可补充压缩空气的发动机系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种可补充压缩空气的发动机系统，包括空气压缩装置、储气罐、恒压气罐及具有入气接口的涡轮发动机，空气压缩装置与储气罐的入口相连通，储气罐的出口与恒压气罐的入口相连通，恒压气罐的出口与入气接口连通；空气压缩装置包括复位件及筒体与活塞，筒体的一端固定于空气动力汽车的车架或车身并具有进气口，筒体的另一端形成容纳活塞并与进气口连通的腔室，活塞的一端固定于空气动力汽车的车架或车身并具有出气口，活塞的另一端滑动设置于腔室内并具有与出气口相连通的活塞入气口，复位件设置于筒体及活塞之间并提供使活塞脱离筒体的弹力。本实用新型可以在行驶的过程中自动补充压缩空气，无需反复充气，行驶距离较长。
【专利说明】可补充压缩空气的发动机系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及空气动力汽车【技术领域】，尤其涉及一种能够在汽车行驶过程中可补充压缩空气的发动机系统。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，人类对于能源的需求在进入二十世纪下半页之后达到了前所未有的高峰，地球上的各种传统能源在短时间内被利用殆尽，资源储备日趋枯竭。随着这种对能源的过度开采利用，人类不可避免地遭遇了两大全球性问题，一是伴随工业发展而至的环境污染问题，二是资源枯竭带来的能源短缺问题。
[0003]温室效应的不断加强及能源危机的日益深化，使得人类不得不开始面对这两大问题，并着手研究缓解、解决这些问题的对策和措施。而对可再生的能源的开发和利用，不仅能够在保障人类能源需求的基础上，降低对传统能源储备的消耗，更减少了燃烧化石能源而产生的废气、废料排放，从根源上缓解了环境污染问题。作为新能源中的突出代表，太阳能、风能、水力能等已经在多个领域中被运用并成功取代化石能源。然而，在某些领域，仍然依靠传统能源来提供动力，对新能源的研究应用较少。
[0004]汽车是现代社会中被使用最广泛的科技产物之一，在人口高速增长的今天，汽车的数量也急剧增加，但是，目前绝大多数的汽车，依然是使用传统的化石能源发动机，这就造成了对化石能源的大量消耗，并且，使用传统化石能源发动机的汽车，在行驶过程中排放了大量的有毒气体，对环境的污染相当严重。
[0005]现有技术中已经存在着一些利用空气能作为动力的空气动力汽车，这些汽车使用的是与化石能源发动机不同的空气动力发动机，依靠高压空气提供的能量来驱动发动机及汽车工作。这种新兴的空气动力汽车，不依赖于燃烧传统化石能源而获取动力，使用的仅仅是压缩过的空气，行驶过程中对外界实现零排放，无污染，符合发展潮流。但是，现有的空气能动力汽车都是在车身上配备一用于储存高压气体的储气罐，依靠储气罐对空气动力发动机提供高压气体，当储气罐中的气体不足时，需要对储气罐进行充气，才能重新发动汽车。由于车身大小的限制，储气罐不能做的太大，因此其所提供的气体的量比较有限，仅能够维持汽车行驶一定的距离，这就对汽车的使用造成了很大的不便。
[0006]因此，急需一种在行驶过程中能够可补充压缩空气的发动机系统。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的在于提供一种在行驶过程中能够可补充压缩空气的发动机系统。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种可补充压缩空气的发动机系统，安装于空气动力汽车并藉由压缩空气驱动转轴转动以输出动能，所述可补充压缩空气的发动机系统包括空气压缩装置、储气罐、恒压气罐及具有入气接口的涡轮发动机，所述空气压缩装置与所述储气罐的入口相连通，所述储气罐的出口与所述恒压气罐的入口相连通，所述恒压气罐的出口与所述入气接口连通并向所述涡轮发动机提供压缩空气；所述空气压缩装置包括复位件及呈中空结构的筒体与活塞，所述筒体的一端固定于所述空气动力汽车的车架或车身的其中一者并具有进气口，所述筒体的另一端形成滑动容纳所述活塞并与所述进气口连通的腔室，所述活塞的一端固定于所述空气动力汽车的车架或车身其中的另一者并具有与所述入气接口相连通的出气口，所述活塞的另一端滑动设置于所述腔室内并具有与所述出气口相连通的活塞入气口，所述复位件设置于所述筒体及活塞之间并提供使所述活塞脱离所述筒体的弹力。
