CN218581694U - 一种采用环形冲程的单气缸动力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用环形冲程的单气缸动力装置。本实用新型的方法包括：四个以上的环形气缸同轴套装在动力装置输出轴上；环形气缸包括固定外环和转子内环；固定外环上设有第一限定滑塞和第二限定滑塞；转子内环上设有转子滑塞；凸轮弹簧复位机构控制第一限定滑塞和第二限定滑塞的抬起和落下；第一限定滑塞一侧开有废气排气阀口，另一侧开有燃烧进气阀口，第二限定滑塞一侧开有进气阀口，另一侧设有压缩混合气排气阀口；废气排气阀口与进气阀口处于同侧；环形气缸外面设有燃烧室和高压气管，燃烧室的进气口与高压气管连接，燃烧室的出气口通过燃烧进气阀口与环形气缸连接。本实用新型能够保护环境，提高传动效率，热效率高，满足市场的需求。

Description

一种采用环形冲程的单气缸动力装置

技术领域

本实用新型属于动力机械技术领域，具体涉及一种采用环形冲程的单气缸动力装置。

背景技术

内燃机，是通过燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。通常来讲，内燃机指的是指活塞式内燃机。

活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

活塞式内燃机采用的燃料主要是汽油、柴油、天然气等，汽油的主要成份是C5～C12脂肪烃和环烷烃类，完全燃烧生成CO₂和H₂O，不完全燃烧生成CO和C，还会有氮氧化物、硫氧化物等污染物；柴油含有氧 、硅、 铝 、铁、 钙 、硫、 氮、 氢、碳等元素，完全燃烧生成CO₂和H₂O，不完全燃烧生成CO和C，还会有氮氧化物、硫氧化物等污染物；天然气含有碳氢元素，完全燃烧的产物为CO₂和H₂O，不完全燃烧产物为CO和C；综上所述，三种燃料均会产生二氧化碳或一氧化碳，而二氧化碳的过量排放是温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高的主要原因，且一氧化碳本身是有毒气体。

因此活塞式内燃机普遍存在排放物多、污染严重等问题；而现在可以替代燃料的新能源燃料仍会产生二氧化碳，可再生替代燃料虽然排放物少，污染程度低，但是现在仍存在技术门槛，技术不成熟，成本高，续行里程难以满足市场的需求的问题。

活塞式内燃机利用燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，这种机械传动结构需要将滑塞的往复式直线机械运动转化为圆周运动，传动效率不高，使得燃料的热效率低，造成了一定程度的浪费。

为了解决以上技术问题，本实用新型提出了一种采用环形冲程的单气缸动力装置。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提出一种采用环形冲程的单气缸动力装置，能够保护环境，提高传动效率，热效率高，满足市场的需求。

为实现以上目的，本实用新型提出以下技术方案：

一种采用环形冲程的单气缸动力装置，包括四个以上的环形气缸，优选地，同轴设置在动力装置输出轴上，每个环形气缸是一个独立的工作组，环形气缸套装在动力装置输出轴上；

所述环形气缸包括固定外环和转子内环，所述固定外环固定不动，所述转子内环同轴设在固定外环内，能够围绕中心转动；

所述固定外环上设有第一限定滑塞和第二限定滑塞，所述第一限定滑塞和第二限定滑塞与环形气缸的中心处于同一直线上，所述第一限定滑塞和第二限定滑塞置于固定外环内侧并向内延伸；

所述转子内环上设有转子滑塞，所述转子滑塞同转子内环同步转动；所述转子滑塞置于转子内环外侧且向外延伸，与固定外环的内侧相接触；

还包括设在环形气缸上的凸轮弹簧复位机构，所述凸轮弹簧复位机构设置两个，分别控制第一限定滑塞和第二限定滑塞的抬起和落下，所述凸轮弹簧复位机构包括凸轮机构、启动发电机和复位弹簧，凸轮机构的凸轮与第一限定滑塞或第二限定滑塞连接，所述复位弹簧与第一限定滑塞或第二限定滑塞连接，凸轮机构在启动发电机的带动下转动，进而带动第一限定滑塞或第二限定滑塞的升降；复位弹簧处于原始长度下，第一限定滑塞或第二限定滑塞处于落下状态，凸轮机构转动后带动第一限定滑塞或第二限定滑塞抬起，继续转动，第一限定滑塞或第二限定滑塞再次落下，并且在复位弹簧的作用下精确复位同时使得环形气缸恢复密封状态；

