CN104763472B - 用于气动汽车的多缸空气动力发动机总成 - Google Patents

Abstract

一种用于气动汽车的多缸空气动力发动机总成，其包括：空气动力发动机、空气分配控制器、主储气罐、加热调节器、流量控制阀和控制装置。其中，所述多缸空气动力发动机总成还包括辅助回路，补充进气回路或尾气回收和增压回路。由于本发明的多缸空气动力发动机总成有效地利用了压缩空气蓄含的压能，因此能显著提高空气动力发动机的性能。

Description

用于气动汽车的多缸空气动力发动机总成

技术领域

本发明涉及一种气动汽车用的动力装置，更具体地，涉及一种以压缩空气作为动力的多缸空气动力发动机总成。

背景技术

大多数地面车辆，比如汽车、卡车、越野车等均采用以燃油作为工质的内燃机作为动力源。这种采用燃油作为工质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，石油资源的日益紧缺使得燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，并以这种替代能源作为地面车辆的动力源成为现代车辆发展急需解决的问题，气动汽车正是适合这种需要而逐步走入世人的眼界。

气动汽车利用高压压缩空气在发动机气缸内膨胀做功过程，推动活塞做功对外输出动力，驱动汽车行驶。它不消耗燃料，是真正零排放的环保汽车，能有效地缓解城市空气污染严重和石油资源匮乏的情况。为此，许多国家都积极投入对气动车辆的研究。

典型的空气动力发动机为法国MDI公司的设计师Guy Negre在专利FR2731472A1中公开的双燃料工作模式发动机。在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特别是市区和市郊，将压缩空气(或其他任何非污染的压缩气体)注入燃烧室。这种发动机虽然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放问题依然未能解决。

为了进一步减轻污染，US6311486B1公开了一种纯空气动力发动机，这种类型的发动机采用了三个独立的室：吸气-压缩室、膨胀排气室和恒定容积燃烧室，并且吸气-压缩室通过阀连接到恒定容积燃烧室，恒定容积燃烧室通过阀连接到膨胀排气室。这种发动机的问题之一是压缩气体从吸气-压缩室到膨胀排气室经历的时间较长，获得驱动活塞做功的动力源气体时间较长，同时，从膨胀排气室排出的高压气体未能得到使用，这就限制了这类发动机的工作效率及单次充气持续工作时间。

本申请的申请人在其专利文献CN101413403 A(其同族国际申请为WO2010051668A1)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720度，活塞做功一次。而作为动力源的高压空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即压缩空气发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403A所公开的这种四冲程压缩空气发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率。并且这种发动机的尾气未能很好地循环利用起来，需要足够大的储气罐储备高压空气才能工作足够长的时间。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种多缸空气动力发动机总成，旨在解决空气动力发动机的输出功率问题以及尾气循环利用问题，从而实现经济、高效、零排放的新型压缩空气发动机。为此，本发明采用如下的技术方案。

一种用于气动汽车的多缸空气动力发动机总成，其包括：空气动力发动机，其包括：左右两排气缸、活塞、连杆、进气喉管、排气机构、曲轴、飞轮、油底壳，并且每排气缸具有三个气缸；空气分配控制器，其包括两个空气分配单元，经空气分配单元分配的压缩空气经进气喉管分别送入左右两排气缸；主储气罐，其和下游的减压储气罐连接，以便为空气动力发动机提供所需的高压压缩空气；加热调节器，其与减压储气罐连接，以对进入其中的压缩空气进行增压和升温；流量控制阀，其通过过滤干燥器和加热调节器连接，以从加热调节器接收升温后的压缩空气； 控制装置，其根据空气动力发动机的工况控制流量控制阀。其中，所述多缸空气动力发动机总成还包括：辅助回路，其连接在加热调节器和减压储气罐之间，以将加热调节器内超过压力阈值的压缩空气送回减压储气罐。

在示例性实施中，所述多缸空气动力发动机总成进一步包括补充进气回路。

在示例性实施中，所述多缸空气动力发动机总成进一步包括尾气回收和增压回路。

优选的是，所述辅助回路包括辅助管路、安全阀、缓冲罐和补气泵，当加热调节器内的压力传感器所检测的压力超过压力阈值时，安全阀打开，多余的高压空气从加热调节器进入缓冲罐内暂时保存。

