專利名稱：一種活塞式動(dòng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)力機(jī)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有活塞式動(dòng)力機(jī)如內(nèi)燃機(jī)中，將氣缸活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出 采用的均是連桿-曲軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，即內(nèi)燃機(jī)中的活塞-連桿-曲軸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在連 桿-曲軸傳動(dòng)中，傳動(dòng)力臂最大為連桿與曲軸旋轉(zhuǎn)圓周相切位置，最小為連桿延長(zhǎng)線經(jīng)過(guò) 曲軸旋轉(zhuǎn)圓周中心位置，并且此時(shí)力臂為零，由于力臂不斷變化，因此轉(zhuǎn)換的效率極低，這 也是阻礙動(dòng)力機(jī)進(jìn)一步提高能源利用率的瓶頸。于此同時(shí)，由于采用的曲軸形式，其體積也 較大，同時(shí)也限制了活塞行程和氣缸大小的自由設(shè)計(jì)，這是阻礙高效率活塞動(dòng)力機(jī)發(fā)展的 重要原因。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種體積小、高效的活塞 式動(dòng)力機(jī)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種活塞式動(dòng)力機(jī)，包括動(dòng)力機(jī)缸體以及安裝于缸體內(nèi)的活塞組件，所述的活塞 組件包括位于兩端對(duì)稱安裝的活塞，活塞固定于連桿兩端，在連桿上設(shè)置有沿活塞運(yùn)動(dòng)方 向布置的齒條以及與齒條嚙合的齒輪，齒輪通過(guò)單向軸承固定于動(dòng)力機(jī)動(dòng)力輸出軸上。作為對(duì)上述方案的改進(jìn)，所述的齒條以及齒輪至少包括兩對(duì)，兩齒條上下平行布 置，且兩齒條在豎直面上錯(cuò)位分布，兩齒輪位于兩齒條之間且同軸心安裝，兩齒輪分別與兩 齒條嚙合，固定兩齒輪的兩單向軸承同方向鎖死。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在活塞與缸體內(nèi)端面之間為可實(shí)現(xiàn)連續(xù)燃燒做功 方式的燃燒室，在燃燒室內(nèi)壁設(shè)置有進(jìn)氣孔、排氣孔以及進(jìn)油孔，在活塞組件與缸體之間設(shè) 置有防止活塞組件移動(dòng)超出范圍的定位組件。所述的定位組件包括設(shè)置于活塞組件上的定 位卡以及兩個(gè)設(shè)置于缸體上的定位開關(guān)，兩定位開關(guān)距離與活塞組件行程一致。作為對(duì)上述方案的另外一種改進(jìn)，在活塞與缸體內(nèi)端面之間為容納高壓氣體或者 高壓水流的容納腔，在容納腔內(nèi)壁設(shè)置有進(jìn)口、出口，在連桿兩端朝齒輪方向均設(shè)置有剎車 組件。所述的剎車組件包括一弧形剎車片，剎車片與設(shè)置于齒輪上的臺(tái)階圓周面對(duì)應(yīng)，弧形 剎車片通過(guò)活動(dòng)軸以及驅(qū)動(dòng)剎車片恢復(fù)初始狀態(tài)的彈簧安裝于缸體上，在連桿內(nèi)兩端安裝 有用于將剎車片推向齒輪方向的推桿。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.能源利用率大幅度提高現(xiàn)有的連桿-曲軸結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)連桿與曲軸連接點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)至曲軸運(yùn)動(dòng)圓周的切點(diǎn)位置時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率最高(可視為100% )，當(dāng)連桿與曲軸連接 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至連桿延長(zhǎng)線經(jīng)過(guò)曲軸運(yùn)動(dòng)圓周圓心位置時(shí)，其轉(zhuǎn)換率為零(稱之為死點(diǎn))，在曲軸 轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中，連桿與曲軸連接點(diǎn)經(jīng)過(guò)兩個(gè)死點(diǎn)以及兩個(gè)切點(diǎn)，在此過(guò)程中平均的轉(zhuǎn)換率不超過(guò)50%，由此可見(jiàn)其能源利用率低于50% ；而本發(fā)明結(jié)構(gòu)則相當(dāng)于連桿始終作用于 曲軸切點(diǎn)上，轉(zhuǎn)換效率一直處于最高狀態(tài)(可視為100% )，由此可見(jiàn)，與現(xiàn)有連桿-曲軸結(jié) 構(gòu)形式小于50%的能源利用率相比提高了一倍以上。