CN117090684B - 一种内燃机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机装置，工作箱的两侧由内向外依次安装有液冷箱和管道箱，工作箱的上方中部设有轴向磁通电机，轴向磁通电机的轴向两侧分别安装有进气箱和排气箱，轴向磁通电机的两侧和管道箱上部之间均设有热电转化箱，工作箱的中部穿设有动力输出轴，动力输出轴的中部且位于工作箱内固定套设有传动半齿轮，传动半齿轮的上下两侧均设有相互对称的传动齿杆，传动齿杆与工作箱内侧壁滑动连接，传动齿杆的两端均设有传动竖杆，传动竖杆的中部安装有传动横杆，液冷箱的内部设有气缸，通过传动齿杆的线性运动，避免了曲轴连杆偏心转动所产生的振动，提高了力的传递效率，完成尾气余热回收，提高了整体热效率。

Description

一种内燃机装置
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，具体是一种内燃机装置。
背景技术
微型内燃机广泛应用于工业、农业、环境保护、医疗卫生等各行各业的电子器件中，还可直接为微型汽车、微型飞机、微型泵等微型机械提供动力。
公开号为CN114623027A的专利文件公开了一种微型内燃机进气增压加热装置，包括微型内燃机主体以及固定安装在所述微型内燃机主体表面的进气管和固定安装在所述微型内燃机主体远离所述进气管一面的排气管，还包括设置在所述进气管表面的进气组件，所述进气组件包括衔接管、第一支撑杆、辅助转轴、伞齿轮一、伞齿轮二、从动转轴、第一扇叶、伞齿轮三、伞齿轮四、主动转轴、第二扇叶和轴承二；有利于使微型内燃机主体在工作的过程中得到充足的空气，避免微型内燃机主体在工作时进气量不足导致燃料燃烧不彻底的现象发生，有利于定期对过滤网表面粘附的杂质进行清洗时，有利于对微型内燃机主体进行防护，延长微型内燃机主体的使用寿命。
上述装置存在以下不足，上述装置在使用时传动效率不佳，热效率较低，对于尾气所含热量不能回收，整机效率不佳，且上述装置仍采用曲轴连杆的传动方式，传动时气缸活塞的振动较大，整机工作时由于振动产生大量废热和噪声，工作效率较低，同时上述装置缺乏对尾气进行利用的手段，加压进气只在高转速时起效，容易造成积碳等问题，且油耗高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种内燃机装置，提升了整体的工作效率。
本发明所解决的技术问题为：
(1)上述装置在使用时传动效率不佳，热效率较低，对于尾气所含热量不能回收，整机效率不佳；
(2)上述装置仍采用曲轴连杆的传动方式，传动时气缸活塞的振动较大，整机工作时由于振动产生大量废热和噪声，工作效率较低；
(3)上述装置缺乏对尾气进行利用的手段，加压进气只在高转速时起效，容易造成积碳等问题，且油耗高。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种内燃机装置，包括工作箱，工作箱的两侧由内向外依次安装有液冷箱和管道箱，工作箱的上方中部设有轴向磁通电机，轴向磁通电机的轴向两侧分别安装有进气箱和排气箱，轴向磁通电机的两侧和管道箱上部之间均设有热电转化箱，工作箱的中部穿设有动力输出轴，动力输出轴的中部且位于工作箱内固定套设有传动半齿轮，传动半齿轮的上下两侧均设有相互对称的传动齿杆，传动齿杆与工作箱内侧壁滑动连接，传动齿杆的两端均设有传动竖杆，传动竖杆的中部安装有传动横杆，液冷箱的内部设有气缸，气缸内活动套接有活塞，活塞与传动横杆固定连接。
