專利名稱：組合機電發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力機械，尤其是組合機電發(fā)動機。
目前，公知的動力機械，其中內(nèi)燃機氣缸中的活塞是由往復(fù)運動變?yōu)閯恿敵鲚S的旋轉(zhuǎn)運動；容積式往復(fù)壓縮機和泵，是將動力機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楦左w中活塞的往復(fù)運動，均是通過曲軸(柄)連桿機構(gòu)完成的。曲軸(柄)連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，在變換的過程中，自身消耗的能量多，曲軸半徑產(chǎn)生離心力，連桿產(chǎn)生分力，連桿的分力是很難平衡的；缸體長度活塞長度和行程受限于曲軸半徑和連桿長度，活塞需要導(dǎo)向裙邊，活塞占的比例很大，降低了氣缸的容積；無法按燃料燃燒示功圖的要求設(shè)計缸的容積和行程。燃?xì)廨啺l(fā)電機，其透平機發(fā)出的功率，用約2/3功率去拖動壓氣機，用約1/3功率去發(fā)電，有用功率低。壓縮機和泵的壓力和排量均存在脈動性的問題，而且流量少、速度低。由于以上種種因素，內(nèi)燃機、壓縮機和泵、燃?xì)廨啺l(fā)電機各項指標(biāo)的提高，都受到了嚴(yán)格的限制，例如汽車用柴油機的能源從化學(xué)能換成機械能的比例只有40％左右，汽油機的能源從化學(xué)能換成機械能只有30％左右，其余60％～70％都以廢氣等形態(tài)排放到大氣中，加上傳動裝置和蓄電池等能量的消耗，用于汽車行駛的能量又低于上述比例，以致內(nèi)燃機能源的利用率低，油耗量高，排放的廢氣污染大，已成為環(huán)境的一大危害。
為了克服上述缺點，目前世界上已從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)。1、利用渦輪機增壓，提高壓縮比和燃燒溫度，近幾十年來熱效率和功率的提高，主要是通過這一途徑取得的；但是，進(jìn)一步提高仍受曲軸連桿傳動和渦輪增壓的限制。2、機電混合技術(shù)，將內(nèi)燃機與氫氧燃料電池混合使用，或者完全使用氫燃料作動力；目前使用氫作燃料，技術(shù)復(fù)雜，成本較高，取代石化燃料還有較長的路要走。3、利用壓縮空氣發(fā)動機取代內(nèi)燃機，可以取代石化能源，但需要建立電力充氣系統(tǒng)，而且充一次氣跑不多遠(yuǎn)。4、利用太陽能驅(qū)動汽車，但它的成本高，機動性差。
本發(fā)明的目的是為了克服上述動力機械存在的缺點，而提供的組合機電發(fā)動機。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的組合機電發(fā)動機是由6個系統(tǒng)組成1、沖壓內(nèi)燃機；2、容積式往復(fù)壓縮機和泵；3、燃?xì)廨啺l(fā)電機；4、能量回收裝置；5、冷卻、潤滑、消聲輔助設(shè)備；6、計算機自動控制系統(tǒng)。上述1～5個系統(tǒng)應(yīng)用本人發(fā)明專利往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)，專利號ZL96117438.2。將它們有機地組合起來，然后通過計算機，定壓、定容、配氣、配油，對各個系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)視，測算、調(diào)節(jié)和控制，使其形成以下3個循環(huán)系統(tǒng)。
1、機械循環(huán)通過往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)，將機組的各個系統(tǒng)合理的組合起來，使機組內(nèi)的功率由往復(fù)運動變旋轉(zhuǎn)運動或由旋轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動，傳動機構(gòu)簡單，自身能耗極低。
2、壓力和熱力循環(huán)，分為兩個循環(huán)系統(tǒng)，即由壓氣機和壓縮機組成的氣體梯級增壓系統(tǒng)，可將壓縮空氣的壓力提高到80kgf/cm2直至150kgf/cm2以上，為內(nèi)燃機的氣缸沖氣、配油，在提高氣體壓縮比的同時，按各類燃料的性質(zhì)，尋求最佳的當(dāng)量配油，以求節(jié)約能源。由內(nèi)燃機的氣缸和燃?xì)廨啺l(fā)電機的透平機組成的熱力梯級利用系統(tǒng)，從多個熱源取熱，擴(kuò)大能源范圍，使用清潔能源，將高壓高溫燃燒與低壓低溫燃料結(jié)合起來，使油、氣充分燃燒，充分膨脹作功，并建立零污染排放系統(tǒng)；這個循環(huán)又分為氣缸工作循環(huán)和透平機工作循環(huán)，氣缸排出的高溫廢氣，在透平機中再利用；內(nèi)燃機的氣缸改成雙向作功，氣缸的容積，活塞的行程和速度，按照使用燃料的性質(zhì)，燃燒示功圖和充分利用熱效率的要求進(jìn)行設(shè)計，活塞一個往復(fù)有2個作功行程和2個排氣行程，作功行程又由沖氣行程和燃燒膨脹作功行程組成，燃燒膨脹作功行程，應(yīng)使油氣混合良好，提高燃燒效率，它是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能，充分利用熱效率的行程，必須科學(xué)地提高活塞的行程和速度，以求最佳利用熱效率；透平機的工作循環(huán)必須合理的加長，采用回?zé)崂玫妊b置，力求充分利用熱效率；在壓力和熱力利用的循環(huán)中，將熱效率提高到95％以上，能耗降低到50％以上，拓寬能源使用范圍，建成零污染排放系統(tǒng)，輸出功率和扭矩3倍、5倍的增加。
3、能量再利用循環(huán)，在動力學(xué)上作用力和反作用力，動力和阻力，運動和制動，速度和慣性都是矛盾運動，能量回收裝置就是利用它們的矛盾，將一部份功率回收再利用，例如汽車、火車、飛機遇到空氣的阻力，可以吸進(jìn)一部份氣體作功，以降低阻力；又如汽車、火車有眾多的動輪，在輪殼上增加內(nèi)嚙的齒圈或摩擦圈，當(dāng)車輪產(chǎn)生比較大的慣性力，或下坡須要減速剎車時，將一種發(fā)電機或氣壓、液壓的回收裝置嚙上，從慣性力和剎車回力中，回收電力或氣壓力、液壓力；電力可以儲存在蓄電池備用，氣壓力、液壓力可以增加動力的功能。能量回收裝置在動輪比較多的運輸機械中效果較好，而且運動速度愈高，效果愈好。
上述6個系統(tǒng)和3個循環(huán)，可以根據(jù)各種工況的需要，組成多種型式的組合機電發(fā)動機。
本發(fā)明組合機電發(fā)動機，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點1、將往復(fù)運動的功率變成旋轉(zhuǎn)運動的功率，或者由旋轉(zhuǎn)運動的功率變成往復(fù)運動的功率，其傳動機構(gòu)簡單，只需3～4對齒輪副，加工精度較高的齒輪副運動，自身消耗的功率約0.5-1.5％，合計自身消耗約占3-6％；與曲軸(柄)連桿機構(gòu)相比，節(jié)約自身消耗功率在20％以上。
2、組合機電發(fā)動機的工作循環(huán)，是以高溫氣體動力學(xué)為基礎(chǔ)，可分為壓氣機，壓縮機組成的氣體梯級增壓系統(tǒng)和由沖壓內(nèi)燃機的氣缸與燃?xì)廨啺l(fā)電機的透平機組成的熱力梯級利用系統(tǒng)。
A、氣體梯級增壓系統(tǒng)，可將氣體的壓力提高到80kgf/cm2直至150kgf/cm2以上，增加可燃?xì)怏w含量；目前柴油渦輪機增壓系統(tǒng)，壓縮終點壓力30kgf/cm2左右，膨脹終點壓力60kgf/cm2左右，梯級增壓系統(tǒng)可將進(jìn)氣壓力提高3～5倍，雖然，拖動壓縮機要耗去沖壓內(nèi)燃機產(chǎn)生功率的2/5～3/5，但是由于高壓高溫燃燒，產(chǎn)生的功率，隨進(jìn)氣壓力同比提高，輸出功率3倍、5倍的增加。
B、熱力梯級利用系統(tǒng)，又可分為沖壓內(nèi)燃機氣缸的工作循環(huán)和燃?xì)廨啺l(fā)電機透平機的工作循環(huán)，內(nèi)燃機氣缸改成雙向作功，活塞一個往復(fù)有2個作功行程和2個排氣行程，作功行程又由沖氣行程和燃燒膨脹作功行程組成?？梢蕴岣吒讖紻和活塞行程S的比值；目前S/D值已加達(dá)到3以上，但高速內(nèi)燃機仍停留在1～1.2之間，(引自《機械工程手冊》機械工業(yè)出版社1997年7月2版，下同)這是由于曲軸(柄)連桿機構(gòu)的限制；本發(fā)明完全擺脫了這種限制，按最佳利用熱效率的要求，延長活塞行程和提高速度，可將S/D值加大到5～10；使熱力得到充分利用；透平機的工作循環(huán)，按最佳利用熱效率的要求，合理的加以延長并提高其效率，采用回?zé)嵫h(huán)等裝置，功率可提高1/3以上。
