CN102434241A

CN102434241A - 基于发动机压缩空气循环的制动能量回收系统

Info

Publication number: CN102434241A
Application number: CN2011103624639A
Authority: CN
Inventors: 李道飞; 王雷; 俞小莉; 徐焕祥; 李小飞; 叶锦
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明涉及发动机制动设备，旨在提供一种基于发动机压缩空气循环的制动能量回收系统。该系统包括发动机的排气凸轮和排气门及气门桥，以及两端分别接于储气罐和发动机排气管或排气支管的高压气体管路；还包括排气门驱动机构，该排气门驱动机构包括至少一个摇臂；摇臂由呈钝角连接的水平臂和下折臂组成，且连接处横向贯穿设置中心轴，摇臂与中心轴活动连接，中心轴由至少一个滑槽实现限位；排气门驱动机构具有接合与脱开两种状态。本发明能够在制动的同时回收压缩空气，比传统排气辅助制动或者发动机制动多了能量回收的功能；能有效降低车辆主制动器的损害，并比传统的排气辅助制动具有更大的制动力；可以大大提高排气制动的压缩比和控制灵活性。

Description

基于发动机压缩空气循环的制动能量回收系统

技术领域

本发明涉及发动机制动设备，具体涉及一种基于发动机压缩空气循环的制动能量回收系统。

背景技术

大型车辆在长距离制动或者下长坡制动时需要有稳定持久的制动力以维持车辆安全。为了缓解车辆行车制动器的压力，就需要有辅助制动系统。当前有排气辅助制动系统、Jacobs发动机制动器以及各种缓速器等来辅助车辆缓速即制动。但是它们都没有涉及到制动能量回收，只是单纯的作为一种辅助制动系统，最终也是使能量耗散到大气中。并且排气辅助制动是采用在排气总管上布置一个蝶阀的形式，使发动机排气时产生一个节流作用，从而产生发动机制动力，但是这种布置形式所存在的问题是压缩率低，通常产生的制动力不大。为了使发动机在制动时回收能量，并且提高发动机制动力，必须研制一套制动能量回收系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于发动机压缩空气循环的制动能量回收系统，该系统能够在车辆制动时控制发动机工作在压缩空气模式，并且将发动机压缩产生的气体收集至储气罐。

为解决技术问题，本发明采取以下的技术方案：

提供一种基于发动机压缩空气循环的制动能量回收系统，包括发动机的排气凸轮和排气门及气门桥，以及两端分别接于储气罐和发动机排气管或排气支管的高压气体管路；还包括排气门驱动机构，该排气门驱动机构包括至少一个摇臂；所述摇臂由呈钝角连接的水平臂和下折臂组成，且连接处横向贯穿设置中心轴，摇臂与中心轴活动连接，中心轴由至少一个滑槽实现限位；所述排气门驱动机构具有接合与脱开两种状态：在接合状态时，水平臂的下表面与排气凸轮的上表面接合，下折臂的端部与排气门及气门桥的上表面接合；在脱开状态时，水平臂与凸轮、下折臂与排气门及气门桥均不接触。

作为一种改进，水平臂的下表面用于与排气凸轮的上表面接合的部位具有圆弧过渡，使得机构与凸轮接合时更加平稳。

作为一种改进，所述高压气体管路接于气缸的排气管或排气支管，在靠近接口处的高压气体管路上设有控制阀；在接口处之后的排气管或排气支管上设有排气蝶阀。

作为一种改进，所述控制阀是电磁阀或者单向阀。

作为一种改进，所述控制阀和排气蝶阀均通过电缆连接至电子控制单元，电子控制单元与发动机电控单元之间以电缆连接。

作为一种改进，所述滑槽设有上锁止位和下锁止位。

作为一种改进，所述中心轴连接有一根摇臂回位锁止杆。用于在摇臂机构与排气门脱离时，防止摇臂转动超过限定位置影响下一次的激活。

作为一种改进，一个操作杆通过杠杆装置连接于中心轴，当操作杆上提时所述排气门驱动机构向下位移实现接合，当操作杆下压时所述排气门驱动机构向上位移实现脱开。

作为一种改进，所述操作杆是手动操作杆或电动操作杆。

本发明适用于单缸或多缸发动机，发动机为四冲程工作模式，可以是汽油机或者柴油机，排气门驱动机构的摇臂数量根据气缸数量确定。排气门驱动机构在制动能量回收系统启动时驱动排气门。

