專利名稱：兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及使用壓縮空氣作為動(dòng)力源，能夠驅(qū)動(dòng)車輛行駛的動(dòng)力裝置，特別是一種兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球每日石油消耗量約為五千萬(wàn)桶，而其中用于交通運(yùn)輸方面約占 50%，在其中，汽車的用油約占80%。目前全球的探明石油儲(chǔ)量，按現(xiàn)在的石油消耗量計(jì)算， 僅可用40年左右。因此，如果依然以石油作為汽車動(dòng)力的唯一能源，汽車工業(yè)不久就會(huì)走到盡頭。另一方面，汽車尾氣已成為我國(guó)大城市中C0、N0x和CH等污染物的第一大污染源。 燃燒所排放的大量二氧化碳?xì)怏w是造成地球溫室效應(yīng)的主要原因。汽車燃料的燃燒不完全也成為空氣中懸浮顆粒物增加的原因之一。為了解決或暫緩汽車工業(yè)發(fā)展帶來(lái)的能源、環(huán)境等方面問(wèn)題，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)采用新技術(shù)降低排放與燃油消耗率。但是，無(wú)論是采用先進(jìn)的電子噴射系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)、加裝三元催化系統(tǒng)、采用廢氣再循環(huán)、混合動(dòng)力等技術(shù)，還是采用壓縮天然氣、液化石油氣等替代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車動(dòng)力都是以內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)，只能減少污染氣體的排放量，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的 “零排放”。中國(guó)專利CN185U60A提出了一種使用壓縮空氣作動(dòng)力的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，利用清潔能源——壓縮空氣推動(dòng)汽缸活塞，與普通內(nèi)燃機(jī)相似通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)輸出動(dòng)力。浙江大學(xué)博士論文《氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和關(guān)鍵零部件優(yōu)化研究》中也針對(duì)該驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，并在水冷柴油機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造展開(kāi)試驗(yàn)研究。雖然他們都利用了壓縮氣體進(jìn)行膨脹作功，但在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上仍然采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其腔室膨脹推動(dòng)活塞時(shí)才作功，而在活塞反行程運(yùn)動(dòng)時(shí)不作功，并且曲柄對(duì)汽缸的側(cè)向力不作功，影響系統(tǒng)工作效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種使用壓縮空氣作動(dòng)力源的汽車動(dòng)力裝置，使用的壓縮空氣能代替汽油、柴油或液化石油氣燃料，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車尾氣的真正 “零排放”。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為一種兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置， 包括氣罐、一級(jí)氣缸、二級(jí)氣缸、減壓閥、節(jié)流閥、電磁換向閥、齒條、上齒輪、下齒輪和過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)；減壓閥通過(guò)軟管與氣罐相連，節(jié)流閥的一端連接減壓閥，節(jié)流閥的另一端與電磁換向閥下端的一個(gè)閥口相連，另一個(gè)閥口連接到過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)，電磁換向閥上端的兩個(gè)閥口連接到一級(jí)氣缸，一級(jí)氣缸里的活塞桿直接與齒條的右端相連接，齒條的左端直接與二級(jí)氣缸相連；齒條的上方設(shè)有一個(gè)圓柱上齒輪，齒條的下方設(shè)有一個(gè)圓柱下齒輪，齒條與上齒輪和下齒輪組成了兩對(duì)齒輪副；電磁換向閥上端的兩個(gè)閥口通過(guò)軟管分別與二級(jí)氣缸的兩個(gè)工作腔連接，電磁換向閥下端的一個(gè)閥口通過(guò)軟管與過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)連接，另一個(gè)閥口通過(guò)軟管連接到外界環(huán)境。[0007]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型采用兩級(jí)氣缸膨脹作功，即一級(jí)氣缸的排氣作為二級(jí)氣缸的氣源再次利用剩余能量，其中再經(jīng)過(guò)熱交換器吸收外界部分能量，提高了能量使用效率。