[0009]与现有技术相比，由于本实用新型在发动机系统中加入了所述空气压缩装置，既在车身与车架上分别安装所述筒体及活塞，利用汽车在行驶过程中产生颠簸或振动而导致的车身与车架的相互分离或靠近，来使所述活塞在所述筒体内不断做活塞运动，从而对由所述进气口进入所述腔室的空气进行压缩，并将压缩空气通过所述出气口输出给所述涡轮发动机，保证了汽车在行驶过程中，所述涡轮发动机能够得到充足的高压气体供应，进而提高了汽车的单次行驶路程，减少了充气次数，大大提高了空气动力汽车的实用性。
[0010]较佳地，所述涡轮发动机包括至少两个相互隔离的涡轮室，所述入气接口开设于所述涡轮室的侧壁，所述转轴设置于所述涡轮室内且所述转轴的外侧壁形成有环形滚槽，所述涡轮室内具有活动套设于所述转轴的涡轮，所述涡轮的内侧壁开设有与所述环形滚槽相应的弧形槽，所述环形滚槽与所述弧形槽之间活动地设有一滚子，且所述弧形槽的一端形成在所述涡轮转动时将所述滚子压紧于所述环形滚槽内的顶压部。由于本实用新型的所述涡轮发动机采用在多个涡轮室内分别设置多个活动套设于所述转轴的涡轮的结构，当压缩空气推动一个所述涡轮转动时，所述涡轮的顶压部顶推所述滚子并将所述滚子压紧在所述转轴的环形滚槽内，从而利用摩擦力带动所述转轴转动而输出动能。当所述转轴转动时，由于其他涡轮室里的其他所述涡轮活动套设于所述转轴，且滚子并没有被压紧，没有摩擦力带动其他所述涡轮跟随所述转轴转动，因此，避免了一个涡轮工作时其他涡轮跟随所述转轴转动所带来的机械损耗，多个涡轮之间不会产生干扰，动力输出稳定。当需要改变输出扭矩时，在其他所述涡轮室内通入压缩空气驱动所述涡轮转动，则可以增大对所述转轴施加的力矩，实现了无耗损的扭矩变化。
[0011 ] 具体地，所述涡轮具有多个叶片，所述叶片具有迎风面，所述入气接口的入气方向面向所述迎风面且与所述入气接口到所述转轴中心的方向成锐角设置。通过将所述入气接口的入气方向设置为与所述入气接口的安装位置到所述转轴中心的方向成锐角，则在所述涡轮转动的过程中，所述迎风面总会在某个位置垂直地受到压缩空气气流的冲击，最大化对压缩空气动能的利用。
[0012]具体地，所述转轴外固定地套设有一连接圈，所述环形滚槽设置于所述连接圈的外侧壁。将环形滚槽开设于所述连接圈上再将所述连接圈安装于所述转轴之外，可以避免在所述转轴之上直接开设所述环形滚槽，保证了所述转轴的机械强度，且使得加工及装配更加方便。
[0013]较佳地，所述弧形槽沿所述转轴的周向设置并呈深度渐变的锥形结构，且所述弧形槽的较浅端的底面与所述环形滚槽的底面之间的距离小于所述滚子的直径并形成所述顶压部。所述弧形槽在相对所述滚子转动的过程中，所述弧形槽的底面与所述滚子之间的距离不断变小直至接触，且继续转动并向所述环形滚槽顶压所述滚子，最终将所述滚子压紧在所述环形滚槽内，实现通过摩擦力而将所述涡轮的转动传递给所述转轴。
[0014]较佳地，所述进气口朝向所述空气动力汽车的前进方向。通过将所述进气口设置为朝向所述空气动力汽车前进的方向，使空气动力汽车在行驶过程中能有足量的空气从所述进气口自动进入到所述筒体内。
[0015]较佳地，所述进气口设有一打开后从外界向所述腔室导通的第一单向阀。所述第一单向阀保证空气只能从外界进入所述腔室，避免压缩后的空气从腔室中向外界泄露。
[0016]较佳地，所述活塞入气口设有一打开后从所述腔室向所述出气口导通的第二单向阀。所述第二单向阀保证压缩空气只能从所述腔室进入到所述活塞中而不会从所述活塞中回流到所述腔室内。
[0017]较佳地，所述涡轮发动机还具有排气接口，所述筒体上还开设有与所述排气接口相连通的回收气口，所述回收气口与所述腔室相连通且所述回收气口设有打开后从所述排气接口向所述腔室导通的第三单向阀。从所述排气接口从排出的气体还存在一定的压力，如果直接排放出外界，会造成浪费，因此通过所述回收气口将其回收入所述腔室内重新进行加压，通过循环使用提高了对压缩空气能量的利用率。所述第三单向阀的设置则保证压缩空气不会从所述回收气口倒流回所述排气接口。
[0018]较佳地，所述复位件为压缩弹簧。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型可补充压缩空气的发动机系统的整体示意图。
[0020]图2是本实用新型可补充压缩空气的发动机系统中涡轮发动机的局部剖视图。
[0021]图3是涡轮发动机涡轮室内涡轮与转轴的配合关系示意图。
