棘輪自由活塞發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種棘輪自由活塞發(fā)動機，包括支架、第一活塞、第二活塞、活塞桿以及進氣管和噴油嘴，所述活塞桿上設有呈上下對稱的兩根齒條、分別與兩根齒條嚙合的兩套被動齒輪、與被動齒輪借助于軸承連接的傳動軸、設于傳動軸上的用于連接傳動軸和被動齒輪的離合機構(gòu)以及離合機構(gòu)驅(qū)動裝置，所述離合機構(gòu)設置兩套，分別與設置在活塞桿上方和下方的兩套被動齒輪對應，其優(yōu)點在于：通過在活塞桿上設置齒條，齒條跟隨活塞桿往復直線運動，與齒條嚙合的兩套被動齒輪旋轉(zhuǎn)運動，通過離合機構(gòu)間歇性將齒條的往復運動通過傳動軸轉(zhuǎn)化為輸出齒輪的旋轉(zhuǎn)運動，兩套輸出齒輪均與換向齒輪嚙合，從而實現(xiàn)換向齒輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機械功的輸出。
【專利說明】棘輪自由活塞發(fā)動機

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及發(fā)動機【技術領域】，尤其涉及一種可以向外輸出機械功的棘輪自由 活塞發(fā)動機。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有的自由活塞發(fā)動機對外不能直接輸出機械功，一種形式是僅提供一定壓力的 壓縮空氣，通過燃氣輪機輸出功率，第二種形式是其與直線電機集成一體，發(fā)出電能，第三 種形式是與液壓泵集成一體，通過液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩，理論上還有許多齒輪齒條發(fā)動機，但 由于所使用的棘輪內(nèi)部彈簧力度太小，致使棘爪的加速度太小，反應速度慢，不能應對強度 沖擊，棘爪也不能同步應對沖擊，所以目前使用的自由活塞發(fā)動機對于機械功的輸出仍然 是一個需要本領域技術人員深入研究的課題。 實用新型內(nèi)容
[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種棘輪自由活塞發(fā)動機，通過使用正向 棘輪和反向棘輪以及撥叉相互配合，使普通的棘輪自由活塞發(fā)動機通過傳動軸輸出機械 功，擴大使用范圍。
[0004] 為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是：一種棘輪自由活塞發(fā)動 機，包括支架、第一活塞缸、第二活塞缸、活塞桿以及進氣管和噴油嘴，所述活塞桿上設有呈 上下對稱的兩根齒條、分別與兩根齒條嚙合的兩套被動齒輪、與被動齒輪借助于軸承連接 的傳動軸、設于傳動軸上的用于連接傳動軸和被動齒輪的離合機構(gòu)以及離合機構(gòu)驅(qū)動裝 置，所述離合機構(gòu)設置兩套，分別與設置在活塞桿上方和下方的兩套被動齒輪對應。
[0005] 所述離合機構(gòu)包括固定設于被動齒輪內(nèi)側(cè)面上的正向棘輪、和設于傳動軸上的軸 齒輪滑動配合的反向棘輪、設于正向棘輪和反向棘輪之間的反壓彈簧，還包括與傳動軸滑 動配合的彈簧座，所述彈簧座與反向棘輪之間設置正壓彈簧，所述正壓彈簧一端與彈簧座 固定連接，所述撥叉與彈簧座鉸接，所述撥叉尾部設置撥叉桿，撥叉桿中部與所述支架鉸 接，所述撥叉桿尾部與離合機構(gòu)驅(qū)動裝置動力輸出端鉸接。
[0006] 所述與兩套被動齒輪配套設置的傳動軸尾部均設有輸出齒輪，兩套輸出齒輪之間 安裝有換向齒輪，換向齒輪與兩套輸出齒輪嚙合。
