專利名稱：外燃機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其與一種外燃機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有關(guān)。
背景技術(shù)：
外燃機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，因它是在1816年為蘇格蘭的斯特林所發(fā)明，故又稱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，也稱為熱氣機(jī)。外燃機(jī)中傳遞能量的媒介物質(zhì) (通常是高壓氣體)叫工質(zhì)，在一個(gè)、兩個(gè)、四個(gè)或多個(gè)封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。 氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜幔?膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒所帶來(lái)的熱量或者外部熱源通過(guò)加熱器傳給工質(zhì)，因此工質(zhì)不直接參與燃燒，也不需要更換。由于外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。外燃機(jī)可以燃燒各種可燃?xì)怏w，如天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽(yáng)能等。只要熱腔與冷腔之間達(dá)到一定的溫差，外燃機(jī)即可做功運(yùn)行，環(huán)境溫度越低，則溫差越容易變大，因此在用于發(fā)電時(shí)，發(fā)電效率越高。外燃機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是功率和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區(qū)使用。然而，現(xiàn)有技術(shù)的外燃機(jī)存在以下的缺陷。2010年6月1日由上海交通大學(xué)出版社出版的《斯特林引擎模型制作》一書(shū)在第 2. 2節(jié)介紹了一種β型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖1所示，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(即外燃機(jī))包括曲軸箱98、氣缸93、加熱器94、回?zé)崞?5和冷卻器96等部件。氣缸93中設(shè)置有兩個(gè)活塞， 即在氣缸93內(nèi)的置換活塞(簡(jiǎn)稱DP) 971和氣缸93 —端的功率活塞(簡(jiǎn)稱PP) 972。置換活塞971將氣缸93內(nèi)的空間分成上腔(即熱腔)931和下腔(即冷腔)932，上腔931、加熱器94、回?zé)崞?5、冷卻器96和下腔932依次氣路連通而形成氣體通道。如圖1所示，該外燃機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與曲軸981連接的內(nèi)、外連桿。曲軸箱98 內(nèi)具有曲軸981，曲軸981上通過(guò)多拐982連接有內(nèi)連桿983，曲軸981上，在內(nèi)連桿983兩側(cè)對(duì)稱的連接有用于一對(duì)外連桿984、985，內(nèi)連桿983用于連接置換活塞971，外連桿984、 985均用于連接功率活塞972，曲軸981上連接飛輪99。圖1所示的外燃機(jī)在工作時(shí)，通過(guò)外部熱源(例如太陽(yáng)能或者燃料的燃燒)對(duì)加熱器94進(jìn)行加熱，以使所述氣體通道內(nèi)的氣體(工質(zhì))在作為冷端的下腔932和作為熱端的上腔931之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)膨脹收縮以置換活塞971和功率活塞972而帶動(dòng)曲軸981周期運(yùn)動(dòng)做功，從而帶動(dòng)曲軸981的軸心上連接的飛輪99轉(zhuǎn)動(dòng)以向外輸送能量。上述的外燃機(jī)，具有兩個(gè)缺陷，一是需要造價(jià)昂貴的潤(rùn)滑系統(tǒng)，二是在曲軸箱進(jìn)行高壓密封后外燃機(jī)啟動(dòng)困難。如圖1所示，內(nèi)連桿983和曲軸981、外連桿984、985與曲軸981之間均為多拐結(jié)構(gòu)，很難用軸承實(shí)現(xiàn)連接。其曲軸981需由軸瓦進(jìn)行連接或支撐，因此需在曲軸箱98的底部，設(shè)置機(jī)油池980或者其他的潤(rùn)滑劑的存儲(chǔ)池，以對(duì)多拐982、曲軸981及其軸瓦進(jìn)行潤(rùn)滑，因此增加了傳動(dòng)系統(tǒng)的成本。另外，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要將氣缸93進(jìn)行密封。