CN103362555B - 空气能循环发动机 - Google Patents

Abstract

空气能循环发动机，包括气体储能装置、发动机供气控制装置、电磁阀气体控制系统、发电充供蓄电装置、四缸空气能循环发动机机体、发动机启动装置、供气循环控制装置、离变传动输出装置；其特征是，所述发动机供气控制装置包括减压阀表总成、缓冲罐、气体流量控制阀、气体流量表总成、气体热交换器。本发明采用电子程序控制系统和器件的结构优化，其结构新颖、操作方便、节能环保、无高温、安全性高，能在许多不利环境下工作，特别是它可以满足现阶段空气污染严重和石油紧缺的迫切需要。在未来的应用领域及为广泛，并可适用于各种机动车辆，取代现有耗能污染的燃油发动机，具有广阔的市场前景。

Description

空气能循环发动机

技术领域

本发明涉及一种能源机械技术领域，尤其是涉及一种以压缩空气作为“燃料”的空气能循环发动机。

背景技术

随着社会的发展，发动机是人们不可缺少动力机械，尤其是燃油发动机动力机械最为成熟，最为普及广泛，的确燃油发动机动力机械给人们的生活带来了方便快捷，但燃油发动机动力机械在作功完成后，所产生废气排放到大气中，这给环境造成污染，又给人们身体健康带来负面的影响。由于燃油发动机动力机械也在不但地日益迅猛增加，燃油也在不但消耗，使石油能源日益紧张，石油原料价格一再飙升，更是自然燃料能源的大量消耗临近枯竭和造成环境严重的污染，已是摆在世界各国面前的重点问题，因为，能源是现代社会赖以生存和发展的基础，面对自然燃料能源的大量消耗面临枯竭，紧缺的情况下，对于燃油发动机动力机械所产生的种种问题，促使世界各国的科学界对新能源，新动力的研究探讨，如核能、太阳能、风能、氢能、地热能、海洋能、生物质能、压缩空气储能等等，最为关注的是压缩空气储能，它最具有发展推广应用性，是取之不尽用之不竭的清洁环保能源，所有用燃油发动机的动力机械，在社会发展时代不论怎样“细水长流”，自然能源石油煤炭早晚都会用完的。最终会成为永不动的机器。

最早时法国设计师于1991年至1998年研究，推出了第一台压缩空气动力汽车样车，随后其他个别国家以及我国几所高等院校陆续开发出压缩空气发动机部分样机，大都存在着不同程度的问题。就现有国内外的空气发动机，所用的储气罐体积庞大，续航能力低，当气体消耗压力较低时，需要在加气站等待加足气方可再工作，其效率低，储气罐占用空间大等，功能和效率的欠佳。

发明内容

本发明目的是提供一种以压缩空气作为“燃料”的排气零污染、低能耗空气能循环发动机。以解决现有技术所存在的燃油发动机排放有害气体及使用成本较高、发动机续航能力差等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：空气能循环发动机，包括气体储能装置、发动机供气控制装置、电磁阀气体控制系统、发电充供蓄电装置、四缸空气能循环发动机机体、发动机启动装置、供气循环控制装置、离变传动输出装置；所述气体储能装置包括储气罐、加气阀接口、储气罐开关阀、储气罐安全阀；其中储气罐开关阀和减压阀表总成之间设有储气罐安全阀；所述发动机供气控制装置包括减压阀表总成、缓冲罐、气体流量控制阀、气体流量表总成、气体热交换器，其中减压阀表总成的进气口与储气罐安全阀接通，该减压阀表总成的出气口与缓冲罐的进气口连接；所述发电充供蓄电装置包括交流发电机、整流充电稳压模块、蓄电池；其中整流充电稳压模块分别与传动供气分路光电传感器组件、单片机程控器、气体控制电磁阀总阀和气缸进气控制电磁阀连接；所述供气循环控制装置包括空气压缩机、压缩机电磁离合器、气压控制传感器；其中空气压缩机的出气口通过气压控制传感器与气体储能装置的储气罐安全阀连接；所述压缩机电磁离合器设有主动链轮、从动链轮，其中从动链轮与空气压缩机上的压缩机传动链轮链接；主动链轮与空气能循环发动机机体的输出轴轮链接；所述离变传动输出装置包括离合器变速箱、输出轴轮；其中离合器变速箱的输入轴与压缩机电磁离合器的主动链轮连接；该离合器变速箱的输出轴上固定有输出轴轮；所述离合器变速箱的输入轴上设有主动齿轮，该主动齿轮与发电机光电控制传动齿轮啮合。

