CN105840242A - 一种自供压缩空气发动机及方法 - Google Patents

Abstract

一种自供压缩空气发动机及方法，该空气发动机包括发动机、空压机、空压机储气罐、空气增压泵、空气高压储气罐和回气罐；空压机排气口通过空压机输气管与空压机储气罐相连，空压机储气罐通过输气管Ⅰ与空气增压泵相连，空气增压泵通过输气管Ⅱ与空气高压储气罐相连，空气高压储气罐通过设有高压气流阀的输气管Ⅲ与发动机进气口相连，发动机排气口通过发动机回气管与回气罐相连，回气罐通过输气管Ⅳ与空气增压泵相连。本发明还包括一种自供压缩空气方法。本发明之空气发动机不需建加气站充气或压力不足而更换高压储气罐，解决了空气动力续航供气的难题，节能环保。

Description

一种自供压缩空气发动机及方法

技术领域

本发明涉及一种发动机及方法，具体涉及一种自供压缩空气发动机及方法。

背景技术

能源是国家经济发展的战略资源。依靠科技进步，开发利用新能源是“十二五规划”的既定国策。

动力是人类社会和各国的经济发展战略，工农业生产以及人民生活必需的产物，地球上有两类能源，自然能源和矿产资源，矿产资源：石油，煤炭，天然气，核等，这类能源是有限的，且在使用过程中产生污染物污染环境。随着社会的发展和环境的保护，有限的资源，依据《PB世界能源统计》的开采速度计算，世界上的石油存量还能够开采40年，天然气够55年，煤够开采100年，这是一组令人心焦的数据，而我国的矿物能源人均数远低于世界平均数。能源危机、空气和环境的污染以及地球的气候升温造成的气候灾难是人类社会及经济发展面临的难题，气候的升温是人类无节制的利用矿资源石化燃料而造成的结果，这种局面如没有环保清洁能源的替代，将会是新闻纪录片“愚昧的年代”场景，是难以回避的现实。

自然能源：空气，太阳光，水，风，雷电。而自然能源现有利用成熟最多的是水电，这几年国内外对太阳能、风能发电成了热门话题，但利用率不高，并受到季节和地理的局限性，技术上也有些难以解决的难题，雷电目前人类无法利用，而空气能源不受任何限制，取之不尽、用之不竭，也只有空气能符合人类社会经济发展的战略资源。

空气动力是人民所熟悉的名词，在汽车行业各国的科学家和工程师都在研发不烧油的环保能源空气动力的制造方法，现在各国的热门是空气动力汽车，但没有解决空气发动机自供压缩空气的难题，都需要建加气站或更换储气罐，续航受限等缺陷。如国外的空气发动机法国机械工程师G·内格尔（Guy Negre）于1996年制造了第一台压缩空气发动机。国内的香港祥天国际投资集团有限公司和辽宁祥天汽车空气混合动力，螺杆高压空气压缩机及空气动力加气站，并展出了祥天空气动力试验车，其发动机系用四冲程柴油发动机改装，在续航距离储气压力达不到所需要求的工作压力时就需要到加气站充气或更换高压储气罐，这些都没有解决能源和环境问题，这不是空气动力的真正意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种自供压缩空气发动机及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明之自供压缩空气发动机，包括发动机、空压机、空压机储气罐、空气增压泵、空气高压储气罐和回气罐；

所述发动机为活塞式发动机，包括发动机曲轴、发动机曲轴连杆、轴承或瓦套、发动机活塞、发动机活塞环、发动机连杆活塞轴、发动机气缸、发动机气缸盖、主动齿轮，所述主动齿轮、轴承或瓦套、发动机曲轴连杆安装在发动机曲轴上，所述发动机活塞、发动机活塞环、发动机连杆活塞轴安装在发动机气缸中，所述发动机连杆活塞轴与发动机曲轴连杆相连，所述发动机气缸盖安装在发动机气缸上，通过连接件固定连接，所述发动机气缸盖上设有发动机排气口、发动机进气口；

