专利摘要

本发明公开了一种经活塞式空压机改造的电控气动发动机，动力供给系统、能量转化系统以及电子控制系统三部分，所述动力供给系统是由高压储气罐、手动主控阀、高速大流量电磁阀、一级热交换器、容积减压气罐、电控比例流量调节阀、二级热交换器、两级气缸之间的大容量电控阀以及三级热交换器依次由管路连接而成，所述能量转化系统缸径大小不一样的两级工作气缸以及与工作气缸活塞连接的曲轴连杆机构，所述电控系统由集成的电控单元ECU、信号采集装置以及执行设备组成。本发明结构简单、轻便，使得气动发动机的气密性变好，指示功率提高，同时利用两级膨胀做功使得空气压力能利用率得到了很大提高，降低了乏气所含有的能量。

权利要求

1. 一种经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：有动力供给系统、能量转化系统以及电子控制系统三部分，所述动力供给系统是由高压储气罐、一级热交换器、容积减压气罐、电控流量调节阀以及二级热交换器依次由管路连接而成；所述能量转化系统有安装在机体上的两个缸径大小不一样的工作气缸以及与工作气缸活塞连接的连杆机构，工作气缸之间通过热交换器连接，所述曲轴连杆机构的连杆一端与工作气缸的活塞连接，从而将活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动，实现对外输出动力；所述动力供给系统中经二级热交换器之后的气体通入到能量转化系统中的第一级工作气缸的进气口；所述电控系统由电控单元ECU、信号采集装置以及执行设备组成，所述的信号采集装置有用来监控高压储气罐中压力的压力传感器、安装在容积减压气罐中的温度传感器、安装在容积减压气罐出口处的压力传感器、安装在第二级热交换器出口处的温度压力传感器组、安装在第三级热交换器出口处的温度压力传感器组、安装在曲轴连杆机构处的曲轴位置传感器以及安装在类似与电控发动机油门位置的用来调控喷气脉宽和喷气正时的电阻传感器，外界可以改变该电阻传感器的阻值来实现发动机转速的改变；所述执行设备包含有安装在高压储气罐与第一热交换器之间的手动控制阀和高速大流量电磁阀、安装在容积减压气罐与二级热交换器之间的电控流量调节阀、安装在两级工作气缸之间的大流量电磁阀以及大流量电控排气阀和起动机，且信号采集装置和执行设备同ECU组成完整的电子控制系统，输入和输出设备之间可以实时交换信息，使得气动发动机可以在不同的工况下稳定运转。

2.根据权利要求1所述经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：所述的工作气缸为两级工作气缸，其第二级的气缸缸径要比第一级的缸径大，且用来连接两级气缸的管道在结构上增添了第三级热交换器。

3.根据权利要求1所述经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：所述的工作气缸的缸体上分布有散热片。

4.根据权利要求1所述经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：所述的活塞的上端面的形状可以为有利于增大和外界进行热交换的楔形、波浪形或锯齿形等任意形状。

5.根据权利要求4所述经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：所述的工作气缸内活塞的上端面为锯齿形上端面。

6.根据权利要求1所述经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：所述曲轴另一端安装有飞轮，所述飞轮的外轮边与起动机的齿轮啮合传动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种经活塞式空压机改造的电控气动发动机，是以高压空气作为“燃料”的新型、环保的发动机，属于动力机械领域。

背景技术

随着我国汽车工业的快速发展，机动车辆不断增加，传统的燃油发动机带来的污染越来越严重，影响了城镇居民的身体健康，随着石化能源的不断枯竭，越来越多的人开始探寻新能源，气动发动机就是在这一潮流下产生的一种新型动力机械，且气动发动机在实际的使用过程中，排出的废气零污染，因而气动发动机具有良好的应用前景。但就目前国内空气动力发动机的研发过程来看，大部分的科研院所都是将传统的柴汽油发动机改造成空气动力发动机，并在此基础上进行实验研究，试制了样机并做了相关实验，取得了较为丰富的研究成果。

