CN1851260A - 用压缩空气作动力的车载发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用压缩空气作动力的车载发动机。包括固定在车身上的发动机机体、机体内的曲轴，发动机曲轴一端伸出机体外且连接有变速箱及皮带轮，发动机曲轴的曲颈与气缸中的活塞相连接，气缸盖上设有带喷气电磁阀的进气压力管和带排气电磁阀的排气管，在发动机机体上设置有发动机转速及气缸上止点判别信号发生器、发动机曲轴盘转电机，曲轴上安装有单向超越离合器。本发明与现有技术相比，由于不需要燃烧像汽油或柴油那样的燃料来提供动力，没有污染且环保；本发动机只需压缩空气作为动力，省去了许多其它辅助设备，比传统内燃机结构更简单；并且还可以在其它发动机的原基础上，经过较小的技术改动，即可改成使用压缩空气作为动力的发动机。

Description

用压缩空气作动力的车载发动机
技术领域
本发明涉及一种汽车动力装备，特别是一种车载发动机。
背景技术
一般来说，用于车辆的发动机所需动力是靠燃烧汽油或柴油获得的，由于目前的石油储备量越来越少，因而油价也就自然越来越高了。
再说，燃烧燃料所获得动力，会造成空气的污染和排放问题。燃烧程度再完全的机器，燃烧也会消耗大气中的氧气，产生二氧化碳，对人类生存环境造成破坏；还有排放出来的有害气体，更是对人体和人类生存的环境起到不可估量的危害作用。
为消除上述危害，目前已研制出了环保电动车，但到目前为止，由于其存在较多的问题，特别是功率低、续航里程短等问题，所以还难以被广泛推广使用。
虽然现代发动机已作了很大的节油改进，例如已研制出燃烧稀混合气体的发动机，但它只能节省很少的燃油，且增加了不少辅助的设备，使发动机的性能下降。
为了减少废气的排放，人们作了多种偿试，包括采用三元催化器等等，但这些偿试都需要附加设备而且难以达到较满意的效果。
因为传统的发动机是热机，需要冷却系统对其进行冷却，汽油机由于是点燃式发动机，还需要点火系统，因此，传统的发动机结构繁杂，副件较多，制造成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用压缩空气作动力的车载发动机，其要解决的技术问题是利用压缩空气代替汽油、柴油或液化石油气燃料，把压缩空气引入发动机气缸中膨胀作功，推动活塞往复运动从而转动曲轴来维持发动机的运转，以驱动车辆运行。
为解决上述技术问题本发明采用以下技术方案：一种用压缩空气作动力的车载发动机，包括固定在车身上的发动机机体、机体内的曲轴，所述发动机曲轴一端伸出机体外，发动机曲轴的曲颈与气缸中的活塞相连接，气缸盖上设有进气压力管和排气管。
本发明所述气缸盖上进气压力管上设置有喷气电磁阀，所述排气管上设置有排气电磁阀。
本发明所述发动机曲轴输出端连接有变速箱。
本发明所述发动机曲轴输出端连接有皮带轮。
本发明所述发动机机体上设置有发动机转速及气缸上止点判别信号发生器，发动机转速及气缸上止点判别信号发生器的结构由曲轴上的转子和定子线圈组成，所述的转子为双层转子，内层有24个凸齿，外层转子为单个凸角。
本发明所述发动机机体上设置有发动机曲轴盘转电机。
本发明所述曲轴上安装有一个单向超越离合器。
本发明与现有技术相比，由于采用压缩空气驱动发动机的运转，这种发动机及其配套设备不需要燃烧像汽油或柴油那样的燃料来提供动力，没有任何污染且环保；本发动机只需要压缩空气作为动力，所以省去了许多其它辅助设备，比传统内燃机结构更简单；并且还可以在其它发动机的原基础上，经过小部分的技术改动，即可改成使用压缩空气作为动力的发动机。
附图说明
图1是本发明实施例能源缸及电子控制式减压阀的结构示意图。
图2是本发明实施例加热腔的结构示意图。
图3是本发明的发动机结构示意图。
