專利名稱：常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是一種常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)和環(huán)境污染是當(dāng)今世界的兩大難題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界汽車保有量已超過8 億輛，而地球上現(xiàn)已探明的石油儲(chǔ)量只能滿足人類充分使用4 0-5 0年，且各類機(jī)動(dòng)車污染 物排放量已占城市大氣污染物排放量的7 0 %以上，成為影響城市居民生活質(zhì)量的重要污染 物來源之一。因此，研究開發(fā)環(huán)保型汽車己成為新型汽車的發(fā)展方向。目前各國正在研發(fā)的 清潔汽車主要有代用燃料汽車、電動(dòng)汽車、氫氣燃料電池汽車以及空氣動(dòng)力汽車。但代用燃 料汽車仍然有排放污染和熱效應(yīng)，電動(dòng)汽車存在電池的二次污染問題，氨氣燃料電池汽車雖
然可以實(shí)現(xiàn)零排放，但目前還沒有解決氫氣的制造和儲(chǔ)存的成本高的問題。由于空氣動(dòng)力汽 車沒有燃燒過程，工作介質(zhì)來自于大氣，排放的尾氣是純凈的空氣，是真正的零排放無污染 的綠色汽車，因此對(duì)氣動(dòng)汽車的研發(fā)具有重要而長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。
空氣動(dòng)力汽車的核心技術(shù)是壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)。壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱為氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，是 通過高壓壓縮空氣在氣缸內(nèi)的膨脹過程，將儲(chǔ)存的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能輸出的動(dòng)力機(jī)械。國 內(nèi)對(duì)于壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的研究還處于起步階段，目前制約氣動(dòng)汽車發(fā)展的主要因素是高 壓氣體的能量利用率太低，而氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用率低的主要原因在于，有兩個(gè)方面存在很 大的能量損失， 一是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程膨脹末端殘余壓力較高，大量的能量未被充分利用就被 隨后的排氣沖程釋放出去，壓縮氣體沒有充分膨脹造成浪費(fèi)。二是現(xiàn)有的技術(shù)方案為避免儲(chǔ) 氣裝置中氣壓下降而造成的發(fā)動(dòng)機(jī)做功量減少，工作狀態(tài)不穩(wěn)定，必須使發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力 低于儲(chǔ)氣裝置中的壓力，因此要在儲(chǔ)氣裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)之間設(shè)置減壓裝置，而減壓過程是一種 不可逆的能量變化過程，存在較大的能量損失。因此，避免損失、提高效率是讓空氣發(fā)動(dòng)機(jī) 具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵所在。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能量損耗小、轉(zhuǎn)化效率高的 常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案
一種常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括活塞式主機(jī)，活塞式主機(jī)分別與配氣機(jī)構(gòu)和尾氣 穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)連接，配氣機(jī)構(gòu)與儲(chǔ)氣罐連接，配氣機(jī)構(gòu)和尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)通過管道和導(dǎo)線連接。
所述活塞式主機(jī)包括氣缸、活塞、連桿、曲軸和飛輪，活塞式主機(jī)的級(jí)數(shù)為三級(jí)，氣缸 內(nèi)設(shè)有可以上下移動(dòng)的活塞，活塞通過連桿與曲軸相連，曲軸上固定有飛輪，氣缸蓋上設(shè)有進(jìn)氣通道和排氣門，排氣門與凸輪耦合，凸輪的型線為基圓和頂圓各占一半圓周，過渡處采 用圓弧平滑過渡，凸輪通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲軸相連，曲軸末端同軸固定有三個(gè)曲軸位置凸輪。
