專利名稱：具有尾氣回收回路的壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地是，本發(fā)明涉及一種具有尾氣回收回路的二沖程壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，在現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具比如汽車、輪船等中，一般采用以燃油作為動(dòng)力源的活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。這種采用燃油作為動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)一方面因燃油燃燒不充分，使得排出的氣體中含有大量的有害物質(zhì)而污染環(huán)境，另一方面因使用的燃油是從石油中提煉而獲得，石油資源的日益緊缺使得燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展和利用受到越來越多的限制。因此開發(fā)新的、潔凈的、無(wú)污染的替代能源，或者盡可能地減少燃油消耗、降低排放成為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展中急需解決的問題。為此，各國(guó)經(jīng)歷了復(fù)雜而艱辛的探索之路，研究和開發(fā)了多種動(dòng)力源，比如代用燃料、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、燃料電池和太陽(yáng)能電池等。代用燃料汽車，如天然氣(CNG、LNG)汽車、醇類汽車、二甲醚汽車等仍然有排放污染和熱效應(yīng)，有些燃料還有毒性，有些燃料燃燒控制困難，因而在實(shí)際使用中依然存在諸多困難和挑戰(zhàn)。電動(dòng)汽車行駛中無(wú)污染排放、噪聲低、能量轉(zhuǎn)換效率高，但電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車受制于車載電池，在比功率、循環(huán)壽命、充放電性能、造價(jià)和安全性方面一時(shí)難以達(dá)到實(shí)用的程度，同時(shí)，電池本身存在嚴(yán)重的二次污染?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)車具有電池電動(dòng)車和內(nèi)燃機(jī)汽車的優(yōu)點(diǎn)，但仍存在排放和污染問題，并且由于兩套動(dòng)力裝置的存在，其驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)變得異常復(fù)雜，從而阻礙了實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。燃料電池被人們寄予厚望，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出的零排放，能量轉(zhuǎn)換率高，但燃料電池的制造成本高，氫氣的安全存儲(chǔ)、制備和灌裝都有許多問題，這就大大制約了這種動(dòng)力源的發(fā)展和使用。太陽(yáng)能電池仍需減少電池體積和提高光電轉(zhuǎn)換效率，因而具體應(yīng)用到交通運(yùn)輸工具上仍需取得突破性進(jìn)展。綜上所述，上述的各種新的動(dòng)力源或它們構(gòu)成的混合動(dòng)力源均存在不足之處，因而，迫切需要一種沒有污染、用之不竭的新型能源，壓縮空氣動(dòng)力源正好滿足了這種要求。最早研究壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的為法國(guó)MDI公司的設(shè)計(jì)師Guy Negre,它提出了壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，試圖解決“零排放”與可循環(huán)能源的利用問題，從此揭開了發(fā)動(dòng)機(jī)研究的新篇章，并于2002年推出了第一款純空氣動(dòng)力的經(jīng)濟(jì)型家用橋車。壓縮空氣壓縮機(jī)使用高壓壓縮空氣作為動(dòng)力源，空氣作為介質(zhì)，在壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，將壓縮空氣存儲(chǔ)的壓力能轉(zhuǎn)換為其他形式的機(jī)械能。關(guān)于壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究可見FR2731472A1、US6311486BUUS20070101712A1 等。FR2731472A1公開了一種可在燃料供應(yīng)和壓縮空氣供應(yīng)兩種模式下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特別是市區(qū)和市郊，將壓縮空氣(或其他任何非污染的壓縮氣體)注入燃燒室。這種發(fā)動(dòng)機(jī)雖然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放問題依然未能解決。
為了進(jìn)一步減輕污染，US6311486B1公開了一種純空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了三個(gè)獨(dú)立的室吸氣-壓縮室、膨脹排氣室和恒定容積燃燒室，并且吸氣-壓縮室通過閥連接到恒定容積燃燒室，恒定容積燃燒室通過閥連接到膨脹排氣室。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的問題之一是壓縮氣體從吸氣-壓縮室到膨脹排氣室經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)，獲得驅(qū)動(dòng)活塞做功的動(dòng)力源氣體時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)，從膨脹排氣室排出的高壓氣體未能得到使用，這就限制了這類發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率及單次充氣持續(xù)工作時(shí)間。