但是所得到的研究成果，都出现了一个同样的问题，那就是空气压力能利用效率很低，很难被推广应用于实际的车辆上。原因当然是多方面的，最主要的方面体现在：传统意义上的发动机即使被改造之后很难保证空气动力发动机所需的气密性，也就是说漏气太严重，很难在工作气缸中快速形成高压来推动活塞做功，导致指示功率低。其次，国内大部分的研究都是针对单级气缸来进行实验研究的，排出的乏气带走大部分能量，导致空气压力能利用效率低下，此外进排气门不能适时地进行开启和关闭，以及在传统内燃机基础上改造，不同缸径的多级气缸气动发动机结构难以实现，从而导致发动机的输出功率不高，耗气率过高。

发明内容

本发明的目的是针对现有机动车辆工业的迅猛发展，导致传统内燃机被大量使用所带来的能源危机和环境危机，以及上述背景所提到的传统发动机改为气动发动机时所遇到的一系列问题和不足之处，提供了一种经活塞式空压机改造成电控气动发动机的设计方案。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：有动力供给系统、能量转化系统以及电子控制系统三部分，所述动力供给系统是由高压储气罐、一级热交换器、容积减压气罐、电控流量调节阀以及二级热交换器依次由管路连接而成；所述能量转化系统安装在机体上的两个缸径大小不一样的工作气缸以及与工作气缸活塞连接的连杆机构，工作气缸之间通过热交换器连接，所述曲轴连杆机构的连杆一端与工作气缸的活塞连接，从而将活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动，实现对外输出动力；所述动力供给系统中经二级热交换器后的气体通入到能量转化系统中的第二级工作气缸的进气口；所述电控系统由集成的电控单元ECU、信号采集装置以及执行设备组成，所述的信号采集装置用来监控高压储气罐中压力的压力传感器、安装在容积减压气罐中的温度传感器、安装在容积减压气罐出口处的压力传感器、安装在第二级热交换器出口处的温度压力传感器组、安装在曲轴连杆机构处的曲轴位置传感器以及安装在类似与电控发动机油门位置的用来调控喷气脉宽和喷气正时的电阻传感器，外界可以改变该电阻传感器的阻值来实现发动机转速的改变。所述执行设备包含有安装在高压储气罐与第一热交换器之间的手动控制阀和高速大流量电磁阀、安装在容积减压气罐与二级热交换器之间的电控流量调节阀、安装在两级工作气缸之间的大流量电磁阀以及大流量电控排气阀和起动机，且信号采集装置和执行设备同ECU组成完整的电子控制系统，输入和输出设备之间可以实时交换信息，使得气动发动机可以在不同的工况下稳定运转。

所述的工作气缸为两级工作气缸，其第二级的气缸缸径要比第一级的气缸缸径大，且用来连接两级气缸的管道在结构上增添了第三级热交换器。

所述的工作气缸的缸体上分布有散热片。

所述的工作气缸内活塞上端面的形状可以为有利于增大与外界进行热交换的楔形、波浪形或锯齿形等任意形状。   

所述的工作气缸内活塞的上端面为锯齿形上端面。

所述经活塞式空压机改造的电控气动发动机，其特征在于：所述曲轴另一端安装有飞轮，所述飞轮的外轮边与起动机的齿轮啮合传动。

所述工作气缸活塞的顶部将不再是一个平面，而是被设计成锯齿形的上表面，即“锯齿形”的活塞，目的是为了让高压空气在各级气缸中膨胀做功的时候可以充分地与外界进行热交换，尽可能使气体等温膨胀，这样有助于提高气动发动机对外输出的功率。所述的两级工作气缸中第二级的气缸缸径要比第一级的气缸缸径大。原因是高压气体经过第一级气缸膨胀做功之后，压力能会减少，经热交换器进入第二级气缸的高压气体就会继续膨胀做功，要使得气体的压力能得到最大限度的释放，就要求第二级气缸的容积或者是缸径都要比第一级气缸大，只有这样才能保证废气的压力接近与大气压力，从而使得高压气体尽可能地在气缸之中膨胀做功，提高空气压力能利用率。

