专利名称：气动车辆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种气动车辆，更具体地，涉及ー种使用空气动カ发动机作为动力源的压缩空气动カ汽车。
背景技术：
大多数地面车辆，比如汽车、卡车、越野车等均采用以燃油作为エ质的内燃机作为动カ源。这种采用燃油作为エ质的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另ー方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得，石油资源的日益紧缺使得燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，并以这种替代能源作为地面车辆的动カ源成为现代车辆发展急需解决的问题，气动汽车正是适合这种需要而逐步走入世人的眼界。气动汽车利用高压压缩空气在发动机气缸内膨胀做功过程，推动活塞做功对外输 出动力，驱动汽车行驶。它不消耗燃料，是真正零排放的环保汽车，能有效地缓解城市空气污染严重和石油资源匮乏的情況。为此，许多国家都积极投入对气动汽车的研究。典型的气动汽车为法国MDI公司的设计师Guy Negre在专利FR2731472A1中公开的采用压缩空气的双燃料工作模式汽车。在该专利文献中，气动汽车采用了可在燃料供应和压缩空气供应两种模式下工作的发动机，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特别是市区和市郊，将压缩空气(或其他任何非污染的压缩气体)注入燃烧室。这种发动机虽然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放问题依然未能解決。为了进ー步减轻污染，专利US6311486B1进ー步公开了ー种采用纯空气动カ发动机的气动汽车，这种纯空气动カ发动机采用了三个独立的室吸气-压缩室、膨胀排气室和恒定容积燃烧室，并且吸气-压缩室通过阀连接到恒定容积燃烧室，恒定容积燃烧室通过阀连接到膨胀排气室。这种发动机的问题之ー是压缩气体从吸气-压缩室到膨胀排气室经历的时间较长，获得驱动活塞做功的动カ源气体时间较长，同时，从膨胀排气室排出的高压气体未能得到使用，这就限制了这类气动汽车的工作效率和续航里程。美国专利US2006225941A1公开了ー种压缩空气动カ车辆，这种压缩空气动カ车辆以压缩空气作为动カ源，通过气动马达带动涡轮发电机发电，涡轮发电机发出的电用来驱动与车轴连接的电动机，电动机转动带动车辆行迸。这种气动车辆采用了多种电机，机构复杂、输出力矩小，难以得到推广应用。本申请的申请人在其中国专利CN101428555 A公开了ー种空气混合动カ汽车，该混合动カ汽车包括能量回收装置、能力存储装置、动カ驱动装置、控制装置、换挡装置及辅助装置。当机动车正常行驶时，空气动カ发动机提供动力，当机动车在制动、刹车、转弯等需要减速时，进行能源回收。这种混合动カ汽车一定程度上利用了压缩空气发动机的排气，提高了压缩空气的能量利用率。但这种气动汽车未有效地对压缩空气进行量化控制，所存储的压缩空气不能最大限度地得到利用，续航里程受到一定限制。
实用新型内容基于上述问题，本实用新型提供一种改进的气动车辆，g在提供一种结构相对简单、续航里程大幅度増加的气动车辆。为此，本实用新型采用如下的技术方案。根据本实用新型的第一个方面，提供一种气动车辆，这种气动车辆包括车辆框架、底盘、车轴以及和车轴连接的多个车轮；空气动カ发动机，其通过多柱体动カ分配器连接到动カ传动单元；发电机，其和多柱体动カ分配器连接，以利用空气动カ发动机的转动动能发电，并将发出的电能送入蓄电池単元；主储气罐，其和下游的减压储气罐连接，以便为空气动カ发动机提供所需的高压压缩空气；并且其中，所述气动车辆还包括加热调节器，其与减压储气罐连接，以对进入其中的压缩空气进行增压和升温；流量控制阀，其通过稳压罐、过滤干燥器和加热调节器连接，以从加热调节器接收升温后的压缩空气；空气分配控制器，其接收来自流量控制阀的压缩空气，并将压缩空气分配到空气动カ发动机的气缸，以驱动空气动カ发动机工作；以及控制装置，其根据气动车辆的エ况和驾驶员的操作控制流量控制阀。优选的是，所述气动车辆进一歩包括安装在车轴上的压缩机，所述压缩机根据控·制装置的指令运行，以在车辆制动、滑行时为主储气罐提供高压压缩空气。