专利名称：直接充气、自控补气式往复压缩空气动力发动机的制作方法
技术领域：
；本发明涉及一种机械设备。尤其是一种直接充气、自控补气式往复利用压 縮空气动力、电磁力、惯性力工作、作功的活塞式四冲程发动机。
背景技术：
；
目前，众知的机动车辆和船舶，所使用的燃油发动机。无论是燃汽油的活塞式四冲程发动 机还是燃柴油的活塞式四冲程发动机。都是利用从原油中提炼出的有机燃油作原料，在汽缸中 燃爆膨胀，推动活塞作功的四冲程发动机。由于；目前地球上的原油储备量急剧减少，处于原 油能源紧缺阶段。而全球机动车制造量猛增，导致燃油供不应求，已经不能满足机动交通工具 的需求，最终导致燃油发动机的淘汰，影响机动交通业的发展；并且；燃油在发动机气缸中燃 爆膨胀作功的同时，尾气排放出大量的含有害物质的气体，可造成严重的空气污染,加快地球 温室效应的产生速度，破坏地球上人与生物生存环境，影响人们的生活质量。而现有的"压縮 空气动力发动机；无论是；蜗轮式压縮空气动力发动机，还是活塞式压縮空气动力发动机；其 压縮空气储气罐的，体，都是将已制备的压縮空气，经外接导管的方式充入；发动机作功后气 体，经排气管排出，损耗能量后，不能自行补充，必须发动机停止工作。由外压縮机接导管， 向发动机储气罐补充压縮气体，才能重新启动、工作、续航。
其不足是；1、充气频繁，浪费能源。2、外接充气导管，操作繁琐、浪费时间。3、单次充 气、外排气结构，续航时间短、工作效率低。 发明内容；
本发明的目的是提供一种；将利用有限能源(原油)作动力，并有尾气排放的活塞式四冲程 发动机，改制成为利用可持续性能源，往复压縮空气动力活塞式四冲程发动机；并采用外接电 能直接补充发动机气体能量与自控补充气体能量系统的设计，有以下优点；(1)有可持续性 能源的供应，使用发动机不必担心能源短缺。(2)利用外接电源，驱动储气罐上的充气〔空 气)压縮机，直接补充发动机工作气体能量的设计；即节省充气时间、又节省能源供应配套设 施的建设投入；(3)具有发动机气缸工作后气体，经"蜂窝管"式气体压强转换增压器后， 回输到压縮空气储气罐，往复使用压縮气体的结构设计；(4)具有发动机工作时，发生气体 能量损耗时；由压縮空气储气罐上的补气〔空气)压縮机，由(压縮空气储气罐)压力感应器
产生感应信号、通过(ECU〕控制，自动补充气体能量损耗的结构设计；使发动机工作、续航 时间长，节省能源。(5)利用压縮空气能源，无尾气排放、无大气污染、绿色环保。 本发明的技术方案； 一，发动机的结构特征
(一) 空气动力循环结构组成；
是由两端半圆、圆柱形或方形的压縮空气储气罐，其罐上安装有；充气〔空气〕压縮机; 补气(空气)压縮机、压力安全阀、气压表；在罐体部或罐两端的储气罐输气导管接口 与回输气导管接口，由其结构组成与储气罐连接，按其空气动力流向、发动机的工作气 体可分为供气与回输气体两种连接方式；
1、 供气结构连接；由储气罐输气导管、电控气流量调节气阀、气缸头上的进气口连接组成。
2、 回输气体结构连接；由气缸头上的排气口、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)
进气管、"蜂窝管"式气体压强转换增压器、("蜂窝宵"式气体 压强转换增压器)排气管、回输气导管、拟制阀、压縮空气储气罐 进气口连接组成。
(二) 机械结构组成；
由安装在曲轴箱上的曲轴、曲轴上的凸轮、磁电机(启动机、磁电感应器)、惯性轮、 曲轴上的连杆，连杆上活塞，活塞顶软磁体槽与活塞环槽，镶嵌软磁体与活塞环；活塞 安装在气缸内、气缸外套缸桶、缸桶上安装气缸头，气缸头上的电磁阀体、滑动式进、 排气门阀，气门弹簧、摇臂、顶杆、蓄电池、ECU等组成。
(三) 充气、补气系统结构与电磁系统结构组成；
1. 充气系统结构；由压縮空气储气罐上，安装的充气(空气〕压縮机与电源连接组成。
2. 补气系统结构；由压縮空气储气罐上，安装的补气(空气)压縮机、(压縮空气
储气罐)压力感应器、〔ECU〕、蓄电池、磁电机(启动机、磁电感 应器)连接组成。
