CN103241091B - 一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统，主要包括增压装置、单向阀a、充气电磁阀、空气弹簧、放气电磁阀、高压罐、低压罐、单向阀b，空气弹簧根据需要接收来自高压罐的气体实现充气，需要放气时，则通过放气电磁阀使空气弹簧向低压罐放气，同时，通过低压罐中的压力对气压触动开关装置作用，装置根据气压大小断开或结合活塞杆与下吊耳的连接，增压机构在悬架的外在激励上下振动行程中，将气体通过多级升压后进入高压罐，形成循环气路。本发明提供一种可以回收车辆振动能量的蓄能悬架，可将空气弹簧排出的高压气体有效回收，通过增压装置增压以循环利用，达到空气悬架系统节能目的。

Description

一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统

技术领域

本发明涉及多级自增压装置，特别是涉及一种能够将空气弹簧排出的气压能有效回收，并通过增压循环利用的气路闭环的空气弹簧系统。

背景技术

随着生活水平的提高，人们不仅对汽车的性能要求越来越高，同时由于自然资源日趋匮乏，对汽车的节能性也提出了更高的要求。空气悬架系统能够有效地提高车辆的行驶平顺性与操纵稳定性，空气悬架的重要优势之一是能够通过给空气弹簧充、放气来升高与降低车身高度。然而，在传统的空气悬架中，在车身调节的过程中，特别是降低车身高度时，空气弹簧中的压缩空气是直接排放到大气中的，这意味着这部分压缩空气的能量被浪费掉。同时，在悬架工作过程中，减振器通过将车身振动能量转化为热量耗散在大气中来衰减车身振动，这也意味着能量的浪费。如果能将被排放到空气中的压缩空气与耗散到环境中的热量能回收起来重新利用，不仅可以提高车辆的经济性，还减少能量消耗与对环境的破坏，因而对车辆工程领域与人类社会具有重要的技术价值与使用价值。

就当前技术水平而言，车辆能量回收主要是针对制动能量而言，而对车辆行驶过程中的振动能量回收鲜有提及，而且在已有的文献与资料中，回收振动能量都是将振动能量转化为电能储存在电池中，在转化的过程中，存在转化效率低的缺点。因此，专利号为4826141的美国专利“LECTRONICCONTROLLEDAIRSUSPENSIONSYSTEM”提了一种高、低压腔闭环气路空气悬架系统结构，将空气弹簧排出的气体用一个储气罐（低压罐）收集起来，从而减少了气压能的浪费，然而该方案需要利用空压机将低压罐中的空气升压到高压罐中。又如专利号为6685174B2美国专利“CLOSEDLEVELCONTROLSYSTEMFORAVEHICLE”提出设置一个储气罐来收集空气弹簧排出的气体，空气泵从该储气罐中吸气直接对空气弹簧充气，从而可以节约一定的能量，然而该方案需要频繁启动空气泵实现充气。以上的方案都依赖于空气泵，而空气泵工作需要消耗能量，本质上消耗的是发动机的动力，这给发动机增加了负担，且都没有为回收悬架振动能量提出解决方案。

发明内容

本发明的目的是解决上述背景技术的不足，设计一种不需要频繁启动空气泵，能利用悬架的振动将空气弹簧放出的气体经一套多级自增压装置而充入高压罐，从而实现气压能有效回收，并通过利用车身的振动将其增压后加以循环利用，从而可以回收部分车身振动能量。

为了实现上述目的，本发明的其技术方案为：一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统，包括空气弹簧－作为承载车身载荷的元件；高压罐、低压罐，用于存储压缩空气；气压多级自增压装置（下称增压装置），利用车身的振动将低压罐中的气体升压到高压罐；气压触动开关装置，用于控制自增压装置的工作；连接管路、气动连接插头、电磁阀若干。由以上各组成部分构成空气悬架的“空气弹簧－低压罐－升压装置－高压罐－空气弹簧”气体循环气路系统，空气弹簧排出的气体被收集在低压罐中，低压罐的出口与升压装置的进气端相连，这样可以利用车身振动将低压罐中的气体升压到高压罐，进而回收了车身振动能量。

所述一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统，是一个由空气弹簧通过气体管路，经充气电磁阀、放气电磁阀分别与高压罐、低压罐相连接，高压罐与低压罐之间由增压装置连接而构成的一个气路闭环系统，系统工作的过程中，压缩空气的流通路径为：空气弹簧－放气电磁阀－低压罐－增压装置－高压罐－充气电磁阀－空气弹簧。

