活塞式多功能氣動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的“活塞式多功能氣動(dòng)機(jī)”是一種與活塞式內(nèi)燃機(jī)、活塞式空氣壓縮機(jī)、活塞式氣動(dòng)馬達(dá)類似的機(jī)械。已有的活塞式內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)是功能相對(duì)單一的機(jī)械，本發(fā)明在同一臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了這三種活塞式氣動(dòng)機(jī)械的內(nèi)部集成，這幾種功能集成后，各功能之間相互支持、協(xié)同工作、取長(zhǎng)補(bǔ)短，使得該多功能氣動(dòng)機(jī)各方面的性能得到顯著提升。
【專利說明】活塞式多功能氣動(dòng)機(jī)一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的“活塞式多功能氣動(dòng)機(jī)”屬于氣動(dòng)機(jī)械領(lǐng)域。
二、【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及的“活塞式多功能氣動(dòng)機(jī)”(以下簡(jiǎn)稱多功能氣動(dòng)機(jī)或氣動(dòng)機(jī))是一種與活塞式內(nèi)燃機(jī)、活塞式空氣壓縮機(jī)、活塞式氣動(dòng)馬達(dá)類似的機(jī)械。已有的活塞式內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)是功能相對(duì)單一的機(jī)械。本發(fā)明通過類似于生物學(xué)上的“雜交”理念，在同一臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)三種機(jī)械功能的內(nèi)部集成，這幾種功能集成后，各功能之間相互支持、協(xié)同工作、取長(zhǎng)補(bǔ)短，使得該多功能氣動(dòng)機(jī)各方面的性能得到顯著提升。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]1、本發(fā)明涉及的活塞式多功能氣動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱多功能氣動(dòng)機(jī))是一種集成了內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)三種功能或其中任意兩種功能的新型氣動(dòng)機(jī)械。[0004]2、該多功能氣動(dòng)機(jī)不是內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)三者在外觀上的簡(jiǎn)單合并，它區(qū)別于這三種氣動(dòng)機(jī)械的根本特征為:它所集成的各種功能可共用部分或全部氣路、氣缸及活塞組，且它所集成的內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)功能可單獨(dú)運(yùn)行，或?qū)⑵渲心硟煞N功能同時(shí)運(yùn)行；在外部特征上它區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)的主要特征是增加了儲(chǔ)存壓縮空氣的設(shè)備，區(qū)別于活塞式壓縮機(jī)及氣動(dòng)馬達(dá)的主要特征是它的某些功能需要消耗燃料(或熱能)。
[0005]3、該多功能氣動(dòng)機(jī)的工作過程由壓縮過程、膨脹過程、熱交換過程(吸熱或放熱)這三種基本過程組成，壓縮過程及膨脹過程可為單級(jí)或多級(jí)；壓縮過程與膨脹過程的級(jí)數(shù)可相同或不同；壓縮過程與膨脹過程可單獨(dú)進(jìn)行，也可對(duì)稱交替進(jìn)行(壓縮量=膨脹量)或非對(duì)稱交替進(jìn)行(壓縮量古膨脹量)；壓縮過程中可根據(jù)需要選擇是否采取中冷措施；膨脹過程中可根據(jù)需要選擇是否對(duì)氣體提供熱能；壓縮氣路及膨脹氣路之間任意位置可根據(jù)需要設(shè)置儲(chǔ)氣設(shè)備。
[0006]4、該多功能氣動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)以下功能:
[0007](I)作為類似于一般活塞式內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力機(jī)械工作，此時(shí)，該多功能氣動(dòng)機(jī)通過“吸氣一壓縮一吸熱升溫一膨脹做功一排氣”的往復(fù)循環(huán)，消耗熱能獲得機(jī)械能；
[0008](2)作為被外力驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)工作，此時(shí)，該多功能氣動(dòng)機(jī)從自然界吸入空氣，并消耗機(jī)械能將空氣壓縮后儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣設(shè)備中；
[0009](3)作為氣動(dòng)馬達(dá)工作，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)通過消耗儲(chǔ)氣設(shè)備中的壓縮空氣獲得機(jī)械能；
[0010](4)作為消耗熱能的氣動(dòng)馬達(dá)工作，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)氣設(shè)備釋放壓縮空氣，并讓壓縮空氣吸熱升溫，高溫高壓空氣膨脹做功，從而對(duì)外輸出能量
[0011](5)運(yùn)行在功能(I)、(2)之間，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)從外界吸入空氣并壓縮，空氣到達(dá)壓縮終端后，一部分被存入儲(chǔ)氣設(shè)備內(nèi)，剩余部分經(jīng)過吸熱升溫、膨脹做功后被排向自然界，排氣完成后重新吸氣，如此往復(fù)循環(huán)；本項(xiàng)功能的實(shí)質(zhì)是:多功能氣動(dòng)機(jī)通過消耗熱能壓縮空氣并儲(chǔ)存，與此同時(shí)，它可減少壓縮空氣的儲(chǔ)存而對(duì)外輸出動(dòng)力，也可接收外界動(dòng)力而增加壓縮空氣的儲(chǔ)存；
[0012](6)運(yùn)行在功能(1)、(4)之間，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)從外界吸入空氣并壓縮，同時(shí)，儲(chǔ)氣設(shè)備再釋放一部分壓縮空氣與新壓縮的空氣合并，合并后的壓縮空氣經(jīng)吸熱升溫一膨脹做功后被排向自然界，排氣完成后重新進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；本項(xiàng)功能的實(shí)質(zhì)是:多功能氣動(dòng)機(jī)在運(yùn)行功能(I)的同時(shí)，又利用儲(chǔ)氣設(shè)備中的壓縮空氣增加參與膨脹做功的空氣量(該項(xiàng)功能可使氣動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力在功能一的基礎(chǔ)上得到加強(qiáng))；