所述空压机为活塞式空压机，包括空压机曲轴、被动齿轮、空压机连杆、空压机活塞、空压机活塞环、空压机连杆活塞轴、空压机气缸、空压机气缸盖、轴承或瓦套，所述被动齿轮、轴承或瓦套、空压机连杆安装在空压机曲轴上，所述空压机活塞、空压机活塞环、空压机连杆活塞轴安装在空压机气缸中，所述空压机连杆活塞轴与空压机连杆相连，，所述空压机气缸盖安装在空压机气缸上，通过连接件固定连接，所述空压机气缸盖上设有空压机排气口、空压机进气口；

所述发动机曲轴和空压机曲轴的右边安装有空气发动机右盖板，并通过连接件固定连接，所述发动机曲轴和空压机曲轴的左边安装有空气发动机左盖板，并通过连接件固定连接；所述发动机上安装有发动机曲轴右盖板、发动机曲轴左盖板，并通过连接件固定连接；所述空压机上安装有空压机曲轴右盖板、空压机曲轴左盖板，并通过连接件固定连接；所述主动齿轮通过传动齿轮轴和传动齿轮与被动齿轮相连；

所述空压机排气口通过空压机输气管与空压机储气罐相连，所述空压机储气罐通过输气管Ⅰ与空气增压泵相连，所述空气增压泵通过输气管Ⅱ与空气高压储气罐相连，所述空气高压储气罐通过设有高压气流阀的输气管Ⅲ与发动机进气口相连，所述发动机排气口通过发动机回气管与回气罐相连，所述回气罐通过输气管Ⅳ与空气增压泵相连。

进一步，所述空压机储气罐上设有空压机储气罐进气口、空压机储气罐排气口、空压机储气罐压力阀、空压机储气罐气压表、空压机储气罐排污阀、空压机储气罐阀门。

进一步，所述空气增压泵上设有空气增压泵进气口、空气增压泵排气口、空气增压泵低压表、空气增压泵高压表。

进一步，所述空气高压储气罐上设有空气高压储气罐进气口、空气高压储气罐排气口、空气高压储气罐压力阀、空气高压储气罐气压表、空气高压储气罐排污阀。

进一步，所述回气罐上设有回气罐进气口、回气罐排气口、回气罐压力阀、回气罐压力表、回气罐排污阀、回气罐阀门。

进一步，所述空压机进气口设有滤芯器。

进一步，活塞式发动机可用转子式发动机或叶片式发动机或气轮式发动机或涡轮式发动机等替代。

进一步，活塞式空压机可用螺杆式空压机或离心式空压机等替代。

进一步，发动机与空压机的齿轮传动可用皮带传动等替代。

进一步，整体式的发动机与空压机可设计成分体式结构。

本发明之自供压缩空气方法，由电动空压机压缩空气储存在储气罐作起动气源起动空气发动机，是将空气通过输气管输入空气增压泵，将低压空气增压为高压空气后存入高压储气罐，经高压储气罐排气口由高压气流阀控制气流量进入空气发动机推动活塞往复作功，并带动空压机压缩空气进入储气罐作为补充气源，同时空气发动机的排气口排出的空气进入面积放大的回气管和回气罐与空压机压缩的补充气源由输气管并合进入空气增压泵，将空气增压转为高压空气后存入高压储气罐，由高压储气罐排气口通过高压气流阀控制气流量进入空气发动机推动活塞封闭循环作功；压缩空气封闭循环，是指空气发动机的排气由回气管和回气罐的面积放大成为低压空气回送到空气增压泵增压为高压空气（达到发动机进气高排气低的压力差）封闭循环自供压缩空气发动机推动活塞不停的往复运动作功。

