一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于一種空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]依賴(lài)石油產(chǎn)品的傳統(tǒng)汽車(chē)，面臨著石油短缺和枯竭的威脅。城市中汽車(chē)數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，使城市上空籠罩著大量有害氣體和微小顆粒物，嚴(yán)重?fù)p害著人類(lèi)的健康。傳統(tǒng)汽車(chē)的碳排放量，是引起地球變暖的重要因素。所有上述問(wèn)題，都迫使人類(lèi)必須積極地去研發(fā)新能源汽車(chē)。
[0003]近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)取得了很大的進(jìn)展，但由于受到成本高、電池壽命短、汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程不足、充電不方便等的影響，目前尚未廣泛進(jìn)入市場(chǎng)。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的上游生產(chǎn)過(guò)程以及使用后的廢棄物，也會(huì)給社會(huì)的環(huán)境保護(hù)帶來(lái)負(fù)擔(dān)，因而增加社會(huì)的附加成本。
[0004]在大多數(shù)汽車(chē)廠家力爭(zhēng)盡早把電動(dòng)汽車(chē)投放市場(chǎng)的同時(shí)，國(guó)際上正有人在積極地研發(fā)以壓縮空氣為動(dòng)力的汽車(chē)?？諝鈩?dòng)力汽車(chē)是利用壓縮空氣的能量通過(guò)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛；壓縮空氣則是由電網(wǎng)的電能通過(guò)壓縮機(jī)產(chǎn)生的?？諝鈩?dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的上游生產(chǎn)過(guò)程以及使用的全過(guò)程，都比電動(dòng)汽車(chē)更為清潔，因此，空氣動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)當(dāng)是新能源汽車(chē)的另一個(gè)重要分支。
[0005]法國(guó)MDI公司在內(nèi)格雷(Guy NSgre)工程師的主導(dǎo)下，在研發(fā)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域取得顯著的成效，已有多種空氣動(dòng)力汽車(chē)車(chē)型進(jìn)入市場(chǎng)。有消息報(bào)導(dǎo)，印度Tata汽車(chē)公司購(gòu)買(mǎi)了 MDI公司的生產(chǎn)權(quán)，也已經(jīng)試制出樣車(chē)，并聲稱(chēng)將于近年把產(chǎn)品投放市場(chǎng)。美國(guó)ZPM(Zero Pollut1n Motors)零排放汽車(chē)公司宣稱(chēng)，力爭(zhēng)在2011年將空氣動(dòng)力汽車(chē)投放美國(guó)市場(chǎng)。瑞士業(yè)已批量生產(chǎn)小型空氣動(dòng)力汽車(chē)。英國(guó)、澳大利亞、韓國(guó)、日本等國(guó)也處在研宄性開(kāi)發(fā)階段。
[0006]我國(guó)一些高等院校和企業(yè)也在研發(fā)空氣動(dòng)力汽車(chē)，其核心部分是空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)氣動(dòng)機(jī))。
[0007]目前世界各國(guó)(包括我國(guó))的空氣動(dòng)力汽車(chē)幾乎全部采用往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)。往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)基本相同。圖1示出往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本單元，它由缸體、缸蓋、活塞、連桿、曲軸、曲軸箱、凸輪軸、進(jìn)、排氣閥等零件組成。
[0008]往復(fù)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的理想工作循環(huán)如附圖2所示。進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟后，壓縮氣體隨即進(jìn)入氣缸，氣缸中的壓力迅速由上一循環(huán)的殘余壓力上升至進(jìn)氣壓力(I一一2);在進(jìn)氣門(mén)保持開(kāi)啟階段，由于有儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)高壓氣體的補(bǔ)充而進(jìn)行等壓充氣(2—一3);當(dāng)活塞下行到某個(gè)合適位置3時(shí)，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，于是氣缸中的高壓氣體開(kāi)始膨脹(3—一4)，此膨脹過(guò)程一般是一個(gè)多變過(guò)程；之后，排氣門(mén)打開(kāi)，缸內(nèi)氣體排出氣缸(4--1)，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)是一種二沖程動(dòng)力機(jī)。
[0009]往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn):
[0010]往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作循環(huán)過(guò)程決定了它的缺點(diǎn):
[0011]I)為了保證向氣缸供給足夠質(zhì)量(指數(shù)量)的壓縮空氣，一般需要進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟角度達(dá)到70°左右的曲軸轉(zhuǎn)角(見(jiàn)圖3)。往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的一個(gè)做功行程為180°曲軸轉(zhuǎn)角，在這種情況下，氣體的膨脹過(guò)程僅占整個(gè)做功行程的61%，致使氣動(dòng)機(jī)的膨脹比太小，帶著大量能量的壓縮氣體被排出，使有效功(圖6中①一②一③一④一①曲線所包圍的面積)大大降低，并因而使汽車(chē)的續(xù)駛里程減少，此外還會(huì)引起排氣噪聲的加大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)外采用多缸串聯(lián)的進(jìn)氣方法(多級(jí)膨脹)，雖然可使能量利用率提高，但也造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本提高、比功率降低，這是往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的根本性缺點(diǎn)。