优选的是，所述尾气回收和增压回路包括消声器、尾气回收装置、过滤器、尾气增压压缩机、单向阀、主储气罐支路和加热调节器支路。

优选的是，所述主储气罐支路上设有冷凝器和限压阀，以将较高压的压缩空气送往主储气罐。

优选的是，所述加热调节器支路上设有顺序阀，当尾气增压压缩机增压后的尾气压力小于10MPa时，增压尾气通过顺序阀送入加热调节器中。

优选的是，所述补充进气回路包括蓄电池单元、可控开关、直流电机、补充进气压缩机以及联接在主储气罐和补充进气压缩机之间的管路。

优选的是，所述限压阀的开启压力为10MPa、12 MPa或15MPa。

在示例性实施例中，所述控制装置包括多个输入和至少一个输出，所述多个输入包括油门踏板位置信号、发动机转速信号、钥匙开关信号，所述至少一个输出为控制流量控制阀操作的控制指令。

优选的是，所述控制装置包括数据接收处理单元、工况判定模块、空气流量控制模块、功率放大电路以及MAP数据存储器。

在示例性实施例中，所述加热调节器包括冷却水箱、循环水泵、加热罐、喷水嘴。

优选的是，所述加热调节器内设有由蓄电池单元供电的电加热器，所述控制装置的加热控制模块基于设定在加热调节器内的温度传感器所检测的温度控制加热调节器内的压缩空气温度。

优选的是，所述空气分配单元包括进气凸轮轴、进气凸轮轴外壳、空气分配模块和高压共轨恒压管。

优选的是，所述排气机构包括排气凸轮轴、排气挺杆、摇臂、摇臂轴、扁担铁、排气门弹簧和排气门。

更加优选的是，所述空气分配模块包括：控制器上盖、控制器上座、控制器中座和控制器下座，所述进气凸轮轴置于进气进气凸轮轴外壳内，所述进气凸轮轴外壳连接在控制器上盖和控制器上座之间。

由于本发明的空气动力发动机采用了补充进气回路、辅助回路和尾气回收和增压回路，有效地利用了压缩空气蓄含的压能，因此能显著提高空气动力发动机的性能。并且本发明所采用的控制装置基于车辆的运行状态和驾驶员的操作来控制压缩空气的流量，因而可以进一步提高空气动力发动机的性能。

附图说明

现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1是采用本发明的多缸空气动力发动机的气动车辆的总体结构示意图；

图2是图1中的控制装置的结构框图；

图3是图1中的加热调节器的结构图；

图4是图1中的空气动力发动机和空气分配控制器组装后的立体斜视图；

图5是图4的多缸空气动力发动机和空气分配控制器组装后横向剖取的剖视图；

图6图1中的空气分配控制器的立体斜视图；

图7是图6的空气分配控制器的纵向横截面视图；

图8是图6的空气分配控制器的侧向横截面图。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

现在参考附图，图1是采用本发明的多缸空气动力发动机的气动车辆的总体结构示意图。如图1所示，气动车辆包括车辆框架（未示出）、支撑在车辆框架上的底盘（未示出）以及连接在车轴上的多个车轮51。空气动力发动机31支撑在底盘上，其连接到传统车辆所采用的变速箱40，并通过变速箱40连接到传统汽车所采用的传动系统45，以将空气动力发动机31的动力通过车轴传递到车轮51。车轴进一步连接有制动单元50，以在车辆制动时为车辆提供制动。

进一步参考图1，主储气罐46存储压力为20MPa~45MPa之间的高压压缩空气，优选地为30MPa。主储气罐46通过加气管路（未标记）与外部加气设备连接，以从压缩空气加气站或外部高压气罐获得所需的压缩空气。主储气罐46上设有监测罐内压缩空气压力和容量的压力表和流量表，以及实时检测主储气罐内压力的压力传感器49，压力传感器49所检测的主储气罐压力信号2送往控制装置35。主储气罐46和减压储气罐5之间设有真空泵13，以在发动机起动或稳定工作时将主储气罐46内的高压压缩空气送入到减压储气罐5内。减压储气罐5通过设有控制阀12的储气罐管路14连接到加热调节器17。减压储气罐5上设有检测压力的压力传感器49，以将该减压储气罐5内的压力信号41送往控制装置35。经过减压后的高压压缩空气在加热调节器17内进行加热，以提高压缩空气的压力和温度。

