專利名稱：常壓排氣變缸空氣發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機(jī)，尤其是一種常壓排氣變缸空氣發(fā)動機(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，目前全世界汽車保有量已超過8 億輛，而地球上現(xiàn)已探明的石油儲量只能滿足人類充分使用4 0-5 0年，且各類機(jī)動車污染 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)保型汽車已成為新型汽車的發(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、電動汽車、氫氣燃料電池汽車以及空氣動力汽車。但代用燃 料汽車仍然有排放污染和熱效應(yīng)，電動汽車存在電池的二次污染問題，氫氣燃料電池汽車雖
然可以實現(xiàn)零排放，但目前還沒有解決氫氣的制造和儲存的成本高的問題。由于空氣動力汽 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，因此對氣動汽車的研發(fā)具有重要而長遠(yuǎn)的意義。
空氣動力汽車的核心技術(shù)是壓縮空氣發(fā)動機(jī)。壓縮空氣發(fā)動機(jī)，又稱為氣動發(fā)動機(jī)，是 通過高壓壓縮空氣在氣缸內(nèi)的膨脹過程，將儲存的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能輸出的動力機(jī)械。國 內(nèi)對于壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)的研究還處于起步階段，目前制約氣動汽車發(fā)展的主要因素是高 壓氣體的能量利用率太低，而氣動發(fā)動機(jī)能量利用率低的主要原因在于，有兩個方面存在很 大的能量損失， 一是發(fā)動機(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。二是現(xiàn)有的技術(shù)方案為避免儲 氣裝置中氣壓下降而造成的發(fā)動機(jī)做功量減少，工作狀態(tài)不穩(wěn)定，必須使發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣壓力 低于儲氣裝置中的壓力，因此要在儲氣裝置和發(fā)動機(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)動機(jī) 具有實際應(yīng)用價值的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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)動機(jī)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種常壓排氣變缸空氣發(fā)動機(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)的級數(shù)為三級，氣缸 內(nèi)設(shè)有可以上下移動的活塞，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，凸輪通過傳動機(jī)構(gòu)與曲軸相連，曲軸末端同軸固定有三個曲軸位置凸輪。
所述傳動機(jī)構(gòu)包括正時鏈輪一、正時鏈輪二、正時鏈輪三、正時鏈條和曲軸鏈輪，曲軸 鏈輪設(shè)置于曲軸上，正時鏈輪一、正時鏈輪二和正時鏈輪三依次通過正時鏈條與曲軸鏈輪連 接；正時鏈輪一與凸輪一同軸相連，凸輪一與一級氣缸上的一級排氣門耦合；正時鏈輪二與 凸輪二同軸相連，凸輪二與二級氣缸上的二級排氣門耦合正時鏈輪三與凸輪三同軸相連， 凸輪三與三級氣缸上的三級排氣門耦合。
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，儲氣罐通過管道連接流量調(diào) 節(jié)闊，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、 一級進(jìn)氣閥與一級氣缸的 進(jìn)氣通道相連，另一條經(jīng)過電磁球閥四、二級進(jìn)氣閥并與回?zé)崞鞒隹诮?jīng)過電磁球閥三后的管 路匯合后與二級氣缸的進(jìn)氣通道相連， 一級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，另一條連接一級回?zé)崞鞯娜肟冢?二級排氣門的出口經(jīng)二級回?zé)崞骱笈c三級氣缸 的進(jìn)氣通道相連，三級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、信號放大 器、功率放大器、執(zhí)行電機(jī)、蝸桿、蝸輪、 一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(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)、保持電路與信號放大器相連，外界氣壓傳感器直接與信號放大器相連，信號 放大器輸出經(jīng)過啟動開關(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與進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)接 觸時，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)接觸會有動作為準(zhǔn)；進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的對側(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， 一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(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進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn) 氣閥關(guān)閉開關(guān)的常閉觸點，電源一的負(fù)極分別連接一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(jìn)氣閥開啟開 關(guān)、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的常開觸點，電源一的正極分別連接一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(jìn)氣閥 開啟開關(guān)的基動觸點經(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)的基動觸點連接 與門電路和啟動開關(guān)，啟動開關(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，另一端連接啟動開關(guān)的基動觸點，啟動開關(guān)的常閉觸點連接JK觸發(fā)器的Q端，啟動 開關(guān)的常開觸點連接電源一的正極；電源二的正極經(jīng)啟動開關(guān)連接單刀雙擲開關(guān)二的基觸點，單刀雙擲開關(guān)二的另外兩個兩個靜觸點分別連接一級進(jìn)氣閥和二級進(jìn)氣閥的電磁線圈， 一級 進(jìn)氣閥和二級進(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。