2.氣缸容積密度大幅度提高動(dòng)力機(jī)的氣缸容積密度是指單位體積或重量動(dòng)力 機(jī)的最大氣缸容積，現(xiàn)有的連桿-曲軸動(dòng)力機(jī)氣缸長(zhǎng)度和直徑受曲軸直徑和壓縮比的限 制，氣缸只能單極排列，連桿-曲軸結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)占據(jù)大量的空間體積，以及為了克服曲軸 運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)而必需的其他平衡設(shè)計(jì)等因素，這類動(dòng)力機(jī)只能擁有很小的氣缸容積；而本發(fā) 明可采用平行對(duì)置的多氣缸排列方式，各氣缸排列更加緊湊，氣缸的直徑和長(zhǎng)度可以自由 設(shè)計(jì)，連桿的運(yùn)動(dòng)在氣缸內(nèi)完成，連桿、齒輪的所需的空間小，且無(wú)需過(guò)多的平衡設(shè)計(jì)，氣缸 容積密度可以達(dá)到現(xiàn)有動(dòng)力機(jī)氣缸容積密度的數(shù)倍以上。并且整個(gè)動(dòng)力機(jī)的體積可以做得 更小。3.大幅度提高了氣缸的工作效率本發(fā)明的動(dòng)力機(jī)采取二沖程工作方案和工作 沖程采取連續(xù)供油供氣持續(xù)燃燒做功的工作模式，所以能大幅度提高氣缸的工作效率。4.大幅度提高動(dòng)力機(jī)的功率密度動(dòng)力機(jī)的功率密度為單位體積或重量動(dòng)力機(jī) 的最大功率，與動(dòng)力機(jī)能源轉(zhuǎn)換率、氣缸容積密度、氣缸工作效率等成正比，由上述幾點(diǎn)分 析可知，本發(fā)明動(dòng)力機(jī)的能源轉(zhuǎn)換率、氣缸容積密度、氣缸工作效率均有大幅度提高，所以， 其功率密度也隨之大幅度提高，可達(dá)到現(xiàn)有動(dòng)力機(jī)的十倍甚至數(shù)十倍之多，可與渦輪動(dòng)力 機(jī)的功率密度相當(dāng)。5.便于建造從微型到超大型的動(dòng)力機(jī)本發(fā)明設(shè)計(jì)的動(dòng)力機(jī)結(jié)構(gòu)消除了現(xiàn)有動(dòng) 力機(jī)連桿-曲軸結(jié)構(gòu)存在的弊病，具有極高的能源轉(zhuǎn)換率、氣缸工作效率、氣缸容積密度、 功率密度以及氣缸的長(zhǎng)度和直徑選擇可以根據(jù)需要自由設(shè)計(jì)，并且可以設(shè)計(jì)為兩缸動(dòng)力機(jī) 或者是偶數(shù)個(gè)的多缸動(dòng)力機(jī)，因此，可以非常方便地設(shè)計(jì)、制造出各種尺寸、不同功率、滿足 各種情況要求的動(dòng)力機(jī)，包括內(nèi)燃式動(dòng)力機(jī)，水力式動(dòng)力機(jī)和蒸汽動(dòng)力機(jī)等，比如大型發(fā)電 廠、大型運(yùn)輸工具、高性能微型飛行器等的動(dòng)力機(jī)。

附圖1為本發(fā)明活塞以及連桿、齒輪連接結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明活塞以及連桿、齒輪橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5為附圖4中A部放大結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6為帶有剎車組件的齒輪、單向軸承橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)原 理作進(jìn)一步詳細(xì)描敘本發(fā)明揭示的是一種具有更高能源轉(zhuǎn)換率、氣缸工作效率、氣缸容積密度、功率密 度以及氣缸的長(zhǎng)度和直徑選擇可以根據(jù)需要自由設(shè)計(jì)的動(dòng)力機(jī)，該動(dòng)力機(jī)最大改進(jìn)之處為 摒棄了現(xiàn)有連桿一曲軸形式的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)圓周運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，提出了一種全新的結(jié)構(gòu)方案，
