專利名稱：直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，特別涉及一種直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
曲軸內(nèi)燃機(jī)自問世100多年來其主體結(jié)構(gòu)模式一直沿用未有更改，它運(yùn)用的是四沖程的工作原理，是通過活塞及活塞連桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸飛輪，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。在這類內(nèi)燃機(jī)中，活塞在各沖程中的行程距固定相等，在壓縮和膨脹做功沖程中的容積空間相等，各沖程間發(fā)生的時(shí)間轉(zhuǎn)角也相等(為180°)，活塞連桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)形式消耗了能量，在進(jìn)排氣門的打開和關(guān)閉結(jié)構(gòu)上也消耗了部份的能量。人們也對(duì)其做了很多的改進(jìn)，但受此主體結(jié)構(gòu)模式的限制，多種局部先進(jìn)技術(shù)的發(fā)明應(yīng)用已將曲軸內(nèi)燃機(jī)的做功性能發(fā)揮到了頂峰。近幾年各種新型能源的發(fā)動(dòng)機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)，大有取其代之之趨勢(shì)。但是，在以后一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，石油資源仍將占據(jù)著主導(dǎo)能源的地位，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用也仍將是各類能源發(fā)動(dòng)機(jī)的首選。隨著當(dāng)今世界上消耗在內(nèi)燃機(jī)的燃料越來越多，對(duì)這類內(nèi)燃機(jī)從結(jié)構(gòu)模式上做根本的、全新的改變，使之更符合運(yùn)動(dòng)特性、燃料燃燒特性，更好更大的發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)的做功效率和做功能力，進(jìn)而節(jié)約能源已是當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種全新概念、全新結(jié)構(gòu)的直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)。它是在曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)四沖程工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)原來的一些個(gè)內(nèi)在結(jié)構(gòu)及做功方式進(jìn)行全新的改進(jìn)，引入了直筒軸和環(huán)形氣缸(也稱膨脹轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán))的設(shè)計(jì)，其依據(jù)的工作原理是1、對(duì)一個(gè)端面為曲面的筒狀圓柱體，其端面曲面的形狀為一上下起伏的曲線，當(dāng)通過一個(gè)在水平面上限制了位移、可上下垂直運(yùn)動(dòng)的直桿給曲面施加一個(gè)外力時(shí)，就可抵動(dòng)筒狀圓柱體端面曲面上的一段斜面，推動(dòng)筒狀圓柱體繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)外力撤消時(shí)，筒狀圓柱體依慣力轉(zhuǎn)動(dòng)，直桿可在其端面的曲面上做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這就是直筒軸的原理。2、把一個(gè)圓筒柱體作為內(nèi)環(huán)且固定，外有舌片。把一槽形圓環(huán)體為外環(huán)，槽口在環(huán)體內(nèi)側(cè)，圍套在內(nèi)環(huán)外柱面上，外環(huán)可相對(duì)內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，上也有一舌片。槽形外環(huán)體與內(nèi)環(huán)圓筒柱體的外壁形成一環(huán)形腔體，在這環(huán)腔上，內(nèi)環(huán)上的舌片和外環(huán)上的舌片可封閉住這環(huán)形腔上一段的兩個(gè)截面，就稱這一段被封閉的環(huán)腔為環(huán)腔內(nèi)腔，相對(duì)于環(huán)腔內(nèi)腔兩個(gè)舌片的外面的環(huán)腔就稱環(huán)腔外腔。當(dāng)此環(huán)腔內(nèi)腔中的氣體膨脹時(shí)，膨脹力就會(huì)向外環(huán)舌片方向施力而迫使外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，就如同氣缸中氣體膨脹推動(dòng)活塞做功；當(dāng)有外力轉(zhuǎn)動(dòng)外環(huán)，外環(huán)上的外舌片就會(huì)壓縮環(huán)腔內(nèi)腔中的氣體，就如同推動(dòng)活塞壓縮氣缸內(nèi)的氣體。這就是環(huán)形氣缸的工作原理。