專利名稱：慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自由活塞式發(fā)動機領域。
背景技術：
在發(fā)動機領域中，所謂自由活塞式發(fā)動機包括直線式自由活塞式發(fā)動機和 擺動式自由活塞式發(fā)動機。近年來，自由活塞式發(fā)動機的研究和開發(fā)倍受關注。 實驗表明，自由活塞式發(fā)動機具有效率高，污染物生成少，造價低等優(yōu)勢。但 自由活塞式發(fā)動機也有其發(fā)展的瓶頸即往復運動的動力輸出如何高效，可靠地 轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力源使用。雖然目前有不少研究中有利用液壓動力系統(tǒng)或發(fā)電系 統(tǒng)等將自由活塞式發(fā)動機往復式運動輸出轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)或其他形式的動力源，但 其轉(zhuǎn)換的效率和成本都需要進一步的改進。若采用傳統(tǒng)的曲軸式，則使自由活 塞的最大優(yōu)勢無法得以體現(xiàn)，與傳統(tǒng)的往復式發(fā)動機基本上沒有區(qū)別。除此之 外，當自由活塞式發(fā)動機采用四沖程工作模式時，對發(fā)動機配氣機構(gòu)的控制就 很難實現(xiàn)。為此本發(fā)明人申請了自由活塞式旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機(專利申請?zhí)?br>
200820180152. 4)，通過在自由活塞式發(fā)動機中設置彈性曲柄連桿機構(gòu)將直線 往復式和擺動式運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力輸出，發(fā)動機的效率較目前已有的轉(zhuǎn)化方 式高，且輸出的旋轉(zhuǎn)動力可作正時控制。但該機構(gòu)中由于設置了彈簧，導致該 機構(gòu)體積大，且在發(fā)動機高速運行時，彈性曲柄連桿機構(gòu)中的彈簧會進行高頻 率的壓縮變形，這樣不僅造成了能量的損耗，還加快了彈簧的磨損，從而影響 了發(fā)動機的效率和壽命，要是能夠提出一種更高效的，更可靠的將自由活塞式 發(fā)動機的往復直線式或擺動式動力輸出轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力輸出的新型解決方案， 將進一步提高自由活塞式發(fā)動機的應用前景。
發(fā)明內(nèi)容
為了能夠高效的，可靠的將自由活塞式發(fā)動機的往復直線式或擺動式動力 輸出轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力輸出，進一步提高自由活塞式發(fā)動機的效率，本發(fā)明公開
了一種慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機，包括自由活塞式發(fā)動機，行星軸，具體實現(xiàn)形式如下
所述行星軸與齒輪A固連，所述齒輪A與齒輪B相互嚙合，所述齒輪A與 旋轉(zhuǎn)慣量體A直接或間接連接，所述齒輪B設為具有一定慣量的慣量齒輪C或 設為與旋轉(zhuǎn)慣量體B直接或間接連接，所述行星軸與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)動連接，所 述自由活塞式發(fā)動機的直線往復式或擺動式動力輸出端直接或間接與所述齒 輪B連接，或所述自由活塞式發(fā)動機的直線往復式或擺動式動力輸出端直接或 間接與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件連接。
所述旋轉(zhuǎn)慣量體A設為飛輪A,或設為具有一定慣量的慣量齒輪D，或設 為相互嚙合的齒輪C和慣量齒輪E構(gòu)成的慣量結(jié)構(gòu)體A，或設為設置有慣性蓄 能結(jié)構(gòu)A的旋轉(zhuǎn)體A，所述旋轉(zhuǎn)慣量體B設為飛輪B，或設為具有一定慣量的 慣量齒輪F，或設為相互嚙合的齒輪D和慣量齒輪G構(gòu)成的慣量結(jié)構(gòu)體B，或 設為設置有慣性蓄能結(jié)構(gòu)B的旋轉(zhuǎn)體B。
所述行星軸設為差速器殼體內(nèi)的行星輪軸，所述齒輪A設為所述差速器殼 體內(nèi)的行星輪，所述旋轉(zhuǎn)慣量體A設為所述差速器的半軸齒輪A，所述半軸齒 輪A直接或間接與旋轉(zhuǎn)慣量體C連接，所述齒輪B設為所述差速器的半軸齒輪 B，所述半軸齒輪B直接或間接與所述旋轉(zhuǎn)慣量體B連接，所述自由活塞式發(fā) 動機的直線往復式或擺動式動力輸出端直接或間接與行星輪軸連接。