经过加热调节器17加热调节后的压缩空气经管路22连接到过滤干燥器23，经过滤干燥器23干燥后的压缩空气经管路24送入流量控制阀25。在备选实施例中，也可以省略过滤干燥器23，加热调节器17可以直接通过管路连接到流量控制阀25。流量控制阀25受控制装置35控制，以根据空气动力发动机31的工况和驾驶员的操作来确定流量控制阀25的开度和开启时间，从而调节进入空气动力发动机31的压缩空气量。经流量控制阀25调节的压缩空气通过管路27送入空气分配控制器28。空气动力发动机31与发电机47的转轴可转动地连接，以带动发电机47发电。发电机47发出的电经变频装置48转变为直流电存储在蓄电池单元3中，以供车辆的其他用电单元使用。

自空气动力发动机31排出的尾气依然具有一定的压力，其可通过管路回收和增压后进行重复利用，从而最大程度地利用压缩空气的压能。该尾气回收和增压回路包括消声器管路32、消声器30、尾气回收装置29、尾气回收管路19、过滤器15、尾气增压压缩机10、单向阀9、主储气罐支路和加热调节器支路。尾气经消声器管路32被送入消声器30，消声后的尾气被送入尾气回收装置29。尾气回收装置29可以是简单的聚气罐，也可以是附加抽气单元的容器。从尾气回收罐29出来的尾气经过滤器15过滤后送往尾气增压压缩机10。尾气增压压缩机10通过例如是皮带传动装置的连接件21带动，以对回收的尾气增压。经过尾气增压压缩机10压缩后的尾气其压力得到显著的增加，通常能达到5 MPa 以上。在尾气增压压缩机10的下游处设有单向阀9，增压后的尾气经单向阀9经主储气罐支路和加热调节器支路分别送入主储气罐46和加热调节器17。主储气罐支路上设有开启压力设定为例如是10MPa的限压阀7，以将较高压的压缩空气送往主储气罐46。可备选的是，在主储气罐支路上设定有冷凝器8，以将低温高压的压缩空气存储在主储气罐46内。在通往加热调节器17的管路上设有顺序阀9，当尾气增压压缩机10增压后的尾气压力小于10MPa时，增压尾气通过限压压力设定为例如是10MPa的顺序阀（该顺序阀在进气压力小于10MPa时开启，在进气压力大于10MPa时自动关闭）送入加热调节器17中。在备选方案中，可根据实际需要，设定限压阀的开启压力和顺序阀的关闭压力。例如可以是7Ma至20MPa之间的任何压力。优选的是，是10MPa、12MPa、15MPa中的任何一个。如此一来，用于驱动空气动力发动机31的高压压缩空气在做功之后其相当一部分通过尾气回收和增压回路增压净化后回收到主储气罐46，或通过加热调节器支路进入再循环，从而实现了尾气的再利用。换句话说，对于给定容量的主储气罐46，尾气回收和增压回路的存在大大增加了空气动力发动机31的持续工作时间，大大增加了气动车辆的持续工作时间，从而明显地提气动车辆的性能。

在减压储气罐5和加热调节器17之间还设有辅助加热调节器17加热安全的辅助回路。该辅助回路包括辅助管路26、安全阀43、缓冲罐44、补气泵42。加热调节器17上设有检测压力的压力传感器49和检测温度的温度传感器18。温度传感器18所检测的温度信号34以及压力传感器29检测的加热罐内压力信号39送入控制装置35。控制装置35根据温度信号34控制加热调节器17内的电加热器，但加热调节器17内的温度超过例如是400℃的温度阈值时，控制装置35断开蓄电池单元3给加热调节器17的供电，从而限制加热调节器17内压缩空气的温度进一步提高。当压力传感器49检测的压力超过例如是15MPa时的压力阈值时，安全阀43打开，多余的高压空气进入缓冲罐44内暂时保存，但减压储气罐5内的压力不足时，缓冲罐44内的压缩空气通过补气泵42进入减压储气罐。

如图1所示，本发明的气动车辆还包括补充进气回路。该补充进气回路包括蓄电池单元3、可控开关4、直流电机6、补充进气压缩机52以及联接在主储气罐46和补充进气压缩机52之间的管路。当主储气罐46的压力信号2低于预定阈值或根据驾驶员的选择操作，控制装置35发出指令使可控开关4接通，直流电机6起动，带动补充进气压缩机52工作，环境空气经补充进气压缩机52压缩增压后送入主储气罐46，从而可以主动地为车辆提供高压压缩空气。

