CN104454014A - 压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机 - Google Patents

压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机，可作为压缩空气发动机使用，也可作为空气压缩机使用。在压缩空气作为车辆行驶的动力源时，正常行驶，压缩空气两用机作为气动马达，给车辆提供动力。刹车时在车辆运行中，压缩空气两用机作为空气压缩机使用，回收刹车能量，以压缩空气形式存储入高压气罐。作为空气压缩机使用时，根据刹车程度，可以控制压气负载，最大程度回收刹车能量，而不影响车辆按司机意愿运行。压缩空气两用机减小了发动机体积和重量以及整车布局的复杂程度。两用机可用于压缩空气作为动力的气动汽车，也可用于在燃油-压缩空气混合动力中。所发明的液压控制气门系统，可根据需要按气动马达工作，也可全部关闭，使两用机工作于空压机状态。此系统也可应用于传统发动机的气门间隙液压调整和停缸控制。

Description

压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机
技术领域
本发明属于发动机技术领域，涉及一种压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机。
背景技术
节能、减排的要求，使压缩空气作为汽车动力的研究引起人们的重视。法国MDI公司研发的压缩空气发动机已成功应用于汽车中，压缩空气动力汽车的一大亮点是可以用压缩空气来代替刹车，从而回收刹车能量，延长气动汽车的行驶里程。要想压缩空气必须配备一台空气压缩机，这不但增加了汽车的重量和体积，增加了汽车狭小空间的布置难度，也增加了两种机器协调工作的复杂性。
要解决一台机器完成压缩空气和空气动力两种工作，关键是要解决气阀根据要求打开、关闭，用于空气发动机的气阀要求按一定时序打开、关闭气门；用于空压机时，这些气阀应该关闭。
发明内容
本发明的提供了一种新型的压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机。车辆运行时，作为压缩空气发动机使用；刹车时，作为空气压缩机使用。两种机器功能在同一机器实现。
本发明采用的技术方案是：
压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机，该压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机包括第一气缸、第二气缸、气体增压器、液压控制气阀系统、高压气罐；第一气缸和第二气缸的缸径不同；第一气缸的缸盖上布置用于空气压缩机的进气门A、排气门A，压缩空气发动机的进气阀A、排气阀A；第二气缸缸盖上布置有空气压缩机的进气门B、排气门B，压缩空气发动机的进气阀B、排气阀B。
气体增压器通过皮带或链条与一体两用机曲轴相连；作为空气压缩机时，气体增压器由电子离合器控制；气体增压器压缩的空气经过第二气缸的进气门B，送入第二气缸；第二气缸压缩的空气经第二气缸的排气门B、第一气缸的进气门A送入第一气缸；第一气缸压缩的空气经排气阀A、单向阀送入高压气罐；压缩空气所经过的管道安装有一级散热片、二级散热片、三级散热片；电子离合器闭合，气体增压器工作；
整个空气压缩机为三级压缩，为空气压缩机最大负荷；
电子离合器断开，气体增压器不工作，此时空气压缩机为两级压缩，空气压缩机负荷变小。
所述的两用机的凸轮轴通过皮带或链条与一体两用机曲轴相连；进气阀A、排气阀A、进气阀B、排气阀B的开关由凸轮轴上的凸轮控制；作为压缩空气发动机，压缩空气从高压气罐经压力调节器、进气阀A送入第一气缸，做功后的压缩气体经排气阀A、进气阀B进入第二气缸继续做功，做功后的气体经排气阀B排入大气。
所述两用机的液压控制气阀系统由输油泵、液压压力调节阀、凸轮轴、进气阀A、排气阀A、进气阀B、排气阀B组成；以进气阀A为例的气阀由气门、气门导管、弹簧、锁瓦、气门弹簧座、气门阀体、单向阀A、单向阀B、液压柱、液压柱芯、凸轮、电磁阀、油箱组成，输油泵将液压油压力提升，液压压力调节阀保持管路中液压压力；电磁阀打开，液压油经单向阀A、单向阀B、电磁阀流回油箱，凸轮轴旋转，凸轮驱动液压柱芯下行，由于液压油泄回油箱、液压压力无法建立，液压柱芯无法将力传给液压柱，气门无法打开；电磁阀关闭，液压油充满管路及油腔，凸轮轴旋转，凸轮驱动液压柱芯下行，液压柱芯向下移动，通过液压油将力传给液压柱，推动气门打开；转过凸轮顶端，在弹簧作用下，气门、液压柱、液压柱芯上行，气门关闭；此时，由于高压油的泄漏，凸轮与液压柱芯之间有间隙，在液压压差作用下，液压油经单向阀A予以补充，消除气门间隙；排气阀A、进气阀B、排气阀B的结构与控制同进气阀A。
所述两用机分别工作于空气压缩机状态、压缩空气发动机状态、空转状态；工作状态由压力调节器、电磁阀决定；电磁阀控制进气阀A、排气阀A、进气阀B、排气阀B为两种状态，电磁阀关闭，凸轮轴控制气门按照时序开启、关闭气门；电磁阀打开，进气阀A、排气阀A、进气阀B、排气阀B全部关闭；压力调节器打开、电子离合器松开、电磁阀关闭，一体两用机工作于压缩空气发动机状态；压力调节器关闭、电磁阀打开，一体两用机工作于空气压缩机状态；压力调节器关闭、电磁阀关闭，一体两用机工作于空转状态。