空气发动机起动气源，由电动空压机压缩空气（压力为0.3MPa-0.8MPa）储存在储气罐作为起动气源，由空气增压泵将空气增压（压力为3MPa-16MPa、高压为16MPa以上）储存在高压储气罐，根据空气发动机马力的大小送入气缸的进气压力适当取值范围为（1.0MPa-5MPa）推动活塞作功转换机械能压缩空气储存转化势能，势能转化动能推动空气发动机活塞作功带动空压机压缩空气自供压缩空气发动机封闭循环不停的作功；空气发动机尾气的回收循环，由空气发动机排气口排入回气管和回气罐，因回气管和回气罐的面积放大的空气（压力为0.3MPa-0.8MPa）与空压机压缩的补充空气进入空气增压泵，增压（压力为3MPa-16MPa、高压为16MPa以上）储存在高压储气罐，根据空气发动机马力的大小送入发动机气缸的进气压力适当取值范围为（1.0MPa-5MPa）推动活塞作功转换机械能带动空压机压缩空气补充气源，达到自供压缩空气发动机所需的压力和耗气量；补充气源在空气发动机作功时带动空压机活塞连杆、曲轴、主动齿轮、传动齿轮、被动齿轮传动空压机压缩空气与空气发动机的排气回收气并合在封闭系统循环的低压转化高压，使空气自供量大于空气发动机的耗气量，即达到自供压缩空气不停的空气能转换机械能，势能转动能、低压转高压相互转换进入空气发动机推动活塞不停地循环作功。

本发明空气发动机的设计与空气压缩机为一体机，自供压缩空气发动机为封闭循环作功解决了发动机尾气的回收循环，自供压缩空气发动机与空压机及发动机的排气回路系统融为一体，空气回气系统补充了空气发动机气能循环的气路损耗和不足，解决了空气动力续航的难题，不需建加气站充气或压力不足而更换高压储气罐，节能、环保。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用空气能转换机械能在随时随地可取的空气达到空气动力自供压缩空气推动空气发动机，不停的将空气能与机械能轮回的转换推动空气发动机作功。

本发明属于空气动力类，可广泛应用于工农业动力机械，交通运输汽车、航空、船舶，军事装备，电力发电等领域。

附图说明

图1 为本发明实施例的发动机的结构示意图；

图2 为本发明实施例的空压机的结构示意图；

图3 为本发明实施例的发动机齿轮空压机的示意图；

图4 为本发明实施例空气发动机运行示意图；

图中：1.空气发动机，2.发动机曲轴，3.发动机曲轴连杆，4.轴承或瓦套，5.发动机活塞，6.发动机活塞环，7.发动机连杆活塞轴，8.发动机气缸，9.发动机气缸盖，10.发动机排气口，11.发动机进气口，12.主动齿轮，13.传动齿轮轴，14.传动齿轮，15.空压机曲轴，16.被动齿轮，17.空压机连杆，18.空压机活塞，19.空压机活塞环，20.空压机连杆活塞轴，21.空压机气缸，22.空压机气缸盖，23.空压机排气口，24.空压机进气口，25.空气发动机右盖板，26.空气发动机左盖板，27.发动机曲轴右盖板，28.发动机曲轴左盖板，29.空压机曲轴右盖板，30.空压机曲轴左盖板，31.空气发动机螺丝孔，32.气缸盖螺丝孔，33.机座螺丝孔，34.滤芯器，35.空压机输气管，36.空压机储气罐进气口，37.空压机储气罐，38.空压机储气罐排气口，39.空压机储气罐压力阀，40.空压机储气罐气压表，41.空压机储气罐排污阀，42.空压机储气罐阀门，43.输气管Ⅰ，44.空气增压泵进气口，45.空气增压泵，46.空气增压泵排气口，47.输气管Ⅱ，48.空气高压储气罐进气口，49.空气高压储气罐，50.空气高压储气罐排气口，51.空气高压储气罐压力阀，52.空气高压储气罐气压表，53.空气高压储气罐排污阀，54.高压气流阀，55.输气管Ⅲ，56.发动机回气管，57.回气罐进气口，58.回气罐，59.回气罐排气口，60.回气罐压力阀，61.回气罐压力表，62.回气罐排污阀，63.回气罐阀门，64.输气管Ⅳ，65.空气增压泵低压表，66.空气增压泵高压表，67.发动机，68.空压机。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照附图，本实施例之自供压缩空气发动机1，包括发动机67、空压机68、空压机储气罐37、空气增压泵45、空气高压储气罐49和回气罐58；