作为优选，所述储气罐初始通过加气阀接口与充气装置连通，先将储气罐充满高压气源。该储气罐充气装置为高压空气压缩机。

作为优选，所述电磁阀气体控制系统包括，电机光电控制传动齿轮、供气分路光电传感器组件、单片机程控器、气体控制电磁阀总阀、气管三通接头、气体管路、电磁阀控制电线、气缸进气控制电磁阀。

作为优选，所述缓冲罐出气口的管路上依次连接有有气体流量控制阀、气体流量表总成、气体流量表和气体热交换器；该气体热交换器的出气口通过气体电磁阀总阀连接到气管三通接头的进气口，其中气管三通接头的出气口通过分支气缸气体管路分别与四缸空气能发动机机体的四个进气腔连通。

作为优选，所述缓冲罐设置有缓冲罐低压表、缓冲罐安全阀，缓冲罐低压表是观察减压调节阀调节工作气压压力，缓冲罐安全阀是控制减压调节阀压力调节的过高时排放气压。

作为优选，所述四缸空气能循环发动机机体的输出轴轮与离合变速箱传动链轮链接，该离合变速箱传动链轮的转轴上设有主动齿轮；所述主动齿轮与发电机光电控制传动齿轮啮合，发电机光电控制传动齿轮旋转并传动供气分路光电传感器组件光控轴轮；其中供气分路光电传感器组件的光电传感器接受到光控轴轮信号，输送给单片机程控器进行程序处理。

作为优选，所述传动供气分路光电传感器与单片机程控器连接，该单片机程控器分别与气体控制电磁阀总阀、气缸进气控制电磁阀、气压控制传感器、压缩机电磁离合器连接。

作为优选，所述四缸空气能循环发动机机体包括，气缸进气控制电磁阀、排气管、气缸 、活塞 、连杆 、曲轴；四缸空气能循环发动机机体上端设有四个进气腔气缸连通，进气腔口上安装有四个气缸进气控制电磁阀；其中四缸空气能发动机机体上侧端有四个排气腔，在排气腔口端连接有排气管。

作为优选，所述四缸空气能循环发动机机体与空气能循环发动机启动装置连接，该空气能循环发动机启动装置包括启动马达、启动齿轮、飞轮、输出轴。

本发明提供一种空气能循环发动机，利用空气介质来源方便，清洁，安全,易取,价廉，没有特殊的有害性能，没有起火危险，空气在地面上到处都有取之不尽的能源。采用了电子程序控制系统和器件的结构优化，其结构新颖、操作方便，节能环保，无高温，不怕超负荷所引起机件损坏，能在许多不利环境下工作。特别是它可以满足现阶段空气污染严重和石油紧缺的迫切需要。该空气能循环发动机无需外部辅助加气站设备加气，储气罐体积小，完全靠自助动力控制系统，循环往复的给发动机供气，解决了空气发动机续航能力，在未来的应用领域及为广泛，并可适用于各种机动车辆，取代现有耗能污染的燃油发动机，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明空气能循环发动机的结构示意图。