本發(fā)明依據(jù)以上兩種原理，結(jié)合曲軸連桿式內(nèi)燃機(jī)的氣缸結(jié)構(gòu)，以一個(gè)環(huán)形氣缸作壓縮機(jī)用，向燃燒氣缸中壓氣擠排氣，以另一個(gè)環(huán)形氣缸作做功機(jī)用，繼續(xù)接力，把燃燒氣缸中排出的能量氣繼續(xù)在環(huán)腔內(nèi)腔中膨脹做功，繼續(xù)推動(dòng)機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)。延伸了原氣缸結(jié)構(gòu)的膨脹做功空間，使燃料燃燒更充分。并是直接施力在圓周方向上，并以直筒軸的原理設(shè)計(jì)配合，變曲軸為直軸，與環(huán)形氣缸同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)更符合運(yùn)動(dòng)特性和燃料燃燒特性，有利于減少能量的消耗，節(jié)約能源。
所采用的技術(shù)方案是一種直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)包括有缸座(1)、中軸(2)、裝在缸座(1)上的燃燒氣缸(5)、活塞門(6)、活塞桿(7)；分上下放置圍套在缸座(1)上部圓柱體柱面外的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)和做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)、環(huán)缸外套(22)，缸座(1)下部圓柱體外柱面上的活塞桿滑槽(23)及包圍裝在外面的直筒軸(3)以及內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽(4)等，其特征在于缸座(1)為與外界相連的固定體，中軸(2)插入缸座(1)軸心的中軸孔上下貫通，可相對(duì)于缸座(1)轉(zhuǎn)動(dòng)，做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)和它上面的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)又通過環(huán)缸外套(22)固定聯(lián)接在一起圍套在缸座(1)上部圓柱體柱面外，直筒軸(3)從下部套裝入缸座(1)下部圓柱體柱面外，下端面與中軸(2)固定聯(lián)接，上端面與做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)底部固定聯(lián)接，做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)和壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)及直筒軸(3)與中軸(2)一起為同步轉(zhuǎn)動(dòng)。壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)是向燃燒氣缸(5)中壓氣及擠排氣，做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)是接力燃燒氣缸(5)中排出的能量氣體繼續(xù)在其環(huán)腔里膨脹做功。燃燒氣缸(5)固定在缸座(1)內(nèi)，活塞門(6)裝在燃燒氣缸(5)中，活塞桿(7)的上端與活塞門(6)固定連接，下端伸出燃燒氣缸(5)的底端外在活塞桿滑槽(23)里，其末端拐頭向外插入到直筒軸(3)內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽(4)中。
在缸座(1)上部外柱面上端的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)是可成一獨(dú)立系統(tǒng)的組合體，它包括有壓環(huán)外環(huán)體(9)、內(nèi)環(huán)即缸座(1)、壓環(huán)凸起外舌片(10)、壓環(huán)內(nèi)舌片(11)、壓環(huán)吸氣入口(12)、壓環(huán)吸口單向閥(13)、壓環(huán)氣進(jìn)缸口(14)、壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥(15)。其特征在于壓環(huán)外環(huán)體(9)是一槽形圓環(huán)體，槽口在環(huán)體內(nèi)側(cè)圍套在內(nèi)環(huán)即缸座(1)外柱面上，形成一環(huán)腔，外環(huán)體上有一頂面與環(huán)腔同高，平滑向環(huán)底底面兩邊不對(duì)稱延伸、最終重合于底面的凸起塊為壓環(huán)凸起外舌片(10)，它與壓環(huán)內(nèi)舌片(11)可封閉住環(huán)腔上的一段，稱這段為環(huán)腔內(nèi)腔，相對(duì)于環(huán)腔內(nèi)腔外的環(huán)腔就稱環(huán)腔外腔。壓環(huán)吸氣入口(12)通向內(nèi)環(huán)即缸座(1)內(nèi)，通過內(nèi)進(jìn)氣管(25)向上，進(jìn)入到缸座(1)上部環(huán)形的進(jìn)氣環(huán)管(24)中，進(jìn)氣環(huán)管(24)上有一段環(huán)管總進(jìn)氣管(26)與外進(jìn)氣管(27)連接，從這里吸入空氣。壓環(huán)吸氣入口(12)處有一壓環(huán)吸口單向閥(13)，當(dāng)處在環(huán)腔外腔時(shí)受負(fù)壓便會(huì)打開，外界空氣進(jìn)入環(huán)腔里，當(dāng)處在環(huán)腔內(nèi)腔時(shí)受正壓又會(huì)自行關(guān)閉，環(huán)腔與外界封閉。壓環(huán)氣進(jìn)缸口(14)處的壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥(15)，當(dāng)處在環(huán)腔內(nèi)腔時(shí)受壓力會(huì)被沖開，向燃燒氣缸(5)中壓氣，當(dāng)處在環(huán)腔外腔時(shí)壓力撤消，燃燒氣缸(5)中的壓力會(huì)壓迫壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥(15)關(guān)閉，將燃燒氣缸(5)封閉。