空气动力发动机的控制由控制装置35根据气动车辆的工况和驾驶员的操作进行。如图1和图2所示，控制装置具有多个输入，例如油门踏板位置信号38、发动机转速信号36、钥匙开关信号37、车辆车速信号、主储气罐压力信号2、加热罐内压力信号39、减压罐内压力信号41、由安装在加热调节器17上的温度传感器18测量的温度信号34、制动信号、以及例如是大气温度、进气压力的其他输入。多个输入信号输入控制装置35后经控制装置35处理后发出控制流量控制阀25的控制指令33，从而控制流量控制阀25的开闭。

控制装置35的具体结构如图2所示。控制装置35包括数据接收处理单元35-7、工况判定模块35-1、主控单元35-4、从控单元35-2、功率放大电路35-6以及MAP数据存储器35-8。主控单元35-4和从控单元35-2构成空气流量控制模块35-0。控制装置还包括控制加热调节器17操作的加热控制模块35-3，经可控开关4控制补充进气压缩机52的压缩机控制模块35-5。优选的是，控制装置35还包括异常处理模块35-9，以根据车辆的工况启动超速保护模块35-10或停机模块35-11的动作。下面将详细描述控制装置35的工作过程。

数据接收处理单元35-7接收油门踏板位置信号38、发动机转速信号36、钥匙开关信号37、车辆车速信号、气罐气压信号（2,39,41）、温度信号34和其他输入信号，这些信号经数据接收处理单元35-7分析和处理后，送往工况判定模块35-1。工况判定模块35-1根据数据接收处理单元35-7的输入判定车辆的工况。在本发明的示例性实施例中，将控制装置35控制的空气动力发动机31的工况分为起动工况、怠速工况、稳态运行工况、加速运行工况、减速运行工况。控制装置35根据不同的工况采取不同的进气策略。

起动工况，当钥匙开关信号37启用，发动机转速信号36小于怠速转速阈值信号时，即认为空气动力发动机31处于起动工况。此时，真空泵13开启、一定压力的压缩空气从主储气罐46进入减压储气罐5。为了便于空气动力发动机31的起动，采用查取MAP图的意义不大，此时，采用固定的喷气正时和喷气量（上止点时开始进气，且采用最大的喷气量，以便于起动），将发动机的转速调整至怠速，然后以怠速的喷气正时和喷气量将空气动力发动机31的转速维持在怠速上，以等待下一步的操作。根据不同的空气动力发动机31可设定调校不同的怠速阈值。由于空气动力发动机通常为低转速发动机，怠速阈值可以设定为300转/分或500转/分。

怠速工况，当油门位置为0%，发动机转速高于怠速阈值时，定义为怠速工况。怠速转速的大小根据此工况下查取MAP数据的实际运行情况而定。

稳态运行工况，即发动机运行在油门踏板位置和负荷固定不变或变化较小的条件下，发动机的转速可以保持恒定。为了简化发动机的控制，可以将油门踏板位置变化不超过10%的情况定义为稳态运行工况。在外部MAP数据存储器35-8中存储有稳态运行的MAP图，根据发动机转速和油门踏板位置，直接查找调用相应的喷气量和喷气正时。

加速运行工况，油门踏板位置增幅超过10%认定为加速运行工况，为了保持运行的平稳性，采用的方法是在上一次采集到的油门踏板位置和当前油门踏板位置之间取一个中间值，和当前发动机转速一起共同构成一个加速运行工况，然后在稳定运行MAP图中查找所对应的喷气正时和喷气量。

减速运行工况，油门踏板位置减幅超过10%认定为加速运行工况，为了保持运行的平稳性，采用的方法是在上一次采集到的油门踏板位置和当前油门踏板位置之间取一个中间值，和当前发动机转速一起共同构成一个减速运行工况，然后在稳定运行MAP图中查找所对应的喷气正时和喷气量。对于油门踏板位置减幅超过40%的急剧减速情况，或者制动踏板被踩下制动信号被启用时，采取的策略是停止进气，直至脱离加速运行工况，再按照相应的工况去处理。

主控单元35-4和从控单元35-2构成空气流量控制模块。主控单元35-4根据工况判定模块35-1给出的工况判定通过串口从外部MAP数据存储器35-8读取MAP数据，从MAP数据中得出所需要的喷气正时和喷气量。主控单元35-4将从MAP数据存储器35-8得到的喷气正时和喷气量通过串行端口传送给从控单元35-2，从控单元35-2运用例如是发动机转速和凸轮轴位置的输入参数通过换算输出驱动信号，驱动信号通过功率放大电路放大成驱动流量控制阀25开启的电信号。 在示例性实施例中，驱动流量控制阀25的电信号是阀打开的持续时间电信号。

