CN2116788U - 轮式重力能发动机 - Google Patents

Abstract

一种利用车辆物体重量作为能源的轮式重力能 发动机。其缸体安装在轮毂上，活塞杆的外端装在轮 辋上，借车轮的旋转和重力作用，使活塞在缸体里相 对车轴做偏心旋转运动的同时又做往复运动，完成吸 油、压油、喷油三个工作过程，把车辆物体重量转变为 液(汽)压能，经压力蓄能变能装置后，使液(汽)压能通 过传动做功系统进行做功。本实用新型能将车辆物 体重量的势能转变为动能做功，使车辆动力成倍增 加，而油耗下降50％，能用在各种火车、汽车、拖拉 机、摩托车和非机动车上。

Description

本实用新型涉及利用车辆物体重量转变为动力的一种轮式重力能发动机。

在当今世界能源危机之时，节约能源、寻找新的能源是人们共同探索的课题。目前为止，人们利用重力做功，特别是在陆地上的交通工具中为数甚少，有的虽已利用，方法欠佳，离推广使用还有一定的距离。如中国专利文献号CN87102409A重力压缩轮子流体传递能量做功法，是通过一种压缩管装在轮子圆周的两侧让重力做功的方法。该方法有一定的使用价值，但有以下主要缺点：

1、压缩管子如用橡胶材料制成，相对钢铁来说寿命短，压缩管子交错装在轮子圆周的两侧，在接触地面时必然产生敲击声，轮子旋转越快，敲击声越大，故噪音大；

2、该方法由重力变成液压能没有大容量的储能装置，节能效果差；

3、其方法虽能将重量变成压力能，但产生的流体压力和流量较小，所以，能量变换较小，因此，不能将车辆的全部重量充分地变为其它能量，不能大量节约能源和增加车辆的动力。

本实用新型的目的是提供一种节能型是借车轮旋转不单独消耗燃料，同时又能增大车辆动力是通过将车辆物体重量的势能转变为动能的做功机器－－轮式重力能发动机。

本实用新型的主要特征是：利用车辆物体重量做为能源，把车辆物体重量（即重力）的势能变为动能的重力能发动机，是通过装在车轮上重力能发动机的活塞、活塞杆、缸体与车轮的特殊结构，其缸体安装在轮毂上，活塞杆的一端连接在缸体内的活塞上，另一端安装在车轮轮辋上，让其代替轮辐，其缸体内不但做活塞、活塞杆往复运动的机件，而且通过活塞、活塞杆又做车轮轮辋和轮胎或轮箍的内圆周旋转的筒式导轨，在车轴带动下其缸体随轮毂和连结轮毂车轴的部件与车轴做同圆心的旋转运动，同时，在重力作用下，缸体又让活塞、活塞杆带动车轮轮辋与车轴做不同圆心但同步的旋转运动，缸体与活塞两种不同圆心的旋转运动，有一个偏心距，由于有偏心距和车辆物体的重力作用，还能使活塞在缸体里又做上下往复运动，因而完成吸油过程、压油过程、喷油过程、把车辆物体重量的势能转变为液（汽）压能，经压力蓄能变能装置后，使液（汽）压能再转变为机械能（或其它型式能），经传动机构驱动其它物体或车轮做功。

本实用新型的优点在于：轮式重力能发动机是借车轮旋转将车辆物体的重量的势能转变为动能做功，而本身不额外单独消耗燃料或着很少消耗燃料。与其它型式的发动机相比，结构简单、造价低、使用寿命长、功率大、经济性能好。它能用在各种火车、汽车、拖拉机、摩托车包括有轮子的车辆和非机动车辆上；它能使机动车辆在原发动机动力不变的情况下，利用重力使车辆的动力成倍的增加，而油耗在同等条件下的走行百公里耗油量下降50％；它还能在机动车辆原发动机熄灭时，使车辆自动起动或行驶一段路程；它还能让相应的非机动车辆靠人力驱动赶上相应的机动车辆性能（指车速和载重量），而且非常省力等等。

