CN103437821A - 可补充压缩空气的空气发动机总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可补充压缩空气的空气发动机总成，应用于车辆，可补充压缩空气的空气发动机总成包括压缩空气收集装置、高压储气罐、恒压储气罐及驱动装置；若干个压缩空气收集装置固定于车辆的车轮轮毂上；高压储气罐上设置有用于与外界加气装置连通以补充压缩气体的进气管路，恒压储气罐分别与高压储气罐、驱动装置连通，且于恒压储气罐与高压储气罐连通的气路上设有稳压阀；高压储气罐与恒压储气罐分别连通于压缩空气收集装置。固定于车轮轮毂上的压缩空气收集装置在车辆行驶过程中，利用车轮与地面间的挤压力采集压缩空气，补充消耗的压缩空气，同时减少车轮与地面间的冲击力，减少车辆运行中的颠簸，提高减震效果。

Description

可补充压缩空气的空气发动机总成

技术领域

本发明涉及一种空气发动机，尤其涉及一种可补充压缩空气的空气发动机总成。

背景技术

依靠空气动力发动机驱动的车辆，在行驶过程中，空气发动机消耗压缩空气，产生驱动车辆行驶的动力。当压缩空气消耗完后，需要补充压缩空气才能继续工作。

在车辆的行驶过程中，依靠空气动力发动机消耗压缩空气产生的机械能中，部分并不能驱动车辆行驶，甚至产生车辆行驶的阻力。

因此，有必要对车辆行驶过程中的部分机械能收集以产生压缩空气，补充压缩空气的消耗，提高车辆行驶的里程。

发明内容

本发明的目的是提供一种在车辆行驶过程中，采集车辆的机械能以补充消耗的压缩空气，从而提高车辆行驶的里程。

为了实现上述目的，本发明公开了一种可补充压缩空气的空气发动机总成，应用于车辆，所述可补充压缩空气的空气发动机总成包括压缩空气收集装置、高压储气罐、恒压储气罐及驱动装置；若干个所述压缩空气收集装置固定于车辆的车轮轮毂上；所述高压储气罐上设置有用于与外界加气装置连通以补充压缩气体的进气管路，所述恒压储气罐分别与所述高压储气罐、所述驱动装置连通，且于所述恒压储气罐与所述高压储气罐连通的气路上设有稳压阀；所述高压储气罐与所述恒压储气罐分别连通于所述压缩空气收集装置，且于所述高压储气罐和所述压缩空气收集装置连通的气路上设置限压阀，于所述恒压储气罐和所述压缩空气收集装置连通的气路上设置顺序阀；所述驱动装置包括机体、主轴、飞轮和若干气缸，所述飞轮固定连接于所述主轴，所述飞轮的侧面均匀地设有若干驱动面，若干所述气缸固定于所述机体且所述气缸的输出端抵顶于所述驱动面；所述气缸分别与所述恒压储气罐连通，且各所述气缸与恒压储气罐连通的气路上设置有控制阀，所述空气发动机还包括用于测量主轴角位移的角位移传感器，所述角位移传感器根据主轴角位移控制所述控制阀接通或断开，从而控制所述气缸的输出端顺序推顶所述驱动面。

与现有技术相比，固定于车轮轮毂上的压缩空气收集装置在车辆行驶过程中，利用车轮与地面间的挤压力采集压缩空气，补充消耗的压缩空气，同时减少车轮与地面间的冲击力，减少车辆运行中的颠簸，提高减震效果；恒压储气罐通过与高压储气罐连通的限压阀保证恒压储气罐内压力恒定，经恒压储气罐流出的压缩气体压力恒定，使得驱动装置的动作状态稳定；飞轮的侧面均匀地设有若干驱动面，气缸的输出端依次推顶若干驱动面，气缸的推顶力与驱动面的支持力产生沿驱动面向下的驱动力，该驱动力驱动飞轮向与驱动力相反的方向转动。若干气缸依次推顶驱动面，使得驱动装置在工作过程中没有死点位置，避免发生无法启动的情况。

