专利名称：一种车用活塞式气压发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种活塞式气压发动机，特别是所述的发动机主要装配于车辆上，并用压缩空气进行驱动。
背景技术：
众所周知，能源紧张是一个全球性的问题，能源的消耗是不可逆的。而交通工具是能源消耗的主要源头，目前交通工具上所使用的发动机几乎都以燃油为能源，以燃油燃烧来产生动力，但同时也产生了废气，污染了环境。为了缓解能源紧张带来的冲击，克服燃油燃烧产生的废气污染环境，人们试图用电来部分代替燃油，以电能代替燃油驱动发动机运转从而使车辆运行，这虽然解决了车辆在运行过程中污染环境的问题，但用电来驱动发动机只能用蓄电池的形式，而蓄电池目前还未解决快速充电的技术问题，这一技术障碍局限了电发动机在机动车的应用。
因此，寻找一种更佳的能源替代品，是目前人们努力的方向。在这方面，公开号为2588070，名称为气压发动机的中国实用新型专利申请，公开了一种以压缩空气为动力，通过液压转换做功的气压发动机，该发动机将气压转化为液压推动活塞运动从而产生动力。而公开号为2348098的中国实用新型专利申请，公开了一种新型的活塞式气压发动机，在其汽缸底部设有进气管，在该进气管内两端口部由弹簧定位有单向球形阀，在进气管的管壁上开有与压力容器连通的小孔，在汽缸内活塞的底部设置有与进气管相配合的顶杆，在汽缸壁上开有溢气孔。它通过活塞的运动顶开密封珠向气缸充气，而使活塞运动从而产生动力。而公开号为1336486的中国发明专利，公开了一种气压发动机，它是在已有汽、柴油机的基础上，将气缸顶端封闭，并使活塞与气缸紧密结合。活塞通过曲轴、连杆与外载电动机、飞轮联结，通过气压产生压力差从而产生动力。上述所公开的专利申请无疑都具有一定的意义，然而也都存在着一定的不足，因而研究更佳的气压发动机，其意义不言而喻。
发明内容
本发明的目的是提供一种在原有的内燃机的基础上进行改正的、利用压缩空气进行驱动的活塞式气压发动机，以克服现有内燃机、电发动机及气压发动机所存在的不足。
本发明的目的是由下述措施实现的，一种车用活塞式气压发动机，由气缸体、曲轴箱、装置在气缸体上面的气缸头及气缸盖组成，在气缸体和曲轴箱内还装置着活塞及通过连杆与活塞相连的曲轴、曲轴飞轮、凸轮传动机构和润滑系统，在气缸头上装置着内开式进气门，在气缸体中或气缸头上装置着使进气门和排气门开启或关闭的凸轮轴，所述凸轮轴指的是使发动机以四冲程方式运行时使进气门开启的进气持续角为45-55度、排气持续角为275-285度、进气凸轮的进气起点与排气凸轮的排气起点的转角为60-75度的凸轮轴，或使发动机以两冲程方式运行时使进气门开启的进气持续角为65-75度、排气持续角为201-240度、进气凸轮的进气起点与排气凸轮的排气起点的转角为60-75度的凸轮轴，在气缸头里，还装置着通过进气凸轮的作用而使内开式进气门打开的进气凸轮摇臂。
采取上述措施的本发明，通过控制进、排气门的开启或关闭时间，从而可控制高压气体的进入及排出，高压气体在进气门中进入气缸，推动活塞往复运动，从而使曲轴旋转而产生动力输出。本发明因为只用压缩空气驱动，免去了内燃机的油气化系统、点火系统、冷却系统、喷油系统、燃烧系统，制造成本大大降低。本发明因为只用压缩空气驱动，可以使用工厂化生产的压缩空气，只需要更换压缩空气贮存罐就可以使本发明持续运行，而由于制造压缩空气及液态空气的技术日趋成熟，技术障碍不复存在，使得本发明的实际应用成为可能，运行成本大大降低。本发明在运行过程中没有燃烧过程，也就没有燃烧后的一氧化碳排出，因而本发明是一种“绿色”发动机，对环境保护极为有利。本发明不使用燃油，不受燃油紧缺的影响，所使用的压缩空气通过电能转化而来，电的来源比燃油的来源更为广泛而容易，不受国际石油产品价格的制约。本发明使用压缩空气驱动活塞往复运动而产生动力，气流在冲击活塞的过程中，由高速向低速转换，在这种气流由高速向低速转换的过程中向外界吸热，从而可自行冷却自身运动所产生的热量，因而可省去发动机的冷却系统。