本發(fā)明為解決尾氣能量損失問題，專門設(shè)計了尾氣穩(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)斷的時刻，使排氣壓力穩(wěn)定在與外界 氣壓相等的數(shù)值，從而實現(xiàn)膨脹比可變的對外做功方式，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，在本發(fā)明中特別采用了變缸技術(shù)，當(dāng)氣源壓力較高時，采用高中 低三級氣缸串聯(lián)膨脹，而壓力降低到一定程度時，氣路切換開關(guān)動作，帶動閥門切換氣路， 將高壓氣缸從氣路中切除，壓縮空氣在中低壓兩級氣缸中串聯(lián)膨脹，從而實現(xiàn)了不需減壓裝 置，降低能量損耗的目的。


圖1為本發(fā)明的整體配置示意圖
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為控制電路的時序波形圖
圖中1、儲氣罐，2、壓力表，3、流量調(diào)節(jié)閥，4、曲軸，5、 一級氣缸，6、 一級活塞， 7、 一級連桿，8、 二級氣缸，9、 二級活塞，10、 二級連桿，11、三級氣缸，12、三級活塞， 13、三級連桿，14、電磁球閥一，15、 一級進(jìn)氣閥，16、 一級排氣門，17、凸輪一，18、電 磁球閥二， 19、 一級回?zé)崞鳎?0、電磁球閥三，21、電磁球閥四，22、 二級進(jìn)氣閥，23、 二 級排氣門，24、凸輪二， 25、 二級回?zé)崞鳎?6、三級排氣門，27、凸輪三，28，曲軸鏈輪， 29、正時鏈條，30、正時鏈輪一，31，正時鏈輪二， 32、正吋鏈輪三，33、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、 一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)，46、 二級進(jìn)氣閥開啟開關(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、信號放大器，55、功率放大器，56、 電源一，57、電源二， 58，啟動開關(guān)，59、繼電器，60、與門電路，61、 JK觸發(fā)器。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1-圖6中，本發(fā)明的整體結(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)的級數(shù)為三級， 氣缸內(nèi)設(shè)有可以上下移動的活塞，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，凸輪通過傳動機(jī)構(gòu)與曲軸4相連，曲軸4末端同軸固定有三個曲 軸位置凸輪。
傳動機(jī)構(gòu)包括正時鏈輪一30、正時鏈輪二31、 JE時鏈輪三32、正時鏈條29和曲軸鏈輪 28，曲軸鏈輪28設(shè)置于曲軸上，正時鏈輪一 30、正時鏈輪二 31和正時鏈輪三32依次通過 正時鏈條29與曲軸鏈輪28連接；正時鏈輪一30與凸輪一 17同軸相連，凸輪一17與一級氣 缸5上的一級排氣門16耦合；正時鏈輪二31與凸輪二24同軸相連，凸輪二24與二級氣缸 8上的二級排氣門23耦合；正時鏈輪三32與凸輪三27同軸相連，凸輪三27與三級氣缸11 上的三級排氣門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、 一級進(jìn)氣閥15與一 級氣缸5的進(jìn)氣通道相連，另一條經(jīng)過電磁球閥四21、 二級進(jìn)氣閥22并與一級回?zé)崞?9出 口經(jīng)過電磁球閥三20后的管路匯合后與二級氣缸8的進(jìn)氣通道相連； 一級排氣門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，另一條連接一級回?zé)崞?9的入口； 二級 排氣門23的出口經(jīng)二級回?zé)崞?5后與三級氣缸11的進(jìn)氣通道相連，三級排氣門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、 一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、 二級進(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與信號放大 器54相連，外界氣壓傳感器53直接與信號放大器54相連，信號放大器54輸出經(jīng)過啟動開 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 點與進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47接觸時，進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47接觸會有動作為準(zhǔn)。進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47 的對側(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， 一級進(jìn)氣 閥開啟開關(guān)45、 二級進(jìn)氣閥開啟開關(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進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、 二級進(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，電源一56的負(fù)極分別連接一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān) 45、 二級進(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，電源一 56的正極分別連接一 級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45、 二級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)46的基動觸點經(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的基動觸點連接與門電路60和啟動開關(guān)58，啟動開關(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， 另一端連接啟動開關(guān)58的基動觸點，啟動開關(guān)58的常閉觸點連接JK觸發(fā)器61的Q端，啟 動開關(guān)58的常開觸點連接電源一 56的正極。