國(guó)內(nèi)一些研究人員和單位也對(duì)壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究，但絕大多數(shù)集中在壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性及工作原理上，比如許宏等(“壓縮空氣動(dòng)力汽車的可行性研究”，《中國(guó)機(jī)械工程》第13卷第17期第1512-1515頁(yè)，2002年9月)。國(guó)內(nèi)一些專利文獻(xiàn)比如CN1851260A、CN100560946C、CN101705841A雖也對(duì)壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究，但多屬于理論研究和概念設(shè)計(jì)，均未能解決壓縮空氣的排放(通常具有較高的壓力，比如30bar左右)以及高壓壓縮空氣的控制和分配問題，離壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品化過程還有很長(zhǎng)的路要走。本申請(qǐng)的申請(qǐng)人在其專利文獻(xiàn)CN101413403 A(其同族國(guó)際申請(qǐng)為W02010051668Al)中公開一種可用于交通運(yùn)輸工具的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)總成，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括儲(chǔ)氣罐、空氣分配器、發(fā)動(dòng)機(jī)本體、聯(lián)動(dòng)器、離合器、自動(dòng)變速器、差速器以及置于排氣室內(nèi)的葉輪發(fā)電機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)利用壓縮空氣做功而不使用任何燃料，因此沒有廢氣排放，實(shí)現(xiàn)了 “零排放”，并且重復(fù)利用廢氣進(jìn)行發(fā)電，節(jié)省了能源，降低了成本。但這種發(fā)動(dòng)機(jī)是基于傳統(tǒng)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸每旋轉(zhuǎn)720度，活塞做功一次。而作為動(dòng)力源的高壓空氣可以在進(jìn)入氣缸內(nèi)時(shí)即可推動(dòng)活塞做功，而后排放，即壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程實(shí)際為進(jìn)氣-膨脹沖程和排放沖程。顯然，專利文獻(xiàn)CN101413403 A所公開的這種四沖程壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)大大浪費(fèi)了有效的做功沖程，限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。并且這種發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣未能很好地循環(huán)利用起來，需要足夠大的儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)備高壓空氣才能工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間，這就降低了壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用前景?；谏鲜鰡栴}，本發(fā)明提供一種二沖程壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，旨在解決壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)的有效做功問題以及尾氣循環(huán)利用問題，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、零排放的新型壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
相當(dāng)于本發(fā)明原始要求范圍內(nèi)的某些實(shí)施例作如下概括。這些實(shí)施例并非限制所請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明范圍，而是試圖提供本發(fā)明的多種可能形式的簡(jiǎn)要概括。實(shí)際上，本發(fā)明可包括類似于或不同于下面提出的實(shí)施例的不同形式。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)面，提供了一種壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體，該發(fā)動(dòng)機(jī)本體包括氣缸、缸蓋系統(tǒng)、進(jìn)氣管路、排氣管路、活塞、連桿、曲軸、排氣凸輪軸、進(jìn)氣凸輪軸、前齒輪箱系統(tǒng)和后齒輪箱；所述活塞經(jīng)由連桿連接到曲軸；所述前齒輪箱系統(tǒng)用來傳動(dòng)曲軸和凸輪軸；所述缸蓋系統(tǒng)上設(shè)有用于壓縮空氣進(jìn)氣的氣喉孔和用于尾氣排放的排氣孔；高壓氣罐組，其通過管路與外接加氣裝置連通；恒壓罐，其通過管路與高壓氣罐組連通。其中，所述壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成還包括進(jìn)氣控制調(diào)速閥，其通過管路與恒壓罐連通；控制器系統(tǒng)；多柱體動(dòng)力分配器，其與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的曲軸連接；動(dòng)力設(shè)備，其經(jīng)由離合器與多柱體動(dòng)力分配器連接；電子控制單元ECU，其根據(jù)傳感器所檢測(cè)的信號(hào)控制進(jìn)氣控制調(diào)速閥；以及尾氣回收回路。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述尾氣回收回路包括排氣集氣管、空氣壓縮機(jī)、冷凝器、尾氣回收罐、電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)和尾氣消聲器，尾氣由排氣集氣管進(jìn)入尾氣消聲器，并通過電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)被抽吸到尾氣回收罐內(nèi)，聚集在尾氣回收罐內(nèi)的尾氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮增壓后經(jīng)冷凝器冷卻處理后送入高壓氣罐組。