一種三燃動力雙模集成發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種三燃動力雙模集成發(fā)電機(jī)，其特征是：兩個對置的動力環(huán)形活塞和轉(zhuǎn)子環(huán)形活塞，以二沖程方式工作的動力活塞及活塞連桿上的齒輪組將往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成外凸輪與對置活塞的圓周運動，未完全燃燒的燃?xì)馀湃酥醒胪ǖ乐?，進(jìn)一步充分燃燒做功，尾氣繼續(xù)加熱斯特林氣缸的受熱端后排出；中心軸齒輪與轉(zhuǎn)子活塞齒輪之間的行星減速齒輪把低速轉(zhuǎn)子活塞與高速渦輪連接起來，同時斯特林機(jī)組在中心軸帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電，斯特林活塞做直線發(fā)電，轉(zhuǎn)子環(huán)形活塞內(nèi)外壁旋轉(zhuǎn)發(fā)電，外凸輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電；在前端的進(jìn)氣離心渦輪將空氣壓縮進(jìn)入環(huán)形增壓散熱潤滑室，冷卻氣缸壁，潤滑運動摩擦部件，保障發(fā)動機(jī)正常平穩(wěn)運行。
【專利說明】一種三燃動力雙模集成發(fā)電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種"三燃動力雙模集成發(fā)電機(jī)"裝置，屬于依靠燃油燃燒依次通過活 塞、潤輪和斯特林熱機(jī)三次做功產(chǎn)生動力并依靠旋轉(zhuǎn)發(fā)電、直線發(fā)電兩種發(fā)電方式的一種 機(jī)械裝置，本發(fā)明結(jié)合了內(nèi)燃機(jī)（活塞發(fā)動機(jī)與渦輪發(fā)動機(jī)）和外燃機(jī)（斯特林發(fā)動機(jī)） 的優(yōu)點，將燃?xì)庾龉τ行мD(zhuǎn)化為電能，避免了油耗過大，提高了集成發(fā)電機(jī)整體的熱效率。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的以燃油為原料的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是"活塞氣缸（燃?xì)庾龉Γ?-曲軸傳動（將 活塞的直線運動變?yōu)閳A周運動）--帶動旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)"，或者是"燃?xì)廨啓C(jī)（燃?xì)庾龉Γ?- 旋轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)"兩種方式，傳統(tǒng)的活塞發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、熱效率 低、油耗1?等問題。
[0003] 此發(fā)明在本人另一項發(fā)明"環(huán)形活塞與燃?xì)鉁u輪聯(lián)合發(fā)動機(jī)"（專利申請?zhí)枺海┗?礎(chǔ)上，結(jié)合外燃機(jī)以及"旋轉(zhuǎn)和直線"兩種發(fā)電方式，使得燃油做功可以最高效率轉(zhuǎn)化為電 能，突破了現(xiàn)有柴燃發(fā)電機(jī)組的技術(shù)瓶頸。
[0004] 傳統(tǒng)的斯特林發(fā)動機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱條件欠佳以及封閉性問題難以解決等問 題難以得到廣泛應(yīng)用，本發(fā)明中的斯特林機(jī)組不對外做機(jī)械運動，僅以活塞運動轉(zhuǎn)化為電 能，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明結(jié)合了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)與外燃發(fā)動機(jī)兩者的優(yōu)點，并能充分有 效活塞渦輪的旋轉(zhuǎn)和直線運動直接發(fā)電，使之協(xié)調(diào)統(tǒng)一對外輸出電力，本發(fā)明解決其技術(shù) 問題所采用的技術(shù)方案及有益效果是：