压缩机控制模块35-5是用来根据主储气罐46内的压缩空气状态来控制补充进气回路的。当主储气罐46的压力过低时，即反映主储气罐46内压缩空气容量的储气压力信号2过低时（例如压力低于5MPa时），压缩机控制模块35-5从数据接收处理单元35-7接收到此信号时，即可接通可控开关4，蓄电池单元3向直流电机6供电，直流电机6带动补充进气压缩机52工作，实现向主储气罐46的主动供气。

控制装置35还包括控制加热调节器17工作的加热控制模块35-3，当加热调节器17内的压缩空气的温度34超过设定阈值时，加热控制模块35-3切断蓄电池单元3对加热调节器17的电加热器的电供应，电加热器停止加热，这样就可将电加热器17内的压缩空气温度控制在阈值温度范围之内。在示例性实施中，本发明的阈值温度设置为400℃。加热控制模块35-3还可以控制辅助回路。当缓冲罐44内的压缩空气达到一定压力时，加热控制模块启动补气泵42，补气泵42将缓冲罐44内的压缩空气送入减压储气罐5。

控制装置35还包括异常处理模块35-9，以用来处理空气动力发动机31的非正常工作和故障现象。当发动机转速传感器检测到的发动机转速信号36达到或超过空气动力发动机31的最大允许转速阈值时（例如设定为3500转/分），数据接收处理单元35-7将此信号发送给异常处理模块35-9，超速保护模块35-10从异常处理模块35-9接收此超速保护信号后立即向流量控制阀25发出停止供气的指令，从而切断向空气动力发动机31的供气，直至发动机转速调整至怠速为止，然后以怠速的喷气正时和喷气量将发动机转速维持在怠速上等待下一步的操作。当制动踏板被踩下并且油门踏板增幅急剧变大（即油门踏板增幅大于40%）的异常情况时，异常处理模块35-9立即触发停机模块35-11，立即关闭流量控制阀25，同时切断空气动力发动机31的供电电路，发动机停止工作。

现在参考图3，图3描述了根据本发明的加热调节器17的内部结构。加热调节器17包括冷却水箱1709、循环水泵1701、第一加热罐（如图所示的左侧加热罐为第一加热罐）、第二加热罐、连接第一加热罐和第二加热罐之间的通气管道5、向第一加热罐喷水的第一喷水嘴1704、向第二加热罐喷水的第二喷水嘴1704，以及连接在喷水嘴1704和循环水泵1701之间的单向阀1702。第一加热罐和第二加热罐具有相同的结构，加热罐为双壳结构，最外部为冷却腔外壳1720，中间为冷却腔内壳1722，最里面为加热芯外壁1724。冷却腔外壳1720和冷却腔内壳1722之间的环形空间为冷却腔1710，冷却水箱1709中的水经循环水泵1701泵送后进入冷却腔1710，以对加热罐进行冷却，防止加热罐的外壁温度过高而影响周围的管路或电器设备。冷却腔1710中的水换热后经冷却箱水管1728回流到冷却水箱1709。

加热芯1726和冷却腔内壳1722之间布置有螺旋形的加热管道1711。之所以将加热管道设定成多圈螺旋形，便于通过加热管道1711的压缩空气能跟加热芯1726进行充分的换热，以达到迅速提高压缩空气的目的。第一加热罐上的加热管道1711通过进气管道1703与储气罐管路14连接，以从减压储气罐5接收减压后的压缩空气。加热芯1726的内部具有空心的加热腔1712，压缩空气经加热管道1711后进入加热腔1712进行进一步的加热。在本发明中，加热芯1726为一种电加热器。从第一加热罐的加热腔1712出来的加热空气经通气管道5进入第二加热罐的加热管道1711，尔后再进入第二加热罐的加热腔1712。经过两次加热罐加热后的压缩空气经过滤干燥器23被送往流量控制阀25，以进一步送往空气动力发动机31。第二加热罐的加热芯1726的顶部还设有限压阀1708，当加热芯1726内的压缩空气超过限压阀的规定压力后，限压阀1708开启，一部分压缩空气进入缓冲罐44内保存起来，并经出气管道1706连接到补气泵42。

