一種旋轉活塞式空氣動力發動機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于一種空氣動力發動機，尤其是一種旋轉活塞式空氣動力發動機。
【背景技術】
[0002]依賴石油產品的傳統汽車，面臨著石油短缺和枯竭的威脅。城市中汽車數量的急劇增長，使城市上空籠罩著大量有害氣體和微小顆粒物，嚴重損害著人類的健康。傳統汽車的碳排放量，是引起地球變暖的重要因素。所有上述問題，都迫使人類必須積極地去研發新能源汽車。
[0003]近年來，電動汽車的研發取得了很大的進展，但由于受到成本高、電池壽命短、汽車續駛里程不足、充電不方便等的影響，目前尚未廣泛進入市場。電動汽車動力電池的上游生產過程以及使用后的廢棄物，也會給社會的環境保護帶來負擔，因而增加社會的附加成本。
[0004]在大多數汽車廠家力爭盡早把電動汽車投放市場的同時，國際上正有人在積極地研發以壓縮空氣為動力的汽車。空氣動力汽車是利用壓縮空氣的能量通過空氣動力發動機來驅動汽車行駛；壓縮空氣則是由電網的電能通過壓縮機產生的。空氣動力發動機的上游生產過程以及使用的全過程，都比電動汽車更為清潔，因此，空氣動力汽車應當是新能源汽車的另一個重要分支。
[0005]法國MDI公司在內格雷(Guy NSgre)工程師的主導下，在研發空氣動力發動機及空氣動力汽車領域取得顯著的成效，已有多種空氣動力汽車車型進入市場。有消息報導，印度Tata汽車公司購買了 MDI公司的生產權，也已經試制出樣車，并聲稱將于近年把產品投放市場。美國ZPM(Zero Pollut1n Motors)零排放汽車公司宣稱，力爭在2011年將空氣動力汽車投放美國市場。瑞士業已批量生產小型空氣動力汽車。英國、澳大利亞、韓國、日本等國也處在研宄性開發階段。
[0006]我國一些高等院校和企業也在研發空氣動力汽車，其核心部分是空氣動力發動機(以下簡稱氣動機)。
[0007]目前世界各國(包括我國)的空氣動力汽車幾乎全部采用往復活塞式氣動機。往復活塞式氣動機的基本結構和工作原理與往復活塞式內燃機基本相同。圖1示出往復活塞式氣動機的一個基本單元，它由缸體、缸蓋、活塞、連桿、曲軸、曲軸箱、凸輪軸、進、排氣閥等零件組成。
[0008]往復活塞式空氣動力發動機的理想工作循環如附圖2所示。進氣門開啟后，壓縮氣體隨即進入氣缸，氣缸中的壓力迅速由上一循環的殘余壓力上升至進氣壓力(I一一2);在進氣門保持開啟階段，由于有儲氣瓶內高壓氣體的補充而進行等壓充氣(2—一3);當活塞下行到某個合適位置3時，進氣門關閉，于是氣缸中的高壓氣體開始膨脹(3—一4)，此膨脹過程一般是一個多變過程；之后，排氣門打開，缸內氣體排出氣缸(4--1)，至此完成一個工作循環。往復活塞式氣動機是一種二沖程動力機。
[0009]往復活塞式氣動機的缺點:
[0010]往復活塞式氣動機的結構特點和工作循環過程決定了它的缺點:
[0011]I)為了保證向氣缸供給足夠質量(指數量)的壓縮空氣，一般需要進氣門開啟角度達到70°左右的曲軸轉角(見圖3)。往復活塞式氣動機的一個做功行程為180°曲軸轉角，在這種情況下，氣體的膨脹過程僅占整個做功行程的61%，致使氣動機的膨脹比太小，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，并因而使汽車的續駛里程減少，此外還會引起排氣噪聲的加大。為了解決這個問題，國外采用多缸串聯的進氣方法(多級膨脹)，雖然可使能量利用率提高，但也造成結構復雜、成本提高、比功率降低，這是往復活塞式氣動機的根本性缺點。
[0012]2)與往復活塞式內燃機一樣，往復活塞式氣動機也存在往復運動零件，往復運動慣性會造成較大的功率損失。
