一種採用環形衝程的雙氣缸動力裝置的製作方法
2024-04-12 17:12:05
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雙氣缸動力裝置。
背景技術：
2.現代工業的快速發展，離不開動力機械，可以說是內燃機開創了近代工業的文明。內燃機，是通過使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。
3.廣義上的內燃機不僅包括往復活塞式內燃機、旋轉活塞式發動機和自由活塞式發動機，也包括旋轉葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發動機等，但通常所說的內燃機是指活塞式內燃機。
4.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。
5.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，而二氧化碳會加速溫室效應，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；因此活塞式內燃機存在排放物多、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雙氣缸動力裝置。
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雙氣缸動力裝置，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雙氣缸動力裝置，包括四個以上的同軸的環形氣缸，且兩兩一組；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，所述轉子內環設在固定外環內，能夠圍繞中心轉動；所述固定外環上設有限定滑塞，所述限定滑塞置於固定外環內側並向內延伸，所
述限定滑塞通過往復直線運動機構置於固定外環上，所述往復直線運動機構與固定外環之間密封連接，保證環形氣缸內部的密封性；所述固定外環上設有復位彈簧，復位彈簧在原始狀態下，限定滑塞處於落下密封狀態，在往復直線運動機構帶動限定滑塞抬起又落下時，限定滑塞在復位彈簧的作用下精準復位；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；所述往復直線運動機構的轉動頻率與轉子滑塞的轉動頻率相配合，使得轉子滑塞轉動至限定滑塞一側時，限定滑塞徑向外移，轉子滑塞通過後，限定滑塞徑向內移復位；每組包括第一環形氣缸和第二環形氣缸，第一環形氣缸循環完成吸氣和壓縮衝程，第二環形氣缸循環完成做功與排氣衝程；所述第一環形氣缸內的限定滑塞和轉子滑塞之間形成密閉的環形空間；所述第一環形氣缸的進氣閥口設在限定滑塞一側，所述第一環形氣缸的高壓氣體輸出口設在限定滑塞另一側；所述第一環形氣缸的進氣閥口與氫氧混合氣體的進氣管道連接；所述第一環形氣缸外置高壓氣管，第一環形氣缸的高壓氣體輸出口與高壓氣管連接；所述第二環形氣缸內由限定滑塞和轉子滑塞分成兩個區域，分別為做功區域和排氣區域，所述第二環形氣缸的進氣口與做工區域聯通；所述第二環形氣缸的排氣閥口設在限定滑塞一側，所述第二環形氣缸的進氣口設在限定滑塞另一側；所述第二環形氣缸外置燃燒室，第二環形氣缸的進氣口與燃燒室連接，所述燃燒室與高壓氣管連接，燃燒室內設有火花塞。
10.優選地，所述環形氣缸設置兩組，每組之間相位角為60
°
以上。
11.優選地，所述環形氣缸的環形空間，即環形氣缸的氣缸容積，環線周長為300
°
以上，形成環形衝程。
12.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。
13.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。
14.優選地，所述第一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，啟動電動機由電動汽車的電池組供電。
15.優選地，所述往復直線運動機構為曲柄滑塊機構、偏心輪機構、槽輪機構、凸輪機構、液壓缸機構和氣動缸機構中的任意一種。