3. 电磁系统结构；由气缸头上，镶嵌的电磁阀体、(磁电机、启动机)磁电感应器、〔ECU〕、
磁电机〔启动机、磁电感应器〕连接组成。
二.发动机的设计原理；
(一) .压縮空气储气罐储存基础储存压力为(300个大气压)的设计；是根据《中华人
民共和国》《钢制压力容器》GB150-1998标准，我国己完善从常压至100Mpa的制造 体系记载。
(二) .压縮空气动力的来源设计是在压縮空气储气罐〔发动机〕上，安装由电能驱动
的充气(空气)压縮机，制备压縮气体产生(300个大气压)。
(三) .发动机气缸工作压力为(8-10个大气压)的设计是根据； <福建科学技术出版
社>出版，《摩托车检修大全》第二版；发动机工作原理；(二)四冲程发动机的工作 原理、膨胀做功冲程；BIJ;膨胀力做功时，气缸内作用在活塞上的压力7e ( e—压 縮比)kg/cm2，相当于7. 14个大气压。由于燃油发动机是热启动、运行，其膨胀作 功压力是7.14个大气压。而本发动机是利用压縮空气压力工作，属于冷启动、运行， 为达到最佳启动、运行效果，所以，作用在活塞上面的工作气体压力，设计为8-10 个大气压。
(四).电磁力(推力，吸力)来源的设计；是参照； <福建科学技术出版社>出版，《摩 托车检修大全》第二版；发动机工作原理；发动机点火系统结构与原理设计；由发 动机上的磁电机(启动机)供电；(磁电机、启动机)磁电感应器产生感应信号、 通过(ECU〕控制，使气缸头上的电磁阀体工作，对活塞上镶嵌的软磁体产生电磁 力(推力、吸力)。艮口；
l.当发动机启动、工作在第一冲程与第三冲程时。由发动机上的磁电机(启动机磁 电感应器)供电；(磁电机、启动机)磁电感应器产生感应信号、通过〔ECU〕控 制，使气缸头上的电磁阀体工作，对活塞上镶嵌的软磁体产生推力，推动连杆、使 曲轴上的惯性轮增加动能。 2.当发动机工作，在第二冲程与第四冲程时。由发动机上的磁电机(启动机、磁电感 应器〕供电；(磁电机、启动机)磁电感应器产生感应信号、通过(ECU〕控制， 使气缸头上的电磁阀体工作，对活塞上镶嵌的软磁体产生吸力。拉动连杆、使曲轴 上的惯性轮增加动能。 (五).惯性力的产生与作用
1. 惯性力的产生是由(压縮空气动力，电磁力)作用于活塞、连杆、曲轴、动力 输出轴，驱动惯性轮旋转产生。
2. 惯性力的作用；
(1) .当发动机工作在第二冲程时；由惯性轮的惯性力、带动曲轴旋转、通过连杆，推 动活塞向上滑行压縮气体；并由气缸内产生的膨胀力，推动活塞、向下滑行，通过 连杆、推动曲轴、动力输出轴，完成第三冲程作功。
(2) .当发动机工作在第四冲程时，由惯性轮的惯性力，通过连杆，推动活塞压縮气缸 内工作后的余气，通过排气阀、排气口、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进 气管、"蜂窝管"式气体压强转换增压器、("蜂窝管"式气体压强转换增压器) 排气管、回输气导管、拟制阔、回输到压縮空气储气罐中往复使用。
(六) ."蜂窝管"式气体压强转换增压器的设计原理与目的；
是根据大气压强；"体积越大、压强越小，体积越小、压强越大"的原理。采用"峰 窝管"状(组管)排气结构。当发动机工作排气时，压縮气体，由发动机排气口，排 入压强转换增压器的进气管，进入增压器内时。由于增压器内"蜂窝管"(组管)经 的截面积之和大于发动机活塞的截面积设计，所以；增压器进气管内的空气压强增大、 压力减小，发动机活塞的排气阻力减小；当气体排出"蜂窝管"末端时，由于"蜂窝 管"单管截面积小，所以；在同等压力的情况下，排出增压器气体压强增大，使"蜂 窝管"(组宵)排气压强的总和也增大；排出压强转换增压器的气体压力增高；达到 发动机气缸工作后的余气，回输到压縮空气储气罐中的目的。并在"蜂窝宵"(组 管)末端，安装单向拟制阔(组阀)，可防止压縮气体逆流。
(七) .补充发动机工作时，气体能量损耗的方式与技术方案设计
1、 补充气体能量损耗的方式；.
