振荡活塞发动机制造技术

一种将多个活塞安置于一个或两个振荡盘上的发动机。所述发动机可作为使用柴油、汽油或天然气的内燃机使用，也可被配置为将高温高压气体转换为旋转能量的膨胀器。对于任何参数的设置，如活塞的数量，活塞、圆盘和齿轮的尺寸等，本发明专利技术中已公开其尺寸限制，以使发动机更广泛而有效地运用。本发动机特别适用于发电机的驱动，因为其在众多发电机中，是一种可低转速下提供高转矩的发电机，其紧凑的设计带来了高的功率重量比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】振荡活塞发动机相关申请的交叉引用 本申请要求2010年3月30日提交的美国临时申请61/282，774号的优先权，通过引用将其公开内容合并至本申请中。专利技术
本专利技术大体上涉及内燃机的领域，也涉及高压气体膨胀器。更具体地说，本专利技术涉及利用振荡圆盘方法将一种形式的能量(无论是通过燃烧各种石油产品所产生的化学能抑或是在高压气体中的能量)转换为旋转机械能。旋转机械能可被用来驱动发电机发电或者驱动正在行驶的交通工具(汽车、卡车、飞机或船)变速。
技术介绍
传统的内燃发动机应用了在直线上作往复运动的活塞。这种运动通过一组偏移轴承被转移到一个旋转的曲轴上。柴油发动机和传统的燃气发动机都基于进气、压缩、点火/扩展(或引爆)和排气这四个循环。二冲程发动机通常使用端口来代替阀门，且其结合进气/压缩循环和膨胀/排气循环。然而，传统的发动机倾向于具有较低的效率、大的质能比以及较大的容量需求，对所述任一方面所进行的改进都将具有重大的意义。此外，传统的发动机往往要求较高的转速来形成足够高的转矩。现有技术中，有人试图利用一套活塞来克服所述发动机的某些问题，当燃烧定位在环形活塞腔的一部分时，这一套活塞沿着环形腔室运动。该环形腔室具有一个复杂的中心轴结构、具有端口而非阀门、具有一个固定的连接至底架上的主齿轮以及绕着主齿轮的行星驱动齿轮。然而，这样的解决方案存在局部温度过高，以及传输高转矩到驱动轴的材料强度问题。其他发动机是基于早期的摩根引擎，采用了具有振荡活塞的旋转环形室(整个腔旋转)。转矩通过一个“拨叉”转移到曲柄轴上，该“拨叉”与中央共线汽缸连接，汽缸又依次与振荡活塞的圆盘相接。这种发动机需要大的旋转环形腔室，这种腔室需要电滑环来输出火花塞中的电流，也需要一个重的拨叉配置来传递转矩至曲柄轴。近期，C02制冷循环重新引起了人们的关注，因为它的使用极少引发，甚至是不会引发环境问题。在其循环周期中，跨临界阶段的高压二氧化碳通过膨胀阀迅速移动至冰箱内以创建一个制冷点。气体/液体的组合通过吸收冰箱内部的热量而被加热并且变成蒸汽，然后，蒸汽被压缩机压缩至跨临界状态。该压缩气体在冰箱外被周围的空气冷却，然后泵入到冰箱中的膨胀阀以完成循环。通过反向运行的制冷循环，可以将低品质的热量(摄氏300度的温度范围内的热)转换成机械能。在这种逆循环中，液体二氧化碳被加压至其跨临界状态，然后加热以提高其温度。接着，气体通过一个膨胀器，该膨胀器能够冷却跨临界二氧化碳并且将高压气体的能量转换为机械能。最后，气体又冷凝成液体，并重复该循环。基于C02循环的膨胀器系统的理论已是早前即存在的，但在该循环中，缺少了可用于高压力和低容量气体的膨胀器。此外，对转化效率、质能比，以及对空间容积考虑上的优化，也将是具有重要意义的。
技术实现思路
