CN114909182B - 一种磁辅助式空气增压发动机 - Google Patents

Abstract

本申请属于发动机技术领域，公开了一种磁辅助式空气增压发动机，包括气泵、曲轴和至少一个气缸组合，还包括储气增压装置；每个气缸组合包括至少一个第一气缸和至少一个第二气缸；第一气缸包括第一缸体、第一活塞、第一连杆、第一进气阀和第一排气阀，第一进气阀与气泵的输出端和储气增压装置的输出端连接；第二气缸包括第二缸体、第二活塞、第二连杆、第二进气阀和第二排气阀，第二进气阀与外部大气连通，第二排气阀与储气增压装置的输入端连接；第一气缸用于驱动曲轴转动，第二气缸用于吸入外部空气后加压输送至储气增压装置，储气增压装置用于把存储的高压空气输送至第一气缸；从而可提高发动机的输出力矩。

Description

一种磁辅助式空气增压发动机

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种磁辅助式空气增压发动机。

背景技术

现有技术中的空气发动机，仅通过气泵提供的高压空气驱动活塞运动，从而推动曲轴转动对外做功，由于气泵能够提供的高压空气的气压较低，导致发动机的输出力矩较小。

发明内容

本申请的目的在于提供一种磁辅助式空气增压发动机，可提高发动机的输出力矩。

本申请提供了一种磁辅助式空气增压发动机，包括气泵、曲轴和至少一个气缸组合，还包括储气增压装置；每个所述气缸组合包括至少一个第一气缸和至少一个第二气缸；

所述第一气缸包括第一缸体、第一活塞、第一连杆、第一进气阀和第一排气阀，所述第一连杆连接所述第一活塞和所述曲轴，所述第一进气阀与所述气泵的输出端和所述储气增压装置的输出端连接；

所述第二气缸包括第二缸体、第二活塞、第二连杆、第二进气阀和第二排气阀，所述第二连杆连接所述第二活塞和所述曲轴，所述第二进气阀与外部大气连通，所述第二排气阀与所述储气增压装置的输入端连接；

所述第一气缸用于驱动所述曲轴转动，所述第二气缸用于吸入外部空气后加压输送至所述储气增压装置，所述储气增压装置用于把存储的高压空气输送至所述第一气缸。

该磁辅助式空气增压发动机，通过设置储气增压装置和第二气缸，利用第二气缸吸入外部空气后加压输送入储气增压装置，在气泵向第一气缸输送高压空气时，由储气增压装置输出高压空气进行增压，从而可提高发动机的输出力矩。

优选地，所述气泵的输出端和所述储气增压装置的输出端均设置有第一单向阀。

优选地，所述第二活塞背向所述第二连杆的一侧设置有第一磁体，所述第一磁体为永磁体，所述第二缸体的顶部设置有第二磁体，所述第二磁体用于在所述第二活塞朝向所述第二磁体运动时吸附所述第一磁体。

从而，通过第一磁体和第二磁体之间的磁力作用，可提高第二气缸对空气的压缩能力，提高储气增压装置的加压能力。

在一些实施方式中，所述第二磁体为永磁体，所述第二磁体与所述第一磁体异极相对设置。

在另一些实施方式中，所述第二磁体为电磁铁。

优选地，所述储气增压装置包括储气罐和稳压罐，所述储气罐与所述第二排气阀及所述稳压罐连接，所述稳压罐还与所述第一进气阀连接。

通过稳压罐可保证储气增压装置输出压力的稳定性。

优选地，所述稳压罐设置有第一压力传感器，所述储气罐和所述稳压罐之间的连接管道上设置有第一流量控制阀。

优选地，所述储气增压装置还包括液化空气存储罐，所述液化空气存储罐与所述储气罐连接；所述储气罐设置有第二压力传感器，所述液化空气存储罐和所述储气罐的连接管道上设置有液泵和第二流量控制阀。

优选地，每个所述气缸组合中的所述第一气缸的数量不小于所述第二气缸的数量。

优选地，每个所述气缸组合中的所述第一气缸的数量大于所述第二气缸的数量。

有益效果：

本申请提供的磁辅助式空气增压发动机，通过设置储气增压装置和第二气缸，利用第二气缸吸入外部空气后加压输送入储气增压装置，在气泵向第一气缸输送高压空气时，由储气增压装置输出高压空气进行增压，从而可提高发动机的输出力矩。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。

