棘轮活塞内燃机的制作方法

1.本实用新型涉及一种内燃机设备，尤其是一种内燃发动机。


背景技术：

2.现有活塞式内燃机分为往复活塞和旋转活塞两种。其中一种往复活塞内燃机采用燃气在气缸内膨胀，推动活塞直线往复运动，活塞通过连杆带动曲轴转动。此种内燃机是将活塞的直线往复运动通过连杆曲轴转变成旋转运动，因此传动结构复杂、损耗多、热效率低。另一种旋转活塞内燃机采用燃气直接推动活塞（转子）旋转，虽然具有功率高、振动小、运转平稳、结构简单轻小的特点，但这种发动机只适用于高转速，其燃料经济性差、低速性能不佳、排气性能差。另外，以上两种活塞式内燃机输出转矩的力臂短，即往复活塞内燃机的曲轴旋转半径和旋转活塞内燃机的转子半径。因此，低速运转时的性能较差。且以上两种活塞式内燃机做功过程都有气体压缩过程，因此要吸收一定的热能。从而降低热效率，增加内燃机的油耗。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术中活塞式内燃机结构复杂、传动机构多、输出动力的曲轴半径小和旋转活塞转子半径小的缺点，及其做功过程都有气体压缩过程，热效率低的缺陷，本实用新型提供一种环形气缸，棘轮活塞固定在棘轮盘外圆，并在环形气缸内做旋转运动，棘爪密封门与棘轮活塞之间在环形气缸内形成一个密闭燃烧室，通过燃烧气体的膨胀推动棘轮活塞旋转做功。
4.解决其技术问题所采用的技术方案是：一种棘轮活塞内燃机发动机，包括环形气缸壳体与棘轮盘所形成的环形气缸，棘轮盘上设置有棘轮活塞，棘轮活塞在环形气缸内转动，带动棘轮盘一起转动并通过传动轴输出扭矩做功。棘爪密封门安装在环形气缸壳体上，棘爪密封门上的棘爪滑动密封面与棘轮盘的外圆表面和棘轮活塞旋转方向前侧斜面滑动接触并密封，棘轮活塞旋转方向前侧斜面是与棘轮盘外圆表面相切的平面，棘轮活塞转动到棘爪密封门位置时，棘爪密封门在棘轮活塞旋转方向前侧斜面的顶升力作用下缩回打开，因此，不会出现棘轮活塞撞击棘爪密封门的现象。棘轮活塞转动过棘爪密封门位置后，棘爪密封门在弹簧的作用力下弹出关闭，进气门控制凸轮通过皮带轮和正时皮带与传动轴同步转动，进气门与燃料控制阀在进气门控制凸轮的作用力下打开，并向棘爪密封门和棘轮活塞之间的密闭气缸空间进入空气，同时燃料喷嘴向密闭气缸空间喷出燃料。当棘轮活塞转动过一定角度后，进气门控制凸轮也同步转动一定角度，进气门控制凸轮的作用力消失，进气门在压缩弹簧的作用下关闭，此时火花塞点火，混合气体燃烧膨胀并推动棘轮活塞转动做功。排气门为常闭单向逆止阀，棘轮活塞转动过进气门位置后至排气门的过程中，其转动方向前侧斜面挤压上一次燃烧后的剩余废气，使气缸内气体压力升高，排气门在气缸内气体压力作用下打开，将剩余废气在棘轮活塞的推动下全部排出气缸。当棘轮活塞转动过排气门位置后，继续膨胀的气体通过自身压力打开排气门，并排出部分废气。环形气缸壳
体与传动轴之间装有轴承，环形气缸壳体外侧有冷却水装置。棘轮活塞内燃机配有点火系统、燃料系统和冷却水系统。
5.有益效果是：棘爪密封门与棘轮活塞在环形气缸壳体内直接形成密闭气缸空间，燃料与空气的混合气体在密闭气缸空间内燃烧膨胀做功，推动棘轮活塞及棘轮盘转动，并通过传动轴输出转矩。有效的消除了往复活塞内燃机的连杆曲轴机构的损耗，消除了活塞式内燃机压缩气体过程的损耗。