[0013](7)消耗少量能量空轉(zhuǎn)的功能；
[0014](8)自動(dòng)充、放氣功能；
[0015](9)停機(jī)功能；
[0016](10)停機(jī)后再次啟動(dòng)功能；
[0017](11)隨時(shí)起停功能；
[0018](12)利用外部氣源充氣功能；
[0019]該多功能氣動(dòng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用中確定的功能可為以上(I)?(12)項(xiàng)功能的部分或全部。
[0020]5、該多功能氣動(dòng)機(jī)可利用多種形式的熱能，如汽油、柴油、石油液化氣、天燃?xì)?、氫氣、醇類、煤炭等各種燃料燃燒的熱能，以及廢氣余熱、太陽能等。
[0021]6、該多功能氣動(dòng)機(jī)可通過吸氣增壓(機(jī)械增壓或廢氣渦輪增壓)提高工作效率。四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1、圖2表示該多功能氣動(dòng)機(jī)以二級(jí)氣缸的形式實(shí)現(xiàn)時(shí)可采用的氣動(dòng)循環(huán)方式。
[0023]附圖中兩種氣路在氣瓶位置、氣路布置等方面有一定差別圖，圖1比較適用于汽油、石油液化氣、天燃?xì)?、氫氣等易于與空氣混合、可采用火花塞點(diǎn)火的情況；圖2對(duì)柴油、汽油等常用燃料均可適用。
[0024]圖1、圖2中各編號(hào)對(duì)應(yīng)的組件名稱如下:
[0025]I——低壓氣缸
[0026]2-高壓氣缸
[0027]3——儲(chǔ)存壓縮空氣的氣瓶
[0028]4——節(jié)氣閥(可選)
[0029]5—低壓氣缸壓縮過程吸氣門
[0030]6—低壓氣缸壓縮過程排氣門
[0031]71——冷卻器(可選)
[0032]72——中冷轉(zhuǎn)換(比例)閥(可選)
[0033]8——高壓氣缸壓縮過程吸氣門
[0034]9—高壓氣缸壓縮終端排氣門
[0035]10-三通
[0036]11——?dú)馄块y門
[0037]12—高壓氣缸膨脹過程吸氣門[0038]13—高壓氣缸膨脹過程排氣門
[0039]14—低壓氣缸膨脹過程吸氣門
[0040]15——低壓氣缸膨脹過程排氣門
[0041]16—廢氣余熱利用熱交換器(可選)
[0042]17—余熱利用轉(zhuǎn)換氣閥(可選)
[0043]18——缸內(nèi)壓縮余量(燃燒室)
[0044]19-限壓閥
[0045]20——充氣閥
[0046]21——儲(chǔ)氣冷卻器
[0047]圖1、圖2中，各氣門之間的氣路管道兼有儲(chǔ)氣的功能，若有需要，可在管路中的適當(dāng)部位增加儲(chǔ)氣設(shè)備。
五、【具體實(shí)施方式】
[0048]1、多功能氣動(dòng)機(jī)的組成
[0049]本發(fā)明所述的多功能氣動(dòng)機(jī)主要由以下部分組成:
[0050](I)機(jī)體
[0051](2) —級(jí)或多級(jí)氣缸、活塞組；
[0052](3)氣缸、活塞、曲軸、連桿組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)；
[0053](4)儲(chǔ)氣設(shè)備-用于儲(chǔ)存壓縮空氣；
[0054](5)吸氣一壓縮氣路一從外界吸入空氣，經(jīng)一級(jí)或多級(jí)壓縮提高空氣壓強(qiáng)的路徑(圖1中，氣路實(shí)線部分為吸氣一壓縮氣路，含進(jìn)氣空濾、節(jié)氣閥4、氣門5、6、8、9、冷卻器71、中冷轉(zhuǎn)換氣閥72等)
[0055](6)膨脹一排氣氣路一壓縮空氣經(jīng)過一級(jí)或多級(jí)氣缸膨脹后被排向自然界的路徑(圖1中，氣路虛線部分為膨脹一排氣氣路，含氣門12、13、14、15、以及連接各氣門間的管路等);
[0056](7)供油燃燒(熱能供給)系統(tǒng)——提供熱能對(duì)高壓空氣進(jìn)行加熱使其升溫的系統(tǒng)；
[0057](8)氣路控制系統(tǒng)——該多功能氣動(dòng)機(jī)的特定功能對(duì)應(yīng)特定的氣路工作狀態(tài)，氣路控制系統(tǒng)通過對(duì)氣門的開閉方式進(jìn)行操作，以此實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)在各種功能之間的切換、以及實(shí)現(xiàn)對(duì)多功能氣動(dòng)機(jī)輸入、輸出功率的調(diào)節(jié)；
[0058]2、多功能氣動(dòng)機(jī)各種功能的簡(jiǎn)稱定義
[0059]由于該多功能氣動(dòng)機(jī)功能及工作狀態(tài)繁多，為便于描述簡(jiǎn)潔、清楚，先對(duì)多功能氣動(dòng)機(jī)各種功能簡(jiǎn)稱定義如下:
[0060]功能一:消耗熱能，輸出機(jī)械能(即純循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)功能，與氣瓶不發(fā)生空氣交換)
[0061]功能二:消耗機(jī)械能，獲得壓縮空氣(即空氣壓縮機(jī)功能)，該功能可有如下A、B兩種工作狀態(tài):
[0062]A狀態(tài):曲軸旋轉(zhuǎn)2周完成一個(gè)壓縮過程
[0063]B狀態(tài):曲軸旋轉(zhuǎn)I周完成一個(gè)壓縮過程
[0064]功能三:消耗壓縮空氣，獲得機(jī)械能(即氣動(dòng)馬達(dá)功能)，該功能可有如下C、D兩種工作狀態(tài):
[0065]C狀態(tài):曲軸旋轉(zhuǎn)2周完成一個(gè)釋放壓縮空氣膨脹做功過程
[0066]D狀態(tài):曲軸旋轉(zhuǎn)I周完成一個(gè)釋放壓縮空氣膨脹做功過程
[0067]功能四:消耗壓縮空氣和熱能，獲得機(jī)械能(即消耗熱能的氣動(dòng)馬達(dá)功能)，該功能可有如下E、F兩種工作狀態(tài):
[0068]E狀態(tài):曲軸旋轉(zhuǎn)2周完成一個(gè)釋放壓縮空氣并使其吸熱膨脹做功過程
[0069]F狀態(tài):曲軸旋轉(zhuǎn)I周完成一個(gè)釋放壓縮空氣并使其吸熱膨脹做功過程
[0070]功能五:發(fā)動(dòng)機(jī)功能與壓縮機(jī)功能的過渡狀態(tài)，該功能可有G、H、I三種工作狀態(tài)區(qū)間:
[0071]G狀態(tài):消耗熱能，獲得壓縮空氣和機(jī)械能
[0072]H狀態(tài):消耗熱能，獲得壓縮空氣
[0073]I狀態(tài):消耗熱能和機(jī)械能，獲得壓縮空氣
[0074]功能六:發(fā)動(dòng)機(jī)功能與消耗熱能的氣動(dòng)馬達(dá)功能的過渡狀態(tài)
[0075]功能七:消耗少量能量空轉(zhuǎn)的功能
[0076]功能八:自動(dòng)充、放氣功能
[0077]功能九:停機(jī)功能
[0078]功能十:停機(jī)后再次啟動(dòng)功能
[0079]功能^^一:隨時(shí)起停功能
[0080]功能十二:利用外部氣源充氣功能