所述发动机67为活塞式发动机，包括发动机曲轴2、发动机曲轴连杆3、轴承或瓦套4、发动机活塞5、发动机活塞环6、发动机连杆活塞轴7、发动机气缸8、发动机气缸盖9、主动齿轮12，所述主动齿轮12、轴承或瓦套4、发动机曲轴连杆3安装在发动机曲轴2上，所述发动机活塞5、发动机活塞环6、发动机连杆活塞轴7安装在发动机气缸8中，所述发动机连杆活塞轴7与发动机曲轴连杆3相连，所述发动机气缸盖9安装在发动机气缸8上，通过气缸螺丝孔32及螺丝固定连接，所述发动机气缸盖9上设有发动机排气口10、发动机进气口11；

所述空压机68为活塞式空压机，包括空压机曲轴15、被动齿轮16、空压机连杆17、空压机活塞18、空压机活塞环19、空压机连杆活塞轴20、空压机气缸21、空压机气缸盖22、轴承或瓦套4，所述被动齿轮16、轴承或瓦套4、空压机连杆1安装在空压机曲轴15上，所述空压机活塞18、空压机活塞环19、空压机连杆活塞轴20安装在空压机气缸21中，所述空压机连杆活塞轴20与空压机连杆17相连，，所述空压机气缸盖22安装在空压机气缸21上，通过气缸螺丝孔32及螺丝固定连接，所述空压机气缸盖22上设有空压机排气口23、空压机进气口24；

所述发动机曲轴2和空压机曲轴15的右边安装有空气发动机右盖板25，并通过空气发动机螺丝孔31及螺丝固定连接，所述发动机曲轴2和空压机曲轴15的左边安装有空气发动机左盖板26，并通过空气发动机螺丝孔31及螺丝固定连接；所述发动机67上安装有发动机曲轴右盖板27、发动机曲轴左盖板28，并通过空气发动机螺丝孔31及螺丝固定连接；所述空压机68上安装有空压机曲轴右盖板29、空压机曲轴左盖板30，并通过空气发动机螺丝孔31及螺丝固定连接；所述主动齿轮12通过传动齿轮轴13和传动齿轮14与被动齿轮16相连；

所述空压机排气口23通过空压机输气管35与空压机储气罐37相连，所述空压机储气罐37通过输气管Ⅰ43与空气增压泵45相连，所述空气增压泵45通过输气管Ⅱ47与空气高压储气罐49相连，所述空气高压储气罐49通过设有高压气流阀54的输气管Ⅲ55与发动机进气口11相连，所述发动机排气口10通过发动机回气管56与回气罐58相连，所述回气罐58通过输气管Ⅳ64与空气增压泵4相连。

本实施例中，所述空压机储气罐37上设有空压机储气罐进气口36、空压机储气罐排气口38、空压机储气罐压力阀39、空压机储气罐气压表40、空压机储气罐排污阀41、空压机储气罐阀门42。

本实施例中，所述空气增压泵45上设有空气增压泵进气口44、空气增压泵排气口46、空气增压泵低压表65、空气增压泵高压表66。

本实施例中，所述空气高压储气罐49上设有空气高压储气罐进气口48、空气高压储气罐排气口50、空气高压储气罐压力阀51、空气高压储气罐气压表52、空气高压储气罐排污阀53。

本实施例中，所述回气罐58上设有回气罐进气口57、回气罐排气口59、回气罐压力阀60、回气罐压力表61、回气罐排污阀62、回气罐阀门63。

本实施例中，所述空压机进气口24设有滤芯器34。

本实施例中，所述空气发动机1通过机座螺丝孔33及螺丝进行固定。

安装过程：将加工好的发动机曲轴2套上主动齿轮12、轴承或瓦套4、发动机曲轴连杆3，用发动机连杆活塞轴7、发动机活塞5、发动机活塞环6、插入发动机气缸8，装上发动机气缸盖9，用螺丝插入气缸盖螺丝孔32拧紧，传动齿轮轴13套上传动齿轮14、轴承或瓦套4，将加工好的空压机曲轴15套上被动齿轮16、轴承或瓦套4，空压机连杆17用空压机连杆活塞轴20、空压机活塞18、空压机活塞环19插入空压机气缸21，装上空压机气缸盖22，用螺丝插入气缸盖螺丝孔32拧紧，将空气发动机右盖板25套在发动机曲轴2和空压机曲轴15的右边，将空气发动机左盖板26套在发动机曲轴2和空压机曲轴15的左边，用螺丝插入空气发动机螺丝孔31拧紧，再盖上发动机曲轴右盖板27、发动机曲轴左盖板28、空压机曲轴右盖板29、空压机曲轴左盖板30，用螺丝插入空气发动机螺丝孔31拧紧。

