CN1847621A - 空气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气发动机，旨在向机动车辆提供一种排气零污染、低能耗的空气发动机；是由PLC控制器1、压力传感器2、高压空气罐3、电磁截止阀4组成发动机的“燃料”供给机构；由电动调压阀6、电磁阀7、单向阀8、电位器11、传动齿轮18、从动齿轮19、传感凸形轮21、ECU控制器22组成向发动机活塞缸输入“燃料”—压缩空气的控制机构；由启动电机13等作为发动机主要启动机构。本发明发动机在吸气过程中吸入的是空气，在压缩冲程完成后，高压空气被注入爆炸室，活塞开始做功，在排气过程中，排出的气体完全是无污染的空气。

Description

空气发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，更具体地说，它涉及一种以压缩空气作“燃料”的空气发动机。它应用于交通车辆，作车辆的运行动力发动机。

背景技术

随着城市经济的不断发展，机动车辆数量不断增加，这些机动车辆的发动机95％以上是燃油发动机，车辆排放的尾气中含有大量的有害气体，对城市的空气造成严重污染，影响了城市居民的身体健康；另外，随着石油能源日趋紧张，车辆的使用成本不断增大，在一定程度上影响了交通业的发展。为了减小机动车辆尾气对大气的污染，国内外一些城市交通车辆使用了燃气(天然气、煤气)发动机，在一定程度上减小了车辆尾气中的有害物质的排放量，但是，燃气发动机并不能实现有害气体的零排放。另外，使用天然气或煤气，并不会使车辆的使用成本有较大减少。目前，国内尚无发现有一种排气达到零污染及使用廉价能源的发动机。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决现有机动车发动机排放有害气体及使用成本较高的问题，提供一种排气零污染、低能耗的空气发动机。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

本发明整体结构包括气源、发动机供气控制机构、四缸发动机主体、发动机启动机构四部分。气源部分由PLC控制器、压力传感器、高压空气罐、电磁截止阀、气源单向阀等组成；压力传感器安装在高压空气罐上，PLC控制器控制电磁截止阀的开启或关闭。发动机供气控制机构由电动调压阀、电磁阀、单向阀、电位器、操纵踏板、传动齿轮、从动齿轮、轴、传感凹形轮、ECU控制器等组成；ECU控制器通过传感凹形轮的转动获得电流信号，控制电磁阀开或闭；电位器控制电动调压阀，以改变气压大小；四缸发动机主体部分和现有技术的四缸发动机大部分结构相同，主要由喷气管、活塞缸体、活塞、活塞连杆、曲轴、惯性轮等组成；发动机启动机构主要由启动电机、启动从动轮、启动主动轮等组成。

本发明与现有技术比较，有以下有益效果：1、可以完全实现发动机排气零污染；2、使用压缩空气作发动机运行能源，大大节约了燃料能源，降低了使用成本。

附图说明：

图1是本发明空气发动机的结构示意图

图2是本发明空气发动机结构中的ECU控制器工作原理图

图3是本发明空气发动机结构中单个活塞缸内活塞的工作运行流程图

图中：1是PLC控制器，2是压力传感器，3是高压空气罐，4是电磁截止阀，5是气源单向阀，6是电动调压阀，7是电磁阀，8是单向阀，9是喷气管，10是四缸发动机主体，11是电位器，12是操纵踏板，13是启动电机，14是启动从动轮，15是启动主动轮，16是曲轴，17是惯性轮，18是传动齿轮，19是从动齿轮，20是轴，21是传感凹形轮，22是ECU控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1～3所示，气源组成部分的高压空气罐3有四个，由空气压缩设备向高压空气罐3内充入洁净的压缩空气，使高压空气罐内气压达到40～60巴；每个高压空气罐上安装一个压力传感器2；电磁截止阀4、气源单向阀5通过管连接与高压空气罐气口及四缸发动机主体10的供气主管路相连；PLC控制器1通过电线分别与压力传感器2和电磁截止阀4连接，接收和输出信号，自动控制电磁截止阀4的开启或关闭。四个高压空气罐并排安装，由PLC控制器1控制，依次打开相对应连接的电磁截止阀4(PLC控制器首先开启一个高压空气罐所对应的电磁截止阀，当该高压空气罐上的压力传感器2感知罐内的气压小于25巴时，压力传感器向PLC控制器输出信号，PLC控制器关闭该电磁截止阀，切断该高压空气罐内的气体输出，同时启动第二个高压空气罐对应的电磁截止阀)输出高压气体；高压空气罐3的体积大小设计，根据对发动机设定的连续工作时间及负荷大小而定；高压空气罐由玻璃纤维制造，目的在于当高压空气罐遇到外部撞击时，气罐只会沿直纹裂开，不致发生爆炸。