[0081]該多功能氣動(dòng)機(jī)可在同一臺(tái)機(jī)器上全部實(shí)現(xiàn)以上功能，也可根據(jù)需要選擇實(shí)現(xiàn)其中一部分功能。
[0082]3、多功能氣動(dòng)機(jī)各種功能的實(shí)現(xiàn)途徑
[0083]下面，結(jié)合明書附圖中圖1，說明采用二級(jí)氣缸、以汽油為燃料的多功能氣動(dòng)機(jī)的各種功能的實(shí)現(xiàn)途徑及對(duì)應(yīng)的工作原理。
[0084](一)功能一的實(shí)現(xiàn)
[0085]功能一:消耗熱能，輸出機(jī)械能的循環(huán)式發(fā)動(dòng)機(jī)功能(與氣瓶不發(fā)生空氣交換)。
[0086]該多功能氣動(dòng)機(jī)按功能一工作時(shí)，它通過“吸氣一壓縮一吸熱升溫一膨脹做功一排氣”的往復(fù)循環(huán)對(duì)外做功，結(jié)合圖1，對(duì)功能一各個(gè)環(huán)節(jié)的說明如下:
[0087]①、吸氣:
[0088]進(jìn)氣(空氣過濾)一節(jié)氣閥4 (可選)一低壓活塞在上止點(diǎn)位置，氣門5打開，活塞下行吸入空氣，活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)位置，氣門5關(guān)閉，吸氣完成。
[0089]②、壓縮:
[0090]壓縮過程可細(xì)分為“一級(jí)壓縮一中冷(可選)一二級(jí)吸氣一二級(jí)壓縮”幾個(gè)環(huán)節(jié):
[0091]一級(jí)壓縮:低壓活塞從下止點(diǎn)上行開始?jí)嚎s空氣，當(dāng)缸內(nèi)壓強(qiáng)大于氣門6外的壓強(qiáng)時(shí)，氣門6打開,活塞繼續(xù)上行,壓縮空氣從低壓氣缸排出，一級(jí)壓縮結(jié)束；
[0092]中冷(可選):經(jīng)過一級(jí)壓縮后，氣體溫度升高，此時(shí)可視需要對(duì)氣體采取中冷、非中冷、或部分中冷措施；若進(jìn)行中冷，則中冷轉(zhuǎn)換(比例)閥72接通冷卻氣路，關(guān)閉非冷卻旁路，空氣流經(jīng)冷卻器71進(jìn)行冷卻；若不中冷，氣閥72接通非冷卻旁路，關(guān)閉冷卻氣路，空氣從非冷卻旁路進(jìn)入下一級(jí)壓縮；若部分進(jìn)行中冷、部分不進(jìn)行中冷，通過轉(zhuǎn)換(比例)閥72調(diào)節(jié)中冷與非中冷的空氣比例。高、低壓氣缸間的氣路可采取單一冷卻氣路，此時(shí)只保留冷卻器71，轉(zhuǎn)換氣閥72與非中冷旁路被取消；也可采取單一非中冷氣路，此時(shí)冷卻器71、氣閥72被取消，壓縮氣路的氣門6、氣門8之間用管路聯(lián)通即可。
[0093]二級(jí)吸氣:高壓活塞在上止點(diǎn)位置，氣門8打開，活塞下行吸入空氣，活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)位置，氣門8關(guān)閉，二級(jí)吸氣結(jié)束；
[0094]二級(jí)壓縮:高壓活塞從下止點(diǎn)上行對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，當(dāng)缸內(nèi)壓強(qiáng)大于氣門9外的壓強(qiáng)時(shí)，氣門9打開，活塞繼續(xù)上行，高壓空氣被排出氣缸進(jìn)入高壓氣路，活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)，二級(jí)壓縮結(jié)束，氣門9關(guān)閉，壓縮過程結(jié)束。
[0095]③、吸熱升溫
[0096]空氣壓縮完畢后進(jìn)入吸熱升溫(供油燃燒)過程，這一過程可在缸內(nèi)或缸外進(jìn)行。
[0097]圖1所示的空氣循環(huán)原理圖中，在壓縮終端的高壓氣路上噴射汽油(噴油點(diǎn)可設(shè)在吸氣門12與轉(zhuǎn)換氣閥17之間)，噴油后汽油與空氣混合，吸氣門12打開、活塞下行吸入高壓混合油氣，氣門關(guān)閉，然后火花塞點(diǎn)火爆發(fā)，高壓空氣迅速升溫并進(jìn)入膨脹過程。
[0098]高壓空氣在從氣門9到從氣門12之間的管路中流通時(shí)，可視情況選擇是否通過熱交換器16利用余熱。
[0099]④、膨脹做功
[0100]膨脹做功過程可細(xì)分為“一級(jí)膨脹做功一一級(jí)排氣一中間吸熱(可選)一二級(jí)膨脹做功”幾個(gè)環(huán)節(jié)，分述如下:
[0101]一級(jí)膨脹做功:空氣吸熱后變成高溫高壓空氣，空氣被封閉在一級(jí)氣缸中膨脹推動(dòng)活塞下行，活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，一級(jí)膨脹做功過程結(jié)束。
[0102]一級(jí)排氣:一級(jí)膨脹過程結(jié)束后，高壓氣缸氣門13打開，活塞上行，將空氣排出高壓氣缸，活塞到達(dá)上止點(diǎn)，一級(jí)排氣結(jié)束，氣門13關(guān)閉；
[0103]中間吸熱(可選):空氣經(jīng)一級(jí)膨脹做功之后，其溫度、壓強(qiáng)均有所降低，氣體進(jìn)入二級(jí)膨脹之前，可視情況選擇中間吸熱，中間吸熱可采用對(duì)空氣再次提供燃料，使其在低壓氣缸內(nèi)進(jìn)行二次燃燒的方式；或采取其它能使空氣獲得熱能的方式。
[0104]二級(jí)膨脹做功:低壓活塞在上止點(diǎn)位置時(shí)，低壓氣缸氣門14打開，活塞下行吸入一定量空氣，氣門14關(guān)閉，活塞繼續(xù)下行，空氣膨脹做功，活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，二級(jí)膨脹做功過程結(jié)束。
[0105]⑤、排氣
[0106]空氣膨脹做功結(jié)束后,低壓活塞到達(dá)下止點(diǎn)，打開低壓氣缸排氣門15,活塞上行排氣；活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)。
[0107]該多功能氣動(dòng)機(jī)以功能一工作時(shí)，各活塞上下2次完成一個(gè)工作循環(huán)，對(duì)應(yīng)氣動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)2周。
[0108](二)功能二的實(shí)現(xiàn)
[0109]功能二:消耗機(jī)械能獲得壓縮空氣(即空氣壓縮機(jī)功能)。
[0110]當(dāng)該多功能氣動(dòng)機(jī)按功能二工作時(shí)，膨脹氣路氣門12、13、14、15始終關(guān)閉，同時(shí)供油、燃燒系統(tǒng)也退出工作，只讓壓縮氣路參與工作，這樣，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)只能吸入空氣并進(jìn)行壓縮，空氣達(dá)到壓縮終端后被存入氣瓶。