( 氣缸的輸出力方向與齒條運(yùn)動(dòng)方向相同，無(wú)側(cè)向力損耗，能量傳遞效率比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的活塞曲柄結(jié)構(gòu)高。(3) 一個(gè)氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動(dòng)雙向提供動(dòng)力，輸出軸的動(dòng)力輸出較為平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型提出的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣壓控制回路系統(tǒng)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的機(jī)械傳動(dòng)輸出系統(tǒng)示意圖。圖3、圖4、圖5和圖6是本實(shí)用新型的齒輪單向動(dòng)力傳遞示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示為本實(shí)用新型的氣壓控制回路系統(tǒng)示意圖。其中包括有一個(gè)氣罐1，氣罐內(nèi)有30Mpa的壓縮氣體，包括一級(jí)氣缸5、二級(jí)氣缸8、減壓閥2、節(jié)流閥3、第一電磁換向閥4、第二電磁換向閥9、減壓閥2通過(guò)軟管與1連接，其作用是把30Mpa的壓縮氣體減壓到 IMpa0節(jié)流閥3的一端連接減壓閥2，節(jié)流閥3的另一端與第一電磁換向閥4下端的一個(gè)閥口相連，節(jié)流閥3的作用是可以調(diào)節(jié)氣體的流量大小。第一電磁換向閥4的下端的一個(gè)閥口連接到節(jié)流閥3，另一個(gè)閥口連接到過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)10，過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)10 的作用是可以使經(jīng)過(guò)的氣體吸收外界環(huán)境的熱量。第一電磁換向閥4上端兩個(gè)閥口中的一個(gè)閥口與氣缸5的右工作腔相接通，另一個(gè)閥口與氣缸5的左工作腔相接通。一級(jí)氣缸5 的活塞桿與齒條6的右端通過(guò)螺紋緊配合聯(lián)接，二級(jí)氣缸8的活塞桿與齒條6的左端通過(guò)螺紋緊配合聯(lián)接。齒條6的上下兩面均有齒，左右端各有一個(gè)螺紋孔。齒條6的上下各有一個(gè)圓柱齒輪7，齒條6與上齒輪7-1和下齒輪7-2組成了兩對(duì)齒輪副。第二電磁換向閥9 上端的兩個(gè)閥口中的一個(gè)通過(guò)軟管與二級(jí)氣缸8的右工作腔相接通，另一個(gè)閥口與二級(jí)氣缸8的左工作腔相接通。第二電磁換向閥9的下端的一個(gè)閥口通過(guò)軟管與過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)10連接，另一個(gè)閥口通過(guò)軟管連接到外界環(huán)境。當(dāng)裝置開(kāi)始工作后，高壓氣體從氣罐1通過(guò)減壓閥2和節(jié)流閥3由第一電磁換向閥4充入一級(jí)氣缸5的右側(cè)工作腔，同時(shí)一級(jí)氣缸5的左側(cè)工作腔中的氣體通過(guò)過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)10吸收外界熱量后，充入二級(jí)氣缸8的右側(cè)工作腔，一級(jí)氣缸5和二級(jí)氣缸8中的壓縮氣體同時(shí)推動(dòng)活塞桿及齒條6向左運(yùn)動(dòng)，二級(jí)氣缸8的左側(cè)工作腔中的氣體排到外界環(huán)境中。當(dāng)齒條6向左運(yùn)動(dòng)到達(dá)運(yùn)動(dòng)行程的末端，第一電磁換向閥4和第二電磁換向閥9 進(jìn)排氣換向，減壓后的氣體充入一級(jí)氣缸5的左側(cè)工作腔，同時(shí)一級(jí)氣缸5的右側(cè)工作腔中上一行程充入的氣體經(jīng)過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)10充入二級(jí)氣缸8的左側(cè)工作腔，一級(jí)氣缸 5和二級(jí)氣缸8中的壓縮氣體同時(shí)推動(dòng)活塞桿及齒條6向右運(yùn)動(dòng)，二級(jí)氣缸8右側(cè)工作腔中的氣體排到外界環(huán)境中。當(dāng)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到行程末端時(shí)，再次令電磁換向閥換向，繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程，如此往復(fù)循環(huán)，驅(qū)動(dòng)齒條6往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)齒條6向左運(yùn)動(dòng)到達(dá)運(yùn)動(dòng)行程的末端，第一電磁換向閥4和第二電磁換向閥9 進(jìn)排氣換向。氣缸5和二級(jí)氣缸8的推桿推動(dòng)齒條6向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)齒條6到達(dá)右端的運(yùn)動(dòng)行程時(shí)，第一電磁換向閥4和第二電磁換向閥9進(jìn)排氣換向，齒條反向運(yùn)動(dòng)。整個(gè)工作過(guò)程如此往復(fù)循環(huán)。