一種數控氣動發動機的製作方法

2023-04-29 09:19:06

專利名稱：一種數控氣動發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於汽車動力的數控壓縮空氣或液氮動力發動機，屬於動力總成領域。
背景技術：
汽車主要以消耗化石燃料如汽油、柴油以及天然氣作為動力的來源，同時向外界排放 包含CO,、 NO,及Qi等有害物質的尾氣。汽車工業在給經濟帶來蓬勃生機的同時，也給人 類社會帶來了能源危機和環境汙染的困擾。各種化石能源的枯竭，迫使越來越多的人開始 探尋新能源，並陸續出現了以新能源為名的綠色概念汽車。壓縮空氣動力發動機就是順應 這一潮流而產生的一種無汙染排放綠色汽車的典型。
專利號為01108350. 6，名稱為"氣動汽車"的專利公開的是一種汽輪機和壓縮空氣再 生回收裝置。專利號為02290673.8，名稱為"氣動汽車氣動動力機"的專利公開的是是 對普通內燃機的改進。專利號為02111984.4，名稱為"壓縮空氣燃油氣混合動力的汽車 發動機"的專利公開的是壓縮空氣動力、燃油/燃氣內燃機動力的混合動力的汽車發動機， 其可以單獨用壓縮空氣為動力，還可以同時使用燃油/燃氣和壓縮空氣為動力的混合動力 的汽車發動機。上述以壓縮空氣為動力的汽車，都存在一定的問題在使用過程中由於高 壓氣體在管道內膨脹吸熱而出現熱交換器結霜、冰堵等問題，且對氣體流量控制困難，高 壓空氣的壓力能損失大，利用效率低。發動機的配氣機構複雜，製造工藝要求高且控制困 難。

發明內容
本發明的目的是針對目前內燃機大量應用所帶來的能源危機和人類生存環境的惡化， 以及傳統氣動發動機在使用過程中由於高壓氣體在管道內膨脹吸熱而導致熱交換器結霜、 冰堵等問題，且對氣體流量控制困難，高壓空氣的壓力能損失大，利用效率低，發動機的 配氣機構複雜，製造工藝要求高且控制困難，提供了一種數控氣動發動機。
本發明採用的技術方案是包括能量供給系統、能量轉化系統及控制系統；所述能 量供給系統由高壓儲氣罐、手動閥、控制電磁闊A、 一級熱交換器、 一級減壓氣缸、控制 電磁閥B、 二級熱交換器、二級減壓氣缸、控制電磁閥C、定量預噴氣缸、控制電磁閥D 依次由管路串接而成。
所述能量轉化系統包括機體、工作氣缸通過活塞與曲軸連杆機構連接、飛輪連接在曲 軸連杆機構另一端。所述控制系統由電子控制單元、信號採集設備及執行設備組成；其中信號採集設備包 含安裝在高壓儲氣罐處的壓力傳感器、安裝在一級熱交換器處的溫度傳感器A、安裝在 一級減壓氣缸處的溫度壓力傳感器組A、安裝在二級熱交換器處的溫度傳感器B、安裝在 二級減壓氣缸處的溫度壓力傳感器組B、安裝在定量預噴氣缸處的溫度壓力傳感器組C、 安裝在工作氣缸處的溫度壓力傳感器組D、安裝在曲軸連杆機構處的曲軸位置傳感器、溫 度壓力傳感器組E及電子油門裝置；所述執行設備包含控制電磁閥A、控制電磁閥B、控 制電磁閥C、控制電磁閥D、控制電磁閥E及起動機，且電子控制單元與各信號採集設備 及執行設備之間用電磁導線聯接。
本發明利用了壓縮空氣或液氮無汙染、存儲和運輸方便、製作工藝簡單，能量效率高、 控制方便等特性，可作為汙染嚴重城市的日常短途交通或室內交通工具的動力源，如城
市公交車、觀光遊船、運動小車、室內搬運工具，高爾夫球場用車，擁有巨大的潛在市場， 具有很好的應用前景。
本發明的優點為
1、 針對傳統氣動發動機熱交換系統易出現結霜，甚至冰堵，導致其能量效率低下的 情況，利用數控技術對氣動發動機的熱交換系統的進氣進行實時精確控制，以消除熱交換 系統的結霜及冰堵現象，來儘可能多地吸收外環境熱量，進而實現提高數控氣動發動機能 量供給系統的能量效率。
2、 針對不同工況下的發動機功率需求，利用數控技術對進入氣動發動機工作氣缸的
進氣進行精確定量控制，以減少氣動發動機排除尾氣壓力過高帶來的能量損失。