并且，作為發(fā)動(dòng)機(jī)，也需要將上述的氣體通道及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各部件整體的密封在一個(gè)殼體內(nèi)。如果進(jìn)行常壓密封，則外燃機(jī)的功率達(dá)不到應(yīng)用級(jí)別的要求。為了增加外燃機(jī)的功率，需要對(duì)外燃機(jī)進(jìn)行高壓密封，即在殼體內(nèi)充入高壓氣體，例如十幾甚至是幾十個(gè)大氣壓的氣體，充入的氣體例如為氫氣、空氣、氦氣、二氧化碳或氮?dú)獾取Ｔ诔淙敫邏簹怏w后，上述的外燃機(jī)則會(huì)遇到啟動(dòng)上的困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、易于啟動(dòng)的外燃機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的外燃機(jī)的成本高、不易啟動(dòng)的成本低、易于啟動(dòng)的缺陷。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于外燃機(jī)的成本低、易于啟動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種外燃機(jī)，包括熱氣組件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和曲軸；所述熱氣組件為兩組，每組熱氣組件包括氣缸、加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器，每一所述氣缸內(nèi)具有一上一下的功率活塞和置換活塞；所述功率活塞與所述置換活塞之間形成有冷腔，所述置換活塞與所述氣缸之間形成有熱腔；所述置換活塞的圓心位置連接有第一活塞桿的第一端；所述第一活塞桿穿過(guò)所述功率活塞的圓心；所述第一活塞桿的兩側(cè)對(duì)稱的設(shè)置有兩第二活塞桿，所述第二活塞桿第一端連接所述功率活塞；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿組和擺桿組所述擺桿組包括中心擺桿和所述中心擺桿兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)邊擺桿，所述中心擺桿的兩端鉸接所述第一活塞桿的第二端，所述邊擺桿的兩端鉸接所述第二活塞桿的第二端；所述中心擺桿所在的平面與各所述邊擺桿分別所在的平面平行且所述中心擺桿與所述邊擺桿共軸于一樞軸；所述連桿組由四個(gè)連桿圍成四邊形；四個(gè)連桿為長(zhǎng)度相等的第一連桿與第二連桿，自所述樞軸向下延伸， 分別與所述中心擺桿和邊擺桿固定連接并保持互余的介于30-60度的夾角；長(zhǎng)度相等的第三連桿與第四連桿，它們的上端分別鉸接于第一連桿和第二連桿，它們的下端鉸接于所述曲軸的連桿頸；所述熱腔、加熱器、回?zé)崞?、冷卻器和冷腔之間依次氣路連通而形成氣體通道，通過(guò)外部熱源加熱所述加熱器以使所述氣體通道內(nèi)的氣體在所述冷腔和所述熱腔之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)膨脹收縮以帶動(dòng)所述活塞通過(guò)所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所連接的曲軸周期運(yùn)動(dòng)做功。本發(fā)明的外燃機(jī)，優(yōu)選的，所述中心擺桿與所述第一連桿的夾角為45度，所述邊擺桿與所述第二連桿的夾角為45度。本發(fā)明的外燃機(jī)，優(yōu)選的，所述四個(gè)連桿的長(zhǎng)度均相等。本發(fā)明的外燃機(jī)，優(yōu)選的，所述中心擺桿兩端為向上向外延伸的弧形。本發(fā)明的外燃機(jī)，優(yōu)選的，所述中心擺桿與所述第一連桿一體成型，所述邊擺桿與所述第二連桿一體成型。本發(fā)明的外燃機(jī)，優(yōu)選的，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述曲軸密封在曲軸箱中，所述曲軸箱中密封有高壓氣體。本發(fā)明的外燃機(jī)，優(yōu)選的，所述兩氣缸之間支撐有橫板，所述橫板上設(shè)置有與所述橫板垂直的立柱，所述曲軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接于所述立柱下部，和所述樞軸固定連接于所述立柱的上部。