[0006] 1、"二沖程環(huán)形活塞與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子活塞"其特征是：一端的環(huán)形活塞和氣缸構(gòu)成 一個中空的圓筒，這是一個二沖程的動力活塞和氣缸，另一端的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子活塞對稱反向 布置，上下兩個活塞由于有三根或四根活塞連桿剛性連接，持續(xù)同步反向運動，活塞運動周 期按二沖程方式運動，運動周期所需時間是四沖程周期的一半，在單位時間里做功是四沖 程的兩倍，同時將還未完全燃燒結(jié)束的氣體排進(jìn)中央通道，供燃?xì)鉁u輪機(jī)組來繼續(xù)完成燃 氣做功的運動，二沖程的運動方式不僅提高了單位輸出功率（單位時間、單位體積、單位重 量），還簡化了系統(tǒng)設(shè)計，減少了很多四沖程所必須的氣門和控制氣門的凸輪軸，從能量利 用方面看也省略了這部分零件運動所耗費的能量；動力活塞表面根據(jù)高壓燃油噴嘴的方向 布置特定的燃燒凹槽和微齒面，使得高壓燃油噴霧的燃燒直接促使環(huán)形活塞按照特定方向 旋轉(zhuǎn)及直線運動。
[0007] 2、安裝在活塞連桿上的齒輪組在外圍三峰三谷或四峰四谷（對應(yīng)于活塞連桿的 數(shù)量）的外凸輪的齒輪邊上滾動；由于活塞連桿上的齒輪組與外凸輪的接觸為齒輪滾動， 傳動效率高且可靠性強(qiáng)；活塞的上下往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為外凸輪的圓周運動，完成了氣缸活塞 的對外做功，外凸輪同時也是外發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分；在外周轉(zhuǎn)凸輪的反作用力下，動力活塞 與轉(zhuǎn)子活塞本身也產(chǎn)生與外凸輪反向的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)子活塞的旋轉(zhuǎn)運動為旋轉(zhuǎn)發(fā)電創(chuàng)造了 條件；轉(zhuǎn)子活塞本身也是環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外圈都是旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
[0008] 3、"燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)"其特征是：一組動力渦輪安裝在中心軸上，放置在環(huán)形氣缸 中空的圓筒里，下氣缸蓋將中心圓筒的下端封閉，中心軸通過下氣缸蓋，向心渦輪在氣缸排 出的高溫高壓氣體下做功，同時引導(dǎo)氣流向后運動；在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子活塞外側(cè)，隨動的轉(zhuǎn)子氣 缸構(gòu)成一個內(nèi)齒輪，并通過行星減速齒輪與中心軸相連，這樣中心軸從燃?xì)鉁u輪獲得的旋 轉(zhuǎn)動力與活塞組的旋轉(zhuǎn)動力統(tǒng)一起來了；行星減速齒輪外側(cè)安裝一個進(jìn)氣風(fēng)扇，用于發(fā)電 機(jī)降溫、動力氣缸壁降溫和進(jìn)氣增壓。