優(yōu)選的是，所述空氣壓縮機(jī)通過聯(lián)軸器與多柱體動(dòng)力分配器連接，從多柱體動(dòng)力分配器傳遞來的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)工作，以壓縮來自尾氣回收罐的尾氣。在示例性實(shí)施例中，在電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)和尾氣回收罐之間設(shè)有單向閥，以防止尾氣從尾氣回收罐逆流向電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)。優(yōu)選的是，在冷凝器和高壓氣罐組之間的管路上設(shè)置尾氣過濾器和/或單向閥。尾氣過濾器用來對(duì)增壓后的尾氣進(jìn)行凈化處理，使得過濾的尾氣適于存儲(chǔ)在高壓氣罐組中。同時(shí)，單向閥的存在防止高壓壓縮空氣從高壓氣罐組倒流。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述進(jìn)氣控制調(diào)速閥是電磁比例閥或者電磁比例閥和減壓閥的組合，這樣就可方便地實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高速、中速和低速時(shí)對(duì)壓縮空氣進(jìn)氣的需求。優(yōu)選的是，所述控制器系統(tǒng)包括高壓共軌恒壓管、控制器上蓋、控制器中座和控制器下座，所述控制器上蓋、控制器中座和控制器下座依次通過螺栓可拆卸地密封連接。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器或者是門油電位計(jì)或者是兩者的組合。優(yōu)選的是，所述動(dòng)力設(shè)備是傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)或變速箱。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述控制器上蓋內(nèi)設(shè)有進(jìn)氣管路，所述進(jìn)氣管路螺紋連接到高壓共軌恒壓管。此外，所述控制器中座內(nèi)還安裝有控制器進(jìn)氣門、控制器氣門彈簧和控制器氣門座套，所述控制器氣門受控制器氣門彈簧的預(yù)作用力在發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需進(jìn)氣時(shí)抵靠在控制器氣門座套上。優(yōu)選的是，所述控制器下座內(nèi)設(shè)有控制控制器氣門開閉的控制器挺柱，該控制器挺柱由進(jìn)氣凸輪軸致動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)總成的氣缸為6個(gè)氣缸，其曲軸包括6個(gè)單元曲拐。優(yōu)選的是，所述6個(gè)單元曲拐分別為第一單元曲拐、第二單元曲拐、第三單元曲拐、第四單元曲拐、第五單元曲拐、第六單元曲拐，并且各單元曲拐的相位作如下設(shè)置第一單元曲拐與第二單元曲拐相差120度、第二單元曲拐與第三單元曲拐相差120度、第三單元曲拐與第四單元曲拐相差180度、第四單元曲拐與第五單元曲拐相差-120度、第五單元曲拐與第六單元曲拐相差-120度。


現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選但非限制性的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)在參考附圖閱讀如下詳細(xì)描述時(shí)將變得顯而易見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的二沖程空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成的總體示意圖；圖2是圖1中的二沖程空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成的發(fā)動(dòng)機(jī)本體的正視圖；圖3是圖1中的二沖程空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成的發(fā)動(dòng)機(jī)本體的右側(cè)側(cè)視圖；圖4是圖1中的二沖程空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成的發(fā)動(dòng)機(jī)本體的左側(cè)側(cè)視圖5是圖1中的二沖程空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成的發(fā)動(dòng)機(jī)本體的俯視圖；圖6是圖1中的二沖程空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成的發(fā)動(dòng)機(jī)本體的曲軸-連桿-活塞系統(tǒng)總成，其中，示出了其中一個(gè)活塞-連桿單元與缸體的連接；圖7是圖6中的曲軸-連桿-活塞系統(tǒng)總成的曲軸單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖2中的發(fā)動(dòng)機(jī)本體的凸輪軸結(jié)構(gòu)示意圖；圖9A為圖1中的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)總成的控制器系統(tǒng)的立體透視圖；圖9B為控制器系統(tǒng)的縱向橫截面視 圖9C為控制器系統(tǒng)的橫向橫截面?zhèn)纫晥D；圖1OA為圖1中的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)總成的前齒輪箱系統(tǒng)的立體透視圖；圖1OB為圖1OA的左側(cè)側(cè)視圖；圖1OC為圖1OA的右側(cè)局部剖視的側(cè)視圖；圖1lA為圖1中的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)總成的多柱體動(dòng)力分配器的立體透視圖；圖1lB為圖1lA的沿縱向軸線剖視的橫截面視圖；圖1lC為圖1lA的左側(cè)側(cè)視圖；圖1lD為圖1lA的俯視圖；圖12A為壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的P-V圖，其示出了串聯(lián)分級(jí)的壓縮空氣動(dòng)力分配形式；以及圖12B為為壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的P-V圖，其示出了并聯(lián)形式的壓縮空氣動(dòng)力分配形式。部件列表