[0022]图4是本实用新型可补充压缩空气的发动机系统中空气压缩装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合给出的说明书附图对本实用新型的较佳实施例作出描述。
[0024]如图1所示，本实用新型可补充压缩空气的发动机系统安装于空气动力汽车并藉由压缩空气驱动转轴11转动以输出动能，所述可补充压缩空气的发动机系统包括具有入气接口 102的涡轮发动机1、空气压缩装置2、储气罐3及恒压气罐4。所述空气压缩装置2与所述储气罐3的入口相连通，所述储气罐3的出口与所述恒压气罐4的入口相连通，所述恒压气罐4的出口与所述入气接口 102连通并向所述涡轮发动机I提供压缩空气。
[0025]结合图2及图3所示，所述涡轮发动机I包括至少两个相互隔离的涡轮室10，所述涡轮室10的侧壁开设有排气接口 101及所述入气接口 102，所述转轴11设置于所述涡轮室10内且所述转轴11的外侧壁形成有环形滚槽110，所述涡轮室10内具有活动套设于所述转轴11的涡轮12，所述涡轮12的内侧壁开设有与所述环形滚槽110相应的弧形槽120，所述环形滚槽110与所述弧形槽120之间活动地设有一滚子13，且所述弧形槽120的一端形成在所述涡轮12转动时将所述滚子13压紧于所述环形滚槽110内的顶压部121。
[0026]具体地，在本实施例中，所述涡轮发动机I具有四个并排且相互隔离的涡轮室10，所述转轴11沿四个所述涡轮室10的排列方向贯穿四个所述涡轮室10且一端伸出所述涡轮发动机I之外以连接其他传动装置。所述转轴11上紧密且固定地套设有一连接圈111，所述环形滚槽110沿所述转轴11的周向设置于所述连接圈111的外侧壁，且所述环形滚槽110的开口沿所述转轴11的径向朝外。将环形滚槽110开设于所述连接圈111上再将所述连接圈111安装于所述转轴11之外，可以避免在所述转轴11之上直接开设所述环形滚槽110，保证了所述转轴11的机械强度，且使得加工及装配更加方便。四个所述涡轮室10内分别设有一活动地套设于所述连接圈111 (亦即套设于所述转轴11)的涡轮12，所述涡轮12具有多个具有迎风面121a的叶片121且多个所述叶片121呈一体成型结构以加强强度。所述弧形槽120设置于所述涡轮12套设于所述连接圈111并与所述连接圈111接触的内侧壁，且所述弧形槽120沿所述转轴11的周向设置并呈深度渐变的锥形结构，所述弧形槽120的深度减小的方向与所述涡轮12转动的方向相同，具体地说，所述弧形槽120的一端的底面与所述环形滚槽110的底面的距离大于所述滚子13的直径以使滚子13在所述弧形槽120的这一端与所述环形滚槽110之间自由活动，而所述弧形槽120的另一端的底面与所述环形滚槽110的底面的距离小于所述滚子13的直径，且这一端形成所述顶压部121。所述弧形槽120在跟随所述涡轮12相对所述转轴11转动的过程中，所述弧形槽120的底面与所述滚子13之间的距离不断变小直至相互接触，且继续转动直到所述顶压部121向所述环形滚槽110顶压所述滚子13，最终将所述滚子13压紧在所述环形滚槽110内，实现通过摩擦力而将所述涡轮12的转动传递给所述转轴11。所述入气接口 102及排气接口 101与所述涡轮室10相连通且所述入气接口 102的入气方向面向所述迎风面121a且与所述入气接口 102的安装位置到所述转轴11中心的方向成一锐角α，具体来说，在垂直于所述转轴11中心轴线的这一横切面内，所述入气接口 102的入气方向并不在所述转轴11的中心轴指向所述入气接口 102的安装位置的这一径向方向上，而是朝向所述迎风面121a并与这一径向方向成一个锐角，这样的设置可以在所述涡轮12的转动过程中，确保所述叶片121的迎风面121a会在某一位置垂直地受到压缩空气气流的冲击，最大化对压缩空气动能的利用。
[0027]结合图1及图4，所述空气压缩装置2包括复位件20及呈中空结构的筒体21与活塞22，所述筒体21的一端固定于空气动力汽车的车架或车身的其中一者并具有进气口210，所述筒体21的另一端形成滑动容纳所述活塞22并与所述进气口 210连通的腔室211，所述活塞22的一端固定于空气动力汽车的车架或车身其中的另一者并具有与所述入气接口 102相连通的出气口 220，所述出气口 220与所述储气罐3的入口相连通，所述活塞22的另一端滑动设置于所述腔室211内并具有与所述出气口 220相连通的活塞入气口 221，所述复位件20设置于所述筒体21及活塞22之间并提供使所述活塞22脱离所述筒体21的弹力。