发动机供气控制机构中的电动调压阀6、电磁阀7、单向阀8通过钢管依次连接，管路的电动调压阀6端与气源相连并相通，管路的单向阀8端与喷气管9相连并相通；本发明涉及一种四缸四冲程发动机，一个电动调压阀6、电磁阀7、单向阀8所形成的供气管路只控制发动机的一个气缸，共有四个电动调压阀、四个电磁阀、四个单向阀，分别形成四条供气管路。四个电动调压阀6与电位器11通过电线连接，操纵踏板12通过机械传动结构改变电位器11的电阻变化，同时控制四个电动调压阀6输出气体压强的大小。每个电磁阀7受相对应的一个ECU控制器22控制，当发动机气缸活塞到达做功阶段时，ECU控制器22输出信号，电磁阀7打开，对气缸供气。ECU控制器22输出信号的时间与时间的长短，受ECU控制器结构中的传感器所输入信号的时间及时间长短控制；传感器信号的产生，受传感凹形轮21旋转角度的影响：传感凹形轮为圆盘形，外缘上对称开有两个45°弧形缺口；ECU控制器的传感头固定安装在圆盘形的传感凹形轮的外缘处；当圆盘上的缺口旋转到传感头时，传感器发出电流信号，弧形缺口转过感应头时，电流信号停止；传感凹形轮共四个，尺寸相同，安装固定在轴20上，以第一个为基准，第二个旋转-45度安装，第三个旋转+45度安装，第四个旋转+90度安装；传动齿轮18、从动齿轮19分别固定安装在曲轴16和轴20上，并相互啮合，两个齿轮的传动比为4∶1。

四缸发动机主体10结构中喷气管9共四个，每个喷气管固定安装在一个活塞缸的顶部，并与活塞缸内腔相通。惯性轮17安装在曲轴16上，其作用与普通发动机惯性轮的作用相同。四缸发动机主体10结构中的活塞缸顶部的进、排气口及气门的结构和工作原理与普通发动机相同，不同之处是：本发明中的活塞缸进气口进入的是自然空气，而普通发动机活塞缸进气口进入的空气和雾化的燃料混合气。本发明所涉及的四缸发动机主体10结构中四个活塞做功顺序设定为①号活塞缸、③号活塞缸、④号活塞缸、②号活塞缸。

发动机启动机构中的启动从动轮14固定连接在曲轴16上；启动主动轮15固定安装在启动电机13的输出轴上，通过齿轮啮合带动启动从动轮14旋转。

以空气发动机的一个活塞缸活塞工作流程为例：启动电机13工作，带动曲轴16旋转，活塞向下运行，此时活塞缸顶部的进气气门打开，排气气门关闭，当曲轴上的曲柄运行到最底端时，活塞缸完成吸气过程；在这一过程中，曲轴16旋转了180度。曲轴继续旋转，活塞向上运行，此时进气口与排气口上的气门全部关闭，活塞缸内吸入的空气被压缩，当活塞运行到上止点时，被压缩的空气压强达到20巴，其温度上升到400℃；这一过程，曲轴16旋转了180度；此时，ECU控制器22输出电流信号，将电磁阀7打开，气压在25巴以上的压缩空气通过活塞缸顶部的喷气管9射入爆炸室；高压空气到达爆炸室后，受400℃温度和爆炸室容积的影响，高压空气急剧膨胀，爆炸室内气压急剧上升，巨大气压推动活塞向下运动，活塞上的曲轴连杆推动曲轴转动；此为活塞做功过程。在活塞做功过程中，ECU控制器22始终控制电磁阀7处于开启状态，一旦活塞缸内气压小于25巴，外部高压气源的压缩空气及时进入活塞缸，推动活塞继续向下运动。活塞运行到下止点时，做功完成。活塞做功过程中，曲轴16又旋转了180度。在活塞做功过程中，ECU控制器22之所以能够始终控制电磁阀7处于开启状态，主要原因在于ECU控制器结构中的传感器发出的电流信号，而这一信号的发出时间及时间长短，由传感凹形轮21旋转角度和旋转速度所决定：传动齿轮18与从动齿轮19的速比为4∶1，曲轴16旋转180°，传感凹形轮21旋转45°，在传感凹形轮上的45°弧形缺口也旋转45°，相对应的传感器连续发出电流信号，所以，在活塞做功过程中，电磁阀7始终处于开启状态。活塞做功过程完成后，在惯性轮17的作用下，曲轴继续旋转，活塞上升，活塞缸的排气气门打开，排气工作开始。排气工作结束时，曲轴旋转了180度。此时，曲轴16共旋转了两圈，本发明中的一个活塞缸内活塞完成了吸气、压缩、做功、排气四个冲程。

