CN102587989A - 空气动力引擎总成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气动力引擎总成，属于空气动力技术领域，包括发动机壳体、底壳、气缸体、缸盖、曲轴，所述缸盖上设有气门组件、缸盖上设有进气通道和排气通道，所述进、排气通道与进气总管和排气总管连接，缸盖上还设有高压进气通道，所述高压进气通道内设有单向阀，所述高压进气通道经过高压气源控制装置连接高压控制器；飞轮、离合器、变速箱，其特征在于：所述进气总管和排气总管之间安装涡轮增压器，涡轮增压器的进气端与大气相连，涡轮增压器连接发电机，发电机连接蓄电池；涡轮增压器的尾气排放管上安装有梯级布局的涡轮发电机组，涡轮发电机组连接蓄电池。综上所述本发明具有结构简单、设计合理、控制高压气源均匀供给、补充气压损耗、节约能源等优点。
Description
技术领域
本发明属于发动机制造领域，特别是涉及一种利用压缩空气作为动力源的空气动力引擎总成。
背景技术
发动机被广泛应用于各行业中，一般主要采用活塞式内燃发动机，这些发动机均采用燃油作为动力源。采用燃油作为动力源的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另一方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得。众所周知，石油是地球上不可再生能源，因而随着人们的大量开采和使用，石油储量越来越少，因此需要开发新、洁净、无污染的能源，尤其是可用之不尽的新能源。
在寻找新能源的过程中，人们发现可利用压缩空气释放时所产生的推力作为一种动力源，然后将其推力转化为机械能或者电能，目前已公开了一些利用压缩空气来获得动力的装置，例如涡轮式压缩空气动力发动机、活塞式压缩空气发动机，他们的配气装置和能量的利用率均比较低；另外还有一种“气电混合动力发动机”，本文献利用电能和压缩空气所产生的推力综合来获得能源，此发动机利用的发电机仍需要外界能源驱动，间接使用了外来能源，因此不能达到节能的目的，此外本发动机中压缩空气做功后直接排放，排放后的压缩空气没有充分利用，造成能源的浪费。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种不需要燃烧、无污染、节约能源的空气动力引擎总成。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种空气动力引擎总成，包括发动机壳体、底壳、气缸体、缸盖、安装气缸体内的活塞、连杆、曲轴、气门组件，所述曲轴上安装有曲轴正时齿轮，曲轴正时齿轮啮合安装在凸轮轴上的正时齿轮，所述凸轮轴安装在发动机壳体上，所述凸轮轴的凸轮上铰接有顶杆，所述顶杆的上部连接气门组件，所述气门组件主要包括连接顶杆的摇背，所述摇背安装摇背支座上，所述摇背通过摇背轴安装在缸盖上，所述摇背的前端连接气门杆、所述气门杆的下端为气门，所述气门与安装在缸盖上的气门座配合，以及气门弹簧；与发动机壳体内气缸体相连接的进气总管和排气总管；所述缸盖上设有与自然风进气管和排气总管相连通的进气通道和排气通道；所述缸盖上还设有高压进气通道，所述高压进气通道通过高压气源控制装置连接高压气源，以及安装在曲轴输出端的飞轮、离合器和变速箱，其特征在于：所述进气总管和排气总管之间安装涡轮增压器，所述涡轮增压器的进气端与大气相连，所述涡轮增压器连接发电机，所述发电机连接蓄电池；所述涡轮增压器的尾气排放管上安装有梯级布局的涡轮发电机组，所述涡轮发电机组连接蓄电池。
本发明还可以采用如下技术措施：
所述缸盖的高压进气通道的下端设有台阶孔，所述台阶孔的内圆周设有卡簧槽，所述台阶孔内安装进气套和单向阀，所述进气套的下端延伸出缸盖的下表面，所述进气套通过安装在卡簧槽内的卡簧嵌装在台阶孔内，所述正对进气套的中心孔位置活塞的顶部设有增压槽，活塞位于上顶点时，进气套插装在增压槽内，所述进气套与增压槽的四周和下表面均留有出气间隙。