[0013]3)往復活塞式氣動機必須設置進、排氣閥，從而增加進、排氣損失，并可能發生結冰現象。
【發明內容】
[0014]本實用新型提供一種旋轉活塞式空氣動力發動機，以克服現有往復活塞式氣動機存在的結構復雜、功率損失大和增加進、排氣損失的冋題。
[0015]本實用新型采取的技術方案是:氣缸體的兩端分別固定連接端蓋一和端蓋二、在氣缸體上設置排氣口，進氣口，輸出軸與氣缸體同軸心，且通過平鍵與偏心輪相連接，軸承一的內圓與偏心輪的外圓相套接，軸承的外圓與旋轉活塞的內圓相套接；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活塞凹槽內，該分隔板把氣缸分成進氣腔和排氣腔兩部分，轉閥正時驅動鏈輪與輸出軸用花鍵連接，正時鏈輪鏈條分別與轉閥正時驅動鏈輪和轉閥正時從動鏈輪連接，轉閥正時從動鏈輪與轉閥固定連接。
[0016]所述旋轉活塞內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]在旋轉活塞2與端蓋一、端蓋二 11之間安裝有徑向密封環。
[0019]本實用新型的優點是:
[0020](I)從圖5中可以看出，本實用新型在曲軸旋轉一圈時做功行程和排氣行程同時進行，也就是說，在360°曲軸轉角內壓縮空氣全部做功，當進氣角度為70°時，膨脹比可達到5，如果進氣壓力為lObar，按多變過程計算，排氣壓力僅為1.3bar，這個壓力比往復活塞式氣動機的排氣壓力低很多，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，將增加汽車的續駛里程，并且減少排氣噪聲，從而從根本上避免了在往復活塞式氣動機的缺點。
[0021](2)由于本實用新型是在360°曲軸轉角內膨脹，因此能夠保證多缸機的各個氣缸都處于做功狀態，這就大大提高氣動機的動力輸出能力，獲得高的比功率，可使氣動汽車具有更尚的動力性。
[0022](3)本實用新型結構簡單，重量輕，主要零部件為圓柱形，容易加工，易實現整機系列化，成本低。
[0023](4)與往復活塞式氣動機相比，本實用新型沒有往復運動的零件，因此也沒有往復運動慣性所造成的功率損失，具有高的機械效率。
[0024](5)由于沒有進、排氣閥，所以不會出現像往復活塞式氣動機因排氣溫度低令排氣閥結霜使排氣閥關閉不嚴的現象。
[0025](6)本實用新型具有非常好的“扭矩一轉速特性”，即具有低速大扭矩的特性。
[0026]本實用新型作為基本單元是組成各種總成的結構要素，利用這個基本單元可以構建多種實用總成，用旋轉活塞式氣動機基本單元可以構建雙缸及多缸旋轉活塞式氣動機。
[0027]本實用新型具有廣泛的應用場合:
[0028]本實用新型可以應用于各類氣動汽車，如城市短途運輸車、乘用車、公交車、清掃車等、氣動平板運輸車，代替工廠內部運輸的電瓶車、以及觀光車、近海養殖作業船、游艇等;
[0029]本實用新型可以與傳統內燃機構建成為混合動力系統，可以降低石油產品的消耗，減少有害氣體的排放量，并提高氣動汽車的續駛里程，特別適用于城市公交車。
[0030]本實用新型可以制作各種氣動馬達。
[0031]本實用新型可以用于各類汽車的起停裝置。
【附圖說明】
[0032]圖1是往復活塞式氣動發動機結構和工作原理圖；
[0033]圖2是氣動發動機的工作循環P— V圖；
[0034]圖3是往復式氣動機的進氣角度圖；
[0035]圖4a是本實用新型的結構橫剖面示意圖；
[0036]圖4b是本實用新型的結構縱剖面示意圖；
[0037]圖5是本實用新型的進氣角度示意圖；
[0038]圖6往復式氣動機與本實用新型的進氣、膨脹及排氣過程圖。