图4是本发明实施例电控单元及信号源与执行器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示为本发明能源缸及压力调节系统的结构示意图。其中有能源缸41，是用碳纤维制成的圆柱形或长方体的高压容器，设计工作压力为30Mpa以上，图中42为带步进电机调压阀减压阀，作用是控制单元根据发动机当前工况(发动机转速与负荷)而调整减压后的系统压力。图中43是高压侧压力表。根据其读数可以知道能源缸内的剩余压力。图中44是减压后的压力表。根据读数可以知道减压后的系统内的压力。图中45为手动开启阀，用于人为的开启能源缸与外部连通的工作阀。图中46为输出气管接头，用于连接加热腔。图中47为连接接头，用于与其他能源缸连接，便于共同并联供气。
图2是表示加热腔及附件示意图。图中58为加热腔，其作用是使气体受热膨胀，另一作用是干燥气体。结构为一钢制压力容器。图中59为加热线圈，作用为通电后产生热量，并将腔内气体加热。图中50为连接减压阀的气管连接头。图中51为连接发动机上的喷气阀的气管连接头。图中52为气压传感器，作用是向电控单元提供减压后的压力信号，是一种反馈信号。图中53为单向阀，作用是使受热后膨胀的气体不至于倒流。
图3是表示发动机及其附属装置的示意图。一种车载发动机，包括固定在车身上的发动机机体20，发动机机体20内的发动机曲轴29，发动机曲轴29一端伸出机体外，发动机曲轴29的曲颈与气缸中的活塞相连接，气缸盖上有进气压力管21和排气管22。
气缸上进气压力管21上设置有喷气电磁阀16，排气管22上有排气电磁阀17。为了增加或是减少速度，可以在发动机曲轴29输出端连接有皮带轮15或变速箱。
图中，发动机转速及气缸上止点判别信号发生器14的主要作用是向控制单元提供发动机转速以及一缸上止点位置信号，采用磁电感应原因制造而成。有转子与定子线圈及固定支架等。其结构是采用双层转子，内层有24个凸齿，为发动机转速信号发生用，外层转子为单个凸角，用于产生气缸判别信号。转子随发动机曲轴29一同运转，当转子转动时，带磁性的定子线圈就会产生脉冲电动势，供给控制单元一个电脉冲信号。控制单元根据其信号判别一缸活塞位置和确定发动机的转速。图中15为皮带轮，用作扭矩的输出。图中16为喷气电磁阀，作用是电控单元根据各种信号运算并处理，然后通过控制电磁阀的开启时间来决定喷气量。由于电磁阀有节流作用，与调压式减压阀并用就形成了调速器，可以将发动机的转速调整在一个合适的范围内。图中17为排气电磁阀，当做功冲程完了后，将多余的气体排出缸外。其他喷气阀同样为电控单元控制的执行器。图中18是发动机缸盖，其除了封密气缸外，还设计安装了喷气阀、排气阀等一些装置。图中19为发动机曲轴盘转电机，用于盘转发动机。其代用设计为在曲轴29上安装一个单向超越离合器，使曲轴29不能反转，这样就可以让电控单元控制喷气来盘转发动机了。图中20为发动机机体，作用是固定发动机曲轴29和连接其他部件的综合体。图中21表示为加热腔过来的压力管，其作用为连接加热腔与电磁喷气阀。
图4为电控单元原理图，表示了电控单元及传感器部分与执行器部分。图中62为控制单元，是电子控制运算处理中心。作用是根据各种传感器的信号和门油电位计的变化情况，经过运算处理并与原设定程序进行比较，然后控制执行器工作，以达到控制的目的。图中63为门油电位计，电位计的电阻随驾驶员踩下的油门踏板的变化而变化，并将这个变化的值以电压的方式传输给控制单元，让控制单元感觉到驾驶员的意图和负荷变化。图中64为转速及判别气缸位置信号发生器，前面已经述及在这里不再重复。图中74为减压后的压力传感器，前面也已述说。图中65为蓄电池，向用电系统提供电源。图中66为点火开关，控制相关电路的通断。图中67、68、69、70、71、72分别为一二和三缸的喷气阀和排气的线圈示意图。电控单元根据转速与负荷等信号对电磁线圈进行脉冲宽度控制，以达到控制喷气量与喷射时间和排气阀的排气时间。