16.所述，所述凸輪機構包括凸輪結構和轉動電機，所述轉動電機設定轉動頻率來控制凸輪的轉動，以實現與轉子滑塞的配合。
17.優選地，所述燃燒室內採用火花塞的方式點燃氫氧混合氣體。
18.優選地，所述燃燒室進氣管內設有第一傳感器，用於監測高壓氣管進入燃燒室的氣體濃度即氫氧混合氣體的混合比例。
19.優選地，所述燃燒室排氣口處設有第二傳感器，用於監測燃燒室內的溫度。
20.優選地，所述高壓氣管兩埠分別設有第一電磁閥和第二電磁閥，高壓氣管一端與第一環形氣缸的高壓氣體輸出口連接，高壓氣管另一端與燃燒室連接；所述第一電磁閥對進入高壓氣管的高壓氣體量進行調控；所述第二電磁閥對進入燃燒室的高壓氣體量進行調控。
21.優選地，還包括綜合控制器，所述綜合控制器設置晶片，同時與第一傳感器、第二傳感器、第一電磁閥、第二電磁閥、進氣電控閥連接；第一傳感器將進入燃燒室內的氣體濃度傳遞至晶片，第二傳感器將燃燒室內的溫度值傳遞至晶片，晶片根據接收到的信號，對第一電磁閥、第二電磁閥以及進氣電控閥進行調整；因為當氫氣濃度小於4.0%或大於75%時，即使遇到火源，也不會爆炸，因此晶片根據接收到的氣體濃度值來進行調整，如果氣體濃度值小於75%，則控制進氣電控閥，加大氫氣的配合比例，若氣體濃度值為76%以上，則不做調整；因為在1200
°
以上的高溫時，空氣中的氮氣和氧氣就會發生化學反應，生成一定量的氮氧化合物，而氫氣燃燒後的產物只有水，不能還原氮氧化合物，因為氮氧化合物是汙染物，會對環境造成汙染，所以為了避免氮氧化合物的產生，燃燒室內的溫度需控制在1200℃以下；但是低於800℃，則動力輸出不足，所以需要將燃燒室內的溫度控制在800℃和1200℃之間。因此晶片根據接收到的燃燒室溫度值進行調整，如果燃燒室內溫度高於1200℃，則控制第一電磁閥以及第二電磁閥，降低進入燃燒室內氫氧混合氣體的供給量；若燃燒室內溫度在800℃和1200℃之間，則不需要調整；若燃燒室內溫度低於800℃，則加大氫氧混合氣體的供給量，以維持穩定的動力輸出。
22.具體地，首先第一環形氣缸內的轉子滑塞即第一轉子滑塞由啟動電動機帶動轉動，使得第一環形氣缸的限定滑塞即第一限定滑塞和第一轉子滑塞之間空間變大，形成負壓，使得氫氧混合氣體從第一環形氣缸的進氣閥口進入至環形空間內，啟動電動機停止，此時氫氧混合氣體推動第一轉子滑塞繼續轉動，轉動至第一限定滑塞臨近處，進氣閥口關閉，進氣衝程便已完成；進氣衝程結束後，第一限定滑塞在第一環形氣缸的往復直線運動機構即第一往復直線運動結構的轉動下徑向外移，使得第一轉子滑塞通過，然後第一限定滑塞在第一往復直線運動結構的轉動下徑向內移復位，且在復位彈簧作用下精準復位；此時進入壓縮進程，第一轉子滑塞繼續轉動，此時環形氣缸的容積變小，氫氧混合氣體逐漸被壓縮；當第一轉子滑塞再次轉至第一限定滑塞臨近處，此時打開第一電磁閥，使得高壓的氫氧混合氣體進入高壓氣管中，然後第二電磁閥也被打開，高壓的氫氧混合氣體進入燃燒室，至此，壓縮衝程完成，第一環形氣缸便進入下一個吸氣行程，此時第二電磁閥關閉；壓縮衝程完成後，燃燒室內的高壓的氫氧混合氣體被火花塞點燃，爆燃後成高溫高壓氣體，燃燒室的排氣口打開，爆燃的高溫高壓氣體進入第二環形氣缸的做功區域，然後推動第二環形氣缸的轉子滑塞即第二轉子滑塞轉動，直至第二轉子滑塞轉動至第二限定滑塞的一側，做功衝程完成；做功完成後，排氣閥口打開，燃燒後的廢氣被強制排出；然後第二限定滑塞在第二環形氣缸的第二往復直線運動結構的帶動下徑向外移，使得第二環形氣缸的第二轉子滑塞通過；然後第二限定滑塞復位，至此一個循環結束，開始下一個循環。
23.在每組環形氣缸的反覆轉動循環過程中，環形氣缸的聯軸器與發電機連接，因此包括環形氣缸在內的動力裝置能夠帶動發電機發電，然後發電機為電動汽車的電池組進行充電，從而實現電池組的增程續航；或者為其他需要動力的地方提供動力。
24.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，每組之間的相位角不低於60℃，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。
25.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；能夠以相對穩定的電壓為電池組充電，有利於延長電池組的使用壽命。
附圖說明