作为发明进一步的方案，传动半齿轮的外周固定连接有若干个呈扇形分布的第一齿块，两个传动齿杆的相对一侧中部均固定连接有若干个呈等距均匀分布的第二齿块，第一齿块和第二齿块相互对应啮合，工作箱通过支撑轴承与动力输出轴转动连接。
作为发明进一步的方案，每个传动齿杆上的第二齿块数量一致，第二齿块总数是第一齿块总数的两倍，第二齿块占传动齿杆的区域是传动齿杆侧面大小的45％到50％之间，传动齿杆没有第二齿块的两侧长度一致。
作为发明进一步的方案，第一齿块所占区域圆心角为一百四十五度至一百七十度之间，第一齿块所占区域圆心角度数为整数。
作为发明进一步的方案，传动齿杆靠近工作箱的侧面上活动嵌设有若干颗滚珠，工作箱靠近传动齿杆的侧面开设有配合传动齿杆滑动的限位滑槽，第一齿块所占区域圆心角为一百五十度，每个第一齿块所占区域圆心角为十度，传动齿杆上设有十五个第二齿块，传动齿杆每侧空白长度为八个第二齿块的长度之和。
作为发明进一步的方案，气缸的一端中部嵌设有火花塞，气缸通过进气管路进气并通过排气管路排气，进气箱的中部转动连接有进气涡轮，进气箱内位于进气涡轮外罩设安装有进气导流罩，进气箱的两侧分别通过进气管头和进气管路相连通。
作为发明进一步的方案，进气导流罩的外周侧面固定连接有导热环，导热环的中部设有呈弧形圆台罩结构的空腔，且导热环内设有饱和工质用于循环导热，导热环的外周侧面固定连接有若干个呈环形阵列均匀分布的散热针。
作为发明进一步的方案，热电转化箱的内侧中部安装有热电转化器，热电转化器的热端安装有换热器，换热器的一端和排气管路相连通，换热器的另一端通过合流管头与排气箱相连通。
作为发明进一步的方案，排气箱内转动连接有排气涡轮，轴向磁通电机的驱动轴两端分别贯穿进气箱和排气箱的侧壁且分别与进气涡轮和排气涡轮的转轴共轴固定连接，热电转化器的冷端安装有导热板，导热板的侧面固定连接有若干个呈矩形阵列均匀分布的散热鳍片。
本发明的有益效果：
(1)气缸内的油气混合物燃烧膨胀，推动活塞向传动半齿轮移动，活塞推动所连接的传动横杆，进而依次推动所连接的传动竖杆和传动齿杆移动，使传动齿杆从工作箱内的一侧移动到另一侧，推动传动半齿轮旋转半圈，本实施例中传动半齿轮以顺时针方向旋转，随后另一个气缸内的油气混合物燃烧膨胀，通过所连活塞推动所连传动横杆，将传动齿杆移动回初始位置，并推动传动半齿轮再次顺时针旋转半圈，通过不断重复上述动作，使得传动半齿轮不断转动，驱动动力输出轴不断转动并向外输出动力，气缸工作时通过管道箱内的管道进行进气和排气，先通过轴向磁通电机驱动排气箱和进气箱工作，将外界空气加压输入气缸内，使得油气混合物的燃烧更加充分，同时通过尾气输出驱动排气箱工作，辅助轴向磁通电机，降低轴向磁通电机的电能损耗，排气时，通过热电转化箱吸收尾气热量进行发电并储存，通过所储存的电能驱动轴向磁通电机，完成尾气余热回收，相对于现有的内燃机，降低了整体振动和机械能损失，提高了整体热效率；
(2)工作时，先通过上部传动齿杆的第二齿块依次对应推动各个第一齿块，进而推动传动半齿轮转动，当传动半齿轮转动一百五十度后，最后的第二齿块仍和第一齿块啮合抵接，通过最后的第二齿块推动对应的第一齿块，将传动半齿轮继续推动三十度，使得传动半齿轮转动了半圈，此时下部传动齿杆的第二齿块与对应的第一齿块开始啮合，传动齿杆反向移动直至复位，在下部传动齿杆最后一个第二齿块的推动下，传动半齿轮再次同向地转动半圈，随后重复上述动作，使得传动半齿轮重复转动，带动所连动力输出轴向外输出动力，由于传动齿杆的线性运动，避免了曲轴连杆偏心转动所产生的振动，提高了力的传递效率，提升了能量转换效率，同时通过传动齿杆的滚珠进行滚动摩擦降低阻力，进一步地提高从内能向机械能的转化效率；