第一加热罐上设有第一温度传感器K1和第一压力传感器P1，第二加热罐上设有第二温度传感器K2和第二压力传感器P2，温度传感器K1、K2和压力传感器P1、P2将检测到的加热罐内的压缩空气的温度和压力传送给控制装置35，控制装置35的加热控制模块35-3根据接收到的温度信号或压力信号控制可控开关1707（如图2所示，此处的第一、第二温度传感器在图1中以标记38表示，此处的第一、第二压力传感器在在图1中以标记49表示）。当第一温度传感器K1所检测的温度信号值大于设定的温度阈值（例如是400℃）时，加热控制模块35-3向第一可控开关1713和第二可控开关1714同时发出断开的指令，蓄电池单元3不再给加热调节器17供电，停止对加热罐的加热。当第一温度传感器K1所检测的温度信号值小于设定的温度阈值（例如是400℃）时，第一可控开关1713接通，第二可控开关1714接通，从减压储气罐5来的压缩空气经加热调节器17的第一加热罐、第二加热罐加热。当第二温度传感器K2所检测的温度信号值大于设定的温度阈值（例如是400℃）时，加热控制模块35-3向第二可控开关1714发出断开的指令，蓄电池单元3不再给加热调节器17的第二加热罐供电，直至第二加热罐内的压缩空气的温度小于温度阈值为止。

在备选实施例中，也可以根据压力传感器P1、P2的压力信号控制加热调节器17的加热。比如，将压力阈值设定为15MPa，当第一压力传感器P1所检测的压力信号值大于设定的压力阈值（例如是15MPa）时，加热控制模块35-3向第一可控开关1713和第二可控开关1714同时发出断开的指令，蓄电池单元3不再给加热调节器17供电，停止对加热罐的加热。当第一压力传感器P1所检测的压力信号值小于设定的压力阈值时，第一可控开关1713接通，第二可控开关1714接通，从减压储气罐5来的压缩空气经加热调节器17的第一加热罐、第二加热罐加热。当第二压力传感器P2所检测的压力信号值大于设定的压力阈值时，加热控制模块35-3向第二可控开关1714发出断开的指令，蓄电池单元3不再给加热调节器17的第二加热罐供电，直至第二加热罐内的压缩空气的压力小于压力阈值为止。

现在参阅图4和图5，图4是图1中的空气动力发动机和空气分配控制器组装后的立体斜视图；图5是图4的多缸空气动力发动机和空气分配控制器组装后横向剖取的剖视图。如图4所示，空气分配控制器28由左右两个空气分配单元2800构成，各个空气分配单元2800分别安装在左右两排气缸的顶端。左右两排气缸相互之间成V型，V型夹角可根据具体应用变化，可以为60°、90°、120°或其他角度。在图4所示的构型中，左右两排气缸的夹角为90°。每排气缸具有3个气缸。每个气缸包括缸体3107、缸盖3108、缸盖罩3102，空气分配单元2800倾斜安装在缸盖罩的缸盖罩上盖3122上，其保持与缸盖罩上盖3122可靠地密封。空气分配单元2800通过进气凸轮轴2801、链条3106与链条连接齿轮3105机械连接，以通过链条连接齿轮3105、链条3106将曲轴3135的转动传递到进气凸轮轴而实现各个气缸的进气。空气动力发动机31的曲轴3135安装有飞轮3110，油底壳3108用来存储发动机31润滑用的润滑油。

进一步参考图5，活塞3132通过活塞销3138与连杆3133连接，并通过连杆3133连接到曲轴3135上。曲轴3135的旋转带动活塞3132在缸体3107的缸套3131内做往复运动。左右两排气缸分别设有各自的排气凸轮轴3116和用于控制空气分配控制器28调节压缩空气进气的进气凸轮轴2801。经空气分配控制器28的压缩空气经进气喉管3101进入活塞3132与缸盖3103之间的空气膨胀室（未示出），做功后的压缩气体经排气管3114排出。