在缸座(1)上部外柱面下端的做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)是結(jié)構(gòu)相同于壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)的另一功能形式，功能差異是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)方向上的不同。也是可成一獨(dú)立系統(tǒng)的組合體，它包括有功環(huán)外環(huán)體(17)、內(nèi)環(huán)即缸座(1)、功環(huán)凸起外舌片(18)、功環(huán)內(nèi)舌片(19)、功環(huán)氣缸連通孔(20)、功環(huán)腔排氣口(21)。其特征在于功環(huán)外環(huán)體(17)的槽形環(huán)體與內(nèi)環(huán)即缸座(1)圍成一個(gè)環(huán)腔，外環(huán)體上的功環(huán)凸起外舌片(18)與一個(gè)功環(huán)內(nèi)舌片(19)可形成環(huán)腔內(nèi)腔。功環(huán)氣缸連通孔(20)在燃燒氣缸(5)的下部，活塞門(6)向下滑過功環(huán)氣缸連通孔(20)后，燃燒氣缸(5)中的氣體就進(jìn)入到這環(huán)腔內(nèi)腔中繼續(xù)膨脹做功，推動(dòng)做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)轉(zhuǎn)動(dòng)。環(huán)腔里的廢氣就從功環(huán)腔排氣口(21)向內(nèi)環(huán)即缸座(1)內(nèi)通過內(nèi)排氣管(30)向上，到上部缸座(1)上部環(huán)形的排氣環(huán)管(28)中，排氣環(huán)管(28)上有一段環(huán)管總排氣管(29)與外排氣管(31)連接，廢氣從這里排出。
本發(fā)明的有益效果由于采用了直筒軸內(nèi)壁上軌跡曲線凹槽和環(huán)形氣缸的設(shè)計(jì)，以軌跡曲線凹槽來引導(dǎo)活塞桿，進(jìn)而引導(dǎo)活塞門的運(yùn)動(dòng)，1、可靈活的設(shè)計(jì)加大做功沖程的轉(zhuǎn)角，做功轉(zhuǎn)角可加大至90°——125°；2、變連桿曲軸為直筒軸的設(shè)計(jì)，使活塞在氣缸中的磨損減小，能耗降低。3、充分應(yīng)用環(huán)形氣缸的設(shè)計(jì)功能特性，以一個(gè)環(huán)形氣缸做壓縮機(jī)用，把空氣壓入到燃燒氣缸中，擠排走廢氣，并壓入新鮮空氣，簡(jiǎn)化了排氣、吸氣過程，進(jìn)氣壓力增大，使做功性能提高。同時(shí)省去了在進(jìn)排氣門上的功耗；以另一個(gè)環(huán)形氣缸作做功機(jī)用，燃燒氣缸中的氣體進(jìn)入到環(huán)形氣缸中繼續(xù)膨脹做功，延伸了燃燒氣缸的空間，使燃料燃燒更充分，做功效率提高。4、可靈活的設(shè)計(jì)調(diào)整各工作沖程中活塞運(yùn)行的行程距及各沖程間發(fā)生的時(shí)間夾角。5、整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更符合運(yùn)動(dòng)特性和燃料燃燒特性，能綜合提高做功性能，達(dá)到節(jié)能效果。
此設(shè)計(jì)可進(jìn)一步的具體的按汽油機(jī)和柴油機(jī)來設(shè)計(jì)。
環(huán)形氣缸是一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一種創(chuàng)新的多功能用途的機(jī)械裝置構(gòu)造。它能把在原來傳統(tǒng)上的氣缸這一類機(jī)械裝置構(gòu)造中完成的機(jī)械工作性能，如能量汽體在密閉的汽缸中膨脹推動(dòng)活塞做功，或外力推動(dòng)活塞壓縮氣缸中的氣體這類機(jī)械工作，能夠在環(huán)形氣缸這一設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中完成。并且是直接地、圓周上的旋轉(zhuǎn)，沒有了活塞及連桿曲軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械效率提高。因此可應(yīng)用在蒸汽機(jī)、壓縮機(jī)等方面。在冰箱壓縮機(jī)中也可以應(yīng)用?？梢蕴娲鷼飧讬C(jī)械結(jié)構(gòu)這一領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的主俯視圖及初始位置裝配示意3是本發(fā)明的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸結(jié)構(gòu)剖面俯視4是本發(fā)明的做功機(jī)環(huán)形氣缸結(jié)構(gòu)剖面俯視5是本發(fā)明的直筒軸上軌跡曲線凹槽展開圖及各位置示意6是本發(fā)明的缸座主視圖及缸座內(nèi)進(jìn)氣管及內(nèi)排氣管走向剖視示意中1.