所述旋轉(zhuǎn)體A和所述旋轉(zhuǎn)體B設置的慣性蓄能結(jié)構(gòu)會依據(jù)轉(zhuǎn)速的變化自動 調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)體慣量的大小。
本發(fā)明中所述自由活塞式發(fā)動機是指直線式自由活塞式發(fā)動機、擺動活塞 式發(fā)動機、擺動活塞式轉(zhuǎn)子發(fā)動機、弧形缸轉(zhuǎn)子發(fā)動機和弧形缸擺動活塞式發(fā) 動機。這類發(fā)動機具有共同的特點，活塞在爆炸沖程開始時就具有力矩，而且 沒有可以用來對四沖程發(fā)動機的配氣機構(gòu)等系統(tǒng)進行正時控制的旋轉(zhuǎn)動力源。 所謂擺動活塞式發(fā)動機是指活塞在氣缸內(nèi)擺動，形成容積變化，而構(gòu)成的發(fā)動 機，此種發(fā)動機的活塞和氣缸不作圓周運動；所謂擺動活塞式轉(zhuǎn)子發(fā)動機，是 指與擺動活塞式發(fā)動機結(jié)構(gòu)相同，但活塞在擺動的同時還作圓周運動；弧形缸 擺動活塞式發(fā)動機和弧形缸轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)與擺動活塞式發(fā)動機和擺動活 塞式轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)不同，所謂弧形缸擺動活塞式發(fā)動機是指氣缸的中心線設為弧形，氣缸的斷面設為圓形或非圓形，活塞的活塞連接件設在氣缸的燃燒 室密封段之外，將氣缸和活塞中的一類設為固定式的發(fā)動機；若將氣缸和活塞 設為以所述氣缸中心弧線的圓心為圓心旋轉(zhuǎn)并相對擺動式，則構(gòu)成所謂弧形缸 轉(zhuǎn)子發(fā)動機。擺動活塞式發(fā)動機和弧形缸擺動活塞式發(fā)動機各自均具有兩個擺 動系統(tǒng)。
本發(fā)明是通過將自由活塞式發(fā)動機的往復直線式或擺動式的輸出動力轉(zhuǎn) 化為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件的擺動式動力，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件將擺動動力經(jīng)行星軸、齒輪A和與 其連接的旋轉(zhuǎn)慣量體，使齒輪B最終以旋轉(zhuǎn)動力輸出，或是通過將自由活塞式 發(fā)動機的往復直線式或擺動式的輸出動力轉(zhuǎn)化為齒輪B的擺動式動力，通過適 當調(diào)整各慣量體的慣量或經(jīng)嚙合齒輪改變慣量體的轉(zhuǎn)速，使旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件始終具 有同一旋轉(zhuǎn)方向的切向力，從而使旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件輸出旋轉(zhuǎn)動力，或是將自由活塞 式發(fā)動機的往復直線式或擺動式的輸出動力轉(zhuǎn)化為差速器殼體的擺動式動力， 通過在差速器的兩個半軸齒輪上分別設置慣量體，使差速器中的一個半軸齒輪 輸出旋轉(zhuǎn)動力。本發(fā)明所述慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機輸出的旋轉(zhuǎn)動力只作為整個發(fā) 動機的旋轉(zhuǎn)動力輸出，正時旋轉(zhuǎn)動力可由彈性連桿機構(gòu)或其他機構(gòu)來實現(xiàn)，這 樣彈性連桿機構(gòu)各部件就可以設計的很小，從而減小了發(fā)動機的能量損耗，提 高了效率。
本發(fā)明中的所述自由活塞式旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機可設為行程自由式，行程限定 式或負荷響應式自由活塞旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機。行程自由式是指自由活塞旋轉(zhuǎn)動力 發(fā)動機的行程和兩端的止點不受限制；行程限定式是指通過液壓式，機械式或 電磁式限定裝置將活塞的行程限定；負荷響應式是指自由活塞旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機 的行程(排氣量)和壓縮比同時可控可調(diào)式。
本發(fā)明中所述各類齒輪或慣量齒輪也可設為鏈輪或帶輪。 本發(fā)明有以下有益的效果所述慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單，效率高， 能夠較高效、可靠地實現(xiàn)將往復直線式或擺動式動力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力輸出。