总之，它用在各种车辆上，有现在车辆无法比拟的优点，即车辆载重量越重，其产生的液（汽）压能越大，其轮式重力能发动机发出的功率就越大，节约能源就越多。是一种节能效果显著、潜力很大、前所未有的轮式重力能发动机。

现结合图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8以液压油为工作介质说明轮式重力能发动机的工作原理与工作过程。

图1是本实用新型轮式重力能发动机沿B－－B全剖视图。

图2、图9是进油口单项阀39和出油口单向阀20的扩大图。

图3是本实用新型轮式重力能发动机沿A－－A半剖视图。

图4是本实用新型轮式重力能发动机吸油过程的原理图。

图5是本实用新型轮式重力能发动机压油过程的原理图。

图6是本实用新型轮式重力能发动机喷油过程的原理图。

图7是本实用新型汽车轮式重力能发动机工作系统示意图。

图8是本实用新型火车轮式重力能发动机沿B－－B全剖示图。

一、现以图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8说明本实用新型轮式重力能发动机的结构，其主要构成部件有：

1、动力系统：把车辆重量的势能转变成动能做功。主要部件有：轮胎1（或是轮缘和踏面和平常车用轮胎或火车轮子的踏面轮缘一样）；轮辋3（安装轮胎1或轮箍和连接活塞杆6或柱塞，随车轴做同步不同心的圆周旋转运动）；活塞杆安装座4（它固定在轮辋3上，通过活塞杆穿销21把活塞杆或柱塞杆一端固定在安装座上）；轮辐罩5（为鱼鳞形，分内外两圈，两罩互不相连，中间有一定的间隙，外罩固定在轮辋3上，内罩固定在轮毂10上，两罩之间有防尘圈40，为安装方便，轮辐罩内外位置可以互换）；活塞杆导向套，缸筒内的密封圈（图中未代号标示）；活塞8（也叫发动机活塞，根据需要活塞可以改成柱塞，本说明以下以活塞为例加以说明）；（它是把车辆物体重量的势能转变成液压能的重要部件之一）；活塞杆6（起到连结发动机活塞8和车轮轮辋3的作用，它随活塞8在缸体9里做往复运动的同时又带动车轮轮辋3与车轴19一起做同步不同圆心的旋转运动，并起到代替轮辐的作用）；缸体9（发动机缸体，把车辆物体重量的势能转变成液压能的重要部件之一，其缸体随轮毂10、同步连接板11和车轴19一起做同圆心旋转运动，同时又带动活塞8、活塞杆6和车轮轮辋3相对车轴19做同步不同圆心的旋转运动，它是活塞8上下往复运动的机件，通过活塞8、活塞杆6又起到车轮轮辋的筒式导轨作用，轮式重力能发动机的工作缸可以是液压缸式，但用途和液压缸相反）；轮毂10（安装轮式重力能发动机缸体9同步连接板11和制动器旋转件30的机座，并起到轮毂的作用）；进油口开闭机构（它是保证进油口在规定的位置开闭，因而保证其发动机的正常工作），它包括有：挺杆压座22、挻杆调整冒24、挺杆弹簧25、挺杆密封圈26、挺杆27、滑阀28；内外轴承15、31（安装在轮毂与A、B腔外壳之间和A、B腔端壁处，保证减少轮毂转动时与A、B腔外壳的摩擦阻力，并起到上下连结的作用）；轴承密封圈16、32；轴承安装座37；轴承挡圈38；A腔（高压腔，将发动机缸体9内产生的高压油经此腔进入车轴高压油管内，它和车轴高压油管（64）接口部分为一体并相通，装在轮毂10与车轴19之间）B腔（为低压腔，由车轴进油管来的油存入该腔，以备轮式重力能发动机在吸油过程时用油，B腔与车轴进油管（66）接口部分为一体并相通，装在轮毂10与车轴19之间）；A、B腔隔板41（A、B两腔为一圆形并带有开口部分的空腔体，中间通过A、B腔隔板把两腔轴向分开，在A、B腔隔板上装有密封圈，在A、B两腔所对应的进油口35、出油口34之间的A、B两腔上均有开口部分）；进油口单项阀39（安装在缸体上止点部分，并和轮毂10内的进油口35相通，在其发动机吸油过程时，此阀打开，B腔液压油经该阀进入缸体9内，在其发动机压油过程时，此阀在缸体9内油压作用下自行关闭，保证轮式重力能发动机的活塞8在缸体9里正常压油）；出油口单向阀20（安装在缸体上止点部分，并和轮毂10内的出油口34相通，在其发动机压油过程时，当缸体9内油压大于该阀的开启压力时，该阀自动打开，并将缸体9内产生的高压油经此阀通过出油口34进入高压腔A内）；车轴高压油管单向阀36（防止车轴高压油管内的高压油进入高压腔，当高压腔A内的高压油高于该阀弹簧压力时，该阀打开，A腔的高压油经该阀进入车轴高压油管，然后再进入压力蓄能箱57内）；同步连接板11（通过螺母13、螺杆12固定轮毂10与车轴的相对位置，并使轮毂10与车轴19做同步同心的圆周旋转运动）；轴承锁紧螺母18（通过挡板17起到固定轴承轴向移动和车轮的轴向移动作用）；车轴19（把传动轴56传递过来的动力传给车轮）；减振弹簧橡胶组件23，（防止轮式重力能发动机工作缸由重力过载振动引起的破坏，并起到减振作用）；制动器固定件29；制动器固定件安装座33。