所述活塞的外圆周上还设有密封槽，所述密封槽内配装密封橡胶圈。
所述气门座和/或气门的配合面上至少一道密封凹槽，密封凹槽内配装密封橡胶圈。
所述高压气源控制装置包括三通式控制体，所述三通式控制体的两同轴接口的其中一接口安装有进气帽，所述进气帽内安装阀芯，所述阀芯的阀杆上套装有控制弹簧，所述控制弹簧的另一端坐装在三通式控制体端部内圆周面上的定位台上，所述进气帽的外端连接高压控制器，所述进气帽的内部设有通气孔，通气孔端设有锥度密封座口，所述通气孔的另一端正对阀芯，所述阀杆的另一端延伸到三通式控制体的内部；所述阀芯端面设有环形存气凹槽和锥形密封面，所述锥度密封座口和/或锥形密封面的配合面上至少一道密封凹槽，密封凹槽内配装密封橡胶圈，所述三通式控制体的另一同轴接口安装有活接头，活接头内连接有与气动式发动机进气口连接的进气管接头；所述三通式控制体的旁通连接高压气源；所述三通式控制体内设有可沿三通式控制体内孔滑动的活塞，所述活塞上设有连通三通接口的通气孔，所述活塞与进气管接头内端面之间设有复位弹簧，所述三通式控制体内圆周壁上设有活塞定位台，活塞在复位弹簧的作用下与活塞端面与活塞定位台端面密闭接触，所述活塞靠近阀芯的端面上设有中心盲孔，所述阀杆插装在中心盲孔内。
所述的进气帽内设有导向孔，所述阀芯的另一端设有导向杆，所述导向杆插装在进气帽内部的导向孔内，所述进气帽内部设置的通气孔分布的导向孔的外圆周。
所述的三通式控制体内设有导向孔，所述阀杆插装在三通式控制体内部的导向孔内，所述导向孔的外圆周分布有通气孔。
所述活塞的端面上设有密封凹槽，所述凹槽内配装有密封圈。
所述活塞的外圆周面上设有环槽。
所述高压控制器包括底板，底板上设有与恒压室相连进气孔；所述底板的上端通过紧固件安装有箱体，所述箱体内设有相互间隔的高压分配腔，所述高压分配腔内安装有气门，所述气门的上端连接顶杆，所述顶杆上套装有复位弹簧，所述箱体上设有与每个高压分配腔相连通的出气口，所述出气口通过高压输送管连接高压气源控制装置的进气帽，所述箱体上端通过紧固件安装上盖，所述上盖内安装有凸轮轴，所述凸轮轴的凸轮正对连接气门的顶杆对应，所述上盖外侧凸轮轴上安装正时齿轮，所述该正时齿轮啮合曲轴正时齿轮。
本发明具有的优点和积极效果是：1.由于本发明利用可再生、成本低、不污染环境的压缩空气作为动力源，此压缩空气在运转做功时不会发生燃烧爆炸，因而可适用于防火、防爆、高温等场合工作。
2、采用涡轮增压器可以使得发动机的进气后将空气压缩，这样就节约了恒压室内供给的高压空气，进而节约了压缩空气的做功、提高了能量的最大利用率。
3、采用梯级式涡轮发电，可以逐级储存尾气排放的能量，最大限度的收集压缩空气释放过程中能量，并将其转换为电能，该部分电能可以直接用于车载耗电装置，从电能消耗来讲，节约了部分电能。
另外，增加高压气源控制装置和高压控制器，这样更加准确合理控制高压气体的供给。
综上所述，本发明利用压缩空气做功具有不用任何燃料，没有废气排放、不污染环境、且运行可靠、操作方便经济实用等优点；此外重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是活塞安装结构示意图；
图4是气门安装结构示意图；
图5是高压气源控制装置结构示意图；
图6是进气帽结构示意图；
图7是图6的左视图；
图8是三通式控制体结构示意图；
图9是图8的左视图；
图10是活塞结构示意图；
图11是图10的左视图；
图12是图10的右视图；
图13是阀芯结构示意图；
图14是高压控制器结构示意图；
图15是高压控制器剖视图；
图16是高压控制器透视图。