一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于外燃機(jī)的曲軸與氣缸活塞桿之間的傳動(dòng)；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿組和擺桿組所述擺桿組包括中心擺桿和所述中心擺桿兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)邊擺桿， 所述中心擺桿的兩端用以鉸接置換活塞的活塞桿，所述邊擺桿的兩端用以鉸接功率活塞的活塞桿；所述中心擺桿所在的平面與各所述邊擺桿分別所在的平面平行且所述中心擺桿與所述邊擺桿共軸于一樞軸；所述連桿組由四個(gè)連桿圍成四邊形；四個(gè)連桿分別為長(zhǎng)度相等的第一連桿與第二連桿，自所述樞軸向下延伸，分別與所述中心擺桿和邊擺桿固定連接并保持互余的介于30-60度的夾角；長(zhǎng)度相等的第三連桿與第四連桿，上端分別鉸接于第一連桿和第二連桿，下端鉸接于所述外燃機(jī)曲軸的連桿頸。本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，優(yōu)選的，所述夾角均為45度，所述四個(gè)連桿的長(zhǎng)度均相等。本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，優(yōu)選的，所述中心擺桿與所述第一連桿一體成型，所述邊擺桿與所述第二連桿一體成型，所述中心擺桿兩端為向上向外延伸的弧形。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及本發(fā)明的外燃機(jī)，采用擺桿單曲軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)連桿組和擺桿組進(jìn)行曲軸與氣缸活塞桿之間的傳動(dòng)，通過(guò)擺桿組實(shí)現(xiàn)每一氣缸的兩活塞之間的運(yùn)動(dòng)相位差始終接近90度，由于一套擺桿組同時(shí)帶動(dòng)兩組氣缸的功率活塞與置換活塞，保證兩氣缸之間的同類活塞的運(yùn)動(dòng)相位差始終接近180度，因而兩功率活塞的運(yùn)動(dòng)方向正好相反，因此在功率活塞運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中曲軸箱內(nèi)的高壓空氣的體積相對(duì)保持不變，因而減少了因曲軸箱內(nèi)密封的高壓氣體體積壓縮而對(duì)功率活塞所產(chǎn)生的阻力，因此對(duì)外燃機(jī)啟動(dòng)所形成的阻力很小，使得外燃機(jī)容易啟動(dòng)。并且，連桿組、擺桿組及活塞桿等所有鉸接件的連接和轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)支撐都由軸承實(shí)現(xiàn)，對(duì)潤(rùn)滑要求低，免維護(hù)周期長(zhǎng)，不必使用現(xiàn)有技術(shù)的多拐結(jié)構(gòu)，不需用軸瓦進(jìn)行連接或支撐，節(jié)省了潤(rùn)滑劑的成本和潤(rùn)滑劑存儲(chǔ)池所占用的空間，因此降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種外燃機(jī)的示意圖。圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的外燃機(jī)的立體示意圖。圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的外燃機(jī)的主視示意圖。圖4為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的外燃機(jī)的擺桿組的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于本發(fā)明的外燃機(jī)；本發(fā)明實(shí)施例的外燃機(jī)，具有本發(fā)明實(shí)施例的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。但本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并不局限于用于本發(fā)明的外燃機(jī)，也可以適用于其他的外燃機(jī)，以降低成本并便于啟動(dòng)。先介紹本發(fā)明實(shí)施例的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，再介紹本發(fā)明實(shí)施例的外燃機(jī)。如圖2和圖3所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的外燃機(jī)，可以劃分為熱氣組件、曲軸7和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三個(gè)組成部分，其中的傳動(dòng)裝置包括擺桿組和連桿組兩部分。