[0007] 所述正向棘輪和反向棘輪的齒均相對設于本體端面上、且方向相反。
[0008] 所述離合機構(gòu)驅(qū)動裝置為氣缸。
[0009] 所述兩套活塞缸端部均設有悶氣閥。
[0010] 所述兩套活塞缸均配套設有換氣閥，所述換氣閥包括閥體、閥芯以及回位彈簧，所 述閥體一側(cè)腔體與活塞缸的燃燒室連通，所述閥芯另外一端設有能夠封閉活塞缸排氣閥的 滑桿。
[0011] 采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：通過在活塞桿上設置齒條，設于齒條 上方和下方的兩套被動齒輪與齒條嚙合，被動齒輪通過離合機構(gòu)與傳動軸連接，齒條跟隨 活塞桿往復直線運動，與齒條嚙合的兩套被動齒輪旋轉(zhuǎn)運動，通過離合機構(gòu)間歇性將齒條 的往復運動通過傳動軸轉(zhuǎn)化為輸出齒輪的旋轉(zhuǎn)運動，兩套輸出齒輪均與換向齒輪嚙合，從 而實現(xiàn)換向齒輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機械功的輸出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本實用新型另一方向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是離合機構(gòu)和離合驅(qū)動機構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4是離合機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖：
[0016] 在附圖中：1、噴油嘴；2、悶氣閥；3、第一活塞缸；4、活塞桿；5、齒條；6、被動齒輪； 7、離合機構(gòu)；7-1、正向棘輪；7-2、反向棘輪；7-3、正壓彈簧；7-4、撥叉；7-5、彈簧座；7-6、 反壓彈簧；7-7、軸齒輪；8、第二活塞缸；9、輸出齒輪；10、換向齒輪；11、支架；12、液壓缸； 13、進氣管。

【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0018] 為了擴大自由活塞發(fā)動機使用范圍，能夠?qū)⒅本€運動穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)用動，從 而輸出機械功，本實用新型提供一種如圖1-2所示的棘輪自由活塞發(fā)動機，包括支架11、第 一活塞缸3、第二活塞缸8、活塞桿4以及進氣管13和噴油嘴1，其關鍵改進在于：所述活塞 桿4上設有呈上下對稱的兩根齒條5、分別與兩根齒條5哨合的兩套被動齒輪6、與被動齒 輪6借助于軸承連接的傳動軸、設于傳動軸上的用于連接傳動軸和被動齒輪6的離合機構(gòu) (參見附圖3-4) 7以及離合機構(gòu)7驅(qū)動裝置，所述離合機構(gòu)7設置兩套，分別與設置在活塞 桿4上方和下方的兩套被動齒輪6對應，所述離合機構(gòu)7包括固定設于被動齒輪6內(nèi)側(cè)面 上的正向棘輪7-1、和設于傳動軸上的軸齒輪7-7滑動配合的反向棘輪7-2、設于正向棘輪 7-1和反向棘輪7-2之間的反壓彈簧7-6,還包括與傳動軸滑動配合的彈簧座7-5,所述彈簧 座7-5與反向棘輪7-2之間設置正壓彈簧7-3,所述正壓彈簧7-3 -端與彈簧座7-5固定連 接，所述撥叉7-4與彈簧座7-5鉸接，所述撥叉7-4尾部設置撥叉7-4桿，撥叉7-4桿中部 與所述支架11鉸接，所述撥叉7-4桿尾部與離合機構(gòu)7驅(qū)動裝置動力輸出端鉸接，所述與 兩套被動齒輪6配套設置的傳動軸尾部均設有輸出齒輪9,兩套輸出齒輪9之間安裝有換向 齒輪10,換向齒輪10與兩套輸出齒輪9嚙合，所述正向棘輪7-1和反向棘輪7-2的齒相對 設于端面上、且方向相反，所述離合機構(gòu)7驅(qū)動裝置為液壓缸12,所述兩套活塞缸端部均設 有悶氣閥2,所述兩套活塞缸均配套設有換氣閥，所述換氣閥包括閥體、閥芯以及回位彈簧， 所述閥體一側(cè)腔體與活塞缸的燃燒室連通，所述閥芯另外一端設有能夠封閉活塞缸排氣閥 的滑桿。
