CN202806658U - 用于空气动力汽车的防窒息装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气动车辆用的装置，具体而言，涉及一种用于空气动力汽车的防窒息装置。所述防窒息装置包括：主储气罐、压力传感器、减压阀、控制器。所述防沉水装置还包括：安装在车辆舱内的氧传感器，其将所检测的氧气浓度信号送往控制器，以控制减压阀的打开；缓冲罐B，从主储气罐内出来的压缩空气通过所述减压阀减压后进入所述缓冲罐B；设置在所述缓冲罐B上的排气阀，其通过车内管路将空气送往驾驶室和乘客室内。

Description

用于空气动力汽车的防窒息装置

技术领域

本实用新型涉及一种气动车辆用的装置，更具体地，涉及一种空气动力汽车用的防窒息装置。

背景技术

2012年7月21日，北京由于雨量比较大，地面积水较深以至于一些汽车淹没在其中，一些驾驶员、乘客被困车中无法出来，甚至于因为车内缺氧而窒息死亡。由此可见，汽车在暴雨洪水遇难时的安全问题已经迫在眉睫。

空气动力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空气动力汽车的研究。

例如本申请的申请人在其申请号为201210155065.4的中国专利申请中提供了一种空气动力汽车，该动力汽车有效地对压缩空气进行量化控制，所存储的压缩空气可以最大限度地得到利用，续航里程大幅度提高。

然而，这些实用新型仅仅是在现有汽车技术的基础上从能源节约、环境保护的角度进行了考虑，没有考虑到汽车在特定环境下的防护和救助问题。气动汽车具有自带的压缩空气罐，如何利用自带压缩空气的优势而提供气动汽车特定环境下的自助救护功能，是本实用新型的出发点。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型公开一种用于空气动力汽车的防窒息装置，这种装置结构简单、能够为车内人员特别是在车辆被水淹没的情况下提供呼吸用的空气。为此，本实用新型采用如下的技术方案。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于空气动力汽车的防窒息装置，该汽车的舱内与舱外至少达到水密密封，所述防窒息包括：主储气罐、压力传感器、减压阀、控制器；其特征在于，所述防沉水装置还包括：安装在车辆舱内的氧传感器，其将所检测的氧气浓度信号送往控制器，以控制减压阀的打开；缓冲罐B，从主储气罐内出来的压缩空气通过所述减压阀减压后进入所述缓冲罐B；设置在所述缓冲罐B上的排气阀，其通过车内管路将空气送往驾驶室和乘客室内。

优选的是，所述氧传感器所设置的氧气浓度为18%。

优选的是，所述减压阀安装在主储气罐的排气管道上。

优选的是，该空气动力汽车还包括，电加热器，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。

优选的是，该空气动力汽车好包括，流量控制阀，其通过过滤干燥器和电加热器连接，以从电加热器接收升温后的压缩空气。

优选的是，该空气动力汽车还包括，空气分配控制器，其接收来自流量控制阀的压缩空气，并将压缩空气分配到空气动力发动机的气缸，以驱动空气动力发动机工作。 

优选的是，该空气动力汽车还包括控制装置，其根据空气动力汽车的工况和驾驶员的操作控制流量控制阀。

优选的是，该空气动力汽车还包括，辅助回路，其连接在电加热器和减压储气罐之间，以将电加热器内超过压力阈值的压缩空气送回减压储气罐。

在优选实施例中，空气动力汽车的辅助回路包括辅助管路、安全阀、缓冲罐和补气泵，当电加热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，多余的高压空气从电加热器进入缓冲罐内暂时保存。

根据本实用新型的示范性实施例，空气动力汽车的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、车辆车速信号、温度信号、制动信号，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、主控单元、从控单元、功率放大电路以及MAP数据存储器。

由于本实用新型的空气动力汽车上采用了电加热器和辅助回路，有效地利用了压缩空气蓄含的压能，因此能显著提高车辆的续航里程。并且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，可以更加高效地利用压缩空气，从而提高空气动力汽车的性能。基于本实用新型的防窒息装置，可以使空气动力汽车在沉水情况下，有效地保证乘员呼吸所需的空气，从而争取到有效的救援时间。 

附图说明

现在将描述根据本实用新型的优选但非限制性的实施例，本实用新型的这些和其他特征、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是根据本实用新型的用于空气动力汽车的防窒息装置的结构示意图；

图2是图1中的控制装置的结构框图。

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。

现在参考图1，图1是根据本实用新型的用于空气动力汽车的防窒息装置的结构示意图。在图1中，主储气罐10存储压力为10MPa~45MPa之间的高压压缩空气，优选地为30MPa。主储气罐10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10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10内压力的压力传感器20，压力传感器20所检测的主储气罐压力信号24送往控制装置35。

