護環境。
附圖說明
20.為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
21.圖1是本發明的整體結構正視示意圖。
22.圖2是本發明的整體結構側視示意圖。
23.圖3是本發明的環形氣缸內部結構示意圖。
24.圖中，1-固定外環，2-轉子內環，3-第二限定滑塞，4-轉子滑塞，5-環形氣缸，6-高壓氣管，7-第一電控閥，8-第二電控閥，9-進氣閥口，10-廢氣排氣閥口，11-壓縮混合氣排氣閥口，12-燃燒進氣閥口，13-第一限定滑塞，14-燃燒室，15-第一氣缸，16-第二氣缸，17-第三氣缸，18-第四氣缸，19-凸輪機構，20-動力輸出軸。
具體實施方式
25.為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
26.需要說明的是，當元件被稱為「固定於」或「設置於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者間接在該另一個元件上。當一個元件被稱為是「連接於」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或間接連接至該另一個元件上。
27.需要理解的是，術語「長度」、「寬度」、「上」、「下」、「前」、「後」「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
28.此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
29.如圖1~3所示，一種採用環形衝程的單氣缸動力裝置，包括四個以上的環形氣缸，同軸設置在動力裝置輸出軸20上，每個環形氣缸是一個獨立的工作組，環形氣缸套裝在動力裝置輸出軸20上；所述環形氣缸包括固定外環1和轉子內環2，所述固定外環1固定不動，所述轉子內環2同軸設在固定外環1內，能夠圍繞中心轉動；所述固定外環1上設有第一限定滑塞13和第二限定滑塞3，所述第一限定滑塞13和第二限定滑塞3與環形氣缸的中心處於同一直線上，所述第一限定滑塞13和第二限定滑塞3置於固定外環1內側並向內延伸；所述轉子內環2上設有轉子滑塞4，所述轉子滑塞4同轉子內環2同步轉動；所述轉子滑塞4置於轉子內環2外側且向外延伸，與固定外環1的內側相接觸；還包括設在環形氣缸上的凸輪彈簧復位機構，所述凸輪彈簧復位機構設置兩個，分別控制第一限定滑塞13和第二限定滑塞3的抬起和落下，所述凸輪彈簧復位機構包括凸輪機構、啟動發電機和復位彈簧，凸輪機構的凸輪與第一限定滑塞13或第二限定滑3塞連接，所述復位彈簧與第一限定滑塞13或第二限定滑塞3連接，凸輪機構在自身發電機的帶動下轉動，進而帶動第一限定滑塞13或第二限定滑塞3的升降；復位彈簧處於原始長度下，第一限定滑塞13或第二限定滑塞3處於落下狀態，凸輪機構轉動後帶動第一限定滑塞13或第二限定滑塞3抬起，繼續轉動，第一限定滑塞13或第二限定滑塞3再次落下，並且在復位彈簧的作用下精確復位同時使得環形氣缸恢復密封狀態；所述動力裝置輸出軸20一端與需要動力的功能裝置直接連接，如油泵、空壓機、發電機等；所述第一限定滑塞13一側開有廢氣排氣閥口10，另一側開有燃燒進氣閥口12，所述第二限定滑塞3一側開有進氣閥口9，另一側設有壓縮混合氣排氣閥口11；所述廢氣排氣閥口10與進氣閥口9處於同側；所述進氣閥口9與進氣管道連接；所述環形氣缸外部設有燃燒室14和高壓氣管6，所述燃燒室14的進氣口與高壓氣管6連接，所述燃燒室14的出氣口通過燃燒進氣閥口12與環形氣缸的做功行程連接；所述高壓氣管6兩端設有進氣電控閥和排氣電控閥，分別控制壓縮混合氣的進氣量以及排氣量；每個所述環形氣缸均可完成吸氣、壓縮、做功和排氣四個行程；轉子滑塞4轉動的第一圈完成吸氣衝程，轉子滑塞4轉動的第二圈完成壓縮衝程，轉子滑塞4轉動的第三圈完成做功衝程，轉子滑塞4轉動的第四圈完成排氣衝程；所述燃燒室14內設有火花塞。