[0028]具体到本实施例中，所述筒体21固定于所述空气动力汽车的车架，所述活塞22固定于所述空气动力汽车的车身，当然，就如以上所阐述的，也可以将筒体21固定于车身，而活塞22固定于车架，只要能使所述活塞22在所述筒体21之中做活塞22运动，便能实现所述空气压缩装置2的功能。
[0029]所述筒体21固定于所述车架的一端除设置所述进气口 210，还设有一与所述排气接口 101相连通的回收气口 212，所述回收气口 212通过所述排气接口 101与所述腔室211相连通以回收利用所述涡轮发动机I内排出的还存在一定内能的气体，提高了利用率，避免了浪费。所述空气压缩装置2还包括第一单向阀23、第二单向阀24及第三单向阀25;所述第一单向阀23安装于所述进气口 210处，且在打开后从外界向所述腔室211导通以保证空气只能从外界进入所述腔室211，避免压缩后的空气从腔室211中向外界泄露；所述第二单向阀24安装于所述活塞入气口 221处，且在打开后从所述腔室211向所述出气口 220导通以保证压缩空气只能从所述腔室211进入到所述活塞22中而不会从所述活塞22中回流到所述腔室211内；所述第三单向阀25安装于所述回收气口 212处，且在打开后从所述排气接口 101向所述腔室211导通以保证压缩空气不会从所述回收气口 212倒流回所述排气接口 101。所述进气口 210的方向设置为朝向所述空气动力汽车前进的方向，这样设置是为了让足量的空气从所述进气口 210自动进入到所述筒体21内。为了防止砂尘等杂物进入所述筒体21内，还可以在所述进气口 210上罩设一纱网或滤膜以对空气及进行简单净化。所述筒体21及活塞22的固定端分别设有向外侧凸出的凸肋213、223，所述复位件20为压缩弹簧且所述压缩弹簧的两端分别抵顶于所述凸肋213、223。
[0030]所述储气罐3连接于所述出气口 220，且所述储气罐3用于将所述空气压缩装置2产生的压缩空气暂存起来，并输送向所述恒压气罐4，所述恒压气罐4的作用是保证压缩空气具有足够的压力来驱动所述涡轮发动机1，因此，可以使用加热等方法来提高并维持恒压气罐4内压缩空气的压力。
[0031]本实用新型可补充压缩空气的发动机系统在工作时，所述筒体21及活塞22各自跟随所述车架及车身运动，并藉由所述空气动力汽车行驶过程中的颠簸或震动而不断地相互分离或靠近，以此让所述活塞22在所述筒体21内做活塞运动。详细地说，当所述活塞22相对所述筒体21向上滑动时，外界的空气从所述进气口 210进入到所述筒体21的腔室211内并且被所述第一单向阀23限制而不会从进气口 210流出，所述活塞22向下滑动时对腔室211内的空气进行压缩，压缩后的空气从所述活塞入气口 221进入所述活塞22并从所述出气口 220传送到所述储气罐3内储存，再从所述储气罐3内进入到所述恒压气罐4进行增压，最后将具有足够压力的压缩空气输送到所述涡轮发动机I的涡轮室10内以驱动涡轮12转动，所述涡轮12通过摩擦力带动所述转轴11转动并输出动力。从所述涡轮室10排出的气体可以通过所述回收气口 212重新进入所述腔室211内并再次被压缩。需要说明的是，所述空气压缩装置2中输出的压缩空气分别通过管路输送至多个所述涡轮室10的入气接口 102，但是，这些管路并非是同时连通的，通过设置控制阀门，可以让多个所述涡轮室10的入气接口 102根据使用需要打开或者关闭。当所需的输出扭矩较小时，可以只打开一个入气接口 102，压缩空气只驱动一个涡轮12转动；当需要较大的输出扭矩时，同时打开多个入气接口 102并使压缩空气同时驱动多个涡轮12转动，则多个涡轮同时作用于所述转轴11的力矩增大，所述转轴的输出扭矩增大。
[0032]与现有技术相比，由于本实用新型在发动机系统中加入了所述空气压缩装置2，既在车身与车架上分别安装所述活塞22及筒体21，利用空气动力汽车在行驶过程中产生颠簸或振动而导致的车身与车架的相互分离或靠近，来使所述活塞22在所述筒体21内不断做活塞22运动，从而对由所述进气口 210进入所述腔室211的空气进行压缩，并将压缩空气通过所述出气口 220输出给所述涡轮发动机1，保证了空气动力汽车在行驶过程中，所述涡轮发动机I能够得到充足的高压气体供应，进而提高了空气动力汽车的行驶路程，减少了充气次数，大大提高了空气动力汽车的实用性。