所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括正時(shí)鏈輪一、正時(shí)鏈輪二、正時(shí)鏈輪三、正時(shí)鏈條和曲軸鏈輪，曲軸 鏈輪設(shè)置于曲軸上，正時(shí)鏈輪一、正時(shí)鏈輪二和正時(shí)鏈輪三依次通過正時(shí)鏈條與曲軸鏈輪連 接；正時(shí)鏈輪一與凸輪一同軸相連，凸輪一與一級(jí)氣缸上的一級(jí)排氣門耦合；正時(shí)鏈輪二與 凸輪二同軸相連，凸輪二與二級(jí)氣缸上的二級(jí)排氣門耦合；正時(shí)鏈輪三與凸輪三同軸相連， 凸輪三與三級(jí)氣缸上的三級(jí)排氣門耦合。
所述配氣機(jī)構(gòu)包括流量調(diào)節(jié)閥、進(jìn)氣閥、電磁球閥和管道，儲(chǔ)氣罐通過管道連接流量調(diào) 節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥的另一端分出兩條支路， 一條經(jīng)過電磁球閥一、 一級(jí)進(jìn)氣閥與一級(jí)氣缸的 進(jìn)氣通道相連，另一條經(jīng)過電磁球閥四、二級(jí)進(jìn)氣閥并與回?zé)崞鞒隹诮?jīng)過電磁球閥三后的管 路匯合后與二級(jí)氣缸的進(jìn)氣通道相連， 一級(jí)排氣門出口分出兩條支路， 一條經(jīng)電磁球閥二后 與大氣相連，另一條連接一級(jí)回?zé)崞鞯娜肟冢?二級(jí)排氣門的出口經(jīng)二級(jí)回?zé)崞骱笈c三級(jí)氣缸 的進(jìn)氣通道相連，三級(jí)排氣門的出口與大氣相連。
所述尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)包括缸壓傳感器、采樣開關(guān)、保持電路、外界氣壓傳感器、信號(hào)放大 器、功率放大器、執(zhí)行電機(jī)、蝸桿、蝸輪、 一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn) 氣閥關(guān)閉開關(guān)、單刀雙擲開關(guān)一、單刀雙擲開關(guān)二、氣路切換開關(guān)和控制電路，缸壓傳感器 經(jīng)過采樣開關(guān)、保持電路與信號(hào)放大器相連，外界氣壓傳感器直接與信號(hào)放大器相連，信號(hào) 放大器輸出經(jīng)過啟動(dòng)開關(guān)連接功率放大器，功率放大器連接執(zhí)行電機(jī)，執(zhí)行電機(jī)連接蝸桿， 蝸桿與蝸輪垂直配合，蝸輪軸心與曲軸軸心重合，蝸輪上固定有進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)，進(jìn)氣閥關(guān) 閉開關(guān)處于曲軸位置凸輪三的外緣，安裝距離以曲軸位置凸輪三的凸點(diǎn)與進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)接 觸時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)接觸會(huì)有動(dòng)作為準(zhǔn)；進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的對(duì)側(cè)沿蝸輪徑向設(shè)有擋板，蝸 輪的正上方設(shè)有單刀雙擲開關(guān)一、單刀雙擲開關(guān)二和氣路切換開關(guān)，采樣幵關(guān)設(shè)置在曲軸位 置凸輪一外緣的正下方， 一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)分別設(shè)置在曲軸位置凸 輪二外緣的正上方和正下方。
所述控制電路為電源一的正極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn) 氣閥關(guān)閉開關(guān)的常閉觸點(diǎn)，電源一的負(fù)極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開 關(guān)、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的常開觸點(diǎn)，電源一的正極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥 開啟開關(guān)的基動(dòng)觸點(diǎn)經(jīng)過單刀雙擲開關(guān)一后連接與門電路，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的基動(dòng)觸點(diǎn)連接 與門電路和啟動(dòng)開關(guān)，啟動(dòng)開關(guān)另一端連接JK觸發(fā)器的清零端，與門電路的輸出端連接JK 觸發(fā)器的時(shí)鐘端，JK觸發(fā)器的J端和K端連接電源一的正極，繼電器的線圈一端連接電源一 的負(fù)極，另一端連接啟動(dòng)開關(guān)的基動(dòng)觸點(diǎn)，啟動(dòng)開關(guān)的常閉觸點(diǎn)連接JK觸發(fā)器的Q端，啟動(dòng) 開關(guān)的常開觸點(diǎn)連接電源一的正極；電源二的正極經(jīng)啟動(dòng)開關(guān)連接單刀雙擲開關(guān)二的基觸點(diǎn)，單刀雙擲開關(guān)二的另外兩個(gè)兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥和二級(jí)進(jìn)氣閥的電磁線圈， 一級(jí) 進(jìn)氣閥和二級(jí)進(jìn)氣閥的電磁線圈并聯(lián)后與電源二的負(fù)極相連；電磁球閥一、電磁球閥二、電 磁球閥三、電磁球閥四的電磁線圈的兩端并聯(lián)后經(jīng)過氣路切換開關(guān)與電源二的兩端相連。