图中：1、发动机壳体；2、底壳；3、气缸体；4、缸盖；5、活塞；5-1、增压槽；5-2、密封槽；6、连杆；7、曲轴；8、气门组件；8-1、摇背；8-2、摇背支座；8-3、摇背轴；8-4、气门杆；8-5、气门；8-6、气门座；8-7、密封凹槽；8-8、密封橡胶圈；9、曲轴正时齿轮；10、凸轮轴；11、正时齿轮；12、顶杆；13、进气总管；14、排气总管；15、自然风进气管；16、进气通道；17、排气通道；18、高压进气通道；18-1、台阶孔；18-2、卡簧槽；18-3、进气套；18-4、单向阀；18-5、卡簧；19、高压气源控制装置；19-1、三通式控制体；19-2、进气帽；19-21、通气孔；19-22、锥度密封座口；19-3、阀芯；19-31、阀杆；19-32、导向杆；19-33、环形存气凹槽；19-34、锥形密封面；19-35、密封橡胶圈；19-4、控制弹簧；19-5、定位台；19-6、活接头；19-7、进气管接头；19-8、活塞；19-80、密封凹槽；19-81、密封圈；19-82、通气孔；19-83、环槽；19-9、复位弹簧；19-10、活塞定位台；20、飞轮；21、离合器；22、涡轮增压器；23、发电机；24、蓄电池；25、涡轮发电机组；26、蓄电池；27、高压控制器；27-1、底板；27-2、进气孔；27-3、箱体；27-4、高压分配腔；27-5、气门；27-6、顶杆；27-7、复位弹簧；27-8、出气口；27-9、上盖；27-10、凸轮轴；27-11、顶杆；27-12、正时齿轮；27-13、定位台阶；28、高压导管；29、变速箱。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1和图2，一种空气动力引擎总成，包括发动机壳体1、底壳2、气缸体3、缸盖4、安装气缸体内活塞5和连杆6、曲轴7、气门组件8，所述曲轴7上安装有曲轴正时齿轮9，曲轴正时齿轮9啮合安装在凸轮轴10上的正时齿轮11，所述凸轮轴10安装在发动机壳体1上，所述凸轮轴10的凸轮上铰接有顶杆12，所述顶杆12的上部连接气门组件8，所述气门组件8主要包括连接顶杆12的摇背8-1，所述摇背8-1安装摇背支座8-2上，所述摇背8-1通过摇背轴8-3安装在缸盖4上，所述摇背8-1的前端连接气门杆8-4、所述气门杆8-4的下端为气门8-5，所述气门8-5与安装在缸盖4上的气门座8-6配合，以及气门弹簧；与发动机壳体1内气缸体相连接的进气总管13和排气总管14；所述缸盖4上设有与自然风进气管15和排气总管14相连通的进气通道16和排气通道17；所述缸盖4上还设有高压进气通道18，所述高压进气通道18通过高压气源控制装置19连接高压气源，以及安装在曲轴7输出端的飞轮20、离合器21和变速箱29，所述进气总管13和排气总管14之间安装涡轮增压器22，所述涡轮增压器的进气端通过自然风进气管15与大气相连，所述涡轮增压器22连接发电机23，所述发电机23连接蓄电池24；所述涡轮增压器22的尾气排放管上安装有梯级布局的涡轮发电机组25，所述涡轮发电机组25连接蓄电池26。
上述机构中，请参阅3和图4；所述缸盖4的高压进气通道18的下端设有台阶孔18-1，所述台阶孔18-1的内圆周设有卡簧槽18-2，所述台阶孔18-1内安装进气套18-3和单向阀18-4，所述进气套18-3的下端延伸出缸盖4的下表面，所述进气套18-3通过安装在卡簧槽18-2内的卡簧18-5嵌装在台阶孔18-1内，所述正对进气套的中心孔位置活塞5的顶部设有增压槽5-1，活塞5位于上顶点时，进气套18-3插装在增压槽5-1内，所述进气套18-3与增压槽5-1的四周和下表面均留有出气间隙。
由于动力源采用高压空气，因此使得活塞外表面增加密封圈成为现实，因此为了提高气密性，在所述活塞5的外圆周上还设有密封槽5-2，所述密封槽5-2内配装密封橡胶圈5-3。
根据上述原理，在所述气门座8-6和/或气门8-5的配合面上至少一道密封凹槽8-7，密封凹槽内配装密封橡胶圈8-8。