一、熱氣組件如圖2和圖3所示，所述熱氣組件為兩組，每組熱氣組件包括氣缸1、加熱器31、回?zé)崞?2和冷卻器33，每一氣缸1內(nèi)具有一上一下的功率活塞21、23和置換活塞22、24 ；功率活塞21、23與置換活塞22、對(duì)之間形成有冷腔12，置換活塞22、24與氣缸(底部)之間形成有熱腔11 ；熱腔11與加熱器31之間、冷腔12與冷卻器33之間分別通過(guò)連通管34、35 相互氣路連通。其中，功率活塞21、23運(yùn)動(dòng)的下界不超過(guò)連通管35的下沿，置換活塞22J4運(yùn)動(dòng)的上界不超過(guò)連通管35的上沿，以保證冷腔12的體積不會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)為0(可以瞬間為 0)。通常，連通管34設(shè)置于氣缸1的底部，置換活塞22、24的下界接近于氣缸1的底部，但留有一定的空隙；在置換活塞22、M與氣缸1的側(cè)壁之間，也保留一定的間隙，以減少置換活塞22、24的運(yùn)動(dòng)阻力，延長(zhǎng)使用壽命。熱腔11、加熱器31、回?zé)崞?2、冷卻器33和冷腔12之間依次氣路連通而形成氣體通道，通過(guò)外部熱源加熱加熱器31以使氣體通道內(nèi)的氣體在冷腔12和熱腔11之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)膨脹收縮以帶動(dòng)功率活塞21、23和置換活塞22J4通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所連接的曲軸7周期運(yùn)動(dòng)做功。下面以功率活塞21和置換活塞22為例介紹這兩活塞的活塞桿，如圖2和圖3所示，置換活塞22的活塞桿25的下端連接在置換活塞22的圓心位置，活塞桿25由鉸接軸81 分為上下兩段，活塞桿25的下半段穿過(guò)功率活塞21的圓心位置后與活塞桿25的上半段鉸接于鉸接軸81 ；而功率活塞21具有兩個(gè)活塞桿沈、27，對(duì)稱的設(shè)置于活塞桿25的兩側(cè)，活塞桿沈、27的鉸接軸82、83則直接與功率活塞22鉸接。功率活塞23和置換活塞M的活塞桿25、26、27及鉸接軸82、83的位置與連接關(guān)系與功率活塞21和置換活塞22相同，不再贅述！在熱氣組件中的熱能帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)后，即轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。二、曲軸曲軸7是外燃機(jī)的機(jī)械能輸出端，曲軸7和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密封于曲軸箱中，曲軸7具有軸心71和連桿頸72，通過(guò)曲軸7向與外燃機(jī)相連接的用能設(shè)備輸出機(jī)械能。而曲軸7與熱氣組件之間，則需由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能傳遞給曲軸7。軸心71上連接有飛輪。三、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(也即本發(fā)明實(shí)施例的傳動(dòng)機(jī)構(gòu))傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿組和擺桿組。如圖2至圖4所示，擺桿組包括中心擺桿51和中心擺桿51兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的邊擺桿52、53 ；中心擺桿51的轉(zhuǎn)動(dòng)平面與邊擺桿52、53的轉(zhuǎn)動(dòng)平面相互平行，且中心擺桿51與邊擺桿52、53的中點(diǎn)均可樞轉(zhuǎn)的設(shè)置于樞軸50，邊擺桿52和邊擺桿53的轉(zhuǎn)動(dòng)步調(diào)始終一致；中心擺桿51的左右兩端分別通過(guò)鉸接軸84鉸接活塞桿25的上端，而邊擺桿52、53的兩端分別通過(guò)鉸接軸85、86鉸接活塞桿沈、27的上端。由于同一類型活塞的活塞桿對(duì)稱的連接于同一擺桿的兩側(cè)，因此可以保證同一類型的活塞的運(yùn)動(dòng)相位相差180度。連桿組由四個(gè)連桿圍成四邊形；在本優(yōu)選實(shí)施例中，四個(gè)連桿的長(zhǎng)度相同，因此在曲軸7轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，四個(gè)連桿始終圍成一個(gè)菱形。并且軸心71與樞軸50的距離為連桿
長(zhǎng)度的λ/ 倍。四個(gè)連桿分別為
第一連桿61 如圖4所示，第一連桿61與中心擺桿51 —體成型，一體成型的優(yōu)點(diǎn)是便于部件加工，也便于保持第一連桿61與中心擺桿51之間的角度，降低維護(hù)成本。因此，第一連桿61也相當(dāng)于鉸接于樞軸50并向下，即向連桿頸72的方向延伸。以第一連桿 61與第一擺桿51所成夾角為第一夾角，第一夾角為45度。第二連桿621、622 如圖4所示，該連桿為一對(duì)，第二連桿621與邊擺桿52 —體成型，第二連桿622與邊擺桿53 —體成型，一體成型的優(yōu)點(diǎn)同上。因此，第二連桿621、622也相當(dāng)于鉸接于樞軸50并向下，即向連桿頸72的方向延伸。以第二連桿621、622與邊擺桿 52,53所成的角度為第二夾角，則第二夾角的角度也為45度，因此第二夾角與上述第一夾角互為余角(兩角之和為90度時(shí)稱互為余角)，以保證同一氣缸1中的置換活塞與功率活塞的運(yùn)動(dòng)相位相差90度。