[0012]2)與往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)一樣，往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)也存在往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件，往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性會(huì)造成較大的功率損失。
[0013]3)往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)必須設(shè)置進(jìn)、排氣閥，從而增加進(jìn)、排氣損失，并可能發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本實(shí)用新型提供一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，以克服現(xiàn)有往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率損失大和增加進(jìn)、排氣損失的冋題。
[0015]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:氣缸體的兩端分別固定連接端蓋一和端蓋二、在氣缸體上設(shè)置排氣口，進(jìn)氣口，輸出軸與氣缸體同軸心，且通過(guò)平鍵與偏心輪相連接，軸承一的內(nèi)圓與偏心輪的外圓相套接，軸承的外圓與旋轉(zhuǎn)活塞的內(nèi)圓相套接；分隔板一端鉸接地支承在氣缸體上、另一端鉸接地臥在旋轉(zhuǎn)活塞凹槽內(nèi)，該分隔板把氣缸分成進(jìn)氣腔和排氣腔兩部分，轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪與輸出軸用花鍵連接，正時(shí)鏈輪鏈條分別與轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪和轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪連接，轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪與轉(zhuǎn)閥固定連接。
[0016]所述旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)裝有周向與端面密封條。
[0017]在輸出軸與端蓋一、端蓋二 11之間安裝有一組軸承二。
[0018]在旋轉(zhuǎn)活塞2與端蓋一、端蓋二 11之間安裝有徑向密封環(huán)。
[0019]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0020](I)從圖5中可以看出，本實(shí)用新型在曲軸旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)做功行程和排氣行程同時(shí)進(jìn)行，也就是說(shuō)，在360°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)壓縮空氣全部做功，當(dāng)進(jìn)氣角度為70°時(shí)，膨脹比可達(dá)到5，如果進(jìn)氣壓力為lObar，按多變過(guò)程計(jì)算，排氣壓力僅為1.3bar，這個(gè)壓力比往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的排氣壓力低很多，致使從排氣管中排出能量減少，有效能大大提高，見(jiàn)圖6中⑥一②一③一⑤一⑥曲線所包圍的面積，將增加汽車(chē)的續(xù)駛里程，并且減少排氣噪聲，從而從根本上避免了在往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)。
[0021](2)由于本實(shí)用新型是在360°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)膨脹，因此能夠保證多缸機(jī)的各個(gè)氣缸都處于做功狀態(tài)，這就大大提高氣動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出能力，獲得高的比功率，可使氣動(dòng)汽車(chē)具有更尚的動(dòng)力性。
[0022](3)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，主要零部件為圓柱形，容易加工，易實(shí)現(xiàn)整機(jī)系列化，成本低。
[0023](4)與往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)相比，本實(shí)用新型沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件，因此也沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性所造成的功率損失，具有高的機(jī)械效率。
[0024](5)由于沒(méi)有進(jìn)、排氣閥，所以不會(huì)出現(xiàn)像往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)因排氣溫度低令排氣閥結(jié)霜使排氣閥關(guān)閉不嚴(yán)的現(xiàn)象。
[0025](6)本實(shí)用新型具有非常好的“扭矩一轉(zhuǎn)速特性”，即具有低速大扭矩的特性。
[0026]本實(shí)用新型作為基本單元是組成各種總成的結(jié)構(gòu)要素，利用這個(gè)基本單元可以構(gòu)建多種實(shí)用總成，用旋轉(zhuǎn)活塞式氣動(dòng)機(jī)基本單元可以構(gòu)建雙缸及多缸旋轉(zhuǎn)活塞式氣動(dòng)機(jī)。
[0027]本實(shí)用新型具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合:
[0028]本實(shí)用新型可以應(yīng)用于各類(lèi)氣動(dòng)汽車(chē)，如城市短途運(yùn)輸車(chē)、乘用車(chē)、公交車(chē)、清掃車(chē)等、氣動(dòng)平板運(yùn)輸車(chē)，代替工廠內(nèi)部運(yùn)輸?shù)碾娖寇?chē)、以及觀光車(chē)、近海養(yǎng)殖作業(yè)船、游艇等;
[0029]本實(shí)用新型可以與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)構(gòu)建成為混合動(dòng)力系統(tǒng)，可以降低石油產(chǎn)品的消耗，減少有害氣體的排放量，并提高氣動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程，特別適用于城市公交車(chē)。
[0030]本實(shí)用新型可以制作各種氣動(dòng)馬達(dá)。
[0031]本實(shí)用新型可以用于各類(lèi)汽車(chē)的起停裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是往復(fù)活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理圖；
[0033]圖2是氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)P— V圖；