C、提高A/F值，即提高每一個工作循環(huán)進(jìn)入氣缸的壓縮氣體充量Gs與一個工作循環(huán)進(jìn)入氣缸的燃料配量Gi之比?，F(xiàn)有技術(shù)A/F值一般大于18，汽油機12～18之間，本工作循環(huán)由于氣體壓縮比的提高，這一比值可提高1-2倍，以達(dá)到稀薄燃燒，快速燃燒，充分燃燒的要求，一方面可充分釋放燃料的發(fā)熱量，充分利用熱效率，使活塞平穩(wěn)運行；另一方面可以擴(kuò)大燃料范圍，降低能源消耗。電子噴油技術(shù)可使能源消耗降低15％左右，提高氣體壓縮比3～5倍，電子控制最佳噴油當(dāng)量，稀薄、快速、充分燃燒的技術(shù)，可使能源消耗降低50％以上。
D、氣缸雙向作功，主軸轉(zhuǎn)速降低，扭矩增加。氣缸雙向作功，主軸旋轉(zhuǎn)1周，氣缸兩次作動，若與現(xiàn)有技術(shù)比較
從上表比較可以看出，沖壓內(nèi)燃機主軸已經(jīng)進(jìn)入中低速范圍，降低主軸轉(zhuǎn)速，可以降低摩擦損失，噪音和有害排放。主軸的轉(zhuǎn)速降低，但扭矩反而增加，主軸(曲軸)的轉(zhuǎn)速(r/min)乘力臂(諸多力矩的代數(shù)和)等于扭矩，力臂由于活塞行程和速度的提高，力臂5-10倍的增長，扭矩同比增加。
總之，本發(fā)明的工作循環(huán)，與現(xiàn)有的狄塞爾循環(huán)、奧托循環(huán)、朗肯循環(huán)不同，本循環(huán)一方面力求提高氣體壓縮比尋求最佳的燃油噴射當(dāng)量，另一方面力求最佳利用熱效率，使增壓內(nèi)燃機的熱效率從現(xiàn)在的40％～50％左右提高到95％以上，能耗下降50％以上，輸出功率3倍以至5倍的提高。
3、將高壓高溫燃燒與低壓低溫燃燒結(jié)合起來，沖壓內(nèi)燃機的進(jìn)氣壓力和噴油壓力，提高到80kgf/cm2，溫度可達(dá)到1200-1800℃以上；而燃?xì)廨啓C燃燒室的氣體壓力降到30-50kgf/cm2，溫度降到800-1100℃，使用清潔能源、生物能源、凈化助燃劑，這樣，油氣充分燃燒，清除一氧化碳(CO)、碳氧化合物(HC)、氮氧化物(NOX)等有害物質(zhì)，建立起零污染排放系統(tǒng)。將經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益統(tǒng)一起來。
4、容積式往復(fù)壓縮機和泵的缸也不受曲軸半徑和連桿長度的限制，可以按容積，壓力、排量、功率效率進(jìn)行選擇設(shè)計；氣缸也改成雙向作功。由于氣缸的對置組合或?qū)ΨQ組合，增加排量和流速，從根本上解決了往復(fù)式壓縮機和泵排量小流速低的問題，并且避免了壓力和排量的脈動性問題。
5、提高單機功率，由于氣缸一般對置組合或?qū)ΨQ組合，一個單機組一般有2個缸或4個缸在同時作功，其功率2倍或4倍的增加，發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子可以改成相向旋轉(zhuǎn)，提高轉(zhuǎn)速，提高效率和功率。
6、提高聯(lián)合機組功率，使用往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)，可以將2個、4個、8個單機聯(lián)合成一個聯(lián)合機組，使功率范圍不斷擴(kuò)大。
7、能量回收再利用裝置，將一部份功率在使用過程中有條件的回收再利用，這是節(jié)能的一個途徑。如汽車、火車有眾多輪子的車輛?？梢曰厥赵倮玫哪芰慷噙_(dá)20％左右。
8、由于壓力和溫度的提高，氣缸、活塞、活塞環(huán)、定葉、動葉等部件特別需要耐高壓、耐高溫、耐高速、耐磨性能好的材料，如制造絕熱氣缸、鎢鋼等零部件、大功率稀土永磁電機，可以將組合機電發(fā)動機的效率推向更高的水平。
9、本發(fā)明特別適用于高空、高原缺氧地方，這些地方由于氧氣稀薄，不利于油氣充分燃燒，本發(fā)明可增大壓入氣體容積，使其充分燃燒、膨脹作功，不致于因缺氧而降低功率。
10、本發(fā)明組合機電發(fā)動機由于重量輕、體積小、體積功率提高，比重量降低，熱效率提高，有用功率提高，節(jié)約燃料，降低污染，特別適用于汽車、火車和列車、卡車、船舶的電站及艦船、坦克和航空發(fā)動機，將為這些動力機械帶來革命性的發(fā)展。
11、組合機電發(fā)動機、加工難度大的部件減少，可靠性提高，使用壽命延長，拆裝維修方便，制造和使用成本降低。
12、尋求一種高效率、低能耗、零污染的動力機，已成應(yīng)當(dāng)前世界持續(xù)發(fā)展的主要問題。本發(fā)明組合機電發(fā)動機，它利用內(nèi)燃機、壓縮機、燃?xì)廨啺l(fā)電機和噴氣機的一些主要特點，揚長避短進(jìn)行組合，而在一系列原理、功能上全面創(chuàng)新，將動力機械領(lǐng)域人們一直追求的高效率、低能耗、零污染的理想變成現(xiàn)實，節(jié)能50％以上，并建立起零污染排放系統(tǒng)，熱效率達(dá)到95％以上，功率、扭矩3倍以至5倍的增加。如在國民經(jīng)濟(jì)中被廣泛應(yīng)用，將為提高動力效率，降低能源消耗，凈化大氣污染，帶來一場革命；尤其是提高國防和科學(xué)技術(shù)的動力水平，緩解能源危機，將產(chǎn)生巨大的影響，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的提高以及人與環(huán)境的和諧發(fā)展，將產(chǎn)生無可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；向世界推廣應(yīng)用，將造福于人類。
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明

圖1、組合機電發(fā)動機結(jié)構(gòu)2、往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)3、雙向作功氣缸結(jié)構(gòu)4、沖壓內(nèi)燃透平發(fā)電機組5、噴氣沖壓內(nèi)燃發(fā)動機組6、多機組組合機構(gòu)7、柴油機增壓后燃燒過程示功8、能量回收裝置系統(tǒng)9、冷卻、潤滑、消聲系統(tǒng)10、計算機自動控制系統(tǒng)控制要點1、描述組合機電發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，該機由沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸，容積式往復(fù)壓縮機(2)A、B、C、D缸，往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)，燃?xì)廨啺l(fā)電機(4)的壓氣機(5)、燃燒室(6)、透平機(7)、發(fā)電機(8)，能量回收裝置(9)，冷卻、潤滑裝置(10)，計算機自動控制系統(tǒng)(11)組成；其工作循環(huán)起動高壓流量控制閥(12)A、B、C閥，高壓流量控制閥(12)A、B閥控制氣壓控制缸(13)A、B缸，經(jīng)高壓氣管路(14)向沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸沖壓，高壓流量控制閥(12)C閥控制氣壓控制缸(13)B缸經(jīng)高壓氣管路(14)向氣壓隔膜噴油泵(15)、(16)充壓，氣壓隔膜噴油泵(15)經(jīng)高壓油路(17)向沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸噴油，油氣混合燃燒，膨脹推動活塞作功；氣壓隔膜噴油泵(16)經(jīng)高壓油管路(17)向燃燒室(6)噴油，油氣混合燃燒、膨脹，向透平機(7)充氣，推動動葉旋轉(zhuǎn)作功；同時，起動起動電動機(18)經(jīng)離合器(19)與往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)中的齒輪(20)嚙合，驅(qū)動容積式往復(fù)壓縮機(2)A、B、C、D缸，組成由壓氣機(5)向容積式往復(fù)壓縮機(2)的A、B缸增壓，A、B缸加壓后向C、D缸增壓，C、D缸增壓后向氣壓控制缸(13)A、B缸充氣，將氣壓提高到80～150kgf/cm2，沖壓內(nèi)燃機(1)發(fā)出的功率，經(jīng)主動軸(21)通過聯(lián)軸器(22)與從動軸(23)同心接合，用約2/5的功率驅(qū)動容積式往復(fù)壓縮機(2)A、B、C、D缸的活塞作功壓縮氣體，其余功率通過往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)輸出機外使用；當(dāng)沖壓內(nèi)燃機(1)正常運轉(zhuǎn)后，齒輪(20)經(jīng)離合器(19)與起動電動機(18)脫開。