專利名稱:高效率直線動(dòng)力機(jī)、工作機(jī)組合及其應(yīng)用的制作方法
本發(fā)明是將社會(huì)上成熟的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，往復(fù)式流體壓送機(jī)，電磁鐵的基本原理進(jìn)行綜合利用，組成多種功能的動(dòng)力機(jī)-工作機(jī)組合。它包括在內(nèi)燃機(jī)自由活塞(1)兩端各裝一只內(nèi)燃機(jī)汽缸(6)、(7)。在其活塞中間部位固定裝有一個(gè)園盤或支臂(2)。其特征在于沒(méi)有連桿、曲軸，也沒(méi)有軸承。動(dòng)力機(jī)部分與工作機(jī)部分是直接傳動(dòng)。它們之間沒(méi)有任何傳動(dòng)裝置或變速機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)活塞及流體壓送機(jī)柱塞均屬于自由活塞型。比如A、將內(nèi)燃機(jī)與流體壓送機(jī)組合即成為“高效率直線內(nèi)燃流體(氣體或液體)壓送機(jī)”如附圖Ⅰ。B、將內(nèi)燃機(jī)與電磁鐵組合即成為“高效率直線內(nèi)燃發(fā)電機(jī)”如附圖Ⅱ。C、將電磁鐵與流體壓送機(jī)組合即成為“高效率直線電動(dòng)流體壓送機(jī)”如附圖Ⅲ及Ⅳ。它們的動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)融為一體并且都作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在社會(huì)上使用的往復(fù)式流體壓送機(jī)(氣泵及液泵)都由內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，比如內(nèi)燃機(jī)-空氣壓縮機(jī)組。由于現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)中連桿、曲軸機(jī)構(gòu)的側(cè)向分力，在工作時(shí)使內(nèi)燃機(jī)的活塞左右緊壓汽缸壁而運(yùn)動(dòng)，使得摩擦損失很大。此外活塞銷與連桿小頭間，曲軸頸與連桿大頭間，曲軸主軸頸與軸承間的摩擦損失也較大。由于這些原固按一般內(nèi)燃機(jī)文獻(xiàn)介紹，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的能量有將近1/3損失在自身的這些摩擦上?，F(xiàn)代空氣壓縮機(jī)乃系上述內(nèi)燃機(jī)的可逆運(yùn)轉(zhuǎn)，因此帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)的能量也有將近1/3消耗在其活塞、連桿、曲軸機(jī)構(gòu)的摩擦上。所以現(xiàn)今使用的內(nèi)燃機(jī)-空氣壓縮機(jī)組的總熱效率極低。
同樣原因，現(xiàn)今使用的、由內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)，或者由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的空氣壓縮機(jī)都避免不了上述摩擦損失。因而其能量利用率也是不高的。
綜上所述，在能源極為寶貴的今天，很有必要對(duì)此類機(jī)組設(shè)備進(jìn)行徹底的改進(jìn)。
一、本組合發(fā)明的第一種用途-“高效率直線內(nèi)燃流體壓送機(jī)”。如圖Ⅰ，內(nèi)燃機(jī)部分和空氣壓縮機(jī)部分都取消了連桿、曲軸機(jī)構(gòu)，并把它們兩者的活塞1和柱塞3固定聯(lián)接。它們都只作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而大大減小了機(jī)組自的摩擦損失，從而大幅度提高了機(jī)組的總的能量利用率;也大大簡(jiǎn)化了機(jī)組結(jié)構(gòu)，降低了制造成本。內(nèi)燃機(jī)部分為在一只直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的自由活塞1的兩端，各裝一只二沖程內(nèi)燃機(jī)的汽缸6、7。在這樣內(nèi)燃機(jī)的外周裝2～4只直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的流體壓送機(jī)。
如果采用幾只自由活塞并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，則內(nèi)燃機(jī)也可以采用四沖程的結(jié)構(gòu)。