缸座、2.中軸.、3.直筒軸、4.軌跡曲線凹槽、5.燃燒氣缸、6.活塞門、7.活塞桿、8.壓縮機(jī)環(huán)形氣缸、9.壓環(huán)外環(huán)體、10.壓環(huán)凸起外舌片、11.壓環(huán)內(nèi)舌片、12.壓環(huán)吸氣入口、13.壓環(huán)吸口單向閥、14.壓環(huán)氣進(jìn)缸口、15.壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥、、16.做功機(jī)環(huán)形氣缸、17.功環(huán)外環(huán)體、18.功環(huán)凸起外舌片、19.功環(huán)內(nèi)舌片、20.功環(huán)氣缸連通孔、21.功環(huán)腔排氣口、22.環(huán)缸外套、23.活塞桿滑槽、24.進(jìn)氣環(huán)管、25.內(nèi)進(jìn)氣管、26.環(huán)管總進(jìn)氣管、27.外進(jìn)氣管、28.排氣環(huán)管、29.環(huán)管總排氣管、30.內(nèi)排氣管、31.外排氣管有關(guān)說明初始狀態(tài)-----點(diǎn)火時(shí)點(diǎn)上各結(jié)構(gòu)所在的角度位置；定義0°為點(diǎn)火時(shí)點(diǎn)位置。順時(shí)針方向的角度為正(+)；反時(shí)針方向的角度為負(fù)(-)。
具體實(shí)施例方式
由于本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)形狀是圓柱體形，在具體實(shí)施中，不同半徑機(jī)體在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各機(jī)體中的角度數(shù)據(jù)是會(huì)隨半徑的大小而有不同。同時(shí)在相同半徑的機(jī)體中，各角度數(shù)據(jù)也會(huì)有很大的不同，這就是直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)在設(shè)計(jì)上的靈活性。
本發(fā)明以三缸直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)為例，中軸每轉(zhuǎn)動(dòng)360°可完成一個(gè)四沖程工作循環(huán)。其中按設(shè)計(jì)，分配給做功沖程轉(zhuǎn)角115°，分配壓縮沖程轉(zhuǎn)角120°，剩余角度分配給排氣和吸氣沖程為125°，排氣和吸氣沖程是在交叉中進(jìn)行。
如圖1、圖2所示，缸座1與外界連接固定，缸座1是一個(gè)上大下小直徑不等的兩個(gè)圓柱的組合體，在大直徑圓柱體上有三個(gè)圓孔成圓周狀等間距排列，三個(gè)燃燒氣缸5固定在三個(gè)氣缸孔中。在氣缸孔底面以下小直徑的圓柱體的外柱面上，各有一個(gè)活塞桿滑槽23共三個(gè)，直筒軸3是一圓筒杯狀體，內(nèi)壁上有軌跡曲線凹槽4，直筒軸3從下面套裝在缸座1小直徑圓柱體的外柱面。三個(gè)燃燒氣缸5中分別裝有一個(gè)活塞門6，其中有一個(gè)處在初始狀態(tài)0°位置的燃燒氣缸5中的活塞門6是在最頂端，與這個(gè)活塞門6固定連接的活塞桿7伸出燃燒氣缸5底部向下在活塞桿滑槽23里，末端的拐頭向外插入到直筒軸3內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽4中，也處在軌跡曲線凹槽4的最高處。缸座1軸心有上下貫通一中軸孔，中軸2穿過缸座1的中軸孔與直筒軸3連接在一起為靜配合。壓縮機(jī)環(huán)形氣缸8和做功機(jī)環(huán)形氣缸16在缸座1大直徑圓柱體上分上下放置并用環(huán)缸外套22固定成一體，下端面與直筒軸3固定聯(lián)接。壓縮機(jī)環(huán)形氣缸8與做功機(jī)環(huán)形氣缸16以及直筒軸3和中軸2一起為同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖1、圖3、所示，壓縮機(jī)環(huán)形氣缸8是可成一獨(dú)立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組合體，放置在缸座1上部大直徑圓柱體的上端，它所包括的外環(huán)體9是一個(gè)內(nèi)側(cè)開口的槽形圓環(huán)體，其環(huán)腔截面為矩形，圍套在內(nèi)環(huán)即缸座1的外圓柱面上形成一個(gè)封閉的環(huán)腔。壓環(huán)外環(huán)體9上有一平圓滑的壓環(huán)凸起外舌片10，其高度是環(huán)體外半徑與內(nèi)半徑之差，寬度與環(huán)腔寬度相同，其形狀是沿凸起頂面向環(huán)體的底部?jī)蛇吰交牟粚?duì)稱的延伸，與環(huán)體底面平滑重合。壓環(huán)凸起外舌片10是固定在壓環(huán)外環(huán)體9上的凸起塊，它可對(duì)環(huán)腔截面的一面進(jìn)行封閉。在內(nèi)環(huán)即缸座1中三個(gè)燃燒氣缸5相對(duì)應(yīng)的位置外，各有一個(gè)內(nèi)舌片11共三個(gè)，壓環(huán)內(nèi)舌片11的寬度與環(huán)腔寬度相同，長(zhǎng)度是大于環(huán)體外半徑與內(nèi)半徑之差多一些，其形狀是一片狀，可成扇形開啟和閉合，舌片軸在內(nèi)環(huán)即缸座1上，有三個(gè)壓環(huán)吸氣入口12及入口處壓環(huán)吸口單向閥13，有三個(gè)壓環(huán)氣進(jìn)缸口14及缸口處壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥15。