第三連桿63 第三連桿63的上端通過(guò)鉸接軸87鉸接于第一連桿61，第三連桿63 的下端鉸接于曲軸7的連桿頸72。第四連桿64 第四連桿64的上端通過(guò)鉸接軸88鉸接于第二連桿621、622，鉸接軸 88為一貫穿軸，依次穿過(guò)第二連桿621、第四連桿64和第二連桿622 ；第四連桿64的下端也鉸接于曲軸7的連桿頸72。為防止活塞桿25與鉸接軸88之間運(yùn)動(dòng)干涉，中心擺桿51的兩端可處理為向上向外延伸的弧形，以加大鉸接軸84與樞軸50之間的距離，避免活塞桿25碰到鉸接軸88。在本發(fā)明傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與本發(fā)明外燃機(jī)的其他實(shí)施例中，中心擺桿51與邊擺桿52、53 也可各自具有一鉸接軸，這三個(gè)鉸接軸只要共線即可；另外，第一夾角與第二夾角也可不等于45度，第一夾角與第二夾角還可以分別取(30，60)、(36，54)、(M，36)及(60,30)等不同的互余的角度；還有，可以是第三連桿63的長(zhǎng)度大于第一連桿61的長(zhǎng)度，只要保證第一連桿61與第二連桿621、622等長(zhǎng)，第三連桿63與第四連桿64等長(zhǎng)。以上介紹了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的外燃機(jī)的各組成部分，下面再介紹本發(fā)明外燃機(jī)的工作原理。本發(fā)明的外燃機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不需液體潤(rùn)滑，只需在軸承上添加潤(rùn)滑脂即可。在具體使用時(shí)，可將除加熱器和冷卻器之外的其他部件全部密封在一個(gè)殼體中。其中，曲軸7和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括擺桿組和連桿組)密封于曲軸箱中，在曲軸箱中可以充入高壓氣體。飛輪和其他動(dòng)力輸出裝置另外單獨(dú)密封。在兩氣缸1之間可支撐有橫板41，橫板41上設(shè)置有與橫板41垂直的立柱42，曲軸7的軸心71可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于立柱42下部，樞軸50固定連接于立柱42的上部，橫板41 與立柱42的設(shè)置，既加強(qiáng)了兩氣缸1之間的支撐強(qiáng)度，防止兩氣缸1的位移，也加強(qiáng)了外燃機(jī)整體的強(qiáng)度，也便于設(shè)置曲軸7和樞軸50。當(dāng)然，也可以在橫板42上設(shè)置三腳架來(lái)支撐樞軸50。對(duì)于熱氣組件中的每一組來(lái)說(shuō)，其工作原理與現(xiàn)有技術(shù)的相同類型外燃機(jī)相同。 如圖2所示，以左邊的氣缸1為例，只要按照現(xiàn)有技術(shù)外燃機(jī)的裝配方式，將置換活塞22與功率活塞21的初始位置調(diào)整到運(yùn)動(dòng)相位差相差90度的位置即可很容易的啟動(dòng)外燃機(jī)。例如置換活塞22分別位于上止點(diǎn)A、運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向下的中間位置B、下止點(diǎn)C、運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向上的中間位置D時(shí)，則功率活塞21分別位于D、A、B、C。而對(duì)于不同氣缸1的同類型的置換活塞， 則相對(duì)的將運(yùn)動(dòng)相位差調(diào)整到相差180度，即當(dāng)置換活塞22分別位于上述的A、B、C、D位置時(shí)，置換活塞M分別位于C、D、A、B位置。當(dāng)然，置換活塞22與功率活塞21的上下移動(dòng)幅度可以相同也可以不相同。仍以左邊的氣缸1為例，外燃機(jī)熱氣組件的工作過(guò)程主要分為以下四部1、當(dāng)置換活塞22到達(dá)其上止點(diǎn)A，也即行程冷端時(shí)，大量氣體在熱腔11受熱膨脹， 通過(guò)回?zé)崞?2進(jìn)入氣缸1的冷腔12，推動(dòng)功率活塞21向上移動(dòng)做功。2、當(dāng)置換活塞22向下移動(dòng)到運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向下的中間位置B時(shí)，冷、熱端氣體量相當(dāng)， 收縮膨脹相互抵消，功率活塞21到達(dá)上止點(diǎn)而不做功，靠飛輪的慣性而帶動(dòng)功率活塞21向下運(yùn)動(dòng)。3、置換活塞22到達(dá)下止點(diǎn)C，也即其行程熱端，大量氣體在冷端收縮，拉動(dòng)功率活塞21向下運(yùn)動(dòng)做功。