[0111]該多功能氣動(dòng)機(jī)按功能二工作時(shí)，有A、B兩種狀態(tài):[0112]A、控制壓縮氣路氣門5、6、8、9開閉的凸輪組采用與功能一相同的凸輪組，這時(shí)，活塞每上下2次(對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)2周)完成一個(gè)“吸氣一壓縮”過程，氣動(dòng)機(jī)執(zhí)行該過程的方式與功能一中的壓縮過程相同。按這一狀態(tài)工作時(shí)，壓縮過程中活塞的每2次上下運(yùn)動(dòng)中只有I次執(zhí)行了 “吸氣一壓縮”工作，相當(dāng)于氣動(dòng)機(jī)有一半的運(yùn)轉(zhuǎn)屬于“空轉(zhuǎn)”，“空轉(zhuǎn)”動(dòng)作對(duì)應(yīng)功能一的“吸氣一壓縮一膨脹一排氣”完整循環(huán)中“膨脹一排氣”的部分。
[0113]B、B狀態(tài)是在A狀態(tài)的基礎(chǔ)上將氣門5、6、8、9的開閉頻率加快I倍，使A狀態(tài)中“空轉(zhuǎn)”的部分變成有效運(yùn)轉(zhuǎn)，活塞每上下I次(對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)I周)完成一個(gè)壓縮過程。氣門開閉頻率的改變通過切換凸輪組實(shí)現(xiàn)。
[0114](三)功能三的實(shí)現(xiàn)
[0115]功能三:消耗壓縮空氣，獲得機(jī)械能(即氣動(dòng)馬達(dá)功能)。
[0116]多功能氣動(dòng)機(jī)按功能三工作時(shí)，壓縮氣路上的氣門5、6、8、9關(guān)閉，供油燃燒系統(tǒng)也關(guān)閉，只讓膨脹氣路參與工作，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)吸入氣瓶?jī)?chǔ)存的高壓空氣，高壓空氣膨脹做功推動(dòng)氣動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能。
[0117]該多功能氣動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功能三時(shí)，有如下C、D兩種狀態(tài):
[0118]C、控制膨脹氣路氣門12、13、14、15開閉的凸輪組采用與功能一相同的凸輪組，高壓空氣經(jīng)氣動(dòng)機(jī)膨脹做工的過程與功能一的氣體“膨脹一排氣”過程相同，活塞每上下2次(對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)2周)完成一個(gè)吸入高壓空氣并使其膨脹做功的過程。按這一狀態(tài)工作時(shí)，膨脹過程中活塞的每2次上下運(yùn)動(dòng)中只有I次執(zhí)行了“吸入高壓空氣并膨脹做功一排氣”工作，相當(dāng)于氣動(dòng)機(jī)有一半的運(yùn)轉(zhuǎn)屬于“空轉(zhuǎn)”，“空轉(zhuǎn)”動(dòng)作對(duì)應(yīng)功能一的“吸氣一壓縮一膨脹—排氣”完整循環(huán)中“吸氣一壓縮”的部分。
[0119]D、D狀態(tài)是在C狀態(tài)的基礎(chǔ)上將氣門12、13、14、15的開閉頻率加快I倍，使C狀態(tài)中“空轉(zhuǎn)”的部分變成有效運(yùn)轉(zhuǎn)，活塞每上下I次(對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)I周)完成一個(gè)氣體膨脹做功過程。氣門開閉頻率的改變通過切換凸輪組實(shí)現(xiàn)。
[0120](四)功能四的實(shí)現(xiàn)
[0121]功能四:消耗壓縮空氣和熱能，獲得機(jī)械能(即消耗熱能的氣動(dòng)馬達(dá)功能)。
[0122]功能四與功能三接近，其差別僅是在純氣動(dòng)馬達(dá)的基礎(chǔ)上，增加對(duì)高壓空氣提供熱能使其升溫，從而提高空氣做功能力。該多功能氣動(dòng)機(jī)功能四的實(shí)現(xiàn)，是將壓縮氣路上的氣門5、6、8、9關(guān)閉，讓膨脹氣路與燃料供給、燃燒系統(tǒng)同時(shí)參與工作，這樣，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)吸入氣瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)存的高壓空氣，并吸熱升溫，高溫、高壓空氣在氣動(dòng)機(jī)氣缸中膨脹推動(dòng)活塞做功。
[0123]該多功能氣動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功能四時(shí)，有如下E、F兩種狀態(tài):
[0124]E、氣瓶提供高壓空氣，氣動(dòng)機(jī)執(zhí)行“吸熱升溫一膨脹做功一排氣”，控制膨脹氣路氣門12、13、14、15開閉的凸輪組采用與功能一相同的凸輪組，活塞每上下2次(對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)2周)完成一次吸入高壓空氣并使其吸熱膨脹做功的過程。本功能相當(dāng)于將功能一的“吸氣一壓縮一吸熱升溫一膨脹做功一排氣”這一完整的空氣熱動(dòng)力循環(huán)中“吸氣一壓縮”的部分去掉，改由高壓氣瓶供給壓縮空氣。由于少了 “吸氣一壓縮”的過程，活塞的每2次上下運(yùn)動(dòng)中只有I次為有效運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于氣動(dòng)機(jī)有一半的運(yùn)轉(zhuǎn)為“空轉(zhuǎn)”，“空轉(zhuǎn)”部分與完整的“吸氣一壓縮一吸熱升溫一膨脹做功一排氣”循環(huán)中“吸氣一壓縮”運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。
[0125]F、F狀態(tài)是在E狀態(tài)的基礎(chǔ)上將氣門12、13、14、15的開閉頻率及供油頻率加快I倍，使E狀態(tài)中“空轉(zhuǎn)”的部分變成有效運(yùn)轉(zhuǎn)，活塞每上下I次(對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)I周)完成一個(gè)“氣瓶供給高壓空氣一吸熱升溫一膨脹做功一排氣”的過程。氣門開閉頻率的改變通過切換凸輪組實(shí)現(xiàn)。
[0126](五)功能五的實(shí)現(xiàn)
[0127]功能五:發(fā)動(dòng)機(jī)功能與壓縮機(jī)功能的過渡狀態(tài)
[0128]該多功能氣動(dòng)機(jī)功能五與功能一的運(yùn)行在氣門開閉方式、供熱方式等方面均相同，功能五的不同之處為:在壓縮終端，壓縮產(chǎn)生的高壓空氣部分被存入氣瓶，因此參與吸熱膨脹做功的空氣量少于壓縮過程的空氣量。
[0129]氣動(dòng)機(jī)以功能五運(yùn)行時(shí)，根據(jù)“存入氣瓶”與“吸熱膨脹做功”的空氣比例不同，其工作狀態(tài)可細(xì)分為G、H、I三個(gè)區(qū)間:
[0130]G、消耗熱能，獲得壓縮空氣及機(jī)械能(此時(shí)，氣動(dòng)機(jī)消耗熱能獲得的機(jī)械能多于壓縮空氣所需的機(jī)械能，因此可在壓縮空氣的同時(shí)輸出機(jī)械能，偏向于發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài))；