[0009] 4、在尾氣排放外側(cè)安裝一套四缸聯(lián)動的斯特林外燃機(jī)組，斯特林機(jī)組的受熱端被 高溫尾氣直接加熱，斯特林機(jī)組與中心軸連接，在中心軸的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，氣缸冷端散熱條件 好，活塞在封閉氣缸內(nèi)直線往復(fù)運動，活塞表面安裝有永磁鐵，氣缸外有線圈，活塞與氣缸 構(gòu)成直線發(fā)電機(jī)；由于斯特林機(jī)組本身不對外做功，因此無活塞連桿破壞封閉氣缸，保證了 氣缸的氣密性，使得斯特林機(jī)組可以使用輕質(zhì)高壓的工質(zhì)氣體（例如氦氣），提高了斯特林 機(jī)組熱效率。
[0010] 5、"環(huán)形增壓、散熱與潤滑室"其特征是：外殼通過上下氣缸蓋與發(fā)動機(jī)本體剛性 連接，外殼對應(yīng)于外周轉(zhuǎn)凸輪、轉(zhuǎn)子活塞的部分有漆包線繞組，外殼與氣缸外壁以及最底端 的氣缸蓋共同構(gòu)成了一個環(huán)形圓筒狀的半封閉空間，頂部離心渦輪將新鮮空氣增壓后進(jìn)入 "環(huán)形增壓與散熱室"，氣缸外壁有大量的散熱片，可以將熱量傳導(dǎo)給空氣，在冷卻氣缸壁的 同時還進(jìn)一步預(yù)熱空氣，這部分被傳統(tǒng)活塞發(fā)動機(jī)浪費的能源轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膬?nèi)能，這種能 量回收利用方式簡潔高效，不需要再加額外的設(shè)備和消耗二次能源，傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)為了散熱 需要增加散熱器、散熱風(fēng)扇、循環(huán)水泵以及連接管路等；本發(fā)明中的發(fā)動機(jī)潤滑油以典型的 二沖程發(fā)動機(jī)的潤滑方式，即將潤滑油霧混合進(jìn)空氣當(dāng)中，隨著增壓空氣有效分布在氣缸、 活塞、連桿、凸輪、齒輪、軸承摩擦副的接觸面，可以持續(xù)有效地保障發(fā)動機(jī)整體的正常運 行；氣缸進(jìn)氣口開在環(huán)形氣缸的外壁上，與"環(huán)形增壓、散熱與潤滑室"連通，排氣口開在環(huán) 形氣缸的內(nèi)壁上，與中央通道連通，進(jìn)、排氣口都無需氣門以及氣門控制機(jī)構(gòu)，依靠內(nèi)部活 塞來控制開啟和關(guān)閉，環(huán)形活塞在燃?xì)庾龉ε艢庑谐讨幸来蜗乳_啟排氣口，再開啟進(jìn)氣口， 在進(jìn)氣壓縮行程中依次先關(guān)閉進(jìn)氣口，再關(guān)閉排氣口；本發(fā)明中的發(fā)動機(jī)由于氣缸進(jìn)氣只 是空氣與少量潤滑油的霧化微粒，在活塞壓縮行程終了時通過高壓共軌向缸內(nèi)噴射燃油， 以開始燃燒做功的行程，由于氣缸與活塞都是環(huán)形長圓筒狀的，而且氣缸蓋外部都安裝了 旋轉(zhuǎn)運動的斯特林機(jī)組，因此本發(fā)明的發(fā)動機(jī)將高壓燃油噴嘴徑向向心布置在氣缸周圍， 而高壓共軌油管也是在"環(huán)形增壓、散熱與潤滑室"里，這樣可以對燃油進(jìn)行預(yù)熱處理，增加 燃油的內(nèi)能有利于燃油在噴射瞬間霧化更加充分，燃燒做功更快；高壓燃油泵是一個需要 二次能源帶動的設(shè)備，安置在外殼以外，便于安裝檢修、維護(hù)保養(yǎng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 附圖文件里的圖1是：軸向剖面示意圖，圖2是：活塞連桿齒輪組與凸輪軌道組合 示意圖。
[0012] 圖1軸向剖面示意圖說明：
[0013] 1是離心進(jìn)氣渦輪 2是渦輪機(jī)組中心軸3是轉(zhuǎn)子內(nèi)齒輪
[0014] 4是轉(zhuǎn)子氣缸活塞 5是含漆包線外殼 6是漆包線內(nèi)殼
[0015] 7是活塞連桿 8是環(huán)形氣缸外壁 9是環(huán)形氣缸內(nèi)壁
[0016] 10是尾氣做功渦輪11是動力氣缸蓋 12是斯特林氣缸熱端
[0017] 13是中部活塞 14是斯特林氣缸冷端15是中心軸齒輪