本发明的优点是：

一、独具创新的打破传统思维，将空压机改造成较前沿的空气动力发动机，简化了气动发动机的配气机构，结构更加地简单、轻便，使得气动发动机的气密性变好，指示功率提高。

二、由于利用两级膨胀做功使得空气压力能利用率得到了很大地提高，降低了乏气所含有的能量，使得气动发动机动力性更好了。

三、对气动发动机进行电子控制，使得气动发动机动力输出更加平稳，适应了不同工况下的性能需求，尽可能地保证了高压空气的等温膨胀特性。

附图说明

图1 为经活塞式空压机改造的电控气动发动机的系统结构图。

    图2 为“锯齿形”活塞剖面图。

具体实施方式

参见附图，一种经活塞式空压机改造的电控气动发动机，动力供给系统、能量转化系统以及电子控制系统三部分，动力供给系统是由高压储气罐1、一级热交换器4、容积减压气罐5以及二级热交换器9依次由管路连接而成，能量转化系统有缸径大小不一样的两级工作气缸16、24以及与工作气缸活塞17、25连接的曲轴连杆机构19，电控系统由集成的电控单元ECU26、信号采集装置以及执行设备组成。所述动力供给系统中经二级热交换器9之后的气体通入到能量转化系统中的第二级工作气缸16的进气口11。所述的工作气缸16、24的缸体上分布有散热片12，所述的曲柄连杆机构安装在机体上的飞轮20，飞轮20上连接有曲轴，曲轴另一端与工作气缸的活塞连接；工作气缸内活塞上端面的形状为有利于增大和外界进行热交换的锯齿形；所述两级工作气缸的第二级的气缸16缸径要比第一级的气缸24缸径大，且用来连接两级气缸的管道在结构上增添了热交换器13。信号采集装置有用来监控高压储气罐1中压力的压力传感器28、安装在容积减压气罐5中的温度传感器、安装在容积减压气罐5出口处的压力传感器7、安装在第二级热交换器9出口处的温度压力传感器组10、安装在第三级热交换器13出口处的温度压力传感器组14、安装在曲轴连杆机构19处的曲轴位置传感器22以及安装在调速踏板处用用来感知油门开度的电阻传感器27。所述执行设备包含安装在高压储气罐1与第一热交换器4之间的手动控制阀2和高速大流量电磁阀3、安装在容积减压气罐5与二级热交换器9之间的电控流量调节阀8、安装在两级工作气缸16、24之间的大流量电控阀15以及大流量电控排气阀18和起动机23，且信号采集装置和执行设备同ECU组成完整的电子控制系统，输入和输出设备之间可以实时交换信息，达到对发动机在不同工况下运转的准确控制。

动力源是高压储气罐1，一般的储气压力为50MPa,也可以根据实际的需要来定，同时储气罐数可以一次性选用多个一起使用，起动机23起动气动发动机运转，当气动发动机的转速均衡后，高压空气就会不停地向气缸中喷入，然后膨胀做功，当两级气缸都做功完成以后 ，废气将会被排入空气中。在此过程中，高压储气罐上的压力传感器28是用来监控高压储气罐中的压力状态，以便提醒操作人员充气等。高速大流量电磁阀3和安装在容积减压气罐出口处的压力传感器7组成一个闭环控制并有ECU来主控，当容积减压气罐5中的压力低于预先设计好的阈值时，高速大流量电磁阀3就会迅速打开来补充高压空气，因而高速大流量电磁阀3始终是出于打开和闭合的交替状态来满足容积减压气罐5中压力的动态恒定。安装在容积减压气罐中的温度传感器6是用来监测热交换器中气体的温度，如果温度过低，可以通过高速大流量电磁阀3的开启和闭合来减少流入第一级热交换器的高压气体，避免管道的霜冻现象出现。

电控流量调节阀8与安装在调速踏板处用来感知油门开度的电阻传感器27构成一个闭环控制,且也是由ECU来主控，这是为了使得气动发动机可以根据不同的工况以不同的转速运转，而这只需要通过油门的开度就可以实现。安装在第二级热交换器出口处的温度压力传感器组10和安装在第三级热交换器出口处的温度压力传感器组14都是用来监控进入到各级气缸中高压空气的温度和压力状态，从而让ECU计算出合适的喷气量，保证了动力输出的稳定性，降低了耗气率。而对于各级气缸进排气门的开启和关闭是由曲轴位置传感器22提供信号给ECU来对其进行控制的。这样气体首先是在第一级小缸径气缸中膨胀做功，做功之后的乏气将会经过热交换器进一步膨胀进入第二级大缸径气缸中做功，最后才被排入空气中，提升了对高压空气能的利用率。

一种经活塞式空压机改造的电控气动发动机专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。