(3)工作开始时低速转动，轴向磁通电机通过已存储的电能驱动，带动进气涡轮和排气涡轮转动，对气缸进行加压进气，所产生的尾气加热换热器，随后通过合流管头合流并对排气箱的排气涡轮进行吹动，进而对热电转化器进行驱动，使得热电转化器产生电能并存储，从而收集余热并转化为电能，当动力输出轴的转速逐渐增加后，尾气在合流后配合轴向磁通电机同步驱动排气涡轮，直至不需要通过轴向磁通电机提供动力，只通过尾气的合流转动排气涡轮和进气涡轮，通过导热环和散热针降低增压后进气的温度，通过导热板和散热鳍片维持热电转化器冷端的温度，通过换热器充分吸收尾气的温度，从而使气缸内的燃烧过程由于增压而更充分地燃烧，并充分地将尾气的热能转化为可储存的电能，形成热效率高的内燃机。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明液冷箱、工作箱以及热电转化箱的内部结构示意图；
图3为本发明工作箱的内部结构示意图；
图4为本发明进气箱的内部结构俯视图；
图5为本发明热电转化器的整体结构俯视图；
图中：1、工作箱；2、动力输出轴；3、传动半齿轮；4、传动齿杆；5、传动竖杆；6、传动横杆；7、液冷箱；8、气缸；9、活塞；10、进气箱；11、排气箱；12、轴向磁通电机；13、热电转化箱；14、管道箱；15、热电转化器；16、换热器；17、导热板；18、散热鳍片；19、进气导流罩；20、火花塞；21、进气管路；22、进气管头；23、排气管路；24、合流管头；25、第一齿块；26、第二齿块；27、导热环；28、散热针；29、支撑轴承。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1-5所示：一种内燃机装置，包括工作箱1，工作箱1的两侧由内向外依次安装有液冷箱7和管道箱14，工作箱1的上方中部设有轴向磁通电机12，轴向磁通电机12的轴向两侧分别安装有进气箱10和排气箱11，轴向磁通电机12的两侧和管道箱14上部之间均设有热电转化箱13，工作箱1的中部穿设有动力输出轴2，动力输出轴2的中部且位于工作箱1内固定套设有传动半齿轮3，传动半齿轮3的上下两侧均设有相互对称的传动齿杆4，传动齿杆4与工作箱1内侧壁滑动连接，传动齿杆4的两端均设有传动竖杆5，传动竖杆5的中部安装有传动横杆6，液冷箱7的内部设有气缸8，气缸8内活动套接有活塞9，活塞9与传动横杆6固定连接，工作箱1通过支撑轴承29与动力输出轴2转动连接；
本实施例工作时，其中一个气缸8内的油气混合物燃烧膨胀，推动活塞9向传动半齿轮3移动，活塞9推动所连接的传动横杆6，进而依次推动所连接的传动竖杆5和传动齿杆4移动，使传动齿杆4从工作箱1内的一侧移动到另一侧，推动传动半齿轮3旋转半圈，本实施例中传动半齿轮3以顺时针方向旋转，随后另一个气缸8内的油气混合物燃烧膨胀，通过所连活塞9推动所连传动横杆6，将传动齿杆4移动回初始位置，并推动传动半齿轮3再次顺时针旋转半圈，通过不断重复上述动作，使得传动半齿轮3不断转动，驱动动力输出轴2不断转动并向外输出动力，气缸8工作时通过管道箱14内的管道进行进气和排气，先通过轴向磁通电机12驱动排气箱11和进气箱10工作，将外界空气加压输入气缸8内，使得油气混合物的燃烧更加充分，同时通过尾气输出驱动排气箱11工作，辅助轴向磁通电机12，降低轴向磁通电机12的电能损耗，排气时，通过热电转化箱13吸收尾气热量进行发电并储存，通过所储存的电能驱动轴向磁通电机12，完成尾气余热回收，相对于现有的内燃机，降低了整体振动和机械能损失，提高了整体热效率。