當(dāng)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓環(huán)凸起外舌片10就會(huì)壓縮與一個(gè)壓環(huán)內(nèi)舌片11所形成的環(huán)腔內(nèi)腔，這時(shí)在環(huán)腔內(nèi)腔中的一個(gè)壓環(huán)吸氣入口12處的壓環(huán)吸口單向閥13就會(huì)被壓力關(guān)閉，在環(huán)腔外腔另一個(gè)就會(huì)因負(fù)壓被吸開，外界空氣進(jìn)入環(huán)腔。而在環(huán)腔內(nèi)腔中的一個(gè)壓環(huán)氣進(jìn)缸口14處的壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥15就會(huì)被內(nèi)腔中的壓力沖開，空氣進(jìn)入到燃燒氣缸5中，隨著繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)腔內(nèi)腔越來越小，最終壓環(huán)凸起外舌片10上平滑的曲面就會(huì)逐步把壓環(huán)內(nèi)舌片11壓下閉合到與內(nèi)環(huán)即缸座1外圓周同心圓的圓周線上到最后消失。壓環(huán)凸起外舌片10就通過了壓環(huán)內(nèi)舌片11，這時(shí)所形成的這一段環(huán)腔內(nèi)腔消失，壓力撤消，壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥15就被燃燒氣缸5內(nèi)壓力關(guān)閉。
如圖1、圖4、所示，做功機(jī)環(huán)形氣缸16也是可成一獨(dú)立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組合體，放置在缸座1上部大直徑圓柱體的下端，它所包括的功環(huán)外環(huán)體17是一個(gè)內(nèi)側(cè)開口的槽形圓環(huán)體，其環(huán)腔截面為矩形，圍套在內(nèi)環(huán)即缸座1的外圓柱面上形成一個(gè)封閉的環(huán)腔。功環(huán)外環(huán)體17上有一平圓滑的功環(huán)凸起外舌片18，它可對(duì)環(huán)腔截面的一面進(jìn)行封閉。在內(nèi)環(huán)即缸座1中燃燒氣缸5相對(duì)應(yīng)的位置外，各有一個(gè)功環(huán)內(nèi)舌片19共三個(gè)，功環(huán)內(nèi)舌片19的寬度與環(huán)腔寬度相同，長(zhǎng)度是大于環(huán)體外半徑與內(nèi)半徑之差多一些，其形狀是一片狀，可成扇形開啟和閉合，舌片軸在內(nèi)環(huán)即缸座1上。轉(zhuǎn)動(dòng)中，功環(huán)凸起外舌片18和剛滑過的功環(huán)內(nèi)舌片19形成一個(gè)環(huán)腔內(nèi)腔，它下面的功環(huán)氣缸連通孔20也剛打開，燃燒氣缸5中的能量氣體就進(jìn)入到這環(huán)腔內(nèi)腔中繼續(xù)膨脹推動(dòng)功環(huán)外環(huán)體17向著功環(huán)凸起外舌片18的方向沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。膨脹使環(huán)腔內(nèi)腔越來越大，最終到功環(huán)凸起外舌片18滑過一個(gè)功環(huán)腔排氣口21時(shí)，內(nèi)腔中的廢氣就從這里排出，這一環(huán)腔內(nèi)腔也因此消失，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，功環(huán)凸起外舌片18和下一個(gè)剛滑過的功環(huán)內(nèi)舌片19形成一新的環(huán)腔內(nèi)腔。
如圖6所示，在壓縮機(jī)環(huán)形氣缸8中，空氣從外進(jìn)氣管27進(jìn)入到缸座1里，經(jīng)過環(huán)管總進(jìn)氣管26到進(jìn)氣環(huán)管24中，進(jìn)氣環(huán)管24上有三個(gè)分別向下的內(nèi)進(jìn)氣管25，空氣就從這里進(jìn)到三個(gè)壓環(huán)吸氣入口12處，完成了向壓縮機(jī)環(huán)形氣缸8中的進(jìn)氣。在做功機(jī)環(huán)形氣缸16中，廢氣從功環(huán)腔排氣口21排進(jìn)內(nèi)排氣管30，有三個(gè)內(nèi)排氣管30分別向上到排氣環(huán)管28中，從排氣環(huán)管28向外有一段環(huán)管總排氣管29，出缸座1與外排氣管31相連，將廢氣排出機(jī)體外。
如圖5所示，直筒軸3內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽4展開圖線，是從0°開始陡直向下再稍平緩過88°左右到最底部，然后沿底部平直向前過42°(即130°)左右開始平滑緩斜向上，直到經(jīng)過230°又到最高點(diǎn)，即又回到初始狀態(tài)0°。活塞桿7末端的拐頭就插入在這條曲線即軌跡曲線凹槽4中，軌跡曲線凹槽4決定和引導(dǎo)活塞門6上下運(yùn)動(dòng)的時(shí)點(diǎn)和位置。曲線形狀變化，各點(diǎn)的角度數(shù)據(jù)都會(huì)引起變化。軌跡曲線凹槽4與B線有兩個(gè)交點(diǎn)如圖5所示，這是決定活塞門6下滑打開和向上封閉功環(huán)氣缸連通孔20的位置點(diǎn)。圖中角度數(shù)據(jù)是在本發(fā)明設(shè)計(jì)尺寸的基礎(chǔ)上，按幾何圖求得的一種。在一個(gè)同一直徑缸座機(jī)體中這一套角度數(shù)據(jù)可以有多種。實(shí)際中應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)一條最佳曲線。