工作原理
本發(fā)明所述慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機是將自由活塞式發(fā)動機的直線往復式或擺動式輸出動力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件的擺動動力，從而使得與其轉(zhuǎn)動連接的行星
軸上所固連的齒輪A繞齒輪B公轉(zhuǎn)，目的是為實現(xiàn)齒輪B輸出旋轉(zhuǎn)動力。
假設旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件擺動的兩個極限位置分別為位置a和位置b (見圖2)。當 發(fā)動機的輸出端未輸出動力時，齒輪A和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件處于a位置，且齒輪A和 齒輪B由啟動馬達驅(qū)動各自具有一定的初始動能，旋轉(zhuǎn)方向均為順時針，齒輪 A和齒輪B的傳動符合定軸傳動。
當發(fā)動機輸出端輸出動力時，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件由a位置擺動到b位置(順時針 方向)。在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件擺動的過程中，齒輪A對齒輪B有順時針的切向力作用， 使得齒輪B順時針加速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動動能增加，同時齒輪A因受到齒輪B的反作 用力，齒輪A的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速降低，能量減少，此時齒輪B獲得的能量應為發(fā)動機 輸出端的能量以及齒輪A自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速降低釋放出的能量(在不考慮各類磨擦損耗) 之和；當旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件擺動到b位置停止時，齒輪B和齒輪A要以定軸傳動比傳 動，齒輪B會釋放部分能量給齒輪A，使齒輪A的轉(zhuǎn)速提高，能量增加，齒輪 B的轉(zhuǎn)速降低，能量相應減少。在這一過程中，旋轉(zhuǎn)慣量體的作用是保證與其 連接的齒輪始終是繞著自身的軸線同一方向旋轉(zhuǎn)。因此旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體和齒輪A在 b位置時，齒輪A和齒輪B均獲得了發(fā)動機輸出端一個沖程的能量，齒輪A的 自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和齒輪B的轉(zhuǎn)速較初始位置吋提高。
當發(fā)動機輸出端輸出相反的動力時，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件由b位置又返回到a位置 (逆時針方向)。在這個過程中，齒輪A與齒輪B的嚙合齒面與上一過程不同， 齒輪A作用給齒輪B的力與齒輪B的旋轉(zhuǎn)方向相反，齒輪B減速，因齒輪A受 到齒輪B的反作用力與齒輪A的自轉(zhuǎn)方向相同，使得齒輪A順時針方向的自轉(zhuǎn) 加速，此時齒輪A獲得的能量應為齒輪B減速釋放出的能量與發(fā)動機輸出端輸 出的能量之和(在不考慮各類摩擦損耗)。當旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體擺動到a位置停止時， 齒輪A和齒輪B要以定軸傳動比傳動，齒輪A要釋放出部分能量給齒輪B使其 加速，此時齒輪A和齒輪B的能量在上一過程的基礎上又增加了一個沖程的能 量，齒輪B的轉(zhuǎn)速和齒輪A的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速進一步提高。
如此往復，由于與齒輪A和齒輪B連接的旋轉(zhuǎn)慣量體的作用，使得齒輪A 始終是以同一方向自轉(zhuǎn)，齒輪B始終是以同一方向旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速不斷提高，從而
6向外輸出能量。
同理，差速器也能實現(xiàn)將直線往復式或擺動式動力輸出轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力輸 出，其結(jié)構(gòu)與上述結(jié)構(gòu)是等價的。
圖1是本發(fā)明的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是圖1的A-A向視圖