6.附图说明：图1为本实用新型示意图（棘轮活塞内燃机进气示意图）；图2为图1中a位置的局部放大图（棘爪密封门结构图）；图3为棘轮活塞内燃机做功示意图；图4为棘轮活塞内燃机排气示意图；图5为棘爪密封门打开状态示意图；图6为图5中b位置局部放大图（排气门结构图）。图中1.棘轮活塞，2.棘爪密封门，3.环形气缸，4.进气门，5.排气门，6.火花塞，7.传动轴，8.棘轮盘，9.环形气缸壳体，10.棘爪密封门转轴，11.进气门压缩弹簧，12.进气门控制凸轮，13.燃料喷嘴，14.棘爪密封门压缩弹簧，15.棘爪滑动密封面，16.排气门转轴，17.排气门压缩弹簧，18.支座，19.皮带轮，20.正时皮带，21.分电器，22.燃料控制阀，23.冷却水装置，24.棘轮活塞前侧斜面，25.棘轮活塞后侧表面，26.点火控制凸轮，p1.棘爪密封门压缩弹簧作用力及其方向，p2.排气门压缩弹簧作用力及其方向，a.图2局部放大位置，b.图6局部放大位置。
7.具体实施方式：棘轮活塞内燃机通过支座18固定在安装位置。棘轮活塞内燃机包括环形气缸壳体9、棘轮盘8，环形气缸壳体9上设置有棘爪密封门2、环形气缸3、进气门4、排气门5、火花塞6、燃料喷嘴13和支座18，棘轮盘8上设置有棘轮活塞1，棘轮盘8安装在传动轴7上，并通过传动轴7与环形气缸壳体9固定相对位置，环形气缸壳体9上至少设置一个棘爪密封门2、一个环形气缸3、一个进气门4、一个排气门5、一个火花塞6、一个燃料喷嘴13，棘轮盘8上至少设置一个棘轮活塞1，环形气缸壳体9、棘轮盘8、棘爪密封门2、棘轮活塞1、进气门4形成密闭气缸空间，空气和燃料的混合气体在密闭气缸空间内燃烧并膨胀，推动棘轮活塞1并带动棘轮盘8和传动轴7转动，棘轮活塞内燃机配有点火系统、燃料系统和冷却水系统。进气门4通过门轴孔安装在环形气缸壳体9上，并通过进气门压缩弹簧11、进气门控制凸轮12、皮带轮19和正时皮带20与传动轴7联动。如图1所示：进气门4进气时间和燃料喷嘴13喷燃料时间，由进气门控制凸轮12转动控制，进气门控制凸轮12与传动轴7的轴心线平行布置，因此具备正时皮带传动条件，进气门控制凸轮12通过皮带轮19、正时皮带20和传动轴7同步转动。棘轮活塞后侧表面25，转动至进气门4的位置后，棘爪密封门2在棘爪密封门压缩弹簧14的作用力p1作用下弹出关闭（见图2），并封闭环形气缸壳体9与棘轮盘8之间的空间。同时进气门4和燃料控制阀22在进气门控制凸轮12的作用力作用下打开，进气门4进气、燃料喷嘴13喷燃料，空气与燃料进入棘轮活塞1与棘爪密封门2之间因棘轮活塞1旋转而增大的空间并充分混合。当传动轴7通过正时皮带20带动进气门控制凸轮12转动一定角度后，进气门控制凸轮12作用力消失，进气门4和燃料控制阀22在进气门压缩弹簧作用下关闭，停止进气和喷燃料，此过程为棘轮活塞内燃机的进气过程。如图3所示：棘轮活塞1与传动轴7沿旋转方向转动过一定角度，通过正时皮带20和皮带轮19带动进气门控制凸轮12同步转过一定角度，进气门控制凸轮12施加在进气门4和燃料控制阀22的作用力消失，进气门4关闭，燃料控制阀13停止喷燃料，此时，棘轮活塞1与棘爪密封门2之间的环形气缸内形成密闭气缸空间，进入密闭气缸空间的空气与燃料混合气体达到一定体积，分电器21在点火控制凸轮
26控制下通电，并使火花塞6放电点燃混合气体，燃烧的气体体积膨胀并推动棘轮活塞1转动，此过程为棘轮活塞内燃机的做功过程。点火系统：棘轮活塞内燃机配有点火系统（见图5）。点火系统由火花塞6、分电器21、点火线圈、电源（蓄电池）和低压导线、高压导线组成，分电器21由一个与传动轴7同步转动的点火控制凸轮26控制，在进气过程结束的同时分电器21接通，火花塞6放电点燃密闭气缸内的混合气体，在做功过程结束前分电器21断开，火花塞6停止放电。燃料系统：棘轮活塞内燃机配有燃料系统（见图5）。