由于已有現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)和空氣壓縮機(jī)的成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，因此在理論上將無(wú)可懷疑。只需進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決好冷卻、散熱、潤(rùn)滑等問(wèn)題即可實(shí)現(xiàn)。
其優(yōu)點(diǎn)為1)機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而增加了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。2)除內(nèi)燃機(jī)的活塞環(huán)(圖中未示出)及壓縮機(jī)柱塞的封氣環(huán)(圖中未示出)與缸壁的摩擦而外，理論上別無(wú)其他摩擦損失。因此其熱效率必然很高，約為現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)-空氣壓縮機(jī)組的兩倍。3)由于活塞及柱塞對(duì)缸壁無(wú)側(cè)壓力引起的摩擦磨損，因此機(jī)組壽命長(zhǎng)。4)融動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)為一體，因此機(jī)器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，成本低，尤其適宜于野外礦山作業(yè)。
二、本發(fā)明的第二種用途-“高效率直線內(nèi)燃發(fā)電機(jī)”
若以直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)代替圖Ⅰ的空氣壓縮機(jī)部分，即成為本“高效率直線內(nèi)燃發(fā)電機(jī)”如附圖Ⅱ。這種直線運(yùn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)是當(dāng)今世界上沒(méi)有而又早已為最古老的科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證明。按法拉弟實(shí)驗(yàn)將磁棒插入線圈，線圈的導(dǎo)線中即產(chǎn)生電流。如果將磁棒反向抽出線圈，導(dǎo)線中即產(chǎn)生反向電流，這實(shí)即現(xiàn)代電磁鐵的逆工作原理。所以本發(fā)明就利用安裝在直線內(nèi)燃機(jī)自由活塞外沿的磁極隨活塞運(yùn)動(dòng)而往復(fù)插入和抽出定子線圈。這樣線圈中就產(chǎn)生出了交流電。
由于現(xiàn)代電機(jī)電器的能量轉(zhuǎn)換效率取決于機(jī)械損失、風(fēng)阻損失、鐵心損失和導(dǎo)線損失。經(jīng)驗(yàn)證明，只要設(shè)計(jì)合理，所有這些損失都是不大的。而本直線發(fā)電機(jī)的機(jī)械損失為零，所以其效率應(yīng)是較高的。
其優(yōu)點(diǎn)是這樣的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換總效率將比現(xiàn)代用的連桿、曲軸內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組的總效率高很多，至少要提高20%。在結(jié)構(gòu)上甚為簡(jiǎn)單。因此不但成本低，而且運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，特別是發(fā)電機(jī)的定子線圈簡(jiǎn)化為圓筒形繞組，極便于制造和裝配。
三、本發(fā)明組成的第三種機(jī)器-“高效率直線電動(dòng)流體壓送機(jī)”
將交流電通入現(xiàn)今電磁鐵的線圈中，線圈產(chǎn)生交變磁力，就會(huì)對(duì)電磁鐵的鐵心產(chǎn)生吸入或推出線圈的作用。本發(fā)明將此鐵心做成極性不變的磁鐵(永磁鐵或直流電磁鐵);對(duì)其外的線圈通入交流電源、如此磁極在線圈中將作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這就成了直線往復(fù)電動(dòng)機(jī)如圖Ⅲ或圖Ⅳ。
在圖Ⅲ中流體壓送機(jī)布置在電動(dòng)機(jī)的中心。流體壓送機(jī)的柱塞1為自由柱塞。在柱塞的兩端各裝一只流體壓送缸4、5，柱塞1的中部固定一園盤2。在其外沿裝配一只環(huán)形磁極6。此磁極可以為永磁鋼做成，也可以為用直流電激勵(lì)的磁極。此磁極即為電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子(或稱為往復(fù)子)，它的外圈為電動(dòng)機(jī)的定子)。定子有園筒形線圈繞組。