圖3是本發(fā)明自由活塞的動力輸出為擺動式的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖4是本發(fā)明自由活塞的動力輸出為往復直線式的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖5是本發(fā)明所述慣量旋轉(zhuǎn)體A設為慣量齒輪的實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖6是本發(fā)明所述所述慣量旋轉(zhuǎn)體A設為由齒輪和慣量齒輪構(gòu)成的慣量結(jié)構(gòu)體
的實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖7是本發(fā)明所述齒輪A與齒輪B為外嚙合的實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖8是本發(fā)明所述齒輪A與齒輪B為外嚙合的另一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖9是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)慣量體A和旋轉(zhuǎn)慣量體B分別設置有慣量蓄能結(jié)構(gòu)的實施例
結(jié)構(gòu)示意圖
圖10是圖9的B向視圖
圖11是本發(fā)明所述慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機的另一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施方式
附圖編號
1.自由活塞式發(fā)動機 2.行星軸 3.齒輪A
4.齒輪B 5.旋轉(zhuǎn)慣量體A 6.旋轉(zhuǎn)慣量體B
7.旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件 8.動力輸出端 9.慣量齒輪10.飛輪A
13.慣量齒輪E
16.旋轉(zhuǎn)體A
19.齒輪D
22.慣量蓄能結(jié)構(gòu)B
25.殼體
28.半軸齒輪A
11.慣量齒輪D 14.慣量結(jié)構(gòu)體A
17.飛輪B20.
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23.旋轉(zhuǎn)體B 26.行星輪軸 29.旋轉(zhuǎn)慣量體C
12.齒輪C 15.慣量蓄能結(jié)構(gòu)A 18.慣量齒輪F 21.慣量結(jié)構(gòu)體B 24.差速器 27.行星輪 30.半軸齒輪B
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明
請參照圖1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9和10所示慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機， 包括自由活塞式發(fā)動機1，行星軸2，所述行星軸2與齒輪A3固連，所述齒 輪A3與齒輪B4相互嚙合，所述齒輪A3與旋轉(zhuǎn)慣量體A5直接或間接連接，所 述齒B4)設為具有一定慣量的慣量齒輪C9或設為與旋轉(zhuǎn)慣量體B6直接或間接 連接，所述行星軸2與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件7轉(zhuǎn)動連接，所述自由活塞式發(fā)動機1的直 線往復式或擺動式動力輸出端8直接或間接與所述齒輪B4連接，或所述自由 活塞式發(fā)動機1的直線往復式或擺動式動力輸出端8直接或間接與所述旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)件7連接。
請參照圖1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9和10所示慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機， 所述旋轉(zhuǎn)慣量體A5設為飛輪A10，或設為具有一定慣量的慣量齒輪D11，或設 為相互嚙合的齒輪C12和慣量齒輪E13構(gòu)成的慣量結(jié)構(gòu)體A14，或設為設置有 慣性蓄能結(jié)構(gòu)A15的旋轉(zhuǎn)體A16，所述旋轉(zhuǎn)慣量體B6設為飛輪B17，或設為具 有一定慣量的慣量齒輪F18，或設為相互嚙合的齒輪D19和慣量齒輪G20構(gòu)成 的慣量結(jié)構(gòu)體B21 ，或設為設置有慣性蓄能結(jié)構(gòu)B22的旋轉(zhuǎn)體B23。
