本发明涉及空气动力汽车技术领域， 尤其涉及一种能够在汽车行驶过程中 自动补充压缩空气的发动机系统。 背景技术

随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提 高， 人类对于能源的需求在 进入二十世纪下半页之后达到了前所未有的高 峰， 地球上的各种传统能源在短 时间内被利用殆尽， 资源储备日趋枯竭。 随着这种对能源的过度开釆利用， 人 类不可避免地遭遇了两大全球性问题， 一是伴随工业发展而至的环境污染问题， 二是资源枯竭带来的能源短缺问题。

温室效应的不断加强及能源危机的日益深化， 使得人类不得不开始面对这 两大问题， 并着手研究緩解、 解决这些问题的对策和措施。 而对可再生的能源 的开发和利用， 不仅能够在保障人类能源需求的基础上， 降低对传统能源储备 的消耗， 更减少了燃烧化石能源而产生的废气、 废料排放， 从根源上緩解了环 境污染问题。 作为新能源中的突出代表， 太阳能、 风能、 水力能等已经在多个 领域中被运用并成功取代化石能源。 然而， 在某些领域， 仍然依靠传统能源来 提供动力， 对新能源的研究应用较少。

汽车是现代社会中被使用最广泛的科技产物之 一， 在人口高速增长的今天， 汽车的数量也急剧增加， 但是， 目前绝大多数的汽车， 依然是使用传统的化石 能源发动机， 这就造成了对化石能源的大量消耗， 并且， 使用传统化石能源发 动机的汽车， 在行驶过程中排放了大量的有毒气体， 对环境的污染相当严重。

现有技术中已经存在着一些利用空气能作为动 力的空气动力汽车， 这些汽 车使用的是与化石能源发动机不同的空气动力 发动机， 依靠高压空气提供的能 量来驱动发动机及汽车工作。 这种新兴的空气动力汽车， 不依赖于燃烧传统化 石能源而获取动力， 使用的仅仅是压缩过的空气， 行驶过程中对外界实现零排 放， 无污染， 符合发展潮流。 但是， 现有的空气能动力汽车都是在车身上配备 一用于储存高压气体的储气罐， 依靠储气罐对空气动力发动机提供高压气体， 当储气罐中的气体不足时， 需要对储气罐进行充气， 才能重新发动汽车。 由于 车身大小的限制， 储气罐不能做的太大， 因此其所提供的气体的量比较有限， 仅能够维持汽车行驶一定的距离， 这就对汽车的使用造成了很大的不便。

因此， 急需一种在行驶过程中能够自动补充压缩空气 的发动机系统。 发明内容

本发明的目的在于提供一种在行驶过程中能够 自动补充压缩空气的发动机 系统。

为了实现上述目的， 本发明提供了一种自动补充压缩空气的发动机 系统， 安装于空气动力汽车并藉由压缩空气驱动转轴 转动以输出动能， 所述自动补充 压缩空气的发动机系统包括空气压缩装置、 储气罐、 恒压气罐及具有入气接口 的涡轮发动机， 所述空气压缩装置与所述储气罐的入口相连通 ， 所述储气罐的 出口与所述恒压气罐的入口相连通， 所述恒压气罐的出口与所述入气接口连通 并向所述涡轮发动机提供压缩空气； 所述空气压缩装置包括复位件及呈中空结 构的筒体与活塞， 所述筒体的一端固定于所述空气动力汽车的车 架或车身的其 中一者并具有进气口， 所述筒体的另一端形成滑动容纳所述活塞并与 所述进气 口连通的腔室， 所述活塞的一端固定于所述空气动力汽车的车 架或车身其中的 另一者并具有与所述入气接口相连通的出气口 ， 所述活塞的另一端滑动设置于 所述腔室内并具有与所述出气口相连通的活塞 入气口， 所述复位件设置于所述 筒体及活塞之间并提供使所述活塞脱离所述筒 体的弹力。