所述动力装置输出轴一端与需要动力的功能装置直接连接，如油泵、空压机、发电机等；

所述第一限定滑塞一侧开有废气排气阀口，另一侧开有燃烧进气阀口，所述第二限定滑塞一侧开有进气阀口，另一侧设有压缩混合气排气阀口；所述废气排气阀口与进气阀口处于同侧；所述进气阀口与进气管道连接；

所述环形气缸外部设有燃烧室和高压气管，所述燃烧室的进气口与高压气管连接，所述燃烧室的出气口通过燃烧进气阀口与环形气缸的做功行程连接；

所述高压气管两端设有电控阀，分别控制压缩混合气的进气量以及排气量；

每个所述环形气缸均可完成吸气、压缩、做功和排气四个行程；转子滑塞转动的第一圈完成吸气冲程，转子滑塞转动的第二圈完成压缩冲程，转子滑塞转动的第三圈完成做功冲程，转子滑塞转动的第四圈完成排气冲程。

所述燃烧室内设有火花塞。

优选地，所述第一限定滑塞置于转子内环的最下端，所述第二限定滑塞置于转子内环的最上端。

优选地，所述进气阀口置于第二限定滑塞左侧，所述压缩混合气排气阀口置于第二限定滑塞右侧。

优选地，所述废气排气阀口置于第一限定滑塞左侧，所述燃烧进气阀口置于第一限定滑塞右侧。

优选地，所述环形气缸之间相位角为90°以上。

优选地，所述环形气缸的环形空间，即环形气缸的气缸容积，环线周长包角为300°以上，形成环形冲程。

优选地，所述进气管道上设有进气调节系统，所述进气调节系统上设有电控阀，用于调整氢氧混合气体的混合比例。

优选地，所述进气管道为人字形的三通管道，一个出气管道，两个进气管道，利用三通接头连接，其中一个进气管道为进氧气管道，另一个进气管道为进氢气管道，每条进气管道上设有进气电控阀，调整各自进气量。

优选地，所述环形气缸与启动电动机连接，所述启动电动机带动转子滑塞初始转动，由外力驱动转子滑塞转动之后启动电动机停止运作。

本实用新型有益效果在于：

本实用新型通过设置以环形气缸为主的动力装置，通过圆周运动提供动力，做功运动是圆周运动，没有了传统内燃机中的往复直线运动和曲柄运动，零部件减少，机械效率大幅度提升，这样的动力输出更加方便直接，大大提高了燃料的能量转换效率；

本实用新型中动力装置的燃料采用氢气，氢气是清洁可再生能源，生成物只有水，零污染；且与同质量的汽油相比，氢气热值是汽油的数倍，且氢气的火焰传播速度快，能够使燃料燃烧更充分，达到了节能减排的目的；

本实用新型中的气缸都是圆周同轴布置，每组的环形做功行程角能够达到300℃以上，每组之间的相位角为90°，能够实现无间断的连续工作，即能够实现无间断持续输出动力；

本实用新型中每组环形做功行程角可以达到300℃以上，压缩比很高，使得燃烧完全充分，热效率高，高达70%以上；

本实用新型中的燃烧室设在环形气缸的外面，是外燃式燃烧室，易于冷却、控制和维护。

采用上述方案，本实用新型能够以更加方便直接的方式输出动力，动力输出结构简单；且燃料的能量转换效率高，减少了不必要的浪费；无污染，燃料利用率高，进而保护环境。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的整体结构正视示意图。

图2是本实用新型的整体结构侧视示意图。

图3是本实用新型的环形气缸内部结构示意图。

图中，1-固定外环，2-转子内环，3-第二限定滑塞，4-转子滑塞，5-环形气缸，6-高压气管，7-第一电控阀，8-第二电控阀，9-进气阀口，10-废气排气阀口，11-压缩混合气排气阀口，12-燃烧进气阀口，13-第一限定滑塞，14-燃烧室，15-第一气缸，16-第二气缸，17-第三气缸，18-第四气缸，19-凸轮机构，20-动力输出轴。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1~3所示，一种采用环形冲程的单气缸动力装置，包括四个以上的环形气缸，同轴设置在动力装置输出轴20上，每个环形气缸是一个独立的工作组，环形气缸套装在动力装置输出轴20上；