所有氣缸的活塞行程，均通過變矩齒輪(24)調(diào)整配合。沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸排出的廢氣，經(jīng)高壓排氣管路(25)排向燃?xì)廨啺l(fā)電機(4)的燃燒室(6)的A、B室，與壓氣機(5)壓進(jìn)的新鮮空氣混合，又與氣壓隔膜噴油泵(16)噴出的油混合，二次點火燃燒膨脹，向透平機(7)充氣作功；這樣沖壓內(nèi)燃機(1)的A、B、C、D缸與透平機(7)組成熱量梯級利用系統(tǒng)；同時，起動輸油壓縮機(26)、(27)向氣壓隔膜噴油泵(15)、(16)源源供油；此時，透平機(7)與發(fā)電機(8)之間的離合器(19)脫開，待壓氣機(5)燃燒室(6)透平機(7)之間正常運轉(zhuǎn)，再將透平機(7)與發(fā)電機(8)之間的離合器(19)嚙上，帶動發(fā)電機(8)發(fā)電，透平機(7)發(fā)出的功率，用約1/3去帶動壓氣機(5)，用約2/3去帶動發(fā)電機(8)；發(fā)電機(8)發(fā)出的功率一部份儲存蓄電池組(28)備用，大部份輸出機外使用。蓄電池組(28)通過電纜線(29)向起動電動機(18)、輸油壓縮機(26)、(27)供給電源，透平機(7)排出的廢氣，經(jīng)回?zé)峁苈?30)回?zé)崂煤笤偻ㄟ^排氣管路(25)排出機外，壓氣機(5)的前面有個進(jìn)氣斗(31)、進(jìn)氣斗(31)的前面是空氣濾清器(32)，兩側(cè)按裝有能量回收裝置(9)風(fēng)車發(fā)電機。壓氣機(5)吸進(jìn)的空氣推動風(fēng)車發(fā)電機發(fā)電，發(fā)生的電力經(jīng)電纜線(29)輸入蓄電池組(28)。沖壓內(nèi)燃機(1)的前面設(shè)冷卻、潤滑裝置(10)，提供空冷、水冷和機油潤滑。發(fā)電機(8)采用高效稀士永磁發(fā)電機，使其效率達(dá)到80％以上，發(fā)電機(8)的外端設(shè)鏈輪(33)可與往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)聯(lián)動，可以利用沖壓內(nèi)燃機(1)的功率驅(qū)動發(fā)電，也可以從往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)輸出正反向運動的功率，將發(fā)電機(8)的轉(zhuǎn)子和定子改成相向旋轉(zhuǎn)，以提高發(fā)電機(8)的轉(zhuǎn)速和功率。各系統(tǒng)機構(gòu)均通過眾多的軸承和軸承座(34)安裝在基架(35)上，由計算機自動控制系統(tǒng)(11)集中控制。如此運作。
組合機電發(fā)動機工作循環(huán)的特點是1、由壓氣機(5)、容積式往復(fù)壓縮機(2)組成氣體梯級增壓系統(tǒng)，為沖壓內(nèi)燃機(1)沖氣，可將進(jìn)氣壓力提高到80～150kgf/cm2，高壓縮比燃燒，膨脹作功，可將活塞平均有效壓力提高3～5倍，功率同比增加。2、利用沖壓內(nèi)燃機(1)的往復(fù)力矩直接驅(qū)動容積式往復(fù)壓縮機(2)的活塞作功，效率很高，自身消耗很低。3、由沖壓內(nèi)燃機(1)的氣缸和燃?xì)廨啺l(fā)電機(4)的透平機(7)組成的熱量梯級利用系統(tǒng)，沖壓內(nèi)燃機(1)排出的廢氣，溫度較高，壓力較低，在透平機(7)中再利用，因而，壓氣機(5)可以縮短，透平機(7)可以延長，以求充分利用熱效率。4、從兩個熱源供給燃料，即沖壓內(nèi)燃機(1)通過隔膜噴油泵(15)使用汽油或柴油，燃?xì)廨啺l(fā)電機(4)的燃燒室(6)則通過隔膜噴油泵(16)使用乙醇或凈化助燃劑等清潔能源和生物能源；將高壓高溫燃燒與低壓低溫燃燒結(jié)合起來，以利清除有害物質(zhì)一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化物(NOX)，建立零污染排放系統(tǒng)。5、按功率需要和工況特點，組合機電發(fā)動機有多種型式的組合，以求擴(kuò)大動力使用范圍，擴(kuò)大能源使用范圍，將能源消耗降低50％以上。
圖2描述往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)，該機構(gòu)由4對齒輪副組成；從齒輪(36)輸入往復(fù)運動的功率，通過軸(37)與兩個幾何尺寸相同的介圓弧半周齒輪(38)、(39)同軸結(jié)合，介圓弧半周齒輪(38)與對應(yīng)的兩個幾何尺寸相同的半周圓弧齒輪(40)、(41)交替嚙合，對應(yīng)的半周圓弧齒輪切去的輪齒半周多一齒(下同)，形成介圓弧半周齒輪(38)嚙上半周圓弧齒輪(40)時，即脫開半周圓弧齒輪(41)，反之，當(dāng)介圓弧半周齒輪(38)嚙上半周圓弧齒輪(41)時，即脫開半周圓弧齒輪(40)；介圓弧半周齒輪(39)與對應(yīng)的兩個幾何尺寸相同的半周圓弧齒輪(42)、(43)交替嚙合，其嚙上和脫開的機理與介圓弧半周齒輪(38)和半周圓弧齒輪(40)、(41)相同；介半周圓弧齒輪(38)和半周圓弧齒輪(40)、(41)同介半周圓弧齒輪(39)和半周圓弧齒輪(42)、(43)構(gòu)成360°的交替嚙合，從而形成旋轉(zhuǎn)運動。半周圓弧齒輪(40)、(41)、(42)、(43)保留輪齒的分度圓積等于往復(fù)行程。通過軸(44)將半周圓弧齒輪(40)、(42)和全周齒輪(45)同軸聯(lián)結(jié)，通過軸承(49)組裝在箱體(50)上，通過軸(46)將半周圓弧齒輪(41)、(43)和全周齒輪(47)同軸聯(lián)結(jié)，通過軸承(49)組裝在箱體(50)上；從軸(46)和同軸結(jié)合的齒輪(48)輸出旋轉(zhuǎn)運動的功率，反之，若從齒輪(48)輸入旋轉(zhuǎn)運動的功率，則從齒輪(36)輸出往復(fù)運動的功率。軸(44)和軸(46)的軸心構(gòu)成三角形的底邊與軸(37)的軸心構(gòu)成等腰三角形，等腰三角形的兩邊線是理論上的嚙合線，實際嚙合線力求接近理論嚙合線。大型的往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)，其中半周圓弧齒輪(40)、(41)、(42)、(43)，改為半周圓弧滾柱輪，使其與介半周圓弧齒輪(38)、(39)嚙上和脫開時，滾柱產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生分力，以降低反轉(zhuǎn)時慣性力。該機構(gòu)將組合機電發(fā)動機的工作循環(huán)合理的組合起來，使往復(fù)變旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)變往復(fù)的機構(gòu)變得很簡單，自身消耗的功率極低。
圖3描述雙向作功氣缸結(jié)構(gòu)，其氣缸由缸體(51)缸套(52)、活塞(53)、活塞環(huán)(54)、活塞梢(55)、兩端的氣缸蓋(57)、(58)構(gòu)成，它的特點是1、缸徑D、活塞行程S、氣缸容積M3，必須按照進(jìn)氣壓力kgf/cm2、燃料的性質(zhì)(包括混合比、發(fā)熱量、辛烷值、十六烷值、引火點、發(fā)火點、沸點、氣化潛熱，分子式等)及燃燒示功圖和最佳利用其熱效率的原則進(jìn)行設(shè)計，將燃料分為氫氧、輕油、重油、乙醇、植物油等類別，以缸徑D為縱座標(biāo)，以活塞行程S為橫座標(biāo)，使缸徑D、活塞行程S、氣缸容積M3設(shè)計的幾何參數(shù)能夠滿足以下三項基本要求A、提高S/D值，即缸徑D與活塞行程S的比值，氣缸長度(61)減活塞長度(62)等于活塞行程(60)；活塞行程(60)等于沖氣行程(63)與燃燒膨脹作功行程(64)之和；沖氣行程(63)乘缸徑D等于沖入壓縮氣體容積，壓縮氣體噴入適度的燃料，燃燒膨脹、推動活塞作功，等于燃燒膨脹作功行程(64)；沖氣行程(63)的速度S/m和燃燒膨脹作功行程(64)的速度S/m的平均值等于活塞行程(60)的平均速度，活塞行程(60)的平均速度Cm，M/S，乘活塞平均有效壓力pe，kgf/cm2，即可求得功率(kw或ps)，所以提高S/D值，尤其是延長燃燒膨脹作功行程(64)這是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，最佳利用熱效率的行程；由于進(jìn)氣壓力提高3～5倍，可燃?xì)怏w的增加，活塞行程(60)必須按燃料燃燒的示功圖和最佳利用熱效率的原則加以延長，活塞的速度隨著壓力的提高而提高。由于活塞行程(60)和速度的提高，尤其是燃燒膨脹作功行程(64)和速度的提高，功率同比增加。
