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基本信息
- 項目名稱：
- 零排放氣動發(fā)動機(jī)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是研究一種使用壓縮空氣作動力源的車載動力裝置，可替代普通燃料驅(qū)動車輛，從而實現(xiàn)汽車尾氣的零排放。作品采用兩級氣缸膨脹作功，提高了能量使用率。氣缸輸出力方向與齒條運(yùn)動方向相同，無側(cè)向力損耗，能量傳遞效率高。一個氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動雙向提供動力，輸出動力較為平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。作品可用于城市內(nèi)短途交通工具，如城市公交、日常上班用車等，作為動力裝置驅(qū)動車輛，具有良好的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品以提高能源利用率和環(huán)境保護(hù)為背景，提供一種使用壓縮空氣作動力源的汽車動力裝置，使用的壓縮空氣能代替汽油、柴油或液化石油氣燃料，驅(qū)動車輛行駛，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車尾氣的零排放。本作品采用兩級氣缸膨脹做功，即一級氣缸的排氣作為二級氣缸的氣源再次利用剩余能量，其中再經(jīng)過熱交換器吸收外界部分能量，提高了能量使用效率。氣缸的輸出力方向與齒條運(yùn)動方向相同，無側(cè)向力損耗，能量傳遞效率比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的活塞曲柄結(jié)構(gòu)高。一個氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動雙向提供動力，輸出軸的動力輸出較為平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。以本作品作為動力的氣動汽車主要用于短途行駛，作為城市日常短途交通或室內(nèi)交通工具。因為壓縮空氣簡單易得，價格便宜，所以使用氣動發(fā)動機(jī)的成本要比現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)成本低，且結(jié)構(gòu)相對簡單，制造成本也低，易于在城市中廣泛推廣。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的：本作品是研究一種使用壓縮空氣作動力源的車載動力裝置，可替代汽油等燃料驅(qū)動車輛行駛，實現(xiàn)汽車尾氣零排放?；舅悸罚簹夤拗械母邏簹怏w經(jīng)氣壓控制回路輸入到一級和二級氣缸，推動活塞往復(fù)運(yùn)動，通過機(jī)械傳動系統(tǒng)將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成輸出軸的單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，作為動力輸出。創(chuàng)新點(diǎn)：(1)本作品采用兩級氣缸膨脹做功，即一級氣缸的排氣作為二級氣缸的氣源再次利用剩余能量，經(jīng)過熱交換器吸收外界部分能量，提高能量使用效率。(2)氣缸輸出力方向始終與傳動軸力臂保持垂直，無側(cè)向力損耗，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的活塞曲柄結(jié)構(gòu)相比，能量傳遞效率更高。(3)一個氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動雙向提供動力，動力輸出平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。關(guān)鍵技術(shù)：(1)多級膨脹做功技術(shù):采用兩級甚至多級氣缸膨脹做功，令壓縮氣體盡可能吸收外界熱能，接近等溫膨脹過程，以提高能量利用率。(2)傳動結(jié)構(gòu)技術(shù):作品采用齒輪齒條傳動方式，將雙面齒條與活塞桿固連，同時驅(qū)動上下兩個齒輪，這兩個齒輪與各自傳動軸通過單向離合器連接，固連在兩個傳動軸另一側(cè)上的齒輪與輸出軸齒輪嚙合，使輸出軸保持持續(xù)單向旋轉(zhuǎn)。(3)配氣控制技術(shù):氣缸的往復(fù)運(yùn)動是通過氣缸兩側(cè)進(jìn)、排氣交替實現(xiàn)。通過行程開關(guān)反饋信號，經(jīng)繼電器控制換向閥，可實現(xiàn)進(jìn)、排氣自動交替過程。技術(shù)指標(biāo)：缸徑D=32mm，進(jìn)氣壓力Ps=0.7Mpa。(1)單級系統(tǒng):輸出軸扭矩達(dá)到5N?m，輸出軸最高轉(zhuǎn)速約為480r/min；(2)雙級系統(tǒng)：輸出軸扭矩達(dá)到6N?m，輸出軸最高轉(zhuǎn)速約為550r/min。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- (1)現(xiàn)在汽車發(fā)動機(jī)主要是以內(nèi)燃機(jī)為主，其燃燒所排放的污染物已經(jīng)成為城市的第一大污染源。本作品采用高壓氣體作為動力源驅(qū)動汽車行駛，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的零排放。 (2)專利CN1851260A提出了一種使用壓縮空氣作為動力的發(fā)動機(jī)，傳動結(jié)構(gòu)與普通內(nèi)燃機(jī)相似，通過活塞曲柄結(jié)構(gòu)輸出動力。浙江大學(xué)也針對該驅(qū)動結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究和試驗。