整个系统是这样工作的：当能源缸的手动阀被打开时，高压气体就会流向调压阀和高压气压表。由步进电机控制的调压阀根据控制单元的控制参数，对阀的开度进行控制，进而控制系统供气压力和流量。经过调压阀减压后的气体进入加热腔，在加热腔内受热，受热后的气体由喷气阀喷入汽缸，受热后的并带有一定压力的气体在缸内膨胀，推动活塞下行做工。活塞到了下止点后随着惯性又往上返回，这时控制单元控制排气阀打开进行排气，快到上止点时，排气阀关闭，喷气阀又开始打开进行喷气，进入下一循环工作。因此，本发明的发动机曲轴29每转一圈就做功一次。而不是象普通的四行程发动机曲轴转两圈才做功一次。就如二冲程的发动机一样，但是又与二冲程的发动机不同，因为二冲程的发动机一般的进气口都是在气缸底部，相同的排量，功率可提高一倍。低速时，控制单元控制减压阀工作，使其输出一个较低的气压，又提供给电磁喷气阀一个较短的脉冲宽度，使发动机保持在低转速、低功率状态下运行。当需要增高速度时，控制单元通过步进电机控制减压阀工作，使其输出一个较高的气压，又提供给电磁喷气阀一个较长的脉冲宽度，使发动机保持在高转速和高功率状态下工作。
步进电机式可调减压阀与脉冲宽度控制式喷气阀合成了一个调速器，又有气压传感器向电控单元反馈即时气压信号，就可以形成闭环控制。
本发明提供了一种不需要燃烧像汽油或柴油那样的燃料来提供动力的发动机，采用压缩空气而不是用像汽油、柴油或液化石油气等这类燃料来维持运行的发动机，是一种利用引入发动机气缸中的压缩空气膨胀做工，推动活塞上下往复运动来进行驱动的发动机。其比传统内燃机结构更简单，不是热机，不会过度受热，所以不必使用冷却系统，也不必使用过滤空气污染的过滤装置，更没有象汽油机一样的点火装置，没有任何污染的超环保的发动机及其配套设备。
由于本发动机只需要压缩空气作为动力，所以不需要其它的辅助设备，比传统内燃机结构更简单的发动机，还可以在其它发动机的原基础上，经过小部分的技术改动，即可改成使用压缩空气作为动力的发动机。当此发动机装在车辆上后，车辆的总体结构将更加紧凑。且其它传统类型发动机只要参照本发动机稍作改进，就可以使用压缩空气作动力了，因此，连续生产性好。适合车辆使用外，还适宜于中小马力的水、陆交通机动装置上使用。

Claims (7)

1.一种用压缩空气作动力的车载发动机，包括固定在车身上的发动机机体、机体内的曲轴(29)，其特征在于：所述发动机曲轴(29)一端伸出机体外，发动机曲轴(29)的曲颈与气缸中的活塞相连接，气缸盖上设有进气压力管(21)和排气管(22)。
2.根据权利要求1所述的用压缩空气作动力的车载发动机，其特征在于：所述气缸盖上进气压力管(21)上设置有喷气电磁阀(16)，所述排气管(22)上设置有排气电磁阀(17)。
3.根据权利要求1所述的用压缩空气作动力的车载发动机，其特征在于：所述发动机曲轴(29)输出端连接有变速箱。
4.根据权利要求1所述的用压缩空气作动力的车载发动机，其特征在于：所述发动机曲轴(29)输出端连接有皮带轮(15)。
5.根据权利要求1至4任一所述的用压缩空气作动力的车载发动机，其特征在于：所述发动机机体上设置有发动机转速及气缸上止点判别信号发生器(14)，发动机转速及气缸上止点判别信号发生器(14)的结构由曲轴上的转子和定子线圈组成，所述的转子为双层转子，内层有24个凸齿，外层转子为单个凸角。
6.根据权利要求3或4所述的用压缩空气作动力的车载发动机，其特征在于：所述发动机机体上设置有发动机曲轴盘转电机(19)。
7.根据权利要求3或4所述的用压缩空气作动力的车载发动机，其特征在于：所述曲轴(29)上安装有一个单向超越离合器。
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