燃料系统由燃料喷嘴13、燃料控制阀22、电动燃料泵、燃料箱、燃料管道组成，燃料控制阀22由进气门控制凸轮12控制，进气门4处于打开位置时燃料控制阀22打开，进气门4处于关闭位置时燃料控制阀22关闭，以控制燃料喷嘴13喷燃料。电动燃料泵由电源（蓄电池）驱动，供给燃料喷嘴13一定压力和流量的燃料。冷却水系统：棘轮活塞内燃机配有冷却水系统（见图5）。冷却水系统由环形气缸壳体的冷却水装置23、水箱、水泵、散热器和循环水管道组成。水泵由棘轮活塞内燃机通过三角带驱动，水泵驱动冷却水循环流动，将环形气缸壳体的热量带到散热器，并通过散热器将热量散发到大气。
8.环形气缸壳体9与棘轮盘8形成环形气缸，并和棘爪密封门2、棘轮活塞1、进气门4形成密闭气缸空间，使空气和燃料的混合气体在密闭气缸空间内燃烧并膨胀推动棘轮活塞1转动，同步带动棘轮盘8和传动轴7转动。
9.环形气缸壳体9与棘轮盘8形成环形气缸，棘轮活塞前侧斜面24是一个与棘轮盘8圆周表面相切的斜面，棘爪密封门2上的棘爪滑动密封面15与棘轮盘8的外圆表面和棘轮活塞前侧斜面24滑动接触并密封，棘轮活塞1转动到棘爪密封门2位置时，棘爪密封门2在棘轮活塞前侧斜面24的顶升作用下缩回打开，棘轮活塞1转动过棘爪密封门2位置后，棘爪密封门2在棘爪密封门压缩弹簧14的作用力p1作用下弹出关闭，并从新形成密闭气缸空间。如图2所示：棘爪密封门2通过棘爪密封门转轴10固定在环形气缸壳体9上，并绕棘爪密封门转轴10转动一定角度，棘爪密封门2在棘爪密封门压缩弹簧14的作用力p1作用下弹出关闭，棘轮活塞前侧斜面24是一个与棘轮盘8外圆表面相切的斜面，棘爪滑动密封面15与棘轮盘8外圆表面和棘轮活塞前侧斜面24形成滑动接触并密封，棘轮活塞1转动到棘爪密封门2位置时，棘爪密封门2在棘轮活塞前侧斜面24的顶升力作用下缩回打开。由于棘轮活塞前侧斜面24与棘轮盘8的圆周表面相切，因此避免了棘轮活塞1撞击棘爪密封门2的现象（见图5）。棘轮活塞后侧表面25转动到进气门4时，棘爪密封门2在棘爪密封门压缩弹簧14的作用力p1作用下弹出关闭。棘爪密封门2的轴向尺寸（传动轴7的轴心线方向）（见图1），大于棘轮盘8的轴向尺寸（传动轴7的轴心线方向）（见图1），弹出的棘爪密封门2的冲击力，有环形气缸壳体9承载。
10.环形气缸壳体9与棘轮盘8形成环形气缸，棘爪密封门2弹出关闭形成两个独立空间，一个是棘轮活塞1旋转方向上处于棘轮活塞1前侧的机械排气空间；一个是棘轮活塞1旋转方向上处于棘轮活塞1后侧的燃烧气体膨胀做功的密闭气缸空间。如图3所示：排气门5为常闭单向逆止阀，棘轮活塞前侧斜面24从进气门4沿旋转方向转动至排气门5的过程中，处于棘轮活塞1旋转方向前侧的气体（即上一次做功的剩余废气）受棘轮活塞1挤压而压力升高，在气体压力作用下排气门5打开，环形气缸内的剩余废气全部排出气缸，此过程为棘轮活塞内燃机的机械排气过程。如图4所示：排气门5为常闭单向逆止阀，棘轮活塞后侧表面25转动过排气门5位置时，燃烧的气体膨胀做功结束，处于棘轮活塞1转动方向后侧的燃烧废
气，在气体压力的作用下打开排气门5，并从排气门5排出部分废气，此过程为棘轮活塞内燃机的自然排气过程。如图6所示：排气门5通过排气门转轴16固定在环形气缸壳体9上，并绕排气门转轴16转动一定角度，在排气门压缩弹簧17的作用力作用下，排气门5处于常闭状态，只有当环形气缸3内部的气体压力大于p2与气缸外部气压之和时，排气门5打开。棘爪密封门压缩弹簧14的作用力p1（见图2）大于排气门压缩弹簧作用力p2，以避免棘爪密封门2被环形气缸3内部的气体压力作用打开。