优选的是，所述气动车辆进一歩包括尾气回收和增压回路。优选的是,所述气动车辆包括起动通路。根据本实用新型的示范性实施例，所述尾气回收和增压回路包括消声器、尾气回收装置、过滤器、尾气增压压缩机、直流电机及其多个连接管路。优选的是，所述尾气增压压缩机由直流电机带动，所述直流电机经可控开关与蓄电池单元连接，以在控制装置的控制下启动或停止。优选的是，所述起动通路包括起动控制阀、压カ补偿管路和压カ补偿器，所述起动控制阀响应气动车辆的起动信号，以在车辆起动时，连通起动通路。优选的是，所述尾气增压压缩机通过分支管路分别连接到主储气罐和减压储气罐，在主储气罐和尾气增压压缩机之间的分支管路上设有限压阀，在尾气增压压缩机和减压储气罐之间的分支管路上设有顺序阀。优选的是，所述限压阀的开启压カ为10MPa、12 MPa或15MPa。在本实用新型的优选实施例中，所述控制装置包括多个输入和至少ー个输出，所述多个输入包括储气压力、加速踏板信号、温度信号和制动信号，所述至少一个输出为控制流量控制阀操作的控制指令。优选的是，所述控制装置包括数据单元、空气流量控制模块、制动控制模块和压缩机控制模块。优选的是，所述发电机和蓄电池単元之间连接有变频装置。优选的是，所述加热调节器还连接有辅助加热剂箱，所述辅助加热剂箱内装有可燃烧的流体。更加优选的是，所述加热调节器内设有由蓄电池単元供电的电加热器，所述加热调节器和辅助加热剂箱之间连接有辅助阀，所述控制装置基于温度传感器检测的温度控制辅助阀或电加热器，从而调节加热调节器内的温度。由于本实用新型在气动车辆的车轴上采用了压缩机，有效地利用了车辆制动、滑行时的动能来采集压缩空气，因此能提高车辆的续航里程。并且基于车辆的运行状态和驾驶员的操作来控制压缩空气的流量，可以更加高效地利用压缩空气，从而提高气动车辆的性能。
现在将描述根据本实用新型的优选但非限制性的实施例，本实用新型的这些和其他特征、方面和优点在參考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中图I是根据本实用新型的气动车辆的总体结构的方框示意图；图2是图I中的控制装置的结构框图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。现在參考附图，图I描述了根据本实用新型的气动车辆的总体结构的优选实施例。如图I所示，气动车辆包括车辆框架(未示出)、支撑在车辆框架上的底盘(未示出)以及连接在车轴49上的多个车轮51。支撑在底盘上的是空气动カ发动机31，该空气动カ发动机可以是直列多缸发动机，比如本申请的申请人在其中国申请CN201110331831.3中所公开的ニ冲程空气动カ发动机，也可以是V型多缸空气动カ发动机。空气动カ发动机31通过多柱体动カ分配器40连接到传统车辆所采用的动カ传动单元45，以将空气动カ发动机31的动カ通过车轴49传递到车轮51。多柱体动カ分配器40为ー种动カ分配装置，其具有传统联轴器的功能，并可将动カ装置的输出动力同时进行多路输出，其详细的构造在本申请的申请人的中国专利申请201110331831. 3和201110373185. 7中得到了描述，在此，这两个申请的全文通过引用结合于本文中，以对多柱体动カ分配器40进行公开。本实用新型的车轴49优选地具有内部中空结构和外部圆柱形的形状，以通过例如是花键、销的形式与多个径向压缩机43连接。车轴49的纵向外部可配置成具有多个空气吸入孔，以在压缩机43工作时为压缩机43提供外部空气。本实用新型的压缩机43可根据设计需要采用ー个、ニ个、三个、四个等，在优选实施例中，如图I所示，采用了两个相同结构的压缩机43。车轴49进ー步连接有制动单元50，以在车辆制动时为车辆提供制动。压缩机43可根据车辆エ况和驾驶员的操作进行工作和停止，以充分利用车辆的制动、滑行、減速等运动来对储气罐进行补充充气。压缩机43的这种工作模式将在后文结合控制系统进行阐述。现在回到图1，将详细描述气动车辆的工作过程。主储气罐46存储压カ为20MPa 45MPa之间的高压压缩空气，优选地为30MPa。主储气罐47通过加气管路(未标记)与外部加气设备连接，以从压缩空气加气站或外部高压气罐获得所需的压缩空气。主储气罐46上设有监测罐内压缩空气压カ和容量的压カ表42和流量表43。