本實(shí)用新型為解決尾氣能量損失問題，專門設(shè)計(jì)了尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)通過排氣壓力 與外界大氣壓力的比較，通過閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥關(guān)斷的時(shí)刻，使排氣壓力穩(wěn)定在與外界 氣壓相等的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)膨脹比可變的對(duì)外做功方式，最大限度地利用了壓縮氣體中的能 量。為解決減壓損失問題，在本實(shí)用新型中特別采用了變缸技術(shù)，當(dāng)氣源壓力較高時(shí)，采用 高中低三級(jí)氣缸串聯(lián)膨脹，而壓力降低到一定程度時(shí)，氣路切換開關(guān)動(dòng)作，帶動(dòng)閥門切換氣 路，將高壓氣缸從氣路中切除，壓縮空氣在中低壓兩級(jí)氣缸中串聯(lián)膨脹，從而實(shí)現(xiàn)了不需減 壓裝置，降低能量損耗的目的。

圖1為本實(shí)用新型的整體配置示意圖 圖2為整體結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為活塞式主機(jī)和配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)示意圖 圖5為基本控制電路原理圖 圖6為控制電路的時(shí)序波形圖
圖中1、儲(chǔ)氣罐，2、壓力表，3、流量調(diào)節(jié)閥，4、曲軸，5、 一級(jí)氣缸，6、 一級(jí)活塞， 7、 一級(jí)連桿，8、 二級(jí)氣缸，9、 二級(jí)活塞，10、 二級(jí)連桿，11、三級(jí)氣缸，12、三級(jí)活塞， 13、三級(jí)連桿，14、電磁球閥一，15、 一級(jí)進(jìn)氣閥，16、 一級(jí)排氣門，17、凸輪一，18、電 磁球閥二， 19、 一級(jí)回?zé)崞鳎?0、電磁球閥三，21、電磁球閥四，22、 二級(jí)進(jìn)氣閥，23、 二 級(jí)排氣門，24、凸輪二， 25、 二級(jí)回?zé)崞鳎?6、三級(jí)排氣門，27、凸輪三，28，曲軸鏈輪， 29、正時(shí)鏈條，30、正時(shí)鏈輪一，31，正時(shí)鏈輪二， 32、正時(shí)鏈輪三，33、飛輪，37、曲軸 位置凸輪一，38、曲軸位置凸輪二， 39、曲軸位置凸輪三，40、蝸輪，41、蝸桿，42、執(zhí)行 電機(jī)，43、擋板，44、采樣開關(guān)，45、 一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)，46、 二級(jí)進(jìn)氣f^開啟開關(guān)，47、 進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)，48、單刀雙擲開關(guān)一，49、單刀雙擲開關(guān)二， 50、氣路切換開關(guān)，51、缸 壓傳感器，52、保持電路，53、外界氣壓傳感器，54、信號(hào)放大器，55、功率放大器，56、 電源一，57、電源二， 58,啟動(dòng)開關(guān)，59、繼電器，60、與門電路，61、 JK觸發(fā)器。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
圖l-圖6中，本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)包括活塞式主機(jī)、配氣機(jī)構(gòu)、尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)氣 罐1四部分?；钊街鳈C(jī)分別與配氣機(jī)構(gòu)和尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)連接，配氣機(jī)構(gòu)與儲(chǔ)氣罐l連接，配氣機(jī)構(gòu)和尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)通過管道和導(dǎo)線連接。儲(chǔ)氣罐1上設(shè)有壓力表2。
活塞式主機(jī)主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸4、飛輪33組成，活塞式主機(jī)的級(jí)數(shù)為三級(jí)， 氣缸內(nèi)設(shè)有可以上下移動(dòng)的活塞，活塞通過連桿與曲軸4相連，曲軸4上固定有飛輪33，氣 缸蓋上設(shè)有進(jìn)氣通道和排氣門，排氣門與凸輪耦合，凸輪的型線為基圓和頂圓各占一半圓周， 過渡處采用圓弧平滑過渡，凸輪通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲軸4相連，曲軸4末端同軸固定有三個(gè)曲 軸位置凸輪。 .