附图说明

图1为一种磁辅助式空气增压发动机的结构示意图。

图2为另一种磁辅助式空气增压发动机的结构示意图。

图3为储气增压装置的结构示意图。

图4为曲轴的结构示意图。

图5为连接盘的结构示意图。

标号说明：1、气泵；2、曲轴；201、主轴段；202、偏心轴段；203、连接板；3、储气增压装置；301、储气罐；302、稳压罐；303、第一压力传感器；304、第一流量控制阀；305、液化空气存储罐；306、第二压力传感器；307、液泵；308、第二流量控制阀；309、第二单向阀；4、第一气缸；401、第一缸体；402、第一活塞；403、第一连杆；404、第一进气阀；405、第一排气阀；5、第二气缸；501、第二缸体；502、第二活塞；503、第二连杆；504、第二进气阀；505、第二排气阀；506、第一磁体；507、第二磁体；6、第一单向阀；7、第三单向阀；8、连接盘；801、套筒部；802、圆盘部；803、销轴。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1-图5，本申请一些实施例中的一种磁辅助式空气增压发动机，包括气泵1、曲轴2和至少一个气缸组合，还包括储气增压装置3；每个气缸组合包括至少一个第一气缸4和至少一个第二气缸5；

第一气缸4包括第一缸体401、第一活塞402、第一连杆403、第一进气阀404和第一排气阀405，第一连杆403连接第一活塞402和曲轴2，第一进气阀404与气泵1的输出端和储气增压装置3的输出端连接；

第二气缸5包括第二缸体501、第二活塞502、第二连杆503、第二进气阀504和第二排气阀505，第二连杆503连接第二活塞502和曲轴2，第二进气阀504与外部大气连通，第二排气阀505与储气增压装置3的输入端连接；

第一气缸4用于驱动曲轴2转动，第二气缸5用于吸入外部空气后加压输送至储气增压装置3，储气增压装置3用于把存储的高压空气输送至第一气缸4。

该磁辅助式空气增压发动机，通过设置储气增压装置3和第二气缸5，利用第二气缸5吸入外部空气后加压输送入储气增压装置3，在气泵1向第一气缸4输送高压空气时，由储气增压装置3输出高压空气进行增压，从而可提高发动机的输出力矩。

具体地，在工作过程中第一气缸4驱动曲轴2转动时，同时带动第二气缸5的第二活塞502往复移动，当第二活塞502往靠近曲轴2的一侧移动时，第二进气阀504打开，第二排气阀505关闭，从而吸入外部空气，当第二活塞502往远离曲轴2的一侧移动时，第二进气阀504关闭，第二排气阀505打开，从而把空气加压送入储气增压装置3。

在一些实施方式中，见图1、图2，气泵1的输出端和储气增压装置3的输出端均设置有第一单向阀6。通过第一单向阀6避免高压空气回流，从而保证加压效果。

优选地，见图1、图2，储气增压装置3的输入端设置有第三单向阀7，以避免储气增压装置3的高压空气回流到第二气缸5中，

在一些优选实施方式中，见图1、图2，第二活塞502背向第二连杆503的一侧设置有第一磁体506，第一磁体506为永磁体，第二缸体501的顶部（即背向曲轴2的一端）设置有第二磁体507，第二磁体507用于在第二活塞502朝向第二磁体507运动时吸附第一磁体506。从而，通过第一磁体506和第二磁体507之间的磁力作用，可提高第二气缸5对空气的压缩能力，提高储气增压装置3的加压能力。

在一些具体实施例中，第二磁体507为永磁体，第二磁体507与第一磁体506异极相对设置。

在另一些具体实施例中，第二磁体507为电磁铁。从而，当第一磁体506靠近第二磁体507运动的时候，该第二磁体507可通电使电磁铁与第一磁体506异极相对，以吸附第一磁体506；当第二磁体507远离第二磁体507运动的时候，第二磁体507可断电，以避免磁力阻碍第二活塞502移动，或者，当第二磁体507远离第二磁体507运动的时候，第二磁体507可反向通电，产生排斥力助推第二活塞502移动，进一步提高发动机的输送力矩。

在一些实施方式中，见图3，储气增压装置3包括储气罐301和稳压罐302，储气罐301与第二排气阀505及稳压罐302连接，稳压罐302还与第一进气阀404连接。其中，第二气缸5加压送出的高压空气被存储在储气罐301中，若直接通过储气罐301输出高压空气对第一气缸4进行增压，则由于储气罐301中的气压稳定性较差，容易导致增压效果不稳定，此处，储气罐301输出的高压空气先进入稳压罐302，通过稳压罐302可保证储气增压装置3输出压力的稳定性。

