[发明专利]一种利用压缩空气为作功能源的透平发动机

权利要求书

1.一种利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，包括共同依附于同一机体的气源、控制、作功、润滑四个子系统，以及配气、传动、辅助三个子机构；

所述气源系统由空气压缩机和/或压缩空气存储容器提供气源，并通过管道串连构成；

所述控制系统，设于气源系统与作功系统之间，包括电子测控装置以及控制阀，所述电子测控装置对压缩空气的压强和空气质量，进行数据采集、分析与定量，并通过控制阀控制供给作功系统的压缩空气的流量和压强，实现对发动机力矩与运行状态的控制；

所述作功系统包括壳体及其内部设置的至少一组气缸与活塞，所述气缸具有封闭的可变容积，其内部为作功室，顶部设有气缸盖，底部设有曲轴箱；

其中，气缸盖设有进气门、排气门，所述进气门通过进气阀与进气管道相连通，所述排气门通过排气阀与排气管道相连通，所述进气管道与气源系统相连通，所述排气管道的出口与大气相连通；

其中，所述曲轴箱内设置曲轴，所述活塞通过连杆与曲轴传动连接，所述连杆的两端分别与活塞和曲轴相铰接，所述曲轴与发动机的主轴连接；

所述润滑系包括设于所述气缸的润滑油道、机油泵、机油滤清器以及阀门，机油储存于所述曲轴箱底部的油底壳，所述机油泵、机油滤清器和润滑油道相连通形成机油润滑油路，所述阀门设于润滑油路；

所述配气机构包括与曲轴传动连接的凸轮轴，所述进气阀和排气阀在凸轮轴的控制下定时开启和关闭进气门和排气门，使压缩空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程；

所述传动机构包括正时链轮、正时链条和曲轴链轮，所述曲轴链轮设置于曲轴上，所述正时链轮通过正时链条与曲轴链轮连接；所述正时链轮与所述凸轮轴相连；

所述辅助机构包括尾气稳压机构、尾气回收机构、尾气消声机构之一或其组合；

所述作功系统作功室的工作循环：

当活塞运动至上止点时，气缸容积处于最小容积，此时，所述凸轮轴通过进气阀控制进气门开启、排气门关闭，压缩空气直接进入封闭的气缸内，由于缸内与缸外的压差，压缩空气在缸内膨胀、体积增大，同时在其势能极速释放的推力下，推动活塞运动产生下行行程，活塞的下行直线往复运动通过曲柄连杆驱动曲轴作圆周作功运动；

当活塞运动至下止点时，气缸室处于最大体积，此时，所述凸轮轴通过进气阀控制进气门关闭、排气门开启，活塞在惯性作用下向上运动产生上行形成，作功后的压缩空气通过排气门排出，气缸容积再次变为最小值，进入下一循环作功过程，从而向外界不断输出动力。

2.根据权利要求1所述的利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，所述控制阀与进气门之间的连通管道上设置有热交换装置，用于对通过管道的压缩空气进行温度和压力调节，以提高有效的作功功率。

3.根据权利要求1所述的利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，所述凸轮轴工作时进气阀开启的进气持续角与排气阀开启的排气持续角为相对无间隙呼应。

4.根据权利要求3所述的利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，所述凸轮轴位于所述曲轴一侧，两者通过齿轮或皮带传动连接，所述进气阀和排气阀设有控制其启闭的气门挺杆，所述凸轮轴上的凸轮通过横杆与气门挺杆传动连接，从而控制进气阀和排气阀按活塞作功行程依次开启或关闭。

5.根据权利要求3所述的利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，所述凸轮轴位于所述进气门和排气门顶部，并通过皮带或链条与曲轴传动连接，其上的凸轮直接控制进气阀和排气阀。

6.根据权利要求3所述的利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，所述凸轮轴位于所述进气门和排气门顶部，并通过皮带或链条与曲轴传动连接，其上的凸轮通过连杆控制进气阀和排气阀。

7.根据权利要求3所述的利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，所述凸轮轴包括进气凸轮和排气凸轮；所述进气凸轮沿其对称方向形成有凸角以便打开进气阀，排气凸轮沿其对称方向形成有打开部分以便打开排气阀。

8.根据权利要求1所述的利用压缩空气为作功能源的透平发动机，其特征在于，所述压缩空气气源的气体压力大于所述气缸作功室内的新鲜充气压缩到发动装置设定的压缩比所需的压力，其压力与工况环境压力有数量级的压差，且能达到活塞最低气压作功死点。