2、传动做功系统：起到传送、蓄存液（汽）压能把液（汽）压能转变为机械能或其它型式能进行做功。主要部件有：前后车轴高压油管46、64；前后压力蓄能箱进油管49、62；压力蓄能箱57；压力蓄能箱安全阀61；压力蓄能箱压力表51；液压流量控制阀52；液压变能装置54（可以是涡轮机、液压泵／液压马达、油缸或其它变能装置）；传动轴56；万向轴58；后桥差速器60；内燃发动机48；变速箱53；前后车轴45、65（同图1车轴19相同）；车架42；前后车轮43、63。

3、回送系统：蓄存、回送做功后的工作流体，保证供应轮式重力能发动机在吸油过程时用油。主要部件有：低压箱55；低压箱前后出油管47、59；低压箱压力表50；前后车轴进油管44、66。

4、液（汽）压管路系统：连接各个液压部件的管路（图中未标部分）。

二、轮式重力发动的工作原理与工作过程

1、轮式重力能发动机的工作原理是靠作用在车轮上的重力为动力，借车轴旋转的动力带动缸体旋转，缸体再带动活塞，在缸体里即做圆周旋转运动，在重力作用下又做上下往复运动，因而把车辆物体的重量（即重力）变成流体的液（汽）压能，也就是把车辆物体重量的势能转变为动能进行做功。其工作过程如下：

2轮式重力能发动机的工作过程

当车轮63（以后轮为例）在内燃发动机48的动力驱动下，车轮63按反时针方向旋转，装在车轮上的轮式重力能发动机的缸体I围绕车轴19旋转到B腔时，由于有偏心距e的作用，轮式重力能发动机的活塞8由压缩上止点往下止点移动。同时，挺杆压座22也离开挺杆调整帽24，在挺杆弹簧25的作用下，挺杆27带动滑阀28朝远离进油口35的方向移动，使滑阀28恢复原位，进油口35被打开。B腔为低压腔，也叫进油腔，它直接和车轴进油管66（以后车轴为例）相通，此时，也和进油口35相通。所以，从车轴进油管66事先存入B腔进油腔的液压油现在进入进油口35内。与此同时，由于轮式重力能发动机活塞8从上止点遂渐往下止点移动时，其缸体9内部容积增大产生局部真空，在缸体9内部局部真空和B腔低压油（或大气压力）的作用下进油口单项阀39被打开，从车轴进油管66来的油经过B腔进油腔、进油口35、进油口单向阀39进入发动机活塞8下方。随着发动机活塞8不断的往下止点移动，发动机的缸体9内容积遂渐扩大，进油量不断增加，直止发动机活塞8达到下止点后，发动机的缸体9内已充满油，发动机缸体9内停止进油，此过程为吸油过程，如图4所示。

