CN108087111B - 圆环发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种圆环发动机，包括气缸组和齿轮组；气缸组为相同构件的两组，每组包括一个连接臂、两个弧形气缸、两个弧形活塞以及两个气缸盖，连接臂的两端分别与两个相对的弧形气缸固定连接，所述弧形气缸的气缸杆与弧形活塞的活塞杆相互套接，且可延圆弧方向相对滑动，所述两组气缸构件通过弧形活塞与弧形气缸间的相互配合连接成环状结构；齿轮组包括齿数相同、转向相同并依序与齿条啮合的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，相邻的相邻齿轮圆心与所述连接臂的中点连线的呈60°夹角排列或呈120°夹角排列，且第一齿轮、第二齿轮或第三齿轮的齿轮轴为输出轴。本发明所述的圆环发动机由于没有曲轴，燃气对活塞的推力方向始终垂直于活塞旋转半径，因此提高了发动机的热功转换率；且气缸组构件对称分布，具有良好的动平衡，便于实现连续高速运转。

Description

圆环发动机
技术领域
本发明涉内燃机领域，特别涉及一种圆环发动机。
背景技术
众所周知，往复式内燃发动机已经拥有一百多年的历史，但由于目前人类所遇到的能源和环境问题对热功转换机械提出了更高的要求，因而往复式内燃机就显得体积大、重量大、效率低、排放性差，因此近些年来，出现多种发动机设计，如申请号为2013202537981的圆环发动机，没有曲轴，燃气对活塞的推力方向始终垂直于活塞旋转半径，因此提高了发动机的热功转换率；构件对称分布，具有良好的动平衡，便于实现高速运转，但其设计在运行过程出现活塞脱缸，齿轮干涉，无法连续运转。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种类申请号2013202537981的圆环发动机，以解决其活塞脱缸，齿轮相互干涉，便于连续高速运转。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种圆环发动机，包括气缸组和齿轮组；
所述的气缸组为相同构件的两组，每组包括一个连接臂、两个弧形气缸、两个弧形活塞以及两个气缸盖，所述连接臂为杆状结构，杆内有输油通道，连接臂的两端分别与两个相对的弧形气缸固定连接，所述弧形气缸与所述的弧形活塞尾部都刚性固定着一段弧形活塞杆，弧形气缸的活塞杆与弧形活塞的活塞杆间通过活塞杆相互套接组成一段可伸缩的圆弧，在所述弧形气缸的外侧设置有齿条，气缸缸体上有输油口和排气口，且所述的弧形构件以所述连接臂的中点呈点对称分布，所述两组气缸构件通过两组间弧形活塞与弧形气缸的相互配合连接成环状结构。
所述齿轮组包括齿数相同、模数相同、转向相同并依序与所述气缸组上齿条啮合的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，且第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮相邻齿轮圆心与所述连接臂的中点连线呈60°夹角排列(也可呈120°夹角排列)，所述第一齿轮、第二齿轮或第三齿轮的齿轮轴为输出轴。
进一步的，所述弧形气缸一端为气缸另一端为气缸杆，气缸杆上限位栓，所述的弧形活塞一端为活塞另一端为活塞杆，活塞杆上有限位滑槽，气缸杆嵌在活塞杆上有限位滑槽内，使所述弧形气缸与所述的弧形活塞仅可延圆弧方向相对滑动。
进一步的，所述连接臂的两端连接在所述弧形气缸上。连接臂中有输油通道，进油口在连接臂旋转轴心上，出油口在连接臂的两端，并通过输油管道分别与连接臂两端的弧形气缸输油口联结。
进一步的，所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮的转速之比为1比2比2。
进一步的，同一个连接臂两端连接的弧形气缸齿条，在同一时间，最多只与第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮中的一个啮合。