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括正時(shí)鏈輪一 30、正時(shí)鏈輪二31、正時(shí)鏈輪三32、正時(shí)鏈條29和曲軸鏈輪 28，曲軸鏈輪28設(shè)置于曲軸上，正時(shí)鏈輪一 30、正時(shí)鏈輪二 31和正時(shí)鏈輪三32依次通過 正時(shí)鏈條29與曲軸鏈輪28連接；正時(shí)鏈輪一 30與凸輪一 17同軸相連，凸輪一 17與一級(jí)氣 缸5上的一級(jí)排氣門16耦合；正時(shí)鏈輪二31與凸輪二24同軸相連，凸輪二24與二級(jí)氣缸 8上的二級(jí)排氣門23耦合；正時(shí)鏈輪三32與凸輪三27同軸相連，凸輪三27與三級(jí)氣缸11 上的三級(jí)排氣門26耦合。
配氣機(jī)構(gòu)包括流量調(diào)節(jié)閥3、進(jìn)氣閥、電磁球閥、管道等，儲(chǔ)氣罐1以管道連接流量調(diào) 節(jié)閥3，流量調(diào)節(jié)閥3的另一端分出兩條支路， 一條經(jīng)過電磁球閥一 14、 一級(jí)進(jìn)氣閥15與一 級(jí)氣缸5的進(jìn)氣通道相連，另一條經(jīng)過電磁球閥四21、 二級(jí)進(jìn)氣閥22并與一級(jí)回?zé)崞?9出 口經(jīng)過電磁球閥三20后的管路匯合后與二級(jí)氣缸8的進(jìn)氣通道相連； 一級(jí)排氣門16出口分 出兩條支路， 一條經(jīng)電磁球閥二 18后與大氣相連，另一條連接一級(jí)回?zé)崞?9的入口； 二級(jí) 排氣門23的出口經(jīng)二級(jí)回?zé)崞?5后與三級(jí)氣缸11的進(jìn)氣通道相連，三級(jí)排氣門26的出口 與大氣相連。
尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)主要由缸壓傳感器51、采樣開關(guān)44、保持電路52、外界氣壓傳感器53、 信號(hào)放大器54、功率放大器55、執(zhí)行電機(jī)42、蝸桿41、蝸輪40、 一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、 二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)46、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47、單刀雙擲開關(guān)一48、單刀雙擲開關(guān)二49、氣 路切換開關(guān)50、控制電路等組成，缸壓傳感器51經(jīng)過采樣開關(guān)44、保持電路52與信號(hào)放大 器54相連，外界氣壓傳感器53直接與信號(hào)放大器54相連，信號(hào)放大器54輸出經(jīng)過啟動(dòng)開 關(guān)58連接功率放大器55,功率放大器55連接執(zhí)行電機(jī)42,執(zhí)行電機(jī)42連接蝸桿41，蝸桿 41與蝸輪40垂直配合，蝸輪40軸心與曲軸4軸心重合，蝸輪40上固定有進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān) 47，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47處于曲軸位置凸輪三39的外緣，安裝距離以曲軸位置凸輪三39的凸 點(diǎn)與進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47接觸時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47接觸會(huì)有動(dòng)作為準(zhǔn)。進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47 的對(duì)側(cè)沿蝸輪40徑向設(shè)有擋板43,蝸輪40的正上方設(shè)有單刀雙擲開關(guān)一 48、單刀雙擲開關(guān) 二 49和氣路切換開關(guān)50，采樣開關(guān)44設(shè)置在曲軸位置凸輪一37外緣的正下方， 一級(jí)進(jìn)氣 閥開啟開關(guān)45、 二級(jí)進(jìn)氣閥開啟丌關(guān)46分別設(shè)置在曲軸位置凸輪二 38外緣的正上方和正下 方?？刂齐娐返慕Y(jié)構(gòu)為，電源一 56的正極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、 二級(jí)進(jìn)氣閥開 啟開關(guān)46、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47的常閉觸點(diǎn)，電源一56的負(fù)極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān) 45、 二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)46、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47的常開觸點(diǎn)，電源一 56的正極分別連接一 級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、 二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)46的基動(dòng)觸點(diǎn)經(jīng)過單刀雙擲開關(guān)一 48后連接與 門電路60，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47的基動(dòng)觸點(diǎn)連接與門電路60和啟動(dòng)開關(guān)58,啟動(dòng)開關(guān)58另 一端連接JK觸發(fā)器61的清零端，與門電路60的輸出端連接JK觸發(fā)器61的時(shí)鐘端，JK觸 發(fā)器61的J端和K端連接電源一 56的正極，繼電器59的線圈一端連接電源一 56的負(fù)極， 另一端連接啟動(dòng)開關(guān)58的基動(dòng)觸點(diǎn)，啟動(dòng)開關(guān)58的常閉觸點(diǎn)連接JK觸發(fā)器61的Q端，啟 動(dòng)開關(guān)58的常開觸點(diǎn)連接電源一 56的正極。