随着车轮63继续旋转，车轮上的缸体I旋转到下止点（离上止点180）后，由于有偏心距e（此时e为最大值）和车辆的重力作用下其发动机活塞8靠车辆的重力和车轮的旋转遂渐往压缩上止点移动。发动机活塞8压缩缸体9内的液压油，随着发动机活塞8的压缩，其内部压力增高，当高于进油口单项阀39的闭口压力时，进油口单项阀39在弹簧和油压的作用下，马上关闭阀口，保证发动机活塞8在正常情况下压缩液压油，车轮63继续旋转，发动机活塞8继续压缩，缸体9内压力不断增高，该过程一直持续到出油口单项阀20打开之前，此过程为压油过程，如图5所示。

车轮63又继续旋转，缸体I已旋转到A腔高压腔内，其缸体9内液压油已经升高，随着车轮63继续旋转，发动机活塞8不断的压缩，其缸体9内液压油又继续升高，产生高压油。当液压油的压力高于出油口单项阀20调整规定的开启压力和A腔的油压力时，出油口单项阀20在油压的作用下，克服内部弹簧的作用力，顶开阀芯，出油口单项阀20被打开，发动机缸体9内的高压油经出油口单项阀20、出油口34、进入A腔高压腔。高压腔A内的压力很快升高，当A腔高压腔的压力高于车轴高压油管单项阀36的调整规定压力时，车轴高压油管单项阀36被打开，高压油进入车轴高压油管64（后轴为例）里，经压力蓄能箱进油管62进入压力蓄能箱57内蓄存，完成了把车辆重量（即重力）转变成液体的液压能的转换过程。把液压能蓄存在压力蓄能箱57内，以备车辆随时用来发出机械动能做功，该过程一直延续到发动机活塞8达到压缩上止点后，缸体I进入B腔前。

另外，当发动机活塞8移动到离开下止点进入A腔某位置以后，挺杆压座22压上挺杆调整帽24，通过挺杆调整帽24压缩挺杆弹簧25，推动挺杆27，滑阀28移动，遂渐关闭进油口35，防止在喷油过程因A腔内的油压高于进油口单项阀39调整的规定压力时在此时开启，以免A腔的高压油返回到缸体9内，此过程为喷油过程，如图6所示。

以后，轮式重力能发动机活塞8不断重复上述三个工作过程，即吸油过程、压油过程、喷油过程，该三个工作过程为一个工作循环。每当车轮旋转1周，发动机的一个工作缸即完成一个工作循环，轮式重力能发动机工作一次，若车轮内部安装若干个轮式重力能发动机的工作缸，车轮旋转1周，轮式重力能发动机就工作若干次。

以上是轮式重力能发动机的工作原理与工作过程。

三、现结合图7以汽车轮式重力能发动机为例，说明其做功过程和能产生多大的功率

1、汽车轮式重力能发动机做功过程

由轮式重力能发动机43和63转变的液压能经前后车轴高压油管46、64，通过前后压力蓄能箱进油管49、62分别进入压力蓄能箱57内，随着高压油不断的进入压力蓄能箱57里，由于压力蓄能箱里的气囊（图中未画）作用，使液压油继续升压，直止升到规定压力。如油压超过规定压力时，压力蓄能箱的安全阀61就会自动打开，使压力蓄能箱57内的液压油流进低压箱55里，减少压力蓄能箱57内的压力，直到降到规定压力为止，其安全阀61自动关闭，保证压力蓄能箱57及其高压管系的安全和规定的压力。

当汽车需要使用液压能做功时，用脚踩下（或手动式）流量控制阀52的踏板（图中未画），压力蓄能箱57的高压油经流量控制阀52和高压油管进入涡轮机54（或液压泵／液压马达），推动涡轮机54旋转做功，由液压能再转变为机械能，通过传动轴56，万向轴58驱动后桥差速器60经车轴65再带动车轮63旋转，完成了由车辆重量转变成－－液压能－－机械能的全部过程。根据计算（见后面第二节），轮式重力能发动机产生的动力完全可以单独起动汽车行驶一段路程，或让汽车发动机和轮式重力发动机产生的动力一起驱动汽车行使，降低汽车油耗同时又能增加汽车动力。