现在更加详细地描述空气动力发动机的排气机构。本发明V型6缸空气动力发动机的排气机构包括排气凸轮轴3116、排气挺杆3119、摇臂3121、摇臂轴3123、扁担铁3124、排气门弹簧3127、排气门3128。排气挺杆3119的一端跟排气凸轮轴3116上的排气凸轮接触，另一端通过摇臂螺栓3120连接在摇臂3121上。摇臂可绕摇臂轴3123转动，摇臂3121通过其与摇臂螺栓3120对立一端处的摇臂凸起（未示出）与扁担铁3124接触。扁担铁3124的两个末端分别与两个排气门3129接触，并在排气门弹簧3127的作用下，驱动排气门3128的开启。在排气门3128和缸盖3103之间还设有引导排气门3128运动的排气门衬套3129。排气门弹簧3127抵靠在排气门弹簧座3126上，当排气门3128关闭时，其抵靠在排气门座套3131上。

现在参考图6-图8，其中，图6是图1中的空气分配控制器的立体斜视图；图7是图6的空气分配控制器的纵向横截面视图；图8是图6的空气分配控制器的侧向横截面图。如图所示，控制分配控制器28包括左右两个成倒“V”形的空气分配单元2800，每个空气分配单元包括2800包括一根进气凸轮轴2801、一个进气凸轮轴外壳2802、三个空气分配模块2830，一个高压共轨恒压管2826。空气分配模块2830包括控制器上盖2803、控制器上座2804、控制器下座2825、控制器中座2816。每个控制器中座2816自上到下（如图7所示的方位）具有气门弹簧孔2832、气门油封孔2833、进气喉管连通腔2834。控制器中座2816内设控制器气门2809、控制器气门弹簧2808、气门柱套2810、气门油封2811、控制器气门座套2817、控制器气门弹簧座2806。控制器气门2809分别通过各自的控制器气门座套2817支撑在气门座套孔（未标记）上。在气门油封2811和控制器气门座套2817之间存在进气喉管连通腔2834，该连通腔2834的侧面设有进气孔，以与进气喉管3101相通，以在控制器气门2809打开时，将来自高压共轨恒压管2826的压缩空气送入膨胀排气室，从而驱动发动机工作。

在示例性实施例中，气门弹簧孔2832、气门油封孔2833、进气喉管连通腔2834的孔径各不相同，气门弹簧孔28321的直径大于气门油封孔2833的直径，并且小于进气喉管连通腔2834的直径，进气喉管连通腔2834的直径小于气门座套孔的直径。控制器气门座套2817安装在控制器气门座套孔内，并支撑在进气喉管连通腔2834之上。气门油封2811安装在气门油封孔2833内，并支撑在控制器气门弹簧2808之上，其内通过控制器气门2809的气门杆。该气门油封2811除了对控制器气门2809进行密封外还对气门杆起导向作用。控制器气门弹簧2808安装在气门弹簧孔2832内，其上端支撑有控制器气门弹簧座2806，并通过控制器气门锁夹片2807紧固在控制器气门弹簧座套2806之上。在发动机不工作时，控制器气门弹簧2808预加载一定的预张力，其将控制器气门2809抵靠在控制器气门座套2817上，控制器气门2809关闭，进而控制气体的进入。

高压共轨恒压管2826具有圆柱形外形，其也可为矩形、三角形等外形。高压共轨恒压管2826内部为例如是圆柱形的腔道，以接受来自流量控制阀25的高压进气，并大体上保持腔道内的压缩空气压力均衡，以便使初始进入各个气缸的膨胀排气室内的高压空气具有相同的压力，从而使发动机工作平稳。高压共轨恒压管2826的两端固定装配有进气后端盖2824，在其与流量控制阀25连接的进气后端盖2824具有向外延伸的凸缘，该凸缘伸入到流量控制阀25和高压共轨恒压管2826之间的管路2821内，并通过例如是螺纹的连接方式与高压管路可拆卸地固定连接。高压共轨恒压管2826的进气后端盖2824通过端盖连接螺栓2823与高压共轨恒压管2826连接。高压共轨恒压管2826上设有对应于单排气缸数目的下座连接孔(未标记)，控制器下座2825内设有气门运动腔2835，其通过下座连接孔固定密封地连通高压共轨恒压管2826。控制器下座2825通过下座与中座连接螺栓2818或其他紧固件与控制器中座2816形成密封的、可拆卸固定连接。控制器中座2140通过中座与上座连接螺栓2815或其他紧固件与控制器上座2804形成密封的可拆卸固定连接。