空气发动机运行作功标识：空气发动机1先由电动空压机压缩空气储存在空压机储气罐37内作为起动气源→空压机储气罐排气口38→空压机储气罐阀门42→输气管Ⅰ43→空气增压泵进气口44→空气增压泵45（转化成高压空气）→空气增压泵排气口46→输气管Ⅱ47→空气高压储气罐进气口48→空气高压储气罐49→空气高压储气罐排气口50→高压气流阀54→输气管Ⅲ55→发动机进气口11→进入发动机气缸8推动发动机活塞5→带动发动机曲轴连杆3和主动齿轮12→传动齿轮14→被动齿轮16→带动空压机曲轴15→空压机连杆17→空压机活塞18往复作功压缩空气，同时发动机排气口10排出的空气由发动机回气管56→回气罐进气口57→回气罐58→回气罐排气口59→回气罐阀门63→输气管Ⅳ64→空气增压泵进气口44→空气增压泵45（转化成高压空气）→空气增压泵排气口46→输气管Ⅱ47→空气高压储气罐进气口48→空气高压储气罐49→空气高压储气罐排气口50→高压气流阀54→输气管Ⅲ55→发动机进气口11→发动机排气口10→回气管56→回气罐进气口57，进入回气罐58达到压缩空气封闭循环流动作功。

空气发动机补充气源运行作功标识：空气发动机1→在发动机67往复运动作功时带动空压机曲轴15、被动齿轮16、空压机连杆17、空压机活塞18压缩空气进入空压机储气罐37→空压机储气罐排气口38→空压机储气罐阀门42→输气管Ⅰ43→空气增压泵进气口44→空气增压泵45（转化成高压空气）→空气增压泵排气口46→输气管Ⅱ47→空气高压罐进气口48→高压储气罐49→空气高压储气罐排气口50→高压气流阀54→输气管Ⅲ55→由发动机进气口11进入发动机气缸8→推动发动机活塞5→发动机曲轴2、发动机曲轴连杆3、主动齿轮12→传动齿轮14→被动齿轮16→带动空压机曲轴15→空压机连杆17→空压机活塞18作功压缩空气，由空压机进气口24吸气→空压机排气口23→空压机输气管35→空压机储气罐进气口36→空压机储气罐37→空压机储气罐排气口38→空压机储气罐阀门42→输气管Ⅰ43→空气增压泵进气口44→空气增压泵45达到气源补充的目的。

本发明之自供压缩空气方法，由电动空压机压缩空气储存在储气罐作为起动气源，起动气源通过空气增压泵增压进入空气发动机推动活塞作功转换机械能，机械带动空压机压缩空气储存为势能转化动能推动空气发动机活塞作功，所述空气发动机尾气的回收循环，由空气发动机排气口排入回气管和回气罐，因回气管和回气罐面积放大气压成为低压与空压机压缩的空气进入空气增压泵增压转为高压（达到发动机进气高排气低的压力差）推动活塞封闭循环自供压缩空气发动机不停的往复运动作功，并带动空压机压缩空气补充了发动机气能循环的气路损耗，不需建加气站充气或压力不足而更换高压储气罐，解决了空气动力续航供气的难题，节能、环保。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种自供压缩空气发动机，其特征在于：包括发动机、空压机、空压机储气罐、空气增压泵、空气高压储气罐和回气罐；

所述发动机为活塞式发动机，包括发动机曲轴、发动机曲轴连杆、轴承或瓦套、发动机活塞、发动机活塞环、发动机连杆活塞轴、发动机气缸、发动机气缸盖、主动齿轮，所述主动齿轮、轴承或瓦套、发动机曲轴连杆安装在发动机曲轴上，所述发动机活塞、发动机活塞环、发动机连杆活塞轴安装在发动机气缸中，所述发动机连杆活塞轴与发动机曲轴连杆相连，所述发动机气缸盖安装在发动机气缸上，通过连接件固定连接，所述发动机气缸盖上设有发动机排气口、发动机进气口；