本专利技术所公开的示例设备包括对传统的四冲程内燃机和二冲程内燃机的改进，所作的改进具有新颖性和非显而易见性(或说创造性)。本文中所提供的示例主要是基于一个环形燃烧室，该燃烧室具有新颖的齿轮装置和布局，以使本专利技术区别于目前任何已知的现有技术。本专利技术所记载的某些发动机的实施例具有活塞，这些活塞刚性地安装在至少两个圆盘周围。两个圆盘相邻设置，其各自的活塞相互交错。当活塞在一个围绕在圆盘圆周的固定的环形腔室内移动时，活塞盘来回振荡。活塞的来回运动通过推臂转移至旋转曲柄轴，推臂沿着与圆盘相连的销旋转。例如在一些实施例中，发动机运用了多个曲轴，这些曲轴都穿过了圆盘上的孔。这些孔使得每个曲柄轴连接两个圆盘。多个曲轴通过负载共享的方式让高转矩转移到主轴上，而不需要其中任何一个轴过度承重，从而使质量大幅度减少。曲柄轴的对称设置使力达到平衡，并最大限度地减少了振动。圆盘之间的燃烧室围绕了整个环形腔室周围，这种结构·可使得温度分布均一。另一个例子中，发动机使用了单一的曲柄轴，该轴穿过一对圆盘中的孔，其中一个圆盘融合在环形燃烧室的一侧，另一个圆盘是自由振荡的，并且，对于每对活塞来说，第一活塞固定于融合圆盘处，第二活塞盘随所述第二圆盘自由振荡。发动机可设有一对或者多对活塞。本专利技术提供了多个实施例，包括但不限于一种发动机，其包括第一圆盘，具有穿过第一圆盘的第一轴向孔和与第一圆盘的轴线偏移的第一偏移孔；第二圆盘，具有穿过第二圆盘的第二轴向孔和与第二圆盘的轴线偏移的第二偏移孔；第一活塞，连接至第一圆盘的圆周；第二活塞，连接至第二圆盘的圆周；主轴，该主轴穿过第一轴向孔和第二轴向孔，其中，主轴能够在所述第一轴向孔和第二轴向孔内旋转；曲柄轴，该曲柄轴穿过第一偏移孔和第二偏移孔，其中，曲柄轴能够在所述第一偏移孔和第二偏移孔内旋转；旋转传递装置，该旋转传递装置将所述曲柄轴连接至所述主轴，所述旋转传递装置的结构使得曲柄轴的旋转在所述主轴上施加一旋转运动；振荡传递装置，该振荡传递装置将第一圆盘或第二圆盘中的一个连接至曲柄轴，该振荡传递装置被构造得用于将第一圆盘或者第二圆盘中的一个的振荡运动转化为曲柄轴的旋转运动；以及，壳体。所述发动机的壳体形成了一个腔室，用于至少部分包括第一活塞和第二活塞，由此第一圆盘上的第一活塞以及第二圆盘上的第二活塞，连同腔室形成位于第一活塞和第二活塞之间的膨胀容积。当所述第一圆盘或第二圆盘中的至少一个绕所述主轴振荡时，所述发动机运转，膨胀容积在该膨胀容积内交替地压缩和膨胀出一个容积，从而将振荡转化为曲柄轴的旋转，从而使得主轴旋转。本专利技术进一步提供了所述发动机的一种可选方案，其中圆盘中的一个可以被固定到壳体上，以使其不振荡，由此不需要与曲轴连接。本专利技术还提供一种发动机，包括第一圆盘，具有穿过所述第一圆盘的第一轴向孔和多个第一偏移孔，每个第一偏移孔均与第一圆盘的轴线偏移；第二圆盘，具有穿过所述第二圆盘的第二轴向孔和多个第二偏移孔，其第二偏移孔的数目与第一偏移孔的数目相同，每个第二偏移孔均与第一圆盘的轴线偏移；多组活塞对，每组活塞对包括连接于第一圆盘圆周上的第一活塞以及连接于第二圆盘圆周上的第二活塞；主轴，该主轴穿过第一轴向孔和第二轴向孔，该主轴具有至少一个主齿轮；多个曲柄轴，每个曲柄轴对应于第一偏移孔之一，其中，每个曲柄轴穿过对应的第一偏移孔之一，也穿过相对应的第二偏移孔之一；多个曲柄轴齿轮，每个曲柄轴齿轮连接至对应的曲柄轴之一，用以将对应的曲柄轴之一连接至主轴的至少一个主齿轮，从而将对应曲柄轴之一的旋转传递至主轴；多个推杆，每个推杆连接至第一圆盘或者第二圆盘中的一个，并且每个推杆与相应的曲柄轴之一上的曲柄结构(曲臂)相连，每个推杆将第一圆盘或者第二圆盘中的一个的振荡转化为对应曲柄轴的旋转；以及，壳体。