较佳的，所述压缩空气收集装置包括固定筒、压缩活塞、抵压片及复位弹簧，所述固定筒设置有容置空腔，所述固定筒朝向车轮轴心的一端设有进气口及连通于所述高压储气罐、所述恒压储气罐的出气口；所述压缩活塞的外围匹配于所述容置空腔，所述压缩活塞插入所述容置空腔中，且与所述压缩活塞固定连接的活塞杆从所述固定筒背离车轮轴心的一端伸出所述容置空腔；所述抵压片凸出于车轮外侧，并固定连接于所述活塞杆；所述复位弹簧顶装在所述固定筒和所述抵压片之间；在车辆行驶过程中，车轮滚动，抵压片受到车辆重力与地面推顶，推动压缩活塞向内挤压，于容置空腔内产生压缩空气，压缩空气在压缩活塞推顶下经出气口进入高压储气罐或恒压储气罐。

具体地，所述抵压片呈以车轮的轴心为圆心的弧形；所述抵压片呈以车轮的轴心为圆心的弧形，进一步减少车辆在行驶过程中的冲击。

具体地，所述进气口设置有限定空气从大气向所述容置空腔单向流动的第一单向阀，所述出气口设置有限定压缩空气从所述容置空腔向所述高压储气罐或所述恒压储气罐单向流动的第二单向阀；所述第一单向阀防止压缩活塞向内挤压的过程时，容置空腔内的气体经进气口流入大气，而无法产生压缩空气，所述第二单向阀防止高压储气罐或恒压储气罐内的压缩空气倒流入压缩空气收集装置。

较佳的，所述飞轮的侧面向外倾斜延伸形成若干均匀排布的驱动面。

较佳的，所述飞轮的侧面均匀地固定有若干抵顶块，若干所述抵顶块的外侧面均与所述飞轮的侧面呈夹角设置，所述外侧面形成所述驱动面。

具体地，所述驱动面凸出于所述飞轮侧面；所述驱动面凸出于所述飞轮侧面，避免气缸的输出端推顶所述驱动面时，气缸的输出端与飞轮发生干涉。

较佳的，任一所述驱动面的末端所在飞轮半径与沿所述飞轮转动方向上的下一所述驱动面的起始端所在飞轮半径之间形成第一夹角，相邻的两所述气缸的输出端所在飞轮半径之间形成第二夹角，所述第一夹角小于所述第二夹角；在飞轮转动过程中，一气缸的输出端推顶所述驱动面至驱动面的末端之前，相邻的另一气缸的输出端即开始推顶下一所述驱动面，使得在飞轮转动的过程中，随时被气缸驱动。

较佳的，若干所述驱动面均相对所述飞轮呈顺时针方向或逆时针方向设置；若干所述驱动面的方向相同，使得飞轮和主轴一直朝向顺时针方向或逆时针方向转动。

附图说明

图1为本发明可补充压缩空气的空气发动机总成的结构示意图。

图2为图1中S部的放大图。

图3为驱动装置的结构示意图。

图4为本发明可补充压缩空气的空气发动机总成第一实施例驱动装置的内部结构示意图。

图5为本发明可补充压缩空气的空气发动机总成第二实施例驱动装置的内部结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

图1-图4所示为本发明第一实施例。

如图1所示的可补充压缩空气的空气发动机总成，包括压缩空气收集装置100、高压储气罐200、恒压储气罐300及驱动装置400。压缩空气收集装置100均匀排布并固定于车轮轮毂上；高压储气罐200上设置有用于与外界加气装置连通以补充压缩气体的进气管路210，恒压储气罐300分别与高压储气罐200、驱动装置400连通，且于恒压储气罐300与高压储气罐200连通的气路上设有稳压阀A；高压储气罐200与恒压储气罐300分别连通于压缩空气收集装置100。恒压储气罐300从高压储气罐200及压缩空气收集装置100获取恒定压力的压缩气体，以驱动驱动装置400，从而驱动车辆。结合图2-图4所示，更具体地：