传动半齿轮3的外周固定连接有若干个呈扇形分布的第一齿块25，两个传动齿杆4的相对一侧中部均固定连接有若干个呈等距均匀分布的第二齿块26，第一齿块25和第二齿块26相互对应啮合，每个传动齿杆4上的第二齿块26数量一致，第一齿块25所占区域圆心角为一百四十五度至一百七十度之间，第一齿块25所占区域圆心角度数为整数，第二齿块26总数是第一齿块25总数的两倍，第二齿块26占传动齿杆4的区域是传动齿杆4侧面大小的45％到50％之间，传动齿杆4没有第二齿块26的两侧长度一致，传动齿杆4靠近工作箱1的侧面上活动嵌设有若干颗滚珠，工作箱1靠近传动齿杆4的侧面开设有配合传动齿杆4滑动的限位滑槽；
本实施例的第一齿块25所占区域圆心角为一百五十度，本实施例的每个第一齿块25所占区域圆心角为十度，本实施例传动齿杆4上设有十五个第二齿块26，本实施例传动齿杆4每侧空白长度为八个第二齿块26的长度之和；
本实施例工作时，先通过上部传动齿杆4的第二齿块26依次对应推动各个第一齿块25，进而推动传动半齿轮3转动，当传动半齿轮3转动一百五十度后，最后的第二齿块26仍和第一齿块25啮合抵接，通过最后的第二齿块26推动对应的第一齿块25，将传动半齿轮3继续推动三十度，使得传动半齿轮3转动了半圈，此时下部传动齿杆4的第二齿块26与对应的第一齿块25开始啮合，传动齿杆4反向移动直至复位，在下部传动齿杆4最后一个第二齿块26的推动下，传动半齿轮3再次同向地转动半圈，随后重复上述动作，使得传动半齿轮3重复转动，带动所连动力输出轴2向外输出动力，由于传动齿杆4的线性运动，避免了曲轴连杆偏心转动所产生的振动，提高了力的传递效率，提升了能量转换效率，同时通过传动齿杆4的滚珠进行滚动摩擦降低阻力，进一步地提高从内能向机械能的转化效率。
气缸8的一端中部嵌设有火花塞20，气缸8通过进气管路21进气并通过排气管路23排气；
进气箱10的中部转动连接有进气涡轮，进气箱10内位于进气涡轮外罩设安装有进气导流罩19，进气导流罩19的外周侧面固定连接有导热环27，导热环27的中部设有呈弧形圆台罩结构的空腔，且导热环27内设有饱和工质用于循环导热，导热环27的外周侧面固定连接有若干个呈环形阵列均匀分布的散热针28；
进气箱10的两侧分别通过进气管头22和进气管路21相连通，热电转化箱13的内侧中部安装有热电转化器15；
热电转化器15的热端安装有换热器16，换热器16的一端和排气管路23相连通，换热器16的另一端通过合流管头24与排气箱11相连通，排气箱11内转动连接有排气涡轮，轴向磁通电机12的驱动轴两端分别贯穿进气箱10和排气箱11的侧壁且分别与进气涡轮和排气涡轮的转轴共轴固定连接，热电转化器15的冷端安装有导热板17，导热板17的侧面固定连接有若干个呈矩形阵列均匀分布的散热鳍片18；