電源二 57的正極經(jīng)啟動(dòng)開關(guān)58連接單刀雙擲 開關(guān)二 49的基動(dòng)觸點(diǎn)，單刀雙擲開關(guān)二 49的另外兩個(gè)兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別連接一級(jí)進(jìn)氣閾15和 二級(jí)進(jìn)氣閥22的電磁線圈， 一級(jí)進(jìn)氣閥15和二級(jí)進(jìn)氣閥22的電磁線圈并聯(lián)后與電源二 57 的負(fù)極相連。電磁球閥一14、電磁球閥二18、電磁球閥三20、電磁球閥四21的電磁線圈的 兩端并聯(lián)后經(jīng)過氣路切換開關(guān)50與電源二 57的兩端相連。
啟動(dòng)過程
按下啟動(dòng)開關(guān)58,繼電器59得電， 一級(jí)進(jìn)氣閥15打開，當(dāng)此時(shí)曲軸4轉(zhuǎn)角在0-180度 的范圍內(nèi)時(shí)， 一級(jí)排氣門16處于關(guān)閉狀態(tài)，則一級(jí)活塞6在高壓氣體的壓力下向下運(yùn)動(dòng)，帶 動(dòng)一級(jí)連桿7推動(dòng)曲軸4正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)曲軸4轉(zhuǎn)角等于180度時(shí)， 一級(jí)排氣門16打開，二級(jí) 排氣門23關(guān)閉， 一級(jí)氣缸5與二級(jí)氣缸8連通，氣缸內(nèi)氣壓相等，由于二級(jí)活塞9的受力面 積比一級(jí)活塞6的大，二級(jí)活塞9會(huì)向下運(yùn)動(dòng)， 一級(jí)活塞6向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)一級(jí)連桿7、 二 級(jí)連桿10推動(dòng)曲軸4繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)曲軸4轉(zhuǎn)角等于360度時(shí)， 一級(jí)排氣門16關(guān)閉，二 級(jí)排氣門23打開，二級(jí)氣缸8與三級(jí)氣缸11連通，由于三級(jí)活塞12受力比二級(jí)活塞9大， 一級(jí)活塞6、三級(jí)活塞12會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，二級(jí)活塞9向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)一級(jí)連桿7、 二級(jí)連桿10 和三級(jí)連桿13推動(dòng)曲軸4繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復(fù)，則發(fā)動(dòng)機(jī)完成正向啟動(dòng)。
當(dāng)按下啟動(dòng)開關(guān)58,若此時(shí)曲軸4轉(zhuǎn)角在180-360度的范圍內(nèi)， 一級(jí)排氣門16處于打 開狀態(tài)，二級(jí)排氣門23處于關(guān)閉狀態(tài)， 一級(jí)氣缸5與二級(jí)氣缸8連通，氣缸內(nèi)氣壓相等，由 于二級(jí)活塞9的受力面積比一級(jí)活塞6的大，二級(jí)活塞9會(huì)向下運(yùn)動(dòng)， 一級(jí)活塞6向上運(yùn)動(dòng)， 一級(jí)連桿7和二級(jí)連桿10帶動(dòng)曲軸4正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)曲軸4轉(zhuǎn)角等于360度時(shí)，一級(jí)排氣門 16關(guān)閉，二級(jí)排氣門23打開，二級(jí)氣缸8與三級(jí)氣缸11連通，由于三級(jí)活塞12受力比二 級(jí)活塞9大， 一級(jí)活塞6、三級(jí)活塞12會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，二級(jí)活塞9向上運(yùn)動(dòng)， 一級(jí)連桿7、 二 級(jí)連桿10和三級(jí)連桿13帶動(dòng)曲軸4繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復(fù)，則發(fā)動(dòng)機(jī)完成正向啟動(dòng)。
由以上過程可見，該發(fā)動(dòng)機(jī)不需要外力即可自行啟動(dòng)，而且可以保持特定的旋轉(zhuǎn)方向。
正常運(yùn)轉(zhuǎn)
