CN101285418A - 改进型缸体转动中冷回热内燃机及其制动能量回收系统 - Google Patents

Abstract

一种改进型缸体转动中冷回热内燃机及其制动能量回收系统，在原有的缸体转动中冷回热内燃机中，因各不同活塞均在旋转缸体内往复移动，使活塞在离心力作用下造成活塞和汽缸的偏磨，而改进后的缸体转动中冷回热内燃机的压气活塞(58)、配气活塞(99)和动力活塞(75)都通过平衡臂和平衡块来平衡所受到的离心作用力，从而消除了各活塞和汽缸所产生的偏向磨损，也减小了活塞的运行阻力。所设的用于车辆的中冷回热内燃机的制动能量回收系统在制动刹车过程中，因能通过向储气瓶(7)内储存压缩空气的方式使车辆的制动能量被相应回收，并在起步和加速过程中把所回收的压缩空气转化为动力向外输出，从而使发动机的油耗进一步降低。

Description

改进型缸体转动中冷回热内燃机及其制动能量回收系统

技术领域

本发明涉及一种内燃机，特别是一种改进型缸体转动中冷回热内燃机。本发明还涉及用于车辆的该内燃机的制动能量回收系统。

背景技术

在中国专利说明书200610083243.1所给出的“缸体转动、周转斜盘传动中冷回热内燃机”中，由于各不同活塞均在旋转缸体内往复运行，使活塞承受到很大的离心力作用，从而会造成活塞和汽缸的偏磨，也加大了活塞的往复移动阻力。只有在采用压气活塞经连接曲杆与动力活塞相连接的结构中，才能通过曲杆把活塞所受的离心力传给外壳，并让曲杆与外壳之间采用滚柱轴承来减小摩擦力，其它结构类型的内燃机还是无法克服这一不足。

发明内容

本发明的目的是在缸体转动、周转斜盘传动中冷回热内燃机基础上提供一种改进的中冷回热内燃机，该内燃机中的各不同活塞不仅所受到的离心力得到平衡，消除了活塞和汽缸所产生的偏磨，而且也有利于减小活塞往复运行中的摩擦阻力。本发明的目的还要提供一种用于车辆的该内燃机的制动能量回收系统。

为实现上述目的，本发明改进型缸体转动中冷回热内燃机具有装在外壳内的各自固定内轴上的压气缸体和作功缸体，在压气缸体上设有环型排列的压气汽缸，各汽缸中的压气活塞分别通过各自连杆的大头与传动轴上的压气周转斜盘的相应球座相连；在作功缸体上设有按作功汽缸、副缸、作功汽缸、副缸……顺序环形排列的作功汽缸和副缸，或者在作功缸体上只设作功汽缸，在另设的副缸体上只设副缸，各作功汽缸及副缸中的动力活塞和配气活塞分别通过各自连杆的大头与输出轴上的作功周转斜盘的相应球座相连，传动轴通过其上的从动齿轮被输出轴上的主动齿轮带动；压气缸体转动时，其上的压气汽缸的冷通气口可分别与外壳侧面的冷阀盘上的进气口和出气口沟通；设有副缸和作功汽缸的作功缸体转动时，其上副缸的大副缸经上通气口可分别与外壳侧面的热阀盘上相应的热气进口和热气出口沟通，而在配汽活塞底侧所形成的被活塞杆占用了部分容积的小副缸则经下通气口可分别与固定内轴上所设的充气口和换气出口沟通，作功汽缸的燃气通气口可分别与热阀盘上相应的另外径向位置的燃气进口和排气口沟通；冷阀盘上的出气口经中间冷却器与固定内轴上的充气口连通，固定内轴上的换气出口经置于排气管路中的回热器通向热阀盘上的热气进口，热阀盘上的热气出口经设有喷油点火装置的燃烧室通向热阀盘上的燃气进口，排气口与设有回热器的排气管路相通，其特征在于：压气汽缸和作功汽缸中的压气活塞和动力活塞分别经各自连杆的大头与相对应周转斜盘上的各球座相连后，在各连杆上靠近大头的部位设有绕过相应球座并向外伸出一定距离的平衡臂，在各平衡臂的外端设有平衡块；副缸中的配气活塞经设在活塞杆内的连接座与连杆的小头连接，在连杆上靠近大头的部位设有绕过相应球座并向外伸出一定距离的平衡臂，在该平衡臂的外端设有平衡块。

