常压排气变缸空气发动机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种常压排气变缸空气发动机，其包括活塞式主机，活塞式主机分别与配气机构和尾气稳压机构连接，配气机构与储气罐连接，配气机构和尾气稳压机构通过管道和导线连接。尾气稳压机构解决了尾气能量损失问题，其通过排气压力与外界大气压力的比较，通过闭环控制来调节进气阀关断的时刻，使排气压力稳定在与外界气压相等的数值，从而实现膨胀比可变的对外做功方式，最大限度地利用了压缩气体中的能量。变缸技术解决了减压损失问题，当气源压力较高时，采用高中低三级气缸串联膨胀，而压力降低到一定程度时，气路切换开关动作，带动阀门切换气路，将高压气缸从气路中切除，压缩空气在中低压两级气缸中串联膨胀。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种发动机，尤其是一种常压排气变缸空气发动机。
技术介绍
能源危机和环境污染是当今世界的两大难题，据统计，目前全世界汽车保有量已超过8亿辆，而地球上现已探明的石油储量只能满足人类充分使用40-50年，且各类机动车污染物排放量已占城市大气污染物排放量的70％以上，成为影响城市居民生活质量的重要污染物来源之一。因此，研究开发环保型汽车已成为新型汽车的发展方向。目前各国正在研发的清洁汽车主要有代用燃料汽车、电动汽车、氢气燃料电池汽车以及空气动力汽车。但代用燃料汽车仍然有排放污染和热效应，电动汽车存在电池的二次污染问题，氢气燃料电池汽车虽然可以实现零排放，但目前还没有解决氢气的制造和储存的成本高的问题。由于空气动力汽车没有燃烧过程，工作介质来自于大气，排放的尾气是纯净的空气，是真正的零排放无污染的绿色汽车，因此对气动汽车的研发具有重要而长远的意义。空气动力汽车的核心技术是压缩空气发动机。压缩空气发动机，又称为气动发动机，是通过高压压缩空气在气缸内的膨胀过程，将储存的压力能转变成机械能输出的动力机械。国内对于压缩空气动力发动机的研究还处于起步阶段，目前制约气动汽车发展的主要因素是高压气体的能量利用率太低，而气动发动机能量利用率低的主要原因在于，有两个方面存在很大的能量损失，一是发动机进气冲程膨胀末端残余压力较高，大量的能量未被充分利用就被随后的排气冲程释放出去，压缩气体没有充分膨胀造成浪费。二是现有的技术方案为避免储气装置中气压下降而造成的发动机做功量减少，工作状态不稳定，必须使发动机的进气压力低于储气装置中的压力，因此要在储气装置和发动机之间设置减压装置，而减压过程是一种不可逆的能量变化过程，存在较大的能量损失。因此，避免损失、提高效率是让空气发动机具有实际应用价值的关键所在。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能量损耗小、转化效率高的常压排气变缸空气发动机。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：一种常压排气变缸空气发动机，其包括活塞式主机，活塞式主机分别与配气机构和尾气稳压机构连接，配气机构与储气罐连接，配气机构和尾气稳压机构通过管道和导线连接。所述活塞式主机包括气缸、活塞、连杆、曲轴和飞轮，活塞式主机的级数为三级，气缸内设有可以上下移动的活塞，活塞通过连杆与曲轴相连，曲轴上固定有飞轮，气缸盖上设有-->进气通道和排气门，排气门与凸轮耦合，凸轮的型线为基圆和顶圆各占一半圆周，过渡处采用圆弧平滑过渡，凸轮通过传动机构与曲轴相连，曲轴末端同轴固定有三个曲轴位置凸轮。