4、置換活塞22向上移動(dòng)到運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向上的中間位置D，冷、熱端氣體量相當(dāng)，收縮膨脹互相抵消，功率活塞21到達(dá)下止點(diǎn)而不做功，靠飛輪的慣性而帶動(dòng)功率活塞21向上運(yùn)動(dòng)，熱氣組件的氣體通道中的熱循環(huán)重新開(kāi)始。由于活塞的運(yùn)動(dòng)而帶動(dòng)與活塞相連接的擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)與擺桿固定連接的連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終使得通過(guò)連桿頸72與連桿連接的軸心71的轉(zhuǎn)動(dòng)。曲軸頸72轉(zhuǎn)動(dòng)的行程如下，其中假設(shè)曲軸頸72在最高點(diǎn)時(shí)的相位角為0度，最低點(diǎn)時(shí)的相位為180度，在水平右側(cè)時(shí)為90度，水平左側(cè)時(shí)為270度1、當(dāng)置換活塞22到達(dá)其上止點(diǎn)A時(shí)，置換活塞M到達(dá)其下止點(diǎn)C，所以中心擺桿 51處在左端達(dá)到上止點(diǎn)而右端達(dá)到下止點(diǎn)，即中心擺桿51處在左端最高右端最低的位置， 功率活塞21位于中間位置B，而功率活塞23位于中間位置D，因此邊擺桿52、53處在水平狀態(tài)，因此第二連桿621、622與水平成45度角，而第一連桿61與水平所成的銳角小于45 度，兩者的夾角較大，因此曲軸頸72處在第四象限Q70-360度之間)，由于中心擺桿51左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向下，邊擺桿52、53左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向上，因此會(huì)帶動(dòng)曲軸頸72向第三象限 (180-270度之間)轉(zhuǎn)動(dòng)。2、當(dāng)置換活塞22到達(dá)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向下的中間位置B時(shí)，置換活塞M到達(dá)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向上的中間位置D，所以中心擺桿51處在水平狀態(tài)，此時(shí)功率活塞21位于上止點(diǎn)A，而功率活塞23位于下止點(diǎn)C，因此邊擺桿52、53左端達(dá)到上止點(diǎn)而右端達(dá)到下止點(diǎn)，即邊擺桿 52、53處在左端最高右端最低的位置，因此第二連桿621、622與水平所成的銳角大于45度， 而第一連桿61與水平所成的角度為45度，兩者的夾角較小，因此曲軸頸72處在第三象限 (180-270度之間)，由于中心擺桿51左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向下，邊擺桿52、53左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向下，因此會(huì)帶動(dòng)曲軸頸72向第二象限(90-180度之間)轉(zhuǎn)動(dòng)。3、當(dāng)置換活塞22到達(dá)其下止點(diǎn)C時(shí)，置換活塞M到達(dá)其上止點(diǎn)A，所以中心擺桿 51處在右端達(dá)到上止點(diǎn)而左端達(dá)到下止點(diǎn)，即中心擺桿51處在左端最低右端最高的位置， 功率活塞21位于中間位置D，而功率活塞23位于中間位置B，因此邊擺桿52、53處在水平狀態(tài)，因此第二連桿621、622與水平成45度角，而第一連桿與水平所成的銳角大于45度， 兩者的夾角較小，因此曲軸頸72處在第二象限(90-180度之間)，由于中心擺桿51左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向上，邊擺桿52、53左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向下，因此會(huì)帶動(dòng)曲軸頸向第一象限(0-90度之間)轉(zhuǎn)動(dòng)。4、當(dāng)置換活塞22到達(dá)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向上的中間位置D時(shí)，置換活塞M到達(dá)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向下的中間位置B，所以中心擺桿51處在水平狀態(tài)，此時(shí)功率活塞21位于下止點(diǎn)C，而功率活塞23位于上止點(diǎn)A，因此邊擺桿52、53左端達(dá)到下止點(diǎn)而右端達(dá)到上止點(diǎn)，即邊擺桿 52、53處在左端最低右端最高的位置，因此第二連桿621、622與水平所成的銳角小于45度， 而第一連桿61與水平所成的角度為45度，兩者的夾角較大，因此曲軸頸72處在第一象限 (0-90度之間)，由于中心擺桿51左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向上，邊擺桿52、53左端的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)向上，因此會(huì)帶動(dòng)曲軸頸72向第四象限Q70-360度之間)轉(zhuǎn)動(dòng)并重復(fù)1-4的過(guò)程。