图1是本发明实施例的结构示意图；图2是本发明实施例气缸头的结构示意图；图3是本发明实施例气缸头进气凸轮摇臂的装配示意图；图4是本发明实施例进气门总成的轴测图；图5是本发明实施例工作原理图；图6是本发明实施例凸轮轴主视图；图7是本发明两冲程时图6的A-A放大剖示图；图8是本发明两冲程时图6的B-B放大剖示图；图9是本发明两冲程时进气凸轮与排气凸轮的转角示意图；图10是本发明两冲程时的配气图；图11是本发明四冲程时图6的A-A放大剖示图；图12是本发明四冲程时图6的B-B放大剖示图；图13是本发明四冲程时进气凸轮与排气凸轮的转角示意图；图14是本发明四冲程时的配气图。
实施方式为详细说明本发明，本发明以单缸发动机为实施例，但本发明不限于单缸发动机，多缸发动机也包含在本发明中。
如附图1所示，本发明由曲轴箱1、气缸体2和气缸头3组成，与现有常规内燃机相同，在曲轴箱1及气缸体2内部，装置有活塞、连杆、曲轴、曲轴飞轮、凸轮传动机构、润滑系统。如附图2、3所示，本发明的气缸头3上，装置着排气门4、进气门总成5、进气室6、进气凸轮摇臂7、摇臂支架8、凸轮轴9和凸轮轴齿轮10。曲轴箱1里面的凸轮传动机构可通过凸轮轴齿轮10使凸轮轴9转动，再通过凸轮轴9上的进气凸轮9-1和排气凸轮9-2顶压进气凸轮摇臂7及排气凸轮摇臂而使进气门总成5及排气门4工作。如图4所示，本发明进气门总成5由内开式进气门5-1、装置在进气门5-1上的进气门弹簧5-2、装置在进气门5-1上的密封构件5-3、摇臂支架8及紧固件54组成。进气门弹簧5-2可使气门紧闭，进气门密封构件5-3可防止高压气体泄漏，紧固件5-4可将气门总成5及摇臂支架8固定。如附图5所示，本发明的工作原理是当进气门5-1和排气门4关闭时，如果是传统的外开式进气门，进气室6中的高压气体会将外开式进气门顶开而漏气，而本发明采用的是内开式进气门5-1，这样进气室6中的高压气体及进气门弹簧5-2合力将进气门5-1紧密地封闭住进气口，当凸轮轴9转动到进气凸轮9-1压下进气凸轮摇臂7时，进气凸轮摇臂7向上拉开进气门5-1，此时高压气体即可进入气缸中，冲击活塞向下运动，并在惯性作用下作往复运动，从而使曲轴转动而输出动力，而当凸轮轴9继续转动到排气凸轮9-2顶起排气摇臂时，排气摇臂即可压下排气门4，使排气门4打开气体排出，完成一个工作周期，如此周而复始地工作，使动力持续地输出。
发动机的工作方式有两冲程及四冲程之分，图6给出的是凸轮轴9的主视图，图7、图8给出的是图6两冲程工作方式时的A-A和B-B剖示图，由凸轮轴9的轴向看，可知凸轮轴9的主要构成是基轴9-3、进气凸轮9-1和排气凸轮9-2，如图7所示，进气凸轮9-1的进气起点9-11到进气止点9-12之间由基轴9-3圆心作射线，连接进气起点9-11和进气止点9-12，可形成一个角度，这个角度称之为进气持续角9-13，本发明两冲程工作方式的进气持续角9-13为60-75度；如图8所示，排气凸轮9-2的排气起点9-21到排气止点9-22之间由基轴9-3为圆心作射线，连接排气起点9-21和排气止点9-22，也可形成一个角度，这个角度称之为排气持续角9-23，本发明两冲程工作方式的排气持续角9-23为201-240度。