优选地，见图3，稳压罐302设置有第一压力传感器303，储气罐301和稳压罐302之间的连接管道上设置有第一流量控制阀304。通过第一压力传感器303可实时检测稳压罐302的气压，从而根据稳压罐302的气压控制第一流量控制阀304工作，以保持稳压罐302的气压为目标气压（目标气压可根据实际需要设置），例如，在工作时，可由磁辅助式空气增压发动机的控制系统（即该磁辅助式空气增压发动机还包括控制系统）根据目标气压计算气压下限值和气压上限值（气压下限值小于目标气压，气压上限值大于目标气压），当第一压力传感器303检测到稳压罐302的气压低于气压下限值时，控制第一流量控制阀304打开，直到第一压力传感器303检测到稳压罐302的气压达到气压上限值时，控制第一流量控制阀304关闭，从而使稳压罐302的气压保持在目标气压附近的允差范围内。

在一些优选实施方式中，见图3，储气增压装置3还包括液化空气存储罐305，液化空气存储罐305与储气罐301连接；储气罐301设置有第二压力传感器306，液化空气存储罐305和储气罐301的连接管道上设置有液泵307和第二流量控制阀308。在实际应用中，有时候，储气罐301的高压空气的消耗速度可能高于第二气缸5输入的速度，从而可能导致储气罐301的气压比稳压罐302的目标气压低，使增压效果达不到要求，此时，可打开第二流量控制阀308并启动液泵307，把液化空气存储罐305的液体空气输送到储气罐301气化为高压空气以补偿储气罐301的高压空气。一般地，在工作时，可保持储气罐301中的气压比稳压罐302的目标气压高出第一压差阈值（可根据实际需要设置）以上，由磁辅助式空气增压发动机的控制系统根据稳压罐302的目标气压计算出该第一压差阈值，通过第二压力传感器306实时检测储气罐301的气压，并计算该气压与稳压罐302的目标气压的气压差，若该气压差小于第一压差阈值，则控制第二流量控制阀308打开，并控制液泵307启动以把液化空气输送到储气罐301，直到储气罐301 气压与稳压罐302目标气压的气压差不小于第二压差阈值，第二压差阈值可根据实际需要设置，且第二压差阈值大于第一压差阈值，一方面可保证储气罐301具有足够的高压空气供稳压罐302使用，另一方面，通过合理设置第二压差阈值可避免液泵307和第二流量控制阀308频繁启动而大大增加发动机对电能的能耗。

优选地，见图3，液化空气存储罐305和储气罐301的连接管道上、储气罐301和稳压罐302之间的连接管道上均设置有第二单向阀309，以避免高压空气和液化空气回流。

其中，气缸组合的数量可以为一个或多个，具体可根据实际需要设置。

其中，每个气缸组合的第一气缸4和第二气缸5的数量可根据实际需要设置，第一气缸4可以设置一个或多个，第二气缸5可以设置一个或多个。例如，图1中，每个气缸组合包括两个第一气缸4和一个第二气缸5；图2中，每个气缸组合包括两个第一气缸4和两个第二气缸5；但不限于此。

优选地，每个气缸组合中的第一气缸4的数量不小于第二气缸5的数量。在实际应用中，第二气缸5的数量越多，则对曲轴2转动产生的阻力越大，当第一气缸4的数量不小于第二气缸5的数量，可避免由于第二气缸5压缩空气产生的阻力过大而导致发动机实际输出的力矩反而减小。例如图1中给出了第一气缸4的数量大于第二气缸5的数量的一种示例，图2中给出了第一气缸4的数量等于第二气缸5的数量的一种示例。

更优选地，每个气缸组合中的第一气缸4的数量大于第二气缸5的数量。从而第二气缸5产生的总的阻力平分到每个第一气缸4处的分量更小，有利于保证发动机输出力矩的提高效果。

其中，在一些实施方式中，同一个气缸组合的各第一气缸4和各第二气缸5可在曲轴2的轴向方向上相互错位排布，且各第一气缸4的第一连杆403和各第二气缸5的第二连杆503各自通过一个连接套与曲轴2铰接。

在另一些实施方式中，见图1、图2、图4，同一个气缸组合的所有第一气缸4和所有第二气缸5设置在同一平面内，同一个气缸组合的所有第一气缸4的第一连杆403和所有第二气缸5的第二连杆503均与同一个连接盘8铰接，该连接盘8可转动地套接在曲轴2上。与上一种实施方式相比，由于同一个气缸组合的所有第一气缸4和所有第二气缸5设置在同一平面内，在曲轴2的轴向方向上占用的空间更小，有利于减小发动机的体积。

在一些进一步的实施方式中，见图4，曲轴2包括多个同轴间隔设置的主轴段201和至少一个偏心轴段202（偏心轴段202的数量与气缸组合的个数相同，也与连接盘8的个数相同），任意相邻的两个主轴段201的之间设置有一个偏心轴段202，偏心轴段202与主轴段201平行（不同轴），偏心轴段202的两端通过连接板203与相邻的主轴段201固定连接，每个偏心轴段202上可转动地套设有一个连接盘8。