在上述的過(guò)程中，當(dāng)?shù)谌B桿63經(jīng)過(guò)軸心71的瞬間，以及第三連桿63的延長(zhǎng)線經(jīng)過(guò)軸心的瞬間，這時(shí)連桿63在曲軸頸72的切線方向的力為0，曲軸靠飛輪的慣性而繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明中，中心擺桿51與邊擺桿52、53的擺動(dòng)幅度可視實(shí)際情況確定，兩者的擺動(dòng)幅度可以相同，也可以不相同。如上所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的外燃機(jī)，采用擺桿組與單曲軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)連桿組和擺桿組進(jìn)行曲軸7與氣缸活塞桿25-27之間的傳動(dòng)，通過(guò)擺桿組實(shí)現(xiàn)每一氣缸1的兩活塞之間的運(yùn)動(dòng)相位差始終接近90度，由于一套擺桿組同時(shí)帶動(dòng)兩組氣缸1的功率活塞21、23與置換活塞22、24，保證兩氣缸1之間的同類活塞的運(yùn)動(dòng)相位差始終接近180度，因而兩功率活塞21、23的運(yùn)動(dòng)方向正好相反，因此在功率活塞21、23 運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中曲軸箱內(nèi)的高壓空氣的體積相對(duì)保持不變，因而減少了因曲軸箱內(nèi)密封的高壓氣體體積壓縮而對(duì)功率活塞所產(chǎn)生的阻力，因此對(duì)外燃機(jī)啟動(dòng)所形成的阻力很小，使得外燃機(jī)容易啟動(dòng)。并且，連桿組、擺桿組及活塞桿等所有鉸接件(鉸接軸81-88)的連接和轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)支撐都由軸承實(shí)現(xiàn)，對(duì)潤(rùn)滑要求低，免維護(hù)周期長(zhǎng)，不必使用現(xiàn)有技術(shù)的多拐結(jié)構(gòu)，不需用軸瓦進(jìn)行連接或支撐，節(jié)省了潤(rùn)滑劑的成本和潤(rùn)滑劑存儲(chǔ)池所占用的空間，因此降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的成本。至此本文所述的實(shí)施方式應(yīng)該理解為是對(duì)本發(fā)明的解釋，而非對(duì)本發(fā)明的限制。 本發(fā)明的范圍不是由以上說(shuō)明書(shū)來(lái)說(shuō)明，而是由專利的權(quán)利要求來(lái)限定，本發(fā)明意欲包括與本專利權(quán)利要求的意義和范圍等同的所有修正。
權(quán)利要求
1.一種外燃機(jī)，其特征在于，所述外燃機(jī)包括熱氣組件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和曲軸；所述熱氣組件為兩組，每組熱氣組件包括氣缸、加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器，每一所述氣缸內(nèi)具有一上一下的功率活塞和置換活塞；所述功率活塞與所述置換活塞之間形成有冷腔，所述置換活塞與所述氣缸之間形成有熱腔；所述置換活塞的圓心位置連接有第一活塞桿的第一端；所述第一活塞桿穿過(guò)所述功率活塞的圓心；所述第一活塞桿的兩側(cè)對(duì)稱的設(shè)置有兩第二活塞桿，所述第二活塞桿第一端連接所述功率活塞；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿組和擺桿組所述擺桿組包括中心擺桿和所述中心擺桿兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)邊擺桿，所述中心擺桿的兩端鉸接所述第一活塞桿的第二端，所述邊擺桿的兩端鉸接所述第二活塞桿的第二端； 所述中心擺桿所在的平面與各所述邊擺桿分別所在的平面平行且所述中心擺桿與所述邊擺桿共軸于一樞軸；所述連桿組由四個(gè)連桿圍成四邊形；四個(gè)連桿為長(zhǎng)度相等的第一連桿與第二連桿，自所述樞軸向下延伸，分別與所述中心擺桿和邊擺桿固定連接并保持互余的介于30-60度的夾角；長(zhǎng)度相等的第三連桿與第四連桿，它們的上端分別鉸接于第一連桿和第二連桿，它們的下端鉸接于所述曲軸的連桿頸；所述熱腔、加熱器、回?zé)崞?、冷卻器和冷腔之間依次氣路連通而形成氣體通道，通過(guò)外部熱源加熱所述加熱器以使所述氣體通道內(nèi)的氣體在所述冷腔和所述熱腔之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)膨脹收縮以帶動(dòng)所述活塞通過(guò)所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所連接的曲軸周期運(yùn)動(dòng)做功。