B、提高空燃比A/F值，即每一個工作循環(huán)進(jìn)入氣缸的壓縮氣體實際充量Gs，與每一個工作循環(huán)噴入氣缸的燃料當(dāng)量Gi之比，是循環(huán)功與熱負(fù)荷的標(biāo)志。科學(xué)的控制A/F值，使油氣達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒，是充分釋放燃料的發(fā)熱量，充分利用其熱效率，降低能耗，實現(xiàn)零污染排放的有效途徑；科學(xué)的空燃比，因氣體的壓縮比和燃料的發(fā)熱量而異，它是一定的空氣壓縮比與一定的燃料當(dāng)量之比，最佳的燃料當(dāng)量(59)通過實驗確定。由于進(jìn)氣壓力提高3～5倍，可燃?xì)怏w一般同比增加。最佳的燃料當(dāng)量(59)反而可以適當(dāng)降低，以達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒，機體平穩(wěn)運行，這一技術(shù)可節(jié)省能源30％-50％。
C、氣缸雙向作功，主軸轉(zhuǎn)速降低，活塞(53)的速度提高，扭矩同比增加。氣缸改成雙向作功，主動軸(21)旋轉(zhuǎn)1周，活塞(53)作功2次，這與4沖程相比，主軸轉(zhuǎn)速降低4倍，與2沖程相比，主軸轉(zhuǎn)速降低2倍，沖壓內(nèi)燃機進(jìn)入中速和低速運轉(zhuǎn)范圍，利于延長活塞行程(60)，油氣混合良好，充分燃燒，熱量充分利用，轉(zhuǎn)速(r/min)乘力臂(諸多力矩的代數(shù)和)，即可得扭矩(kgf.m)；由于力臂的延長，扭矩同比增加。
它的特點2A、汽缸套(52)套在氣缸體(51)的外面，利于散熱和冷卻，兩者之間隱藏冷卻管路和各種裝置。B、活塞(53)上的活塞環(huán)(54)按照壓力級別有不同數(shù)量的道環(huán)，以防止兩側(cè)工質(zhì)的穿漏。C、活塞梢(55)與活塞桿(56)之間是一個萬聯(lián)軸器(65)，活塞桿(56)穿過氣缸蓋(58)處，設(shè)密封填料(66)，既防止泄漏，又保證活塞桿往復(fù)自如活塞桿(56)的另一端通過螺紋(67)與齒條旋合。D、兩端的氣缸蓋(57)、(58)各設(shè)進(jìn)氣閥(68)、(69)，排氣閥(70)、(71)，氣缸體(51)的兩頭于沖氣行程(63)的末端設(shè)噴油器和火花塞(72)、(73)、(74)、(75)凡使用噴入缸體內(nèi)油氣能夠自燃的燃料不設(shè)火花塞。氣缸體(51)與氣缸套(52)之間，設(shè)有4連桿觸點聯(lián)動裝置(76)和觸點傳感器(77)，將進(jìn)氣閥(68)、(69)，排氣閥(70)、(71)聯(lián)鎖，當(dāng)活塞(53)運動到左側(cè)，觸及觸點傳感器(77)時，通過4連桿觸點聯(lián)動裝置(76)使進(jìn)氣閥(68)和排氣閥(71)同時打開，排氣閥(70)同時關(guān)閉，進(jìn)氣閥(69)早已處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)活塞(53)運動到右側(cè)，觸及觸點傳感器(77)時，通過4聯(lián)桿觸點聯(lián)動裝置(76)使進(jìn)氣閥(69)、排氣閥(70)同時打開，排氣閥(71)同時關(guān)閉，進(jìn)氣閥(68)早已處于關(guān)閉狀態(tài)；進(jìn)氣閥(68)與噴油器(72)、(73)；進(jìn)氣閥(69)與噴油器(74)、(75)通過聯(lián)鎖裝置(78)處于雙重聯(lián)鎖狀態(tài)；當(dāng)活塞(53)向右側(cè)運動，越過噴油器(72)、(73)時，進(jìn)氣閥(68)即行關(guān)閉，噴油器(72)、(73)噴油燃燒；當(dāng)活塞(53)向左側(cè)運動，越過噴油器(74)、(75)時，進(jìn)氣閥(69)即行關(guān)閉，噴油器(74)、(75)噴油燃燒；如此運作，循環(huán)往復(fù)，這樣的氣缸就構(gòu)成兩端進(jìn)、排氣、多點噴油、點火、充分燃燒，充分膨脹，雙向作功系統(tǒng)，為提高效率、功率、降低能耗，凈化污染創(chuàng)造條件。
圖4、描述沖壓內(nèi)燃透平發(fā)電機組，該機組由容積式往復(fù)壓縮機(2)A、B、C、D缸為一級，E、F、G、H缸為二級。I、J、K、L缸為三級組成的三級氣體增壓系統(tǒng)，由沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸，透平機(7)發(fā)電機(8)組成的熱量梯級利用系統(tǒng)，往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)，冷卻、潤滑裝置(10)計算機自動控制系統(tǒng)(11)組成，該機組的工作循環(huán)，起動起動電動機(28)通過離合器(19)與往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)的齒輪(20)嚙上，起動沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸，同時起動氣壓控制缸(13)A、B缸的高壓流量控制閥(12)的A、B、C閥，A、B閥經(jīng)高壓氣管路(14)向沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸沖氣，C閥經(jīng)高壓氣管路(14)向氣壓隔膜噴射泵(15)充氣，氣壓隔膜噴射泵(15)通過高壓油管路(17)向沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸噴油；沖壓內(nèi)燃機(1)的氣缸，除圖3描述的功能和構(gòu)造外，配置在系統(tǒng)中，A、B對稱，C、D對稱，A、B缸活塞向左側(cè)運動，C、D缸活塞向右側(cè)運動，反之亦然；活塞(53)A、B、C、D各有活塞桿(56)通過螺紋(67)與齒條(79)旋合，接合處設(shè)鎖緊螺帽(80)，齒條(79)與變矩齒輪(24)嚙合，變矩齒輪(24)固定在主動軸(21)上，活塞(53)A、B、C、D的往復(fù)運動，驅(qū)動主動軸(21)產(chǎn)生往復(fù)運動力矩。沖壓內(nèi)燃機(1)的供氣系統(tǒng)，由容積式往復(fù)壓縮機(2)三級壓縮機構(gòu)成，即A、B、C、D缸一級(85)從空氣濾清器(88)吸入空氣，經(jīng)加壓后壓入E、F、G、H缸二級(86)，經(jīng)加壓后壓入I、J、K、L缸三級(87)，三級(87)加壓后壓入氣壓控制缸(13)A、B缸，三級加壓、氣體體積一級一級縮小，壓力一級一級增加，隨著氣缸的容積隨壓縮比一級一級縮小，氣壓控制缸(13)A、B缸中間設(shè)平衡閥，保持兩缸氣壓力的平衡，A、B缸設(shè)有氣壓表(89)，在仃機的狀態(tài)下，仍保持一定的氣壓力，以便重新起動時使用；容積式往復(fù)壓縮機(2)的氣缸構(gòu)造與沖壓內(nèi)燃機(1)的氣缸構(gòu)造基本相同，所不同的壓縮機(2)的氣缸只有進(jìn)氣閥門(90)和排氣閥門(91)，以及緩沖缸(92)；一級(85)，二級(86)，三級(87)有不同的行程，通過變矩齒輪(93)、(94)、(95)加以調(diào)整，變矩齒輪(93)、(94)、(95)同心安裝在從動軸(23)上，從動軸(23)通過聯(lián)軸器(22)與主動軸(21)同心聯(lián)接，由主動軸(21)的往復(fù)力矩驅(qū)動從動軸(23)作往復(fù)運動，效率高、能耗低。沖壓內(nèi)燃機(1)的供油系統(tǒng)由氣壓隔膜噴射泵(15)，輸油壓縮機(26)，噴油器(72)、(73)、(74)、(75)，一般每個缸設(shè)有4個噴油器，以及燃料箱(81)調(diào)速器(82)、濾清器(83)溢油管路(84)高壓油管路(14)構(gòu)成。沖壓內(nèi)燃機(1)的熱量利用系統(tǒng)，是由沖壓內(nèi)燃機(1)A、B，C、D缸經(jīng)充分利用后，經(jīng)排氣管(25)壓入透平機(7)推動動葉作功，帶動發(fā)電機(8)發(fā)電，熱量又經(jīng)透平機(7)充分利用后，通過排氣管(25)將廢氣排出機外。沖壓內(nèi)燃機(1)產(chǎn)生的功率，約3/5驅(qū)動容積式往復(fù)壓縮機(2)壓縮氣體，約2/5通過往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)和齒輪箱(96)輸出機外使用，或通過透平機(7)的主軸(97)與透平機(7)合力，驅(qū)動發(fā)電機(8)；發(fā)電機(8)產(chǎn)生的電力，一部份儲存蓄電池組(28)備用，大部份輸出機外使用，蓄電池組(28)通過電纜線(29)與起動電動機(18)相聯(lián)。還有冷卻潤滑裝置(10)。整機通過眾多的軸承和軸承座(34)安裝在機架(35)上，通過計算機自動控制系統(tǒng)(11)集中控制。