在进一步优选的实施方式中，当偏心轴段202的数量大于一的时候，各偏心轴段202在垂直于主轴段201的平面上的投影，在主轴段201的同心圆周上均匀排布。从而可避免曲轴2的重心偏离主轴段201中心线，减小转动时产生的振动。

在本实施例中，见图5，连接盘8包括同轴设置的套筒部801和圆盘部802，套筒部801可转动地套设在偏心轴段202上，圆盘部802设置有用于与第一连杆403或第二连杆503铰接的销轴803。但连接盘8的具体结构不限于此。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁辅助式空气增压发动机，包括气泵（1）、曲轴（2）和至少一个气缸组合，其特征在于，还包括储气增压装置（3）；每个所述气缸组合包括至少一个第一气缸（4）和至少一个第二气缸（5）；

所述第一气缸（4）包括第一缸体（401）、第一活塞（402）、第一连杆（403）、第一进气阀（404）和第一排气阀（405），所述第一连杆（403）连接所述第一活塞（402）和所述曲轴（2），所述第一进气阀（404）与所述气泵（1）的输出端和所述储气增压装置（3）的输出端连接；

所述第二气缸（5）包括第二缸体（501）、第二活塞（502）、第二连杆（503）、第二进气阀（504）和第二排气阀（505），所述第二连杆（503）连接所述第二活塞（502）和所述曲轴（2），所述第二进气阀（504）与外部大气连通，所述第二排气阀（505）与所述储气增压装置（3）的输入端连接；

所述第一气缸（4）用于驱动所述曲轴（2）转动，所述第二气缸（5）用于吸入外部空气后加压输送至所述储气增压装置（3），所述储气增压装置（3）用于把存储的高压空气输送至所述第一气缸（4）；

所述储气增压装置（3）包括储气罐（301）和稳压罐（302），所述储气罐（301）与所述第二排气阀（505）及所述稳压罐（302）连接，所述稳压罐（302）还与所述第一进气阀（404）连接；

所述稳压罐（302）设置有第一压力传感器（303），所述储气罐（301）和所述稳压罐（302）之间的连接管道上设置有第一流量控制阀（304）；

所述储气增压装置（3）还包括液化空气存储罐（305），所述液化空气存储罐（305）与所述储气罐（301）连接；所述储气罐（301）设置有第二压力传感器（306），所述液化空气存储罐（305）和所述储气罐（301）的连接管道上设置有液泵（307）和第二流量控制阀（308）；

所述第一流量控制阀（304）用于在所述第一压力传感器（303）检测到所述稳压罐（302）的气压低于气压下限时打开，直到所述第一压力传感器（303）检测到所述稳压罐（302）的气压达到气压上限值时关闭，以使所述稳压罐（302）的气压保持在目标气压附近的允差范围内；

所述储气罐（301）中的气压比所述稳压罐（302）的目标气压高出第一压差阈值以上，所述第二压力传感器（306）用于检测所述储气罐（301）的气压，所述第二流量控制阀（308）用于在所述储气罐（301）的气压与所述目标气压的气压差小于第一压差阈值时打开，直到该气压差不小于第二压差阈值时关闭，第二压差阈值大于第一压差阈值，所述液泵（307）用于在所述第二流量控制阀（308）打开时把液化空气输送到所述储气罐（301）；

所述第二活塞（502）背向所述第二连杆（503）的一侧设置有第一磁体（506），所述第一磁体（506）为永磁体，所述第二缸体（501）的顶部设置有第二磁体（507），所述第二磁体（507）用于在所述第二活塞（502）朝向所述第二磁体（507）运动时吸附所述第一磁体（506）。

2.根据权利要求1所述的磁辅助式空气增压发动机，其特征在于，所述气泵（1）的输出端和所述储气增压装置（3）的输出端均设置有第一单向阀（6）。

3.根据权利要求1所述的磁辅助式空气增压发动机，其特征在于，所述第二磁体（507）为永磁体，所述第二磁体（507）与所述第一磁体（506）异极相对设置。

4.根据权利要求1所述的磁辅助式空气增压发动机，其特征在于，所述第二磁体（507）为电磁铁。

5.根据权利要求1所述的磁辅助式空气增压发动机，其特征在于，每个所述气缸组合中的所述第一气缸（4）的数量不小于所述第二气缸（5）的数量。

6.根据权利要求5所述的磁辅助式空气增压发动机，其特征在于，每个所述气缸组合中的所述第一气缸（4）的数量大于所述第二气缸（5）的数量。

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