26.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。
27.圖1是本發明的整體結構示意圖。
28.圖2是本發明的側面結構示意圖。
29.圖3是本發明的第一環形氣缸的結構示意圖。
30.圖4是本發明的第二環形氣缸的結構示意圖。
31.圖中，1-第一環形氣缸，2-第二環形氣缸，3-第三環形氣缸，4-第四環形氣缸，5-聯軸器，6-第一組，7-第二組；11-第一固定外環，12-第一轉子內環，13-環形空間，14-第一轉子滑塞，15-進氣閥口，16-第一限定滑塞，17-第一電磁閥，18-高壓氣管，19-第二電磁閥；21-第一固定外環，22-第二轉子內環，23-排氣區域，24-第三環形氣缸，25-排氣閥口，26-第二限定滑塞，27-第二轉子滑塞，28-做功區域，29-燃燒室。
具體實施方式
32.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。
33.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。
34.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。
35.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。
36.如圖1~4所示，一種採用環形衝程的雙氣缸動力裝置，包括四個以上的同軸的環形氣缸，且兩兩一組；其中第一環形氣缸1和第二環形氣缸2組成第一組6，第三環形氣缸3和第四環形氣缸4組成第二組7；第一環形氣缸和第三環形氣缸結構相同，第二環形氣缸2和第四環形氣缸結構相同；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，所述轉子內環設在固定外環內，能夠圍繞中心轉動；所述固定外環上設有限定滑塞，所述限定滑塞置於固定外環內側並向內延伸，所述限定滑塞通過往復直線運動機構置於固定外環上，所述往復直線運動機構與固定外環之間密封連接，保證環形氣缸內部的密封性；所述固定外環上設有復位彈簧，復位彈簧在原始狀態下，限定滑塞處於落下密封狀態，在往復直線運動機構帶動限定滑塞抬起又落下時，限定滑塞在復位彈簧的作用下精準復位；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；所述往復直線運動機構的轉動頻率與轉子滑塞的轉動頻率相配合，使得轉子滑塞轉動至限定滑塞一側時，限定滑塞徑向外移，轉子滑塞通過後，限定滑塞徑向內移復位；第一環形氣缸1循環完成吸氣和壓縮衝程，第二環形氣缸2循環完成做功與排氣衝程；所述第一環形氣缸1內的第一限定滑塞16和第一轉子滑塞14之間形成密閉的環形空間13；所述第一環形氣缸1的進氣閥口15設在第一限定滑塞16一側，所述第一環形氣缸1的高壓氣體輸出口設在第一限定滑塞16另一側；所述第一環形氣缸1的進氣閥口15與氫氧混合氣體的進氣管道連接；所述第一環形氣缸1外置高壓氣管18，第一環形氣缸1的高壓氣體輸出口與高壓氣管18連接；所述第二環形氣缸2內由第二限定滑塞26和轉子滑塞27分成兩個區域，分別為做功區域28和排氣區域23，所述第二環形氣缸2的進氣口與做工區域28聯通；所述第二環形氣缸2的排氣閥口25設在第二限定滑塞26一側，所述第二環形氣缸2的進氣口設在第二限定滑塞26另一側；
所述第二環形氣缸2外置燃燒室29，第二環形氣缸2的進氣口與燃燒室29連接，所述燃燒室29與高壓氣管18連接，燃燒室29內設有火花塞。
37.優選地，所述環形氣缸設置兩組，每組之間相位角為60
°
以上。
38.優選地，所述環形氣缸的環形空間13，即環形氣缸的氣缸容積，環線周長為300
°
以上，形成環形衝程。
39.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。
40.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。
41.優選地，所述第一環形氣缸1與啟動電動機連接，所述啟動電動機帶動第一轉子滑塞14初始轉動，由外力驅動第一轉子滑塞14轉動之後啟動電動機停止運作，啟動電動機由電動汽車的電池組供電。