当储气罐的高压气体，向发动机气缸内输入气体压力(8-10个大气压)，作用在活 塞上面时，发动机开始启动、运行；当发动机工作，发生气体能量的损耗时；首先由 压缩空气储气罐储存的基础气压GOO个大气压)与发动机工作后，回输到压縮空气 储气罐的气体，共同逐渐地，补充发动机工作时，气体能量的损耗，以维持发动机气 缸内的正常工作压力。
2、 补充气体能量损耗的技术方案；
1)当发动机工作。基础气体能量损耗，等于或略大于发动机工作气压(8-10个大气压) 时；由〔发动机〕压缩空气储气罐上，安装由〔ECU〕控制的，由蓄电池驱动的补 气(空气)压縮机。(压縮空气储气罐)压力感应器产生感应信号，通过(ECU) 控制，补气〔空气〕压縮机开始工作，向压縮空气储气罐补充气体能量当压縮空
气储气罐气体压力等于或略低于基础气压(300个大气压)时，补气〔空气〕压縮机 停止工作。由工作的发动机上磁电机〔启动机、磁电感应器〕，补充给蓄电能量，以 备连续使用。
2)当发动机工作、续航数时间段时。发动机工作气体能量损耗与封闭泄漏气体损耗程度 增大，补气〔空气〕压縮机工作或蓄电池存储电能异常；虽然；补充气体能量损耗， 但是；已达到不能维持发动机气缸内的工作压力(8-10个大气压)时，发动机停止工 作。需要再外接通电源驱动充气〔空气〕压縮机，向压縮空气储气罐注气(300个大 气压)或更换新蓄电池。使发动机重新启动、工作、运行。 ※注；ECU;-是电子自动控制系统。ECU包括；(电子模块、CDI)。 CDI;是时间控制程序电路。 三、发动机工作、作功原理
将已制备(压縮空气储气罐)的压縮空气(300个大气压)气体；
1. 通过〈储气罐输气导管〉经过〈电控气流量调节阀(开)〉、通过〈进气口〉、经〈进气门阀
(开)〉进入 <气缸>内(8-10个大气压)时、〈排气门阀(关)〉和〈气缸头；由磁电机(启动 机、磁电感应器)供电；(磁电机、启动机)磁电感应器产生感应信号、通过〔ECU)控制 的电磁阀体与活塞顶部软磁体的排斥力〉共同作用；推动〈活塞〉向下滑行，通过〈连杆〉使〈 曲轴〉顺时针旋转0-180度，完成第一冲程(气体压力、电磁力作功)。
2. 第一冲程完成后，由安装在〈曲轴输出轴〉上的〈惯性轮〉惯性力和〈气缸头；〈气缸头；由 磁电机(启动机、磁电感应器)供电；(磁电机、启动机)磁电感应器产生感应信号、通 过〔ECU〕控制的电磁阀体与活塞顶部软磁体的排斥力〉共同作用；使〈曲轴〉顺时针旋转 180-360度、通过〈连杆〉使〈活塞〉向上滑行〈进、排气阀关〉压縮〈气缸〉内气体，完成第二冲 程(惯性力、电磁吸引力压縮气体)。
3. 再由〈活塞〉向上滑行压缩〈气缸〉内空气产生的膨胀压力7. 14个大气压〉和〈气缸头；〈气缸 头；由磁电机(启动机、磁电感应器)供电；(磁电机、启动机)磁电感应器产生感应信 号、通过〔ECU)控制的电磁阀体与活塞顶部软磁体的排斥力〉共同作用；推动〈活塞〉向下 滑行，通过〈连杆〉使〈曲轴〉顺时针旋转360-540度，完成第三冲程作功(气体膨胀力、电磁 推力作功)。
4. 由〈惯性轮〉惯性力和〈汽缸头；〈气缸头；由磁电机(启动机、磁电感应器)供电；(磁 电机、启动机)磁电感应器产生感应信号、通过(ECU〕控制的电磁阔体与活塞顶部软磁体 的排斥力〉共同作用；、使〈曲轴〉顺时针旋转54(K720度。通过〈连杆〉推动〈活塞〉向上滑行〈(进气门阔、关)、(排气门阀、开)〉。将〈气缸〉内作功后的气体，由("蜂窝管"式气体 压强转换增压器)进气管、〈"蜂窝管"式气体压强转换增压器〉、("蜂窝管"式气体压强 转换增压器)排气管、回输气导管、拟制阀、将气体回输到〈压縮空气储气罐〉中，完成第 四冲程(惯性力、电磁吸引力回输气体)。即完成一次全程工作。 根据上述方案，本发明还有如下措施；由于发动机工作时，仅能产生较低的摩擦热量，所以 可设计成风冷或水冷缸套(高强度塑料或铝合金属)、气缸可设计成(陶瓷或金属)、活塞 可设计成利用(高强度塑料或碳纤维、铝合金属)材料的单缸、双缸、多缸的发动机。 有益效果；因为本发明是往复利用压縮空气动力工作、作功的活塞式四冲程发动机。所以；不 但可缓解当前全球原油紧缺问题而且；可避免大气污染的问题。本发动机，是具有往复使用 压縮空气动力的结构、功能设计与现阶段世界上同类单向外排气的空气动力发动机结构、功能 相比，不但；可降低能源消耗成本，而且；可延长机动交通工具单次充气的续航时间。同时； 能推动机动交通机械设备工业的可持续性发展。如匹配驱动机动交通、运输工具行驶，最高时 速可达到150公里/小时。也可匹配安装在电动汽车或电动火车上，驱动发电机行驶；也可制造 大、中、小型发动机(组)，带动发电机(组)，建立电厂发电，并网发电，供生产与民用。
；
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图l是发明的往复压縮空气动力、电磁力、惯性力活塞式四冲程发动机工作原理示意图。
a. (进气)压縮空气压力和电磁阀体与软磁体推力作功
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、 进气门阀套管6、进气阀7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口12、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压器14、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、磁电机〔启 动机、磁电感应器〕17、电磁阀体18、软磁体19、惯性轮20、 21、连杆22、曲轴23、动力 输出轴24、充气(空气)压縮机25、补气(空气)压縮机26、压力安全阀27、压力表28.