经过做功后的液压油经低压箱进油管（图中未标）进入低压箱55内，由于也有气囊（图中未画）的作用，也使低压箱55的压力略微增高，使之产生较低的压力。低压箱55的液压油经出油管47、59分别进入前后车轴进油管44、66里，以供应低腔B腔始终有足够的液压油，从而保证轮式重力能发动机在吸油过程时有足够的液压油进入重力能发动机的工作缸内，使重力能发动机正常工作。

2、汽车轮式重力能发动机的功率

（1）、计算汽车轮式重力能发动机的工作缸数

因车轮转一圈，轮式重力能发动机的一个工作缸就能工作一次，而每个汽车轮子若装八个工作缸，汽车轮子转一圈就能工作八次，一般载重汽车是六个轮子，若每个轮子都装八个工作缸：

所以：6×8＝48（个）

由此看来，一辆载重汽车若装上48个轮式重力能发动机的工作缸，也就是说汽车轮转一圈，汽车轮式重力能发动机就能工作48次。从内燃发动机工作循环的工作次数和汽缸数来说，这是其它内燃发动机与轮式重力能发动机无法比拟的优点。

（2）、计算汽车轮式重力能发动机能产生多高的液体压力，以汽车轮式重力能发动机工作缸的内径D为一百毫米，按汽车重载时为8吨，空载时为2吨分别计算如下：

因100毫米＝10厘米

根据压力计算公式：

P＝ ( N)/( F)

P－－压力（公斤力／厘米²）

N－－作用力（公斤力）

F－－作用面积（厘米²）

把以上数字代入公式P：

所以重载时：

P＝ 8000/(3.14×5×5) ＝101.9（公斤力／厘米²）

所以空载时：

P＝ 200/(3.14×5×5) ＝25（公斤力／厘米²）

由以上计算得出，该汽车轮式重力能发动机在重载时其工作缸内的活塞能产生101.9公斤／厘米²的压力，在空载时能产生25公斤力／厘米²的液体压力，所以，该压力范围使用于任何低压到中高压的液压系统。

（3）、汽车轮式重力能发动机能产生多大的功率

以汽车轮式重力能发动机活塞的行程为80毫米，汽车轮子最低转速以300转／分，最高转速以1200转／分，液压系统的工作压力取6公斤／厘米²时计算；其容积效率取η_容＝0.9，经过一系例公式（略）计算得出：

该汽车在最低转速时，汽车轮式重力能发动机能发出108马力／分的功率；

该汽车在最高转速时，汽车轮式重力能发动机能发出434马力／分的功率；

它们的平均功率为：

（434＋108）／2＝271马力／分

若取它们的平均功率和黄河牌载重汽车（JN150型）的发动机最大功率相比160马力／1800转／分还要多111马力／分。也就是说，让黄河牌载重汽车装上轮式重力能发动机，该汽车内燃发动机构造功率不变，就能使黄河牌载重汽车总的功率为：

160＋271＝431马力／分

所以黄河牌载重汽车装上轮式重力能发动机后其总的功率为431马力／分。

若从汽车轮式重力能发动机的平均功率和黄河牌载重汽车（JN150型）发动机的功率相比：

271／160＝1.69（倍）

比黄河牌载重汽车（JN150型）发动机的功率提高了1.69倍。

我们按黄河牌载重汽车（JN150型）发动机的功率提高1倍来计算它们的燃油消耗量，该黄河牌载重汽车的平均燃料消耗量为24升／百公里。现在，黄河牌载重汽车装上轮式重力能发动机后，其动力按提高1倍的功率，我们以汽车行驶100公里为准，让汽车行驶50公里后，关掉汽车内燃发动机，其余50公里的路程让轮式重力能发动机发出的功率来驱动汽车行驶，同样行驶100公里，而该汽车总的燃料消耗量为：

24（升）／2＝12（升）

比未装汽车轮式重力能发动机的燃料消耗量减少一半。

所以，按以上方法计算，装上轮式重力能发动机的汽车其燃料消耗量可以下降50％。

四、火车轮式重力能发动机

火车轮式重力能发动机其结构工作原理与汽车轮式重力能发动机基本相同，其功率和节约燃料方面将比汽车轮式重力能发动机大的多（计算略）。不同的是火车车轮轮辋以外部分装的是轮箍、轮箍分踏面和轮缘，都是钢铁做的，而不是橡胶轮胎。另外，本图工作缸是以柱塞式为例（见图8）。