与现有技术相比， 由于本发明在发动机系统中加入了所述空气压 缩装置， 既在车身与车架上分别安装所述筒体及活塞， 利用汽车在行驶过程中产生颠簸 或振动而导致的车身与车架的相互分离或靠近 ， 来使所述活塞在所述筒体内不 断做活塞运动， 从而对由所述进气口进入所述腔室的空气进行 压缩， 并将压缩 空气通过所述出气口输出给所述涡轮发动机， 保证了汽车在行驶过程中， 所述 涡轮发动机能够得到充足的高压气体供应， 进而提高了汽车的单次行驶路程， 减少了充气次数， 大大提高了空气动力汽车的实用性。 较佳地， 所述涡轮发动机包括至少两个相互隔离的涡轮 室， 所述入气接口 开设于所述涡轮室的侧壁， 所述转轴设置于所述涡轮室内且所述转轴的外 侧壁 形成有环形滚槽， 所述涡轮室内具有活动套设于所述转轴的涡轮 ， 所述涡轮的 内侧壁开设有与所述环形滚槽相应的弧形槽， 所述环形滚槽与所述弧形槽之间 活动地设有一滚子， 且所述弧形槽的一端形成在所述涡轮转动时将 所述滚子压 紧于所述环形滚槽内的顶压部。 由于本发明的所述涡轮发动机釆用在多个涡轮 室内分别设置多个活动套设于所述转轴的涡轮 的结构， 当压缩空气推动一个所 述涡轮转动时， 所述涡轮的顶压部顶推所述滚子并将所述滚子 压紧在所述转轴 的环形滚槽内， 从而利用摩擦力带动所述转轴转动而输出动能 。 当所述转轴转 动时， 由于其他涡轮室里的其他所述涡轮活动套设于 所述转轴， 且滚子并没有 被压紧， 没有摩擦力带动其他所述涡轮跟随所述转轴转 动， 因此， 避免了一个 涡轮工作时其他涡轮跟随所述转轴转动所带来 的机械损耗， 多个涡轮之间不会 产生干扰， 动力输出稳定。 当需要改变输出扭矩时， 在其他所述涡轮室内通入 压缩空气驱动所述涡轮转动， 则可以增大对所述转轴施加的力矩， 实现了无耗 损的扭矩变化。

具体地， 所述涡轮具有多个叶片， 所述叶片具有迎风面， 所述入气接口的 入气方向面向所述迎风面且与所述入气接口到 所述转轴中心的方向成锐角设 置。 通过将所述入气接口的入气方向设置为与所述 入气接口的安装位置到所述 转轴中心的方向成锐角， 则在所述涡轮转动的过程中， 所述迎风面总会在某个 位置垂直地受到压缩空气气流的冲击， 最大化对压缩空气动能的利用。

具体地， 所述转轴外固定地套设有一连接圈， 所述环形滚槽设置于所述连 接圈的外侧壁。 将环形滚槽开设于所述连接圈上再将所述连接 圈安装于所述转 轴之外， 可以避免在所述转轴之上直接开设所述环形滚 槽， 保证了所述转轴的 机械强度， 且使得加工及装配更加方便。

较佳地， 所述弧形槽沿所述转轴的周向设置并呈深度渐 变的雉形结构， 且 所述弧形槽的较浅端的底面与所述环形滚槽的 底面之间的距离小于所述滚子的 直径并形成所述顶压部。 所述弧形槽在相对所述滚子转动的过程中， 所述弧形 槽的底面与所述滚子之间的距离不断变小直至 接触， 且继续转动并向所述环形 滚槽顶压所述滚子， 最终将所述滚子压紧在所述环形滚槽内， 实现通过摩擦力 而将所述涡轮的转动传递给所述转轴。

较佳地， 所述进气口朝向所述空气动力汽车的前进方向 。 通过将所述进气 口设置为朝向所述空气动力汽车前进的方向， 使空气动力汽车在行驶过程中能 有足量的空气从所述进气口自动进入到所述筒 体内。

较佳地， 所述进气口设有一打开后从外界向所述腔室导 通的第一单向阀。 所述第一单向阀保证空气只能从外界进入所述 腔室， 避免压缩后的空气从腔室 中向外界泄露。

较佳地， 所述活塞入气口设有一打开后从所述腔室向所 述出气口导通的第 二单向阀。 所述第二单向阀保证压缩空气只能从所述腔室 进入到所述活塞中而 不会从所述活塞中回流到所述腔室内。