[0034]圖3是往復(fù)式氣動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣角度圖；
[0035]圖4a是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)橫剖面示意圖；
[0036]圖4b是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖；
[0037]圖5是本實(shí)用新型的進(jìn)氣角度示意圖；
[0038]圖6往復(fù)式氣動(dòng)機(jī)與本實(shí)用新型的進(jìn)氣、膨脹及排氣過(guò)程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]氣缸體I的兩端分別固定連接端蓋一 10和端蓋二 11、在氣缸體上設(shè)置排氣口 C，輸出軸7與氣缸體I同軸心，且通過(guò)平鍵6與偏心輪5相連接，軸承一 4的內(nèi)圓與偏心輪5的外圓相套接，軸承4的外圓與旋轉(zhuǎn)活塞2的內(nèi)圓相套接；分隔板8 一端鉸接地支承在氣缸體I上、另一端鉸接地臥在旋轉(zhuǎn)活塞2凹槽內(nèi)，該分隔板8把氣缸I分成進(jìn)氣腔A和排氣腔B兩部分，因?yàn)檫M(jìn)氣腔與排氣腔被分割開(kāi)來(lái)，所以本機(jī)不必設(shè)置進(jìn)、排氣閥，這是與往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)重要不同之處；轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪15與輸出軸7用花鍵連接，正時(shí)鏈輪鏈條14分別與轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪15和轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪16連接，轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪16與轉(zhuǎn)閥9固定連接，按照確定的傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)閥9與旋轉(zhuǎn)活塞2的啟閉相位關(guān)系。
[0040]所述旋轉(zhuǎn)活塞2內(nèi)裝有周向與端面密封條3。
[0041]在輸出軸7與端蓋一 10、端蓋二 11之間安裝有一組軸承二 12。
[0042]在旋轉(zhuǎn)活塞2與端蓋一 10、端蓋二 11之間安裝有徑向密封環(huán)13。
[0043]工作過(guò)程是:
[0044]儲(chǔ)氣瓶中的壓縮空氣經(jīng)過(guò)減壓閥、熱交換器、流量調(diào)節(jié)閥、進(jìn)氣口 D和轉(zhuǎn)閥9進(jìn)入進(jìn)氣腔A，見(jiàn)圖5a，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)活塞2繞氣缸I的中心線旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)閥9關(guān)閉后壓縮空氣進(jìn)行膨脹，進(jìn)而進(jìn)一步推動(dòng)旋轉(zhuǎn)活塞2旋轉(zhuǎn)，經(jīng)軸承一 4和偏心輪5把力矩傳遞到輸出軸7，從而實(shí)現(xiàn)功率輸出；膨脹后的壓縮空氣從排氣口 C排出。轉(zhuǎn)閥9由轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪15、轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)齒輪16和正時(shí)齒輪鏈條帶動(dòng)，并與輸出軸7以相同的角速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:氣缸體的兩端分別固定連接端蓋一和端蓋二、在氣缸體上設(shè)置排氣口，進(jìn)氣口，輸出軸與氣缸體同軸心，且通過(guò)平鍵與偏心輪相連接，軸承一的內(nèi)圓與偏心輪的外圓相套接，軸承的外圓與旋轉(zhuǎn)活塞的內(nèi)圓相套接；分隔板一端鉸接地支承在氣缸體上、另一端鉸接地臥在旋轉(zhuǎn)活塞凹槽內(nèi)，該分隔板把氣缸分成進(jìn)氣腔和排氣腔兩部分，轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪與輸出軸用花鍵連接，正時(shí)鏈輪鏈條分別與轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪和轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪連接，轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪與轉(zhuǎn)閥固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)裝有周向與端面密封條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:在輸出軸與端蓋一、端蓋二之間安裝有一組軸承二。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:在旋轉(zhuǎn)活塞與端蓋一、端蓋二之間安裝有徑向密封環(huán)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)活塞式空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。氣缸體的兩端分別固定連接端蓋一和端蓋二、在氣缸體上設(shè)置排氣口，進(jìn)氣口，輸出軸與氣缸體同軸心，軸承一的內(nèi)圓與偏心輪的外圓相套接，軸承的外圓與旋轉(zhuǎn)活塞的內(nèi)圓相套接；分隔板一端鉸接地支承在氣缸體上、另一端鉸接地臥在旋轉(zhuǎn)活塞凹槽內(nèi)，轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪與輸出軸用花鍵連接，正時(shí)鏈輪鏈條分別與轉(zhuǎn)閥正時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪和轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪連接，轉(zhuǎn)閥正時(shí)從動(dòng)鏈輪與轉(zhuǎn)閥固定連接。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，重量輕，主要零部件為圓柱形，容易加工，易實(shí)現(xiàn)整機(jī)系列化，成本低，具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。
【IPC分類(lèi)】F01C1-40
【公開(kāi)號(hào)】CN204492896
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520160362
【發(fā)明人】白濟(jì)萌
【申請(qǐng)人】白濟(jì)萌
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月22日