b. 惯性力和电磁阀体与软磁体吸力，推、吸活塞压缩空气
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、 进气门阀套管6、进气阀7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口12、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压器14、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、磁电机〔启
动机、磁电感应器)17、电磁阀体18、软磁体19、惯性轮20、 21、连杆22、曲轴23、动力 输出轴24、充气〔空气〕压縮机25、补气〔空气〕压縮机26、压力安全阔27、压力表28.
c. 气缸内压縮气体膨胀压力和电磁阔体与软磁体推力作功
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、
进气门阔套管6、进气阀7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口12、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压器14、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、、磁电机 (启动机、磁电感应器)17、电磁阀体18、软磁体19、惯性轮20、 21、连杆22、曲轴23、
动力输出轴24、充气〔空气〕压缩机25、补气(空气〕压縮机26、压力安全阀27、压力表28.
d. (排气)惯性力和电磁阀体与软磁体吸力；推、吸活塞压縮缸内气体回输储气罐。
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、
进气门阀套管6、进气阀7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口12、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压器14、 ("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气宵15、回输气导管15a、拟制阀16、、磁电机 (启动机、磁电感应器〕17、电磁阔体18、软磁体19、惯性轮20、 21、连杆22、曲轴23、
动力输出轴24、充气〔空气)压缩机25、补气〔空气)压縮机26、压力安全阀27、压力表28.
图2是发明的压縮空气的流向、返回储气灌工作示意图 a.压縮空气压力推动活塞作功。
压缩空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、 进气门阔套管6、进气阀7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口 12、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压 器14、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、、 磁电机(启动机、磁电感应器〕17、电磁阀体18、软磁体19、惯性轮20、 21、 b.惯性力反推活塞压縮空气。
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、 进气门阀套管6、进气阀7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口 12、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气宵13、"蜂窝管"式气体压强转换增压 器14、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、、 磁电机(启动机、磁电感应器〕17、电磁阀体18、软磁体19、惯性轮20、 21。
c. 气缸内压缩气体膨胀力作功。
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、 进气门阀套管6、进气阀7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口 12、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压 器14、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16磁 电机〔启动机、磁电感应器〕17、电磁阀体18、软磁体19、惯性轮20、 21。
d. 惯性力反推活塞排气，回输储气罐。