从主储气罐46出来的高压压缩空气经设有单向阀2的管路进入到减压储气罐5，并在减压储气罐5内得到一定程度的减压。减压储气罐5通过储气罐管路14连接到加热调节器17。经过减压后的高压压缩空气在加热调节器17内进行加热，以提高压缩空气的压力和温度。加热调节器17为ー种综合加热装置，其内部具有容纳空气的空腔，空腔内设有依靠蓄电池単元3供电的电加热器(也可以是点火器)，以直接对空腔内的空气进行加热，从而将压缩空气的温度提高到例如是400°C左右。加热调节器17还可通过管路与辅助加热剂箱52连接。该辅助加热剂箱52的内部装有可燃烧的辅助加热剂，比如是天然气、汽油、柴油或其他可燃烧气体。在加热调节器17和辅助加热剂箱52之间设有可控制开/闭的辅助阀16，该辅助阀16是可控的开关阀，其根据控制装置35发出的控制指令开启或关闭，以调节加热调节器17内部的压缩空气的温度。经过加热调节器17加热调节后的压缩空气经稳压罐21稳压后再经管路22连接到过滤干燥器23，经过滤干燥器23干燥后的压缩空气经管路24送入流量控制阀25。流量控制阀25受控制装置35控制，以根据空气动カ发动机31的エ况和驾驶员的操作来确定流量控制阀25的开度和开启时间，从而调节进入空气动カ发动机31的压缩空气量。经流量控制阀25调节的压缩空气通过管路27送入空气分配控制器28。空气分配控制器28是ー种机械式控制器，其可将压缩空气均匀地分配到空气动カ发动机31内的各个气缸，以驱动空气动カ发动机31工作。空气分配控制器28的详细构造在本申请的申请人的中国专利申请201110331822. 4中得到了描述，在此，该申请的全文通过引用结合于本文中。空气动カ发动机31通过其曲轴与多柱体动カ分配器40可转动地连接。多柱体动カ分配器40进ー 步与动力传动单元45连接，以将来自空气动カ发动机31的动カ传递到气动车辆的车轮51，从而驱动车辆行驶。多柱体动カ分配器40与发电机47的转轴可转动地连接，以带动发电机47发电。发电机47发出的电经变频装置48转变为直流电存储在蓄电池単元3中，以供车辆的其他用电单元使用。自空气动カ发动机31排出的尾气依然具有一定的压力，其可通过管路回收和增压后进行重复利用，从而最大程度地利用压缩空气的压能。该尾气回收和增压回路包括消声器30、尾气回收装置29、过滤器15、尾气增压压缩机10、直流电机6及其多个连接管路。尾气经消声器管路32被送入消声器30，消声后的尾气被送入尾气回收装置29。尾气回收装置29可以是简单的聚气罐，也可以是附加抽气单元的容器。从尾气回收罐29出来的尾气经过滤器15过滤后送往尾气增压压缩机10。尾气增压压缩机10由可控开关4控制的直流电机6带动，以对回收的尾气增压。经过尾气增压压缩机10压缩后的尾气其压力得到显著的増加，通常能达到5 MPa以上。在尾气增压压缩机10的下游处设有单向阀9，增压后的尾气经单向阀9分成两路分别送入主储气罐46和减压储气罐5。在通往主储气罐46的分支管路8上设有开启压カ设定为例如是IOMPa的限压阀7，以将较高压的压缩空气送往主储气罐46。在通往减压储气罐5的管路上设有顺序阀9，当尾气增压压缩机10增压后的尾气压カ小于IOMPa时，增压尾气通过限压压カ设定为例如是IOMPa的顺序阀(该顺序阀在进气压カ小于IOMPa时开启，在进气压カ大于IOMPa时自动关闭)送入减压储气罐5。在备选方案中，可根据实际需要，设定限压阀的开启压力和顺序阀的关闭压力。例如可以是7Ma至20MPa之间的任何压力。优选的是，是10、12、15MPa中的任何ー个。如此ー来，用于驱动空气动カ发动机31的高压压缩空气在做功之后其相当一部分通过尾气回收和增压回路增压浄化后回收到主储气罐46，从而实现了尾气的再利用。尾气回收和增压回路的存在不仅相当程度地解决了具有相当压カ的尾气直接排气大气造成的噪声污染问题，而且有效地減少了对大容量主储气罐46的容积需求问题。换句话说，对于给定容量的主储气罐46，尾气回收和增压回路的存在大大增加了空气动カ发动机31的持续工作时间，大大増加了气动车辆的持续工作时间，从而明显地提气动车辆的性能。在减压储气罐5和空气分配器28之间，还设有便于空气发动カ发动机31迅速起动的压缩空气供应通路(以下称起动通路)。该起动通路包括起动控制阀12、压カ补偿管路13、压カ补偿器26和管路27。