进一步的，所述的齿条中间部分为完整齿，两头为部分齿，部分齿取值方式为：相邻齿轮圆心与所述连接臂的中点连线呈60°夹角排列，齿条处在两齿轮中间时，部分齿的高度同时不超过相邻齿轮两齿轮外接圆。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的圆环发动机运行过程能高速运转，不会出现活塞脱缸，齿轮干涉。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1弧形气缸和齿条示意图
图2弧形活塞示意图
图3为本发明实施例所述的气缸组A弧形构件连接示意图；
图4为本发明实施例所述的两组气缸连接示意图；
图5为齿条部分齿齿高极限取值示意图
图6为本发明例所述的圆环发动机第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮相邻齿轮60°夹角结构示意图；
图7为本发明例所述的圆环发动机第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮相邻齿轮120°夹角结构示意图；
图8为圆环发动机旋转过程分解示意图； 图9为圆环发动机旋转过程分解点火状态示意图；
图10为圆环发动机旋转过程分解活塞做冲程分解示意图；
图11为圆环发动机旋转过程分解活塞做冲程分解示意图；
图12为圆环发动机旋转过程分解活塞做冲程分解示意图；
附图标记说明：
1-气缸，2-气缸杆，3-活塞，4-活塞杆，5-气缸盖，6-连接臂，7-第一齿轮，8-第二齿轮，9-第三齿轮，10-齿条完整齿，11-齿条部分齿，12-第一齿轮外接圆，13-第二齿轮外接圆，14-连接臂进油口，15-气缸排气口，16-油管，17-输油通道，18-气缸输油口，19-限位滑槽，20-限位栓。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1至图12即为本发明例的相关附图，结合图1至图7可知，本实施例所述的发动机包括气缸组和齿轮组；
所述的气缸组为如图3所示相同构件的两组，每组包括一个连接臂、两个弧形气缸、两个弧形伸缩活塞杆、两个弧形活塞以及两个气缸盖，所述连接臂6为杆状结构，内有输油通道17，连接臂6的两端分别与两个相对的弧形气缸1的端部固定连接，所述的弧形气缸如图1一端为气缸1另一端为气缸杆2，所述的弧形活塞一端为活塞3另一端为活塞杆4，所述弧形气缸的气缸杆2套接在与所述的弧形活塞的活塞杆4的限位滑槽19内，使所述弧形气缸与所述的弧形活塞间仅可延圆弧方向相对滑动。在所述弧形气缸的外侧设置有齿条，齿条中间部位为完整10，两边为齿条部分齿11；且两个相对的弧形构件以连接臂6的中点呈点对称分布；气缸组输油则通过连接臂6旋转轴心上的进油口14注油，燃油经过连接臂中的输油通道17再经过油管16进入气缸气缸输油口18。所述的两个气缸组间通过弧形活塞与弧形气缸的的相互配合如图4所示组成环状结构，并通过气缸盖5来防止弧形活塞脱出；齿轮组包括齿数相同、模数相同、转向相同并依序与气缸组上齿条啮合的第一齿轮7、第二齿轮8、第三齿轮9，且相邻两齿轮圆心与所述连接臂的中点连线的呈60°夹角排列(也可呈120°夹角排列)；在本实施例中，还设置有其它齿轮，来使第一齿轮7、第二齿轮8、第三齿轮9转向相同，且转速之比为1比2比2。
以下结合图来说明本实施例所述的圆环发动机旋转分解图来来说明工作过程，如图8所示，本实施例选定第一齿轮7、第二齿轮8、第三齿轮9相邻齿轮60°夹角排列，设定三个齿轮均为逆时针转向，转速比1：2：2，设定气缸组A连接臂一端的弧形气缸刚脱离第三齿轮9，另一端气缸a则准备进入第一齿轮7，而气缸组B上的齿条处在脱离第一齿轮7准备进入第二齿轮8，即两组气缸与齿轮组都不啮合状态的临界点为气缸组A气缸a和为气缸组B活塞b的起点，如图9所示，当气缸组A弧形气缸a转过3°，气缸组B的弧形活塞b刚好转过6°，设定弧形气缸a点火膨胀，因为气缸组A与第一齿轮7完全啮合，而气缸组B则与第二齿轮8完全啮合，则气缸组A与气缸组B转速比的1比2，所以气缸组A与气缸组B都加速顺时针转动的转速差才能满足气缸组B中弧形活塞b做冲程.