[0019] 在具體使用過程中，為了消除活塞缸內(nèi)的燃燒造成活塞沖擊，在兩個活塞缸內(nèi)或 活塞桿上安裝硬質(zhì)彈簧，在壓縮空氣時硬質(zhì)彈簧不變形，只有在速燃至最高壓力時才收縮， 將儲存的能量在壓力低時釋放出來，實現(xiàn)柔性輸出，大幅降低對棘輪機構(gòu)的沖擊，在活塞缸 缸蓋上設置一個悶氣閥，該悶氣閥受電磁線圈的控制，其作用是防止活塞缸內(nèi)廢氣或未燃 的混合氣不能排出，活塞不能達到下止點，如負載過重，油量過小等原因，控制模塊控制電 磁線圈打開悶氣閥，安裝在進氣管上的進氣閥因為活塞缸內(nèi)氣壓下降，自動打開，儲氣瓶高 壓氣體迅速進入活塞缸，將缸內(nèi)廢氣吹走，更換新空氣，便于正常運轉(zhuǎn)。
[0020] 另外，在啟動過程中，有控制裝置根據(jù)安裝在齒條上的位置傳感器判斷活塞是否 位于上止點，選擇封閉活塞缸、且活塞離上止點較近的活塞缸作為首次點火缸，在正常運 轉(zhuǎn)過程中，活塞分為三個狀態(tài)，一種是活塞滑向上止點，第二種狀態(tài)是兩個活塞缸均處于封 閉，第三中狀態(tài)是一個活塞缸封閉，另外一個活塞缸的排氣閥口打開，對于第一種情況，控 制裝置先控制封閉活塞缸的進氣開關打開，同時關閉對置活塞缸的進氣閥，控制羅茨鼓風 機將高壓氣瓶內(nèi)的高壓氣壓吹入封閉活塞缸，推動活塞到一定位置后，再將對置活塞缸的 進氣開關打開，為運轉(zhuǎn)提供條件，同時因進氣壓力降低，封閉活塞缸的單向進氣閥關閉，同 時控制裝置控制噴油嘴和點火線圈點火啟動。
[0021] 對于第二種情況和第三種情況，也是離合機構(gòu)在分離狀態(tài)下，控制裝置先打開兩 個活塞缸的進氣開關，延遲一定時間后檢測活塞離上止點較近的活塞缸的進氣閥是否關 閉，如果處于關閉狀態(tài)，直接噴入少量的燃油或者燃氣，同時打火啟動，僅給另外一個活塞 缸提供高壓氣體，使它有合適的壓縮比進入正常運轉(zhuǎn)，更適合斷缸后再啟動。
[0022] 本實用新型所披露的棘輪自由活塞發(fā)動機在正常運轉(zhuǎn)時的噴油和打火時間是以 離合機構(gòu)是否已經(jīng)嚙合為標準，先嚙合后打火燃燒，防止處于嚙合狀態(tài)且深度不夠的情況 下突然燃燒造成離合機構(gòu)損毀，縮短使用壽命，而且本發(fā)動機可以大小活塞缸混裝，相當于 變徑傳動，斷缸和啟動均很方便，質(zhì)量輕，功率大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單，使用范圍廣由于活塞 在上止點時，有較高的加速的，如果不能做到在活塞返程時，準確嚙合，可通過對排氣口的 控制，控制排氣速度來降低活塞的加速度，為準確嚙合創(chuàng)造條件。