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、气缸头4、气缸头进气口5、 进气门阀套管6、进气阅7、气缸8、活塞9、排气阀IO、排气门阀套管ll、气缸头排气口 12、"("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压 器14、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、、 磁电机〔启动机、磁电感应器〕17、电磁阔体18、软磁体19、惯性轮20、 21。 图3是发明的压縮空气储气罐结构不意图。
压縮空气储气罐l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、("蜂窝宵"式气体压强转 换增压器)排气管15、回输气导宵15a、拟制阀16、充气〔空气〕压縮机25、补气〔空气〕 压縮机26、压力安全阀27、压力表28. 图4是发明的"蜂窝管"式气体压强转换增压器结构示图
("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压器14、("蜂 窝管"式气体压强转换增压器)排气管15。 图5是发明的"蜂窝管"式气体压强转换器剖面结构与气流方向示意图
("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压器14、("蜂 窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、"蜂窝管"进气口29、"蜂窝管"排气口、拟 制阀30。
图6是发明的拟制阀部件三视面与结构组合总承剖面图 e.阀盖三视图。f.阀心三视图。g.阀套三视图 阀盖剖面图30a 、弹簧剖面图31、阀心剖面图32、阔套剖面图33、总承组合剖面图34、 密封圈35、 36、排气口37、进气口38、润滑油进孔39、润滑油槽40。
图7是发明的陶瓷气缸桶结构示意图
h.侧视图。i.俯视图。 k.仰视图 图8是发明的活塞的结构剖示图
l.正视剖面图 m.侧视剖面图 n.俯视图 o.仰视图 软磁体槽41、气环42、胶环43、油环44、连杆小轴套 图9是发明的惯性轮结构剖视图
p.侧面图 q.截面图
铝合金46、铅金属47、.动力输出轴24、轴套48 图10是发明的气缸头结构剖视图
r.正面图s.背面图 t.侧视图 u.仰视图
进气门导管49、电磁阀体插孔50、出气门导管51、电磁阔体槽52、高速链槽53。 图1 l是发明的汽缸头部件组合剖面图 v.气门套管嵌入缸头内剖面视图
进气门导管49、出气门导管51、摇臂轴孔48a、进气口5、进气阀套管6、电磁阀体槽52、 排气阀套管ll、排气口12。 w.滑动、中空式进、排气阀剖视图
中空滑动式进气阀7、中空滑动式排气阀IO、电磁阀体铁芯53。 x.气门套管与气门阀组合剖视图
摇臂轴孔48a、进气口5、进气阀套管6、中空滑动式进气阀7、中空滑动式排气阀IO、 电磁阀体铁芯53、排气阀套管ll、排气口12、弹簧54 y.电磁阀体嵌入气缸头剖面图。
摇臂轴孔48a、进气口5、进气阀套管6、中空滑动式进气阀7、中空滑动式排气阀IO、 电磁阔体18、排气阀套管ll、排气口12、弹簧54。 图12是发明的充气〔空气〕压縮机及外接电源；补气(空气〕压縮机工作、电磁力(排斥力、 吸引力〕产生，由〔ECU〕共同控制时间过程结构示意图。 z.充气〔空气)压縮机25 zl.充气〔空气)压縮机外接电源插头
z2.电磁阀体结构剖视图18 z3.磁电机(启动机、磁电感应器〕17
z4.补气压縮机26 z5.蓄电池
z6. 〔ECU〕共同控制时间过程z7.〔压縮空气储气罐〕压力感应器
z8.〔磁电机、启动机)磁电感应器 ※注；(以上机械部分绘图是根据单缸zyl25发动机描绘示例，按1.3:5的比例绘制。其发动机 构件视、示图，暂未标定尺寸大小，因为发明人可根据车、船动力需求大小，而为其设 计制造单缸、双缸、多缸发动机及各附属构件的必要尺寸与绘制制造标准图纸。其它结 构部件与润滑系统，同燃油活塞式四冲程发动机。发明各构件连接部分略。)具体实施方式
-
一.发动机结构特征(三部分)； 第一部分；空气动力循环结构组成；
由两端半圆、圆柱形或方形的压縮空气储气罐l、其罐上安装有；充气〔空气)压縮机25、 补气(空气〕压縮机26、压力安全阀27、气压表28，如图l、图3设计在罐体部或罐两端的储气 罐输气导管2接口与回输气导管15a接口，其结构组成与储气罐连接，按空气动力流向图2，发 动机的工作气体，可分为供气与回输气体两种连接方式；
1、 供气结构连接；由储气罐输气导管2、电控气流量调节气阀3、气缸头4上的进气口5、
连接组成。
2、 回输气体结构连接；由气缸头4上的排气口12、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)
进气管13、"蜂窝转"式气体压强转换增压器14、("蜂窝管"式气体压强 转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、、压縮空气储气罐l 进气口连接组成。 第二部分机械结构组成；