本发明的具体技术方案为包括增压装置、单向阀a、充气电磁阀、空气弹簧、放气电磁阀、高压罐、低压罐和单向阀b；所述增压装置与单向阀a的进气端连接，单向阀a的出气端与高压罐的进气口A连接，高压罐的出气口B与充气电磁阀的一端连接，充气电磁阀的另一端与空气弹簧的进气口E相连接，进气口E通过放气电磁阀与低压罐的进气口C连接，低压罐的出气口D与单向阀b的进气端连接，单向阀b的出气端与压缩装置的两个进气口F与G连接。所述放气电磁阀与低压罐的进气口C的管路上连接补气电磁阀，补气电磁阀连接空气压缩机。所述增压装置包括增压腔体、上盖板、下盖板、浮动活塞a、浮动活塞b、活塞、单向阀e、单向阀d、单向阀c、气动插头a、气动插头b和气压触动开关；所述增压腔体为一圆柱形的壳体，增压腔体的上下端分别与上盖板和下盖板通过螺栓连接，形成一密闭腔室；所述密闭腔室内部由上至下依次设有浮动活塞a、浮动活塞b和活塞，所述浮动活塞a、浮动活塞b和活塞将密闭气室内部依次分隔成四个小腔室，所述四个小腔室由上至下依次为二级蓄能腔、一级蓄能腔、压缩腔和下腔；浮动活塞a、浮动活塞b和活塞上分别设置单向阀e、单向阀d和单向阀c；上盖板与浮动活塞a之间设置弹簧b，浮动活塞a与浮动活塞b之间设置弹簧a；所述增压腔体内壁上沿周向设有一圈限位环，浮动活塞b位于限位环上方，弹簧a与弹簧b将浮动活塞a和浮动活塞b压紧在限位环上；上吊耳焊接在上盖板上，上盖板上设置气动插头a；活塞杆a的上端穿过下盖板的中心，并与活塞通过螺栓固定，下盖板上设置气动插头b；活塞杆a的下端连接气压触动开关。

所述空气弹簧，可以根据车辆的性能需要选用合适的型号，空气弹簧的进气口与充气电磁阀、放气电磁阀连接。

所谓高压罐、低压罐，可以根据其尺寸要求与车身布置条件确定两者的之间的位置，可以做成一体，也可以分开布置。高压罐与单向阀a和充气电磁阀连接，低压罐与放气电磁阀和单向阀b连接。

所述气压触动开关，整体上为一长方体，长方体的下端沿其横向开有圆柱形通孔作为下吊耳，下吊耳用于与车桥或车轮（簧下质量）连接。沿长方体的竖直方向中心轴线开有一定深度的孔，孔径与增压装置的活塞杆杆径相匹配，增压装置的活塞杆可以在此孔内上下运动。在长方体的一侧面沿下吊耳轴线平行方向内嵌一个带有复位弹簧的单出杆式气缸，复位弹簧轴向套在活塞杆b上，活塞杆b从气缸的内壁伸出，并可以插入增压装置活塞杆a下端的插孔；气缸无杆端腔室通过侧盖板密封，并通过气动插头c、单向阀b与低压罐相连。气压触动开关利用低压罐中的气体压力作为驱动力，当低压罐压力足够高时，气压触动开关的气缸活塞受到的压力大于复位弹簧的预紧力，使气压触动开关的活塞杆运动，插入到增压装置活塞杆下端的插孔中，增压装置开始工作。随着低压罐中压力的降低，气压触动开关气缸中的复位弹簧慢慢使活塞反向运动，直至活塞杆完全退出插孔，增压装置停止工作。

本发明的有益效果：（1）利用本发明提出的方案可以回收空气弹簧排放的高压气体，避免了高压气体能量的浪费。（2）本发明提出了一种增压装置，利用其可以回收部分车身振动能量，将其转化为高压气体能储存在高压罐中，因而本发明可以减少起动行车空气压缩机的使用频率，或避免使用空压机，从而可以进一步节约能量，提高车辆的燃油经济性。（3）本发明提出的增压装置采用多级蓄能方式，能够回收车身的小幅振动，进而可以提高振动能量回收的效率。（4）本发明提出一种气压触动开关，能够根据需要控制增压装置的工作，因而可以尽量减小增压装置对悬架性能的影响。

附图说明

图1是本带多级自增压机构的空气悬架的结构示意图。

图2是本发明中的空气压缩装置的示意图。

图3是本发明中的气压触动开关局部示意图。

图中，1增压装置；2单向阀a；3充气电磁阀；4空气弹簧；5放气电磁阀；6高压罐；7低压罐；8单向阀b；9气动插头a；10二级蓄能腔；11浮动活塞a；12一级蓄能腔；13浮动活塞b；14压缩腔；15活塞；16下腔；17活塞杆a；18气动插头b；19气压触动开关侧盖板；20气压触动开关活塞；21气压触动开关无杆端腔室；22气动插头c；23复位弹簧；24活塞杆b；25下吊耳；26活塞杆导向孔；27插孔；28气压触动开关；29下盖板；30单向阀c；31增压腔体；32单向阀d；33弹簧a；34单向阀e；35弹簧b；36上盖板；37上吊耳；38空气压缩机；39补气电磁阀；40单向阀f。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