压缩空气收集装置100共有8个，8个压缩空气收集装置100均匀排布于车轮轮毂上。如图2所示，压缩空气收集装置100包括固定筒110、压缩活塞120、抵压片130、活塞杆140和复位弹簧150，固定筒110固定于车轮轮毂且固定筒110设置有容置空腔110a，固定筒110朝向车轮轴心的一端设有进气口111和出气口112，进气口111连通大气与容置空腔110a，出气口112用于连通容置空腔110a和高压储气罐200及恒压储气罐300，具体地，8个出气口112均与总气路160相连通，总气路160通过两分支气路220和310分别连通于高压储气罐200和恒压储气罐300；压缩活塞120的外围匹配于容置空腔110a，压缩活塞120插入容置空腔110a中，活塞杆140固定连接于压缩活塞120，且活塞杆140从固定筒110背离车轮轴心的一端伸出容置空腔110a；抵压片130凸出于车轮外侧，抵压片130呈以车轮轴心为半径的弧形，抵压片130固定于活塞杆140的一端，从而使得抵压片130固定于压缩活塞120；复位弹簧150套设于固定筒110上，且复位弹簧150的两端分别抵顶于固定筒110和抵压片130。在车辆行驶过程中，车轮转动至一抵压片130位于车轮与地面之间时，固定筒110随车辆在重力作用下向下动作，该抵压片130被地面的支持力推顶，通过活塞杆140推动压缩活塞120向固定筒110内侧挤压，于容置空腔110a内产生压缩空气，压缩空气在压缩活塞120推顶下经出气口112进入总气路160，随后进入高压储气罐200或恒压储气罐300；车轮转动继续转动，至该抵压片130不位于车轮与地面之间时，复位弹簧150推顶抵压片130向外动作，空气从进气口111进入容置空腔110a中。车辆行驶过程中，8个抵压片130依次受力，推顶活塞杆140向固定筒110内侧挤压产生压缩空气，压缩空气经出气口112进入高压储气罐200或恒压储气罐300。

于分支气路220上设置有限压阀B，限压阀B用于控制分支气路220的导通或断开，当与总气路160相通一侧的管内压力达到目标压力时，导通分支气路220，当与总气路160相通一侧的管内压力未达到目标压力时，断开分支气路220；于分支气路310上设置有顺序阀C，当限压阀B未导通分支气路220时，顺序阀C导通分支气路310，具体地，顺序阀C为单向顺序阀，限定分支气路310内压缩空气始终从压缩空气收集装置100流入恒压储气罐300。目标压力优选为15MP。

进一步地，进气口111设置有限定空气从大气向容置空腔110a单向流动的第一单向阀D，出气口112设置有限定压缩空气从容置空腔110a向总气路160单向流动的第二单向阀E；第一单向阀D防止压缩活塞120向内挤压的过程时，容置空腔110a内的气体经进气口111流入大气而无法产生压缩空气，第二单向阀E防止进入总气路160的压缩空气倒流入容置空腔110a。

高压储气罐200可以是具有足够容量的一个、二个、三个或更多个高压气罐以串联或并联的形式组合而成，根据应用场合的实际需要，确定高压储气罐200的组成气罐数。高压储气罐200连接到恒压储气罐300，且高压储气罐200与恒压储气罐300之间的连接气路上设置有稳压阀A，稳压阀A用于调节恒压储气罐300内压力，使得恒压储气罐300内压力低于高压储气罐200内压力，且恒压储气罐300内压力恒定。存储于恒压储气罐300的恒压气体用以驱动驱动装置400工作，从而保证驱动装置400工作状态比较稳定。进一步地，高压储气罐200上设置有用于与外界加气装置连通以补充压缩气体的进气管路210，当压缩空气不足、高压储气罐200内压力不足以供给恒压储气罐300内以恒定压力时，通过进气管路210补充高压空气。进一步地，于进气管路210、高压储气罐200与恒压储气罐300的连通气路上分别设有压力计（图中未示），压力计用于测定高压储气罐200和恒压储气罐300内的压力，当检测压力不足时，提醒用户以及时补充压缩空气。进一步地，当高压储气罐200内气体压力达到35MP时，视为高压储气罐200内气体充满，停止充气；高压储气罐200通过稳压阀A使得恒压储气罐300内气体保持在20MP。

如图3及图4所示，驱动装置400包括机体410、主轴420、气缸430和飞轮440。具体地：

机体410具有内腔410a，主轴420可转动连接于机体410，使得部分主轴420位于内腔410a内。具体地，机体410的两侧壁上对称设置有轴承，主轴420穿设于机体410并通过轴承与机体410可转动连接。