所述传动机构包括正时链轮一、正时链轮二、正时链轮三、正时链条和曲轴链轮，曲轴链轮设置于曲轴上，正时链轮一、正时链轮二和正时链轮三依次通过正时链条与曲轴链轮连接；正时链轮一与凸轮一同轴相连，凸轮一与一级气缸上的一级排气门耦合；正时链轮二与凸轮二同轴相连，凸轮二与二级气缸上的二级排气门耦合；正时链轮三与凸轮三同轴相连，凸轮三与三级气缸上的三级排气门耦合。所述配气机构包括流量调节阀、进气阀、电磁球阀和管道，储气罐通过管道连接流量调节阀，流量调节阀的另一端分出两条支路，一条经过电磁球阀一、一级进气阀与一级气缸的进气通道相连，另一条经过电磁球阀四、二级进气阀并与回热器出口经过电磁球阀三后的管路汇合后与二级气缸的进气通道相连，一级排气门出口分出两条支路，一条经电磁球阀二后与大气相连，另一条连接一级回热器的入口，二级排气门的出口经二级回热器后与三级气缸的进气通道相连，三级排气门的出口与大气相连。所述尾气稳压机构包括缸压传感器、采样开关、保持电路、外界气压传感器、信号放大器、功率放大器、执行电机、蜗杆、蜗轮、一级进气阀开启开关、二级进气阀开启开关、进气阀关闭开关、单刀双掷开关一、单刀双掷开关二、气路切换开关和控制电路，缸压传感器经过采样开关、保持电路与信号放大器相连，外界气压传感器直接与信号放大器相连，信号放大器输出经过启动开关连接功率放大器，功率放大器连接执行电机，执行电机连接蜗杆，蜗杆与蜗轮垂直配合，蜗轮轴心与曲轴轴心重合，蜗轮上固定有进气阀关闭开关，进气阀关闭开关处于曲轴位置凸轮三的外缘，安装距离以曲轴位置凸轮三的凸点与进气阀关闭开关接触时，进气阀关闭开关接触会有动作为准；进气阀关闭开关的对侧沿蜗轮径向设有挡板，蜗轮的正上方设有单刀双掷开关一、单刀双掷开关二和气路切换开关，采样开关设置在曲轴位置凸轮一外缘的正下方，一级进气阀开启开关、二级进气阀开启开关分别设置在曲轴位置凸轮二外缘的正上方和正下方。所述控制电路为电源一的正极分别连接一级进气阀开启开关、二级进气阀开启开关、进气阀关闭开关的常闭触点，电源一的负极分别连接一级进气阀开启开关、二级进气阀开启开关、进气阀关闭开关的常开触点，电源一的正极分别连接一级进气阀开启开关、二级进气阀开启开关的基动触点经过单刀双掷开关一后连接与门电路，进气阀关闭开关的基动触点连接与门电路和启动开关，启动开关另一端连接JK触发器的清零端，与门电路的输出端连接JK触发器的时钟端，JK触发器的J端和K端连接电源一的正极，继电器的线圈一端连接电源一的负极，另一端连接启动开关的基动触点，启动开关的常闭触点连接JK触发器的Q端，启动开关的常开触点连接电源一的正极；电源二的正极经启动开关连接单刀双掷开关二的基触点，-->单刀双掷开关二的另外两个两个静触点分别连接一级进气阀和二级进气阀的电磁线圈，一级进气阀和二级进气阀的电磁线圈并联后与电源二的负极相连；电磁球阀一、电磁球阀二、电磁球阀三、电磁球阀四的电磁线圈的两端并联后经过气路切换开关与电源二的两端相连。本技术为解决尾气能量损失问题，专门设计了尾气稳压机构，该机构通过排气压力与外界大气压力的比较，通过闭环控制来调节进气阀关断的时刻，使排气压力稳定在与外界气压相等的数值，从而实现膨胀比可变的对外做功方式，最大限度地利用了压缩气体中的能量。为解决减压损失问题，在本技术中特别采用了变缸技术，当气源压力较高时，采用高中低三级气缸串联膨胀，而压力降低到一定程度时，气路切换开关动作，带动阀门切换气路，将高压气缸从气路中切除，压缩空气在中低压两级气缸中串联膨胀，从而实现了不需减压装置，降低能量损耗的目的。