另外，压气活塞和动力活塞与各自连杆的小头连接点基本上处在活塞的离心力平衡中心位置处，配气活塞与连杆的小头连接点也基本上处在配气活塞的离心力平衡中心位置处。

用于车辆的中冷回热内燃机的制动能量回收系统是这样布置的，作功缸体的输出轴经单向离合器的顶块带动设有主动齿轮的驱动轴，压气缸体的传动轴经其上的离合器与套装其上的从动齿轮相连后，再让从动齿轮与驱动轴上的主动齿轮啮合；在冷阀盘的出气口与中间冷却器之间的管路上设有单通阀，在中间冷却器与固定内轴上的充气口之间的管路上设有截止阀，在截止阀与中间冷却器之间的另一段管路上接出有旁通管路，该旁通管路经可控单向阀与储气瓶连通；上述的离合器，单通阀、截止阀和可控单向阀均被控制箱控制，该控制箱经传动件分别与制动踏板和油门踏板相连；制动时，控制箱使截止阀关闭，让可控单向阀开启；利用制动能量时，控制箱让离合器分离，使可控单向阀和截止阀开启，让单通阀关闭；正常行驶时，单通阀和截止阀开启，离合器接合。

作为结构上的补充，在作功缸体上设有制动鼓，相应的在外壳的制动座中装有制动块，该制动块被控制箱控制。充气口与截止阀之间的管路分别经流出单向阀通向与燃烧室连通的管路和与回热器连通的管路。

由于改进型缸体转动中冷回热内燃机的各活塞均通过设置平衡臂和平衡块来平衡所受到的离心作用力，可基本消除离心力让活塞对汽缸所产生的侧压力和偏向磨损，也因减小了活塞的摩擦力而提高了发动机的机械效率。

在上述中冷回热内燃机基础上增设能量回收系统后，不仅可让车辆在刹车时能以储存压缩空气的方式回收制动能量，还可以在车辆起步加速过程中通过关闭压气汽缸不再消耗压缩功，而只利用所储存的压缩空气让发动机具有更好的加速性能。同时，在这一过程中因压气活塞不消耗压缩功也让发动机的油耗进一步减小。在能量回收系统中，所增设的大型部件只有结构简单的储气瓶，整个系统增加的成本并不很多。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明改进型缸体转动中冷回热内燃机的结构原理图。

图2是在图1内燃机基础上所增设的制动能量回收系统的结构原理图。

图3是车辆正常行驶中内燃机的运行状态。

图4是车辆制动时，通过压缩空气被压进储气瓶而使制动能量被回收时的运行状态。

图5是车辆起步后，内燃机只利用储气瓶内的压缩空气进行运转的状态。

具体实施方式

在图1的本发明改进型缸体转动中冷回热内燃机中，它具有装在外壳9内的各自固定内轴10、32上的压气缸体50和作功缸体62。在压气缸体50上设有环型排列的压气汽缸51，各汽缸中的压气活塞58分别通过各自连杆59的大头61与传动轴37上的压气周转斜盘57的相应球座56相连。为使压气活塞58所受的离心力能被平衡，在连杆59上靠近大头61的部位设有绕过球座56并向外伸出一定距离的平衡臂79，在平衡臂的外端设有平衡块80。