2.如權(quán)利要求1所述的外燃機(jī)，其特征在于，所述中心擺桿與所述第一連桿的夾角為 45度，所述邊擺桿與所述第二連桿的夾角為45度。
3.如權(quán)利要求2所述的外燃機(jī)，其特征在于，所述四個(gè)連桿的長(zhǎng)度均相等。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的外燃機(jī)，其特征在于，所述中心擺桿兩端為向上向外延伸的弧形。
5.如權(quán)利要求3所述的外燃機(jī)，其特征在于，所述中心擺桿與所述第一連桿一體成型， 所述邊擺桿與所述第二連桿一體成型。
6.如權(quán)利要求5所述的外燃機(jī)，其特征在于，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述曲軸密封在曲軸箱中，所述曲軸箱中密封有高壓氣體。
7.如權(quán)利要求5或6所述的外燃機(jī)，其特征在于，所述兩氣缸之間支撐有橫板，所述橫板上設(shè)置有與所述橫板垂直的立柱，所述曲軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述立柱下部，所述樞軸固定連接于立柱的上部。
8.一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于外燃機(jī)的曲軸與氣缸活塞桿之間的傳動(dòng)；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿組和擺桿組所述擺桿組包括中心擺桿和所述中心擺桿兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)邊擺桿，所述中心擺桿的兩端用以鉸接置換活塞的活塞桿，所述邊擺桿的兩端用以鉸接功率活塞的活塞桿；所述中心擺桿所在的平面與所述邊擺桿分別所在的平面平行且所述中心擺桿與所述邊擺桿共軸于一樞軸；所述連桿組由四個(gè)連桿圍成四邊形；四個(gè)連桿分別為長(zhǎng)度相等的第一連桿與第二連桿，自所述樞軸向下延伸，分別與所述中心擺桿和邊擺桿固定連接并保持互余的介于30-60 度的夾角；長(zhǎng)度相等的第三連桿與第四連桿，它們的上端分別鉸接于第一連桿和第二連桿， 它們的下端鉸接于所述外燃機(jī)曲軸的連桿頸。
9.如權(quán)利要求8所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述夾角均為45度，所述四個(gè)連桿的長(zhǎng)度均相等。
10.如權(quán)利要求8或9所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述中心擺桿與所述第一連桿一體成型，所述邊擺桿與所述第二連桿一體成型，所述中心擺桿兩端為向上向外延伸的弧形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種外燃機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該外燃機(jī)包括熱氣組件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和曲軸；熱氣組件為兩組，包括氣缸、加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器，氣缸內(nèi)具有功率活塞置換活塞，并形成冷、熱腔；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿組和擺桿組擺桿組包括中心擺桿和邊擺桿，兩端分別鉸接活塞桿；中心擺桿所在的平面與所述邊擺桿分別所在的平面平行且共軸于一樞軸；連桿組由四個(gè)連桿圍成，鉸接于樞軸與曲軸連桿頸之間；第一、二連桿等長(zhǎng)，并與中心擺桿和邊擺桿保持30-60度的互余夾角；第三、四連桿等長(zhǎng)，上端與第一、二連桿鉸接；通過(guò)熱源加熱加熱器以使氣體通道內(nèi)的氣體在冷熱腔之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)膨脹收縮以通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)曲軸周期運(yùn)動(dòng)做功。本發(fā)明的外燃機(jī)易啟動(dòng)且成本低。
文檔編號(hào)F02G1/053GK102182582SQ20111006945
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者楊永順 申請(qǐng)人:楊永順