所述空压机为活塞式空压机，包括空压机曲轴、被动齿轮、空压机连杆、空压机活塞、空压机活塞环、空压机连杆活塞轴、空压机气缸、空压机气缸盖、轴承或瓦套，所述被动齿轮、轴承或瓦套、空压机连杆安装在空压机曲轴上，所述空压机活塞、空压机活塞环、空压机连杆活塞轴安装在空压机气缸中，所述空压机连杆活塞轴与空压机连杆相连，所述空压机气缸盖安装在空压机气缸上，通过连接件固定连接，所述空压机气缸盖上设有空压机排气口、空压机进气口；

所述发动机曲轴和空压机曲轴的右边安装有空气发动机右盖板，并通过连接件固定连接，所述发动机曲轴和空压机曲轴的左边安装有空气发动机左盖板，并通过连接件固定连接；所述发动机上安装有发动机曲轴右盖板、发动机曲轴左盖板，并通过连接件固定连接；所述空压机上安装有空压机曲轴右盖板、空压机曲轴左盖板，并通过连接件固定连接；所述主动齿轮通过传动齿轮轴和传动齿轮与被动齿轮相连；

所述空压机排气口通过空压机输气管与空压机储气罐相连，所述空压机储气罐通过输气管Ⅰ与空气增压泵相连，所述空气增压泵通过输气管Ⅱ与空气高压储气罐相连，所述空气高压储气罐通过设有高压气流阀的输气管Ⅲ与发动机进气口相连，所述发动机排气口通过发动机回气管与回气罐相连，所述回气罐通过输气管Ⅳ与空气增压泵相连。

2.根据权利要求1所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：所述空压机储气罐上设有空压机储气罐进气口、空压机储气罐排气口、空压机储气罐压力阀、空压机储气罐气压表、空压机储气罐排污阀、空压机储气罐阀门。

3.根据权利要求1或2所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：所述空气增压泵上设有空气增压泵进气口、空气增压泵排气口、空气增压泵低压表、空气增压泵高压表。

4.根据权利要求1或2所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：所述空气高压储气罐上设有空气高压储气罐进气口、空气高压储气罐排气口、空气高压储气罐压力阀、空气高压储气罐气压表、空气高压储气罐排污阀。

5.根据权利要求1或2所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：所述回气罐上设有回气罐进气口、回气罐排气口、回气罐压力阀、回气罐压力表、回气罐排污阀、回气罐阀门。

6.根据权利要求1或2所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：活塞式发动机用转子式发动机或叶片式发动机或气轮式发动机或涡轮式发动机替代。

7.根据权利要求1或2所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：活塞式空压机用螺杆式空压机或离心式空压机替代。

8.根据权利要求1或2所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：发动机与空压机的齿轮传动用皮带传动替代。

9.根据权利要求1或2所述的自供压缩空气发动机，其特征在于：整体式的发动机与空压机设计成分体式结构。

10.一种自供压缩空气方法，其特征在于：由电动空压机压缩空气储存在储气罐作起动气源起动空气发动机，是将空气通过输气管输入空气增压泵，将低压空气增压为高压空气后存入高压储气罐，经高压储气罐排气口由高压气流阀控制气流量进入空气发动机推动活塞往复作功，并带动空压机压缩空气进入储气罐作为补充气源，同时空气发动机的排气口排出的空气进入面积放大的回气管和回气罐与空压机压缩的补充气源由输气管并合进入空气增压泵，将空气增压转为高压空气后存入高压储气罐，由高压储气罐排气口通过高压气流阀控制气流量进入空气发动机推动活塞封闭循环作功；压缩空气封闭循环，是指空气发动机的排气由回气管和回气罐的面积放大成为低压空气回送到空气增压泵增压为高压空气封闭循环自供压缩空气发动机推动活塞不停的往复运动作功。