在本实施例中，作功汽缸63和副缸94都设在了作功缸体62上，两种不同汽缸按作功汽缸、副缸、作功汽缸、副缸……的顺序环形排列在作功缸体62上。实际中，即可采用三个作功汽缸和三个副缸的间隔排列方式，也可采用四个作功汽缸和四个副缸的间隔排列方式。或者在作功缸体上只设作功汽缸，在另设的副缸体上只设副缸(图中未画)。上述作功汽缸63及副缸94中的动力活塞75和配气活塞99分别通过各自连杆76、102的大头与输出轴38上的作功周转斜盘35的相应球座36、34相连。为平衡动力活塞75和配气活塞99所受到的离心作用力，在动力活塞75的连杆76上靠近大头78的部位设有绕过球座36并向外伸出一定距离的平衡臂81，平衡臂81的外端设有平衡块82。配气活塞99经设在活塞杆100内的连接座101与连杆102的小头103连接，在连杆102上靠近大头104的部位设有绕过另一球座34并向外伸出一定距离的平衡臂105，在该平衡臂的外端也设有平衡块106。在上述各活塞被相应的平衡臂和平衡块平衡了活塞所受到的离心作用力后，也要求活塞自身能处于平衡状态，以防止活塞在往复运行时相对汽缸产生偏转作用力。为此，压气活塞58和动力活塞75与各自连杆59、76的小头连接点基本上是处在活塞的离心力平衡中心位置处。配气活塞99与连杆102的小头103连接点也基本上处在配汽活塞的离心力平衡中心位置处。

压气缸体50是通过齿轮被作功缸体62带动旋转的，压气缸体的传动轴37通过其上的从动齿轮44被作功缸体的输出轴38上的主动齿轮43带动。压气缸体50被带动旋转时，其上压气汽缸51的冷通气口54可分别与外壳侧面的冷阀盘11上的进气口12和出气口14沟通，并通过汽缸中的压气活塞58完成相应的进气和压缩排出过程。作功缸体62旋转时，因其上设有副缸94和作功汽缸63，副缸94的大副缸95经缸盖上的上通气口96可分别与外壳侧面的热阀盘22上相应的热气进口86和热气出口88沟通，而在配气活塞99底侧所形成的被活塞杆100占用了部分容积的小副缸97则经下通气口98可分别与固定内轴32上所设的充气口30和换气出口31沟通。作功汽缸63经缸盖上的燃气通气口66可分别与热阀盘22上相应的另外径向位置的燃气进口25和排气口26沟通。

在中间冷却器、回热器和燃烧室的布置中，冷阀盘11上的出气口14经中间冷却器18与固定内轴32上的充气口30连通，固定内轴上的换气出口31经置于排气管路27中的回热器28通向热阀盘22上的热气进口86。热阀盘22上的热气出口88经设有喷油点火装置91的燃烧室90通向热阀盘上的燃气进口25，排气口26与设有回热器的排气管路27相通。

在图1实施例所示的中冷回热内燃机中，因有效地解决了活塞受离心力作用而产生的阻力增加和偏磨问题，从而使这种内燃机能很好的作为车辆、船舶和发电等领域的高效动力装置。

近年来，为进一步降低车辆运行中的油耗，人们通过混合动力方式来回收车辆制动能量。同样，也可以在图1中冷回热内燃机基础上把其改进成具有回收制动能量的功能，图2便是用于车辆的中冷回热内燃机的制动能量回收系统，该系统是通过储存压缩空气来回收制动能量的。为适应制动能量回收和利用的不同工作状态，作功缸体62的输出轴38是经单向离合器39的顶块40带动设有主动齿轮43的驱动轴42，以便让作功缸体在需要时可以自行脱离旋转中的驱动轴而停止转动。压气缸体50的传动轴37经其上的离合器45与套装其上的从动轮44相连后，再让从动齿轮44与驱动轴42上的主动齿轮43啮合。离合器45在弹簧控制的压盘48作用下处于接合状态，在需要时可在液压(或机械)机构控制下被分离。为储存压缩空气而设的各阀门和储气瓶是这样布置的，在外壳冷阀盘11的出气口14与中间冷却器18之间的管路15上设有单通阀16(也可以是不用控制的单向阀)，在中间冷却器18与固定轴上的充气口30之间的管路19上设有截止阀20，在截止阀与中间冷却器之间的另一段管路19上接出有旁通管路8，该管路经可控单向阀6与储气瓶7连通。上述的离合器45、单通阀16、截止阀20和可控单向阀6均通过相应的连接线路被控制箱1协调控制，而控制箱则经传动件分别与制动踏板3和油门踏板2相连。