權(quán)利要求
1.具有尾氣回收回路的壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體(I)，其包括氣缸(40)、缸蓋系統(tǒng)(36)、進(jìn)氣管路(42)、排氣管路(27)、活塞(51)、連桿(54)、曲軸(56)、排氣凸輪軸(800)、進(jìn)氣凸輪軸(200)、前齒輪箱系統(tǒng)(43)和后齒輪箱(33);所述活塞(51)經(jīng)由連桿(54)連接到曲軸(56);所述前齒輪箱系統(tǒng)(43)用來傳動(dòng)曲軸(56)和凸輪軸(800，200);所述缸蓋系統(tǒng)(36)上設(shè)有用于壓縮空氣進(jìn)氣的氣喉孔(402)和用于尾氣排放的排氣孔(272);高壓氣罐組(13)，其通過管路(14)與外接加氣裝置連通；恒壓罐(16)，其通過管路(15)與高壓氣罐組(13)連通；其特征在于，所述壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成還包括進(jìn)氣控制調(diào)速閥(23)，其通過管路(17)與恒壓罐(16)連通；控制器系統(tǒng)(6);多柱體動(dòng)力分配器(2)，其與發(fā)動(dòng)機(jī)本體(I)的曲軸(56)連接；動(dòng)力設(shè)備(4)，其經(jīng)由離合器(3)與多柱體動(dòng)力分配器(2)連接；電子控制單元ECU (29)，其根據(jù)傳感器(24，242)所檢測(cè)的信號(hào)控制進(jìn)氣控制調(diào)速閥(23);以及尾氣回收回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)總成是二沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)總成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，所述尾氣回收回路包括排氣集氣管(28)、空氣壓縮機(jī)(7)、冷凝器(11)、尾氣回收罐(9)、電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)(19)和尾氣消聲器(22);其中，尾氣由排氣集氣管(28)進(jìn)入尾氣消聲器(22)，并通過電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)(19)被抽吸到尾氣回收罐(9)內(nèi)，聚集在尾氣回收罐(9)內(nèi)的尾氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)(7)壓縮增壓后經(jīng)冷凝器(11)冷卻處理后送入高壓氣罐組(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)(7)通過聯(lián)軸器與多柱體動(dòng)力分配器(2)連接，從多柱體動(dòng)力分配器(2)傳遞來的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)(7)工作，以壓縮來自尾氣回收罐(90)的尾氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，在電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)(19)和尾氣回收罐(9)之間設(shè)有單向閥(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，在冷凝器(11)和高壓氣罐組(13)之間的管路上還設(shè)置有尾氣過濾器和/或單向閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，所述進(jìn)氣控制調(diào)速閥(23)是電磁比例閥或者電磁比例閥和減壓閥的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，所述控制器系統(tǒng)(6)包括高壓共軌恒壓管(91)、控制器上蓋(108)、控制器中座(98)和控制器下座(97)，所述控制器上蓋(108)、控制器中座(98)和控制器下座依次通過螺栓可拆卸地密封連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，所述傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(24)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，其特征在于，所述傳感器是門油電位計(jì)(242)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，具體而言，涉及一種以壓縮空氣作為動(dòng)力源的二沖程壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成。本發(fā)明的壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)總成包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體(1)、多柱體動(dòng)力分配器(2)、動(dòng)力設(shè)備(4)、控制器系統(tǒng)(6)、進(jìn)氣控制調(diào)速閥(23)、高壓氣罐組(13)、恒壓罐(16)、電子控制單元ECU(29)和尾氣回收回路。該尾氣回收回路包括空氣壓縮機(jī)(7)、冷凝器(11)、尾氣回收罐(9)、電動(dòng)渦輪單向抽氣機(jī)(19)和尾氣消聲器(22)。
文檔編號(hào)F01B1/02GK103061816SQ201110331809
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者周登榮, 周劍 申請(qǐng)人:周登榮, 周劍