所述环形气缸包括固定外环1和转子内环2，所述固定外环1固定不动，所述转子内环2同轴设在固定外环1内，能够围绕中心转动；

所述固定外环1上设有第一限定滑塞13和第二限定滑塞3，所述第一限定滑塞13和第二限定滑塞3与环形气缸的中心处于同一直线上，所述第一限定滑塞13和第二限定滑塞3置于固定外环1内侧并向内延伸；

所述转子内环2上设有转子滑塞4，所述转子滑塞4同转子内环2同步转动；所述转子滑塞4置于转子内环2外侧且向外延伸，与固定外环1的内侧相接触；

还包括设在环形气缸上的凸轮弹簧复位机构，所述凸轮弹簧复位机构设置两个，分别控制第一限定滑塞13和第二限定滑塞3的抬起和落下，所述凸轮弹簧复位机构包括凸轮机构、启动发电机和复位弹簧，凸轮机构的凸轮与第一限定滑塞13或第二限定滑3塞连接，所述复位弹簧与第一限定滑塞13或第二限定滑塞3连接，凸轮机构在自身发电机的带动下转动，进而带动第一限定滑塞13或第二限定滑塞3的升降；复位弹簧处于原始长度下，第一限定滑塞13或第二限定滑塞3处于落下状态，凸轮机构转动后带动第一限定滑塞13或第二限定滑塞3抬起，继续转动，第一限定滑塞13或第二限定滑塞3再次落下，并且在复位弹簧的作用下精确复位同时使得环形气缸恢复密封状态；

所述动力装置输出轴20一端与需要动力的功能装置直接连接，如油泵、空压机、发电机等；

所述第一限定滑塞13一侧开有废气排气阀口10，另一侧开有燃烧进气阀口12，所述第二限定滑塞3一侧开有进气阀口9，另一侧设有压缩混合气排气阀口11；所述废气排气阀口10与进气阀口9处于同侧；所述进气阀口9与进气管道连接；

所述环形气缸外部设有燃烧室14和高压气管6，所述燃烧室14的进气口与高压气管6连接，所述燃烧室14的出气口通过燃烧进气阀口12与环形气缸的做功行程连接；

所述高压气管6两端设有进气电控阀和排气电控阀，分别控制压缩混合气的进气量以及排气量；

每个所述环形气缸均可完成吸气、压缩、做功和排气四个行程；转子滑塞4转动的第一圈完成吸气冲程，转子滑塞4转动的第二圈完成压缩冲程，转子滑塞4转动的第三圈完成做功冲程，转子滑塞4转动的第四圈完成排气冲程。

所述燃烧室14内设有火花塞。

优选地，所述第一限定滑塞13置于转子内环2的最下端，所述第二限定滑塞3置于转子内环2的最上端。

优选地，所述进气阀口9置于第二限定滑塞3左侧，所述压缩混合气排气阀口11置于第二限定滑塞3右侧。

优选地，所述废气排气阀口10置于第一限定滑塞13左侧，所述燃烧进气阀口12置于第一限定滑塞13右侧。

优选地，所述环形气缸之间相位角为90°以上。

优选地，所述环形气缸的环形空间，即环形气缸的气缸容积，环线周长包角为300°以上，形成环形冲程。

优选地，所述进气管道上设有进气调节系统，所述进气调节系统上设有电控阀，用于调整氢氧混合气体的混合比例。

优选地，所述进气管道为人字形的三通管道，一个出气管道，两个进气管道，利用三通接头连接，其中一个进气管道为进氧气管道，另一个进气管道为进氢气管道，每条进气管道上设有进气电控阀，调整各自进气量。

优选地，所述环形气缸与启动电动机连接，所述启动电动机带动转子滑塞4初始转动，由外力驱动转子滑塞4转动之后启动电动机停止运作。

具体地，初始状态下，第一限定滑塞13处于落下状态，第二限定滑塞3处于落下状态，环形气缸的转子内环2在启动电动机的带动下初始转动，顺时针转动，转子滑塞4与第二限定滑塞3之间进气行程变大，使得转子滑塞4和第二限定滑塞3之间形成负压，此时同时开启进气阀口9，氢氧混合气体进入环形气缸内，在转子滑塞4转动至第一限定滑塞13左侧时，第一限定滑塞13抬起，直至转子滑塞4转动至第二限定滑塞3右侧时，进气行程完成；