进一步参阅图7，进气凸轮轴外壳2802固定安装在控制器上座2804和控制器上盖2803之间，其内部设有进气凸轮轴2801。控制器上座2804的内部设有多个用于安装挺柱2805的挺柱安装孔2831，挺柱2805随进气凸轮轴2801的转动而上下往复运动。当需要给发动机气缸提供高压压缩空气时，进气凸轮轴2801的凸轮向下顶起挺柱2805，挺柱2805继而顶起控制器气门2809控制器气门2809克服控制器气门弹簧2808的拉力，离开控制器气门座套2817，从而控制器气门2809打开，高压压缩空气得以从高压共轨恒压管2826进入膨胀排气室，以满足发动机的供气需求。当进气凸轮轴2801随曲轴3135转过一定角度后，控制器气门2809在控制器气门弹簧2808的恢复力作用下重新坐落在控制器气门座套2817上，控制器气门2809关闭，供气结束。由于本发明的压缩空气发动机为二冲程发动机，曲轴3135每转动一周，控制器气门2809和排气阀各开闭一次，因此，很容易设置进气凸轮轴2801和排气凸轮轴3116的凸轮相位以及它们与曲轴3135的连接关系。

尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (12)

1.一种用于气动汽车的多缸空气动力发动机总成，其包括：

空气动力发动机，其包括：左右两排气缸、活塞、连杆、进气喉管、排气机构、曲轴、飞轮、油底壳，并且每排气缸具有三个气缸；

空气分配控制器，其包括两个空气分配单元，经空气分配单元分配的压缩空气经进气喉管分别送入左右两排气缸；

主储气罐，其和下游的减压储气罐连接，以便为空气动力发动机提供所需的高压压缩空气；

加热调节器，其与减压储气罐连接，以对进入其中的压缩空气进行增压和升温；

流量控制阀，其通过过滤干燥器和加热调节器连接，以从加热调节器接收升温后的压缩空气；

控制装置，其根据空气动力发动机的工况控制流量控制阀；

其特征在于，所述多缸空气动力发动机总成还包括：

辅助回路，其连接在加热调节器和减压储气罐之间，以将加热调节器内超过压力阈值的压缩空气送回减压储气罐；所述控制装置包括多个输入和至少一个输出，所述多个输入包括油门踏板位置信号、发动机转速信号、钥匙开关信号，所述至少一个输出为控制流量控制阀操作的控制指令；所述控制装置包括数据接收处理单元、工况判定模块、空气流量控制模块、功率放大电路以及MAP数据存储器；所述加热调节器包括冷却水箱、循环水泵、加热罐、喷水嘴；所述加热调节器内设有由蓄电池单元供电的电加热器，所述控制装置的加热控制模块基于设定在加热调节器内的温度传感器所检测的温度控制加热调节器内的压缩空气温度。

2.根据权利要求1所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，进一步包括补充进气回路。

3.根据权利要求1所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，进一步包括尾气回收和增压回路。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述辅助回路包括辅助管路、安全阀、缓冲罐和补气泵，当加热调节器内的压力传感器所检测的压力超过压力阈值时，安全阀打开，多余的高压空气从加热调节器进入缓冲罐内暂时保存。

5.根据权利要求3所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述尾气回收和增压回路包括消声器、尾气回收装置、过滤器、尾气增压压缩机、单向阀、主储气罐支路和加热调节器支路。

6.根据权利要求5所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述主储气罐支路上设有冷凝器和限压阀，以将高压的压缩空气送往主储气罐。

7.根据权利要求5所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述加热调节器支路上设有顺序阀，当尾气增压压缩机增压后的尾气压力小于10MPa时，增压尾气通过顺序阀送入加热调节器中。

8.根据权利要求2所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述补充进气回路包括蓄电池单元、可控开关、直流电机、补充进气压缩机以及联接在主储气罐和补充进气压缩机之间的管路。

9.根据权利要求6所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述限压阀的开启压力为10MPa、12 MPa或15MPa。

10.根据权利要求1所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述空气分配单元包括进气凸轮轴、进气凸轮轴外壳、空气分配模块和高压共轨恒压管。

11.根据权利要求1-3或10中任一项所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述排气机构包括排气凸轮轴、排气挺杆、摇臂、摇臂轴、扁担铁、排气门弹簧和排气门。

12.根据权利要求10所述的多缸空气动力发动机总成，其特征在于，所述空气分配模块包括：控制器上盖、控制器上座、控制器中座和控制器下座，所述进气凸轮轴置于进气进气凸轮轴外壳内，所述进气凸轮轴外壳连接在控制器上盖和控制器上座之间。