[0131]H、消耗熱能，獲得壓縮空氣(此時(shí)氣動(dòng)機(jī)消耗熱能獲得的機(jī)械能與壓縮空氣所需的機(jī)械能剛好平衡)；
[0132]1、消耗熱能與機(jī)械能，獲得壓縮空氣(此時(shí)氣動(dòng)機(jī)消耗熱能獲得的機(jī)械能少于壓縮空氣所需的機(jī)械能，需要額外的機(jī)械能來補(bǔ)充，偏向于壓縮機(jī)狀態(tài))。
[0133]實(shí)現(xiàn)功能五的要素是:調(diào)節(jié)壓縮終端的高壓空氣“存入氣瓶”與“參與吸熱膨脹做功”這兩者的比例，在圖1所示的原理圖中，壓縮空氣經(jīng)氣門9排出高壓氣缸后，通過改變氣門12開度及打開時(shí)間可控制流回氣缸的空氣量，從而實(shí)現(xiàn)這一比例的調(diào)節(jié)。
[0134]對(duì)于有多組氣缸的情況，可通過改變參與膨脹工作過程的汽缸數(shù)來調(diào)節(jié)空氣“存入氣瓶”與“參與吸熱膨脹做功”的比例。
[0135](六)功能六的實(shí)現(xiàn)
[0136]功能六:發(fā)動(dòng)機(jī)功能與消耗熱能的氣動(dòng)馬達(dá)功能的過渡狀態(tài)(即功能一、四的過渡狀態(tài))
[0137]該多功能氣動(dòng)機(jī)功能六與功能一的運(yùn)行在氣門開閉方式、供熱方式等方面均相同。功能六的不同之處為:在壓縮終端，氣瓶釋放一部分空氣，與新壓縮的空氣一起參與后續(xù)過程，因此參與吸熱膨脹做功的空氣量多于壓縮過程的空氣量。
[0138]實(shí)現(xiàn)功能六的要素，是在功能一的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)“氣動(dòng)機(jī)吸氣量”與“氣瓶釋放空氣量”兩者之間的比例。在附圖1的空氣循環(huán)原理圖中，“氣動(dòng)機(jī)吸氣量”的調(diào)節(jié)可通過改變節(jié)氣閥4的開度、或改變氣門5的開度及開放時(shí)間來實(shí)現(xiàn)；在壓縮終端，空氣經(jīng)氣門9排出高壓氣缸后，通過改變氣門12開度及打開時(shí)間可控制氣缸吸入的空氣量，從而實(shí)現(xiàn)這一比例的調(diào)節(jié)。
[0139](七)功能七的實(shí)現(xiàn)
[0140]功能七:消耗少量能量空轉(zhuǎn)的功能
[0141]該多功能氣動(dòng)機(jī)消耗少量能量空轉(zhuǎn)的功能，類似于一般內(nèi)燃機(jī)的“怠速”或“空轉(zhuǎn)”，此時(shí)可讓其運(yùn)行在功能一、三、四中的某個(gè)狀態(tài)，但減少參與工作的空氣量及燃油供給，提供的能量只需能克服摩擦維持其運(yùn)轉(zhuǎn)即可。
[0142]也可通過消耗少量機(jī)械能克服摩擦使氣動(dòng)機(jī)維持空轉(zhuǎn)，此時(shí)，其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不壓縮空氣、不消耗熱能、也不消耗高壓空氣的。氣動(dòng)機(jī)消耗機(jī)械能空轉(zhuǎn)的狀態(tài)有多種途徑可實(shí)現(xiàn)，例如:在各氣缸的活塞位于上止點(diǎn)處起，將所有氣門全部關(guān)閉(氣動(dòng)機(jī)按這一方式空轉(zhuǎn)時(shí)理論上氣缸內(nèi)處于真空狀態(tài))；或者在各個(gè)氣缸的氣門中選擇適當(dāng)?shù)臍忾T處于常開狀態(tài)，剩余氣門處于常閉狀態(tài)，也可實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)(如圖1中，空轉(zhuǎn)時(shí)可選擇氣門5、8常開，其余氣門常閉)。
[0143](八)功能八的實(shí)現(xiàn)
[0144] 功能八:自動(dòng)充、放氣功能
[0145]該多功能氣動(dòng)機(jī)的自動(dòng)充氣功能是建立在功能五的基礎(chǔ)上，該功能的實(shí)現(xiàn)是在氣動(dòng)機(jī)的控制程序中設(shè)置自動(dòng)充氣條件，當(dāng)氣動(dòng)機(jī)不輸出動(dòng)力或輸出動(dòng)力的水平較低時(shí)，如果氣瓶?jī)?nèi)壓低于設(shè)定值，將氣動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)切換到功能五對(duì)氣瓶進(jìn)行充氣，氣壓充至設(shè)定水平后，充氣停止。自動(dòng)放氣功能是在氣瓶上設(shè)置限壓閥，當(dāng)氣瓶?jī)?nèi)壓超過限壓閥設(shè)定的壓強(qiáng)時(shí)，限壓閥自動(dòng)放氣，保證氣瓶?jī)?nèi)氣壓維持在正常水平。
[0146](九)功能九、功能十的實(shí)現(xiàn)
[0147]功能九:停機(jī)功能
[0148]功能十:停機(jī)后再次啟動(dòng)功能
[0149]該多功能氣動(dòng)機(jī)需要停機(jī)時(shí),停止對(duì)氣動(dòng)機(jī)提供能量(包括熱能、壓縮空氣、機(jī)械能)，氣動(dòng)機(jī)在摩擦、缸內(nèi)氣壓等作用下減速，就可以實(shí)現(xiàn)停機(jī)。氣動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)期停機(jī)時(shí)，關(guān)閉高壓氣瓶閥門11，以免漏氣影響下一次啟動(dòng)。
[0150]該多功能氣動(dòng)機(jī)的停機(jī)啟動(dòng)可通過多種方式實(shí)現(xiàn)，可利用壓縮空氣啟動(dòng)，或采用類似一般內(nèi)燃機(jī)的外力驅(qū)動(dòng)(如采用啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng))。
[0151]利用壓縮空氣啟動(dòng)需要多功能氣動(dòng)機(jī)停機(jī)相位固定在一定范圍(可通過停機(jī)裝置實(shí)現(xiàn))，需啟動(dòng)時(shí)氣瓶向特定氣缸提供高壓空氣使其啟動(dòng)(與氣動(dòng)馬達(dá)的啟動(dòng)方式相同)。以圖1為例，停機(jī)裝置使氣動(dòng)機(jī)固定停在高壓氣缸的進(jìn)氣門12的吸氣終止角之后一個(gè)較小的角度范圍，需要啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)裝置打開氣門12，高壓空氣進(jìn)入高壓氣缸即可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。
[0152](十)功能十一的實(shí)現(xiàn)
[0153]功能^^一:隨時(shí)起停功能
[0154]該多功能氣動(dòng)機(jī)的隨時(shí)起停功能建立在功能三(或功能四)、功能九、功能十的基礎(chǔ)上。
[0155]該多功能氣動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)馬達(dá)功能具有容易啟動(dòng)的特點(diǎn)，在特定相位下只需供氣即可運(yùn)轉(zhuǎn)，即使不采用固定相位停機(jī)，需要外力助推啟動(dòng)，所需的助推力也比較小，利用這個(gè)特點(diǎn)多功能氣動(dòng)機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)隨時(shí)起停。