本发明的两用机可单独应用于压缩空气动力汽车，也可用于燃油-压缩空气混合动力汽车中。在压缩空气作为车辆行驶的动力源时，正常行驶，压缩空气两用机作为气动马达，给车辆提供动力。刹车时在车辆运行中，压缩空气两用机作为空气压缩机使用，回收刹车能量，以压缩空气形式存储入高压气罐。作为空气压缩机使用时，根据刹车程度，可以控制压气负载，最大程度回收刹车能量，而不影响车辆按司机意愿运行。压缩空气两用机减小了发动机体积和重量以及整车布局的复杂程度。两用机可用于压缩空气作为动力的气动汽车，也可用于在燃油-压缩空气混合动力中。所发明的液压控制气门系统，可根据需要按气动马达工作，也可全部关闭，使两用机工作于空压机状态。此系统也可应用于传统发动机的气门间隙液压调整和停缸控制。
附图说明
图1为两缸一体两用机结构示意图。
图2为空气压缩机示意图
图3为压缩空气发动机结构示意图
图4为两一体用机空转示意图
图5为液压控制气门结构示意图
其中：1气体增压器；2油箱；18第一气缸；19第二气缸；3排气阀B；
4一级散热片；5进气门B；6排气门B；7进气阀B；8排气阀A；
9二级散热片；10进气门A；11排气门A；12进气阀A；13三级散热片；
14单向阀；15压缩空气压力调节开关；16高压气罐；20电子离合器；
21输油泵；25液压压力调节阀；24凸轮轴；50气门；51气门导管；52弹簧；
54锁瓦；54气门弹簧座；55气门阀体；56单向阀A；63单向阀B；61液压柱；
60液压柱芯；59凸轮；22电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图1、图2、图3、图4、图5与具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1表示一体两用机结构；图5表示的一体两用机的气阀液压控制系统结构。
一体两用机由缸径不同的第一气缸18、第二气缸19组成。第一气缸18的缸盖上布置用于空气压缩机的进气门A10、排气门A11，压缩空气发动机的进气阀A12、排气阀A8；第二气缸19缸盖上布置有空气压缩机的进气门B5、排气门B6，压缩空气发动机的进气阀B7、排气阀B3。
气体增压器1通过皮带或链条23与一体两用机曲轴相连；作为空气压缩机时，气体增压器1由电子离合器20控制；气体增压器1压缩的空气经过第二气缸19的进气门B5，送入第二气缸19；第二气缸19压缩的空气经第二气缸19的排气门B6、第一气缸18的进气门A10送入第一气缸18；第一气缸18压缩的空气经排气阀A12、单向阀14送入高压气罐16；压缩空气所经过的管道安装有一级散热片4、二级散热片9、三级散热片13；电子离合器20闭合，气体增压器1工作；整个空气压缩机为三级压缩，为空气压缩机最大负荷；
电子离合器20断开，气体增压器1不工作，此时空气压缩机为两级压缩，空气压缩机负荷变小。
凸轮轴24通过皮带或链条23与一体两用机曲轴相连；进气阀A12、排气阀A8、进气阀B7、排气阀B3的开关由凸轮轴24上的凸轮控制；作为压缩空气发动机，压缩空气从高压气罐16经压力调节器15、进气阀A12送入第一气缸18，做功后的压缩气体经排气阀A8、进气阀B7进入第二气缸19继续做功，做功后的气体经排气阀B3排入大气。气体发动机为两级膨胀。
液压控制气阀系统由输油泵21、液压压力调节阀25、凸轮轴24、进气阀A12、排气阀A8、进气阀B7、排气阀B3组成；
以进气阀A12为例的液压控制气阀系统由气门50、气门导管51、弹簧52、锁瓦54、气门弹簧座54、气门阀体55、单向阀A56、单向阀B63、液压柱61、液压柱芯60、凸轮59、电磁阀22、油箱2组成，输油泵21将液压油压力提升，液压压力调节阀25保持管路中液压压力保持一定值。电磁阀22打开，液压油经单向阀A56、单向阀B63、电磁阀22流回油箱2，凸轮轴24旋转，凸轮59驱动液压柱芯60下行，由于液压油泄回油箱2、液压压力无法建立，液压柱芯60无法将力传给液压柱61，气门50无法打开；电磁阀22关闭，液压油充满管路及油腔，凸轮轴24旋转，凸轮59驱动液压柱芯60下行，液压柱芯60向下移动，通过液压油将力传给液压柱60，推动气门50打开。转过凸轮59顶端，在弹簧52作用下，气门50、液压柱61、液压柱芯60上行，气门50关闭。此时，由于高压油的泄漏，凸轮59与液压柱芯60之间有一定间隙，在液压压差作用下，液压油经单向阀A56予以补充，消除气门间隙。
排气阀A8、进气阀B7、排气阀B3的结构与控制同进气阀A12。
在空气压缩机工作状态下，图1表示的一体两用机可以用图2表示。其工作过程与传统的空压机并无两样。
在压缩空气发动机工作状态下，图1表示的一体两用机可以用图3表示。其工作过程与传统的气体发动机一样。
空转状态下，图1表示的一体两用机可以用图4表示。
一体两用机工作状态转换由压力调节器15、电磁阀22、电子离合器22控制。
压力调节器15打开、电子离合器20松开、电磁阀22关闭，一体两用机工作于压缩空气发动机状态。
压力调节器15关闭、电磁阀22打开，一体两用机工作于空气压缩机状态。在此状态下，电子离合器20合上，空压机为三级压缩，电子离合器20松开，空压机为两级压缩。
压力调节器15关闭、电磁阀22关闭，一体两用机工作于空转状态。