結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在初始狀態(tài)0°時(shí)點(diǎn)位置上，壓環(huán)凸起外舌片10在+80°(-280°)，功環(huán)凸起外舌片18在-25°(+335°)，軌跡曲線凹槽4上一點(diǎn)最高轉(zhuǎn)而就要向下的一點(diǎn)在0°，其中一個(gè)燃燒氣缸5中活塞門6在最頂部。點(diǎn)火開始，活塞門6被膨脹氣體推動(dòng)向下，活塞門6帶動(dòng)活塞桿7末端拐頭抵動(dòng)在直筒軸3內(nèi)壁的軌跡曲線凹槽4的最高點(diǎn)處迅速向下，抵動(dòng)在這一段陡直向下的斜面上，產(chǎn)生了一個(gè)很大的轉(zhuǎn)動(dòng)力使直筒軸3開始轉(zhuǎn)動(dòng)，與之同步轉(zhuǎn)動(dòng)的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸8，做功機(jī)環(huán)形氣缸16與中軸2也一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來。在抵動(dòng)直筒軸3轉(zhuǎn)動(dòng)中，內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽4下滑已到了B線位置，是在曲線上40°處，功環(huán)氣缸連通孔20打開，功環(huán)凸起外舌片18也剛滑過了功環(huán)內(nèi)舌片19，燃燒氣缸5排出的膨脹氣體正好進(jìn)入到功環(huán)內(nèi)舌片19和與剛滑過的功環(huán)凸起外舌片18所形成環(huán)腔內(nèi)腔中，就繼續(xù)接力在做功機(jī)環(huán)形氣缸16中膨脹做功推動(dòng)功環(huán)外環(huán)體17向著功環(huán)凸起外舌片18的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。曲線繼續(xù)向下，功環(huán)氣缸連通孔20開到了最大，是在曲線上88°處。在曲線上115°處，功環(huán)凸起外舌片18到了功環(huán)腔排氣口21的位置，功環(huán)腔內(nèi)腔排氣開始。這時(shí)曲線已下滑到了最底部而平直向前，這時(shí)是在慣性轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)角€上120°時(shí)點(diǎn)位置時(shí)，下一個(gè)燃燒氣缸5又開始點(diǎn)火了。前一個(gè)燃燒氣缸5仍在自由排氣。曲線在130°位置處又開始平滑緩斜向上，在曲線上160°位置時(shí)，壓縮機(jī)環(huán)形氣缸8開始向這個(gè)燃燒氣缸5中壓氣了，此時(shí)曲線還沒有上交到B線上，燃燒氣缸5底部的功環(huán)氣缸連通孔20還未關(guān)閉，缸中的廢氣便被擠排出去，在曲線的240處，曲線向上已相交到B線，燃燒氣缸5底部的功環(huán)氣缸連通孔20已被關(guān)閉，壓氣仍在繼續(xù)直到再經(jīng)過40°在曲線上280°處結(jié)束，從壓氣開始到壓氣結(jié)束所經(jīng)過的角度稱壓氣角。如圖5所示，壓氣角為120°。同時(shí)，在從曲線上240°處開始，曲線向上也推動(dòng)活塞門6向上壓縮燃燒氣缸5中的空氣到360°處，壓縮燃燒氣缸5內(nèi)空氣壓力到最大。這時(shí)軌跡曲線凹槽4從0°轉(zhuǎn)過了360°，這個(gè)燃燒氣缸5的下一個(gè)初始狀態(tài)0°又開始了。其他兩個(gè)氣缸也同上。
附注附圖中的畫圖尺寸，是按活塞直徑108mm，活塞的有效行程132mm，按比例縮小7.2，其他尺寸均按比例畫，畫得下為止，重點(diǎn)在直徑和曲線的高度和展開周長(zhǎng)上，個(gè)別處可能不符合比例，大致是這樣。這里所說有效行程是指活塞頂面從最高點(diǎn)下滑到功環(huán)氣缸連通孔20上線的位置所經(jīng)過的距離。
權(quán)利要求
1.一種直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)包括有缸座(1)、中軸(2)、裝在缸座(1)上的燃燒氣缸(5)、活塞門(6)、活塞桿(7)；分上下放置圍套在缸座(1)上部圓柱體柱面外的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)和做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)、環(huán)缸外套(22)，缸座(1)下部圓柱體外柱面上的活塞桿滑槽(23)及包圍裝在外面的直筒軸(3)以及內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽(4)等，其特征在于缸座(1)為與外界相連的固定體，中軸(2)插入缸座(1)軸心的中軸孔上下貫通，可相對(duì)于缸座(1)轉(zhuǎn)動(dòng)，做