[0156]當(dāng)多功能氣動(dòng)機(jī)不需要充氣，又不需要輸出動(dòng)力時(shí)，將其切換到氣動(dòng)馬達(dá)狀態(tài)并停止提供高壓空氣；當(dāng)需要輸出能量時(shí)，若氣動(dòng)機(jī)已停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通過功能十使其啟動(dòng)并對(duì)其供氣(或同時(shí)供給燃料)，氣動(dòng)機(jī)隨即可輸出動(dòng)力。隨時(shí)起停功能可通過油門控制，當(dāng)不觸發(fā)油門時(shí)，就停止對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量讓其自動(dòng)減速，當(dāng)觸發(fā)油門時(shí)，就供氣(或同時(shí)供油)使其運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0157]^一)功能十二的實(shí)現(xiàn)
[0158]功能十二:利用外部氣源充氣功能
[0159]該多功能氣動(dòng)機(jī)利用外部氣源充氣的功能只需在氣瓶上設(shè)充氣閥即可實(shí)現(xiàn)。[0160](十二)多功能氣動(dòng)機(jī)動(dòng)力控制的實(shí)現(xiàn)
[0161]動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力(功率)控制總體上是通過兩條基本途徑來實(shí)現(xiàn):一是改變扭矩，二是改變轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可通過動(dòng)力機(jī)械自身改變扭矩來實(shí)現(xiàn)，也可通過變速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。對(duì)氣動(dòng)機(jī)本身而言，動(dòng)力控制的核心是改變扭矩。本多功能氣動(dòng)機(jī)有多種途徑可實(shí)現(xiàn)扭矩的調(diào)節(jié)，這些途徑包括:改變?nèi)剂瞎┙o濃度、配氣調(diào)節(jié)、改變工作模式等。該多功能氣動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)的各種方法可靈活選擇(組合)。
[0162](I)改變?nèi)剂瞎┙o濃度調(diào)節(jié)扭矩
[0163]該多功能氣動(dòng)機(jī)所有消耗熱能的功能(功能一、四、五、六)均可通過改變?nèi)剂瞎┙o濃度實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的調(diào)節(jié)。
[0164](2)通過配氣調(diào)節(jié)功率
[0165]該多功能氣動(dòng)機(jī)可通過配氣調(diào)節(jié)扭矩，功能一?六均可通過這一方式實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的調(diào)節(jié)。
[0166]在圖1的氣動(dòng)循環(huán)原理圖中，配氣調(diào)節(jié)可在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，一是低壓氣缸的壓縮氣路進(jìn)氣端，二是高壓氣缸的膨脹氣路進(jìn)氣端。低壓氣缸進(jìn)氣端的配氣控制，可通過改變節(jié)氣閥4的開度或改變氣門5的開度及開放時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。高壓氣缸進(jìn)氣端的配氣控制，通過改變氣門12的開度及開放時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)。
[0167](3)通過改變工作狀態(tài)(功能模式)調(diào)節(jié)扭矩
[0168]該多功能氣動(dòng)機(jī)可通過在各種功能之間切換實(shí)現(xiàn)輸入、輸出扭矩的調(diào)節(jié)。(部分功能之間的切換本質(zhì)上屬于前述“配氣調(diào)節(jié)”的范圍)。
[0169]在輸出動(dòng)力的各種功能中，該多功能氣動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行可獲得的最大扭矩從大到小的關(guān)系如下:
[0170]功能四F狀態(tài)>功能四E狀態(tài)>功能六>功能一>功能五G狀態(tài)
[0171]功能四F狀態(tài)>功能三D狀態(tài)>功能三C狀態(tài)
[0172]在被驅(qū)動(dòng)(壓縮空氣)的功能中，該多功能氣動(dòng)機(jī)的各功能正常運(yùn)行可接收的最大扭矩從大到小的關(guān)系為:
[0173]功能二 B狀態(tài) > 功能二 A狀態(tài) > 功能五I狀態(tài)
[0174]功能五H狀態(tài)是該多功能氣動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力與接收動(dòng)力的分界點(diǎn)。
[0175](十三)改變氣門開閉操作的實(shí)現(xiàn)
[0176]該多功能氣動(dòng)機(jī)的氣門開閉操作可采用“凸輪+頂桿+杠桿機(jī)構(gòu)+間隙”的機(jī)構(gòu)，或采用頂置氣門操作機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，各功能之間的切換經(jīng)常涉及到氣門開閉操作方式的改變，這些改變主要有三種形式:一是改變開閉頻率，二是改變開度和開放時(shí)間(調(diào)節(jié)進(jìn)氣量)，三是使氣門處于“常閉”或“常開”狀態(tài)。
[0177](I)氣門開閉頻率的改變
[0178]氣動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行過程中，氣門開閉動(dòng)作由凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)，因此，改變氣門開閉頻率可通過增加凸輪類型或改變凸輪軸轉(zhuǎn)速兩種方式來實(shí)現(xiàn)。本多功能氣動(dòng)機(jī)的氣門開閉頻率有兩種情況，一種是曲軸旋轉(zhuǎn)2周開閉一次，另種是曲軸旋轉(zhuǎn)I周開閉一次。現(xiàn)以增加凸輪為例，說明改變氣門開閉頻率的實(shí)現(xiàn)方法:
[0179]將曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比固定為2(即曲軸每轉(zhuǎn)2圈，凸輪軸轉(zhuǎn)I圈)；對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)2周氣門開閉I次的凸輪采用一端凸起的形狀；對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)I周氣門開閉I次的凸輪采用兩端凸起的形狀；兩個(gè)凸輪緊貼，并在兩者之間設(shè)滑槽，保證氣動(dòng)機(jī)運(yùn)行中頂桿可通過滑槽在凸輪間來回滑動(dòng)；當(dāng)需要改變氣門開閉頻率時(shí)，觸發(fā)機(jī)構(gòu)推動(dòng)頂桿或凸輪移動(dòng)位置，頂桿就通過滑槽在各凸輪之間切換。
[0180](2)氣門開度和開放時(shí)間的改變
[0181]氣門開度和開放時(shí)間可通過調(diào)節(jié)氣門觸發(fā)機(jī)構(gòu)(凸輪+頂桿+杠桿機(jī)構(gòu)+間隙)的“間隙”來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0182](3)氣門的“常閉”或“常開”
[0183]氣門的“常閉”或“常開”可通過以下方式實(shí)現(xiàn):
[0184]方案一:通過加大氣門觸發(fā)機(jī)構(gòu)的“間隙”來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)凸輪到氣門之間的傳動(dòng)間隙大于凸輪觸發(fā)的最大位移量時(shí)，凸輪推動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作就不能傳遞到氣門上，通過這一方式可實(shí)現(xiàn)氣門開閉與凸輪運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)消失，于是氣門可根據(jù)需要通過專門機(jī)構(gòu)使其保持“常閉”或“常開”。
[0185]方案二:在觸發(fā)氣門開閉的“凸輪”旁邊增加“圓輪”;各輪之間設(shè)滑槽，使頂桿可在各凸輪間來回滑動(dòng)；當(dāng)氣門需要常開或常閉時(shí)，將頂桿切換到“圓輪”上，這樣，氣動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與氣門之間的關(guān)聯(lián)消失，于是氣門可根據(jù)需要通過專門機(jī)構(gòu)使其保持“常閉”或“常開”。
[0186](十四)多種形式的燃料、熱能利用及廢氣余熱利用
[0187]前面關(guān)于該多功能氣動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理中以汽油為例闡述了其氣動(dòng)循環(huán)及供油燃燒過程。由于該多功能氣動(dòng)機(jī)壓縮終端及各級(jí)氣缸之間的膨脹氣路可根據(jù)需要靈活布置，這一特點(diǎn)使得該多功能氣動(dòng)機(jī)可利用多種形式的燃料及熱能，常見的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)燃料它均可使用。它獲得熱能的方式，可采用像傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)在缸內(nèi)燃燒，可采用在中間氣路的恰當(dāng)部位燃燒，可采用外部燃燒傳熱，可利用尾氣余熱，可采用非燃燒式的熱能——如太陽能
坐寸ο
[0188]當(dāng)利用煤炭燃燒、太陽能等形式的熱量時(shí)，一般采用缸外吸熱的方式，如圖1所示氣路中，吸熱范圍可選擇在高壓氣路氣門12之前的恰當(dāng)位置。
[0189]當(dāng)采用柴油作為燃料時(shí)，由于柴油不易與空氣形成混合氣，一般采用缸內(nèi)噴油燃燒的方式，此時(shí)高壓氣缸需較高的壓縮比保證壓縮終端空氣溫度高于柴油燃點(diǎn)。采用圖2所示的氣路可適用于柴油燃料，其供油及燃燒方式同一般柴油機(jī)(即采用缸內(nèi)噴射柴油，通過提高壓縮比保證缸內(nèi)壓縮空氣的溫度高于柴油燃點(diǎn)，使柴油噴射出來立即自發(fā)燃燒)。
[0190]圖2的氣路中，高壓氣缸內(nèi)有燃燒室，其執(zhí)行“吸氣一壓縮一吸熱升溫一膨脹做功—排氣”循環(huán)模式時(shí)，壓縮終端高壓空氣不必排出氣缸，直接在缸內(nèi)供油燃燒
[0191]由于該多功能氣動(dòng)機(jī)不同工作模式下高壓氣缸吸入的空氣量有差別，當(dāng)該多功能氣動(dòng)機(jī)采用圖2保留燃燒室的方式時(shí)，高壓氣缸燃燒室需根據(jù)不同使用場(chǎng)合的功能要求采用固定容積或可變?nèi)莘e。對(duì)于需要采用變?nèi)莘e燃燒室的情況，可采用“活塞式燃燒室”實(shí)現(xiàn)容積的連續(xù)可變；或采用多個(gè)燃燒室，需要變?nèi)輹r(shí)通過“滑閥”等方式關(guān)閉部分(或全部)燃燒室，實(shí)現(xiàn)燃燒室容積的“階梯式”改變。
[0192]該多功能氣動(dòng)機(jī)利用熱能的靈活性使得它可以充分利用一切值得利用的熱能，廢氣余熱利用可輕易實(shí)現(xiàn)。附圖中，如果廢氣溫度與氣瓶出口閥門11到低壓氣缸進(jìn)氣門14之間氣路溫度有足以值得利用的溫差，可以設(shè)置熱交換器利用廢氣余熱對(duì)高壓空氣進(jìn)行加熱，從而提高熱能的利用效率。說明書附圖中圖1、圖2示意了可采用的余熱利用方式:圖I中，設(shè)置熱交換器16及轉(zhuǎn)換氣閥17，當(dāng)利用余熱時(shí)，轉(zhuǎn)換氣閥17接通余熱利用氣路，關(guān)閉非余熱利用氣路，高壓空氣經(jīng)過熱交換器16吸收余熱；當(dāng)不利用余熱時(shí)，轉(zhuǎn)換氣閥17接通非余熱利用氣路，關(guān)閉余熱利用氣路；氣閥17還可采用比例閥，使部分空氣與廢氣進(jìn)行熱交換。圖1所示為選擇性利用余熱，若不進(jìn)行選擇，氣路可得到簡(jiǎn)化。圖2示意了在高壓氣缸進(jìn)氣門12之前的氣路上通過熱交換器利用余熱的情況。
[0193](十五)通過吸氣增壓提高做功能力的實(shí)現(xiàn)
[0194]活塞式內(nèi)燃機(jī)可通過吸氣增壓的方式增加吸氣量提高其做功能力，目前常用的吸氣增壓方式有機(jī)械式增壓和廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓兩大類。當(dāng)該多功能氣動(dòng)機(jī)可采用與內(nèi)燃機(jī)類似的增壓技術(shù)，提高其工作效率。
[0195](十六)多功能氣動(dòng)機(jī)的適用范圍及其形式演變
[0196]該多功能氣動(dòng)機(jī)的用途主要有兩大類:一是作為輸出動(dòng)力及回收利用機(jī)械能的發(fā)動(dòng)機(jī)使用；二是作為提供壓縮空氣的設(shè)備使用。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)使用需求的變化，該多功能氣動(dòng)機(jī)的形式將發(fā)生各種各樣的演變，其演變主要集中在兩方面:
[0197]1、氣缸級(jí)數(shù)、個(gè)數(shù)的演變
[0198]本說明中以二級(jí)氣缸(每級(jí)I個(gè))的形式闡述多功能氣動(dòng)機(jī)基本原理，在實(shí)際應(yīng)用中，氣缸級(jí)數(shù)一般為I?4級(jí)，氣缸個(gè)數(shù)變化無常(最少I個(gè)，大型機(jī)械上可多達(dá)數(shù)百個(gè))；壓縮過程的級(jí)數(shù)與膨脹過程的級(jí)數(shù)可相同、也可能不同。