該機組工作循環(huán)的特點是1、氣體增壓系統(tǒng)由容積式往復(fù)壓縮機(2)三級增壓，機構(gòu)更加簡單；2、熱量利用系統(tǒng)由沖壓內(nèi)燃機(1)的氣缸和透平機(7)發(fā)電機(8)組成；透平機(7)、發(fā)電機(8)為充分利用沖壓內(nèi)燃機(1)氣缸排出的廢氣熱量而設(shè)，以求最佳利用熱效率；3、該機組機動性強，可以機電混合使用，也可以集中發(fā)電，供給電力，也可以少量發(fā)電，大量輸出機力，它特別適用于運輸機械的動力和汽車、列車、船泊的電站。
圖5描述噴氣沖壓內(nèi)燃發(fā)動機組，該機組由沖壓內(nèi)燃機(1)容積式往復(fù)壓縮機(2)透平機(7)前后往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)前渦輪吸氣機(104)后渦輪噴氣機(109)組成；該機組工作循環(huán)的特點1、具有兩個燃料供給系統(tǒng)，A、航空汽油供給系統(tǒng)，與圖4描述的供油系統(tǒng)相同。B、液態(tài)氫供給系統(tǒng)，液態(tài)氫供給系統(tǒng)由液態(tài)氫儲存室(98)、輸送壓縮機(99)、計量分配閥(100)、計量控制器(101)、液態(tài)氫輸送管路(102)、噴射器(103)構(gòu)成；主要應(yīng)用于航空器，中低速采用A、航空汽油供給系統(tǒng)，高速采用B、氫燃料供給系統(tǒng)，可以順利過度，將速度推上2馬嚇、3馬嚇，由于沖壓內(nèi)燃機(1)是絕熱燃燒膨脹作功，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)燃燒室燃燒、推入渦輪機作功的模式，不僅能夠提高效率，而且可以節(jié)能30-50％，降低大氣污染，提高續(xù)航力。2、沖壓內(nèi)燃機(1)和透平機(7)產(chǎn)生的扭矩，全部集中于主動軸(21)，從動軸(23)經(jīng)從動軸(23)帶動三級容積式往復(fù)壓縮機(2)，再經(jīng)前后兩個往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)的軸(37)和透平機(7)的中心軸驅(qū)動前渦輪吸氣機(104)和后渦輪噴氣機(109)，能夠產(chǎn)生強大的推力。機組頭部是渦輪吸氣機(104)，渦輪吸氣機(104)由1～3道渦輪葉片(105)構(gòu)成，吸入的氣體分成兩路，一路(106)壓入容積式往復(fù)壓縮機(2)的一級(85)A、B、C、D缸，二路(107)壓向渦輪噴氣機(109)，渦輪吸氣機(104)由從動軸(23)的往復(fù)運動的扭矩經(jīng)往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的齒輪副(108)的扭矩，驅(qū)動渦輪吸氣機(104)吸入氣體，氣體從空氣濾清器(32)進(jìn)入吸氣斗(31)，途徑風(fēng)車發(fā)電機(9)，發(fā)出的電力經(jīng)電纜線(29)進(jìn)入蓄電池組(28)。機組尾部是渦輪噴氣機(109)，渦輪噴氣機(109)由1～3道渦輪葉片(110)構(gòu)成，噴射出兩路壓過來的氣體，一路從渦輪吸氣機(104)經(jīng)氣路(107)直接壓過來，一路從沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸排出的廢氣，經(jīng)排氣管路(25)壓入透平機(7)，充分利用其廢氣熱量后經(jīng)渦輪噴氣機(109)將兩路氣體噴向大氣。沖壓內(nèi)燃機(1)產(chǎn)生的功率由主動軸(21)的往復(fù)運動，經(jīng)往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)和齒輪副(111)與透平機(7)的中心軸形成合力，通過萬向聯(lián)軸器(112)驅(qū)動渦輪噴氣機(109)，從齒輪副(111)傳出一小部份功率驅(qū)動發(fā)電機(113)，發(fā)電機(113)發(fā)出的電力，可以輸入蓄電池組(28)備用，也可以直接使用；用于自身起動、制冷、潤滑、照明和自動控制等，渦輪噴氣機(109)后面的噴射管(115)上面有一個萬向轉(zhuǎn)動架(114)，可以任意改變氣體噴射的方向。由滑輪吸氣機(104)和容積式往復(fù)壓縮機(2)組成4級增壓系統(tǒng)，可以將進(jìn)氣壓力提高到150kgf/cm2以上。由沖壓內(nèi)燃機(1)的氣缸和透平機(7)組成的熱量利用系統(tǒng)，可將熱效率提高到95％以上，既能節(jié)約能源，又降低污染。
圖6、描述多機組組合機構(gòu)，如需要將多機組組合在一起使用，只需要將往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)的軸(46)增設(shè)鏈輪(117)、(118)，另設(shè)動力輸出軸(120)和鏈輪(116)，通過無聲鏈(119)將鏈輪(117)、(118)、(116)聯(lián)合在一起，即可從軸(120)輸出聯(lián)合機組的總功率。如在軸(44)上安裝鏈輪(117)、(118)，則可輸出相反方向的功率。
圖7、描述柴油機氣缸增壓后燃燒過程示功圖，它的燃燒過程顯示1、噴入氣缸的柴油與增壓后的空氣混合，形成混合氣，自行著火燃燒，如圖(121)曲線所示①滯燃期，從開始噴油的A點到著火開始的B點，這時燃料進(jìn)行零化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散與空氣混合等的物理化學(xué)準(zhǔn)備。②燃燒期，又可分為③速燃期從B點到最高壓力C點，主要受化學(xué)動力學(xué)控制，放熱速度高，壓力升高快；④緩燃期從C點到最高溫度D點，氣缸容積不斷擴(kuò)大，燃燒速度放慢，溫度升至最高點；⑤后燃期從D點到E點，此時燃燒在膨脹線上進(jìn)行，氧氣銳減，放熱速度減慢，一般柴油機，后燃期到達(dá)E點(123)時即將廢氣排出機外，熱量不能有效利用。2、沖壓內(nèi)燃機(1)將進(jìn)氣壓力提高到80kgf/cm2以上(注1Mpa＝10.197162kgf/cm2)(122)，B點著火燃燒(124)、C點達(dá)最高壓力125kgf/cm2(125)、D點達(dá)最高溫度1720℃(注表示溫度差和溫度間隔時1k＝1℃)(126)、由于壓力提高，可燃?xì)怏w增加，若將氣缸活塞行程提高4倍(127)，則排出氣缸時的排氣壓力10kgf/cm2左右(129)而此時的溫度尚有1150℃左右(128)，可以作為透平機(7)的最佳能源，以求最佳利用熱效率。由于進(jìn)氣壓力提高3倍，活塞行程提高4倍，活塞速度隨著壓力提高，目前，活塞平均速度6-7m/s，最高的達(dá)9m/s(見《機械工程手冊》機械工業(yè)出版社1997年7月2版)沖壓內(nèi)燃機將活塞平均速度提高到12-18m/s；按公式進(jìn)行計算，沖壓內(nèi)燃機的功率可以增加4-5倍，即使驅(qū)動壓縮機要耗去2/5-3/5的功率，其輸出的凈功率仍2-3倍的增加。3、若將進(jìn)氣壓力提高到150kgf/cm2(130)，B點著火燃燒(131)、C點達(dá)最高壓力195kgf/cm2(132)、D點達(dá)最高溫度2400℃(133)，將氣缸活塞行程延長4倍，此時排出氣缸的排氣壓力尚有60kgf/cm2，溫度尚有1650℃，這樣高的壓力和溫度，可再延長活塞行程2-3倍，相應(yīng)提高缸徑D，將壓力降到30kgf/cm2左右，溫度降到1150℃左右，再壓入透平機繼續(xù)作功，可以取得最佳的熱效率；按公式進(jìn)行計算，沖壓內(nèi)燃機的功率可以成10倍的增加，即使驅(qū)動壓縮機要耗去3/5的功率，其輸出的凈功率仍4-5倍的增加。