本实施例工作时，开始低速转动，本实施例设为动力输出轴2的转速在每分钟五百转及以上，轴向磁通电机12通过已存储的电能驱动，带动进气涡轮和排气涡轮转动，对气缸8进行加压进气，所产生的尾气加热换热器16，随后通过合流管头24合流并对排气箱11的排气涡轮进行吹动，进而对热电转化器15进行驱动，使得热电转化器15产生电能并存储，从而收集余热并转化为电能，当动力输出轴2的转速逐渐增加后，尾气在合流后配合轴向磁通电机12同步驱动排气涡轮，直至不需要通过轴向磁通电机12提供动力，只通过尾气的合流转动排气涡轮和进气涡轮，通过导热环27和散热针28降低增压后进气的温度，通过导热板17和散热鳍片18维持热电转化器15冷端的温度，通过换热器16充分吸收尾气的温度，从而使气缸8内的燃烧过程由于增压而更充分地燃烧，并充分地将尾气的热能转化为可储存的电能，形成热效率高的内燃机。
发明在使用时，气缸8内的油气混合物燃烧膨胀，推动活塞9向传动半齿轮3移动，活塞9推动所连接的传动横杆6，进而依次推动所连接的传动竖杆5和传动齿杆4移动，使传动齿杆4从工作箱1内的一侧移动到另一侧，推动传动半齿轮3旋转半圈，本实施例中传动半齿轮3以顺时针方向旋转，随后另一个气缸8内的油气混合物燃烧膨胀，通过所连活塞9推动所连传动横杆6，将传动齿杆4移动回初始位置，并推动传动半齿轮3再次顺时针旋转半圈，通过不断重复上述动作，使得传动半齿轮3不断转动，驱动动力输出轴2不断转动并向外输出动力，气缸8工作时通过管道箱14内的管道进行进气和排气，先通过轴向磁通电机12驱动排气箱11和进气箱10工作，将外界空气加压输入气缸8内，使得油气混合物的燃烧更加充分，同时通过尾气输出驱动排气箱11工作，辅助轴向磁通电机12，降低轴向磁通电机12的电能损耗，排气时，通过热电转化箱13吸收尾气热量进行发电并储存，通过所储存的电能驱动轴向磁通电机12，完成尾气余热回收，相对于现有的内燃机，降低了整体振动和机械能损失，提高了整体热效率；
工作时，先通过上部传动齿杆4的第二齿块26依次对应推动各个第一齿块25，进而推动传动半齿轮3转动，当传动半齿轮3转动一百五十度后，最后的第二齿块26仍和第一齿块25啮合抵接，通过最后的第二齿块26推动对应的第一齿块25，将传动半齿轮3继续推动三十度，使得传动半齿轮3转动了半圈，此时下部传动齿杆4的第二齿块26与对应的第一齿块25开始啮合，传动齿杆4反向移动直至复位，在下部传动齿杆4最后一个第二齿块26的推动下，传动半齿轮3再次同向地转动半圈，随后重复上述动作，使得传动半齿轮3重复转动，带动所连动力输出轴2向外输出动力，由于传动齿杆4的线性运动，避免了曲轴连杆偏心转动所产生的振动，提高了力的传递效率，提升了能量转换效率，同时通过传动齿杆4的滚珠进行滚动摩擦降低阻力，进一步地提高从内能向机械能的转化效率；
工作开始时低速转动，轴向磁通电机12通过已存储的电能驱动，带动进气涡轮和排气涡轮转动，对气缸8进行加压进气，所产生的尾气加热换热器16，随后通过合流管头24合流并对排气箱11的排气涡轮进行吹动，进而对热电转化器15进行驱动，使得热电转化器15产生电能并存储，从而收集余热并转化为电能，当动力输出轴2的转速逐渐增加后，尾气在合流后配合轴向磁通电机12同步驱动排气涡轮，直至不需要通过轴向磁通电机12提供动力，只通过尾气的合流转动排气涡轮和进气涡轮，通过导热环27和散热针28降低增压后进气的温度，通过导热板17和散热鳍片18维持热电转化器15冷端的温度，通过换热器16充分吸收尾气的温度，从而使气缸8内的燃烧过程由于增压而更充分地燃烧，并充分地将尾气的热能转化为可储存的电能，形成热效率高的内燃机。