如图9所示，从凸轮轴9的轴向看，以进气凸轮9-1的进气起点9-11的相应位置为零度，当凸轮轴9转动到排气凸轮9-2的排气起点9-21与零度位置重合时，进气凸轮9-1的进气起点9-11与排气凸轮9-2的排气起点9-21之间形成一个角度，称为转角9-4，本发明两冲程工作方式的转角9-4为60-75度。图11、图12给出的是图6四冲程工作方式时的A-A和B-B剖示图，如上所述，当本发明是四冲程工作方式时，进气持续角9-13为45-55度，排气持续角9-23为275-285度。如图13所示，本发明四冲程工作方式的转角9-4为60-75度。图10是本发明两冲程工作方式时的配气图，在两冲程发动机中，进气门5-1及排气门4各开启一次，活塞往复运动两次，曲轴、曲轴飞轮转动一圈，并通过传动机构也带动凸轮轴9转动一圈，因此调整曲轴飞轮的相应角度，就可以实际调整进气凸轮9-1的进气角度或排气凸轮9-2的排气角度。如图10所示，位于坐标上方的纵轴表示的是活塞上死点，而位于坐标下方的纵轴表示的是活塞的下死点，当活塞超过上死点向下运动的瞬间，从A点开始进气，进气门5-1打开，而排气门4是关闭的，此时即为图7中所示的进气凸轮起点9-11与进气凸轮摇臂7相接触的瞬间，高压气体从进气室6通过进气门5-1进入气缸中，推动活塞向下运动，带动曲轴及曲轴飞轮转动，并带动凸轮轴9转动，当曲轴带动曲轴飞轮及凸轮轴9转过一个进气持续角9-13即60-75度时，于B点进气结束，即进气门5-1关闭，B点在凸轮轴9上就是图7中反映出来的进气凸轮止点9-12，而排气门4也是关闭的，此时活塞在高压气体的压力下继续向下运动，当曲轴带动凸轮轴9转到110-135度时，于C点排气开始，排气门4打开，C点在凸轮轴9上就是图8中反映出来的排气凸轮起点9-21，因为排气门4打开后，高压气体可从排气门4中排出，这样依靠惯性，活塞到了下死点后再向上运动，继续带动曲轴转动，并带动凸轮轴9转动一个排气持续角9-23即201-240度，当凸轮轴9转到距离上死点10-24度时，于D点排气结束，排气门4关闭，D点在凸轮轴9上就是图8中反映出来的排气凸轮止点9-22，进气门5-1与排气门4均关闭，直到上死点，活塞带动曲轴完成了旋转一周的运动，在超过上死点的瞬间，又再重复上一次运动，周而复始，持续做功。图14是本发明四冲程工作方式的配气图，在四冲程发动机中，进气门5-1及排气门4各开启一次，活塞往复运动四次，曲轴及曲轴飞轮转动两圈，带动凸轮轴9转动一圈，因而从曲轴飞轮反应出来的转角是凸轮轴9的转角的两倍即如图14中所示角度是凸轮轴9转动角度的两倍。如图14所示，位于坐标上方的纵轴表示的是活塞上死点，而位于坐标下方的纵轴表示的是活塞的下死点，当活塞超过上死点向下运动的瞬间，于E点进气开始，进气门5-1打开，而排气门4是关闭的，E点在凸轮轴9上反映出来的就是图11中的进气凸轮起点9-11与进气凸轮摇臂7接触的瞬间，高压气体从进气室6通过进气门5-1进入气缸中，推动活塞向下运动，带动曲轴及曲轴飞轮转动到90-110度时，它只带动凸轮轴9转动了45-55度，也就是说凸轮轴9转过一个进气持续角9-13为45-55度，此时，于F点进气结束，进气门5-1关闭，F点在凸轮轴9上反映出来的就是图11中进气凸轮止点9-12，而排气门4也是关闭的，此时活塞在高压气体的压力下继续向下运动，当曲轴飞轮转动125-135度时，即带动凸轮轴9转动62.5-67.5度时，于