電源二 57的正極經(jīng)啟動開關(guān)58連接單刀雙擲 開關(guān)二 49的基動觸點，單刀雙擲開關(guān)二 49的另外兩個兩個靜觸點分別連接一級進(jìn)氣閥15和 二級進(jìn)氣閥22的電磁線圈， 一級進(jìn)氣閥15和二級進(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。
啟動過程
按下啟動開關(guān)58，繼電器59得電， 一級進(jìn)氣閥15打開，當(dāng)此時曲軸4轉(zhuǎn)角在0-180度 的范圍內(nèi)時， 一級排氣門16處于關(guān)閉狀態(tài)，則一級活塞6在高壓氣體的壓力下向下運(yùn)動，帶 動一級連桿7推動曲軸4正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)曲軸4轉(zhuǎn)角等于180度時， 一級排氣門16打開，二級 排氣門23關(guān)閉， 一級氣缸5與二級氣缸8連通，氣缸內(nèi)氣壓相等，由于二級活塞9的受力面 積比一級活塞6的大，二級活塞9會向下運(yùn)動， 一級活塞6向上運(yùn)動，帶動一級連桿7、 二 級連桿10推動曲軸4繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)曲軸4轉(zhuǎn)角等于360度時， 一級排氣門16關(guān)閉，二 級排氣門23打開，二級氣缸8與三級氣缸11連通，由于三級活塞12受力比二級活塞9大， 一級活塞6、三級活塞12會向下運(yùn)動，二級活塞9向上運(yùn)動，帶動一級連桿7、 二級連桿10 和三級連桿13推動曲軸4繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復(fù)，則發(fā)動機(jī)完成正向啟動。
當(dāng)按下啟動開關(guān)58，若此時曲軸4轉(zhuǎn)角在180-360度的范圍內(nèi)， 一級排氣門16處于打 開狀態(tài)，二級排氣門23處于關(guān)閉狀態(tài)， 一級氣缸5與二級氣缸8連通，氣缸內(nèi)氣壓相等，由 于二級活塞9的受力面積比一級活塞6的大，二級活塞9會向下運(yùn)動， 一級活塞6向上運(yùn)動， 一級連桿7和二級連桿10帶動曲軸4正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)曲軸4轉(zhuǎn)角等于360度時， 一級排氣門 16關(guān)閉，二級排氣門23打開，二級氣缸8與三級氣缸11連通，由于三級活塞12受力比二 級活塞9大， 一級活塞6、三級活塞12會向下運(yùn)動，二級活塞9向上運(yùn)動， 一級連桿7、 二 級連桿10和三級連桿13帶動曲軸4繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復(fù)，則發(fā)動機(jī)完成正向啟動。
由以上過程可見，該發(fā)動機(jī)不需要外力即可自行啟動，而且可以保持特定的旋轉(zhuǎn)方向。
正常運(yùn)轉(zhuǎn)
當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，松開啟動開關(guān)58，若在松開的瞬間，曲軸位置凸輪二38的凸點已轉(zhuǎn)
8過最高點，而曲軸位置凸輪三39的凸點還未碰觸到進(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， 一級進(jìn)氣閥15保持打開狀態(tài)。當(dāng)曲軸位置凸輪三39的凸點 碰觸到進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47時，JK觸發(fā)器61輸出低電平，繼電器59失電， 一級進(jìn)氣閥15關(guān) 閉，進(jìn)氣過程結(jié)束，已進(jìn)入一級氣缸5中的氣體膨脹，繼續(xù)推動一級活塞6繼續(xù)向下運(yùn)動。 當(dāng)一級活塞6運(yùn)行到下止點時， 一級排氣門16打幵， 一級氣缸5中的氣體進(jìn)入二級氣缸8繼 續(xù)膨脹， 一級活塞6向上運(yùn)動，二級活塞9向下運(yùn)動。當(dāng)一級活塞6運(yùn)行到上止點時，觸動 一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45， JK觸發(fā)器61輸出高電平， 一級進(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)松開啟動開關(guān)58的瞬間，曲軸位置凸輪三39的凸點已碰觸過進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)47,而 曲軸位置凸輪二 38的凸點還未轉(zhuǎn)到最高點，則一級進(jìn)氣閥15關(guān)閉，已進(jìn)入一級氣缸5中的 氣體繼續(xù)膨脹，當(dāng)一級活塞6運(yùn)行到上止點時，觸動一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)45， JK觸發(fā)器61 輸出高電平， 一級進(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輸出的時序圖 如圖6所示。由圖可見，進(jìn)氣脈沖寬度由一級進(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)的位置即可實現(xiàn)進(jìn)氣正時可變的控制模式。
啟動開關(guān)58松開后，反饋回路進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)三級活塞12運(yùn)行到下止點時，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經(jīng)信號放大器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)動執(zhí)行電機(jī)42帶動蝸桿41轉(zhuǎn)動，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)帶動蝸輪40逆時針旋轉(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)帶動蝸輪40順時針旋轉(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)動機(jī)的輸出 功率。