较佳地， 所述涡轮发动机还具有排气接口， 所述筒体上还开设有与所述排 气接口相连通的回收气口， 所述回收气口与所述腔室相连通且所述回收气 口设 有打开后从所述排气接口向所述腔室导通的第 三单向阀。 从所述排气接口从排 出的气体还存在一定的压力， 如果直接排放出外界， 会造成浪费， 因此通过所 述回收气口将其回收入所述腔室内重新进行加 压， 通过循环使用提高了对压缩 空气能量的利用率。 所述第三单向阀的设置则保证压缩空气不会从 所述回收气 口倒流回所述排气接口。

较佳地， 所述复位件为压缩弹簧。 附图说明

图 1是本发明自动补充压缩空气的发动机系统的� �体示意图。

图 2是本发明自动补充压缩空气的发动机系统中� �轮发动机的局部剖视图。 图 3是涡轮发动机涡轮室内涡轮与转轴的配合关� �示意图。

图 4是本发明自动补充压缩空气的发动机系统中� �气压缩装置的结构示意 图。 具体实施方式 下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实 施例作出描述。

如图 1 所示， 本发明自动补充压缩空气的发动机系统安装于 空气动力汽车 并藉由压缩空气驱动转轴 11转动以输出动能， 所述自动补充压缩空气的发动机 系统包括具有入气接口 102的涡轮发动机 1、 空气压缩装置 2、 储气罐 3及恒压 气罐 4。 所述空气压缩装置 2与所述储气罐 3的入口相连通， 所述储气罐 3的出 口与所述恒压气罐 4的入口相连通，所述恒压气罐 4的出口与所述入气接口 102 连通并向所述涡轮发动机 1提供压缩空气。

结合图 2及图 3所示， 所述涡轮发动机 1 包括至少两个相互隔离的涡轮室 10, 所述涡轮室 10的侧壁开设有排气接口 101及所述入气接口 102, 所述转轴 11设置于所述涡轮室 10内且所述转轴 11的外侧壁形成有环形滚槽 110,所述涡 轮室 10内具有活动套设于所述转轴 11的涡轮 12,所述涡轮 12的内侧壁开设有 与所述环形滚槽 110相应的弧形槽 120,所述环形滚槽 110与所述弧形槽 120之 间活动地设有一滚子 13 ,且所述弧形槽 120的一端形成在所述涡轮 12转动时将 所述滚子 13压紧于所述环形滚槽 110内的顶压部 121。

具体地， 在本实施例中， 所述涡轮发动机 1 具有四个并排且相互隔离的涡 轮室 10, 所述转轴 11沿四个所述涡轮室 10的排列方向贯穿四个所述涡轮室 10 且一端伸出所述涡轮发动机 1之外以连接其他传动装置。 所述转轴 11上紧密且 固定地套设有一连接圈 111 , 所述环形滚槽 110沿所述转轴 11的周向设置于所 述连接圈 111的外侧壁，且所述环形滚槽 110的开口沿所述转轴 11的径向朝外。 将环形滚槽 110开设于所述连接圈 111上再将所述连接圈 111安装于所述转轴 11之外， 可以避免在所述转轴 11之上直接开设所述环形滚槽 110, 保证了所述 转轴 11 的机械强度， 且使得加工及装配更加方便。 四个所述涡轮室 10内分别 设有一活动地套设于所述连接圈 111 (亦即套设于所述转轴 11 ) 的涡轮 12, 所 述涡轮 12具有多个具有迎风面 121a的叶片 121且多个所述叶片 121呈一体成 型结构以加强强度。 所述弧形槽 120设置于所述涡轮 12套设于所述连接圈 111 并与所述连接圈 111接触的内侧壁， 且所述弧形槽 120沿所述转轴 11的周向设 置并呈深度渐变的雉形结构， 所述弧形槽 120的深度减小的方向与所述涡轮 12 转动的方向相同， 具体地说， 所述弧形槽 120的一端的底面与所述环形滚槽 110 的底面的距离大于所述滚子 13的直径以使滚子 13在所述弧形槽 120的这一端 与所述环形滚槽 110之间自由活动， 而所述弧形槽 120的另一端的底面与所述 环形滚槽 110的底面的距离小于所述滚子 13的直径， 且这一端形成所述顶压部 121。 所述弧形槽 120在跟随所述涡轮 12相对所述转轴 11转动的过程中， 所述 弧形槽 120的底面与所述滚子 13之间的距离不断变小直至相互接触， 且继续转 动直到所述顶压部 121向所述环形滚槽 110顶压所述滚子 13 , 最终将所述滚子 13压紧在所述环形滚槽 110内，实现通过摩擦力而将所述涡轮 12的转动传递给 所述转轴 11。所述入气接口 102及排气接口 101与所述涡轮室 10相连通且所述 入气接口 102的入气方向面向所述迎风面 121a且与所述入气接口 102的安装位 置到所述转轴 11中心的方向成一锐角 α, 具体来说， 在垂直于所述转轴 11中心 轴线的这一横切面内， 所述入气接口 102的入气方向并不在所述转轴 11的中心 轴指向所述入气接口 102 的安装位置的这一径向方向上， 而是朝向所述迎风面 121a并与这一径向方向成一个锐角，这样的设� �可以在所述涡轮 12的转动过程 中， 确保所述叶片 121的迎风面 121a会在某一位置垂直地受到压缩空气气流的 冲击， 最大化对压缩空气动能的利用。