圖1為本發明數控氣動發動機的系統連接示意圖中l.高壓儲氣罐；2.手動閥；3.壓力傳感器；4.控制電磁閥A; 5.—級熱交換器； 6.溫度傳感器A; 7.—級減壓氣缸；8.溫度壓力傳感器組A; 9.控制電磁閥B; 10. 二級熱 交換器；ll.溫度傳感器B; 12.二級減壓氣缸；13.溫度壓力傳感器組B; 14.控制電磁閥 C; 15.定量預噴缸；16.溫度壓力傳感器組C; 17.吸熱片A; 18.控制電磁閥D; 19.排氣
管總成；20.控制電磁閥E; 2L溫度壓力傳感器組D; 22.工作氣缸；23.活塞；24.曲軸連 杆機構；25.飛輪；26.曲軸位置傳感器；27.機體；28.起動機；29.吸熱片B; 30.溫度壓
力傳感器組E; 31.電子控制單元；32.電子油門裝置。
具體實施例方式
如圖1，數控氣動發動機主要由能量供給系統、能量轉化系統及控制系統三大系統組
成，其工作過程主要有能量供給過程與能量轉化過程。一、能量供給過程
數控氣動發動機的能量供給系統由高壓儲氣罐1、手動閥2、控制電磁閥A4、 一級 熱交換器5、 一級減壓氣缸7、控制電磁閥B 9、 二級熱交換器IO、 二級減壓氣缸12、控 制電磁閥C14、定量預噴氣缸15、控制電磁閥D 18依次由相關管路串接而成。控制系統 由電子控制單元31、信號採集設備及執行設備組成。其中信號釆集設備包含各溫度、壓 力和位置傳感器以及電子油門裝置32。執行設備包含各個控制電磁閥及起動機28。電子 控制單元31與各信號採集設備及執行設備之間用電磁導線連接。高壓儲氣罐1上設有壓 力傳感器3，以監控高壓儲氣罐能量狀態； 一級熱交換器5上設有溫度傳感器A 6，以監 測一級熱交換器的工作狀態，如果其溫度過低有導致一級熱交換器結霜的情況出現，可由 電子控制單元31操控控制電磁閥A 4開啟和閉合來減少流入一級熱交換器的高壓氣體， 以消除其結霜現象； 一級減壓氣缸7上設有溫度壓力傳感器組A8以監控其能量狀態，並 為電子控制單元31提供操控控制電磁閥A 4開啟及關閉控制算法所需實時的溫度及壓力 參數；二級熱交換器10上設有溫度傳感器B 11，以監測二級熱交換器的工作狀態，如果 其溫度過低有導致一級熱交換器結霜的情況出現，可由電子控制單元31操控控制電磁閥 B9開啟和閉合減少流入二級熱交換器的高壓氣體，以消除其結霜現象；二級減壓氣缸12 上設有溫度壓力傳感器組B 13以監控其能量狀態，並為電子控制單元31提供操控控制電 磁閥B 9開啟及關閉控制算法所需實時的溫度及壓力參數；定量預噴氣缸15上設有吸熱 片17，以吸收外環境熱量；定量預噴氣缸15上設有溫度壓力傳感器組C 16以監控其能 量狀態，電子控制單元31可根據電子油門裝置32反應不同的需求，結合溫度壓力傳感器 組C16反應的壓力的溫度、由曲軸位置傳感器26計算得出的發動機轉速，通過電子控制 單元31計算出一次做功循環的高壓氣體精確進氣量，提前存儲在定量預噴氣缸15內備用， 此時控制電磁閥D 18處於關閉狀態。
二、能量轉化過程
數控氣動發動機的能量轉化系統由工作氣缸22、活塞23、曲軸連杆機構24、飛輪25、 機體27等組成。其中工作氣缸22通過活塞23與曲軸連杆機構24連接、飛輪25連接在 曲軸連杆機構24的另一端數控氣動發動機可有一個或多個工作氣缸，每一個氣缸需配備 一個定量預噴氣缸。工作氣缸22設有吸熱片29,以吸收外環境熱量。 數控氣動發動機的能量轉化過程主要經歷做功行程及排氣行程 做功行程，在數控氣動發動機做功以前，由與飛輪25連接的起動機28使數控氣動發 動機曲軸連杆機構24由靜止狀態過渡到定向轉動狀態。當電子控制單元31開啟控制電磁 閥D 18同時關閉控制電磁閥E 20，高壓氣體從定量預噴氣缸15進入到工作氣缸22，並推動活塞23帶動曲軸連杆機構24對外做功。