4該結(jié)構(gòu)包括動(dòng)力機(jī)缸體1以及安裝于缸體1內(nèi)的活塞組件2，該活塞組件2包括位于兩端對(duì) 稱安裝的活塞21，活塞21固定于連桿22兩端，在連桿22上設(shè)置有沿活塞運(yùn)動(dòng)方向布置的 齒條23以及與齒條23嚙合的齒輪M，齒輪M通過(guò)單向軸承25固定于動(dòng)力機(jī)動(dòng)力輸出軸 沈上。當(dāng)活塞21連同連桿22、齒條23在缸體1內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，如果齒條23移動(dòng)方向與單向軸 承25鎖死方向一致時(shí)，齒條23驅(qū)動(dòng)齒輪M轉(zhuǎn)動(dòng)形成輸出動(dòng)力；當(dāng)齒條23移動(dòng)方向與單向 軸承25鎖死方向相反時(shí)，齒輪M與輸出軸之間則無(wú)動(dòng)力輸出。詳細(xì)如附圖1所示。由于活塞21在缸體1內(nèi)是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，為了使活塞21在往復(fù)時(shí)都能形成動(dòng)力 輸出，所述的齒條23以及齒輪M至少包括兩對(duì)，兩齒條23上下平行布置，且兩齒條23在豎 直面上錯(cuò)位分布，兩齒輪M位于兩齒條23之間且同軸心安裝，兩齒輪M分別與兩齒條23 對(duì)應(yīng)嚙合，固定兩齒輪23的兩單向軸承25同方向鎖死。詳細(xì)如附圖2所示。在該結(jié)構(gòu)下， 無(wú)論活塞21向哪個(gè)方向移動(dòng)，都會(huì)驅(qū)動(dòng)其中一齒輪產(chǎn)生有效的移動(dòng)，從而使輸出軸能持續(xù) 地轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)的輸出動(dòng)力。再如附圖3所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
一的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了 上述附圖2的活塞組件2結(jié)構(gòu)，在活塞組件2的活塞21與缸體1內(nèi)端面之間為燃燒室，在 燃燒室內(nèi)壁設(shè)置有進(jìn)氣孔、排氣孔以及進(jìn)油孔，同時(shí)，在活塞組件2與缸體1之間設(shè)置有防 止活塞組件2移動(dòng)超出范圍的定位組件3。該定位組件3包括設(shè)置于活塞組件2上的定位 卡31以及兩個(gè)設(shè)置于缸體1上的定位開關(guān)32，兩定位開關(guān)32距離與活塞組件2行程一致。該實(shí)施方案為內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)，在供油供氣方面可以采用連續(xù)供油、供氣方式進(jìn)行連 續(xù)供油供氣，不但能極大提高氣缸的工作效率，更能使氣缸的長(zhǎng)度和直徑的設(shè)計(jì)克服現(xiàn)有 內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮比的限制要求，如果結(jié)合渦輪內(nèi)燃機(jī)增壓方式進(jìn)行供油供氣，則可以極大 地提高內(nèi)燃機(jī)的工作效率。再如附圖4 6所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
二的動(dòng)力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。該動(dòng)力機(jī)為 水力或者蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在活塞21與缸體1內(nèi)端面之間為容納高壓氣體或者高壓水 流的容納腔，在容納腔內(nèi)壁設(shè)置有進(jìn)口、出口，進(jìn)口連通壓力水流或高壓蒸汽，在連桿兩端 朝齒輪方向均設(shè)置有剎車組件4，防止活塞組件2在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到過(guò)大的沖擊。該剎車組 件4包括一弧形剎車片41，剎車片41與設(shè)置于齒輪M上的臺(tái)階圓周面42對(duì)應(yīng)，弧形剎車 片41通過(guò)活動(dòng)軸43以及驅(qū)動(dòng)剎車片41恢復(fù)初始狀態(tài)的彈簧44安裝于缸體1上，在連桿 22內(nèi)兩端安裝有用于將剎車片41推向齒輪方向的推桿45，推桿45通過(guò)彈簧46實(shí)現(xiàn)緩沖。 當(dāng)連桿22移動(dòng)至齒輪M靠近連桿22端部時(shí)，推桿45推動(dòng)活動(dòng)軸43以及剎車片41向臺(tái) 階圓周面42靠近進(jìn)而使剎車片41與臺(tái)階圓周面42發(fā)生摩擦，阻止齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而也 使齒條23和連桿22不再移動(dòng)，起到連桿22、齒條23限位的作用。