由安装在曲轴箱上的曲轴23，安装在曲轴23动力输出轴24上的凸轮(略)、磁电机(启动机、 磁电感应器)17、惯性轮20、 21、曲轴23、上的连杆22、连杆22上活塞9、活塞9顶软磁体槽41、 镶嵌软磁体19上的活塞环槽42、 43、 44镶嵌活塞环，活塞9,安装在气缸8内、气缸8外套缸桶， 缸桶上安装气缸头4，气缸头4上的电磁阀体19、滑动式进、排气门阀7、 10、气门弹簧54、摇 臂(略)、顶杆(略)、蓄电池图12、 z5、 (ECU〕图12、 z6、等组成。 第三部分充气、补气与电磁系统结构组成；
1. 充气系统结构；由压縮空气储气罐l上，安装的充气〔空气〕压縮机25、外接电源与插
头zl连接组成。
2. 补气系统结构；由压縮空气储气罐l上，安装的补气(空气〕压縮机26、(压縮空气储
气罐)压力感应器图12、 z7、 〔ECU)图12、 z6、蓄电池图12、 z5、磁
电机(启动机、磁电感应器)17、 连接组成。 3.电磁系统结构；由气缸头4上，镶嵌的电磁阀体18、(磁电机、启动机)磁电感应器图 12、 z8、 (ECU〕图12、 z6、磁电机〔启动机、磁电感应器〕17连接组 成。
第四部分零部件的结构组成；
1. 压縮空气储气罐1图3的结构组成；由储气罐体l、储气罐输气导管2、电控气流量调节阀3、
("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16、充气〔空气) 压縮机25;补气〔空气〕压縮机26、压力安全阔27、气压表28组成。
2. 蜂窝管"式气体压强转换增压器进气管图5的结构组成；("蜂窝管"式气体压强转换增压 器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增压器14、("蜂窝管"式气体压强转换增压器) 排气管15、"蜂窝管"(组管)进气口29、"蜂窝管"排气口30 〔组管〕、拟制阀30 (组 阀〕组成。
3. 逆制阀16、 30图6的结构组成；由阔盖剖面图30、弹簧剖面图31、阀心剖面图32、 阀套剖 面图33、组成总承组合剖面图34。
4. 活塞9、图8的结构组成；由软磁体槽41、顶环槽42、胶环槽43、油环槽44、连杆小轴套45 组成。
5. 惯性轮20、 21图9的结构组成；由铝合金46、铅金属47、动力输出轴套48组成。
6. 汽缸头4图10、 ll的结构组成；由摇臂轴孔48a、排气门导管51、电磁阀体插孔50、滑动式
进气门套宵6滑动式排气门套管11、进气门导管49、电磁铁槽52、顶杆槽53、进气口5、滑 动进气门阀套管6、滑动进气门阀7、滑动排气门阀套管ll、排气口12、电磁阀体套管52、 滑动排气门阀IO、电磁阀体芯53、弹簧54、电磁阀体18组成。
7. 电磁阀体18图12的结构组成；由电磁阀体芯53、漆包铜线55组成。 二.发动机设计原理；
l.根据燃油发动机工作时，汽缸内燃爆膨胀力约为(7e-压縮比)kg/cm2相当于7. 14个大气 压)。根据大气压强规律；体积越小、压强越大；体积越大，压强越小原理，由于压縮空气 储气罐1中，注入(8-15个大气压)压强，大于大气压强。所以、如图l; a.(进气)压縮 空气压力作功。当储气罐l、中压縮空气，经储气罐输气管2、电控气流量调节气阀3、进气 口5、进气阀7，进入气缸8时，可推动活塞9在气缸8中滑行、通过连杆22、推动曲轴23转动 0-180。C作功。
2.根据摩托车发动机点火系统工作原理；由磁电机、触发线圈发电，通过CDI控制器可产生瞬 间(100-400V)，使气缸头上火花塞放电产生火花、引爆燃油作功。图12;是本发明利用气 缸头4、镶嵌的电磁阔体图2、 18替代火花塞；由磁电机〔启动机、磁电感应器图)图12、 17 供电；(磁电机、启动机)磁电感应器图12、 z8产生感应信号、通过〔ECU〕图12、 z6控制， 使气缸头4上镶嵌的电磁阀体18，产生电磁力与活塞9顶部镶嵌的软磁体19产生(推力、吸力) 工作原理。所以如图l; a、 c ; b、 d的电磁力，能够作功。 3.根据惯性定律；发明安装在曲轴23、动力输出轴24，两侧的惯性轮20、 21;当发动机工作 时，可产生惯性力，其作用；
(1) .助推活塞产生缸压膨胀力作功。如图l、图2; b.惯性力反冲活塞压縮空气；惯性轮20、
21、旋转、带动曲轴24、旋转、通过连杆22、推动活塞9、向上滑行压縮空气。c.缸压 空气膨胀力作功；气缸8内压力膨胀，推动活塞9、向下滑行，通过连杆22、推动曲轴23、 动力输出轴24作功。
(2) .助推活塞9压縮气缸8内余气、排气；如图l、图2; d.(排气)惯性轮20、 21惯性力，推
动活塞排气，回输储气罐。；惯性轮20、 21旋转、通过连杆22、推动活塞9、压縮气缸8 内余气、通过排气阀IO、排气口12、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、 "蜂窝管"式气体压强转换增压器14、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、 回输气导管15a、拟制阀16、回输到气罐l中往复使用。 二.发动机工作过程与启动步骤； (一)发动机工作、作功原理 将已制备压縮空气储气罐l中的(300个大气压)压縮空气气体；