结合图 1及图 4, 所述空气压缩装置 2包括复位件 20及呈中空结构的筒体 21与活塞 22, 所述筒体 21 的一端固定于空气动力汽车的车架或车身的其 中一 者并具有进气口 210,所述筒体 21的另一端形成滑动容纳所述活塞 22并与所述 进气口 210连通的腔室 211 , 所述活塞 22的一端固定于空气动力汽车的车架或 车身其中的另一者并具有与所述入气接口 102相连通的出气口 220,所述出气口 220与所述储气罐 3的入口相连通， 所述活塞 22的另一端滑动设置于所述腔室 211 内并具有与所述出气口 220相连通的活塞入气口 221 , 所述复位件 20设置 于所述筒体 21及活塞 22之间并提供使所述活塞 22脱离所述筒体 21的弹力。

具体到本实施例中， 所述筒体 21固定于所述空气动力汽车的车架， 所述活 塞 22固定于所述空气动力汽车的车身， 当然， 就如以上所阐述的， 也可以将筒 体 21固定于车身， 而活塞 22固定于车架， 只要能使所述活塞 22在所述筒体 21 之中做活塞 22运动， 便能实现所述空气压缩装置 2的功能。

所述筒体 21 固定于所述车架的一端除设置所述进气口 210, 还设有一与所 述排气接口 101相连通的回收气口 212, 所述回收气口 212通过所述排气接口 101与所述腔室 211相连通以回收利用所述涡轮发动机 1内排出的还存在一定内 能的气体， 提高了利用率， 避免了浪费。 所述空气压缩装置 2还包括第一单向 阀 23、 第二单向阀 24及第三单向阀 25; 所述第一单向阀 23安装于所述进气口 210处，且在打开后从外界向所述腔室 211导通以保证空气只能从外界进入所述 腔室 211 , 避免压缩后的空气从腔室 211中向外界泄露； 所述第二单向阀 24安 装于所述活塞入气口 221处， 且在打开后从所述腔室 211向所述出气口 220导 通以保证压缩空气只能从所述腔室 211进入到所述活塞 22中而不会从所述活塞 22中回流到所述腔室 211内； 所述第三单向阀 25安装于所述回收气口 212处， 且在打开后从所述排气接口 101向所述腔室 211导通以保证压缩空气不会从所 述回收气口 212倒流回所述排气接口 101。所述进气口 210的方向设置为朝向所 述空气动力汽车前进的方向， 这样设置是为了让足量的空气从所述进气口 210 自动进入到所述筒体 21 内。 为了防止砂尘等杂物进入所述筒体 21 内， 还可以 在所述进气口 210上罩设一纱网或滤膜以对空气及进行简单净 化。 所述筒体 21 及活塞 22的固定端分别设有向外侧凸出的凸肋 213、 223 , 所述复位件 20为压 缩弹簧且所述压缩弹簧的两端分别 ·ί氏顶于所述凸肋 213、 223。