結(jié)合圖2、3、4、5、6，氣缸5和二級(jí)氣缸8的推桿推動(dòng)齒條6運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)上齒輪7-1 和下齒輪7-2旋轉(zhuǎn)，上齒輪7-1、下齒輪7-2、齒輪112-1和齒輪II12-2上內(nèi)側(cè)各有一個(gè)滑槽，通過(guò)平鍵與單向軸承聯(lián)接。上齒輪7-1是通過(guò)平鍵18與單向軸承16聯(lián)接，單向軸承16 的內(nèi)外側(cè)各有一個(gè)滑槽，平鍵17聯(lián)接單向軸承16和傳動(dòng)軸111-1。齒輪112-1安裝在傳動(dòng)軸Ill-I的另一端，齒輪112-1是通過(guò)平鍵21與單向軸承19聯(lián)接，平鍵20聯(lián)接單向軸承19和傳動(dòng)軸111-1。下齒輪7-2通過(guò)平鍵M與單向軸承22聯(lián)接，平鍵23聯(lián)接單向軸承22和傳動(dòng)軸1111-2。軸111-1、軸II11-2的左右兩側(cè)各有一個(gè)鍵槽，通過(guò)平鍵分別與上齒輪7-1、下齒輪7-2、齒輪112-1和齒輪II12-2聯(lián)接。齒輪II12-2安裝在傳動(dòng)軸12_2的另一端，齒輪II12-2是通過(guò)平鍵27與單向軸承25聯(lián)接，平鍵沈聯(lián)接單向軸承25和傳動(dòng)軸1111-2。單向軸承16、單向軸承19、單向軸承22以及單向軸承25的作用是只能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)傳遞動(dòng)力，另一個(gè)方向只能空轉(zhuǎn)不能傳遞動(dòng)力。當(dāng)齒條6向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)上齒輪7-1 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，上齒輪7-1通過(guò)傳動(dòng)軸Ill-I帶動(dòng)齒輪112-1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)齒輪III13逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，齒輪112-1和齒輪II12-2與齒輪III13嚙合。輸出軸15的右側(cè)有一個(gè)鍵槽，齒輪III13通過(guò)平鍵14與動(dòng)力輸出軸15連接。齒輪III13逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)動(dòng)力輸出軸15 旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械能。同時(shí)下齒輪7-2逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，但是由于單向軸承25只能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)傳遞動(dòng)力，傳動(dòng)軸Π11-2不動(dòng)。當(dāng)齒條6向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，下齒輪7-2順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)傳動(dòng)軸 II11-2和齒輪II12-2旋轉(zhuǎn)，然后齒輪II12-2帶動(dòng)齒輪III13和動(dòng)力輸出軸15逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械能。上齒輪7-1在齒條向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，因單向軸承16的作用不能傳遞動(dòng)力，傳動(dòng)軸Ill-I不動(dòng)。當(dāng)齒條6來(lái)回運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)動(dòng)力傳遞過(guò)程如此往復(fù)循環(huán)。采用本實(shí)用新型方案進(jìn)行理論計(jì)算設(shè)氣罐中儲(chǔ)存了 30Mpa的高壓氣體0. 3m3，重量為IOOOkg的小車以每小時(shí)60km/h的時(shí)速。路面滾動(dòng)系數(shù)為0. 01，空氣阻力系數(shù)為0. 5， 迎風(fēng)面積1. 5/m2，空氣密度為1. 2258kg/m3，機(jī)械傳動(dòng)效率為0. 9。
絕熱膨脹做功使汽車可以行駛69. 4km,等溫膨脹做功可以使汽車行駛 188. 5km。一般氣體做功處于絕熱膨脹做功和等溫膨脹做功之間，也即汽車的行駛路程為 69. 4 188. 5km 之間。
權(quán)利要求1.一種兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，包括氣罐、一級(jí)氣缸[5]、二級(jí)氣缸[8]，其特征在于還包括減壓閥[2]、節(jié)流閥[3]、第一電磁換向閥W]、第二電磁換向閥[9]、齒條 W]、上齒輪[7-1]、下齒輪[7-2]和過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)[10]；減壓閥[2]通過(guò)軟管與氣罐[1]相連，節(jié)流閥[3]的一端連接減壓閥[2]，節(jié)流閥[3]的另一端與第一電磁換向閥 [4]下端的一個(gè)閥口相連，另一個(gè)閥口連接到過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)[10]，第一電磁換向閥[4]上端的兩個(gè)閥口連接到一級(jí)氣缸[5]，一級(jí)氣缸[5]里的活塞桿直接與齒條W]的右端相連接，齒條W]的左端直接與二級(jí)氣缸[8]相連；齒條W]的上方設(shè)有一個(gè)圓柱上齒輪[7-1]，齒條W]的下方設(shè)有一個(gè)圓柱下齒輪[7-2]，齒條W]與上齒輪[7-1]和下齒輪[7-2]組成了兩對(duì)齒輪副；第二電磁換向閥[9]上端的兩個(gè)閥口通過(guò)軟管分別與二級(jí)氣缸[8]的兩個(gè)工作腔連接，第二電磁換向閥[9]下端的一個(gè)閥口通過(guò)軟管與過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)[10]連接，另一個(gè)閥口通過(guò)軟管連接到外界環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于上齒輪[7-1] 通過(guò)平鍵[18]與單向軸承[16]連接，平鍵[17]連接單向軸承[16]和傳動(dòng)軸1[11-1]，齒輪I [12-1]安裝在傳動(dòng)軸I [11-1]的另一端；齒輪I [12-1]通過(guò)平鍵[21]與單向軸承[19] 聯(lián)接，平鍵[20]聯(lián)接單向軸承[19]和傳動(dòng)軸I [11-1]，下齒輪[7-2]通過(guò)平鍵[24]與單向軸承[22]聯(lián)接，平鍵[23]聯(lián)接單向軸承[22]和傳動(dòng)軸II [11-2]，齒輪II [12-2]安裝在傳動(dòng)軸11[11-2]的另一端；齒輪II [12-2]通過(guò)平鍵[27]與單向軸承[25]聯(lián)接，平鍵[26] 聯(lián)接單向軸承[25]和傳動(dòng)軸[11-2]，齒輪I [12-1]和齒輪II [12-2]與齒輪III [13]嚙合， 齒輪III [13]通過(guò)平鍵[14]與動(dòng)力輸出軸[15]連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于第一電磁換向閥[4]上端兩個(gè)閥口中的一個(gè)閥口與氣缸[5]的右工作腔相接通，另一個(gè)閥口與氣缸[5] 的左工作腔相接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于第二電磁換向閥[9]上端兩個(gè)閥口中的一個(gè)與氣缸[8]的右工作腔相接通，另一個(gè)閥口與氣缸[8]的左工作腔相接通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于氣缸[5]的活塞桿與齒條W]的右端通過(guò)螺紋緊配合聯(lián)接，氣缸[8]的活塞桿與齒條W]的左端通過(guò)螺紋緊配合聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于齒條W]的上下兩面均有齒，左右端各有一個(gè)螺紋孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于單向軸承[16]的內(nèi)外側(cè)各有一個(gè)滑槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于上齒輪 [7-1]、下齒輪[7-2]、齒輪I [12-1]和齒輪II [12-2]上內(nèi)側(cè)各有一個(gè)滑槽，通過(guò)平鍵與單向軸承聯(lián)接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于傳動(dòng)軸 1[11-1]、傳動(dòng)軸11[11-2]的左右兩側(cè)各有一個(gè)鍵槽，通過(guò)平鍵分別與上齒輪[7-1]、下齒輪[7-2]、齒輪I [12-1]和齒輪II [12-2]聯(lián)接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于輸出軸[15]的右側(cè)有一個(gè)鍵槽，通過(guò)平鍵[14]與齒輪III[13]聯(lián)接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種兩級(jí)膨脹活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，減壓閥通過(guò)軟管與氣罐相連，節(jié)流閥一端連減壓閥，另一端與電磁換向閥下端閥口相連，另一個(gè)閥口連接過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)，電磁換向閥上端兩個(gè)閥口連一級(jí)氣缸，一級(jí)氣缸里的活塞桿與齒條右端相連，齒條左端與二級(jí)氣缸相連；齒條上方設(shè)一個(gè)圓柱上齒輪，下方設(shè)一個(gè)圓柱下齒輪，齒條與上齒輪和下齒輪組成了兩對(duì)齒輪副；電磁換向閥上端兩個(gè)閥口通過(guò)軟管與二級(jí)氣缸兩個(gè)工作腔連接，電磁換向閥下端一個(gè)閥口通過(guò)軟管與過(guò)渡氣罐及熱交換系統(tǒng)連接，另一個(gè)閥口通過(guò)軟管連接外界環(huán)境。本實(shí)用新型使用壓縮空氣作動(dòng)力源的汽車動(dòng)力裝置，能代替汽油、柴油或液化石油氣燃料驅(qū)動(dòng)車輛行駛，實(shí)現(xiàn)了汽車尾氣的真正零排放。
文檔編號(hào)F01B1/08GK202125319SQ20102069891
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者潘孝斌, 談樂(lè)斌, 顧輝 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)