[0018] 16是行星減速齒輪17是轉(zhuǎn)子活塞內(nèi)壁 18是轉(zhuǎn)子活塞外壁
[0019] 19是連桿上的齒輪組20是外周轉(zhuǎn)凸輪 21是氣缸內(nèi)壁隔斷
[0020] 22是動力活塞 23是進(jìn)氣口 24是燃?xì)庾龉κ?br> [0021] 25是排氣口 26是高壓燃油噴嘴 27是斯特林機(jī)組外壁
[0022] 28是離心渦輪風(fēng)扇 29是斯特林機(jī)組外壁30是底部保護(hù)外殼
[0023] 圖2活塞連桿齒輪組與凸輪軌道組合示意圖說明：
[0024] 31是外周轉(zhuǎn)凸輪 32是凸輪軌道的上斜齒輪面
[0025] 33是軌道的立齒輪面 34是凸輪軌道的下斜齒輪面
[0026] 35是活塞連桿齒輪組的上斜齒輪面36是活塞連桿齒輪組的立齒輪面
[0027] 37是活塞連桿齒輪組的下斜齒輪面38是對置活塞連桿

【具體實施方式】
[0028] 1、頂端的進(jìn)氣渦輪將空氣壓縮進(jìn)入"環(huán)形增壓、散熱與潤滑室"，空氣通過環(huán)形氣 缸外壁上的散熱片進(jìn)一步吸收熱量、增加內(nèi)能和冷卻氣缸壁，潤滑油在壓縮空氣里充分霧 化，有效潤滑氣缸、活塞、連桿、凸輪、齒輪和軸承的摩擦副；
[0029] 2、當(dāng)環(huán)形動力活塞做功排氣行程終了時開啟了氣缸進(jìn)氣口，空氣進(jìn)入氣缸掃氣， 當(dāng)環(huán)形活塞壓縮空氣行程終了時，高壓燃油噴嘴向氣缸里噴射燃油開始燃燒做功，活塞連 桿上的齒輪組在外凸輪軌道上滾動，將活塞往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成凸輪的圓周運動，由于凸輪軌 道的反作用力，對置活塞以相反方向做圓周運動；活塞連桿齒輪組都是以連桿為中心軸，受 力方向集中到連桿的垂直方向，運動受力部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，齒輪傳動效率高；
[0030] 3、當(dāng)活塞做功完畢開啟排氣口時，燃?xì)鈴呐艢饪谂懦鰶_擊燃?xì)鉁u輪做功，在中央 通道里未完全燃燒的燃?xì)獬浞秩紵?，通過燃?xì)鉁u輪繼續(xù)膨脹做功，最后向斯特林機(jī)組的氣 缸受熱端排出，加熱封閉在斯特林機(jī)組里的工質(zhì)氣體；由于斯特林機(jī)組隨中心軸聯(lián)動，氣缸 冷端有離心風(fēng)扇形成良好的散熱條件，使得氣缸里的活塞可以快速往復(fù)運動，斯特林活塞 上安裝永磁體，氣缸套上有漆包線，活塞的往復(fù)可以直接進(jìn)行直線發(fā)電；
[0031] 4、燃?xì)鉁u輪機(jī)組一方面直接帶動同軸的進(jìn)氣離心渦輪運動，同時另一方面也帶動 中心軸齒輪高速旋轉(zhuǎn)，行星減速齒輪將高速中心軸齒輪與低速的轉(zhuǎn)子活塞齒輪連接起來同 步運動，內(nèi)部中心軸齒輪與外部轉(zhuǎn)子活塞齒輪的旋轉(zhuǎn)方向相反；
[0032] 5、本發(fā)明中保證發(fā)動機(jī)正常平穩(wěn)運行的"冷卻散熱設(shè)備"、"潤滑油設(shè)備"、"尾氣增 壓設(shè)備"以及"旋轉(zhuǎn)發(fā)電設(shè)備"直線發(fā)電設(shè)備"高度集成，無需另外增加設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1. 一種"三燃動力雙模集成發(fā)電機(jī)"，其特征是：兩個對置的動力環(huán)形活塞和轉(zhuǎn)子環(huán)形 活塞，以二沖程方式工作的動力活塞及活塞連桿將往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成凸輪的圓周運動，未完 全燃燒的燃?xì)馀湃酥醒胪ǖ乐羞M(jìn)一步充分燃燒，并通過燃?xì)鉁u輪做功，尾氣繼續(xù)加熱斯特 林氣缸的受熱端和工質(zhì)氣體，斯特林機(jī)組整體在中心軸帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電，冷端在離心風(fēng)扇 