CN101314324A - 压缩气体直驱式汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以压缩空气直接做为驱动的汽车，直接由压缩空气驱动设置于车轮侧的气动马达从而带动汽车运行，并通过汽车本体上设置的流体层及其上设置的流体导入、导出口可大大降低汽车行驶过程中受到的各种空气阻力，此外通过汽车本体下表面设置的扰流面，又大大降低了行驶过程中产生的升力问题，再者汽车主体的流体层内还设置了风力器，通过风力器带动发电机或空气压缩机，使得汽车在行进过程中使其内的储气设备或蓄电池还可不断获取能源补充从而循环用于驱动汽车，满足了正常使用汽车的功能需要，而这种汽车零污染，价格便宜，安全快捷，是未来的绿色环保汽车发展的重点方向之一。

Description

压缩气体直驱式汽车

【技术领域】

本发明涉及一种汽车，尤其是指一种用压缩气体直接驱动的汽车。

【背景技术】

随着现代社会对便利交通的不断渴求，时下世界上的汽车越来越多，而现有的汽车几乎均以燃油、燃气做为其运行的动力源，众所周知此类燃油、燃气在燃烧时除放出能量外还会同带排放出大量废气，这些废气严重污染了我们赖以生存的全球环境，导致诸如全球气候变暖、物种灭绝、新种疾病丛生等严重社会问题，可见如何降低汽车所带来的环境污染问题已是科学家们刻不容缓急需解决的问题之一。

为了降低污染，人们逐渐开始寻找其它的替代能源用于驱动的汽车，替换其原有的高污染动力系统，例如时下技术逐渐明朗化的电动汽车等，而利用压缩气体做为动力推动汽车的方案由于其动力源制作成本低，使用起来完全无污染等优点，人们寄予了厚望。

时下已经出现了尝试将压缩空气加压加热后直接注入原有汽车引擎气缸内从而带动活塞运动，推动汽车行驶，但效果甚微，未取得实质性成功，究其原因在于其驱动机理依然采用了传统内燃机结构，只是将高压气体输入发动机气缸带动活塞运动从而传动传动装置后最终带动驱动轮转动。如此经过复杂的传动导致压缩气体的能量大量的浪费于传动机构中，难以实际的运用于推动汽车。

此外，对于传统车型而言，其外壳形状的设置使得其在高速行使中的汽车车底的空气流体速度远慢于车上部的流体的流速，该流速差会对汽车主体产生一种升力阻力，而升力阻力的产生无疑降低了汽车轮胎的抓地能力，导致驾车过程中觉得车飘不好控制的情况发生，严重时甚至直接酿成重大交通事故，为避免此类事情发生，时下越是高档的汽车，其底盘往往越重，甚至会对其进行额外加重处理，即使通常的汽车，为保证高速运行时的可控性，其自重也需要1.2吨-2吨，此种单纯增加车重的方式虽然简单有效，但为了驱动如此庞大质量的汽车从静止进入运动再到高速行驶，这个过程将消耗大量的能源用于克服自身重力推动汽车运动，可见采用增加自重的方式更多是种得不偿失的做法。

再有一点，由于汽车四周的流体平常处于相对静止状态，而当汽车高速运动时，首先就需要撞开其正前方厚厚的流体墙，而撞开流体墙后，流体在流过汽车外壳表面时会产生流体洞，流体洞随着汽车的行进而瞬间产生、瞬间消失，但其会紧紧的包裹着汽车外壳，带来极大的阻力，而高速运行的汽车后部还会形成负压力区，该负压力区对运动的汽车还会产生向后的拉扯力阻力。

综上所述，由于一辆气动汽车内部空间有限，所能携带的蓄气瓶量有限，若采用先前的汽车结构于驱动方式，大量能量将耗损在诸如传动过程、克服正压力的流体墙、两侧的流体洞阻力、垂直方向的升力阻力、车尾后负压力阻力等方面，势必导致采用气动的汽车无法进行长距离行使，从而失去实用性。所以，要想使用压缩气体驱动的汽车变的可行，不仅需要针对原有汽车驱动方式进行改进，还需根据空气动力学原理对原有汽车外形进行改进，从而达到减少各类阻力，高效直驱的目的。

【发明内容】

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种直接由压缩空气驱动设置于车轮侧的气动马达从而带动汽车运行的汽车，并于汽车的上设置了用于降低阻力的导流层及相应流体出、入口，汽车下表面设置的扰流面，从而大大降低了汽车行使过程中所遇到的各类阻力问题，使得压缩气体直驱的汽车变的可行，且更为廉价和安全快捷。

本发明的目的是这样实现的：一种压缩气体直驱式汽车，它包括外壳和汽车主体，汽车主体内设置有驱动机构及驱动轮，其特征在于：主体内还设置有储气设备，储气设备的输出口接有阀门并通过导管连接至驱动机构；所述驱动机构包括一气动马达，气动马达与驱动轮相连；

所述驱动机构的气动马达是对应驱动轮一一设置的；

所述驱动机构还包括有减速器、差速器、两半轴、蓄电池及与其相连的电动机和空气压缩机；所述电动机输出的动力经减速器后传递至两半轴配合差速器传动连接于两端的汽车后左右驱动轮，向对应的汽车前左右驱动轮上则设置连接有气动马达；

所述驱动机构还包括有减速器、差速器、两半轴、蓄电池及与其相连的电动机和空气压缩机；所述电动机输出的动力经减速器后传递至两半轴配合差速器传动连接于两端的汽车前左右驱动轮，向对应的汽车后左右驱动轮上则设置连接有气动马达；

所述外壳内套接有内壳，外壳及内壳设有导流层；外壳前端设有流体导入口，外壳壳体后端设有流体导出口，流体导入口与导出口之间通过导流层相通；所述外壳的底面还设有用于增加流体流经路径的扰流面，扰流面的外侧为表面成凹凸相间的流线型面，其上设有平衡导入口与导流层相通；

所述外壳侧面还设有流体导入口，该流体导入口与外壳前端的流体导入口和后端流体导出口间通过导流层相贯通；

所述外壳的流体导入口与导出口间的导流层中设置有风力器，风力器的输出一端连接发电机，发电机与蓄电池相连，另一端与空气压缩机相连；

所述外壳底面的扰流面内侧设有通道板，通道板的侧面为凹凸相间的流线型面，该通道板将扰流面内测的导流层隔为至少一个导流腔；

所述的驱动机构连驶控制板，驾驶控制板设置于驾驶座前仪表盘上，其上设置有档位选择键及其他功能键；

所述驾驶控制板上还设置有调速旋钮，旋钮通过一无极调速器连接控制驱动机构中的马达。

相比于常见的压缩气体驱动的汽车，本发明的有益效果在于摒除了原有几种气动汽车设计上基本保留汽车传动机构，通过将储气设备中的压缩气体直接由导管把送到连接于驱动轮的气动马达上从而带动车轮转动，进行推动汽车行驶。

此外对原有汽车的车体结构也做出了改进，通过于汽车本体上设置的导流层及其上设置的流体出、入可大大降低汽车行使过程中受到的各种空气阻力，此外通过汽车本体下表面设置的扰流面，又大大降低了行使过程中产生的升力问题，再者汽车主体的导流层内还设置了风力器，通过风力器带动发电机或空气压缩机，使得汽车在行进过程中还其内的储气设备或蓄电池还可不断获取能源补充从而循环用于驱动汽车，满足了正常使用汽车的功能需要，而这种汽车零污染，价格便宜，安全快捷，是未来的绿色环保汽车发展的重点方向之一。

【附图说明】

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明压缩气体直驱式汽车的侧体内部结构示意图。

图2为本发明外壳底面扰流面结构示意图。

图3为本发明第一实施例的主体内部结构示意图。

图4为本发明第二实施例的主体内部结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明一种压缩气体直驱式汽车的实施方式进行详细描述。

现有提出的集中压缩气体驱动的汽车是通过将压缩气体灌入原有汽车结构的发动机气缸中，由压力缸把压缩空气注入发动机内带动活塞运动来推动汽车行驶，由于汽车的动力系统和传统系统本来就非常复杂，这一过程至少要消耗或浪费50％以上的压缩气体能源，所以很难生产出真正经济适用的气动汽车。

本发明涉及的一种气动汽车，通过压缩气体直接驱动汽车，从而去掉了现有汽车的动力系统和传动系统，几乎把现有汽车简化到极限，还可在汽车行驶途中得到能源补充，众所周知，机械传动中多一点传动过程，就多一分能源消耗，所以本发明可大大节约汽车的制造成本和减少能源消耗。

此外现有现有汽车处于安全考虑，其自重往往达到1.2-2吨左右，之所以如此设计是为了减小汽车行驶中底部流体慢于上部流体由此产生的升力阻力问题，实际上大部分车祸的原因还是底盘重量不能克服升力阻力而发生，本发明中则为汽车的底部增加了一个扰流面，该扰流面为凹凸相间的流线型面，该凹凸相间的流线型面使得车底部流速略大于车上部流体经过速度或至少相等，使得流体升力基本消除或彻底消除，使得本发明中所涉及的汽车不需要多考虑升力阻力问题，其底盘重量可大大降低至只有0.2-0.3吨左右即可，其重量只有现有汽车1/5左右，众所周知，多一分重量就必然多一分能耗，换句话说：大小相同的两种汽车相比，可节约80％的能耗，同时，由于消除升力后的汽车行驶非常平稳安全，还有只要是设计合理的汽车，结构越简单，出故障的机会就越小，故本发明所涉及的汽车在运行过程中会更为安全可靠。

众所周知，当一个物体处于运动状态下，其受到的阻力除了垂直方向的升力阻力外还包括最主要的正向流体阻力，与此同时运动体两侧及周围还有流体洞所带来的侧向压力和阻力，还有尾部负压力产生的阻力这几大阻力来源，且此些阻力会随着运动体的运动速度加快而增加，为了克服阻力所要耗费的能量也就越多，因此本发明为了进一步降低汽车在行使过程中的额外能量消耗，通过于汽车本体前端设置的流体导入口把正向最大的阻力导入车体本体的内外壳体间形成的导流层中，将原本撞开流体的方式变为吸收流体的方式，从而降低了正向流体阻力，且由于车的四周均设置了导流层，在同等条件下，流体在通道中的流速远快于自然状态，在侧面和底部至少有一个导入口与导流层相通，通过导入口把侧面和底部流体导入导流层内，从而高速运动下导流层内的气体流动高于外部的气体流动，从而减弱了运动体四周流体洞的阻力作用，最后，由前端流体导入口和侧面和底部流体导入口导入导流层中的所有流体以大于汽车的速度从后端流体导出口强烈喷出，瞬间填充尾后负压区，消除负压阻力，反作用力帮助推动运动体运动从而达到了大大降低汽车与前进过程中所受到的各类阻力的目的。

参见图1、图2，本发明包括汽车主体1，主体1位于驾驶座前仪表盘上设置有驾驶控制板906，驾驶控制板906上设置有马达调速旋钮907，该旋钮907操控一无极调速器控制驱动机构控制汽车驱动马达调速，如此一来，驾驶位上司机的脚下就只会刹车踏板，因为很多车祸紧急情况时踏错油门和刹车踏板所至，将油门控制改为旋钮式即可避免此类认为失误发生，保证了汽车行驶安全。汽车主体1由外壳2、内壳3构成，外壳2及内壳3间有一定间距并形成至少一个导流层4；外壳2前端设有流体导入口7，流体导入口7上通常设置有装饰窗704，起到装饰及过滤流体中杂质的作用，该流体导入口7是用于接受汽车行使时的正向流体压力的；于外壳2的侧面通常还开设有侧导入口701，底面开有平衡导入口702，流体经由流体导入口7、侧导入口701和平衡导入口702导入外壳2与内壳3之间的导流层4后在压力的作用下加速流动，并最终由设置于外壳2后端的流体导出口8的活动套802(通过该活动套802可改变流体朝不同方向喷出)，即可从导喷头801以大于汽车运动速度的高速喷出。此外于汽车主体1外壳2的底面还设置了一个用于增加流体流经路径的扰流面201，扰流面201上对应外壳底部的平衡导入口702设有开孔，该扰流面201表面成凹凸相间的流线型，以增加流体流经该扰流面201的路径，习知当流体经过凹凸流线型面时的速度大于经过平面时速度，因为通过该扰流面201可大大提高流体经过时的速度，从而最终达到消除汽车高速运动时由于上下表面流体流速不同导致的升力问题。

众所周知，普通小汽车重量为1.2-2吨左右，如高级车仅底盘重量就有1吨以上，如此重的底盘仅为汽车快速行驶时能相对平稳，这是因为汽车行驶中车上部的流体快于车下部流体流速，由此产生升力阻力，必须通过增加重量来保持相对平稳，实际大多数车祸就是升力所造成。而通过本发明设计的新型车主体结构，其底部增加了一个扰流面201，通过导入口702与导流层4相通，因为流体在通道内的速度大于自然状态，而汽车上部流体流速等于汽车运动速度，所以底部流速大于至少等于上部流速。该扰流面为凹凸相间的流线型面，流体经过凹凸型抛物面速度又大于经过平面速度，当流体经过该底部流线型面时的路径至少等于或大于流体经过汽车主体上部的路径，底部流速至少等于和大于上部流体流速，使得汽车主体底部与上部同时形成两层快速流动的导流层，自然使汽车上下部流体流速大约相等，或底部流体流速大于上部，这样就形成理想的汽车运动的流体模式，车底部流速略快于上部流速，即车底部气压略小于车上部，上部略大的气压，稳稳压住上部汽车壳体，速度行驶越快，汽车行驶越平稳、越安全、越节能。升力阻力消除，安全性能大大提高，汽车自身重量就可以大大减轻。汽车的壳体材料与现有一样，可用金属、碳纤维、玻璃钢及塑料材料，如车下部框架为金属，外壳表面一层为金属材料，其他为塑料或玻璃钢，再加上储气设备形成的车体重量不超过300公斤，即普通小汽车的1/5左右，一分重量就一分能耗，所以本发明的空车比只是传统汽车的1/5的重量，换句话说：比传统汽车节约80％的能源，从而大大增加了汽车内的能量利用率。除此之外，在汽车行驶中，其正向流体压力的流体导入口7、导流层4和流体导出口8前后贯通，把迎面最大正向流体阻力顺畅导入导流层4中，四周侧向流体则通过条形窗701导入口引入导流层4内，使得正向和侧向流体阻力都大大降低，并最终以高于汽车行使速度的速率流至尾部的流体导出口8强烈喷出化为动力，同时巨大的流体瞬间填充汽车后部的负压阻力区并消除负压，同时反作用力帮助推动汽车行驶。

此外需要指出，上述文字中所描述设置于汽车主体1前端的流体导入口7、流体导出口8及汽车主体1底部的扰流面201结构，可直接组合后提出单独应用从而实现现有各种汽车进行改造以大幅降低汽车前进中所受阻力的目的。增加的扰流面201与原车体底部间就有一定距离，从而形成了可供流体流动的导流层，流体通过流体导入口导入导流层后沿着扰流面加速流动后最后由后端流体导出口喷出，从而即实现了降低阻力、节约大量能源的有益效果。

如图3为发明第一具体实施例示意图。

本实施例中压缩气体是直接输入于汽车四驱动轮一一对应设置的气动马达，通过多路电磁阀门的节流控制，从而驱动汽车行使的。结合图1、图3，于汽车主体1前部设有主储气设备5，后部设有备用储气设备501，两储气设备上均设有注入口502，以方便将压缩气体注入储气设备内，此外通常其上还设置有方便观察储气设备压力状态的气压表503，其储气设备的输出口上接有能方便调节从储气设备流出压缩气体的气压压力的调压阀504、与之相通的流量阀505，流量阀505接有多路阀门506并通过导管507连接至驱动机构的气动马达603上，其中主储气设备5流量阀505上接的为五通电磁阀506，其四路输出均直接连至位于汽车四驱动轮的气动马达603上，而备用储气设备501流量阀505上则设置的是一个三通阀508，其两路输出只汽车两后轮的气动马达603上。导管507把压缩气体输入带动气动马达603，经过减速器604，气动马达的转轴602固定在车毂601内，从而带动驱动轮6转动。

本实施例中于外壳2底面的扰流面201内侧设有通道板705，通道板705的侧面为凹凸相间的流线型面，通过该通道板705可将扰流面201于汽车主体1的地面间的导流层4分割为若干流体腔，还可以根据不同需求将通道半705的两端与外壳间成开放或者相合关系从而将形成的若干流体腔分割为若干相互独立或是完全独立流体腔，从而改变底部导流层4中流体的流动方式，达到进一步加速流体运动的目的。

此外于流体导入口7与后端流体导出口8间的导流层4中还设置至少一个风力器9，当车辆行使过程中，流体进入导流层4中带动叶轮902、转轴901，转轴901两端各连接有一发电机903，发电机903将发出电储存于至少一个燃料电池904内或者直接用于带动空气压缩机905重新为储气设备5充气，燃料电池904还与供电于车体所需的灯光、音响以及控制电路板906等设备。

而汽车行使过程中的速度调整，则通过控制电路板906来完成，首先将储气设备的气压调节阀504与流量调节阀505结合气动马达603、减速器604对压缩气体输出气压量的大小对应传统汽车四档进行标定后，从而实现控制车轮6的快转、慢转、正转、反转的目的(如前面两轮开、后轮关闭电磁阀通道为前轮驱动，后面两轮开为后轮驱动，四轮同开为四轮驱动等)。于方向盘上的随手方便处设置一速度的调节旋钮907，通过旋转该旋钮907即可类似现有汽车油门一般方便的控制调压阀504及流量阀505从而达到调整气动马达603的转速的目的，控制汽车速度的快慢。

如此一来本发明所涉及的汽车可通过调节多路阀门的方式快捷的切换汽车于四轮驱动、前驱或后驱的各种驱动方式，甚至必要时可只启用一个通道，单独让某驱动轮转动，在停车场或拥挤街道等特殊情况下就特别方便。且行车过程中一旦当储气设备5压力不够时，可使用备用储气设备501，开启电磁三通阀508，通过两条导管507带动两个后轮为后轮驱动，这样在行驶过程中通过其内的风力器9带动发电机903，空气压缩机905为储气设备不断重新为主储气设备5充气，基本上能满足汽车行驶过程中的压缩空气供给，延长了汽车的续航能力。

如图4为发明第二具体实施例示意图。

本实施例中压缩气体是直接输入于汽车两前驱动轮中对应设置的气动马达，并通过多路电磁阀门对其进行节流控制，此外于两后驱动轮间设置了一电动机，该电动机由蓄电池供电，在必要的时候可用于驱动后轮运行的一种气、电的混合驱动方式以实现驱动汽车行使的。

结合图1、图4，与实施例一不同的是，本实施例中两个车轮6有不少于一个燃料电池904，供电给电动马达608，由该电动马达608带动减速器604后再带动差速器605把转矩平均分配给两半轴606，两半轴606固定在车毂602内，从而带动车轮6转动为后轮运动。此外通过本实施例方案，可为全车设置一驱动马达(气动马达或电动马达)即带动汽车运行，避免了多个驱动马达设置下相互协、同步问题。

当汽车内的储气设备5和备用储气设备501充满压缩空气后，以100公里时速，即27米/秒快速行驶时，迎面把正面最大的以27米/秒流动的流体阻力从接受正向流体压力的流体导入口7经过装饰窗704以及侧导入口701，底部平衡导入口702顺畅导入导流层4内，再以大于27米/秒速度从流体导出口8强烈喷出，瞬间填完并消除后部负压区的负压阻力，反作力帮助汽车行驶。由于流体在导流层4内的运动速度大于自然状态的流速，所以通道内流速大于27米/秒，此时，在流体通道4内至少一个风力器9，风力器9在流体的作用下转动并联动发电机903工作，发出的电为与其连接的至少一个燃料电池904进行充电，燃料电池904是用来驱动一个电动马达608工作，当电动马达608进入工作状态时，其带动减速器604、差速器605、两半轴606，从而最终带动两后驱动轮。在行驶中，通过风力器9还可带动空气压缩机905为储气设备5、501补充压缩空气，这两种不同的能源再利用方式可使得汽车可进行前轮和后轮驱动的交替使用，互为补充。

需要指出的是，这也可把气动马达603放在后面带动减速器604、差速器605、两半轴606从而带动车轮6转动为后轮驱动，电动马达608放在前面轮毂601内为前轮驱动；还可以只用气动马达603，生产前轮驱动或者后轮驱动的气动汽车；或只用马达608生产前轮驱动或后轮驱动的燃料电池汽车，如此一来也提供了一种可由单个电机即完成汽车推动的经济廉价方案。

综上所述可见，本发明所提出的压缩气体直驱式汽车是一种免去了原有中间过程采用复杂传动系统的巨大损耗，采用纯净无污染的压缩气体直接做为驱动源的汽车，且车体自重仅为传统汽车1/5左右，极大简化了传统汽车的复杂结构，通过合理设计，大大降低了汽车于行驶过程中所受的流体阻力，同时其内还设有风力器，可将流体转换为能量补充并最终转化为动力的比传统汽车性能更优良的新一代环保汽车。需要指出的是，本发明的不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员在基于本发明技术方案内对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1、一种压缩气体直驱式汽车，它包括外壳和汽车主体，汽车主体内设置有驱动机构及驱动轮，其特征在于：主体内还设置有储气设备，储气设备的输出口接有阀门并通过导管连接至驱动机构；所述驱动机构包括一气动马达，气动马达与驱动轮相连。

2、如权利要求1所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述驱动机构的气动马达是对应驱动轮一一设置的。

3、如权利要求1所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述驱动机构还包括有减速器、差速器、两半轴、蓄电池及与其相连的电动机和空气压缩机；所述电动机输出的动力经减速器后传递至两半轴配合差速器传动连接于两端的汽车后左右驱动轮，向对应的汽车前左右驱动轮上则设置连接有气动马达。

4、如权利要求1所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述驱动机构还包括有减速器、差速器、两半轴、蓄电池及与其相连的电动机和空气压缩机；所述电动机输出的动力经减速器后传递至两半轴配合差速器传动连接于两端的汽车前左右驱动轮，向对应的汽车后左右驱动轮上则设置连接有气动马达。

5、如权利要求1所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述外壳内套接有内壳，外壳及内壳设有导流层；外壳前端设有流体导入口，外壳壳体后端设有流体导出口，流体导入口与导出口之间通过导流层相通；所述外壳的底面还设有用于增加流体流经路径的扰流面，扰流面的外侧为表面成凹凸相间的流线型面，其上设有平衡导入口与导流层相通。

6、如权利要求5所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述外壳侧面还设有流体导入口，该流体导入口与外壳前端的流体导入口和后端流体导出口间通过导流层相贯通。

7、如权利要求5所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述外壳的流体导入口与导出口间的导流层中设置有风力器，风力器的输出一端连接发电机，发电机与蓄电池相连，另一端与空气压缩机相连。

8、如权利要求5所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述外壳底面的扰流面内侧设有通道板，通道板的侧面为凹凸相间的流线型面，该通道板将扰流面内测的导流层隔为至少一个导流腔。

9、如权利要求1所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述的驱动机构连驶控制板，驾驶控制板设置于驾驶座前仪表盘上，其上设置有档位选择键及其他功能键。

10、如权利要求9所述的压缩气体直驱式汽车，其特征在于：所述驾驶控制板上还设置有调速旋钮，旋钮通过一无极调速器连接控制驱动机构中的马达。

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