飞轮440位于内腔410a内，且飞轮440通过连接键与主轴420固定连接，从而使得飞轮440转动时，带动主轴420同步转动。飞轮440的侧面均匀地固定有三个抵顶块441，三抵顶块441的外侧面441a均与飞轮440的侧面呈夹角设置，该外侧面441a形成驱动面。三驱动面441a均相对飞轮440呈逆时针方向设置，以保证主轴420和飞轮440均朝向逆时针方向转动；当然，三驱动面441a亦可均相对飞轮440呈顺时针方向设置，此时，主轴420和飞轮440均朝向顺时针方向转动。进一步地，驱动面441a凸出于飞轮440侧面。

气缸430具有四个，四个气缸430均固定于机体410的侧壁上。气缸430绕飞轮440均匀排布，且气缸430的输出端432伸入内腔410a并抵顶于驱动面441a。进一步地，气缸430的输出端432的中心轴线穿过飞轮440的轴心线。四个气缸430分别与恒压储气罐300连通，且于四个气缸430与恒压储气罐300的连通气路上分别设置有控制阀F。角位移传感器测量主轴420转动的角位移量，并根据测得的角位移量控制控制阀F接通或断开，从而控制气缸430的输出端432顺序推顶驱动面441a。

具体地，任一驱动面441a的末端所在飞轮半径与沿飞轮440转动方向上的下一驱动面441a的起始端所在飞轮半径之间形成第一夹角α，相邻两气缸430的输出端432所在飞轮半径之间形成第二夹角β，第一夹角α小于第二夹角β。在飞轮440转动过程中，一气缸430的输出端432推顶一驱动面441a至末端之前，相邻的另一气缸430的输出端432即开始推顶下一驱动面441a。飞轮440在转动的过程中，随时被气缸430驱动。

在本实施例中，气缸430的数量为4个，抵顶块441的数量为3个。当然，气缸430与抵顶块441的数量可以根据需要任意设置，只需保证任一时刻至少有一气缸430的输出端推顶一驱动面441a，使得飞轮440在转动过程中一直保持被气缸430驱动的状态即可。

结合图1-图4所示，本发明提供的可补充压缩空气的空气发动机总成第一实施例的工作过程具体为：

高压储气罐200通过稳压阀A供给恒压储气罐300以恒定压力的压缩空气，角位移传感器测量检测主轴420的初始位置，并根据检测结果控制四个控制阀F的接通或断开；至少一控制阀F呈接通状态，压缩气体驱动与其连通的气缸430动作，驱动输出端432向外伸出，推顶驱动面441a；驱动面441a上受到沿穿过飞轮440轴心线的推顶力F，于驱动面441a上产生垂直于驱动面441a的支持力N，推顶力F与支持力N产生沿驱动面441a向下的驱动力f，由于气缸430固定，驱动力f驱使飞轮440向与驱动力f相反的方向转动；飞轮440带动主轴420转动；角位移传感器测量主轴420转动的角位移量，并根据测得的角位移量控制四个控制阀F顺序接通或断开，从而控制气缸430的输出端432顺序推顶驱动面441a，使得飞轮440在转动过程中一直受到气缸430的输出端432的推顶，使得飞轮440和主轴420持续转动，驱动车辆行驶。

在车辆行驶过程中，车轮转动至一抵压片130位于车轮与地面之间时，固定筒110随车辆在重力作用下向下动作，该抵压片130被地面的支持力推顶，通过活塞杆140推动压缩活塞120向固定筒110内侧挤压，于容置空腔110a内产生压缩空气，压缩空气在压缩活塞120推顶下经出气口112进入总气路160，当压缩空气的压力大于15MP时，限压阀B导通，压缩空气经分支气路220进入高压储气罐200；当压缩空气的压力小于或等于15MP时，顺序阀C导通，压缩空气经分支气路310进入恒压储气罐300；当车轮转动至该抵压片130离开车轮与地面之间时，在复位弹簧150的推顶下，抵压片130带动压缩活塞120向固定筒110外侧动作，空气经进气口111进入容置空腔110a。

