題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 零排放氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是研究一種使用壓縮空氣作動(dòng)力源的車載動(dòng)力裝置，可替代普通燃料驅(qū)動(dòng)車輛，從而實(shí)現(xiàn)汽車尾氣的零排放。作品采用兩級(jí)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(dòng)方向相同，無(wú)側(cè)向力損耗，能量傳遞效率高。一個(gè)氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動(dòng)雙向提供動(dòng)力，輸出動(dòng)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(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)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(dòng)力源的汽車動(dòng)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(dòng)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(jí)氣缸膨脹做功，即一級(jí)氣缸的排氣作為二級(jí)氣缸的氣源再次利用剩余能量，其中再經(jīng)過(guò)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(dòng)方向相同，無(wú)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(gè)氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動(dòng)雙向提供動(dòng)力，輸出軸的動(dòng)力輸出較為平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。以本作品作為動(dòng)力的氣動(dòng)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?yàn)閴嚎s空氣簡(jiǎn)單易得，價(jià)格便宜，所以使用氣動(dòng)發(fā)動(dòng)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(duì)簡(jiǎn)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(jì)、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(jì)目的：本作品是研究一種使用壓縮空氣作動(dòng)力源的車載動(dòng)力裝置，可替代汽油等燃料驅(qū)動(dòng)車輛行駛，實(shí)現(xiàn)汽車尾氣零排放。基本思路：氣罐中的高壓氣體經(jīng)氣壓控制回路輸入到一級(jí)和二級(jí)氣缸，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成輸出軸的單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，作為動(dòng)力輸出。創(chuàng)新點(diǎn)：(1)本作品采用兩級(jí)氣缸膨脹做功，即一級(jí)氣缸的排氣作為二級(jí)氣缸的氣源再次利用剩余能量，經(jīng)過(guò)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(dòng)軸力臂保持垂直，無(wú)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(gè)氣缸的兩側(cè)腔室都作為工作腔，往復(fù)運(yùn)動(dòng)雙向提供動(dòng)力，動(dòng)力輸出平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。關(guān)鍵技術(shù)：(1)多級(jí)膨脹做功技術(shù):采用兩級(jí)甚至多級(jí)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(guò)程，以提高能量利用率。(2)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)技術(shù):作品采用齒輪齒條傳動(dòng)方式，將雙面齒條與活塞桿固連，同時(shí)驅(qū)動(dòng)上下兩個(gè)齒輪，這兩個(gè)齒輪與各自傳動(dòng)軸通過(guò)單向離合器連接，固連在兩個(gè)傳動(dòng)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(dòng)是通過(guò)氣缸兩側(cè)進(jìn)、排氣交替實(shí)現(xiàn)。通過(guò)行程開關(guān)反饋信號(hào)，經(jīng)繼電器控制換向閥，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)、排氣自動(dòng)交替過(guò)程。技術(shù)指標(biāo)：缸徑D=32mm，進(jìn)氣壓力Ps=0.7Mpa。(1)單級(jí)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(jí)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(dòng)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(dòng)力源驅(qū)動(dòng)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(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與普通內(nèi)燃機(jī)相似，通過(guò)活塞曲柄結(jié)構(gòu)輸出動(dòng)力。浙江大學(xué)也針對(duì)該驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究和試驗(yàn)。但在傳動(dòng)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(wú)用功，影響工作效率。本作品的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)使氣缸輸出力方向始終與作用力臂垂直，沒(méi)有側(cè)向無(wú)用功損耗，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)效率。 (3)本作品采用兩級(jí)氣缸膨脹做功，即一級(jí)氣缸的排氣作為二級(jí)氣缸的氣源再次利用，經(jīng)過(guò)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(dòng)時(shí)都能提供動(dòng)力，動(dòng)力輸出較為平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。參考文獻(xiàn)：[1]劉林.氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)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(dòng)力的車載發(fā)動(dòng)機(jī)[P].專利號(hào)：CN1851260A。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■模型 ■圖紙 ■現(xiàn)場(chǎng)演示 ■圖片 ■錄像 ■樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：本作品作為一種能量轉(zhuǎn)換動(dòng)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(dòng)工作過(guò)程，輸出軸能夠持續(xù)輸出旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)： (1)本作品采用壓縮空氣作為動(dòng)力源，排出的尾氣為空氣，無(wú)污染。 (2)本作品的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)工作效率更高，再結(jié)合兩級(jí)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(dòng)時(shí)提供雙向動(dòng)力，動(dòng)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(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)車輛行駛，具有良好的應(yīng)用前景。經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：因?yàn)閴嚎s空氣容易獲得，可集中建設(shè)高壓氣站，價(jià)格便宜，用之不竭，所以使用氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的成本要比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)成本低，對(duì)環(huán)保更是起到重要作用。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)是一種使用壓縮空氣作動(dòng)力源的汽車動(dòng)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(dòng)車輛行駛，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車尾氣的零排放。國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀：法國(guó)的空氣動(dòng)力汽車研究工作主要集中在法國(guó)工程師Guy Negre領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，他們致力于壓縮空氣動(dòng)力汽車的研發(fā)，己獲得相關(guān)的專利20余項(xiàng)，并組建了法國(guó)MDI汽車公司專門研制氣動(dòng)汽車,是該領(lǐng)域的“旗幟型”企業(yè)。到2001年底，已經(jīng)設(shè)計(jì)制造出多款氣動(dòng)汽車，并計(jì)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)汽車以一罐90L、3O0bar壓力的壓縮空氣可行駛240km，最高時(shí)速110km/h，接電充氣時(shí)間為4小時(shí)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(dòng)機(jī)的工作過(guò)程盡量接近于等溫膨脹過(guò)程，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中從周圍環(huán)境中吸取盡可能多的熱量。MDI公司的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)有多種類型，設(shè)計(jì)師采用的方法之一是多級(jí)膨脹做功方式，即由氣罐輸入的高壓氣體在第一個(gè)小缸中按多變過(guò)程膨脹推動(dòng)活塞做功后，尾氣經(jīng)過(guò)一個(gè)熱交換器由外界空氣加熱，進(jìn)入第二個(gè)較大氣缸繼續(xù)膨脹推動(dòng)活塞做功，然后再由熱交換器加熱，最后進(jìn)入第三個(gè)更大的氣缸膨脹推動(dòng)活塞做功，此后接近大氣壓的尾氣排出發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：在國(guó)內(nèi)，氣動(dòng)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(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，能夠以壓縮空氣為動(dòng)力運(yùn)行，動(dòng)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(bào)道。浙江大學(xué)氣動(dòng)汽車課題項(xiàng)目組進(jìn)行了氣動(dòng)汽車的研究工作，還有一些個(gè)人在氣動(dòng)汽車方面進(jìn)行探索，有概念性發(fā)明專利的申請(qǐng)。綜上所述，氣動(dòng)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(guó)外氣動(dòng)汽車技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，而國(guó)內(nèi)相關(guān)研究尚處于初期階段。