五、轮式重力能发动机可以装在各种非机动车辆上，其结构原理与汽车轮式重力能发动机一样。不同的是汽车上要装内燃发动机为动力源，而非机动车上不装设燃烧燃料的发动机，靠人力驱动为动力源。

轮式重力能发动机可以随装在不同类型的车辆上而相应改变其名称，如装在火车上可以叫火车轮式重力能发动机。

本实用新型的机械结构并不复杂，按照液（汽）压机械制造技术基本上可以解决。

本实用新型实施后，可使各种机动车辆的动力和各种火车的动力成倍的增加，而燃料消耗量下降50％甚至还要多，能大量减少空气污染，能让非机动车在人力驱动下赶上机动车辆的性能，能大量节约能源，潜力很大。目前为解决能源危机找到了可佳的新的能源动力机。

本实用新型一旦采用，将产生巨大的经济效益。

Claims (9)

1、一种利用车辆物体重量为能源，把车辆物体重量的势能转变为动能的轮式重力能发动机，它包括动力系统、传动做功系统、回送系统以及通过管路连接形成的液(汽)压管路系统，其特征在于：通过安装在车轮上重力能发动机的缸体(9)固定在轮毂(10)上，活塞杆(6)的一端连接在缸体(9)内的活塞(8)上，另一端安装在车轮轮辋(3)上，让其代替轮辐，在车轴(19)带动下，缸体(9)随轮毂(10)和连接轮毂(10)车轴(19)的部件(11)与车轴(19)做同圆心的旋转运动，同时，在重力作用下缸体(9)不但让活塞(8)、活塞杆(6)带动车轮轮辋(3)与车轴(19)做不同圆心但同步的旋转运动，缸体(9)与活塞(8)两种不同圆心的旋转运动，有一个偏心距(e)，而且能使活塞(8)在缸体(9)里又做上下往复运动，因而完成吸油过程、压油过程、喷油过程，把车辆物体重量的势能转变为液(汽)压能，经压力蓄能变能装置后，通过传动做功系统的装置进行做功。

2、根据权利要求1所述装置，其特征是：在缸体（9）的上止点部分装有控制进油口、出油口装置，并分别和轮毂（10）内的进油口（35）、出油口（34）相通，并在缸体（9）一侧设有进油口开闭机构。

3、根据权利要求1所述装置，其特征是：轮式重力能发动机的核心部件工作缸为液压缸式，其用途和液压缸相反。

4、根据权利要求1或2所述装置，其特征是：在轮毂（10）与车轴（19）之间装有A腔和B腔，中间通过AB腔隔板（41）和密封圈把两腔轴向分开，A腔为高压腔，B腔为低压腔，A腔与车轴高压油管（64）相通，并对应进油口（35）、出油口（34）之间有开口部分，在车轴高压油管（64）内装有高压油管单向阀（36），B腔与车轴进油管（66）相通，并对应进油口（35）、出油口（34）之间有开口部分。

5、根据权利要求1或4所述装置，其特征是：在轮毂（10）与AB腔之间装有内外轴承座（37），内外轴承（15）、（31），密封圈（16）、（32），挡板（38），使AB腔为固定体，AB腔圆周以外部分为旋转体。

6、根据权利要求1所述装置，其特征是：车轮上可以安装一个或一个以上轮式重力能发动机的工作缸。

7、根据权利要求1所述装置，其特征是：轮辐罩（5）为鱼鳞形，分内外两圈，中间有间隙并有防尘圈（40）。

8、根据权利要求1所述装置，其特征是：在缸体（9）的外端盖上，活塞杆（6）的圆周外安装有减振的弹簧橡胶组件（23）。

9、根据权利要求1所述装置，其特征是：液（汽）压能可以蓄存在压力蓄能箱（57）内，利用流量控制阀（52）控制工作流体流量的大小，用过的流体可以蓄存在低压箱（55）和车轴进油管（66）内。

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