所述储气罐 3连接于所述出气口 220,且所述储气罐 3用于将所述空气压缩 装置 2产生的压缩空气暂存起来， 并输送向所述恒压气罐 4, 所述恒压气罐 4的 作用是保证压缩空气具有足够的压力来驱动所 述涡轮发动机 1 , 因此， 可以使用 加热等方法来提高并维持恒压气罐 4内压缩空气的压力。

本发明自动补充压缩空气的发动机系统在工作 时， 所述筒体 21 及活塞 22 各自跟随所述车架及车身运动， 并藉由所述空气动力汽车行驶过程中的颠簸或 震动而不断地相互分离或靠近， 以此让所述活塞 22在所述筒体 21 内做活塞运 动。 详细地说， 当所述活塞 22相对所述筒体 21向上滑动时， 外界的空气从所 述进气口 210进入到所述筒体 21的腔室 211 内并且被所述第一单向阀 23限制 而不会从进气口 210流出， 所述活塞 22向下滑动时对腔室 211内的空气进行压 缩， 压缩后的空气从所述活塞入气口 221进入所述活塞 22并从所述出气口 220 传送到所述储气罐 3 内储存， 再从所述储气罐 3 内进入到所述恒压气罐 4进行 增压， 最后将具有足够压力的压缩空气输送到所述涡 轮发动机 1的涡轮室 10内 以驱动涡轮 12转动，所述涡轮 12通过摩擦力带动所述转轴 11转动并输出动力。 从所述涡轮室 10排出的气体可以通过所述回收气口 212重新进入所述腔室 211 内并再次被压缩。 需要说明的是， 所述空气压缩装置 2 中输出的压缩空气分别 通过管路输送至多个所述涡轮室 10的入气接口 102, 但是， 这些管路并非是同 时连通的， 通过设置控制阀门， 可以让多个所述涡轮室 10的入气接口 102根据 使用需要打开或者关闭。 当所需的输出扭矩较小时， 可以只打开一个入气接口 102, 压缩空气只驱动一个涡轮 12转动； 当需要较大的输出扭矩时， 同时打开 多个入气接口 102并使压缩空气同时驱动多个涡轮 12转动， 则多个涡轮同时作 用于所述转轴 11的力矩增大， 所述转轴的输出扭矩增大。

与现有技术相比， 由于本发明在发动机系统中加入了所述空气压 缩装置 2 , 既在车身与车架上分别安装所述活塞 22及筒体 21 ,利用空气动力汽车在行驶过 程中产生颠簸或振动而导致的车身与车架的相 互分离或靠近， 来使所述活塞 22 在所述筒体 21 内不断做活塞 22运动， 从而对由所述进气口 210进入所述腔室 211的空气进行压缩，并将压缩空气通过所述出 气口 220输出给所述涡轮发动机 1 , 保证了空气动力汽车在行驶过程中， 所述涡轮发动机 1能够得到充足的高压 气体供应， 进而提高了空气动力汽车的行驶路程， 减少了充气次数， 大大提高 了空气动力汽车的实用性。 同时， 本发明的所述涡轮发动机 1 釆用在多个涡轮 室 10内分别设置多个活动套设于所述转轴 11的涡轮 12的结构， 当压缩空气推 动一个所述涡轮 12转动时， 所述涡轮 12的顶压部 121顶推所述滚子 13并将所 述滚子 13压紧在所述转轴 11的环形滚槽 110内， 从而利用摩擦力带动所述转 轴 11转动而输出动能， 当所述转轴 11转动时， 由于其他涡轮室 10里的其他所 述涡轮 12活动套设于所述转轴 11 , 且滚子 13并没有被压紧， 没有摩擦力带动 其他所述涡轮 12跟随所述转轴 11转动， 因此， 避免了一个涡轮 12工作时其他 涡轮 12跟随所述转轴 11转动所带来的机械损耗， 当需要改变输出扭矩时， 在 其他所述涡轮室 10内通入压缩空气驱动所述涡轮 12转动， 则可以增大对所述 转轴 11施加的力矩， 实现了无耗损的扭矩变化。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已， 其作用是方便本领域的技术人 员理解并据以实施， 当然不能以此来限定本发明之权利范围， 因此依本发明申 请专利范围所作的等同变化， 仍属于本发明所涵盖的范围。