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)和它上面的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)又通過環(huán)缸外套(22)固定聯(lián)接在一起圍套在缸座(1)上部圓柱體柱面外，直筒軸(3)從下部套裝入缸座(1)下部圓柱體柱面外，下端面與中軸(2)固定聯(lián)接，上端面與做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)底部固定聯(lián)接，做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)和壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)及直筒軸(3)與中軸(2)一起為同步轉(zhuǎn)動(dòng)。壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)是向燃燒氣缸(5)中壓氣及擠排氣，做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)是接力燃燒氣缸(5)中排出的能量氣體繼續(xù)在其環(huán)腔里膨脹做功。燃燒氣缸(5)固定在缸座(1)內(nèi)，活塞門(6)裝在燃燒氣缸(5)中，活塞桿(7)的上端與活塞門(6)固定連接，下端伸出燃燒氣缸(5)的底端外在活塞桿滑槽(23)里，其末端拐頭向外插入到直筒軸(3)內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽(4)中。在缸座(1)上部外柱面上端的壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)，它包括有壓環(huán)外環(huán)體(9)、內(nèi)環(huán)即缸座(1)、壓環(huán)凸起外舌片(10)、壓環(huán)內(nèi)舌片(11)、壓環(huán)吸氣入口(12)、壓環(huán)吸口單向閥(13)、壓環(huán)氣進(jìn)缸口(14)、壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥(15)。其特征在于壓環(huán)外環(huán)體(9)是一槽形圓環(huán)體，槽口在環(huán)體內(nèi)側(cè)圍套在內(nèi)環(huán)即缸座(1)外柱面上，形成一環(huán)腔，外環(huán)體上有一頂面與環(huán)腔同高，平滑向環(huán)底底面兩邊不對(duì)稱延伸、最終重合于底面的凸起塊為壓環(huán)凸起外舌片(10)，它與壓環(huán)內(nèi)舌片(11)可封閉住環(huán)腔上的一段，稱這段為環(huán)腔內(nèi)腔，相對(duì)于環(huán)腔內(nèi)腔外的環(huán)腔就稱環(huán)腔外腔。壓環(huán)吸氣入口(12)通向內(nèi)環(huán)即缸座(1)內(nèi)，通過內(nèi)進(jìn)氣管(25)向上，進(jìn)入到缸座(1)上部環(huán)形的進(jìn)氣環(huán)管(24)中，進(jìn)氣環(huán)管(24)上有一段環(huán)管總進(jìn)氣管(26)與外進(jìn)氣管(27)連接，從這里吸入空氣。壓環(huán)吸氣入口(12)處有一壓環(huán)吸口單向閥(13)，當(dāng)處在環(huán)腔外腔時(shí)受負(fù)壓便會(huì)打開，外界空氣進(jìn)入環(huán)腔里，當(dāng)處在環(huán)腔內(nèi)腔時(shí)受正壓又會(huì)自行關(guān)閉，環(huán)腔與外界封閉。壓環(huán)氣進(jìn)缸口(14)處的壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥(15)，當(dāng)處在環(huán)腔內(nèi)腔時(shí)受壓力會(huì)被沖開，向燃燒氣缸(5)中壓氣，當(dāng)處在環(huán)腔外腔時(shí)壓力撤消，燃燒氣缸(5)中的壓力會(huì)壓迫壓環(huán)進(jìn)缸口單向閥(15)關(guān)閉，將燃燒氣缸(5)封閉。在缸座(1)上部外柱面下端的做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)是結(jié)構(gòu)相同于壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)的另一功能形式，功能差異是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)方向上的不同。也是可成一獨(dú)立系統(tǒng)的組合體，它包括有功環(huán)外環(huán)體(17)、內(nèi)環(huán)即缸座(1)、功環(huán)凸起外舌片(18)、功環(huán)內(nèi)舌片(19)、功環(huán)氣缸連通孔(20)、功環(huán)腔排氣口(21)。其特征在于功環(huán)外環(huán)體(17)的槽形環(huán)體與內(nèi)環(huán)即缸座(1)圍成一個(gè)環(huán)腔，外環(huán)體上的功環(huán)凸起外舌片(18)與一個(gè)功環(huán)內(nèi)舌片(19)可形成環(huán)腔內(nèi)腔。功環(huán)氣缸連通孔(20)在燃燒氣缸(5)的下部，活塞門(6)向下滑過功環(huán)氣缸連通孔(20)后，燃燒氣缸(5)中的氣體就進(jìn)入到這環(huán)腔內(nèi)腔中繼續(xù)膨脹做功，推動(dòng)做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)轉(zhuǎn)動(dòng)。環(huán)腔里的廢氣就從功環(huán)腔排氣口(21)向內(nèi)環(huán)即缸座(1)內(nèi)通過內(nèi)排氣管(30)向上，到上部缸座(1)上部環(huán)形的排氣環(huán)管(28)中，排氣環(huán)管(28)上有一段環(huán)管總排氣管(29)與外排氣管(31)連接，廢氣從這里排出。
