[发明专利]一种采用螺旋杆传动的气动发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用螺旋杆传动的气动发动机，属于新能源气动发动机领域。

背景技术

内燃机的出现极大的推动了人类社会的进步。但是，随着汽车飞快的走进了普通人家，能源问题和环境问题不断凸显，世界上的国家都开始并已经在新能源汽车领域取得了成果，我国在电动汽车和混合动力汽车都已经有了具有自主的知识产权的成果，但是在压缩空气动力的气动汽车的研发上是刚刚起步。

气动发动机是指使用压缩空气或者液氮作为动力来源，驱动汽车行驶，可以说是零排放的汽车。但是单纯的气动发动机工质膨胀吸热导致气缸壁、气缸盖等部件温度降低，甚至结霜，具有输出功率小、能量利用率低下的缺点。

现在的气动汽车大多采用活塞式气动发动机，压缩空气在气缸内膨胀推动活塞做功，在曲轴、飞轮的惯性力的作用下回程排气，压缩空气每次膨胀做功都要克服大气压力甚至更高的压力，能耗较大。

研究表明，提高压缩空气进入气缸的压力，增大压缩空气膨胀过程中的换热量，可以极大的提高压缩空气的膨胀效率，提高气动汽车的行驶里程。

因此需要一种新型的传动系统来匹配高压气体在气缸内的膨胀特性，并且该发动机要提高能量利用效率和输出功率。

发明内容

本发明旨在提供一种采用螺旋杆传动的气动发动机，包括一种新型的传动机构，降低了储气罐内气压变化对发动机输出的影响，同时利用大气压做功，提升了压缩空气的能量利用率，提高了气动发动机的经济性和效率。

本发明提供的一种采用螺旋杆传动的气动发动机，包括储气罐、膨胀气囊、气缸、活塞、换热液、轴承、齿轮、螺旋杆、输出轴；所述气缸内部设有膨胀气囊，气缸内装有换热液，膨胀气囊位于换热液之间，换热液上方设有活塞，活塞中心连接螺旋杆，所述螺旋杆的两端螺纹旋向相反，螺旋杆下端设有第一单向轴承，螺旋杆上端设有第二单向轴承，第一单向轴承左端连接第一齿轮，第一齿轮与第一对滚珠轴承配合定位；第二单向轴承左端设有第二齿轮，第二齿轮与第二对滚珠轴承配合定位；第二齿轮和第一齿轮分别与输出轴上的第三齿轮、第四齿轮啮合；第一齿轮和第三齿轮啮合，第二齿轮和第四齿轮啮合分别通过平键将扭矩传递到输出轴上；所述膨胀气囊与储气罐连接，膨胀气囊两端分别设有进气阀和排气阀。

所述第一单向轴承内圈和螺旋杆的外螺纹接触，第一单向轴承外圈和第一齿轮通过螺栓固定；第二单向轴承内圈和螺旋杆的外螺纹接触，第二单向轴承外圈和第二齿轮通过螺栓固定。

所述活塞上方靠近气缸壁设有导向杆，活塞上下移动过程中不发生偏移。导向杆的作用是防止活塞以及螺旋杆在运动过程中发生相对位移。

本发明中，滚珠轴承的作用是为了固定齿轮和输出轴，并减小其转动阻力。

作为另一种优选的实施方式，所述换热液内部设有换热管，换热管与热源连接。此处热源可以是废弃的热源，有利于资源的综合利用。

换热管固定在气缸上，其作用是将传统内燃机或其他方面的废热通过换热管对换热液进行加热。

本发明的工作原理：（1）该气动发动机工作分为进气膨胀和排气回程两个冲程。进气膨胀冲程的动力由高压气体在气囊内膨胀来提供，膨胀过程中，气体通过气囊和换热液进行换热，使气体的膨胀接近等温膨胀，推动活塞上移；排气回程冲程的动力由大气压作用在活塞外表面来提供，大气压作用在活塞外表面，推动活塞回程，活塞带动螺旋杆上下移动，两个单向轴承的内圈分别旋套在螺旋杆两头，并且螺旋杆两头的螺纹旋向相反，螺旋杆的上下移动分别通过第一单向轴承和第二单向轴承的内圈对输出轴做功。

（2）该发动机采用螺旋杆传动，所述的螺旋杆受活塞作用只做往复的推拉动作，在推程和拉程均可输出功率，并且不要求推程或拉程达到一个精确长度，可以允许推程或拉程在行程极限范围内有较大的波动。螺旋杆推拉时，通过单向轴承驱动齿轮旋转，所述螺旋杆两头螺纹旋向相反，使螺旋杆在推程只能扭转一个单向轴承内圈，在螺旋杆拉程，扭转另一个单向轴承内圈，并且两个单向轴承内圈旋转方向一致；通过齿轮传动，将螺旋杆的推、拉动作通过单向轴承内圈所产生的扭矩集中到同一根输出轴上，使输出轴在螺旋杆往复运动的过程中具有连续稳定的功率输出。

（3）本发明采取大缸径气缸，所述活塞面积较大，大气压力作用在活塞外表面的压力除了提供回程力，还可以提供较大的功率输出，所述大缸径气动发动机活塞每次往复利用大气压做功一次，极大地提高了能量利用效率。