如图1所示，本发明提出的带多级自增压机构的空气弹簧系统，包括增压装置1、单向阀a2、充气电磁阀3、空气弹簧4、放气电磁阀5、高压罐6、低压罐7和单向阀b8；所述增压装置1与单向阀a2的进气端连接，单向阀a2的出气端与高压罐6的进气口A连接，高压罐6的出气口B与充气电磁阀3的一端连接，充气电磁阀3的另一端与空气弹簧4的进气口E相连接，进气口E通过放气电磁阀5与低压罐7的进气口C连接，低压罐7的出气口D与单向阀b8的进气端连接，单向阀b8的出气端与压缩装置的两个进气口F与G连接。所述放气电磁阀5与低压罐7的进气口C的管路上连接补气电磁阀39，补气电磁阀39连接空气压缩机38。以上各组成部分与管路之间利用采用快插气动接头连接，快插接头一端通过螺纹与各组成部分连接，另一端可以直接连接相应尺寸的气动管路。

如图2所示，所述增压装置1包括增压腔体31、上盖板36、下盖板29、浮动活塞a11、浮动活塞b13、活塞15、单向阀e34、单向阀d32、单向阀c30、气动插头a9、气动插头b18和气压触动开关28；所述增压腔体31为一圆柱形的壳体，增压腔体31的上下端分别与上盖板36和下盖板29通过螺栓连接，形成一密闭腔室；所述密闭腔室内部由上至下依次设有浮动活塞a11、浮动活塞b13和活塞15，所述浮动活塞a11、浮动活塞b13和活塞15将密闭腔室内部依次分隔成四个小腔室，所述四个小腔室由上至下依次为二级蓄能腔10、一级蓄能腔12、压缩腔14和下腔16；浮动活塞a11、浮动活塞b13和活塞15上分别设置单向阀e34、单向阀d32和单向阀c30；上盖板36与浮动活塞a11之间设置弹簧b35，浮动活塞a11与浮动活塞b13之间设置弹簧a33；所述增压腔体31内壁上沿周向设有一圈限位环，浮动活塞b13位于限位环上方，弹簧a33与弹簧b35将浮动活塞a11和浮动活塞b13压紧在限位环上；上盖板36上端面设有上吊耳37，上盖板36上设置连通二级蓄能腔10的气动插头a9；活塞杆a17的上端穿过下盖板29的中心，并与活塞15通过螺栓固定，下盖板29上设置连通下腔16的气动插头b18。

如图3所示，所述气压触动开关28设于增压腔体31的下方，气压触动开关28为长方体，长方体的下端开有圆柱形通孔作为下吊耳25，在长方体的上端，沿轴线开设沉孔作为活塞杆导向孔26，活塞杆a17的下端伸入到活塞杆导向孔26内；在长方体侧面内嵌一个单出杆式气缸，所述单出杆式气缸的活塞杆b24与活塞杆a17的轴线垂直，活塞杆a17下端一侧沿径向设有插孔27，所述单出杆式气缸的活塞杆b24的一端沿径向伸出的沉孔插入插孔27，所述单出杆式气缸的活塞杆b24的一端设有气压触动开关活塞20，活塞杆b24上套有复位弹簧23；侧盖板19通过螺栓与气压触动开关28的侧面连接与活塞之间形成气压触动开关无杆端腔室21，侧盖板19上设置连通气压触动开关无杆端腔室21的气动接头c22。

下面以此系统的工作过程来进一步说明本发明的工作原理与各组成部分之间的关系：

当需要降低车身高度时，放气电磁阀5打开，空气弹簧4向低压罐7中放气，从而降低了车身高度，并把空气弹簧4排出的压缩空气收集到了低压罐7中。

当低压罐7的压力高到一定程度时，低压罐7中的气体打开单向阀b8进入到下腔16中，并且气体将推动气压触动开关活塞20运动，使气压触动开关活塞杆b24插入到活塞杆a17下端的插孔27中，从而使增压装置的活塞杆a17与簧下质量连接。由于增压装置上端与簧上质量连接，当簧上质量与簧下质量间发生相对位移，即车身发生振动时，增压装置开始工作。