[0023] 在實際操作過程中，液壓缸12也可以使用電磁線圈替代，只要能夠保證在控制模 塊控制下通過撥叉撥動彈簧座往復運動即可，第一活塞缸和第二活塞缸是兩個對置的結(jié) 構(gòu)，啟動時，先在第一活塞缸中噴入少量的燃油或者燃氣，并點火，在第一次點火的時候，離 合裝置保持分離，為第二活塞缸提供一定壓力的壓縮空氣，待正常啟動以后，控制模塊控制 液壓缸驅(qū)動撥叉撥動彈簧座運動，正向棘輪和反向棘輪嚙合，實現(xiàn)機械功的輸出，為了實現(xiàn) 準確控制，還設有齒條位置傳感器與控制模塊信號端連接，當檢測到第二活塞缸的活塞到 達上止點時，電腦模塊通過控制液壓缸對應液壓閥或者電磁鐵使撥叉撥動彈簧座運動，彈 簧座的運動壓縮正壓彈簧，使位于活塞桿下方的正向棘輪和反向棘輪哨合，同時與反向棘 輪配套設置位置傳感器，當正向棘輪和反向棘輪嚙合后液壓閥或者電磁鐵斷電，控制模塊 控制噴油嘴給第二活塞缸噴油、點火、燃燒，將第一活塞缸的活塞推到上止點，然后控制模 塊控制第一活塞缸重復第二活塞缸的動作，如此循環(huán)，由于齒條上部和下部均設有被動齒 輪，而齒條在活塞桿的作用下往復運動，因此，為了保證輸出轉(zhuǎn)矩方向一致，上部離合機構(gòu) 和下部離合機構(gòu)間歇分離，通過換向輪可以輸出連續(xù)轉(zhuǎn)矩。
【權利要求】
1. 一種棘輪自由活塞發(fā)動機，包括支架（11)、第一活塞缸、第二活塞缸、活塞桿（4)以 及進氣管（13)和噴油嘴（1)，其特征在于：所述活塞桿（4)上設有呈上下對稱的兩根齒條 (5) 、分別與兩根齒條（5)嚙合的兩套被動齒輪（6)、與被動齒輪（6)借助于軸承連接的傳動 軸、設于傳動軸上的用于連接傳動軸和被動齒輪（6)的離合機構(gòu)（7)以及離合機構(gòu)（7)驅(qū) 動裝置，所述離合機構(gòu)（7)設置兩套，分別與設置在活塞桿（4)上方和下方的兩套被動齒輪 (6) 對應。
2. 根據(jù)權利要求1所述的棘輪自由活塞發(fā)動機，其特征在于：所述離合機構(gòu)（7)包括 固定設于被動齒輪（6)內(nèi)側(cè)面上的正向棘輪（7-1 )、和設于傳動軸上的軸齒輪（7-7)滑動配 合的反向棘輪（7-2)、設于正向棘輪（7-1)和反向棘輪（7-2)之間的反壓彈簧（7-6)，還包括 與傳動軸滑動配合的彈簧座（7-5)，所述彈簧座（7-5)與反向棘輪（7-2)之間設置正壓彈簧 (7-3 )，所述正壓彈簧（7-3 ) -端與彈簧座（7-5 )固定連接，撥叉（7-4 )與彈簧座（7-5 )鉸接， 撥叉（7-4)尾部設置撥叉桿，撥叉桿中部與所述支架（11)鉸接，撥叉桿尾部與離合機構(gòu)（7) 驅(qū)動裝置動力輸出端鉸接。
3. 根據(jù)權利要求2所述的棘輪自由活塞發(fā)動機，其特征在于：所述與兩套被動齒輪（6) 配套設置的傳動軸尾部均設有輸出齒輪（9)，兩套輸出齒輪（9)之間安裝有換向齒輪（10)， 換向齒輪（10)與兩套輸出齒輪（9)嚙合。
4. 根據(jù)權利要求3所述的棘輪自由活塞發(fā)動機，其特征在于：所述正向棘輪（7-1)和反 向棘輪（7-2)的齒均相對設于本體端面上、且方向相反。
5. 根據(jù)權利要求4所述的棘輪自由活塞發(fā)動機，其特征在于：所述離合機構(gòu)（7)驅(qū)動裝 置為氣缸（12)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的棘輪自由活塞發(fā)動機，其特征在于：所述兩套活塞缸端部均 設有悶氣閥（2)。
7. 根據(jù)權利要求6所述的棘輪自由活塞發(fā)動機，其特征在于：所述兩套活塞缸均配套 設有換氣閥，所述換氣閥包括閥體、閥芯以及回位彈簧，所述閥體一側(cè)腔體與活塞缸的燃燒 室連通，所述閥芯另外一端設有能夠封閉活塞缸排氣閥的滑桿。
【文檔編號】F02B71/00GK203879622SQ201420127273
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權日:2014年3月20日
【發(fā)明者】朱立風, 朱成玉 申請人:朱成玉