附图说明图1为本技术的整体配置示意图图2为整体结构示意图图3为活塞式主机和配气机构的结构示意图图4为尾气稳压机构示意图图5为基本控制电路原理图图6为控制电路的时序波形图图中：1、储气罐，2、压力表，3、流量调节阀，4、曲轴，5、一级气缸，6、一级活塞，7、一级连杆，8、二级气缸，9、二级活塞，10、二级连杆，11、三级气缸，12、三级活塞，13、三级连杆，14、电磁球阀一，15、一级进气阀，16、一级排气门，17、凸轮一，18、电磁球阀二，19、一级回热器，20、电磁球阀三，21、电磁球阀四，22、二级进气阀，23、二级排气门，24、凸轮二，25、二级回热器，26、三级排气门，27、凸轮三，28，曲轴链轮，29、正时链条，30、正时链轮一，31，正时链轮二，32、正时链轮三，33、飞轮，37、曲轴位置凸轮一，38、曲轴位置凸轮二，39、曲轴位置凸轮三，40、蜗轮，41、蜗杆，42、执行电机，43、挡板，44、采样开关，45、一级进气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种常压排气变缸空气发动机，其特征在于：其包括活塞式主机，活塞式主机分别与配气机构和尾气稳压机构连接，配气机构与储气罐连接，配气机构和尾气稳压机构通过管道和导线连接。

【技术特征摘要】
1.一种常压排气变缸空气发动机，其特征在于：其包括活塞式主机，活塞式主机分别与配气机构和尾气稳压机构连接，配气机构与储气罐连接，配气机构和尾气稳压机构通过管道和导线连接。2.根据权利要求1所述的常压排气变缸空气发动机，其特征在于：所述活塞式主机包括气缸、活塞、连杆、曲轴和飞轮，活塞式主机的级数为三级，气缸内设有可以上下移动的活塞，活塞通过连杆与曲轴相连，曲轴一端固定有飞轮，气缸盖上设有进气通道和排气门，排气门与凸轮耦合，凸轮的型线为基圆和顶圆各占一半圆周，过渡处采用圆弧平滑过渡，凸轮通过传动机构与曲轴相连，曲轴末端同轴固定有三个曲轴位置凸轮。3.根据权利要求2所述的常压排气变缸空气发动机，其特征在于：所述传动机构包括正时链轮一、正时链轮二、正时链轮三、正时链条和曲轴链轮，曲轴链轮设置于曲轴上，正时链轮一、正时链轮二和正时链轮三依次通过正时链条与曲轴链轮连接；正时链轮一与凸轮一同轴相连，凸轮一与一级气缸上的一级排气门耦合；正时链轮二与凸轮二同轴相连，凸轮二与二级气缸上的二级排气门耦合；正时链轮三与凸轮三同轴相连，凸轮三与三级气缸上的三级排气门耦合。4.根据权利要求1所述的常压排气变缸空气发动机，其特征在于：所述配气机构包括流量调节阀、进气阀、电磁球阀和管道，储气罐通过管道连接流量调节阀，流量调节阀的另一端分出两条支路，一条经过电磁球阀一、一级进气阀与一级气缸的进气通道相连，另一条经过电磁球阀四、二级进气阀并与回热器出口经过电磁球阀三后的管路汇合后与二级气缸的进气通道相连；一级排气门出口分出两条支路，一条经电磁球阀二后与大气相连，另一条连接一级回热器的入口，二级排气门的出口经二级回热器后与三级气缸的进气通道相连，三级排气门的出口与大气相连。5.根据权利要求1所述的常压排气变缸空气发动机，其特征在于：所述尾气稳压机构包括缸压传感器、采样开关、保持电路、外界气压传感器、信号放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：武睿，张琪，
申请(专利权)人：武睿，
类型：实用新型
国别省市：88[中国|济南]