【具體實施方式】
[0039]氣缸體I的兩端分別固定連接端蓋一 10和端蓋二 11、在氣缸體上設置排氣口 C，輸出軸7與氣缸體I同軸心，且通過平鍵6與偏心輪5相連接，軸承一 4的內圓與偏心輪5的外圓相套接，軸承4的外圓與旋轉活塞2的內圓相套接；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活塞2凹槽內，該分隔板8把氣缸I分成進氣腔A和排氣腔B兩部分，因為進氣腔與排氣腔被分割開來，所以本機不必設置進、排氣閥，這是與往復活塞式氣動機重要不同之處；轉閥正時驅動鏈輪15與輸出軸7用花鍵連接，正時鏈輪鏈條14分別與轉閥正時驅動鏈輪15和轉閥正時從動鏈輪16連接，轉閥正時從動鏈輪16與轉閥9固定連接，按照確定的傳動比實現轉閥9與旋轉活塞2的啟閉相位關系。
[0040]所述旋轉活塞2內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]在旋轉活塞2與端蓋一 10、端蓋二 11之間安裝有徑向密封環13。
[0043]工作過程是:
[0044]儲氣瓶中的壓縮空氣經過減壓閥、熱交換器、流量調節閥、進氣口 D和轉閥9進入進氣腔A，見圖5a，推動旋轉活塞2繞氣缸I的中心線旋轉，當轉閥9關閉后壓縮空氣進行膨脹，進而進一步推動旋轉活塞2旋轉，經軸承一 4和偏心輪5把力矩傳遞到輸出軸7，從而實現功率輸出；膨脹后的壓縮空氣從排氣口 C排出。轉閥9由轉閥正時驅動齒輪15、轉閥正時從動齒輪16和正時齒輪鏈條帶動，并與輸出軸7以相同的角速度進行轉動。
【主權項】
1.一種旋轉活塞式空氣動力發動機，其特征在于:氣缸體的兩端分別固定連接端蓋一和端蓋二、在氣缸體上設置排氣口，進氣口，輸出軸與氣缸體同軸心，且通過平鍵與偏心輪相連接，軸承一的內圓與偏心輪的外圓相套接，軸承的外圓與旋轉活塞的內圓相套接；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活塞凹槽內，該分隔板把氣缸分成進氣腔和排氣腔兩部分，轉閥正時驅動鏈輪與輸出軸用花鍵連接，正時鏈輪鏈條分別與轉閥正時驅動鏈輪和轉閥正時從動鏈輪連接，轉閥正時從動鏈輪與轉閥固定連接。
2.根據權利要求1所述的一種旋轉活塞式空氣動力發動機，其特征在于:所述旋轉活塞內裝有周向與端面密封條。
3.根據權利要求1所述的一種旋轉活塞式空氣動力發動機，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.根據權利要求1所述的一種旋轉活塞式空氣動力發動機，其特征在于:在旋轉活塞與端蓋一、端蓋二之間安裝有徑向密封環。
【專利摘要】本實用新型涉及一種旋轉活塞式空氣動力發動機，屬于空氣動力發動機。氣缸體的兩端分別固定連接端蓋一和端蓋二、在氣缸體上設置排氣口，進氣口，輸出軸與氣缸體同軸心，軸承一的內圓與偏心輪的外圓相套接，軸承的外圓與旋轉活塞的內圓相套接；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活塞凹槽內，轉閥正時驅動鏈輪與輸出軸用花鍵連接，正時鏈輪鏈條分別與轉閥正時驅動鏈輪和轉閥正時從動鏈輪連接，轉閥正時從動鏈輪與轉閥固定連接。優點是結構新穎，重量輕，主要零部件為圓柱形，容易加工，易實現整機系列化，成本低，具有廣泛的應用場合。
【IPC分類】F01C1-40
【公開號】CN204492896
【申請號】CN201520160362
【發明人】白濟萌
【申請人】白濟萌
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月22日