在气动车辆起动吋，经减压储气罐5加压后的压缩空气经过起动控制阀12直接进入压カ补偿管路13，经压カ补偿器26压カ补偿后，直接进入空气分配控制器28 ;高压压缩空气经空气分配控制器28的调节和分配后进入空气动カ发动机31的各个气缸，从而快速起动空气动カ发动机31。由于起动通路管路短、送入的压缩空气压カ大，空气动カ发动机31能迅速起动,提高了气动车辆的起动性能。当空气动カ发动机31正常起动后，起动控制阀12关闭起动通路，减压储气罐5连接加热调节器17的储气罐管路14连通，压缩空气开始正常地供应空气动カ发动机31。气动车辆设有控制装置35，以根据气动车辆的エ况和驾驶员的操作对气动车辆进行控制。如图I和图2所示，控制装置具有多个输入，例如F/R信号38 (前进/倒档控制信号)、加速踏板信号Acc 37、发动机转速Ne信号36、主储气罐储气压力信号39、制动信号53以及由安装在加热调节器17上的温度传感器18测量的温度信号34。多个输入信号输 入控制装置35后经控制装置35处理后发出控制流量控制阀25的控制指令33，流量控制阀25根据控制指令33确定自身的开度大小和持续打开时间，从而控制压缩空气进气量。控制装置35的具体结构如图2所示。控制装置35包括数据单元35_7、起动控制模块35-2、空气流量控制模块35-1、加热控制模块35-3、制动控制模块35_6、压缩机控制模块35-5。数据单元35-7接收外部输入信号Acc、F/R、Ne，这些信号经数据单元35_7处理后，送往空气流量控制模35-1和压缩机控制模块35-3，空气流量控制模块35-1向流量控制阀25发出指令，以控制流量控制阀25的开度和持续开启时间，经流量控制阀25流通的适当量的压缩空气再经空气分配控制器28分配到空气动カ发动机31，从而完成空气动カ发动机31的供气过程。当传感器检测到加速踏板下压即Acc信号时，数据单元35-7将Acc信号送入空气流量控制模块35-1，空气流量控制模块35-1使得流量控制阀25开启到适当程度，一定流量和压カ的压缩空气经过流量控制阀25进入空气动カ发动机31，从而使空气动カ发动机31输出适当的功率。制动信号53响应驾驶员的制动操作，当制动控制模块35-6接收到制动信号53时，制动控制模块35-6发出控制制动单元50的指令，制动单元50操作，车轮51制动。同吋，制动控制模块35-6促动压缩机控制模块35-3向压缩机43发出启动工作指令，压缩机43开始工作，以从大气环境中吸入过滤的清洁空气并压缩，以向主储气罐46充气。当空气动カ发动机31的转速Ne降低到设定值(比如怠速转速)时，压缩机控制模块35-5向压缩机43发出停止工作指令，压缩机43停止工作。当车辆下坡或滑行时，压缩机控制模块35-5发出启动压缩机43工作的指令，压缩机43继续向主储气罐46供应压缩空气。当主储气罐46的压カ过低吋，即反映主储气罐46内压缩空气容量的储气压力信号39过低时(例如压カ低于3MPa吋)，压缩机控制模块35-5接收到此信号吋，即可向压缩机43发出启动工作的控制指令，压缩机43工作。当车辆起动时，起动控制模块35-2接收到起动信号54，起动控制阀12连通起动通路，压カ补偿器工作，空气动カ发动机31迅速起动。控制装置35还包括控制加热调节器17工作的加热控制模块35-3，当加热调节器17内的压缩空气的温度34超过设定阈值吋，加热控制模块35-3发出关闭辅助阀16的指令，辅助加热剂箱52停止向加热调节器17内供应燃烧气体，同时电加热器停止加热，这样就可将电加热器17内的压缩空气温度控制在阈值温度范围之内。在示例性实施中，本实用新型的阈值温度设置为400°C。根据气动车辆设计需要，压缩机控制模块还可以控制尾气回收和增压回路。比如在发动机怠速或低速低负荷运转时，可通过控制可控开关4的断开，来切断尾气回收和增压回路的工作。尽管參考附图详细地公开了本实用新型，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本实用新型的应用。本实用新型的保护范围由附加权利要求限定，并可包 括在不脱离本实用新型保护范围和精神的情况下针对本实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。