空气动力汽车内安装有空气动力发动机和主储气罐，该汽车的舱内与舱外至少达到水密密封。空气动力汽车内安装有氧传感器30，氧传感器30所检测的氧气浓度信号27送往控制器28，当车内氧气浓度低于18%时，减压阀29打开，从主储气罐10内出来的压缩空气通过减压阀29减压后进入缓冲罐B31内，再通过排气阀32排到车内供车内人员呼吸等待救援。

主储气罐10和减压储气罐12之间设有真空泵11，以在发动机起动或稳定工作时将主储气罐10内的高压压缩空气送入到减压储气罐12内。减压储气罐12通过设有控制阀13的储气罐管路连接到加热调节器17。减压储气罐12上设有检测压力的压力传感器，以将该减压储气罐12内的压力信号送往控制装置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。加热调节器17为一种双加热罐连续加热装置，其内部具有加热腔，外部具有以水冷却的冷却腔，以将压缩空气的温度提高到例如是400℃左右。在加热调节器17上安装有安全阀21，过热过压的空气从安全阀21溢出后进入缓冲罐A 14中存储。缓冲罐A中的压缩气体经补气泵16送回减压储气罐12。

经过加热调节器17加热调节后的压缩空气经管路连接到过滤干燥器15，经过滤干燥器15干燥后的压缩空气经管路送入流量控制阀19。在备选实施例中，也可以省略过滤干燥器15，加热调节器17可以直接通过管路连接到流量控制阀19。流量控制阀19受控制装置35控制，以根据空气动力发动机21的工况和驾驶员的操作来确定流量控制阀19的开度和开启时间，从而调节进入空气动力发动机21的压缩空气量。经流量控制阀19调节的压缩空气通过管路送入空气分配控制器22。空气分配控制器22是一种机械式控制器，其可将压缩空气均匀地分配到空气动力发动机21内的各个气缸，以驱动空气动力发动机21工作。

空气动力汽车的控制由控制装置35根据空气动力汽车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25、发动机转速信号26、钥匙开关信号、车辆车速信号、主储气罐压力信号24、加热罐内压力信号、减压罐内压力信号、由安装在加热调节器17上的温度传感器测量的温度信号、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19的控制指令，从而控制流量控制阀19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25、发动机转速信号26、钥匙开关信号、车辆车速信号、气罐气压信号（2,39,41）、温度信号和其他输入信号，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。在本实用新型的示例性实施例中，将控制装置35控制的空气动力发动机21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，当钥匙开关信号启用，发动机转速信号26小于怠速转速阈值信号时，即认为空气动力发动机21处于起动工况。此时，真空泵11开启、一定压力的压缩空气从主储气罐10进入减压储气罐12。为了便于空气动力发动机21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21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21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19开启的电信号。 在示例性实施例中，驱动流量控制阀19的电信号是阀打开的持续时间电信号。

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超过设定阈值时，加热控制模块35-3切断蓄电池单元对加热调节器17的电加热器的电供应，电加热器停止加热，这样就可将加热调节器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，本实用新型的阈值温度设置为400℃。加热控制模块35-3还可以控制辅助回路。当缓冲罐A14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A14内的压缩空气送入减压储气罐12。

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21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26达到或超过空气动力发动机21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19发出停止供气的指令，从而切断向空气动力发动机21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19，同时切断空气动力发动机21的供电电路，发动机停止工作。

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

Claims (10)

1.一种用于空气动力汽车的防窒息装置，该汽车的舱内与舱外至少达到水密密封，所述防窒息装置包括：

主储气罐、压力传感器、减压阀、控制器；其特征在于，所述防沉水装置还包括：

安装在车辆舱内的氧传感器，其将所检测的氧气浓度信号送往控制器，以控制减压阀的打开；

缓冲罐B，从主储气罐内出来的压缩空气通过所述减压阀减压后进入所述缓冲罐B；

设置在所述缓冲罐B上的排气阀，其通过车内管路将空气送往驾驶室和乘客室内。

2.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：所述氧传感器所设置的氧气浓度为18%。

3.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：所述减压阀安装在主储气罐的排气管道上。

4.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：该空气动力汽车还包括，电加热器，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。

5.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：该空气动力汽车还包括，流量控制阀，其通过过滤干燥器和电加热器连接，以从电加热器接收升温后的压缩空气。

6.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：该空气动力汽车还包括，空气分配控制器，其接收来自流量控制阀的压缩空气，并将压缩空气分配到空气动力发动机的气缸，以驱动空气动力发动机工作。

7.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：该空气动力汽车还包括控制装置，其根据空气动力汽车的工况和驾驶员的操作控制流量控制阀。

8.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：该空气动力汽车还包括，辅助回路，其连接在电加热器和减压储气罐之间，以将电加热器内超过压力阈值的压缩空气送回减压储气罐。

9.如权利要求8所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，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，当电加热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，多余的高压空气从电加热器进入缓冲罐内暂时保存。

10.如权利要求7所述的用于空气动力汽车的防窒息装置，其特征在于：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、车辆车速信号、温度信号、制动信号，所述至少一个输出为控制流量控制阀操作的控制指令。

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