2.一種環(huán)形氣缸如權(quán)利要求1所述，壓縮機(jī)環(huán)形氣缸(8)、做功機(jī)環(huán)形氣缸(16)可統(tǒng)一合稱為環(huán)形氣缸(8)“和(16)”，可獨(dú)自成一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它包括有外環(huán)體(9)“和(17)”、內(nèi)環(huán)(1)、外舌片(10)“和(18)”、內(nèi)舌片(11)“和(19)”、孔I(12)“和(20)”、孔II(14)“和(21)”、單向閥I(13)、單向閥II(15)這八大部件，其特征在于外環(huán)體(9)“和(17)”是一個(gè)槽形圓環(huán)體，開口在環(huán)內(nèi)側(cè)，圍套在內(nèi)環(huán)(1)的外圓柱面上形成一個(gè)封閉的環(huán)腔，環(huán)腔截面為矩形，進(jìn)排氣通道經(jīng)過內(nèi)環(huán)(1)中外出與外界連接，外舌片(10)“和(18)”是固定在外環(huán)體(9)“和(17)”上一平圓滑凸起塊，其高度是環(huán)體外半徑與內(nèi)半徑之差，寬度與環(huán)腔寬度相同，其形狀是沿凸起頂面向環(huán)體的底面兩邊平滑的不對(duì)稱的延伸，與環(huán)體底面平滑重合，可封閉住環(huán)腔的一面。內(nèi)舌片(11)“和(19)”寬度與環(huán)腔寬度相同，長(zhǎng)度是大于環(huán)體外半徑與內(nèi)半徑之差多一些，短了就會(huì)背過去。其形狀是一片狀，可成扇形開啟和閉合，可封閉住環(huán)腔的另一面，舌片軸固定在內(nèi)環(huán)(1)上?？譏(12)“和(20)”和孔II(14)“和(21)”，是根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)功能再確定為是進(jìn)氣孔還是作為排氣孔，單向閥I(13)、單向閥II(15)是根據(jù)實(shí)際功能確定放置。實(shí)際應(yīng)用中環(huán)形氣缸可單個(gè)或幾個(gè)組合起來使用。
3.如權(quán)利要求1所述，直筒軸(3)內(nèi)壁上的軌跡曲線凹槽缸座(4)，是一條從最高點(diǎn)向下到底部，然后平直一段向前，然后再緩斜向上又回到最高點(diǎn)這樣的一條閉合曲線。其特征在于在直筒軸內(nèi)壁上刻上的一條曲線凹槽。在初始狀態(tài)從最高點(diǎn)陡直向下為做功段，做功功能減弱在最底部。然后到底部平直向前一段，改緩斜向上直到初始狀態(tài)的最高點(diǎn)，在這一段的功能主要是引導(dǎo)活塞桿(7)繼而引導(dǎo)活塞門(6)的運(yùn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)位置。軌跡曲線凹槽缸座(4)在直筒軸(3)內(nèi)壁上是成一封閉曲線。這條曲線在實(shí)際設(shè)計(jì)中的形狀是復(fù)雜多變的，應(yīng)根據(jù)綜合因素確定一條最佳曲線形狀。實(shí)施例中舉出的只是一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直筒軸環(huán)形氣缸式內(nèi)燃機(jī)，同時(shí)涉及一種環(huán)形氣缸發(fā)明。直筒軸、環(huán)形氣缸確立了這一全新結(jié)構(gòu)、全新做功方式新內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)模式。變曲軸為直筒軸傳動(dòng)，并以一個(gè)環(huán)型氣缸作壓縮機(jī)用，向燃燒氣缸提供足夠的空氣，以另一個(gè)環(huán)形氣缸作做功機(jī)用，接力燃燒氣缸排出的膨脹能量氣體，繼續(xù)膨脹做功，延伸了燃燒氣缸的膨脹空間，并簡(jiǎn)化了排氣、吸氣氣門結(jié)構(gòu)，整體更符合機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性和燃料燃燒特性，可提升做功性能，達(dá)到節(jié)能的效果。盡管有新型能源發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，但今后一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，石油資源仍占據(jù)主導(dǎo)能源的地位，從根本結(jié)構(gòu)上改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的性能會(huì)更有利于節(jié)能。環(huán)形氣缸可應(yīng)用于蒸汽機(jī)、壓縮機(jī)、抽氣機(jī)方面，也可應(yīng)用于冰箱壓縮機(jī)上。
文檔編號(hào)F02B41/00GK1800607SQ20051012252
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者安憲民 申請(qǐng)人:安憲民