CN104295321A - 一种活塞式气动发动机系统 - Google Patents

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朱连兵
虞启辉
蔡茂林
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B29/00—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups
    • F01B29/08—Reciprocating-piston machines or engines not otherwise provided for
    • F01B29/10—Engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B25/00—Regulating, controlling, or safety means
    • F01B25/02—Regulating or controlling by varying working-fluid admission or exhaust, e.g. by varying pressure or quantity

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Abstract

本发明实现了一种活塞式气动发动机系统。能够为车辆、工程机械、发电装置等提供动力，属于动力机械领域。本发明利用储存于高压气罐的气体，经缓冲后通过配气机构进入气缸推动活塞做功。相比于活塞式内燃机，活塞式气动发动机做功过程平稳、噪声更小。这种气动发动机是两冲程发动机，即进气做功冲程、排气冲程，其运转过程主要是压缩气体膨胀做功过程，是一个物理变化过程，不存在废气污染。

Description

一种活塞式气动发动机系统
技术领域
本发明属于动力机械领域，涉及一种活塞式气动发动机系统。
背景技术
随着活塞式内燃机(包括柴油机、汽油机、天然机发动机等)在车辆上广泛使用，城市的空气污染变得日趋严重。而且内燃机还消耗着不可再生的石化能源。
油电混合动力与纯电动是近年来出现的一种替代传统内燃机的解决方案，但是油电混合动力与纯电动带来了废旧电池引起的污染问题。
本发明实现的活塞式气动发动机系统，以高压气体(通常为高压空气)为能源，其工作过程不排放任何污染物，同时这种气动发动机的生产及废旧回收也不存在污染问题。
发明内容
本发明的目的：本发明实现了一种活塞式气动发动机系统。能够为车辆、工程机械、发电装置等提供动力。
本发明的技术方案：
一种活塞式气动发动机系统由高压气罐(1)、手动调节阀(2)、缓冲罐(3)、电控单元(4)、电控调节阀(5)、发动机(6)组成；其中高压气罐(1)、手动调节阀(2)、缓冲罐(3)、电控调节阀(5)、发动机(6)依次串联，发动机(6)首先由起动机启动运转，然后缓冲罐(3)中的气体在配气机构的调节下主动供给到发动机气缸并推动活塞做功，发动机即可连续运行直至高压气罐(1)中的气体耗尽或提前关闭电控调节阀。
高压气罐(1)可储存空气、氮气等类型的气体，其最高压力可达35MPa。
缓冲罐(3)用于储存缓冲之后、进入发动机气缸之前的气体，其压力为1MPa～5MPa，具体压力的大小由手动调节阀调节控制。
电控单元(4)用于控制电控调节阀(5)的开度，进而控制发动机的输出功率。
发动机(6)为两冲程机型，0～180度是第一个冲程，进气与做功冲程；180～360度是第二个冲程，排气冲程。
发动机(6)可以为单缸或多缸(两缸及以上)。多缸的情况下，气缸布置形式可以为直列式、V式以及水平对置的形式。
此发动机配气机构的运动由凸轮轴控制，有1至3个进气阀，同时也有1至3个排气阀。
此发动机工作的过程，主要是高压气体膨胀做功。高压气体膨胀做功之后温度会大幅下降，排气温度甚至会在摄氏零度以下。所以在发动机缸体缸盖中集成了换热系统，加强与大气环境的换热，以提高排气口的出气温度，延缓甚至消除排气口的结冰。
本发明的优点：
本发明相比于活塞式内燃机，做功过程平稳、噪声更小。另外这种气动发动机是两冲程发动机，即进气做功冲程、排气冲程，其运转过程主要是压缩气体膨胀做功过程，是一个物理变化过程，不存在废气污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
1.高压储气罐，2.手动调节阀，3.为缓冲罐，4.为电控单元，5.为电控调节阀，6.为发动机。
具体实施方案
下面结合实施例对本发明进行说明。
如图1所示，活塞式气动发动机系统，主要组成部分有高压气罐、手动调节阀、缓冲罐、电控单元、电控调节阀、发动机。
高压储气罐采用碳纤维全缠绕气罐，储存最高压力35MPa的空气。用于小型代步车时，可采用两个80L的气罐并联。
缓冲罐采用一般钢瓶，容积为5L。通过调整手动调节阀控制进入缓冲罐的气体的压力，通常设为2MPa。
电控单元读取发动机油门踏板的信号，然后控制电控调节阀的开度，进而控制发动机的输出功率。
气动发动机主要包括配气机构、曲柄连杆机构，以及集成于发动机的换热系统。
气动发动机为两冲程机型，0～180度是第一个冲程，进气与做功冲程；180～360度是第二个冲程，排气冲程。
本实例中，气动发动机为单缸机型。发动机工作容积为0.5L。
气动发动机的进气阀与排气阀由凸轮轴驱动。本事例中，只有一个进气阀与一个排气阀。
气动发动机的换热系统，主要由集成在气缸体以及气缸盖中的水套组成。通过水泵驱动换热介质(液态)在水套中循环流动以加强做功后的低温气体与大气环境的换热。
此活塞式气动发动机系统首先由起动机带动飞轮及发动机运转，同时给电控单元(ECU)及电控调节阀供电使之开始工作。发动机一旦开始运转，高压气体将主动供给到发动机气缸并推动活塞做功，发动机即进入自主运行过程。一旦ECU或电控调节阀断电，电控调节阀都会处于关闭状态，高压气体将无法进入发动机气缸，发动机停止运转。

Claims (5)

1.一种活塞式气动发动机系统，其特征在于：由高压气罐(1)、手动调节阀(2)、缓冲罐(3)、电控单元(4)、电控调节阀(5)、发动机(6)组成；其中高压气罐(1)、手动调节阀(2)、缓冲罐(3)、电控调节阀(5)、发动机(6)依次串联，发动机(6)首先由起动机启动运转，然后缓冲罐(3)中的气体在配气机构的调节下主动供给到发动机气缸并推动活塞做功，发动机即可连续运行直至高压气罐(1)中的气体耗尽或提前关闭电控调节阀。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式气动发动机系统，其特征在于：高压气罐(1)可储存空气、氮气等类型的气体，其最高压力可达35MPa。
3.根据权利要求1所述的一种活塞式气动发动机系统，其特征在于：缓冲罐(3)用于储存缓冲之后、进入发动机气缸之前的气体，其压力为1MPa～5MPa，具体压力的大小由手动调节阀调节控制。
4.根据权利要求1所述的一种活塞式气动发动机系统，其特征在于：电控单元(4)用于控制电控调节阀(5)的开度，进而控制发动机的输出功率。
5.根据权利要求1所述的一种活塞式气动发动机系统，其特征在于：发动机(6)为两冲程机型，0～180度是第一个冲程，进气与做功冲程；180～360度是第二个冲程，排气冲程。
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