但在傳動結(jié)構(gòu)上仍然采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使得曲柄上有一側(cè)向分力做無用功，影響工作效率。本作品的傳動結(jié)構(gòu)使氣缸輸出力方向始終與作用力臂垂直，沒有側(cè)向無用功損耗，提高了傳動系統(tǒng)效率。 (3)本作品采用兩級氣缸膨脹做功，即一級氣缸的排氣作為二級氣缸的氣源再次利用，經(jīng)過熱交換器吸收外界部分能量，提高了能量使用效率。氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動時都能提供動力，動力輸出較為平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。參考文獻(xiàn)：[1]劉林.氣動發(fā)動機(jī)工作過程和關(guān)鍵零部件優(yōu)化研究[D].浙江大學(xué)博士論文,2007。[2] 陳志新.用壓縮空氣作動力的車載發(fā)動機(jī)[P].專利號：CN1851260A。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- ■實物、產(chǎn)品 ■模型 ■圖紙 ■現(xiàn)場演示 ■圖片 ■錄像 ■樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：本作品作為一種能量轉(zhuǎn)換動力裝置，需要提供一定壓力的壓縮空氣，供氣缸使用，傳感器和控制閥能夠?qū)崿F(xiàn)自動工作過程，輸出軸能夠持續(xù)輸出旋轉(zhuǎn)動力。技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢： (1)本作品采用壓縮空氣作為動力源，排出的尾氣為空氣，無污染。 (2)本作品的傳動結(jié)構(gòu)工作效率更高，再結(jié)合兩級膨脹做功技術(shù)，有利于提高壓縮空氣能量利用率。 (3)氣缸兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動時提供雙向動力，動力輸出較為平穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)緊湊。適用范圍以及推廣前景：本作品可用于城市內(nèi)短途交通工具，如：城市公交、日常上班用車，旅游景點(diǎn)觀光游覽車、室內(nèi)搬運(yùn)工具等，作為動力裝置驅(qū)動車輛行駛，具有良好的應(yīng)用前景。經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：因為壓縮空氣容易獲得，可集中建設(shè)高壓氣站，價格便宜，用之不竭，所以使用氣動發(fā)動機(jī)的成本要比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)成本低，對環(huán)保更是起到重要作用。氣動發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)相對于內(nèi)燃機(jī)簡單，其制造成本也低，可以廣泛推廣。因此本作品具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 本作品研究的氣動發(fā)動機(jī)是一種使用壓縮空氣作動力源的汽車動力裝置，使用的壓縮空氣能代替汽油、柴油或液化石油氣燃料，驅(qū)動車輛行駛，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車尾氣的零排放。國外發(fā)展現(xiàn)狀：法國的空氣動力汽車研究工作主要集中在法國工程師Guy Negre領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，他們致力于壓縮空氣動力汽車的研發(fā)，己獲得相關(guān)的專利20余項，并組建了法國MDI汽車公司專門研制氣動汽車,是該領(lǐng)域的“旗幟型”企業(yè)。到2001年底，已經(jīng)設(shè)計制造出多款氣動汽車，并計劃在南非的約翰內(nèi)斯堡和墨西哥的墨西哥城投入小批量商業(yè)生產(chǎn)。最新安裝有Guy Negre氣動發(fā)動機(jī)的氣動汽車以一罐90L、3O0bar壓力的壓縮空氣可行駛240km，最高時速110km/h，接電充氣時間為4小時左右，而在加氣站充氣只需約3分鐘。若要求一定容積車載氣罐中的壓縮空氣能輸出盡可能多的機(jī)械功，有效的途徑就是讓發(fā)動機(jī)的工作過程盡量接近于等溫膨脹過程，這就要求發(fā)動機(jī)工作過程中從周圍環(huán)境中吸取盡可能多的熱量。MDI公司的氣動發(fā)動機(jī)有多種類型，設(shè)計師采用的方法之一是多級膨脹做功方式，即由氣罐輸入的高壓氣體在第一個小缸中按多變過程膨脹推動活塞做功后，尾氣經(jīng)過一個熱交換器由外界空氣加熱，進(jìn)入第二個較大氣缸繼續(xù)膨脹推動活塞做功，然后再由熱交換器加熱，最后進(jìn)入第三個更大的氣缸膨脹推動活塞做功，此后接近大氣壓的尾氣排出發(fā)動機(jī)。國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：在國內(nèi)，氣動汽車的研究還處于起步階段，屬于基礎(chǔ)研究范疇，大多是利用傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造，能夠以壓縮空氣為動力運(yùn)行，動力性和經(jīng)濟(jì)性均不理想，浙江大學(xué)和合肥工業(yè)大學(xué)已有相關(guān)研究報道。浙江大學(xué)氣動汽車課題項目組進(jìn)行了氣動汽車的研究工作，還有一些個人在氣動汽車方面進(jìn)行探索，有概念性發(fā)明專利的申請。綜上所述，氣動汽車在能源和環(huán)保方面有重大意義，具有良好的應(yīng)用前景，且國外氣動汽車技術(shù)已經(jīng)相對成熟，而國內(nèi)相關(guān)研究尚處于初期階段。