发动机的壳体形成至少一个腔室，所述腔室至少部分地包含多组活塞对，由此每组活塞对中的第一活塞和第二活塞，连同所述至少一个腔室形成一个位于第一活塞和第二活塞之间的相应的膨胀容积；对于每个膨胀容积来说，当所述第一圆盘绕所述主轴振荡时，发动机运转，对应的活塞对在所述膨胀容积中交替地压缩及膨胀体积，由此将所述振荡转化为每个所述曲柄轴的旋转，从而使得主轴旋转。 本专利技术进一步提供一种发动机，其包括活塞对，包括一个与第二活塞相对的第一活塞；壳体，用于形成与活塞对对应的腔室，由此第一活塞和第二活塞设置于腔室内，形成了位于所述第一活塞和第二活塞之间的一个膨胀容积；主轴；多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.30 US 61/282,7741.一种发动机，包括 第一圆盘，具有穿过所述第一圆盘的第一轴向孔以及与所述第一圆盘的轴线偏移的第一偏移孔； 第二圆盘，具有穿过所述第二圆盘的第二轴向孔以及与所述第二圆盘的轴线偏移的第二偏移孔； 第一活塞，连接至所述第一圆盘的圆周； 第二活塞，连接至所述第二圆盘的圆周； 主轴，该主轴穿过所述第一轴向孔和所述第二轴向孔，其中，主轴能够在所述第一轴向孔和所述第二轴向孔内旋转； 曲柄轴，该曲柄轴穿过所述第一偏移孔和所述第二偏移孔，其中，曲柄轴能够在所述第·一偏移孔和所述第二偏移孔内旋转； 旋转传递装置，该旋转传递装置将所述曲柄轴连接至所述主轴，所述旋转传递装置的结构使得曲柄轴的旋转在所述主轴上施加一旋转运动； 振荡传递装置，该振荡传递装置将所述第一圆盘或所述第二圆盘中的一个连接至曲柄轴，所述振荡传递装置被构造得用于将所述第一圆盘或所述第二圆盘中的一个的振荡运动转化为曲柄轴的旋转运动；和， 壳体，其中 所述壳体形成一个腔室，用于至少部分包括所述第一活塞和所述第二活塞，由此所述第一圆盘上的所述第一活塞以及所述第二圆盘上的所述第二活塞，连同腔室形成位于所述第一活塞和第二活塞之间的膨胀容积；并且其中 当所述第一圆盘或第二圆盘中的至少一个绕所述主轴振荡时，所述发动机运转，所述膨胀容积在该膨胀容积内交替地压缩和膨胀出一个容积，从而将所述振荡转化为所述曲柄轴的旋转，从而使得主轴旋转。2.如权利要求I所述的发动机，其中所述第一圆盘或第二圆盘中的另外一个连接至所述壳体，并且在发动机运转时不振荡。3.如权利要求2所述的发动机，其中连接至所述第一圆盘或第二圆盘中的一个的活塞本质上短于连接至所述第一活塞或第二活塞中的另外一个的活塞。4.如权利要求I所述的发动机，还包括一个额外的振荡传递装置，所述额外的振荡传递装置连接至所述第一圆盘或者第二圆盘中的另外一个，所述额外的振荡传递装置用于当发动机运作时，将所述第一圆盘或者第二圆盘中的另外一个的振荡转化为所述曲柄轴的旋转。5.如权利要求I所述的发动机，其中所述旋转传递装置包括一个连接至所述曲柄轴的第一齿轮，所述曲柄轴与一连接至所述主轴的第二齿轮相联系。6.如权利要求I所述的发动机，其中所述振荡传递装置包括一个推杆，所述推杆连接至所述第一圆盘或第二圆盘中的一个，并且连接至所述曲柄轴上的曲柄结构。7.如权利要求I所述的发动机，其中所述发动机适于将燃料/空气混合物注入所述膨胀容积，用于在所述膨胀容积中压缩，由此在点燃所述燃料/空气混合物时，使得膨胀容积膨胀，从而通过所述活塞在所述第一和第二圆盘上施加转矩。8.如权利要求I所述的发动机，其中所述发动机适于将气体注入所述膨胀体积，使得膨胀容积膨胀，从而通过所述活塞在所述第一和第二圆盘上施加转矩。9.