作用下冷卻工質(zhì)氣體，活塞往復(fù)運動做直線發(fā)電，位于轉(zhuǎn)子齒輪與中心軸齒輪之間的行星 減速齒輪把低速轉(zhuǎn)子活塞與高速渦輪連接起來，在前端的進(jìn)氣離心渦輪將空氣壓縮進(jìn)入環(huán) 形增壓散熱潤滑室，冷卻氣缸壁，潤滑運動摩擦部件，保障發(fā)動機(jī)正常平穩(wěn)運行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所訴的發(fā)電機(jī)，"動力環(huán)形活塞"其特征是：動力活塞表面根據(jù)高壓 燃油噴嘴的方向布置特定的燃燒凹槽和微齒面，使得高壓燃油噴霧的燃燒直接促使環(huán)形活 塞按照特定方向旋轉(zhuǎn)及直線運動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所訴的發(fā)電機(jī)，"轉(zhuǎn)子環(huán)形活塞"其特征是：轉(zhuǎn)子活塞與動力活塞都 是環(huán)形結(jié)構(gòu)，對稱布置，中間有活塞連桿相連，轉(zhuǎn)子活塞的內(nèi)、外壁都安裝有永磁體，相鄰的 內(nèi)、外定子上安裝有漆包線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所訴的發(fā)電機(jī)，"活塞連桿齒輪組與傳動凸輪"其特征是：活塞連桿 將動力活塞和轉(zhuǎn)子活塞剛性連接，以保證兩個環(huán)形活塞同步運動，在活塞連桿中端有一齒 輪組，齒輪組可以在凸輪圓周波浪軌道上滾動，活塞的往復(fù)運動被傳遞到凸輪波浪軌道上， 使得凸輪可以進(jìn)行圓周運動，同時由于軌道的反作用力，使得動力活塞和轉(zhuǎn)子活塞做方向 相反的旋轉(zhuǎn)運動，所有的旋轉(zhuǎn)部件都可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所訴的發(fā)電機(jī)，"全封閉斯特林發(fā)電機(jī)組"其特征是：四個封閉氣缸 以軸對稱方式分布在中心軸周圍，每個封閉式氣缸的熱端與另一個封閉式氣缸的冷端有管 道聯(lián)通，管道中間有一個多空泡沫金屬作為回?zé)崞?，封閉式氣缸兩端是金屬材質(zhì)的熱端和 冷端，中間是隔熱材料絕熱段，中段氣缸壁安裝有漆包線，活塞表面安裝有永磁體，活塞在 兩端工質(zhì)氣體的熱脹冷縮條件下快速往復(fù)運動，形成直線發(fā)電；斯特林機(jī)組整體在中心軸 帶動下高速旋轉(zhuǎn)，一方面可以使得冷端在離心風(fēng)扇作用下快速散熱，另一方面又可以形成 旋轉(zhuǎn)發(fā)電，斯特林活塞不對外輸出動力，無復(fù)雜的活塞連桿，使得氣缸的封閉性問題得以解 決，使用輕質(zhì)高壓的工質(zhì)氣體（例如氦氣）可以提高系統(tǒng)熱效率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所訴的發(fā)電機(jī)，"集成發(fā)電機(jī)內(nèi)部行星減速齒輪"其特征是：渦輪中 心軸齒輪與轉(zhuǎn)子活塞的內(nèi)齒輪是一對同心圓，兩者旋轉(zhuǎn)方向相反，渦輪中心軸齒輪是高速 旋轉(zhuǎn)的部件，而轉(zhuǎn)子活塞齒輪是相對低速旋轉(zhuǎn)的部件，分布在同心圓之間的行星減速齒輪 把低速的轉(zhuǎn)子活塞齒輪與高速的渦輪中心軸齒輪連接在一起，保證發(fā)電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部兩個做 功部件同步協(xié)調(diào)運動，這樣就把活塞和渦輪做的功統(tǒng)一起來了。
【文檔編號】F02G1/044GK104121093SQ201410331012
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】曾濤 申請人:曾濤