同时，本实用新型的所述涡轮发动机I采用在多个涡轮室10内分别设置多个活动套设于所述转轴11的涡轮12的结构，当压缩空气推动一个所述涡轮12转动时，所述涡轮12的顶压部121顶推所述滚子13并将所述滚子13压紧在所述转轴11的环形滚槽110内，从而利用摩擦力带动所述转轴11转动而输出动能，当所述转轴11转动时，由于其他涡轮室10里的其他所述涡轮12活动套设于所述转轴11，且滚子13并没有被压紧，没有摩擦力带动其他所述涡轮12跟随所述转轴11转动，因此，避免了一个涡轮12工作时其他涡轮12跟随所述转轴11转动所带来的机械损耗，当需要改变输出扭矩时，在其他所述涡轮室10内通入压缩空气驱动所述涡轮12转动，则可以增大对所述转轴11施加的力矩，实现了无耗损的扭矩变化。
[0033]以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种可补充压缩空气的发动机系统，安装于空气动力汽车并藉由压缩空气驱动转轴转动以输出动能，其特征在于:包括空气压缩装置、储气罐、恒压气罐及具有入气接口的涡轮发动机，所述空气压缩装置与所述储气罐的入口相连通，所述储气罐的出口与所述恒压气罐的入口相连通，所述恒压气罐的出口与所述入气接口连通并向所述涡轮发动机提供压缩空气；所述空气压缩装置包括复位件及呈中空结构的筒体与活塞，所述筒体的一端固定于所述空气动力汽车的车架或车身的其中一者并具有进气口，所述筒体的另一端形成滑动容纳所述活塞并与所述进气口连通的腔室，所述活塞的一端固定于所述空气动力汽车的车架或车身其中的另一者并具有与所述入气接口相连通的出气口，所述活塞的另一端滑动设置于所述腔室内并具有与所述出气口相连通的活塞入气口，所述复位件设置于所述筒体及活塞之间并提供使所述活塞脱离所述筒体的弹力。
2.如权利要求1所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述涡轮发动机包括至少两个相互隔离的涡轮室，所述入气接口开设于所述涡轮室的侧壁，所述转轴设置于所述涡轮室内且所述转轴的外侧壁形成有环形滚槽，所述涡轮室内具有活动套设于所述转轴的涡轮，所述涡轮的内侧壁开设有与所述环形滚槽相应的弧形槽，所述环形滚槽与所述弧形槽之间活动地设有一滚子，且所述弧形槽的一端形成在所述涡轮转动时将所述滚子压紧于所述环形滚槽内的顶压部。
3.如权利要求2所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述涡轮具有多个叶片，所述叶片具有迎风面，所述入气接口的入气方向面向所述迎风面且与所述入气接口的安装位置到所述转轴中心的方向成锐角设置。
4.如权利要求2所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述转轴外固定地套设有一连接圈，所述环形滚槽设置于所述连接圈的外侧壁。
5.如权利要求2所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述弧形槽沿所述转轴的周向设置并呈深度渐变的锥形结构，且所述弧形槽的较浅端的底面与所述环形滚槽的底面之间的距离小于所述滚子的直径并形成所述顶压部。
6.如权利要求1所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述进气口朝向所述空气动力汽车的前进方向。
7.如权利要求1所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述进气口设有打开后从外界向所述腔室导通的第一单向阀。
8.如权利要求1所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述活塞入气口设有打开后从所述腔室向所述出气口导通的第二单向阀。
9.如权利要求1所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述涡轮发动机还具有排气接口，所述筒体上还开设有与所述排气接口相连通的回收气口，所述回收气口与所述腔室相连通且所述回收气口设有打开后从所述排气接口向所述腔室导通的第三单向阀。
10.如权利要求1所述的可补充压缩空气的发动机系统，其特征在于:所述复位件为压缩弹簧。
【文档编号】B60K8/00GK203511268SQ201320512832
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】谢坤 申请人:谢坤