为了调节本发明空气发动机的输出功率或转速的大小，本发明设置了供气调节装置——电动调压阀6、电位器11和操纵踏板12，当需要提高发动机的输出功率或转速时，操作操纵踏板12，减小电位器的电阻值，增大电动调压阀的输入电流，调压阀的通气量加大，进入发动机爆炸室内的压缩空气的气压或气体量加大，压缩空气的膨胀力加大，加大了活塞做功过程中的作用力，进而提高了发动机的输出功率或转速。如果降低发动机的输出功率或转速，可逆向操作操纵踏板12。

当四个高压空气罐3内的压缩空气的气压消耗都到达了25巴时，需要对高压空气罐重新注入压缩空气。

本发明运行过程中所排放的气体全部是空气，因而实现了零污染排放；本发明所使用的“燃料”是压缩空气，压缩空气的制备十分简单，并且成本低，这样就降低了发动机的运行成本。如果将本发明发动机安装到机动车辆上，不但使车辆尾气达到零污染排放，减小了城市空气污染，而且，也降低了车辆的使用成本，促进了城市交通业的发展。

Claims (6)

1、一种空气发动机，包括PLC控制器(1)、压力传感器(2)、高压空气罐(3)、电磁截止阀(4)、气源单向阀(5)、电动调压阀(6)、电磁阀(7)、单向阀(8)、喷气管(9)、四缸发动机主体(10)、电位器(11)、启动电机(13)、启动从动轮(14)、启动主动轮(15)、曲轴(16)、传动齿轮(18)、从动齿轮(19)、轴(20)、传感凹形轮(21)、ECU控制器(22)等，其特征是：所述的高压空气罐(3)数量四个，每个高压空气罐上有一个压力传感器(2)，压力传感器与PLC控制器(1)通过电线连接，每个高压空气罐的出气管路上有一个电磁截止阀(4)和一个气源单向阀(5)，电磁截止阀通过电线与PLC控制器相连接；所述的电动调压阀(6)与电位器(11)通过电线连接；所述的电磁阀(7)与ECU控制器(22)通过电线连接，电磁阀由ECU控制器输出的电流信号进行控制；所述的传感凹形轮(21)共四个，固定在轴(20)上；所述的传动齿轮(18)与从动齿轮(19)分别安装在曲轴(16)和轴(20)上，并相互啮合，其速比为4∶1；所述的启动主动轮(15)与启动从动轮(14)分别安装在启动电机(13)的输出轴和曲轴(16)上，并通过皮带或齿啮合方式进行动力传动；所述的喷气管(9)共四个，分别安装在四缸发动机主体(10)内活塞缸的顶部，并与活塞缸内腔相通。

2、根据权利要求1所述的空气发动机，其特征是：所述的电动调压阀(6)、电磁阀(7)、单向阀(8)依次通过钢管串联连接，形成一条供气管路，管路的电动调压阀端与气源相连并相通，管路的单向阀端与喷气管(9)相连并相通；电动调压阀、电磁阀、单向阀各有四个，分别形成四条供气管路。

3、根据权利要求1所述的空气发动机，其特征是：传感凹形轮(21)为圆盘形，外缘上对称开有两个45°弧形缺口。

4、根据权利要求1所述的空气发动机，其特征是：所述的ECU控制器(22)结构中的传感头，固定安装在传感凹形轮(21)的外缘处，安装的距离位置以能够感知到传感凹形轮上的弧形缺口并输出电流信号为准。

5、根据权利要求1所述的空气发动机，其特征是：所述的高压空气罐(3)，其制造材质为玻璃纤维材，罐内填装压强值为40～60巴的压缩空气。

6、根据权利要求1所述的空气发动机，其特征是：所述的四个传感凹形轮(21)安装固定在轴(20)上时，以第一个为基准，第二个旋转-45度安装，第三个旋转+45度安装，第四个旋转+90度安装。

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