请参阅图5至图13；所述高压气源控制装置19包括三通式控制体19-1，所述三通式控制体的两同轴接口的其中一接口安装有进气帽19-2，所述进气帽内安装阀芯19-3，所述阀芯的阀杆19-31上套装有控制弹簧19-4，所述控制弹簧19-4的另一端坐装在三通式控制体19-1端部内圆周面上的定位台19-5上，所述进气帽19-2的外端通过高压导管28连接高压控制器27，所述进气帽19-2的内部设有通气孔19-21，所述通气孔的另一端正对阀芯，通气孔端设有锥度密封座口19-22，所述阀杆的另一端延伸到三通式控制体19-1的内部；所述阀芯端面设有环形存气凹槽19-33和锥形密封面19-34，所述锥度密封座口19-21和/或锥形密封面19-34的配合面上至少一道密封凹槽，密封凹槽内配装密封橡胶圈19-35，所述三通式控制体19-1的另一同轴接口安装有活接头19-6，活接头19-6内连接有与气动式发动机进气口连接的进气管接头19-7；所述三通式控制体19-1的旁通连接高压气源；所述三通式控制体内设有可沿三通式控制体内孔滑动的活塞19-8，所述活塞19-8上设有连通三通接口的通气孔19-82，所述活塞19-8与进气管接头内端面之间设有复位弹簧19-9，所述三通式控制体内圆周壁上设有活塞定位台19-10，活塞19-8在复位弹簧19-9的作用下与活塞端面与活塞定位台端面密闭接触，所述活塞19-8靠近阀芯的端面上设有中心盲孔，所述阀杆19-31插装在中心盲孔内。
在初始状态下，本发明是出于关闭不通气状态，这时，控制弹簧压紧阀芯保持密闭，复位弹簧顶紧活塞，使得旁通关闭；当进气帽端接到高压气源控制器供气后，此时阀芯在高压气体的作用下被打开，于此同时在阀杆的推动下活塞同向移动，这样旁通的高压气源就可进气帽端的高压气源混合后一起通过活塞上的通气孔进入发动机内做工，通过上述的结构设计不仅可以补充气压损失，而且还可以实现气压的均匀。当进气帽端的气压消失或者减小时，复位弹簧就会起到复位作用，进而关闭高压气源。上述结构中还可以通过调节两个弹簧的预应力，来达到控制气源供给压力的目的。
为了保证阀芯运动时不跑偏，受力均匀，在所述的进气帽19-2内设有导向孔，所述阀芯19-3的另一端设有导向杆19-32，所述导向杆插装在进气帽内部的导向孔内，所述进气帽19-2内部设置的通气孔分布的导向孔的外圆周。
为了实现在常态下旁通的密封性，在所述活塞19-8的端面上设有密封凹槽19-80，所述凹槽19-80内配装有密封圈19-81。
所述活塞的外圆周面上设有环槽19-83。
上述结构中，请参阅图14至图16，所述高空气动力引擎总成还包括高压控制器27，所述高压控制器27包括底板27-1，底板27-1上设有与恒压室相连进气孔27-2；所述底板的上端通过紧固件安装有箱体27-3，所述箱体27-3内设有相互间隔的高压分配腔27-4，所述高压分配腔内安装有气门27-5，所述气门的上端连接顶杆27-6，所述顶杆上套装有复位弹簧27-7，所述箱体上设有与每个高压分配腔相连通的出气口27-8，所述出气口通过高压输送管连接高压气源控制装置的进气帽19-2，所述箱体27-3上端通过紧固件安装上盖27-9，所述上盖27-9内安装有凸轮轴27-10，凸轮轴上设有定位台阶27-13，所述凸轮轴的凸轮正对连接气门的顶杆27-11对应，所述上盖27-9外侧凸轮轴上安装正时齿轮27-12，所述该正时齿轮27-12啮合曲轴正时齿轮9。
综上所述本发明具有结构简单、设计合理、控制高压气源均匀供给、补充气压损耗、节约能源等优点。
以上所述仅为本发明的较佳施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，均落入本发明的技术范围。
Claims (10)