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种内燃机装置，其特征在于，包括工作箱(1)，所述工作箱(1)的两侧由内向外依次安装有液冷箱(7)和管道箱(14)，所述工作箱(1)的上方中部设有轴向磁通电机(12)，轴向磁通电机(12)的轴向两侧分别安装有进气箱(10)和排气箱(11)，轴向磁通电机(12)的两侧和管道箱(14)上部之间均设有热电转化箱(13)，所述工作箱(1)的中部穿设有动力输出轴(2)，动力输出轴(2)的中部且位于工作箱(1)内固定套设有传动半齿轮(3)，传动半齿轮(3)的上下两侧均设有相互对称的传动齿杆(4)，传动齿杆(4)与工作箱(1)内侧壁滑动连接，传动齿杆(4)的两端均设有传动竖杆(5)，传动竖杆(5)的中部安装有传动横杆(6)，所述液冷箱(7)的内部设有气缸(8)，气缸(8)内活动套接有活塞(9)，活塞(9)与传动横杆(6)固定连接；
所述传动半齿轮(3)的外周固定连接有若干个呈扇形分布的第一齿块(25)，两个所述传动齿杆(4)的相对一侧中部均固定连接有若干个呈等距均匀分布的第二齿块(26)，第一齿块(25)和第二齿块(26)相互对应啮合，工作箱(1)通过支撑轴承(29)与动力输出轴(2)转动连接；
每个所述传动齿杆(4)上的第二齿块(26)数量一致，第二齿块(26)总数是第一齿块(25)总数的两倍，所有第二齿块(26)所占区域是传动齿杆(4)侧面大小的45％到50％之间，传动齿杆(4)位于第二齿块(26)的两侧光滑表面长度一致；
所述第一齿块(25)所占区域圆心角为一百四十五度至一百七十度之间，第一齿块(25)所占区域圆心角度数为整数；
所述传动齿杆(4)靠近工作箱(1)的侧面上活动嵌设有若干个滚珠，工作箱(1)的侧面开设有配合滑动的限位滑槽，第一齿块(25)所占区域圆心角为一百五十度，每个第一齿块(25)所占区域圆心角为十度，传动齿杆(4)上设有十五个第二齿块(26)，传动齿杆(4)每侧空白长度为八个第二齿块(26)的长度之和；
所述气缸(8)的一端中部嵌设有火花塞(20)，气缸(8)通过进气管路(21)进气并通过排气管路(23)排气，所述进气箱(10)的中部转动连接有进气涡轮，进气箱(10)内位于进气涡轮外罩设安装有进气导流罩(19)，所述进气箱(10)的两侧分别通过进气管头(22)和进气管路(21)相连通；
所述进气导流罩(19)的外周侧面固定连接有导热环(27)，导热环(27)的中部设有呈弧形圆台罩结构的空腔，且导热环(27)内设有饱和工质用于循环导热，导热环(27)的外周侧面固定连接有若干个呈环形阵列均匀分布的散热针(28)；
所述热电转化箱(13)的内侧中部安装有热电转化器(15)，热电转化器(15)的热端安装有换热器(16)，换热器(16)的一端和排气管路(23)相连通，换热器(16)的另一端通过合流管头(24)与排气箱(11)相连通；
所述排气箱(11)内转动连接有排气涡轮，所述轴向磁通电机(12)的驱动轴两端分别贯穿进气箱(10)和排气箱(11)的侧壁且分别与进气涡轮和排气涡轮的转轴共轴固定连接，所述热电转化器(15)的冷端安装有导热板(17)，导热板(17)的侧面固定连接有若干个呈矩形阵列均匀分布的散热鳍片(18)。
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