当增压装置的活塞15向上运动时，压缩腔14中的气体受到压缩，其中的压力升高到一定程度时，压缩腔中的气体打开单向阀32进入一级蓄能腔12中。同样，当一级蓄能腔12中的压力大于二级蓄能腔10的压力时，12中的气体打开单向阀34进入10中，然后10中的气体通过单向阀2进入高压罐6，这样，各蓄能腔中的气体压力逐级升高，达到多级蓄能；同时，当活塞15向上运动时，下腔16中的压力降低，低压罐7中的气体会补充到下腔16中。当活塞向下运动时，下腔16受到压缩，16中的压力升高，使气体打开单向阀c30进入到压缩腔14中，从而完成了压缩腔的进气过程。随着低压腔中压力的降低，气压触动开关的复位弹簧23推动气缸活塞20反向运动，直至气压触动开关的活塞杆b24完全退出插孔27，增压装置停止工作，从而达到了增压装置的间歇工作。

当需要升高车身高度时，充气电磁阀3打开，高压罐6向空气弹簧4充气。

当因为系统漏气需要向系统中补充气体时，打开通过空气压缩机38与补气电磁阀39向系统中补充气体。

重复以上过程，即可实现空气弹簧气压能与车身振动能量的回收。

Claims (3)

1.一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统，其特征在于，包括增压装置（1）、单向阀a（2）、充气电磁阀（3）、空气弹簧（4）、放气电磁阀（5）、高压罐（6）、低压罐（7）和单向阀b（8）；所述增压装置（1）与单向阀a（2）的进气端连接，单向阀a（2）的出气端与高压罐（6）的进气口A连接，高压罐（6）的出气口B与充气电磁阀（3）的一端连接，充气电磁阀（3）的另一端与空气弹簧（4）的进气口E相连接，进气口E通过放气电磁阀（5）与低压罐（7）的进气口C连接，低压罐（7）的出气口D与单向阀b（8）的进气端连接，单向阀b（8）的出气端与压缩装置的两个进气口F与G连接；

所述增压装置（1）包括增压腔体（31）、上盖板（36）、下盖板（29）、浮动活塞a（11）、浮动活塞b（13）、活塞（15）、单向阀e（34）、单向阀d（32）、单向阀c（30）、气动插头a（9）、气动插头b（18）和气压触动开关（28）；所述增压腔体（31）为一圆柱形的壳体，增压腔体（31）的上下端分别与上盖板（36）和下盖板（29）通过螺栓连接，形成一密闭腔室；所述密闭腔室内部由上至下依次设有浮动活塞a（11）、浮动活塞b（13）和活塞（15），所述浮动活塞a（11）、浮动活塞b（13）和活塞（15）将密闭腔室内部依次分隔成四个小腔室，所述四个小腔室由上至下依次为二级蓄能腔（10）、一级蓄能腔（12）、压缩腔（14）和下腔（16）；浮动活塞a（11）、浮动活塞b（13）和活塞（15）上分别设置单向阀e（34）、单向阀d（32）和单向阀c（30）；上盖板（36）与浮动活塞a（11）之间设置弹簧b（35），浮动活塞a（11）与浮动活塞b（13）之间设置弹簧a（33）；所述增压腔体（31）内壁上沿周向设有一圈限位环，浮动活塞b（13）位于限位环上方，弹簧a（33）与弹簧b（35）将浮动活塞a（11）和浮动活塞b（13）压紧在限位环上；上盖板（36）上端面设有上吊耳（37），上盖板（36）上设置连通二级蓄能腔（10）的气动插头a（9）；活塞杆a（17）的上端穿过下盖板（29）的中心，并与活塞（15）通过螺栓固定，下盖板（29）上设置连通下腔（16）的气动插头b（18）；活塞杆a（17）的下端连接气压触动开关（28）。

2.根据权利要求1所述的一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统，其特征在于，所述气压触动开关（28）设于增压腔体（31）的下方，气压触动开关（28）为长方体，长方体的下端开有圆柱形通孔作为下吊耳（25），在长方体的上端，沿轴线开设沉孔作为活塞杆导向孔（26），活塞杆a（17）的下端伸入到活塞杆导向孔（26）内；在长方体侧面内嵌一个单出杆式气缸，所述单出杆式气缸的活塞杆b（24）与活塞杆a（17）的轴线垂直，活塞杆a（17）的下端一侧沿径向设有插孔（27），所述单出杆式气缸的活塞杆b（24）的一端沿径向伸出的沉孔插入插孔（27），所述单出杆式气缸的活塞杆b（24）的一端设有气压触动开关活塞（20），活塞杆b（24）上套有复位弹簧（23）；侧盖板（19）通过螺栓与气压触动开关（28）的侧面连接与活塞之间形成气压触动开关无杆端腔室（21），侧盖板（19）上设置连通气压触动开关无杆端腔室（21）的气动接头c（22）。

3.根据权利要求1或2所述的一种带多级自增压机构的空气弹簧闭环气路系统，其特征在于，所述放气电磁阀（5）与低压罐（7）的进气口C的管路上连接补气电磁阀（39），补气电磁阀（39）连接空气压缩机（38）。