固定于车轮轮毂上的压缩空气收集装置100在车辆行驶过程中，利用车轮与地面间的挤压力采集压缩空气，补充消耗的压缩空气，同时减少车轮与地面间的冲击力，减少车辆运行中的颠簸，提高减震效果；恒压储气罐300通过与高压储气罐200连通的限压阀A保证恒压储气罐300内压力恒定，经恒压储气罐300流出的压缩气体压力恒定，使得驱动装置400的动作状态稳定；飞轮440的侧面均匀地设有三个驱动面441a，气缸430的输出端432依次推顶三个驱动面441a，气缸430的推顶力与驱动面441a的支持力产生沿驱动面441a向下的驱动力；由于气缸430固定于机体410上，该驱动力驱动飞轮440向与驱动力相反的方向转动。四个气缸430依次推顶飞轮440的驱动面441a，使得驱动装置400在工作过程中没有死点位置，避免发生无法启动的情况。

图1-图3及图5所示为本发明第二实施例。

与第一实施例的区别仅在于驱动装置400’。具体地，飞轮440’的侧面向外倾斜延伸形成三个均匀排布的驱动面441a’,三驱动面441a’均相对飞轮440’呈逆时针方向设置。当然，三驱动面441a’亦可均相对飞轮440’呈顺时针方向设置。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种可补充压缩空气的空气发动机总成，应用于车辆，其特征在于，所述可补充压缩空气的空气发动机总成包括压缩空气收集装置、高压储气罐、恒压储气罐及驱动装置；若干个所述压缩空气收集装置固定于车辆的车轮轮毂上；所述高压储气罐上设置有用于与外界加气装置连通以补充压缩气体的进气管路，所述恒压储气罐分别与所述高压储气罐、所述驱动装置连通，且于所述恒压储气罐与所述高压储气罐连通的气路上设有稳压阀；所述高压储气罐与所述恒压储气罐分别连通于所述压缩空气收集装置，且于所述高压储气罐和所述压缩空气收集装置连通的气路上设置限压阀，于所述恒压储气罐和所述压缩空气收集装置连通的气路上设置顺序阀；所述驱动装置包括机体、主轴、飞轮和若干气缸，所述飞轮固定连接于所述主轴，所述飞轮的侧面均匀地设有若干驱动面，若干所述气缸固定于所述机体且所述气缸的输出端抵顶于所述驱动面；所述气缸分别与所述恒压储气罐连通，且各所述气缸与恒压储气罐连通的气路上设置有控制阀，所述空气发动机还包括用于测量主轴角位移的角位移传感器，所述角位移传感器根据主轴角位移控制所述控制阀接通或断开，从而控制所述气缸的输出端顺序推顶所述驱动面。

2.如权利要求1所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，所述压缩空气收集装置包括：

固定筒，所述固定筒设置有容置空腔，所述固定筒朝向车轮轴心的一端设有进气口及连通于所述高压储气罐、所述恒压储气罐的出气口；

压缩活塞，所述压缩活塞的外围匹配于所述容置空腔，所述压缩活塞插入所述容置空腔中，且与所述压缩活塞固定连接的活塞杆从所述固定筒背离车轮轴心的一端伸出所述容置空腔；

抵压片，所述抵压片凸出于车轮外侧，并固定连接于所述活塞杆；以及

复位弹簧，顶装在所述固定筒和所述抵压片之间。

3.如权利要求2所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，所述抵压片呈以车轮的轴心为圆心的弧形。

4.如权利要求2所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，所述进气口设置有限定空气从大气向所述容置空腔单向流动的第一单向阀，所述出气口设置有限定压缩空气从所述容置空腔向所述高压储气罐或所述恒压储气罐单向流动的第二单向阀。

5.如权利要求1所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，所述飞轮的侧面向外倾斜延伸形成若干均匀排布的驱动面。

6.如权利要求1所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，所述飞轮的侧面均匀地固定有若干抵顶块，若干所述抵顶块的外侧面均与所述飞轮的侧面呈夹角设置，所述外侧面形成所述驱动面。

7.如权利要求6所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，所述驱动面凸出于所述飞轮侧面。

8.如权利要求1所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，任一所述驱动面的末端所在飞轮半径与沿所述飞轮转动方向上的下一所述驱动面的起始端所在飞轮半径之间形成第一夹角，相邻的两所述气缸的输出端所在飞轮半径之间形成第二夹角，所述第一夹角小于所述第二夹角。

9.如权利要求1所述的可补充压缩空气的空气发动机总成，其特征在于，若干所述驱动面均相对所述飞轮呈顺时针方向或逆时针方向设置。

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