车辆正常行驶时(参看图3)，单通阀16和截止阀20开启，作功缸体62产生的动力沿箭头64方向经单向离合器的顶块40传给驱动轴42，所传递过来的动力一部分经主动齿轮43、从动齿轮44和离合器45沿箭头52方向传给压气缸体50，以产生发动机运转中所需的压缩空气。另一部分动力沿箭头72方向经变速器73等传到车轮74，带动车辆行驶。当车辆刹车制动需回收制动能量时(非紧急状态)，如制动踏板3被控制在a段范围内，这时车辆便处于回收制动能量状态，如图4所示，此时控制箱让截止阀20关闭，切断对作功缸体62的压缩空气供应，让作功缸体不再输出功率而停止运转。因作功缸体62是通过单向离合器与驱动轴相连，作功缸体的停转并不影响驱动轴42带动压气缸体50转动并产生压缩空气。压气缸体50所产生的压缩空气便沿箭头53方向流动推开可控单向阀6充进储气瓶7，让车辆的制动能量通过压缩空气被储存进储气瓶的方式得到回收，并使车辆相应减速。如需紧急刹车，只要把制动踏板3踩压到b段范围(参看图2)，车辆的制动系统便会对车轮进行进一步制动。

当松开制动踏板、让车辆起步加速前行时，如图5所示，控制箱便会控制截止阀20和可控单向阀6开启，让单通阀16关闭，同时也控制带动压气缸体50的离合器45分离，使压气缸体停转并不再输出压缩空气，让车辆在起步加速行驶时只利用储气瓶7内的压缩空气带动发动机运转，让储气瓶7内的压缩空气沿箭头65方向流向作功缸体62，作功缸体62所产生的动力沿箭头64经单向离合器传给驱动轴42，以便驱动车辆加速前行。这时发动机在运转过程中压气缸体50停转并不消耗压缩功，便可减少对发动机的供油，但仍能达到所需要的功率，让制动过程中所储存的压缩空气被转化为动力向外输出。当储气瓶7内的压缩空气压力降低到规定限度、需压气缸体50提供压缩空气时，控制箱便会让连接压气缸体的离合器45接合，同时让单通阀16开启，使发动机返回到如图3所示的正常运转状态。

在发动机回收制动能量时，因作功缸体是要停止转动的，为使作功缸体在需要时能尽快停转，如图2中所示，在作功缸体62上还设有制动鼓67，相应的在外壳9的制动座69中装有制动块70，该制动块被控制箱1控制。另外，充气口30与截止阀20之间的这一段管路19还分别经流出单向阀92、93通向与燃烧室90连通的管路89和与回热器28连通的管路29，这样，在长时间停车但需要起动发动机时，如果中间冷却器和回热器中的压缩空气已经泄漏的话，只要控制储气瓶7的作动器5，开启可控单向阀6，便可把储气瓶内的压缩空气向外放出，并经单向阀92、93迅速通到中间冷却器18和回热器28内，让发动机立即具备起动条件。

Claims (5)