排气门驱动机构区别于发动机原有的排气门机构，采用一套摇臂机构加至原有排气凸轮和排气门及气门桥上。该机构在发动机正常工作时不激活，只在制动能量回收系统启动时激活，并且激活时原有排气门驱动机构仍有效。该排气门驱动机构能够驱动排气门在压缩行程和排气开启排气门，在压缩和排气两冲程中将缸内气体压入气罐内储存起来。排气门驱动机构的激活采用一种机械结构，通过机械连杆机构推动排气门机构使之与排气凸轮接合，从而实现压缩空气制动能量回收。也可通过拉开机械连杆机构使排气门驱动机构与排气凸轮脱开，关闭压缩空气制动能量回收系统。

高压气体管路布置在每个排气支管(单缸就只有排气管，下文不再重复表述)上，管路上的控制阀为电磁阀或者单向阀，可以控制管路的通断。所述高压气体管路最终连通至储气罐。排气支管，排气蝶阀和高压管路及管路控制阀就构成了辅助压缩腔。

排气蝶阀为一种车辆通用设备，其布置于每个排气支管中，且在高压气体管路入口之后。

所述电子控制单元控制接受驾驶员的启动和关闭信号，同时控制排气门驱动机构的运行以及排气蝶阀、高压气体管路电磁阀的开闭，并且能和发动机电控单元实现通讯。

当车辆需要辅助制动时，驾驶员启动该系统，则上述排气门驱动机构工作，同时切断发动机喷油和点火，控制关闭排气蝶阀，适时开闭高压气体管路控制阀。在排气门驱动机构的驱动下，发动机在压缩行程后期，活塞上行压缩缸内气体，排气门和高压气体管路控制阀打开，高压气体从排气支管、高压气体管路进入储气罐；在排气冲程，活塞上行压缩缸内残余气体，排气门和高压气体管路电磁阀打开，缸内气体进入储气罐。在进气冲程和做功冲程，高压气体管路控制阀保持关闭。在进气过程中，当系统检测到辅助压缩腔内压力大于缸内压力超过一定值，打开该缸对应的排气蝶阀，以防止排气门自动打开。

本发明的有益效果在于：

1、本发明能够在制动的同时回收压缩空气，相比传统的排气辅助制动或者发动机制动多了一个能量回收的功能。

2、作为一种辅助制动，有效降低车辆主制动器的损害，并且相比传统的排气辅助制动具有更大的制动力。

3、利用单缸单阀，即每个气缸排气支管配备一个蝶阀，可以大大提高排气制动的压缩比和控制灵活性。

附图说明

图1为本发明原理图(实施例采用四缸发动机，图中只画出一个缸作为代表性的示意，其它缸类似)。

图2为本发明排气门驱动机构及激活机构示意图。

图3为排气门驱动机构与凸轮接合示意图。

图4为排气门驱动机构与凸轮脱开示意图。

图5为本发明制动能量回收系统工作流程示意图。

图中附图标记为：

1发动机进气歧管，2发动机气缸壁，3活塞，4连杆，5曲柄，6进气门及气门桥，7排气门及气门桥，8进气凸轮，9排气凸轮，10摇臂，11中心轴，12各缸排气支管，13、14、15、16为排气蝶阀，17、18、19、20控制阀，21排气总管，22储气罐，23高压气体管路；24杠杆，25操作杆，26杠杆机构铰接点，27滑槽，28摇臂回位锁止杆；i为某一缸的的代号。

具体实施方式

下面将结合附图说明和实施例对本发明进一步说明。

本发明系统实施例包括一个四缸发动机、排气门驱动机构、高压气体储存系统和电子控制单元等部分。其中排气门驱动机构采用另外一套摇臂机构加至原有排气凸轮9和排气门及气门桥7上(9和7为泛指，代表了所有缸的排气凸轮和排气气门桥)。排气门驱动机构在发动机正常工作时不激活，只在制动能量回收系统启动时激活，并且激活时原有排气门驱动机构仍然有效。高压气体储存系统包括储气罐22、高压气体管路23、控制阀17、18、19、20和排气蝶阀13、14、15、16，具有的功能是在发动机压缩空气制动工作模式下储存高压气体。电子控制单元控制高压气体管路控制阀17、18、19、20和排气蝶阀13、14、15、16的开闭，并且在物理上与它们为电线连接，并且其与发动机电控单元之间可保持通讯。