隨著儲氣罐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下移到最低點時，擋板43上移至最高點，觸動單刀雙擲開關(guān)一48、單刀雙 擲開關(guān)二49、氣路切換開關(guān)50動作，使二級進(jìn)氣閥22、 二級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)46接入電路， 同時電磁球閥一 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)，從而實現(xiàn)氣路切換，將一級氣缸5從氣路中切除，壓縮空 氣在二級氣缸8和三級氣缸11串聯(lián)回路中繼續(xù)膨脹。氣路切換后，尾氣壓力會突然上升，使 蝸輪40逆時針轉(zhuǎn)動，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會移動到左側(cè)下方一個合適位置。隨著儲氣罐1中壓力進(jìn)一步降低，進(jìn)氣閥關(guān) 閉開關(guān)47會逐漸上移，直到儲氣罐1中壓力降低到0. 4Mpa,膨脹過程結(jié)束，需對儲氣罐1重 新注入壓縮空氣。
本發(fā)明不僅可以用作氣動汽車的發(fā)動機(jī)，還可以代替各種氣馬達(dá)實現(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)的級數(shù)為三級，氣缸內(nèi)設(shè)有可以上下移動的活 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 通過傳動機(jī)構(gòu)與曲軸相連，曲軸末端同軸固定有三個曲軸位置凸輪。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的常壓排氣變缸空氣發(fā)動機(jī)，其特征在于所述傳動機(jī)構(gòu)包括正 時鏈輪一、正時鏈輪二、正時鏈輪三、正時鏈條和曲軸鏈輪，曲軸鏈輪設(shè)置于曲軸上，正時 鏈輪一、正時鏈輪二和正時鏈輪三依次通過正時鏈條與曲軸鏈輪連接；正時鏈輪一與凸輪一 同軸相連，凸輪一與一級氣缸上的一級排氣門耦合；正時鏈輪二與凸輪二同軸相連，凸輪二 與二級氣缸上的二級排氣門耦合；正時鏈輪三與凸輪三同軸相連，凸輪三與三級氣缸上的三 級排氣門耦合。
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、 一級進(jìn)氣閥與一級氣缸的進(jìn)氣通道相連，另一條經(jīng) 過電磁球閥四、二級進(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氣缸的進(jìn) 氣通道相連； 一級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 一級回?zé)崞鞯娜肟冢?二級排氣門的出口經(jīng)二級回?zé)崞骱笈c三級氣缸的進(jìn)氣通道相連，三級排 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、信號放大器、功率放大器、執(zhí)行電 機(jī)、蝸桿、蝸輪、 一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(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 與信號放大器相連，外界氣壓傳感器直接與信號放大器相連，信號放大器輸出經(jīng)過啟動開關(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，蝸桿與鍋輪垂直配合，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， 一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(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進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的常閉觸點, 電源一的負(fù)極分別連接一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、進(jìn)氣閥關(guān)閉開關(guān)的常開 觸點，電源一的正極分別連接一級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)、二級進(jìn)氣閥開啟開關(guān)的基動觸點經(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)的基動觸點連接與門電路和啟動開關(guān)，啟動開關(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，另一端連接啟動開 關(guān)的基動觸點，啟動開關(guān)的常閉觸點連接JK觸發(fā)器的Q端，啟動開關(guān)的常開觸點連接電源一 的正極；電源二的正極經(jīng)啟動開關(guān)連接單刀雙擲開關(guān)二的基觸點，單刀雙擲開關(guān)二的另外兩 個兩個靜觸點分別連接一級進(jìn)氣閥和二級進(jìn)氣閥的電磁線圈， 一級進(jìn)氣閥和二級進(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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種常壓排氣變缸空氣發(fā)動機(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)斷的時刻，使排氣壓力穩(wěn)定在與外界氣壓相等的數(shù)值，從而實現(xiàn)膨脹比可變的對外做功方式，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，采用高中低三級氣缸串聯(lián)膨脹，而壓力降低到一定程度時，氣路切換開關(guān)動作，帶動閥門切換氣路，將高壓氣缸從氣路中切除，壓縮空氣在中低壓兩級氣缸中串聯(lián)膨脹。
文檔編號F01B29/12GK101526011SQ20091002063
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者琪 張, 睿 武 申請人:睿 武