图中：1、储气罐，2、加气阀接口，3、储气罐开关阀，4、气压控制传感器，5、储气罐安全阀，6、减压阀总成，7、高压表，8、减压调节阀，9、低压表，10、缓冲罐，11、缓冲罐低压表，12、缓冲罐安全阀，13、气体流量控制阀，14、气体流量表总成，15、气体流量表，16、气体热交换器，17、气体控制电磁阀总阀，18、气管三通接头，19、电磁阀控制电线，20气体管路，21、气缸控制电磁阀，22、排气管，23、气缸，24、活塞，25、连杆，26、曲轴，27、飞轮，28、启动齿轮，29、电磁阀控制线，30、单片机程控器，31、单片机程控器控制线，32、启动马达，33、启动马达控制线，34、空气能循环发动机机体，35、输出轴轮，36、离合器变速箱，37、供气分路光电传感器组件，38、发电机光电控制传动齿轮，39、离合变速箱传动链轮，40、自动控制压缩机电磁离合器，41、发电机，42、压缩机传动链轮，43、整流充电稳压模块，44、蓄电池，45、空气压缩机，46、主动齿轮，47输出轴轮，48、从动链轮。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1是本发明空气能循环发动机的结构示意图。由图1可知，空气能循环发动机，主要由气体储能装置、发动机供气控制装置、电磁阀气体控制系统、发电充供蓄电装置、四缸空气能循环发动机机体、发动机启动装置、供气循环控制装置、离变传动输出装置等组成；所述气体储能装置包括储气罐1、加气阀接口2、储气罐开关阀3、储气罐安全阀5；其中储气罐1采用的是碳纤维气罐，加气阀接口2与储气罐1的进气口连接，该储气罐1通过加气阀接口2与高压空气压缩机的出气口（图中未画出）连通，储气罐1的出气口设有储气罐开关阀3，储气罐开关阀3和减压阀表总成7之间设有储气罐安全阀5，该气罐安全阀5用于监测储气罐1内的气压并自行排气。

发动机供气控制装置包括减压阀表总成6、缓冲罐10、气体流量控制阀13、气体流量表总成14、气体热交换器16，其中减压阀表总6成配置有高压表7、减压调节阀8、低压表9，其中高压表7检测储气罐1内的额定压力，减压调节阀8用于将高压气压调节到5Mpa的工作气压范围内。减压阀表总6成的进气口与储气罐安全阀5接通，该减压阀表总成6的出气口与缓冲罐10的进气口连接；缓冲罐10设置有缓冲罐低压表11、缓冲罐安全阀12，缓冲罐低压表11是观察减压调节阀8调节工作气压压力，缓冲罐安全阀12是控制减压调节阀8压力调节的过高时排放气压。缓冲罐10出气口的管路上依次连接有气体流量控制阀13、气体流量表总成14、气体流量表15和气体热交换器16；该气体热交换器16的出气口通过气体电磁阀总阀17连接到气管三通接头18的进气口，其中气管三通接头18的出气口通过分支气缸气体管路20分别与四缸空气能发动机机体34的四个进气腔连通。

四缸空气能循环发动机机体34包括气缸进气控制电磁阀21、排气管22、气缸23 、活塞24 、连杆25 、曲轴26；四缸空气能循环发动机机体34上端设有四个进气腔气缸连通，进气腔口上安装有四个气缸进气控制电磁阀21；其中四缸空气能发动机机体34上侧端有四个排气腔，在排气腔口端连接有排气管22。四缸空气能循环发动机机体34与空气能循环发动机启动装置连接，该空气能循环发动机启动装置包括启动马达32、启动齿轮28、飞轮27。

电磁阀气体控制系统发包括电机光电控制传动齿轮38、供气分路光电传感器组件37、单片机程控器30、气体控制电磁阀总阀17、气管三通接头18、气体管路20、电磁阀控制电线19、气缸进气控制电磁阀21。空气能发动机传动齿轮38旋转并传动供气分路光电传感器组件37光控轴轮；其中供气分路光电传感器组件37的光电传感器接受到光控轴轮信号，输送给单片机程控器30进行程序处理。传动供气分路光电传感器37与单片机程控器30通过单片机控制线31连接，该单片机程控器30通过电磁阀控制线29、19分别与气体控制电磁阀总阀18、气缸进气控制电磁阀21、气压控制传感器4、压缩机电磁离合器40连接。

供气循环控制装置包括空气压缩机45、压缩机电磁离合器40、气压控制传感器4；其中空气压缩机45的出气口通过气压控制传感器4与气体储能装置的储气罐安全阀5连通；所述压缩机电磁离合器40设有主动链轮39、从动链轮48，其中从动链轮48与空气压缩机45上的压缩机传动链轮42链接；主动链轮39与空气能循环发动机机体34的输出轴轮47链接。离变传动输出装置包括离合器变速箱36、输出轴轮35；其中离合器变速箱36的输入轴与压缩机电磁离合器40的主动链轮39连接作为离合器变速箱传动轮；该离合器变速箱36的输出轴上固定有输出轴轮35；所述离合器变速箱36的输入轴上设有主动齿轮46，该主动齿轮46与发电机光电控制传动齿轮38啮合。