当车辆在需要长距离制动时，驾驶员控制激活排气门驱动机构，使得各摇臂与排气凸轮9和排气门及气门桥7接合。同时电子控制单元与发动机电控单元通讯获取发动机曲轴5的转角信号，根据曲轴5的转角信号得到每缸活塞3的行程。当曲轴5转角判断为该缸活塞3处于压缩行程和排气行程时，在行程中设定的时刻，电子控制单元控制该缸对应的排气蝶阀(13、14、15或16)处于关闭状态，控制该缸对应的管路控制阀打开，缸内压缩气体通过管路进入储气罐22；当活塞3处于排气行程时，在一定的时刻控制单元控制排气蝶阀(13、14、15或16)处于关闭状态，并且开启控制阀(17、18、19或20)，缸内气体进入储气罐22；当活塞3处于进气冲程和做功冲程时，控制单元控制管路控制阀(17、18、19或20)处于关闭状态，防止储气罐22内气体重新进入气缸内。在进气过程中，当系统检测到辅助压缩腔内压力大于缸内压力超过一定值，打开该缸对应的排气蝶阀(13、14、15或16)，使辅助腔内的压力下降，以防止排气门自动打开。

图2中，当驾驶员控制操作杆25往上移动，杠杆24顺时针转动带动中心轴11向下移动，使得摇臂10上部与排气凸轮9接合，摇臂10下部与排气门及气门桥7接合，从而激活制动能量回收系统，效果如图3所示。当驾驶员控制操作杆25往下移动，杠杆24逆时针转动使得摇臂10脱离排气凸轮9和排气门及气门桥7，从而关闭制动能量回收系统，效果如图4所示。所述操作杆25可以通过驾驶员直接操作，也可以通过电控手段操作。

以上只针对于排气气门凸轮顶置、直接驱动气门的情况进行说明，对于排气气门凸轮非顶置、非直接驱动气门或气门桥的情况，除气门驱动机构进行类似改进之外，其它制动能量回收系统装置保持不变。在此情形下，凸轮9和制动回收专用的排气门驱动机构摇臂10不直接驱动气门桥。对于单排气门的情形，需要对与凸轮直接接触的挺柱进行改进，增大面积，保证凸轮9与摇臂10都可以驱动气门。

Claims

1.基于发动机压缩空气循环的制动能量回收系统，包括发动机的排气凸轮、排气门及气门桥，以及两端分别接于储气罐和发动机排气管或排气支管的高压气体管路；其特征在于，还包括排气门驱动机构，该排气门驱动机构包括至少一个摇臂；所述摇臂由呈钝角连接的水平臂和下折臂组成，且连接处横向贯穿设置中心轴，摇臂与中心轴活动连接，中心轴由至少一个滑槽实现限位；所述排气门驱动机构具有接合与脱开两种状态：在接合状态时，水平臂的下表面与排气凸轮的上表面接合，下折臂的端部与排气门及气门桥的上表面接合；在脱开状态时，水平臂与凸轮、下折臂与排气门及气门桥均不接触。

2.根据权利要求1所述的制动能量回收系统，其特征在于，水平臂的下表面用于与排气凸轮的上表面接合的部位具有圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述的制动能量回收系统，其特征在于，所述高压气体管路接于气缸的排气管或排气支管，在靠近接口处的高压气体管路上设有控制阀；在接口处之后的排气管或排气支管上设有排气蝶阀。

4.根据权利要求3所述的制动能量回收系统，其特征在于，所述控制阀是电磁阀或者单向阀。

5.根据权利要求3所述的制动能量回收系统，其特征在于，所述控制阀和排气蝶阀均通过电缆连接至电子控制单元，电子控制单元与发动机电控单元之间以电缆连接。

6.根据权利要求1至5任意一项中所述的制动能量回收系统，其特征在于，所述滑槽设有上锁止位和下锁止位。

7.根据权利要求1至5任意一项中所述的制动能量回收系统，其特征在于，所述中心轴连接有一根摇臂回位锁止杆。

8.根据权利要求1至5任意一项中所述的制动能量回收系统，其特征在于，一个操作杆通过杠杆装置连接于中心轴，当操作杆上提时所述排气门驱动机构向下位移实现接合，当操作杆下压时所述排气门驱动机构向上位移实现脱开。

9.根据权利要求8所述的制动能量回收系统，其特征在于，所述操作杆是手动操作杆或电动操作杆。