圖Ⅳ是“高效率直線電動(dòng)流體壓送機(jī)”的另一種結(jié)構(gòu)方案。它的工作原理與圖Ⅲ相同。只是在結(jié)構(gòu)上將電動(dòng)機(jī)布置在中間?？梢栽谥虚g自由軸1上裝置一只電動(dòng)機(jī)或多只電動(dòng)機(jī)。本圖所示為兩只電動(dòng)機(jī)。其磁極6固定在中間自由軸1上。其定子及線圈固定在機(jī)殼上。其流體壓送機(jī)部分與“高效率內(nèi)燃流體壓送機(jī)”部分相同，此處不另敘述。
其優(yōu)點(diǎn)是這樣的電動(dòng)流體壓送機(jī)的能量利用總效率將比現(xiàn)今用的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿、曲軸式流體壓送機(jī)的總效率高。在結(jié)構(gòu)上也比較簡(jiǎn)單。

圖Ⅰ為高效率直線內(nèi)燃流體壓送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖Ⅱ?yàn)楦咝手本€內(nèi)燃發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖Ⅲ為高效率直線電動(dòng)流體壓送機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖Ⅳ為高效率直線電動(dòng)流體壓送機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖的另一方案。

具體實(shí)施方式 附圖Ⅰ所示為內(nèi)燃二級(jí)空氣壓縮機(jī)、它們間用固定在自由活塞1中部的園盤或支臂2與柱塞3緊固聯(lián)接，同時(shí)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)可為汽油機(jī)、柴油機(jī)或其它燃料內(nèi)燃機(jī)、起動(dòng)時(shí)利用外備壓縮空氣交替向空氣壓縮機(jī)的一級(jí)氣缸4和二級(jí)氣缸5供給壓縮空氣，推動(dòng)壓縮機(jī)的柱塞3往復(fù)運(yùn)動(dòng)而起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。當(dāng)自由活塞1向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，將右面的汽缸7的混合了燃料的氣體或空氣進(jìn)行壓縮。當(dāng)自由活塞1右行至接近極限位置時(shí)火花塞9點(diǎn)火或噴咀9噴油，使燃料在氣缸7內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高壓力，把自由活塞向左方向推行。在此過(guò)程中左面的汽缸6已完成了換氣過(guò)程。當(dāng)右面汽缸7中混合氣繼續(xù)燃燒膨脹做功，左面汽缸6中的空氣或混合氣體就被壓縮。當(dāng)自由活塞左行至接近極限位置時(shí)，火花塞8點(diǎn)火或噴咀8噴油，使燃料在左面汽缸6內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高壓力，氣體膨脹做功，把自由活塞向右方推行。如此交替進(jìn)行即可將動(dòng)力輸出。11、13為換氣用氣泵。其泵室為環(huán)形。其活塞也固定在自由活塞1上面。內(nèi)燃機(jī)自由活塞1的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)中間園盤2就帶動(dòng)了壓縮機(jī)柱塞3做功，進(jìn)行對(duì)空氣的吸進(jìn)、壓縮、和排出。這與一般壓縮機(jī)工作原理及程序一致。12為進(jìn)氣閥，10為排氣閥及管道。
圖Ⅱ?yàn)椤案咝手本€內(nèi)燃發(fā)電機(jī)”。只需向發(fā)電機(jī)的定子線圈通入交流電，發(fā)電機(jī)的動(dòng)子3即將作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)。如果內(nèi)燃機(jī)活塞工作的頻率為每秒50次，則送出的電流即為50Hz。
圖Ⅲ及圖Ⅳ為“高效率直線電動(dòng)流體壓送機(jī)。當(dāng)向定子線圈輸入交流電后，此電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子6即作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于動(dòng)子6與自由柱塞3固定相聯(lián)。所以自由柱塞3即進(jìn)行對(duì)流體的吸進(jìn)、壓縮和排出工作。為了防止自由活塞直線運(yùn)動(dòng)過(guò)頭，碰撞流體壓送缸的缸頭。為此需要有緩沖保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)8。當(dāng)柱塞碰撞此機(jī)構(gòu)的活塞8時(shí)，此活塞即將其內(nèi)部的氣體壓縮儲(chǔ)存能量，當(dāng)柱塞回行時(shí)，此能量即得到利用。對(duì)于壓送液體的機(jī)器，因此機(jī)構(gòu)必須以氣體為工作介質(zhì)，就應(yīng)該裝置在流體壓送機(jī)的外部。