权利要求I所述的发动机，其中所述腔室具有一个曲率半径，并且所述活塞具有与所述腔室的曲率相匹配的曲率。10.一种发动机，包括 第一圆盘，具有穿过所述第一圆盘的第一轴向孔和第一偏移孔，所述第一偏移孔与所述第一圆盘的轴线偏移； 第二圆盘，具有穿过所述第二圆盘的第二轴向孔和第二偏移孔，所述第二偏移孔与第一圆盘的轴线偏移，其中，所述第二偏移孔距所述第二圆盘轴线的距离对应于所述第一偏移孔距第一圆盘轴线间的距离； 多组活塞对，每组所述活塞对包括连接于第一圆盘圆周上的第一活塞以及连接于所述第二圆盘圆周上的第二活塞； 主轴，该主轴穿过所述第一轴向孔和所述第二轴向孔，所述主轴具有一个主齿轮； 曲柄轴，该曲柄轴穿过所述第一偏移孔和所述第二偏移孔； 曲柄轴齿轮，该曲柄轴齿轮连接于所述曲柄轴，用于将所述曲柄轴连接至所述主轴的主齿轮，以将所述曲柄轴的旋转传递至主轴； 推杆，该推杆连接至所述第一圆盘，并且连接至所述曲柄轴上的曲柄结构，所述推杆将所述第一圆盘的振荡转化为曲柄轴的旋转； 壳体，其中 所述壳体形成至少一个腔室，所述腔室至少部分地包含所述多组活塞对，由此所述每组活塞对中的第一活塞和第二活塞，连同所述至少一个腔室形成了一个位于第一活塞和第二活塞之间的相应的膨胀容积；并且其中 对于每个膨胀容积来说，当所述第一圆盘绕所述主轴振荡时，发动机运转，对应的活塞对在膨胀容积中交替地压缩和膨胀体积，将所述第一圆盘的振荡转化为曲柄轴的旋转运动，进而使所述主轴旋转。11.如权利要求10所述的发动机，其中所述腔室具有一个曲率半径，并且活塞具有与所述腔室的曲率相匹配的曲率。12.如权利要求10所述的发动机，其中所述壳体呈环形，其中，所述发动机包括一个外壳以容纳所述发动机，所述外壳允许所述主轴中的一部分从壳体中伸出。13.如权利要求10所述的发动机，所述发动机包括多个所述曲柄轴。14.如权利要求10所述的发动机，其中所述发动机适于在膨胀容积中注入燃料/空气混合物，用于在膨胀容积中压缩，由此点燃燃料/空气混合物时，膨胀容积得以膨胀，从而在所述第一和第二圆盘上施加转矩。15.权利要求10中所述的发动机，其中所述发动机适于注入气体进入所述膨胀体积，使得膨胀容积膨胀，进而在所述第一和第二圆盘上施加转矩。16.—种发动机,包括 第一圆盘，具有穿过所述第一圆盘的第一轴向孔和多个第一偏移孔，每个所述第一偏移孔均与所述第一圆盘的轴线偏移； 第二圆盘，具有穿过所述第二圆盘的第二轴向孔和多个第二偏移孔，所述第二偏移孔的数目与第一偏移孔的数目相同，每个所述第二偏移孔均与所述第一圆盘的轴线偏移；多组活塞对，所述每组活塞对包括连接于所述第一圆盘圆周上的第一活塞，以及连接于所述第二圆盘圆周上的第二活塞； 主轴，该主轴穿过所述第一轴向孔和所述第二轴向孔，所述主轴具有至少一个主齿轮； 多个曲柄轴，每个所述曲柄轴对应于所述第一偏移孔之一，其中，每个所述曲柄轴穿过对应的第一偏移孔之一，也穿过相对应的第二偏移孔之一； 多个曲柄轴齿轮，每个所述曲柄轴齿轮连接至对应的所述曲柄轴之一，用以将对应的曲柄轴之一连接至所述主轴的至少一个主齿轮，从而将对应曲柄轴之一的旋转传递至主轴； 多个推杆，每个所述推杆连接至所述第一圆盘或第二圆盘中的一个，并且每个推杆与相应的曲柄轴之一上的曲柄结构相连，每个所述推杆将所述第一圆盘或第二圆盘中的一个的振荡转化为对应曲柄轴的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·李·坎宁安，马丁·A·斯图尔特，
申请(专利权)人：斯蒂芬·李·坎宁安，马丁·A·斯图尔特，
类型：
国别省市：