4、將進(jìn)氣壓力提高到80kgf/cm2以后，高壓高溫燃燒，可以燃燒燃點比較高的清潔能源，生物能源，如乙醇、椰子油、菜子油等，擴(kuò)大能源范圍，多途徑的解決能源問題。
5、進(jìn)氣壓力提高，可燃?xì)怏w同比增加，可以合理提高A/F比值，堅持稀薄、快速、充分燃燒，既防止氣爆、喘振，使機體平衡運行，又可節(jié)約能源，使熱率達(dá)到98％以上，熱效率達(dá)到95％以上。
6、將進(jìn)氣壓力提高到150kgf/cm2以上，如圖5描述4級增壓能夠達(dá)到，問題在于壓力和溫度提高以后，必須采用新材料，新工藝、新技術(shù)、解決氣體壓縮系統(tǒng)，特別是熱量利用系統(tǒng)的氣缸、活塞、活塞環(huán)、活塞桿、進(jìn)排氣閥、噴油器、透平機的定葉、動葉等一系列零部件的耐高壓、耐高溫、耐高速、耐磨等的性能問題，才能將高溫?zé)崃恿W(xué)推上新臺階，才能使組合機電發(fā)動機的工作循環(huán)，在常規(guī)的高溫?zé)崃恿W(xué)范圍內(nèi)，實現(xiàn)動力機的功率3倍、5倍的增加，從根本上改變動力機械的面貌。
圖8、描述能量回收裝置系統(tǒng)，該系統(tǒng)由風(fēng)車(138)與發(fā)電機(139)結(jié)合的裝置，磨電頭(140)與發(fā)電機(139)結(jié)合的裝置，氣壓或液壓往復(fù)壓縮機(141)裝置、動輪(142)、動輪上的齒帶(143)組成；風(fēng)車(138)通過鍵槽(144)安裝在發(fā)電機(139)的頭部，這種風(fēng)車發(fā)電機裝置一般安裝在進(jìn)氣斗(31)的風(fēng)道上。發(fā)電機(139)頭部也可以安裝摩電頭(140)與動輪上的齒帶(143)嚙合，帶動發(fā)電機(139)發(fā)電，發(fā)電機(139)發(fā)出的電力，經(jīng)電纜線(139)輸入蓄電池組(28)備用，在發(fā)電機(139)的頭部設(shè)磁力自動離合裝置(145)、以控制摩電頭(140)與齒條(143)的嚙上和脫開。氣壓或液壓往復(fù)壓縮機(141)由齒條(146)柱塞桿(147)、缸體(148)構(gòu)成；通過往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)傳動，通過齒輪(48)與動輪上的齒帶(143)嚙合，通過齒輪(36)與齒條(146)嚙合，驅(qū)動柱塞桿(147)作功，通過氣壓管或液壓管(149)，壓入氣壓缸或液壓缸(150)備用，氣壓或液壓往復(fù)壓縮機裝置通過聯(lián)掛環(huán)(151)聯(lián)掛在機體上，并通過離合器(152)控制齒輪(48)與齒帶(143)的嚙上與脫開。上述能量回收再利裝置，根據(jù)機理和工況的需要安裝，科學(xué)的回收一部份能量再利用。
圖9、描述冷卻、潤滑、消聲裝置系統(tǒng)，冷卻裝置又分空冷和水冷，空冷由風(fēng)扇(153)和壓氣機(5)壓入的空氣通過氣缸套(52)上的散熱片風(fēng)冷。水冷由伺服電動機(144)，驅(qū)動循環(huán)水泵(145)，從冷卻器(149)吸進(jìn)冷卻的水壓入管道(146)通過氣缸套(52)與缸體(51)中間的冷卻層(141)，從回路(148)回到冷卻器(149)，如此循環(huán)。潤滑裝置由伺服電動機(150)，驅(qū)動循環(huán)油泵(151)，經(jīng)油管路(152)和噴油管路(153)向齒輪箱體(50)內(nèi)運轉(zhuǎn)的機構(gòu)噴射潤滑油，然后經(jīng)底部的吸油管路(154)，經(jīng)循環(huán)油泵(151)吸回，再經(jīng)過濾清器和冷卻器(155)過濾和冷卻后，又經(jīng)循環(huán)油泵(151)壓出使用，如此循環(huán)。整機由絕熱隔聲罩殼(156)罩住，上覆罩蓋(159)，中間通過鉸鏈和鎖扣(157)將絕熱隔聲罩殼(156)聯(lián)成一體；其中按聲源安裝有1-5對消音器(158)，1～3道音障，經(jīng)吸收，反射和干涉等復(fù)合措施，形成消聲系統(tǒng)，降低氣流的噪音，然后通過消聲管道(161)將氣流排出機外。
圖10描述計算機自動控制系統(tǒng)的控制要點計算機(微機)自動控制系統(tǒng)(11)通過各種傳感器采集信號，輸入計算機進(jìn)行優(yōu)化處理，然后用微機發(fā)出指令控制執(zhí)行機構(gòu)；按線性控制理論，分為6個子系統(tǒng)(1)起動及保護(hù)仃機系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)(11)向微處理器(165)發(fā)出起動指令，由微處理器(165)配合完成起動條件完備檢測，投入起動，供氣、配油，正常運行，調(diào)整速度，故障顯示，供氣、配油斷路，仃機指令。
(2)氣體梯級增壓與供氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)隨著起動電動機(18)起動后，跟隨沖壓內(nèi)燃機(1)運行，由微處理器(163)、(164)檢測，3級或4級增壓系統(tǒng)達(dá)到的壓力、溫度，并根據(jù)壓力、溫度，進(jìn)行計算后，控制高壓流量控制閥(12A)、(12B)、(12C)定壓、定量正時給沖壓內(nèi)燃機(1)、氣壓隔膜噴射泵(15)、(16)充氣。
(3)燃料供給控制系統(tǒng)。由智能傳感器(168)、(169)檢測氣缸、燃燒室的進(jìn)氣壓力、溫度、容積，進(jìn)行計算后，控制氣壓隔膜噴射泵(15)輸油壓縮機(26)正時噴入氣缸最佳當(dāng)量的燃料；控制氣壓隔膜噴射泵(16)輸油壓縮機(27)正時噴入燃燒室(6)最佳當(dāng)量的燃料。
(4)熱量梯級利用控制系統(tǒng)，由智能傳感器(166)、(167)檢測沖壓內(nèi)燃機(1)氣缸燃燒的壓力、溫度、活塞運行的速度，檢測稀薄、快速、充分燃燒的狀況，進(jìn)行計算后，控制眾多的進(jìn)氣閥壓入最佳當(dāng)量的氣體、眾多的噴油器噴入最佳當(dāng)量的燃料。由智能傳感器(170)檢測壓氣機(5)的氣壓力、沖壓內(nèi)燃機(1)排出廢氣的壓力、溫度，經(jīng)燃燒室(6)再燃燒后壓入透平機(7)的進(jìn)氣壓力、溫度，以及經(jīng)熱敏器件(171)測得透平機(7)利用后排出廢氣的壓力和溫度，進(jìn)行計算后，校正進(jìn)氣當(dāng)量和噴油當(dāng)量，以求最佳利用熱效率，并通過發(fā)電機調(diào)節(jié)器(172)控制發(fā)電機(8)的運行。
(5)冷卻、潤滑控制系統(tǒng)，通過微處理器(173)檢測缸體溫度及水溫，限值保護(hù)，進(jìn)行計算后，控制伺服電動機(144)，循環(huán)泵(145)冷卻器(149)進(jìn)行冷卻運作；通過微處理器(174)檢測機體及機油溫度，限值保護(hù)，進(jìn)行計算后，控制伺服電動機(150)循環(huán)油泵(151)冷卻器(155)進(jìn)行潤滑運作。
(6)能量回收裝置控制系統(tǒng)，視機組需要確定。
按照以上要點編制程序，形成自動控制系統(tǒng)，使組合機電發(fā)動機的功能充分顯示出來。
權(quán)利要求