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，松開啟動(dòng)開關(guān)58，若在松開的瞬間，曲軸位置凸輪二38的凸點(diǎn)已轉(zhuǎn)過最高點(diǎn)，而曲軸位置凸輪三39的凸點(diǎn)還未碰觸到進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47，則JK觸發(fā)器61輸 出高電平，繼電器59依然吸合， 一級(jí)進(jìn)氣闊15保持打開狀態(tài)。當(dāng)曲軸位置凸輪三39的凸點(diǎn) 碰觸到進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47時(shí)，JK觸發(fā)器61輸出低電平，繼電器59失電， 一級(jí)進(jìn)氣閥15關(guān) 閉，進(jìn)氣過程結(jié)束，已進(jìn)入一級(jí)氣缸5中的氣體膨脹，繼續(xù)推動(dòng)一級(jí)活塞6繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)一級(jí)活塞6運(yùn)行到下止點(diǎn)時(shí)， 一級(jí)排氣門16打開， 一級(jí)氣缸5中的氣體進(jìn)入二級(jí)氣缸8繼 續(xù)膨脹， 一級(jí)活塞6向上運(yùn)動(dòng)，二級(jí)活塞9向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)一級(jí)活塞6運(yùn)行到上止點(diǎn)時(shí)，觸動(dòng) 一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45， JK觸發(fā)器61輸出高電平， 一級(jí)進(jìn)氣閥15打開，進(jìn)入新一輪進(jìn)氣過 程，如此往復(fù)循環(huán)。
當(dāng)松開啟動(dòng)開關(guān)58的瞬間，曲軸位置凸輪三39的凸點(diǎn)已碰觸過進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47，而 曲軸位置凸輪二 38的凸點(diǎn)還未轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)，則一級(jí)進(jìn)氣閥15關(guān)閉，己進(jìn)入一級(jí)氣缸5中的 氣體繼續(xù)膨脹，當(dāng)一級(jí)活塞6運(yùn)行到上止點(diǎn)時(shí)，觸動(dòng)一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45， JK觸發(fā)器61 輸出高電平， 一級(jí)進(jìn)氣閥15打開，進(jìn)入新一輪進(jìn)氣過程，如此往復(fù)循環(huán)。
一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47、與門電路60、 JK觸發(fā)器61輸出的時(shí)序圖 如圖6所示。由圖可見，進(jìn)氣脈沖寬度由一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47的位 置來決定，調(diào)節(jié)開關(guān)的位置即可實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣正時(shí)可變的控制模式。
啟動(dòng)開關(guān)58松開后，反饋回路進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)三級(jí)活塞12運(yùn)行到下止點(diǎn)時(shí)，曲軸位 置凸輪一 37將采樣開關(guān)44接通，缸壓傳感器51采集氣缸三內(nèi)壓力，經(jīng)保持電路52保持后， 與放置在外界空氣中的外界氣壓傳感器53采集的外界氣壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器54放大后進(jìn)入 功率放大器55，經(jīng)功率放大器55進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)42帶動(dòng)蝸桿41轉(zhuǎn)動(dòng)，若氣 缸三膨脹末端的壓力高于外界氣壓，則執(zhí)行電機(jī)42正轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪40逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使進(jìn)氣閥 關(guān)閉開關(guān)47上移，使進(jìn)氣閥提前關(guān)閉,.進(jìn)氣量減少，從而使尾氣壓力降低，若氣缸三膨脹末 端的壓力低于外界氣壓，則執(zhí)行電機(jī)42反轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪40順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47 下移，使進(jìn)氣閥滯后關(guān)閉，進(jìn)氣量增加，從而使尾氣壓力上升，經(jīng)過閉環(huán)控制，使尾氣壓力 穩(wěn)定在與外界氣壓相等的精確范圍內(nèi)。流量調(diào)節(jié)閥3可通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣量來改變發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出 功率。