上述實(shí)施例可視為一個(gè)基本的功能單元，在同一根輸出軸上可以疊加成多缸動(dòng)力 機(jī)(氣缸數(shù)量為偶數(shù)個(gè))。由于輸出軸不會(huì)逆向影響齒輪，因此多缸形式的動(dòng)力機(jī)時(shí)可以根 據(jù)負(fù)載需要方便地控制相應(yīng)數(shù)量的氣缸工作，使動(dòng)力機(jī)始終處于最佳工作狀態(tài)。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，除此之外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)現(xiàn) 方式。也就是說(shuō)，在沒(méi)有脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，任何顯而易見(jiàn)的替換均應(yīng)落入本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種活塞式動(dòng)力機(jī)，包括動(dòng)力機(jī)缸體(1)以及安裝于缸體內(nèi)的活塞組件0)，其特征 在于所述的活塞組件包括位于兩端對(duì)稱安裝的活塞(21)，活塞固定于連桿02)兩端，在 連桿上設(shè)置有沿活塞運(yùn)動(dòng)方向布置的齒條以及與齒條嚙合的齒輪(M)，齒輪通過(guò)單 向軸承05)固定于動(dòng)力機(jī)動(dòng)力輸出軸06)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式動(dòng)力機(jī)，其特征在于所述的齒條以及齒輪至少包括 兩對(duì)，兩齒條上下平行布置，且兩齒條在豎直面上錯(cuò)位分布，兩齒輪位于兩齒條之間且同軸 心安裝，兩齒輪分別與兩齒條嚙合，固定兩齒輪的兩單向軸承同方向鎖死。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞式動(dòng)力機(jī)，其特征在于在活塞與缸體內(nèi)端面之間 為可實(shí)現(xiàn)連續(xù)燃燒做功方式的燃燒室，在燃燒室內(nèi)壁設(shè)置有進(jìn)氣孔、排氣孔以及進(jìn)油孔，在 活塞組件與缸體之間設(shè)置有防止活塞組件移動(dòng)超出范圍的定位組件(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活塞式動(dòng)力機(jī)，其特征在于所述的定位組件包括設(shè)置于活 塞組件上的定位卡(31)以及兩個(gè)設(shè)置于缸體上的定位開關(guān)(32)，兩定位開關(guān)距離與活塞 組件行程一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞式動(dòng)力機(jī)，其特征在于在活塞與缸體內(nèi)端面之間 為容納高壓氣體或者高壓水流的容納腔，在容納腔內(nèi)壁設(shè)置有進(jìn)口、出口，在連桿兩端朝齒 輪方向均設(shè)置有剎車組件(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活塞式動(dòng)力機(jī)，其特征在于所述的剎車組件包括一弧形剎 車片(41)，剎車片與設(shè)置于齒輪上的臺(tái)階圓周面02)對(duì)應(yīng)，弧形剎車片通過(guò)活動(dòng)軸G3)以 及驅(qū)動(dòng)剎車片恢復(fù)初始狀態(tài)的彈簧G4)安裝于缸體上，在連桿內(nèi)兩端安裝有用于將剎車 片推向齒輪方向的推桿G5)。
專利摘要一種活塞式動(dòng)力機(jī)，包括動(dòng)力機(jī)缸體以及安裝于缸體內(nèi)的活塞組件，所述的活塞組件包括位于兩端對(duì)稱安裝的活塞，活塞固定于連桿兩端，在連桿上設(shè)置有沿活塞運(yùn)動(dòng)方向布置的齒條以及與齒條嚙合的齒輪，齒輪通過(guò)單向軸承固定于動(dòng)力機(jī)動(dòng)力輸出軸上。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.能源利用率大幅度提高；2.氣缸容積密度大幅度提高；3.大幅度提高動(dòng)力機(jī)的功率密度；4.便于建造從微型到超大型的動(dòng)力機(jī)。
文檔編號(hào)F02B75/32GK201884125SQ20102018665
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者吳偉健 申請(qǐng)人:吳偉健