权利要求1.一种气动车辆，其包括 车辆框架、底盘、车轴以及和车轴连接的多个车轮； 空气动力发动机，其通过多柱体动力分配器连接到动力传动单元； 发电机，其和多柱体动力分配器连接，以利用空气动力发动机的转动动能发电，并将发出的电能送入蓄电池单元； 主储气罐，其和下游的减压储气罐连接，以便为空气动力发动机提供所需的高压压缩空气；其特征在于，所述气动车辆还包括 加热调节器，其与减压储气罐连接，以对进入其中的压缩空气进行增压和升温； 流量控制阀，其通过稳压罐、过滤干燥器和加热调节器连接，以从加热调节器接收升温后的压缩空气； 空气分配控制器，其接收来自流量控制阀的压缩空气，并将压缩空气分配到空气动力发动机的气缸，以驱动空气动力发动机工作；以及 控制装置，其根据气动车辆的工况和驾驶员的操作控制流量控制阀。
2.根据权利要求I所述的气动车辆，其特征在于，进一步包括安装在车轴上的压缩机，所述压缩机根据控制装置的指令运行，以在车辆制动、滑行时为主储气罐提供高压压缩空气。
3.根据权利要求I所述的气动车辆，其特征在于，进一步包括尾气回收和增压回路。
4.根据权利要求I所述的气动车辆，其特征在于，进一步包括起动通路。
5.根据权利要求3所述的气动车辆，其特征在于，所述尾气回收和增压回路包括消声器、尾气回收装置、过滤器、尾气增压压缩机、直流电机及其多个连接管路。
6.根据权利要求5所述的气动车辆，其特征在于，所述尾气增压压缩机由直流电机带动，所述直流电机经可控开关与蓄电池单元连接，以在控制装置的控制下启动或停止。
7.根据权利要求4所述的气动车辆，其特征在于，所述起动通路包括起动控制阀、压力补偿管路和压力补偿器，所述起动控制阀响应气动车辆的起动信号，以在车辆起动时，连通起动通路。
8.根据权利要求5所述的气动车辆，其特征在于，所述尾气增压压缩机通过分支管路分别连接到主储气罐和减压储气罐，在主储气罐和尾气增压压缩机之间的分支管路上设有限压阀，在尾气增压压缩机和减压储气罐之间的分支管路上设有顺序阀。
9.根据权利要求8所述的气动车辆，其特征在于，所述限压阀的开启压力为10MPa、12MPa 或 15MPa。
10.根据权利要求I所述的气动车辆，其特征在于，所述控制装置包括多个输入和至少一个输出，所述多个输入包括储气压力、加速踏板信号、温度信号和制动信号，所述至少一个输出为控制流量控制阀操作的控制指令。
11.根据权利要求10所述的气动车辆，其特征在于，所述控制装置包括数据单元、空气流量控制模块、制动控制模块和压缩机控制模块。
12.根据前述权利要求1-11中任一项所述的气动车辆，其特征在于，所述发电机和蓄电池单元之间连接有变频装置。
13.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中任一项所述的气动车辆，其特征在于，所述加热调节器还连接有辅助加热剂箱，所述辅助加热剂箱内装有可燃烧的流体。
14.根据权利要求12所述的气动车辆，其特征在于，所述加热调节器还连接有辅助加热剂箱，所述辅助加热剂箱内装有可燃烧的流体。
15.根据权利要求13所述的气动车辆，其特征在于，所述加热调节器内设有由蓄电池单元供电的电加热器，所述加热调节器和辅助加热剂箱之间连接有辅助阀，所述控制装置基于温度传感器检测的温度控制辅助阀或电加热器，从而调节加热调节器内的温度。
16.根据权利要求14所述的气动车辆，其特征在于，所述加热调节器内设有由蓄电池单元供电的电加热器，所述加热调节器和辅助加热剂箱之间连接有辅助阀，所述控制装置基于温度传感器检测的温度控制辅助阀或电加热器，从而调节加热调节器内的温度。
专利摘要本实用新型涉及一种气动车辆，具体而言，涉及一种使用空气动力发动机作为动力源的压缩空气动力汽车。该气动车辆包括车辆框架、底盘、车轴、空气动力发动机、发电机、主储气罐、加热调节器、流量控制阀、空气分配控制器以及控制装置。该控制装置根据气动车辆的工况和驾驶员的操作控制流量控制阀的开度和持续时间，从而调节空气动力发动机的功率输出。该气动车辆的车轴上还安装有可在车辆制动、滑行时工作的压缩机，以增加气动车辆的续航里程。并且，气动车辆还具有尾气回收和增压回路，以充分利用空气动力发动机的尾气。
文档编号F01B23/02GK202557273SQ20122020019
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者周登荣, 周剑 申请人:周登荣, 周剑