1.一种空气动力引擎总成，包括发动机壳体、底壳、气缸体、缸盖、安装气缸体内的活塞、连杆、曲轴、气门组件，所述曲轴上安装有曲轴正时齿轮，曲轴正时齿轮啮合安装在凸轮轴上的正时齿轮，所述凸轮轴安装在发动机壳体上，所述凸轮轴的凸轮上铰接有顶杆，所述顶杆的上部连接气门组件，所述气门组件主要包括连接顶杆的摇背，所述摇背安装摇背支座上，所述摇背通过摇背轴安装在缸盖上，所述摇背的前端连接气门杆、所述气门杆的下端为气门，所述气门与安装在缸盖上的气门座配合，以及气门弹簧；与发动机壳体内气缸体相连接的进气总管和排气总管；所述缸盖上设有与自然风进气管和排气总管相连通的进气通道和排气通道；所述缸盖上还设有高压进气通道，所述高压进气通道通过高压气源控制装置连接高压控制器，以及安装在曲轴输出端的飞轮、离合器和变速箱，其特征在于：所述进气总管和排气总管之间安装涡轮增压器，所述涡轮增压器的进气端与大气相连，所述涡轮增压器连接发电机，所述发电机连接蓄电池；所述涡轮增压器的尾气排放管上安装有梯级布局的涡轮发电机组，所述涡轮发电机组连接蓄电池。
2.根据权利要求1所述的空气动力引擎总成，其特征在于：所述缸盖的高压进气通道的下端设有台阶孔，所述台阶孔的内圆周设有卡簧槽，所述台阶孔内安装进气套和单向阀，所述进气套的下端延伸出缸盖的下表面，所述进气套通过安装在卡簧槽内的卡簧嵌装在台阶孔内，所述正对进气套的中心孔位置活塞的顶部设有增压槽，活塞位于上顶点时，进气套插装在增压槽内，所述进气套与增压槽的四周和下表面均留有出气间隙。
3.根据权利要求2所述的空气动力引擎总成，其特征在于：所述活塞的外圆周上还设有密封槽，所述密封槽内配装密封橡胶圈。
4.根据权利要求2所述的空气动力引擎总成，其特征在于：所述气门座和/或气门的配合面上至少一道密封凹槽，密封凹槽内配装密封橡胶圈。
5.根据权利要求1或2所述的空气动力引擎总成，其特征在于：所述高压气源控制装置包括三通式控制体，所述三通式控制体的两同轴接口的其中一接口安装有进气帽，所述进气帽内安装阀芯，所述阀芯的阀杆上套装有控制弹簧，所述控制弹簧的另一端坐装在三通式控制体端部内圆周面上的定位台上，所述进气帽的外端通过高压导管连接高压控制器，所述进气帽的内部设有通气孔，通气孔端设有锥度密封座口，所述通气孔的另一端正对阀芯，所述阀杆的另一端延伸到三通式控制体的内部；所述阀芯端面设有环形存气凹槽和锥形密封面，所述锥度密封座口和/或锥形密封面的配合面上至少一道密封凹槽，密封凹槽内配装密封橡胶圈，所述三通式控制体的另一同轴接口安装有活接头，活接头内连接有与气动式发动机进气口连接的进气管接头；所述三通式控制体的旁通连接高压气源；所述三通式控制体内设有可沿三通式控制体内孔滑动的活塞，所述活塞上设有连通三通接口的通气孔，所述活塞与进气管接头内端面之间设有复位弹簧，所述三通式控制体内圆周壁上设有活塞定位台，活塞在复位弹簧的作用下与活塞端面与活塞定位台端面密闭接触，所述活塞靠近阀芯的端面上设有中心盲孔，所述阀杆插装在中心盲孔内。
6.根据权利要求5所述的气动式发动机高压控制器，其特征在于：所述的进气帽内设有导向孔，所述阀芯的另一端设有导向杆，所述导向杆插装在进气帽内部的导向孔内，所述进气帽内部设置的通气孔分布的导向孔的外圆周。
7.根据权利要求5或6所述的气动式发动机高压控制器，其特征在于：所述的三通式控制体内设有导向孔，所述阀杆插装在三通式控制体内部的导向孔内，所述导向孔的外圆周分布有通气孔。
8.根据权利要求5所述的气动式发动机高压控制器，其特征在于：所述活塞的端面上设有密封凹槽，所述凹槽内配装有密封圈。
9.根据权利要求5所述的气动式发动机高压控制器，其特征在于：所述活塞的外圆周面上设有环槽。
10.根据权利要求或5所述的空气动力引擎总成，其特征在于：所述所述高压控制器包括底板，底板上设有与恒压室相连进气孔；所述底板的上端通过紧固件安装有箱体，所述箱体内设有相互间隔的高压分配腔，所述高压分配腔内安装有气门，所述气门的上端连接顶杆，所述顶杆上套装有复位弹簧，所述箱体上设有与每个高压分配腔相连通的出气口，所述出气口通过高压输送管连接高压气源控制装置的进气帽，所述箱体上端通过紧固件安装上盖，所述上盖内安装有凸轮轴，所述凸轮轴的凸轮正对连接气门的顶杆对应，所述上盖外侧凸轮轴上安装正时齿轮，所述该正时齿轮啮合曲轴正时齿轮。
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