1、一种改进型缸体转动中冷回热内燃机，它具有装在外壳(9)内的各自固定内轴(10、32)上的压气缸体(50)和作功缸体(62)，在压气缸体(50)上设有环型排列的压气汽缸(51)，各汽缸中的压气活塞(58)分别通过各自连杆(59)的大头(61)与传动轴(37)上的压气周转斜盘(57)的相应球座(56)相连；在作功缸体(62)上设有按作功汽缸、副缸、作功汽缸、副缸……顺序环形排列的作功汽缸(63)和副缸(94)，或者在作功缸体上只设作功汽缸，在另设的副缸体上只设副缸，各作功汽缸及副缸中的动力活塞(75)和配气活塞(99)分别通过各自连杆(76、102)的大头与输出轴(38)上的作功周转斜盘(35)的相应球座(36、34)相连，传动轴(37)通过其上的从动齿轮(44)被输出轴(38)上的主动齿轮(43)带动；压气缸体转动时，其上的压气汽缸(51)的冷通气口(54)可分别与外壳侧面的冷阀盘(11)上的进气口(12)和出气口(14)沟通；设有副缸和作功汽缸的作功缸体转动时，其上副缸(94)的大副缸(95)经上通气口(96)可分别与外壳侧面的热阀盘(22)上相应的热气进口(86)和热气出口(88)沟通，而在配汽活塞底侧所形成的被活塞杆(100)占用了部分容积的小副缸(97)则经下通气口(98)可分别与固定内轴(32)上所设的充气口(30)和换气出口(31)沟通，作功汽缸(63)的燃气通气口(66)可分别与热阀盘(22)上相应的另外径向位置的燃气进口(25)和排气口(26)沟通；冷阀盘(11)上的出气口(14)经中间冷却器(18)与固定内轴(32)上的充气口(30)连通，固定内轴(32)上的换气出口(31)经置于排气管路(27)中的回热器(28)通向热阀盘(22)上的热气进口(86)，热阀盘上的热气出口(88)经设有喷油点火装置的燃烧室(90)通向热阀盘上的燃气进口(25)，排气口(26)与设有回热器的排气管路(27)相通，其特征在于：压气汽缸和作功汽缸(51，63)中的压气活塞和动力活塞(58、75)分别经各自连杆(59、76)的大头与相对应周转斜盘(57、35)上的各球座(56、36)相连后，在各连杆(59、76)上靠近大头的部位设有绕过相应球座并向外伸出一定距离的平衡臂(79、81)，在各平衡臂的外端设有平衡块(80、82)；副缸(94)中的配气活塞(99)经设在活塞杆(100)内的连接座(101)与连杆(102)的小头连接，在连杆(102)上靠近大头(104)的部位设有绕过相应球座(34)并向外伸出一定距离的平衡臂(105)，在该平衡臂的外端设有平衡块(106)。

2、根据权利要求1所述的中冷回热内燃机，其特征在于：压气活塞和动力活塞(58、75)与各自连杆(59、76)的小头连接点基本上处在活塞的离心力平衡中心位置处，配气活塞(99)与连杆(102)的小头连接点(103)也基本上处在配气活塞的离心力平衡中心位置处。

3、一种权利要求1所述的中冷回热内燃机的制动能量回收系统，其特征在于：作功缸体的输出轴(38)经单向离合器(39)的顶块(40)带动设有主动齿轮(43)的驱动轴(42)，压气缸体的传动轴(37)经其上的离合器(45)与套装其上的从动齿轮(44)相连后，再让从动齿轮与驱动轴(42)上的主动齿轮(43)啮合；在冷阀盘(11)的出气口(14)与中间冷却器(18)之间的管路(15)上设有单通阀(16)，在中间冷却器(18)与固定内轴上的充气口(30)之间的管路(19)上设有截止阀(20)，在截止阀与中间冷却器之间的另一段管路(19)上接出有旁通管路(8)，该旁通管路经可控单向阀(6)与储气瓶(7)连通；上述的离合器(45)，单通阀(16)、截止阀(20)和可控单向阀(6)均被控制箱(1)控制，该控制箱经传动件分别与制动踏板(3)和油门踏板(2)相连；制动时，控制箱(1)使截止阀(20)关闭，让可控单向阀(6)开启；利用制动能量时，控制箱(1)让离合器(45)分离，使可控单向阀和截止阀(6、20)开启，让单通阀(16)关闭；正常行驶时，单通阀和截止阀(16、20)开启，离合器(45)接合。

4、根据权利要求3所述的制动能量回收系统，其特征在于：在作功缸体(62)上设有制动鼓(67)，相应的在外壳(9)的制动座(69)中装有制动块(70)，该制动块被控制箱(1)控制。

5、根据权利要求3或4所述的制动能量回收系统，其特征在于：充气口(30)与截止阀(20)之间的管路(19)分别经流出单向阀(92、93)通向与燃烧室(90)连通的管路(89)和与回热器(28)连通的管路(29)。

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