42.優選地，所述往復直線運動機構為曲柄滑塊機構、偏心輪機構、槽輪機構、凸輪機構、液壓缸機構和氣動缸機構中的任意一種。
43.所述，所述凸輪機構包括凸輪結構和轉動電機，所述轉動電機設定轉動頻率來控制凸輪的轉動，以實現與轉子滑塞的配合。
44.優選地，所述燃燒室29內採用火花塞的方式點燃氫氧混合氣體。
45.優選地，所述燃燒室29進氣管內設有第一傳感器，用於監測高壓氣管進入燃燒室的氣體濃度即氫氧混合氣體的混合比例。
46.優選地，所述燃燒室29排氣口處設有第二傳感器，用於監測燃燒室內的溫度。
47.優選地，所述高壓氣管18兩埠分別設有第一電磁閥17和第二電磁閥19，高壓氣管18一端與第一環形氣缸1的高壓氣體輸出口連接，高壓氣管18另一端與燃燒室29連接；所述第一電磁閥17對進入高壓氣管18的高壓氣體量進行調控；所述第二電磁閥19對進入燃燒室29的高壓氣體量進行調控。
48.優選地，還包括綜合控制器，所述綜合控制器設置晶片，同時與第一傳感器、第二傳感器、第一電磁閥17、第二電磁閥19、進氣電控閥連接；第一傳感器17將進入燃燒室內的氣體濃度傳遞至晶片，第二傳感器19將燃燒室內的溫度值傳遞至晶片，晶片根據接收到的信號，對第一電磁閥、第二電磁閥以及進氣電控閥進行調整；因為當氫氣濃度小於4.0%或大於75%時，即使遇到火源，也不會爆炸，因此晶片根據接收到的氣體濃度值來進行調整，如果氣體濃度值小於75%，則控制進氣電控閥，加大氫氣的配合比例，若氣體濃度值為76%以上，則不做調整；因為在1200
°
以上的高溫時，空氣中的氮氣和氧氣就會發生化學反應，生成一定量的氮氧化合物，而氫氣燃燒後的產物只有水，不能還原氮氧化合物，因為氮氧化合物是汙染物，會對環境造成汙染，所以為了避免氮氧化合物的產生，燃燒室29內的溫度需控制在1200℃以下；但是低於800℃，則動力輸出不足，所以需要將燃燒室29內的溫度控制在800℃和1200℃之間。因此晶片根據接收到的燃燒室29溫度值進行調整，如果燃燒室29內溫度高於1200℃，則控制第一電磁閥17以及第二電磁閥19，降低進入燃燒室29內氫氧混合氣體的供給量；若燃燒室29內溫度在800℃和1200℃之間，則不需要調整；若燃燒室29內溫度低於800
℃，則加大氫氧混合氣體的供給量，以維持穩定的動力輸出。
49.具體地，首先第一環形氣缸1內的第一轉子滑塞14由啟動電動機帶動轉動，使得第一環形氣缸1的第一限定滑塞16和第一轉子滑塞14之間空間變大，形成負壓，使得氫氧混合氣體從第一環形氣缸1的進氣閥口15進入至環形空間13內，啟動電動機停止，此時氫氧混合氣體推動第一轉子滑塞14繼續轉動，轉動至第一限定滑塞16臨近處，進氣閥口15關閉，進氣衝程便已完成；進氣衝程結束後，第一限定滑塞16在第一環形氣缸1的往復直線運動機構即第一往復直線運動結構的轉動下徑向外移，使得第一轉子滑塞14通過，然後第一限定滑塞16在第一往復直線運動結構的轉動下徑向內移復位；此時進入壓縮進程，第一轉子滑塞14繼續轉動，此時第一環形氣缸的容積變小，氫氧混合氣體逐漸被壓縮；當第一轉子滑塞14再次轉至第一限定滑塞16臨近處，此時打開第一電磁閥17，使得高壓的氫氧混合氣體進入高壓氣管18中，然後第二電磁閥19也被打開，高壓的氫氧混合氣體進入燃燒室29，至此，壓縮衝程完成，第一環形氣缸1便進入下一個吸氣行程，此時第二電磁閥19關閉；壓縮衝程完成後，燃燒室29內的高壓的氫氧混合氣體被火花塞點燃，爆燃後成高溫高壓氣體，燃燒室29的排氣口打開，爆燃的高溫高壓氣體進入第二環形氣缸2的做功區域29，然後推動第二環形氣缸2的第二轉子滑塞27轉動，直至第二轉子滑塞27轉動至第二限定滑塞26的一側，做功衝程完成；做功完成後，排氣閥口25打開，燃燒後的廢氣被強制排出；然後第二限定滑塞26在第二環形氣缸2的第二往復直線運動結構的帶動下徑向外移，使得第二環形氣缸2的第二轉子滑塞27通過；然後第二限定滑塞26復位，至此一個循環結束，開始下一個循環。
50.在每組環形氣缸的反覆轉動循環過程中，環形氣缸的聯軸器與發電機連接，因此包括環形氣缸在內的動力裝置能夠帶動發電機發電，然後發電機為電動汽車的電池組進行充電，從而實現電池組的增程續航；或者為其他需要動力的地方提供動力。
51.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。