30.優選地，所述第一限定滑塞13置於轉子內環2的最下端，所述第二限定滑塞3置於轉子內環2的最上端。
31.優選地，所述進氣閥口9置於第二限定滑塞3左側，所述壓縮混合氣排氣閥口11置於第二限定滑塞3右側。
32.優選地，所述廢氣排氣閥口10置於第一限定滑塞13左側，所述燃燒進氣閥口12置於第一限定滑塞13右側。
33.優選地，所述環形氣缸之間相位角為90
°
以上。
34.優選地，所述環形氣缸的環形空間，即環形氣缸的氣缸容積，環線周長包角為300
°
以上，形成環形衝程。
35.優選地，所述進氣管道上設有進氣調節系統，所述進氣調節系統上設有電控閥，用於調整氫氧混合氣體的混合比例。
36.優選地，所述進氣管道為人字形的三通管道，一個出氣管道，兩個進氣管道，利用三通接頭連接，其中一個進氣管道為進氧氣管道，另一個進氣管道為進氫氣管道，每條進氣管道上設有進氣電控閥，調整各自進氣量。
37.優選地，所述環形氣缸與啟動電動機連接，所述啟動電動機帶動轉子滑塞4初始轉動，由外力驅動轉子滑塞4轉動之後啟動電動機停止運作。
38.具體地，初始狀態下，第一限定滑塞13處於落下狀態，第二限定滑塞3處於落下狀態，環形氣缸的轉子內環2在啟動電動機的帶動下初始轉動，順時針轉動，轉子滑塞4與第二限定滑塞3之間進氣行程變大，使得轉子滑塞4和第二限定滑塞3之間形成負壓，此時同時開啟進氣閥口9，氫氧混合氣體進入環形氣缸內，在轉子滑塞4轉動至第一限定滑塞13左側時，第一限定滑塞13抬起，直至轉子滑塞4轉動至第二限定滑塞3右側時，進氣行程完成；進氣行程完成後，第二限定滑塞3垂直抬起，待轉子滑塞4通過後，第二限定滑塞3落下復位，進入壓縮行程。
39.隨著轉子滑塞4的順時針轉動，環形氣缸的容積逐漸縮小，混合氣體被壓縮，當轉子滑塞4經過第一限定滑塞13後，第一限定滑塞13落下復位，當轉子滑塞4轉動至第二限定滑塞3右側時，壓縮混合氣排氣閥口11打開，高壓氣管6的進氣電控閥打開，壓縮後的混合氣進入高壓氣管66內，同時高壓氣管的排氣電控閥打開，高壓的混合氣體進入燃燒室14內，至此壓縮行程完成；壓縮行程完成後，高壓氣管6的排氣電控閥關閉；燃燒室14內的高壓混合氣被火花塞點燃，燃燒室14的出氣口打開，爆燃的高溫高壓混合氣通過燃燒進氣閥口12進入環形氣缸的做功行程，推動轉子滑塞4順時針轉動做功，至第二限定滑塞3右側時，第二限定滑塞3垂直抬起，並保持抬起狀態，然後轉動至第一限定滑塞13左側，此時第一限定滑塞13抬起，待轉子滑塞4轉動至第一限定滑塞13的右側，第一限定滑塞13落下復位，燃燒進氣閥口12關閉，至此做功行程完成；做功行程完成後，第一限定滑塞3落下復位，同時廢氣排氣閥口10打開，隨著轉子滑塞4的轉動，燃燒後的廢氣被強制排出；轉子滑塞4越過第二限定滑塞3後，第二限定滑塞3落下復位，此時廢氣排氣閥口10關閉，排氣行程完成，環形氣缸進入下一個循環。
40.四個環形氣缸同軸分布，其做功行程分別按90
°
的相位角安裝，整個動力裝置便能實現無間斷的動力輸出。
41.以上僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。