權(quán)利要求
1、一種直線往復(fù)動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)組合。它包括內(nèi)燃機(jī)自由活塞(1)，及在自由活塞兩端各裝一只內(nèi)燃機(jī)汽缸(6)、(7)。在自由活塞中間部位固定裝有一個(gè)園盤或支臂(2)，在其上安裝工作機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件。其特征在于
A、內(nèi)燃機(jī)部分與流體壓送機(jī)部分都沒(méi)有復(fù)雜的連桿、曲軸機(jī)構(gòu)。
B、所有的工作機(jī)件都只作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)而無(wú)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
C、都沒(méi)有徑向軸承和推力軸承及專用導(dǎo)向軸承。
D、動(dòng)力機(jī)部分與工作機(jī)部分是直接傳動(dòng)，它們間沒(méi)有任何傳動(dòng)裝置或變速機(jī)構(gòu)。
E、內(nèi)燃機(jī)活塞及流體壓送機(jī)活塞均屬于自由活塞型。
2、按權(quán)利1所述的動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)組合，其特點(diǎn)是直接傳動(dòng)固定在園盤或支臂(2)上的流體壓送機(jī)的柱塞(3)。此柱塞的兩端各裝一只流體壓送缸(4)、(5)，即成為高效率直線內(nèi)燃流體壓送機(jī)?；蚝腿鐖DⅡ直接傳動(dòng)固定在圓盤(2)上的發(fā)電機(jī)的環(huán)形磁極(3)。以磁極的外圈圍繞著發(fā)電機(jī)的定子及其線圈繞組(4)。此線圈為園筒形，，其繞組為圓筒形繞組，隨活塞運(yùn)動(dòng)而往復(fù)插入和抽出定子線圈，即組成高效率直線內(nèi)燃發(fā)電機(jī)?；?和如圖Ⅲ流體壓送機(jī)布置在機(jī)組中央。它的柱塞(3)為自由柱塞，在柱塞(3)的兩端各裝一只流體壓送缸(4)、(5)。在柱塞的中部固定一圓盤(2)。在其外沿固定著電動(dòng)機(jī)的環(huán)形磁極(6)。在環(huán)形磁極(6)的外面套著電動(dòng)機(jī)的定子及其線圈(7)。此線圈為圓筒形繞組。緩沖保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)(8)可裝在流體壓送缸內(nèi)或缸外?；?yàn)閳DⅣ所示電動(dòng)機(jī)部分布置在中央，流體壓送機(jī)布置在外圈，中心軸(1)上安裝一只或多只電動(dòng)機(jī)，即可組成為直線電動(dòng)流體壓送機(jī)。
專利摘要
本發(fā)明是利用現(xiàn)代往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、往復(fù)式泵、電磁鐵的基本原理組合成三種功能不同的動(dòng)力機(jī)工作機(jī)組。具體為(1)直線內(nèi)燃流體(氣或液)壓送機(jī)。(2)直線內(nèi)燃發(fā)電機(jī)。(3)直線電動(dòng)流體壓送機(jī)。它們的主要特征是動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)融為一體；都作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；沒(méi)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；也沒(méi)有連桿、曲軸、軸承。優(yōu)點(diǎn)是摩擦損失小，效率高；磨損小，壽命長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、成本低、移動(dòng)方便，尤其適用于礦山野外移動(dòng)作業(yè)。
文檔編號(hào)F02B61/00GK85104386SQ85104386
公開日1986年12月3日 申請(qǐng)日期1985年6月2日
發(fā)明者杜同 申請(qǐng)人:杜同導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan