CN101598035A - 一种活塞式气压发动机 - Google Patents

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Abstract

一种活塞式气压发动机，包括气缸体、活塞、汽缸、曲轴、连杆、凸轮轴及控制气门的启闭装置，汽缸体上盖有汽缸盖，汽缸盖上设有内开式压缩气体进气门和排气门，凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，曲轴旋转通过时规链或带带动凸轮轴通过摇臂来控制进、排气门的开启和关闭，进而控制高压气体进入汽缸推动活塞往复运动及做功完毕的低压气体排出，活塞通过连杆推动曲轴旋转输出动力，其特征是：所述的汽缸盖上还设有吸气门，凸轮轴上还设有吸气凸轮，并通过摇臂来控制吸气门的开启和关闭，进而控制汽缸吸取缸外空气进入及封闭的时机；所述的汽缸的缸径与活塞行程之比为1∶2～15，最佳为1∶10。

Description

一种活塞式气压发动机
技术领域
本发明涉及发动机，尤其是涉及一种采用压缩空气作为动力源的活塞式气压发动机。
背景技术
中国专利公报2005年11月23日公开了由本发明人发明的中国发明专利《一种车用活塞式气压发动机》，公开号CN1699747A，该发动机不采用燃油内燃做功推动活塞连杆曲轴运动输出动力，而是采用压缩空气作为动力源的活塞式气压发动机，该机包括有活塞汽缸，在汽缸盖上设有两个气门，一个是作为动力源的压缩气体进气门，另一个是做功完毕后的低压气体的排气门，发动机凸轮轴的进气凸轮及排气凸轮控制进、排气门的开启或关闭时间，进而控制高压气体的进入及低压气体的排出，高压气体通过进气门进入气缸，推动活塞往复运动，从而使曲轴旋转而产生动力输出。该发明的排气门和燃油内燃机一样是从汽缸盖朝外即向汽缸里打开，而进气门则是朝向汽缸盖内方向打开的，所以称之为内开式进气门，且活塞汽缸的缸径与活塞行程之比和常用的燃油内燃机相差无几。该方案的活塞汽缸在做功是只有做功行程和排气行程，排气门在除了做功行程之外的行程中全是开启起排气作用。
发明人的另一个实用新型专利(公开号CN201125752)，增加了吸气行程，采用一个排气门同时实现排气和吸气功能，实践中发现压缩空气的利用率不高，
这是由于高压气体在进入汽缸时进气门相当于节流阀，由于一个排气门既排气又吸气，这样被排出的低冷压缩气体又被重新吸入压缩，使得缸内的温度越来越低，最终造成发动机结霜，降低压缩气体的做功能量的利用率；另外，采用内燃机的大缸径活塞压缩时产生的阻力较大，降低了动力输出。
发明内容
本发明的目的，就是提供一种高压气体的能量利用效率更高，达到实用性效果的活塞式气压发动机。
本发明目的可以通过以下的技术方案来实现：
一种活塞式气压发动机，包括气缸体、活塞、汽缸、曲轴、连杆、凸轮轴及控制气门的启闭装置，汽缸体上盖有汽缸盖，汽缸盖上设有内开式压缩气体进气门和排气门，凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，曲轴旋转通过时规链或时规带带动凸轮轴通过摇臂来控制进、排气门的开启和关闭，进而控制高压气体进入汽缸推动活塞往复运动及做功完毕的低压气体排出，活塞通过连杆推动曲轴旋转输出动力，其特征是：所述的汽缸盖上还设有吸气门，凸轮轴上还设有吸气凸轮，并通过摇臂来控制吸气门的开启和关闭，进而控制汽缸吸取缸外空气进入及封闭的时机；所述的汽缸的缸径与活塞行程之比为1∶2～15，最佳为1∶10。
由于本发明是采用压缩空气作为动力源的活塞式气压发动机，汽缸的缸径与活塞行程之比为1∶2～15，这样可获得较大的压缩比及降低活塞压缩时的阻力，加之在汽缸盖上还设有吸气门，使得活塞在压缩行程时，可以吸进空气，在压缩形成终了时，吸进的空气被压缩产生高温，当进气门打开时，低温下的压缩气体冲进汽缸并被高温空气加热，吸收热量，压缩气体会受热膨胀产生更大的推力，从而提高压缩气体的能量利用率。
在上述基础上，本发明还可以做以下的改进：
1)所述的汽缸盖上对应于汽缸口处开有凹槽，凹槽内壁上开有进、排、吸气口，对应各气口分别开有进、排、吸气通道，进气通道外接压缩气源，吸气和排气通道外接大气，所述的进、排、吸气门对应设置在凹槽内壁上的进、排、吸气口处，吸、排气门是向凹槽内开启、进气门是向进气通道内开启；
2)所述的进、排、吸气门的摇臂的一端铰接、中间与进、排、吸气门杆连接，另一端对应于凸轮轴的进、排、吸气凸轮；
3)所述的进、排、吸气凸轮的进、排、吸气的持续角分别为：15-60度；15-165度；70-90度，进气凸轮和排、吸气凸轮的起始点间隔为：15-90度，180-200度。
4)所述的设在汽缸盖凹槽内壁上向进气通道内开启的进气门结构为：对应于进气口形状的气门后面设有固定垂直导杆，导杆端部穿出汽缸壁上的导杆滑道后与凸轮轴进排气门启闭装置的进气摇臂连接，导杆上还套有压缩回位弹簧使进气门从进气通道内关闭进气口。
5)所述的排、吸气门结构为：对应于排、吸气口形状的气门后面设有固定垂直导杆，导杆端部穿出汽缸壁上的导杆滑道后对应于凸轮轴进排气门启闭装置的排、吸气摇臂，导杆上套有压缩回位弹簧使排、吸气门从汽缸盖凹槽外关闭排、吸气口。
6)所述的进、排、吸气门上包有密封胶套。
本发明的有益效果是：由于设计了吸气门，增加了吸气和压缩行程，吸进的气体在被压缩时会产生高温使得气缸体发热，压缩气体进入气缸时更能充分吸热释放能量从而提高压缩气体焓的利用率，获得较大的动力输出；合理的缸径与活塞行程比会降低活塞压缩时产生的阻力。
附图说明
图1是本发明实施例一的原理结构剖视示意图；
图2是沿图1的A-A线剖视示意图；
图3是沿图1的B-B线剖视示意图；
图4是图1实施例一压缩气体进入汽缸做功行程各气门状态示意图；
图5是图1实施例一排气行程各气门状态示意图；
图6是图1实施例一吸气行程各气门状态示意图；
图7是图1实施例一压缩行程各气门状态示意图；
图8是沿图1的C-C线剖视示意图；
图9是图8做功行程进气门状态示意图；
图10是沿图1的D-D线剖视示意图；
图11是图10排气或吸气行程排气或吸气门状态图；
图12是凸轮轴进排气门启闭装置的原理俯视示意图；
图13是本发明实施例二的原理结构剖视示意图。
图中：1-活塞，2-汽缸，3-曲轴连杆，4-凸轮轴，5-汽缸盖，6-排气门，7-进气门，8-进气凸轮，9-排气凸轮，10-活塞杆，11-吸气门，12-吸气凸轮，13-凹槽，14-进气通道，15-排气通道，16-吸气通道，17-摇臂，18-气门导杆，19-导杆滑道，20-压缩回位弹簧，21-密封胶套，22-时规链，23-横向销，24-纵向滑槽，25-飞轮，26-曲轴。
具体实施方式
如图1所示，本发明的活塞式气压发动机实施例一，包括活塞1、汽缸2、曲轴连杆3和凸轮轴进排气门启闭装置，汽缸2上盖有汽缸盖5，汽缸盖5上对应于汽缸口处开有凹槽13，凹槽内壁上开有进、排、吸气口，对应各气口分别开有进、排、吸气通道14、15、16，进气通道14外接压缩气源，吸气和排气通道15、16外接大气，内开式压缩气体进气门7以及排、吸气门6、11对应设置在凹槽内壁上的进、排、吸气口处，吸、排气门11、6是向凹槽内开启(参见图5、6)、进气门7是向进气通道14内开启(参见图3)。
参见图8至图11，凸轮轴4上设有进、排、吸气凸轮8、9、12控制进、排、吸气门的开启或关闭，进而控制高压气体进入、做功完毕的低压气体排出以及吸进空气压缩，高压气体进入汽缸推动活塞往复运动，参见图1，活塞1通过连杆3推动曲轴旋转输出动力，由于本发明的缸径与活塞行程之比为1∶2～15，最佳为1∶10，所以曲轴连杆装置的连杆3是铰接在固定于活塞1并伸出汽缸的活塞杆10的端部上。
参见图12，进、排、吸气门的各摇臂17的一端铰接在同一固定轴上、中间各与进、排、吸气门的导杆18连接，另一端对应于凸轮轴4的进、排、吸气凸轮8、9、12；进、排、吸气凸轮的进、排、吸气的持续角分别为：15-60度；15-165度；70-90度，进气凸轮和排、吸气凸轮的起始点间隔为：15-90度，180-200度。
曲轴26旋转通过时规链22带动凸轮轴4，凸轮轴4上的进、排、吸气凸轮8、9、12通过摇臂17来控制进、排、吸气门的开启和关闭，进而控制高压气体进入汽缸推动活塞往复运动、吸进空气进行压缩以及低压气体排出，活塞通过连杆推动曲轴旋转输出动力(参见图13)。
设在汽缸盖凹槽内壁上向进气通道内开启的进气门7的结构为：对应于进气口形状的气门后面设有固定垂直导杆18，导杆端部穿出汽缸壁上的导杆滑道19后与凸轮轴进排气门启闭装置的进气摇臂17连接，导杆上还套有压缩回位弹簧20使进气门从进气通道内关闭进气口。
排、吸气门的结构与进气门类似：对应于排、吸气口形状的气门后面设有固定垂直导杆，导杆端部穿出汽缸壁上的导杆滑道后对应于凸轮轴进排气门启闭装置的排、吸气摇臂，导杆上套有压缩回位弹簧使排、吸气门从汽缸盖凹槽外关闭排、吸气口。
进气门上包有密封胶套21，使得密封良好不漏气。
图13显示本发明的实施例二，与实施例不同之处在于：由于活塞行程较长，所以活塞杆较长，因此活塞杆设有导向装置，其结构为：活塞杆的端部设有横向销23，横向销的两端对应于汽缸体上设有两条对应于横向销两端部的纵向滑槽24。