請參照圖11所示慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機，所述行星軸2設為差速器24殼體 25內(nèi)的行星輪軸26，所述齒輪A3設為所述差速器24殼體25內(nèi)的行星輪27， 所述旋轉(zhuǎn)慣量體A5設為所述差速器24的半軸齒輪A28，所述半軸齒輪A28直 接或間接與旋轉(zhuǎn)慣量體C29連接，所述齒輪B設為所述差速器24的半軸齒輪B30，所述半軸齒輪B30直接或間接與所述旋轉(zhuǎn)慣量體B6連接，所述自由活塞 式發(fā)動機1的直線往復式或擺動式動力輸出端8直接或間接與行星輪軸12連接。
權(quán)利要求
1.一種慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機，包括自由活塞式發(fā)動機(1)，行星軸(2)，其特征在于所述行星軸(2)與齒輪A(3)固連，所述齒輪A(3)與齒輪B(4)相互嚙合，所述齒輪A(3)與旋轉(zhuǎn)慣量體A(5)直接或間接連接，所述齒輪B(4)設為具有一定慣量的慣量齒輪C(9)或設為與旋轉(zhuǎn)慣量體B(6)直接或間接連接，所述行星軸(2)與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件(7)轉(zhuǎn)動連接，所述自由活塞式發(fā)動機(1)的直線往復式或擺動式動力輸出端(8)直接或間接與所述齒輪B(4)連接，或所述自由活塞式發(fā)動機(1)的直線往復式或擺動式動力輸出端(8)直接或間接與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件(7)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機，其特征在于所述旋 轉(zhuǎn)慣量體A (5)設為飛輪A (10)，或設為具有一定慣量的慣量齒輪D (11)， 或設為相互嚙合的齒輪C (12)和慣量齒輪E (13)構(gòu)成的慣量結(jié)構(gòu)體A (14)， 或設為設置有慣性蓄能結(jié)構(gòu)A (15)的旋轉(zhuǎn)體A (16)，所述旋轉(zhuǎn)慣量體B (6) 設為飛輪B (17)，或設為具有一定慣量的慣量齒輪F (18)，或設為相互嚙合 的齒輪D (19)和慣量齒輪G (20)構(gòu)成的慣量結(jié)構(gòu)體B (21)，或設為設置有 慣性蓄能結(jié)構(gòu)B (22)的旋轉(zhuǎn)體B (23)。
3. 如權(quán)利要求1所述慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機，其特征在于所述行星軸(2) 設為差速器(24)殼體(25)內(nèi)的行星輪軸(26)，所述齒輪A (3)設為所述 差速器(24)殼體(25)內(nèi)的行星輪(27)，所述旋轉(zhuǎn)慣量體A (5)設為所述 差速器(24)的半軸齒輪A (28)，所述半軸齒輪A (28)直接或間接與旋轉(zhuǎn)慣 量體C (29)連接，所述齒輪B設為所述差速器(24)的半軸齒輪B (30)，所 述半軸齒輪B (30)直接或間接與所述旋轉(zhuǎn)慣量體B (6)連接，所述自由活塞 式發(fā)動機(1)的直線往復式或擺動式動力輸出端(8)直接或間接與行星輪軸(12)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種慣量旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機，包括自由活塞式發(fā)動機，行星軸，所述行星軸與齒輪A固連，所述齒輪A與齒輪B相互嚙合，所述齒輪A與旋轉(zhuǎn)慣量體A直接或間接連接，所述齒輪B設為具有一定慣量的慣量齒輪C或設為與旋轉(zhuǎn)慣量體B直接或間接連接，所述行星軸與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)動連接，所述自由活塞式發(fā)動機的直線往復式或擺動式動力輸出端直接或間接與所述齒輪B連接，或所述自由活塞式發(fā)動機的往復式或擺動式動力輸出端直接或間接與所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件連接。本發(fā)明將自由活塞式發(fā)動機的直線往復式或擺動式運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，效率高，結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號F02B71/00GK101555831SQ200810187999
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