发电充供蓄电装置是给空气循环发动机电器控制电路提供维持稳定工作电源，该发电充供蓄电装置包括交流发电机41、整流充电稳压模块43、蓄电池44；其中整流充电稳压模块43分别与传动供气分路光电传感器组件37、单片机程控器30、气体控制电磁阀总阀18、气缸进气控制电磁阀21、压缩机电磁离合器40、气压控制传感器4连接，并提供传动供气分路光电传感器组件37、单片机程控器30、气体控制电磁阀总阀18、气缸进气控制电磁阀21、压缩机电磁离合器40、气压控制传感器4的稳定电源。交流发电机41上的发电机光电控制传动齿轮38通过与离合器变速箱36的输入轴上设有主动齿轮46啮合，通过在离合器变速箱36的输入轴上设有主动齿轮46旋转带动交流发电机41运转发电；通过整流充电稳压模块43整流后一方面给传动供气分路光电传感器组件37、单片机程控器30、气体控制电磁阀总阀18、气缸进气控制电磁阀21、压缩机电磁离合器40、气压控制传感器4的稳定电源，另一方面向蓄电池44充电。

工作过程：

储气罐1通过加气阀接口2连接高压空气压缩机,高压空气压缩机向储气罐1加压达到20Mpa的压缩空气，储气罐开关阀3接头管件经储气罐安全阀5与减压阀表总成6接通高压表7，当高压压缩机对储气罐1加压达到高压表7额定压力20Mpa时，关闭加气阀接口2和储气罐开关阀3及高压空气压缩机，在储气罐开关阀3和减压阀表总成6之间安装有一个储气罐安全阀5，当高压压缩机加气压力超过储气罐安全阀5设定压力值时，储气罐安全阀5就会自行排气，为防止储气罐1意外受到撞击发生爆炸，储气罐1采用的是碳纤维气罐，受撞后只是裂口排气。储气罐开关阀3接头管件经储气罐安全阀5与减压阀表总成6接通，减压阀表总成6配置器件有高压表7、减压调节阀8、低压表9，它是把高压气压经减压调节阀8调节到工作气压5Mpa范围内，气压流入缓冲罐10使气压保持稳定，没有波动，再调节气体流量控制阀13经气体流量表总成14和气体流量表15，调节到所需要的工作流量，再经空气热交换器16使换热后的空气输入到气体控制电磁阀总阀17。缓冲罐10设置有缓冲罐低压表11、缓冲罐安全阀12，缓冲罐低压表11是观察减压调节阀8调节工作气压压力，缓冲罐安全阀12是控制减压调节阀8压力调节的过高时排放气压。

单片机程控器30控制启动马达32启动，使启动齿轮28运转，带动飞轮27旋转，飞轮27中心孔是嵌套在曲轴轴26上，曲轴26也开始旋转，从而带动输出轴轮47开始转动；输出轴轮47转动并联动离合变速箱传动链轮39和主动齿轮46转动，主动齿轮46带动发电机光电控制传动齿轮38转动；传动供气分路光电传感器组件37光控轴轮同时开始工作，使供气分路光电传感器组件37的光电传感器接受到光控轴轮信号，输送给单片机程控器30进行程序处理后，分别控制气体控制电磁阀总阀17和气缸进气控制电磁阀21开启，对空气能循环发动机34的气缸23分别逐级循环进行供气。推动活塞24在气缸23内上下运动，活塞24下端与连杆25一端连接，另一端与曲轴25连接，在活塞24受到气压强力推动下，使活塞24上下运动，经连杆25上下推拉曲轴26旋转工作。曲轴26旋转带动输出轴轮47转动，通过主动齿轮46带动发电机光电控制传动齿轮38转动，从而使交流发电机41运转发电，交流发电机41通过整流充电稳压模块43整流后一方面给传动供气分路光电传感器组件37、单片机程控器30、气体控制电磁阀总阀18、气缸进气控制电磁阀21、压缩机电磁离合器40、气压控制传感器4的稳定电源，另一方面向蓄电池44充电。