Claims (9)

1、一种活塞式气压发动机，包括气缸体、活塞、汽缸、曲轴、连杆、凸轮轴及控制气门的启闭装置，汽缸体上盖有汽缸盖，汽缸盖上设有内开式压缩气体进气门和排气门，凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，曲轴旋转通过时规链或带带动凸轮轴通过摇臂来控制进、排气门的开启和关闭，进而控制高压气体进入汽缸推动活塞往复运动及做功完毕的低压气体排出，活塞通过连杆推动曲轴旋转输出动力，其特征是：所述的汽缸盖上还设有吸气门，凸轮轴上还设有吸气凸轮，并通过摇臂来控制吸气门的开启和关闭，进而控制汽缸吸取缸外空气进入及封闭的时机；所述的汽缸的缸径与活塞行程之比为1∶2～15。
2、根据权利要求1所述的活塞式气压发动机，其特征是：所述的汽缸盖上对应于汽缸口处开有凹槽，凹槽内壁上开有进、排、吸气口，对应各气口分别开有进、排、吸气通道，进气通道外接压缩气源，吸气和排气通道外接大气，所述的进、排、吸气门对应设置在凹槽内壁上的进、排、吸气口处，吸、排气门是向凹槽内开启、进气门是向进气通道内开启。
3、根据权利要求2所述的活塞式气压发动机，其特征是：所述的设在汽缸盖凹槽内壁上向进气通道内开启的进气门结构为：对应于进气口形状的气门后面设有固定垂直导杆，导杆端部穿出汽缸壁上的导杆滑道后与凸轮轴进排气门启闭装置的进气摇臂连接，导杆上还套有压缩回位弹簧使进气门从进气通道内关闭进气口。
4、根据权利要求3所述的活塞式气压发动机，其特征是：所述的排、吸气门结构为：对应于排、吸气口形状的气门后面设有固定垂直导杆，导杆端部穿出汽缸壁上的导杆滑道后对应于凸轮轴进排气门启闭装置的排、吸气摇臂，导杆上套有压缩回位弹簧使排、吸气门从汽缸盖凹槽外关闭排、吸气口。
5、根据权利要求1至4所述的任意一项活塞式气压发动机，其特征是：所述的进、排、吸气门的摇臂的一端铰接、中间与进、排、吸气门杆连接，另一端对应于凸轮轴的进、排、吸气凸轮。
6、根据权利要求5所述的活塞式气压发动机，其特征是：所述的进、排、吸气凸轮的进、排、吸气的持续角分别为：15-60度；15-165度；70-90度，进气凸轮和排、吸气凸轮的起始点间隔为：15-90度，180-200度。
7、根据权利要求6所述的活塞式气压发动机，其特征是：所述的进、排、吸气门上包有密封胶套。
8、根据权利要求7所述的活塞式气压发动机，其特征是：所述的活塞杆的端部设有横向销23，横向销的两端对应于汽缸体上设有两条对应于横向销两端部的纵向滑槽24。
9、根据权利要求8所述的活塞式气压发动机，其特征是：所述的汽缸的缸径与活塞行程之比为1∶10。
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