进气行程完成后，第二限定滑塞3垂直抬起，待转子滑塞4通过后，第二限定滑塞3落下复位，进入压缩行程。

随着转子滑塞4的顺时针转动，环形气缸的容积逐渐缩小，混合气体被压缩，当转子滑塞4经过第一限定滑塞13后，第一限定滑塞13落下复位，当转子滑塞4转动至第二限定滑塞3右侧时，压缩混合气排气阀口11打开，高压气管6的进气电控阀打开，压缩后的混合气进入高压气管66内，同时高压气管的排气电控阀打开，高压的混合气体进入燃烧室14内，至此压缩行程完成；

压缩行程完成后，高压气管6的排气电控阀关闭；燃烧室14内的高压混合气被火花塞点燃，燃烧室14的出气口打开，爆燃的高温高压混合气通过燃烧进气阀口12进入环形气缸的做功行程，推动转子滑塞4顺时针转动做功，至第二限定滑塞3右侧时，第二限定滑塞3垂直抬起，并保持抬起状态，然后转动至第一限定滑塞13左侧，此时第一限定滑塞13抬起，待转子滑塞4转动至第一限定滑塞13的右侧，第一限定滑塞13落下复位，燃烧进气阀口12关闭，至此做功行程完成；

做功行程完成后，第一限定滑塞3落下复位，同时废气排气阀口10打开，随着转子滑塞4的转动，燃烧后的废气被强制排出；转子滑塞4越过第二限定滑塞3后，第二限定滑塞3落下复位，此时废气排气阀口10关闭，排气行程完成，环形气缸进入下一个循环。

四个环形气缸同轴分布，其做功行程分别按90°的相位角安装，整个动力装置便能实现无间断的动力输出。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用环形冲程的单气缸动力装置，其特征在于：包括四个以上的同轴的环形气缸，环形气缸套装在动力装置输出轴上；所述环形气缸包括固定外环和转子内环，所述固定外环固定不动，所述转子内环同轴设在固定外环内，能够围绕中心转动；

所述固定外环上设有第一限定滑塞和第二限定滑塞，所述第一限定滑塞和第二限定滑塞与环形气缸的中心处于同一直线上，所述第一限定滑塞和第二限定滑塞置于固定外环内侧并向内延伸；所述转子内环上设有转子滑塞，所述转子滑塞同转子内环同步转动；所述转子滑塞置于转子内环外侧且向外延伸，与固定外环的内侧相接触；

还包括设在动力装置输出轴一端的凸轮弹簧复位机构，所述凸轮弹簧复位机构控制第一限定滑塞和第二限定滑塞的抬起和落下；

所述第一限定滑塞一侧开有废气排气阀口，另一侧开有燃烧进气阀口，所述第二限定滑塞一侧开有进气阀口，另一侧设有压缩混合气排气阀口；所述废气排气阀口与进气阀口处于同侧；

所述每个环形气缸外面设有燃烧室和高压气管，所述燃烧室的进气口与高压气管连接，所述燃烧室的出气口通过燃烧进气阀口与环形气缸的做功行程连接；所述燃烧室内设有火花塞；

所述高压气管两端设有电控阀，分别控制压缩混合气的进气量以及排气量。

2.根据权利要求1所述的一种采用环形冲程的单气缸动力装置，其特征在于：所述环形气缸之间相位角为90°以上。

3.根据权利要求2所述的一种采用环形冲程的单气缸动力装置，其特征在于：所述环形气缸的环形空间的环线周长包角为300°以上。

4.根据权利要求3所述的一种采用环形冲程的单气缸动力装置，其特征在于：所述第一限定滑塞置于转子内环的最下端，所述第二限定滑塞置于转子内环的最上端。

5.根据权利要求4所述的一种采用环形冲程的单气缸动力装置，其特征在于：所述进气阀口置于第二限定滑塞左侧，所述压缩混合气排气阀口置于第二限定滑塞右侧，所述废气排气阀口置于第一限定滑塞左侧，所述燃烧进气阀口置于第一限定滑塞右侧。

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