[0199]2、氣路及儲(chǔ)氣設(shè)備的形式演變
[0200]實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)不同氣缸級(jí)數(shù)、個(gè)數(shù)、以及不同的使用需求，多功能氣動(dòng)機(jī)的氣路及儲(chǔ)氣設(shè)備的布置形式變化萬千，不能一一列舉。
[0201]本發(fā)明的核心在于對(duì)基本氣動(dòng)過程的新的組合應(yīng)用，而不涉及具體實(shí)施的技術(shù)細(xì)節(jié)，諸如不同燃料類型的供給、燃燒、具體配氣方式的實(shí)施及優(yōu)化等技術(shù)細(xì)節(jié)，不屬于本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及的活塞式多功能氣動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱多功能氣動(dòng)機(jī))是一種集成了內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)三種功能或其中任意兩種功能的新型氣動(dòng)機(jī)械。
2.該多功能氣動(dòng)機(jī)不是內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)三者在外觀上的簡(jiǎn)單合并，它區(qū)別于這三種氣動(dòng)機(jī)械的根本特征為:它所集成的各種功能可共用部分或全部氣路、氣缸及活塞組，且它所集成的內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)功能可單獨(dú)運(yùn)行，或?qū)⑵渲心硟煞N功能同時(shí)運(yùn)行；在外部特征上它區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)的主要特征是增加了儲(chǔ)存壓縮空氣的設(shè)備，區(qū)別于活塞式壓縮機(jī)及氣動(dòng)馬達(dá)的主要特征是它的某些功能需要消耗燃料(或熱能)。
3.該多功能氣動(dòng)機(jī)的工作過程由壓縮過程、膨脹過程、熱交換過程(吸熱或放熱)這三種基本過程組成，壓縮過程及膨脹過程可為單級(jí)或多級(jí)；壓縮過程與膨脹過程的級(jí)數(shù)可相同或不同；壓縮過程與膨脹過程可單獨(dú)進(jìn)行，也可對(duì)稱交替進(jìn)行(壓縮量=膨脹量)或非對(duì)稱交替進(jìn)行(壓縮量古膨脹量)；壓縮過程中可根據(jù)需要選擇是否采取中冷措施；膨脹過程中可根據(jù)需要選擇是否對(duì)氣體提供熱能；壓縮氣路及膨脹氣路之間任意位置可根據(jù)需要設(shè)置儲(chǔ)氣設(shè)備。
4.該多功能氣動(dòng)機(jī)的用途主要有兩大類:一是作為輸出動(dòng)力及回收利用機(jī)械能的發(fā)動(dòng)機(jī)使用；二是作為提供壓縮空氣的設(shè)備使用。
5.該多功能氣動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)以下功能: (1)作為類似于一般活塞式內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力機(jī)械工作，此時(shí)，該多功能氣動(dòng)機(jī)通過“吸氣—壓縮一吸熱升溫一膨脹做功一排氣”的往復(fù)循環(huán)，消耗熱能獲得機(jī)械能； (2)作為被外力驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)工作，此時(shí)，該多功能氣動(dòng)機(jī)從自然界吸入空氣，并消耗機(jī)械能將空氣壓縮后儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣設(shè)備中； (3)作為氣動(dòng)馬達(dá)工作，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)通過消耗儲(chǔ)氣設(shè)備中的壓縮空氣獲得機(jī)械倉(cāng)泛; (4)作為消耗熱能的氣動(dòng)馬達(dá)工作，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)氣設(shè)備釋放壓縮空氣，并讓壓縮空氣吸熱升溫，高溫高壓空氣膨脹做功，從而對(duì)外輸出能量 (5)運(yùn)行在功能(I)、(2)之間，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)從外界吸入空氣并壓縮，空氣到達(dá)壓縮終端后，一部分被存入儲(chǔ)氣設(shè)備內(nèi)，剩余部分經(jīng)過吸熱升溫、膨脹做功后被排向自然界，排氣完成后重新吸氣，如此往復(fù)循環(huán)；本項(xiàng)功能的實(shí)質(zhì)是:多功能氣動(dòng)機(jī)通過消耗熱能壓縮空氣并儲(chǔ)存，與此同時(shí)，它可減少壓縮空氣的儲(chǔ)存而對(duì)外輸出動(dòng)力，也可接收外界動(dòng)力而增加壓縮空氣的儲(chǔ)存； (6)運(yùn)行在功能(1)、(4)之間，此時(shí)，多功能氣動(dòng)機(jī)從外界吸入空氣并壓縮，同時(shí)，儲(chǔ)氣設(shè)備再釋放一部分壓縮空氣與新壓縮的空氣合并，合并后的壓縮空氣經(jīng)吸熱升溫一膨脹做功后被排向自然界，排氣完成后重新進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；本項(xiàng)功能的實(shí)質(zhì)是:多功能氣動(dòng)機(jī)在運(yùn)行功能(I)的同時(shí)，又利用儲(chǔ)氣設(shè)備中的壓縮空氣增加參與膨脹做功的空氣量(該項(xiàng)功能可使氣動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力在功能一的基礎(chǔ)上得到加強(qiáng))； (7)消耗少量能量空轉(zhuǎn)的功能； (8)自動(dòng)充、放氣功能； (9)停機(jī)功能； (10)停機(jī)后再次啟動(dòng)功能； (11)隨時(shí)起停功能；(12)利用外部氣源充氣功能； 該多功能氣動(dòng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用中確定的功能可為以上(1)~(12)項(xiàng)功能的部分或全部。
6.該多功能氣動(dòng)機(jī)可利用多種形式的熱能，如汽油、柴油、石油液化氣、天燃?xì)狻錃?、醇類、煤炭等各種燃料燃燒的熱能，以及廢氣余熱、太陽能等。
7.該多功能氣動(dòng)機(jī)可通過吸氣增壓(機(jī)械增壓或廢氣渦輪增壓)提高工作效率。
【文檔編號(hào)】F02B75/40GK103925081SQ201310016363
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月16日
【發(fā)明者】曾禮 申請(qǐng)人:曾禮