隨著儲(chǔ)氣罐l中壓力降低，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47將逐漸下移，進(jìn)氣脈沖寬度逐漸增加，進(jìn) 氣閥關(guān)閉開關(guān)47下移到最低點(diǎn)時(shí)，擋板43上移至最高點(diǎn)，觸動(dòng)單刀雙擲開關(guān)一48、單刀雙 擲開關(guān)二49、氣路切換開關(guān)50動(dòng)作，使二級(jí)進(jìn)氣閥22、 二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)46接入電路， 同時(shí)電磁球閥一 14、電磁球閥三20由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，電磁球閥二 18、電磁球閥 四21由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)氣路切換，將一級(jí)氣缸5從氣路中切除，壓縮空 氣在二級(jí)氣缸8和三級(jí)氣缸11串聯(lián)回路中繼續(xù)膨脹。氣路切換后，尾氣壓力會(huì)突然上升，使 蝸輪40逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過閉環(huán)控制，使尾氣壓力穩(wěn)定在與外界氣壓相等的精確范圍內(nèi)，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47會(huì)移動(dòng)到左側(cè)下方一個(gè)合適位置。隨著儲(chǔ)氣罐1中壓力進(jìn)一步降低，進(jìn)氣閥關(guān) 閉開關(guān)47會(huì)逐漸上移，直到儲(chǔ)氣罐l中壓力降低到0.4Mpa,膨脹過程結(jié)束，需對(duì)儲(chǔ)氣罐1重 新注入壓縮空氣。
本實(shí)用新型不僅可以用作氣動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以代替各種氣馬達(dá)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目 的，也可以用于壓縮空氣蓄能系統(tǒng),用來為電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷或與風(fēng)電系統(tǒng)配套，解決風(fēng)力發(fā) 電的間歇性瓶頸。
權(quán)利要求1.一種常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于其包括活塞式主機(jī)，活塞式主機(jī)分別與配氣機(jī)構(gòu)和尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)連接，配氣機(jī)構(gòu)與儲(chǔ)氣罐連接，配氣機(jī)構(gòu)和尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)通過管道和導(dǎo)線連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述活塞式主機(jī)包括 氣缸、活塞、連桿、曲軸和飛輪，活塞式主機(jī)的級(jí)數(shù)為三級(jí)，氣缸內(nèi)設(shè)有可以上下移動(dòng)的活 塞，活塞通過連桿與曲軸相連，曲軸一端固定有飛輪，氣缸蓋上設(shè)有進(jìn)氣通道和排氣門，排 氣門與凸輪耦合，凸輪的型線為基圓和頂圓各占一半圓周，過渡處采用圓弧平滑過渡，凸輪 通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲軸相連，曲軸末端同軸固定有三個(gè)曲軸位置凸輪。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)'，其特征在于所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括正 時(shí)鏈輪一、正時(shí)鏈輪二、正時(shí)鏈輪三、正時(shí)鏈條和曲軸鏈輪，曲軸鏈輪設(shè)置于曲軸上，正時(shí) 鏈輪一、正時(shí)鏈輪二和正時(shí)鏈輪三依次通過正時(shí)鏈條與曲軸鏈輪連接；正時(shí)鏈輪一與凸輪一 同軸相連，凸輪一與一級(jí)氣缸上的一級(jí)排氣門耦合；正時(shí)鏈輪二與凸輪二同軸相連，凸輪二 與二級(jí)氣缸上的二級(jí)排氣門耦合；正時(shí)鏈輪三與凸輪三同軸相連，凸輪三與三級(jí)氣缸上的三 級(jí)排氣門耦合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述配氣機(jī)構(gòu)包括流 量調(diào)節(jié)閥、進(jìn)氣閥、電磁球閥和管道，儲(chǔ)氣罐通過管道連接流量調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥的另一 端分出兩條支路， 一條經(jīng)過電磁球闊一、 一級(jí)進(jìn)氣閥與一級(jí)氣缸的進(jìn)氣通道相連，另一條經(jīng) 過電磁球閥四、二級(jí)進(jìn)氣閥并與回?zé)崞鞒隹诮?jīng)過電磁球閥三后的管路匯合后與二級(jí)氣缸的進(jìn) 氣通道相連； 一級(jí)排氣門出口分出兩條支路， 一條經(jīng)電磁球閥二后與大氣相連，另一條連接 一級(jí)回?zé)崞鞯娜肟冢?