1.一種組合機電發(fā)動機，其特征在于該機由沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸，容積式往復(fù)壓縮機(2)A、B、C、D缸，往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)、燃?xì)廨啺l(fā)電機(4)的壓氣機(5)、燃燒室(6)、透平機(7)、發(fā)電機(8)、能量回收裝置(9)、冷卻、潤滑裝置(10)、計算機自動控制系統(tǒng)(11)組成；其工作循環(huán)起動高壓流量控制閥(12)A、B、C閥，A、B閥控制氣壓控制缸(13)A、B缸，經(jīng)高壓氣管路(14)、向沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸沖壓，C閥控制B缸經(jīng)高壓氣管路(14)向氣壓隔膜噴油泵(15)、(16)充壓，氣壓隔膜噴油泵(15)經(jīng)高壓油管路(17)向沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸噴油，氣壓隔膜噴射泵(16)經(jīng)高壓油管路(17)向燃燒室(6)噴油；沖壓內(nèi)燃機(1)發(fā)出的功率，經(jīng)主動軸(21)，通過聯(lián)軸器(22)與從動軸(23)同心接合，驅(qū)動容積式往復(fù)壓縮機(2)A、B、C、D缸的活塞壓縮氣體，其余功率通過往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)輸出機外使用；壓縮機氣缸的活塞行程，通過變矩齒輪(24)調(diào)整。沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸排出的廢氣，經(jīng)高壓排氣管路(25)排向燃?xì)廨啺l(fā)電機(4)的燃燒室(6)的A、B室，與壓氣機(5)壓進(jìn)的新鮮空氣混合，又與氣壓隔膜噴油泵(16)噴出的油混合燃燒，向透平機(7)充氣作功；沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸與透平機(7)組成熱量梯級利用系統(tǒng)；同時起動輸油壓縮機(26)、(27)向氣壓隔膜噴油泵(15)、(16)供油；此時透平機(7)與發(fā)電機(8)之間的離合器(19)脫開，待壓氣機(5)、燃燒室(6)、透平機(7)之間正常運轉(zhuǎn)，再將透平機(7)與發(fā)電機(8)之間的離合器(19)嚙上，帶動發(fā)電機(8)發(fā)電，發(fā)電機(8)發(fā)出的功率，一部份儲存蓄電池組(28)備用，大部份輸出機外使用，蓄電池組(28)通過電纜線(29)向起動電動機(18)輸油壓縮機(26)、(27)供給電源，透平機(7)排出的廢氣，經(jīng)回?zé)峁苈?30)回?zé)崂煤笤偻ㄟ^排氣管路(25)排出機外，壓氣機(5)的前面有個進(jìn)氣斗(31)、進(jìn)氣斗(31)的前面是空氣濾清器(32)，兩側(cè)安裝有能量回收裝置(9)風(fēng)車發(fā)電機，發(fā)生的電力經(jīng)電纜線(29)輸入蓄電池組(28)。沖壓內(nèi)燃機(1)的前面設(shè)冷卻、潤滑裝置(10)。發(fā)電機(8)的外端設(shè)鏈輪(33)可與往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)聯(lián)動，可以利用沖壓內(nèi)燃機(1)的功率發(fā)電，也可以利用往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)輸出正反向旋轉(zhuǎn)運動的功率，將發(fā)電機(8)的定子與轉(zhuǎn)子改成相向旋轉(zhuǎn)，以提高發(fā)電機的功率。各系統(tǒng)的機構(gòu)均通過眾多的軸承和軸承座(34)安裝在基架(35)上，由計算機自動控制系統(tǒng)(11)集中控制，如此循環(huán)。
2.按照權(quán)利要求1所述的組合機電發(fā)動機，其特征在于往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)由4對齒輪副組成，從齒輪(36)輸入往復(fù)運動的功率，通過軸(37)與兩個幾何尺寸相同的介園弧半周齒輪(38)、(39)同軸結(jié)合，介圓弧半周齒輪(38)與對應(yīng)的兩個幾何尺寸相同的半周圓弧齒輪(40)、(41)交替嚙合，對應(yīng)的半周圓弧齒輪切去的輪齒半周多一齒(下同)，形成介圓弧齒輪(38)嚙上半周圓弧齒輪(40)時，即脫開半周圓弧齒輪(41)，反之，當(dāng)介圓弧半周齒輪(38)嚙上半周圓弧齒輪(41)時，即脫開半周圓弧齒輪(40)；介圓弧半周齒輪(39)與對應(yīng)的兩個幾何尺寸相同的半周圓弧齒輪(42)、(43)交替嚙合，其嚙上和脫開的機理與介圓弧齒輪(38)和半周圓弧齒輪(40)、(41)相同；介半周圓弧齒輪(38)和半周圓弧齒輪(40)、(41)同介半周圓弧齒輪(39)和半周圓弧齒輪(42)、(43)構(gòu)成360°的交替嚙合，從而形成旋轉(zhuǎn)運動。半周圓弧齒輪(40)、(41)、(42)、(43)保留輪齒的分度園積等于往復(fù)行程。通過軸(44)將半周圓弧齒輪(40)、(42)和全周齒輪(45)同軸聯(lián)結(jié)，通過軸承(49)組裝在箱體(50)上，通過軸(46)將半周圓弧齒輪(41)、(43)和全周齒輪(47)同軸聯(lián)結(jié)，通過軸承(49)組裝在箱體(50)上，從軸(46)和同軸結(jié)合的齒輪(48)輸出旋轉(zhuǎn)運動的功率。反之，若從齒輪(48)輸入旋轉(zhuǎn)運動的功率，則從齒輪(36)輸出往復(fù)運動的功率。軸(44)和軸(46)的軸心構(gòu)成三角形的底邊和軸(37)的軸心構(gòu)成等腰三角形，等腰三角形的兩邊線是理論上的嚙合線，實際嚙合線力求接近理論嚙合線。大型的往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)其中半周圓弧齒輪(40)、(41)、(42)、(43)改為半周圓弧滾柱輪，使其與介半周圓弧齒輪(38)、(39)嚙合上和脫開時，滾柱產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生分力。
3.按照權(quán)利要求1所述的組合機電發(fā)動機，其特征在于氣缸由缸體(51)、缸套(52)、活塞(53)、活塞環(huán)(54)、活塞梢(55)、活塞桿(56)、兩端的氣缸蓋(57)、(58)構(gòu)成；它的特點1缸徑D、活塞行程S、氣缸容積M3，必須按照進(jìn)氣壓力Kgf/cm2、燃料的性質(zhì)與燃燒示功圖和最佳利用熱效率的原則進(jìn)行設(shè)計，它的幾何參數(shù)能夠滿足以下三項基本要求A、提高S/D值，延長活塞行程S(60)，尤其是延長燃燒膨脹作功行程S(64)。B、提高空燃比A/F值，按照壓縮比和燃料性質(zhì)，求得最佳的燃料當(dāng)量(59)，以達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒，使缸體(51)與活塞(53)平穩(wěn)運行。C、氣缸雙向作功，主動軸(21)轉(zhuǎn)速降低，活塞(53)的行程延長、速度提高，扭矩同比增加。它的特點2活塞梢(55)與活塞(56)之間設(shè)一個萬向聯(lián)軸器(65)、活塞桿(56)的另一端通過螺紋(67)與齒條旋合，兩端的氣缸蓋(57)、(58)各設(shè)進(jìn)氣閥(68)、(69)，排氣閥(70)、(71)，氣缸體(51)的兩頭于沖氣行程(63)的末端設(shè)噴油器和火花塞(72)、(73)、(74)、(75)，凡使用噴入缸體內(nèi)油氣能夠自燃的燃料不設(shè)火花塞，氣缸體(51)與氣缸套(52)之間，設(shè)有4連桿觸點聯(lián)動裝置(76)和觸點傳感器(77)，將進(jìn)氣閥(68)、(69)、排氣閥(70)、(71)聯(lián)鎖，當(dāng)活塞(53)運動到左側(cè)，觸及觸點傳感器(77)時，通過4連桿觸點聯(lián)動裝置(76)使進(jìn)氣閥(68)、排氣閥(71)同時打開，排氣閥(70)同時關(guān)閉，進(jìn)氣閥(69)早已處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)活塞(53)運動到右側(cè)，觸及觸點傳感器(77)時，通過4聯(lián)桿觸點聯(lián)動裝置(76)使進(jìn)氣閥(69)、排氣閥(70)同時打開，排氣閥(71)同時關(guān)閉，進(jìn)氣閥(68)早已處于關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)氣閥(68)與噴油器(72)、(73)和進(jìn)氣閥(69)與噴油器(74)、(75)通過聯(lián)鎖裝置(78)處于雙重聯(lián)鎖狀態(tài)，當(dāng)活塞(53)向右側(cè)運動，越過噴油器(72)、(73)時，進(jìn)氣閥(68)即行關(guān)閉，噴油器(72)、(73)噴油燃燒；當(dāng)活塞(53)向左側(cè)運動，越過噴油器(74)、(75)時，進(jìn)氣閥(69)即行關(guān)閉，噴油器(74)、(75)噴油燃燒，如此運作，循環(huán)往復(fù)。