以下结合图10-图12对此次弧形活塞做冲程过程分解：
如图10所示，弧形活塞b做冲程，气缸a连接的气缸组A转过30°，活塞b连接气缸组B转过60°，与活塞b连接的气缸组B上的齿条处在第二齿轮8、第三齿轮9中间，但不与其啮合的临界状态；
如图11所示，弧形继续活塞做冲程，气缸a连接的气缸组A转过50°，活塞b连接的气缸组B转过100°，活塞b到达气缸a的顶点，气缸a开始排气；
如图12所示，气缸组A与气缸组B做惯性运动，由于第一齿轮7完与第二齿轮8的作用，转速比还为1：2，气缸a连接的气缸组A转过60°，由于活塞b到达气缸a的顶点，活塞b随气缸a一起转动到110°，气缸组B的气缸杆相对活塞杆将伸长10°，则气缸组B的连接臂转动到120°；
气缸B刚好转动到图8所示气缸A的起始位置，并重复气缸A图8到图12所走的过程，而气缸组A则重复气缸组B所走的过程，然后这两个气缸组就可以这么循环的转动起来。

Claims (8)

1.一种圆环发动机，包括气缸组和齿轮组；
所述的气缸组为相同构件的两组，每组包括一个连接臂、两个弧形气缸、两个弧形活塞以及两个气缸盖，所述连接臂为杆状结构，连接臂的两端分别与两个相对的弧形气缸固定连接，所述弧形气缸的与所述的弧形活塞尾部都刚性固定着一段弧形活塞杆，弧形气缸的活塞杆与弧形活塞的活塞杆间通过活塞杆相互套接，所述弧形气缸的外侧设置有齿条，气缸缸体上有输油口和排气口，且所述的弧形构件以所述连接臂的中点呈点对称分布，所述两组气缸构件通过弧形活塞与弧形气缸间的相互配合连接成环状结构；
所述齿轮组包括齿数相同、转向相同并依序与所述气缸组上齿条啮合的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，且第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮相邻两齿轮圆心与所述连接臂的中点连线的呈60°夹角排列，所述第一齿轮、第二齿轮或第三齿轮的齿轮轴为输出轴；
所述弧形气缸的气缸杆套接在与所述的弧形活塞的活塞杆的限位滑槽内，所述弧形气缸与所述弧形活塞间仅可沿圆弧方向相对滑动；
所述气缸组输油通过连接臂旋转中心上的进油口14注油，燃油经过连接臂中的输油通道再经过油管进入气缸输油口。
2.根据权利要求1所述的圆环发动机，其特征在于：所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮相邻两齿轮圆心与所述连接臂的中点连线也可呈120°夹角排列，所述第一齿轮、第二齿轮或第三齿轮的齿轮轴为输出轴。
3.根据权利要求1所述的圆环发动机，其特征在于：所述弧形气缸一端为气缸另一端为气缸杆，所述的弧形活塞一端为活塞另一端为活塞杆。
4.根据权利要求1所述的圆环发动机，其特征在于：所述弧形气缸的气缸杆端有限位栓，所述的弧形活塞的活塞杆端有限位滑槽，气缸杆套接在活塞杆上有限位滑槽内，限位栓限止圆弧轴心方向其转动，使所述弧形气缸的与所述的弧形活塞仅可延圆弧方向相对滑动，气缸杆与活塞杆上滑槽也可为椭圆或其它形状，满足弧形气缸与所述的弧形活塞圆弧轴心方向相对转动即可。
5.根据权利要求1所述的圆环发动机，其特征在于：所述连接臂的两端连接在所述弧形气缸上,连接臂中有输油通道，进油口在连接臂旋转轴心上，出油口在连接臂的两端，并通过输油管道分别与连接臂两端的弧形气缸输油口联结。
6.根据权利要求1所述的圆环发动机，其特征在于：所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮的转速之比为1比2比2。
7.根据权利要求1所述的圆环发动机，其特征在于：同一个连接臂两端连接的弧形气缸上齿条，在同一时间，最多只与第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮中的一个啮合。
8.根据权利要求1所述的圆环发动机，其特征在于：齿条中间部分为完整齿，两头为部分齿，部分齿取值方式为：第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮相邻两齿轮圆心与所述连接臂的中点连线的呈60°夹角排列，齿条处在两齿轮中间某一时刻，部分齿的高度同时不超过第一齿轮与第二齿轮、第二齿轮、第三齿轮齿轮外接圆。
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