二級(jí)排氣門的出口經(jīng)二級(jí)回?zé)崞骱笈c三級(jí)氣缸的進(jìn)氣通道相連，三級(jí)排 氣門的出口與大氣相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)包 括缸壓傳感器、采樣開關(guān)、保持電路、外界氣壓傳感器、信號(hào)放大器、功率放大器、執(zhí)行電 機(jī)、蝸桿、蝸輪、 一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)、單刀雙擲 開關(guān)一、單刀雙擲開關(guān)二、氣路切換開關(guān)和控制電路，缸壓傳感器經(jīng)過采樣開關(guān)、保持電路 與信號(hào)放大器相連，外界氣壓傳感器直接與信號(hào)放大器相連，信號(hào)放大器輸出經(jīng)過啟動(dòng)開關(guān) 連接功率放大器，功率放大器連接執(zhí)行電機(jī)，執(zhí)行電機(jī)連接蝸桿，蝸桿與蝸輪垂直配合，蝸 輪軸心與曲軸軸心重合，蝸輪上固定有進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)處于曲軸位置凸輪 三的外緣，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的對(duì)側(cè)沿蝸輪徑向設(shè)有擋板，蝸輪的正上方設(shè)有單刀雙擲開關(guān)一、 單刀雙擲開關(guān)二和氣路切換開關(guān)，采樣開關(guān)設(shè)置在曲軸位置凸輪一外緣的正下方， 一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)分別設(shè)置在曲軸位置凸輪二外緣的正上方和正下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述控制電路為電源 一的正極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的常閉觸點(diǎn)， 電源一的負(fù)極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的常開 觸點(diǎn)，電源一的正極分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級(jí)進(jìn)氣閥開啟開關(guān)^]基動(dòng)觸點(diǎn)經(jīng)過單 刀雙擲開關(guān)一后連接與門電路，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的基動(dòng)觸點(diǎn)連接與門電路和啟動(dòng)開關(guān)，啟動(dòng) 開關(guān)另一端連接JK觸發(fā)器的清零端，與門電路的輸出端連接JK觸發(fā)器的時(shí)鐘端，JK觸發(fā)器 的J端和K端連接電源一的正極，繼電器的線圈一端連接電源一的負(fù)極，另一端連接啟動(dòng)開 關(guān)的基動(dòng)觸點(diǎn)，啟動(dòng)開關(guān)的常閉觸點(diǎn)連接JK觸發(fā)器的Q端，啟動(dòng)開關(guān)的常開觸點(diǎn)連接電源一 的正極；電源二的正極經(jīng)啟動(dòng)開關(guān)連接單刀雙擲開關(guān)二的基觸點(diǎn)，單刀雙擲開關(guān)二的另外兩 個(gè)兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別連接一級(jí)進(jìn)氣閥和二級(jí)進(jìn)氣閥的電磁線圈， 一級(jí)進(jìn)氣閥和二級(jí)進(jìn)氣閥的電 磁線圈并聯(lián)后與電源二的負(fù)極相連；電磁球閥一、電磁球闊二、電磁球閥三、電磁球閥四的 電磁線圈的兩端并聯(lián)后經(jīng)過氣路切換開關(guān)與電源二的兩端相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種常壓排氣變缸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括活塞式主機(jī)，活塞式主機(jī)分別與配氣機(jī)構(gòu)和尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)連接，配氣機(jī)構(gòu)與儲(chǔ)氣罐連接，配氣機(jī)構(gòu)和尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)通過管道和導(dǎo)線連接。尾氣穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)解決了尾氣能量損失問題，其通過排氣壓力與外界大氣壓力的比較，通過閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥關(guān)斷的時(shí)刻，使排氣壓力穩(wěn)定在與外界氣壓相等的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)膨脹比可變的對(duì)外做功方式，最大限度地利用了壓縮氣體中的能量。變缸技術(shù)解決了減壓損失問題，當(dāng)氣源壓力較高時(shí)，采用高中低三級(jí)氣缸串聯(lián)膨脹，而壓力降低到一定程度時(shí)，氣路切換開關(guān)動(dòng)作，帶動(dòng)閥門切換氣路，將高壓氣缸從氣路中切除，壓縮空氣在中低壓兩級(jí)氣缸中串聯(lián)膨脹。
文檔編號(hào)F01B17/02GK201377339SQ20092002092
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
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