G点排气开始，排气门4打开，G点在凸轮轴9上反映出来的就是图12中排气凸轮起点9-21与排气摇臂接触的瞬间，因为排气门4打开后，高压气体可从排气门4中排出，这样依靠惯性，活塞到了下死点后再向上运动，此时排气门4还是开启状态，气缸中无压力，活塞升到上死点后继续向下运动，至下死点再向上运动，直至离上死点10-30度的H点排气结束，此时排气门4关闭，H点在凸轮轴9上反映出来的就是图12中排气凸轮止点9-22，曲轴飞轮转过的角度是550-570度，而带动凸轮轴9转过的排气持续角9-23为275-285度，在距离上死点10-30度的范围内进气门5-1与排气门4均关闭，直到上死点，活塞带动曲轴完成了旋转两周的运动，在超过上死点的瞬间，于E点开始又再重复上一次运动，周而复始，持续做功。
本发明实施例所述的是上置式凸轮轴，但实际上还有下置式凸轮轴的方式，下置式凸轮轴安装在气缸体2中，需要顶杆来连接凸轮和气门摇臂，然而下置式凸轮轴其进气凸轮的进气持续角和排气凸轮的排气持续角及转角还是在本实施例公开的范围内。
本发明实施例所述的是单缸发动机，在多缸发动机中，如四缸机中，各缸的作功顺序是1-3-4-2，六缸机的作功顺序是1-5-3-6-2-4，在四冲程的四缸发动机中，相邻顺序的两个活塞的作功间隔角度是180度，四冲程的六缸发动机中，相邻顺序的两个活塞的作功间隔角度即为120度，其它不同数量气缸的发动机相邻顺序的两个活塞的作功角度可依此类推。
权利要求
1.一种车用活塞式气压发动机，由气缸体、曲轴箱、装置在气缸体上面的气缸头及气缸盖组成，在气缸体和曲轴箱内还装置着活塞及通过连杆与活塞相连的曲轴、曲轴飞轮、凸轮传动机构和润滑系统，其特征在于在所述的气缸头(3)上装置着内开式进气门(5-1)，在气缸体(2)中或气缸头(3)上装置着使进气门(5-1)和排气门(4)开启或关闭的凸轮轴(9)，所述凸轮轴(9)指的是使发动机以四冲程方式运行时使进气门(5-1)开启的进气持续角(9-13)为45-55度、排气持续角(9-23)为275-285度、进气凸轮(9-1)的进气起点(9-11)与排气凸轮(9-2)的排气起点(9-21)的转角(9-4)为60-75度的凸轮轴(9)；或使发动机以两冲程方式运行时使进气门(5-1)开启的进气持续角(9-13)为65-75度、排气持续角(9-23)为201-240度、进气凸轮(9-1)的进气起点(9-11)与排气凸轮(9-2)的排气起点(9-21)的转角为60-75度的凸轮轴(9)。
2.根据权利要求1所述的活塞式气压发动机，其特征是在气缸头(3)里，还装置着通过进气凸轮(9-1)的作用而使内开式进气门(5-1)打开的进气凸轮摇臂(7)。
全文摘要
本发明公开了一种车用活塞式气压发动机。目前交通工具上所使用的发动机几乎都以燃油为能源，以燃油燃烧来产生动力，但同时也产生了废气，污染了环境。而用电来驱动发动机的蓄电池目前还未解决快速充电的技术问题。本发明对发动机的凸轮轴(9)的进气凸轮(9－1)及排气凸轮(9－2)进行改正，从而可控制进、排气门的开启或关闭时间，进而控制高压气体的进入及排出，高压气体在进气门(5－1)中进入气缸，推动活塞往复运动，从而使曲轴旋转而产生动力输出。本发明因为只用压缩空气驱动，免去了内燃机的油气化系统、点火系统、冷却系统、喷油系统、燃烧系统，制造成本大大降低。
文档编号F03G7/00GK1699747SQ200510079349
公开日2005年11月23日 申请日期2005年7月6日 优先权日2005年7月6日
发明者蔡道德 申请人:蔡道德