1. 如图l;a.通过储气罐输气导管2，经过电控气流量调节阀(开)3、通过进气口5、经迸气 门套管6阀7 (开)进入气缸8内(8-10个大气压)、排气门套管11阀10 (关)与汽缸头4;由 磁电机(启动机、磁电感应器)17供电；(磁电机、启动机)磁电感应器图12、 z8产生感 应信号、通过〔ECU〕图12、 z6控制的电磁阀体18与活塞9顶部的软磁体19的排斥力共同作 用；推动活塞9向下滑行，通过连杆22使曲轴23顺时针旋转0-18(TC，完成第一冲程作功。
2. 如图l; b.第一冲程完成后，由安装在曲轴输出轴24上的惯性轮21、 22产生的惯性力和汽缸 头4;由磁电机(启动机、磁电感应器)17供电；(磁电机、启动机)磁电感应器图12、 z8 产生感应信号、通过〔ECU〕图12、 z6控制的电磁阀体18与活塞9顶部的软磁体19的吸引力 共同作用；使曲轴23顺时针旋转180-360°C、通过连杆22使活塞9向上滑行、进、排气门阀7、
10关压縮气缸8内空气，完成第二冲程。
3. 如图l; c.再由活塞9向上滑行压縮气缸8内空气产生的膨胀压力(7个大气压)和气缸头4; 由磁电机(启动机、磁电感应器)17供电；(磁电机、启动机)磁电感应器图12、 z8产生 感应信号、通过〔ECU〕图12、 z6控制的电磁阀体18与活塞9顶部的软磁体19的排斥力和惯 性轮21、 22产生的惯性力共同作用；推动活塞9向下滑行，通过连杆22使曲轴23顺时针旋转 360-540°C，完成第二冲程作功。
4. 如图l; d.由惯性轮20、 21产生惯性旋转力和汽缸头4;由磁电机(启动机、磁电感应器)17 供电；(磁电机、启动机)磁电感应器图12、 z8产生感应信号、通过〔ECU〕图12、 z6控制 的电磁阀体18与活塞9顶部的软磁体19的吸引力共同作用；使曲轴23顺时针向上旋转540-720 'C。通过连杆22推动活塞9向上滑行进气门阀7、关、排气门阀IO、开。将气缸8内空气，由 排气口12、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)进气管13、"蜂窝管"式气体压强转换增 压器14、("蜂窝管"式气体压强转换增压器)排气管15、回输气导管15a、拟制阀16,将 气体回输到压縮空气储气罐l中，完成第四冲程。完成一次全程工作。
(二)发动机启动操作方法；启动分以三步骤；
第一步骤；经接通外电源图12、 zl，驱动(压縮空气储气罐l)上的充气〔空气〕压縮机，
向压縮空气储气罐l中，注入压縮气体(300个大气压)。 第二步骤；打开电控气流量调节阀3。
第三步骤；启动磁电机(启动机、磁电感应器〕17，驱动曲轴23输出轴24向顺时针旋转。 带动惯性轮20、 21旋转，待惯性轮20、 21旋转、运行时，关闭磁电机(启电机、 磁感应器〕17电源，发动机开始运行、工作。
权利要求
1.一种直接充气、自控补气式往复压缩空气动力、电磁力、惯性力工作、作功的活塞式四冲程发动机；是由以下3部分结构组成；1)、空气动力循环结构组成；是由两端半圆、圆柱形或方形的压缩空气储气罐(1)，其罐上安装有；充气〔空气〕压缩机(25)；补气〔空气〕压缩机(26)、压力安全阀(27)、气压表(28)；在罐体部或罐两端的储气罐输气导管(2)接口与回输气导(15a)接口，其结构组成与储气罐(1)连接，按其空气动力流向(图2)、发动机的工作气体可分为供气与回输气体两种连接方式；(1).供气结构连接；由储气罐输气导管(2)、电控气流量调节气阀(3)、气缸头(4)上的进气口(5)连接组成；(2). 回输气体结构连接；由气缸头(4)上的排气口(12)、“蜂窝管”式气体压强转换增压器进气管(13)、“蜂窝管”式气体压强转换增压器(14)、“蜂窝管”式气体压强转换增压器排气管(15)、回输气导管(15a)、拟制阀(16)、压缩空气储气罐(1)进气口(略)连接组成；2)、机械结构组成；由安装在曲轴箱(略)上的曲轴(23)、曲轴(23)上的凸轮(略)、磁电机〔启动机〕(17)、惯性轮(20、21)、曲轴(23)上的连杆(22)，连杆(22)上活塞(9)，活塞(9)顶软磁体槽(41)与活塞环槽(42、42、44)，镶嵌软磁体(18)与活塞环(略)；活塞(9)安装在气缸(8)内、气缸(8)外套缸桶(略)、缸桶(略)上安装气缸头(4)，气缸头(4)上的电磁阀体(18)；进气门阀套管(6)、内，安转滑动式进气门阀(7)；排气门阀套管(11)内，安装排气门阀(10)；气门弹簧(54)、摇臂(略)、顶杆(略)机油泵(略)、齿轮箱(略)、蓄电池(图12、z5)、〔ECU〕(图12、z6)等组成；3)充气、补气与电磁系统结构组成；(1). 充气系统结构；由压缩空气储气罐(1)上，安装的充气〔空气〕压缩机(25)、外接电源插头(图12、z1)连接组成；(2). 补气系统结构组成；由压缩空气储气罐1上，安装的补气〔空气〕压缩机(26)、(压缩空气储气罐)压力感应器(图12、z7)、〔ECU〕(图12、z6)、蓄电池(图12、z5)、磁电机〔启动机、磁电感应器〕(17)连接组成；(3). 电磁系统结构；由气缸头(4)上，镶嵌的电磁阀体(18)、〔磁电机启动机〕磁电感应器(图12、z8)、〔ECU〕(图12、z6)、磁电机〔启动机、磁电感应器〕(17)连接组成。