排氣行程如果對數控氣動發動機的功率需求較小，電子控制單元31可根據電子油 門裝置32反應不同的需求，結合溫度壓力傳感器組C16反應的壓力的溫度、由曲軸位置 傳感器26計算得出的發動機轉速，通過電子控制單元31計算出一次做功循環的高壓氣體 精確進氣量，活塞23達到下止點，且溫度壓力傳感器組D 21檢測到工作氣缸22內的壓 力接近溫度壓力傳感器組E 30檢測到外環境壓力，電子控制單元31關閉控制電磁閥D 18 同時開啟控制電磁閥E20，直到活塞23回到上指點，尾氣經過排氣管總成19進入大氣， 完成排氣行程，此工作——排氣工作循環能量效率最高。如果對數控氣動發動機功率較大， 活塞23達到下止點，且溫度壓力傳感器組D 21檢測到工作氣缸22內的壓力大於溫度壓 力設置在數控氣動發動機機體外的傳感器組E 30檢測到外環境壓力，電子控制單元31也 要關閉控制電磁閥D 18同時開啟控制電磁閥E 20，直到活塞23回到上指點，尾氣經過 排氣管總成19進入大氣，完成排氣行程，且排氣尾氣的壓力大於外環境的壓力，故此工 作——排氣工作循環有一定的能量損失。
權利要求
1. 一種數控氣動發動機，包括能量供給系統、能量轉化系統及控制系統；其特徵在於所述能量供給系統由高壓儲氣罐(1)、手動閥(2)、控制電磁閥A(4)、一級熱交換器(5)、一級減壓氣缸(7)、控制電磁閥B(9)、二級熱交換器(10)、二級減壓氣缸(12)、控制電磁閥C(14)、定量預噴氣缸(15)、控制電磁閥D(18)依次由管路串接而成。
2. 根據權利要求1所述的一種數控氣動發動機，其特徵在於所述能量轉化系統包 括機體(27)、工作氣缸(22)通過活塞(23)與曲軸連杆機構(24)連接、飛輪(25)連 接在曲軸連杆機構(24)的另一端。
3. 根據權利要求1所述的一種數控氣動發動機，其特徵在於所述控制系統由電子 控制單元(31)、信號採集設備及執行設備組成；其中信號採集設備包含安裝在高壓儲氣 罐(1)處的壓力傳感器(3)、安裝在一級熱交換器(5)處的溫度傳感器A (6)、安裝在 一級減壓氣缸(7)處的溫度壓力傳感器組A (8)、安裝在二級熱交換器(10)處的溫度傳 感器B (11)、安裝在二級減壓氣缸(12)處的溫度壓力傳感器組B (13)、安裝在定量預 噴氣缸(15)處的溫度壓力傳感器組C (16)、安裝在工作氣缸(22)處的溫度壓力傳感器組 D (21)、安裝在曲軸連杆機構(24)處的曲軸位置傳感器(26)、溫度壓力傳感器組E (30) 及電子油門裝置(32);所述執行設備包含控制電磁閥A (4)、控制電磁閥B (9)、控制電 磁閥C (14)、控制電磁閥D (18)、控制電磁閥E (20)及起動機(28)，且電子控制單元(31)與各信號採集設備及執行設備之間用電磁導線連接。
4. 根據權利要求1所述的一種數控氣動發動機，其特徵在於定量預噴氣缸(15) 外壁上設有吸熱片(17)。
5. 根據權利要求2所述的一種數控氣動發動機，其特徵在於在工作氣缸(22)的外 壁上設有吸熱片(29)。
全文摘要
本發明公開了一種數控氣動發動機，包括能量供給系統、能量轉化系統及控制系統；能量供給系統由高壓儲氣罐、手動閥、控制電磁閥A、一級熱交換器、一級減壓氣缸、控制電磁閥B、二級熱交換器、二級減壓氣缸、控制電磁閥C、定量預噴氣缸、控制電磁閥D依次由管路串接而成。能量轉化系統包括機體、工作氣缸通過活塞與曲軸連杆機構連接、飛輪連接在曲軸連杆機構另一端。控制系統由電子控制單元、信號採集設備及執行設備組成；本發明利用了壓縮空氣或液氮，無汙染、存儲和運輸方便、製作工藝簡單，能量效率高、控制方便等特性，可作為汙染嚴重城市的日常短途交通或室內交通工具的動力源。
文檔編號F01B17/02GK101451444SQ20081023554
公開日2009年6月10日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者仁 何, 劉紅光, 徐建軍, 陸森林, 陳士安 申請人:江蘇大學