空气能循环发动机输出轴轮47传动离合变速箱传动链轮39转动，从而带动离合器变速箱36工作，最终转换给输出轴轮35旋转拉动负载。在离合变速箱传动链轮39转动的同时，自动控制压缩机电磁离合器40也开始工作，自动控制压缩机电磁离合器40的从动链轮48与压缩机传动链轮42链接，通过气压控制传感器4和单片机程控器30控制自动控制压缩机电磁离合器40吸合和断开，使空气压缩机45工作和停机。气压控制传感器4是感应储气罐1里气压高低，当气压高于设定值时，气压控制传感器4将高气压信号传输给单片机程控器30，由单片机程控器30通过分析控制自动控制压缩机电磁离合器40，使空气压缩机45停机。

当储气罐1气压低于设定值时，气压控制传感器4传输低压信号给单片机程控器30，由单片机程控器30控制自动控制压缩机电磁离合器40，使空气压缩机45工作。同时，高压空气压缩机向储气罐1加气， 当储气罐1内的气压达到20Mpa的设定值后停止加气，储气罐1充满高压气后，气压控制传感器4将高气压信号传输给单片机程控器30，由单片机程控器30通过分析控制自动控制压缩机电磁离合器40，使空气压缩机45停机，通过储气罐1内的高压气体带动发动机工作。进而使空气能循环发动机34和空气压缩机45通过传动转换装置，达到供气循环的目的，大大增加空气能循环发动机的续航能力。

Claims (4)

1.空气能循环发动机，包括气体储能装置、发动机供气控制装置、电磁阀气体控制系统、发电充供蓄电装置、四缸空气能循环发动机机体、发动机启动装置、供气循环控制装置、离变传动输出装置；其中，气体储能装置包括储气罐、加气阀接口、储气罐开关阀、储气罐安全阀；发动机供气控制装置包括减压阀表总成、缓冲罐、气体流量控制阀、气体流量表总成、气体热交换器；其特征是，所述储气罐开关阀和减压阀表总成之间设有储气罐安全阀，减压阀表总成的进气口与储气罐安全阀接通，减压阀表总成的出气口与缓冲罐的进气口连接；所述发电充供蓄电装置包括交流发电机、整流充电稳压模块、蓄电池；其中整流充电稳压模块分别与传动供气分路光电传感器组件、单片机程控器、气体控制电磁阀总阀和气缸进气控制电磁阀连接；所述供气循环控制装置包括空气压缩机、压缩机电磁离合器、气压控制传感器；其中空气压缩机的出气口通过气压控制传感器与气体储能装置的储气罐安全阀连接；所述压缩机电磁离合器设有主动链轮、从动链轮，其中从动链轮与空气压缩机上的压缩机传动链轮链接；主动链轮与空气能循环发动机机体的输出轴轮链接；所述离变传动输出装置包括离合器变速箱、输出轴轮；离合器变速箱的输入轴与压缩机电磁离合器的主动链轮连接；该离合器变速箱的输出轴上固定有输出轴轮；所述离合器变速箱的输入轴上设有主动齿轮，该主动齿轮与发电机光电控制传动齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的空气能循环发动机，其特征是，所述电磁阀气体控制系统包括电机光电控制传动齿轮、供气分路光电传感器组件、单片机程控器、气体控制电磁阀总阀、气管三通接头、气体管路、电磁阀控制电线、气缸进气控制电磁阀。

3.根据权利要求1所述的空气能循环发动机，其特征是，所述缓冲罐的出气口管路依次连接有气体流量控制阀、气体流量表总成、气体流量表和气体热交换器；其中气体热交换器的出气口通过气体电磁阀总阀连接到气管三通接头的进气口，该气管三通接头的出气口通过分支气缸气体管路分别与四缸空气能发动机机体的四个进气腔连通。

4.根据权利要求2所述的空气能循环发动机，其特征是，所述供气分路光电传感器组件与单片机程控器连接，该单片机程控器分别与气体控制电磁阀总阀、气缸进气控制电磁阀、气压控制传感器、压缩机电磁离合器连接。