2. 根据权利请求1所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压縮空气动力、电磁力、惯 性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；直接充气系统结构；是在压縮空气储 气罐(1)上；安装的充气〔空气)压縮机(25),通过外接电源与插头(图2、 zl)驱动直 接充气。
3. 根据权利请求1所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压縮空气动力、电磁力、惯 性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；自控补气系统结构；是由压縮空气储 气罐(1)上，安装的补气〔空气)压縮机(26)、(压縮空气储气罐〕压力感应器(图12、 z7) 、 (ECU〕(图12、 z6)、蓄电池(图12、 z5)、磁电机〔启动机、磁电感应器)(17) 连接。
4. 根据权利请求1所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压缩空气动力、电磁力、惯 性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；"蜂窝管"式压强转换增压器作用； 当气体进入"蜂窝管"式压强转换增压器(14)的压强减小、压力减小；排出"蜂窝管" 式压强转换增压器(14)的气体压强增大、压力增大，起到协助活塞(9)，将发动机工作 后的气体，回输到压縮空气储气罐(1)中，往复利用压縮气体的作用。
5. 根据权利请求l所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压縮空气动力、电磁力、惯 性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；活塞(9)顶部镶嵌软磁体(19)，活 塞环配置；金属气环(略)、橡胶气环(略)、金属油环(略)。
6. 根据权利请求1所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压縮空气动力、电磁力、 惯性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；气缸头(4)内置有两个进气段膨隆 的气门阀套管(6、 11),并有成角同铸等径的进、排气管(5、 12)及镶嵌套管之间的电 磁阀体(18)。
7. 根据权利请求1所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压縮空气动力、电磁力、惯 性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；发动机工作时，可以两冲程作功；第 一冲程由压縮空气压力和汽缸头(4);由磁电机(启动机、磁电感应器)供电；(磁电机、启动机)磁电感应器(图12、 z8)产生感应信号、通过(ECU)(图2、 z6)控制的电磁阀体( 18)和活塞(9)顶部的软磁体(19)的排斥力共同作功；第三冲程活塞(9) 向上滑行压縮气缸(8)内空气产生的膨胀压力(7个大气压)和汽缸头(4)上、由由磁电机(启动机、 磁电感应器〕供电；〔磁电机、启动机)磁电感应器(图12、 z8)产生的感应信号、通过〔ECU〕(图2、 z6)控制的电磁阀体(18)和活塞(9)顶部的软磁体(19)的排斥力和惯 性轮(21、 22)产生的惯性力共同作功。
8. 根据权利请求l所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压縮空气动力、电磁力、 惯性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；由凸轮(略)、摇臂(略)驱动滑 行的进气门阀(7)、排气门阀(10);并配有密封环，控制气缸(8)内的进气与排气功 能。
9. 根据权利请求l所述的一种直接充气、自控补气式往复利用压縮空气动力、电磁力、 惯性力工作、作功的活塞式四冲程发动机，其特征是；安装在曲轴(23)两侧上的一对等 质量惯性轮(20、 21),是由铝合金金属轮缘内镶嵌铅金属制成，其直径根据活塞(9)截 面积与曲轴(23)的曲度确定；其惯性力作用；1)、助推活塞(9),产生气缸(8)压力 膨胀力作功；2)、助推活塞(9)完成发动机排气冲程。
全文摘要
本发明是一种机械设备；是一种直接充气、自控补气式往复利用压缩空气动力工作、作功的发动机；是由发动机的压缩空气压力结构；机械结构；充气、补气与电磁系统结构；发动机工作过程结构组成。具有往复利用压缩气体工作、作功的结构特征。可匹配驱动各类机动交通、运输工具；也可匹配发电机，建组机发电。达到发动机工作、续航时间长、节能、环保；推动交通、运输业，可持续性发展的目的。
文档编号F01B17/00GK101368485SQ20081021325
公开日2009年2月18日 申请日期2008年8月16日 优先权日2008年8月16日
发明者阳 高 申请人:阳 高