4.按照權(quán)利要求1所述的組合機電發(fā)動機，其特征在于沖壓內(nèi)燃透平發(fā)電機組由容積式往復(fù)壓縮機(2)組成的三級氣體梯級增壓系統(tǒng)，由沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸、透平機(7)、發(fā)電機(8)組成的熱量梯級利用系統(tǒng)，往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)冷卻、潤滑裝置(10)，計算機自動控制系統(tǒng)(11)組成，其工作循環(huán)的特點是沖壓內(nèi)燃機(1)的供氣系統(tǒng)由容積式往復(fù)壓縮機(2)三級增壓構(gòu)成，即A、B、C、D缸一級(85)，從空氣濾清器(88)吸入空氣，經(jīng)加壓后壓入E、F、G、H缸二級(86)，經(jīng)加壓后壓入I、J、K、L缸三級(87)，三級(87)加壓后壓入氣壓控制缸(13)A、B缸，氣體體積一級一級縮小，壓力一級一級增加，氣缸容積隨壓縮比一級一級縮?。灰患?85)、二級(86)、三級(87)有不同的行程，通過變矩齒輪(93)、(94)、(95)加以調(diào)整，變矩齒輪(93)、(94)、(95)同心安裝在從動軸(23)上，從動軸(23)作往復(fù)運動。沖壓內(nèi)燃機(1)的熱量梯級利用系統(tǒng)，由沖壓內(nèi)燃機(1)A、B、C、D缸充分利用后，經(jīng)排氣管(25)壓入透平機(7)，推動動葉作功，帶動發(fā)電機(8)發(fā)電，熱量又經(jīng)透平機充分利用后，然后通過排氣管(25)將廢氣推出機外。
5.按照權(quán)利要求1所述的組合機電發(fā)動機，其特征在于噴氣沖壓內(nèi)燃發(fā)動機由沖壓內(nèi)燃機(1)，容積式往復(fù)壓縮機(2)，前后往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)，前渦輪吸氣機(104)，后渦輪噴氣機(109)組成；該機組具有兩個燃料供給系統(tǒng)；A、航空汽油供給系統(tǒng)B、液態(tài)氫供給系統(tǒng)。沖壓內(nèi)燃機(1)和透平機(7)產(chǎn)生的扭矩，全部集中于主動軸(21)，從動軸(23)，再經(jīng)前后往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)的軸(37)和透平機(7)的中心軸，驅(qū)動前渦輪吸氣機(104)和后渦輪噴氣機(109)，扭矩作用在一條軸線上，發(fā)出強大推力。
6.按照權(quán)利要求1所述的組合機電發(fā)動機，其特征在于多機組的組合，在往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)的軸(46)上增設(shè)鏈輪(117)、(118)，另設(shè)動力輸出軸(120)和鏈輪(116)，通過無聲鏈(109)，將鏈輪(117)、(118)和(116)聯(lián)合在一起，即從軸(120)輸出聯(lián)合機組的總功率，如在軸(44)上安裝鏈輪(119)、(118)，則可輸出反向的功率。
7.按照權(quán)利要求1所述的組合機電發(fā)動機，其特征在于其燃燒過程顯示沖壓內(nèi)燃機(1)將進(jìn)氣壓力提高到80kgf/cm2以上(122)、B點著火燃燒(124)、C點達(dá)到最高壓力125kgf/cm2(125)、D點達(dá)到最高溫度1720℃(126)，活塞行程S提高4倍(127)，排氣壓力10kgf/cm2左右(129)，溫度尚有1150℃左右(128)，可以壓入透平機(7)再利用。按照公式計算，功率增加4-5倍，輸出凈功率增加2-3倍。若將沖壓內(nèi)燃機(1)的進(jìn)氣壓力提高到150kgf/cm2(130)、B點著火燃燒(131)、C點達(dá)最高壓力195kgf/cm2(132)、D點達(dá)最高溫度2400℃(133)，此時排出氣缸的壓力尚有60kgf/cm2，溫度尚有1650℃，這樣高的壓力和溫度，可再延長活塞行程S2-3倍，并相應(yīng)提高缸徑D，待壓力降到30kgf/cm2，溫度降到1150℃左右，再壓入透平機(7)繼續(xù)作功。按公式計算，功率成10倍的增加，輸出凈功率4～5倍的增加。將沖壓內(nèi)燃機(1)的進(jìn)氣壓力提高到80kgf/cm2～150kgf/cm2以后，可以燃燒燃點比較高的清潔能源生物能源。
8.按照權(quán)利要求1所述的組合電發(fā)動機，其特征在于氣壓或液壓往復(fù)壓縮機(141)通過往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)(3)傳動，通過齒輪(48)與動輪上的齒帶(143)嚙合，通過齒輪(36)與齒條(146)嚙合，驅(qū)動活塞桿(147)作功，通過氣壓管路或液壓管路(149)，壓入氣壓缸或液壓缸(150)備用；氣壓或液壓往復(fù)壓縮機裝置通過聯(lián)掛環(huán)(151)聯(lián)掛在機體上，并通過離合器控制齒輪(48)與動輪上的齒帶(143)嚙合或脫開。
9.按照權(quán)利要求1所述的組合機電發(fā)動機，其特征在于計算機(微機)自動控制系統(tǒng)(11)分為6個子系統(tǒng)(1)起動及保護(hù)仃機控制系統(tǒng)，向微處理器(165)發(fā)出起動指令，與微機配合，檢測起動條件完備，投入起動，供氣、配油，正常運行，調(diào)整速度，故障顯示，供氣、配油斷路、仃機指令。(2)氣體梯級增壓與供氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)隨指令起動后，跟隨沖壓內(nèi)燃機運行，由微處理器(163)、(164)檢測3級或4級增壓系統(tǒng)達(dá)到的壓力、溫度，并根據(jù)壓力、溫度，進(jìn)行計算后，控制高壓流量控制閥(12A)、(12B)、(12C)定壓、定量，正時給沖壓內(nèi)燃機(1)、氣壓隔膜噴射泵(15)、(16)充氣。(3)燃料供給控制系統(tǒng)，由智能傳感器(168)、(169)檢測氣缸和燃燒室的進(jìn)氣壓力、溫度、容積，進(jìn)行計算后，控制氣壓隔膜噴射泵(15)輸油壓縮機(26)正時噴入最佳當(dāng)量的燃料；控制氣壓隔膜噴射泵(16)輸油壓縮機(27)正時給燃燒室(6)噴入最佳當(dāng)量的燃料。(4)熱量梯級利用控制系統(tǒng)，由智能傳感器(166)、(167)檢測氣缸燃燒的壓力、溫度、活塞運行的速度，檢測稀薄、快速、充分燃燒的狀況，進(jìn)行計算后，控制進(jìn)氣閥的進(jìn)氣當(dāng)量和噴油器的噴油當(dāng)量；由智能傳感器(70)檢測壓氣機(5)的氣壓，沖壓內(nèi)燃機氣缸排出的廢氣的溫度、壓力，經(jīng)燃燒室(6)再燃燒后，進(jìn)入透平機(7)的進(jìn)氣溫度、壓力，以及經(jīng)熱敏器件(171)測得的透平機(7)排氣的壓力、溫度，進(jìn)行計算后，校正進(jìn)氣當(dāng)量和噴油當(dāng)量；并通過發(fā)電機調(diào)節(jié)器(172)控制發(fā)電機(8)的運行，以求最佳利用熱效率。(5)冷卻、潤滑控制系統(tǒng)，通過微處理器(173)檢測機體溫度、水溫、限值保護(hù)，進(jìn)行計算后，控制伺服電動機(144)、循環(huán)水泵(145)、冷卻器(149)進(jìn)行冷卻運作，通過微處理器(174)檢測機體及機油溫度，限值保護(hù)，進(jìn)行計算后，控制伺服電動機(150)，循環(huán)油泵(151)，冷卻器(155)進(jìn)行潤滑運作。(6)能量回收裝置控制系統(tǒng)，視需要確定。
全文摘要
組合機電發(fā)動機，其特征是通過往復(fù)運動與旋轉(zhuǎn)運動齒輪式互換機構(gòu)，將沖壓內(nèi)燃機，燃?xì)廨啺l(fā)電機，容積式往復(fù)壓縮機和泵，組成氣體增壓系統(tǒng)和熱量利用系統(tǒng)，再配合能量回收和冷卻、潤滑、銷聲等系統(tǒng)，利用計算機進(jìn)行自動控制；按照工況的需要進(jìn)行多種型式的組合，可以將熱效率提高到95％以上，功率3倍5倍的提高，節(jié)能50％以上，燃料范圍擴(kuò)大，并建立起零污染排放系統(tǒng)，自動化程度提高，本發(fā)明的應(yīng)用，將帶來無可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文檔編號F02C6/00GK1831312SQ20041004048
公開日2006年9月13日 申請日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
發(fā)明者余正 申請人:余正