Claims (5)

1.压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机，其特征是该压缩空气发动机-空气压缩机一体两用机包括第一气缸(18)、第二气缸(19)、气体增压器(1)、液压控制气阀系统、高压气罐(16)；第一气缸(18)和第二气缸(19)的缸径不同；第一气缸(18)的缸盖上布置用于空气压缩机的进气门A(10)、排气门A(11)，压缩空气发动机的进气阀A(12)、排气阀A(8)；第二气缸(19)缸盖上布置有空气压缩机的进气门B(5)、排气门B(6)，压缩空气发动机的进气阀B(7)、排气阀B(3)；
气体增压器(1)通过皮带或链条(23)与一体两用机曲轴相连；作为空气压缩机时，气体增压器(1)由电子离合器(20)控制；气体增压器(1)压缩的空气经过第二气缸(19)的进气门B(5)，送入第二气缸(19)；第二气缸(19)压缩的空气经第二气缸(19)的排气门B(6)、第一气缸(18)的进气门A(10)送入第一气缸(18)；第一气缸(18)压缩的空气经排气阀A(12)、单向阀(14)送入高压气罐(16)；压缩空气所经过的管道安装有一级散热片(4)、二级散热片(9)、三级散热片(13)；电子离合器(20)闭合，气体增压器(1)工作；
整个空气压缩机为三级压缩，为空气压缩机最大负荷；
电子离合器(20)断开，气体增压器(1)不工作，此时空气压缩机为两级压缩，空气压缩机负荷变小。
2.根据权利要求1所述的两用机，其特征是凸轮轴(24)通过皮带或链条(23)与一体两用机曲轴相连；进气阀A(12)、排气阀A(8)、进气阀B(7)、排气阀B(3)的开关由凸轮轴(24)上的凸轮控制；作为压缩空气发动机，压缩空气从高压气罐(16)经压力调节器(15)、进气阀A(12)送入第一气缸(18)，做功后的压缩气体经排气阀A(8)、进气阀B(7)进入第二气缸(19)继续做功，做功后的气体经排气阀B(3)排入大气。
3.根据权利要求1或2所述的两用机，其特征是液压控制气阀系统由输油泵(21)、液压压力调节阀(25)、凸轮轴(24)、进气阀A(12)、排气阀A(8)、进气阀B(7)、排气阀B(3)组成；
以进气阀A(12)为例的气阀由气门(50)、气门导管(51)、弹簧(52)、锁瓦(54)、气门弹簧座(54)、气门阀体(55)、单向阀A(56)、单向阀B(63)、液压柱(61)、液压柱芯(60)、凸轮(59)、电磁阀(22)、油箱(2)组成，输油泵(21)将液压油压力提升，液压压力调节阀(25)保持管路中液压压力；电磁阀(22)打开，液压油经单向阀A(56)、单向阀B(63)、电磁阀(22)流回油箱(2)，凸轮轴(24)旋转，凸轮(59)驱动液压柱芯(60)下行，由于液压油泄回油箱(2)、液压压力无法建立，液压柱芯(60)无法将力传给液压柱(61)，气门(50)无法打开；电磁阀(22)关闭，液压油充满管路及油腔，凸轮轴(24)旋转，凸轮(59)驱动液压柱芯(60)下行，液压柱芯(60)向下移动，通过液压油将力传给液压柱(60)，推动气门(50)打开；转过凸轮(59)顶端，在弹簧(52)作用下，气门(50)、液压柱(61)、液压柱芯(60)上行，气门(50)关闭；此时，由于高压油的泄漏，凸轮(59)与液压柱芯(60)之间有间隙，在液压压差作用下，液压油经单向阀A(56)予以补充，消除气门间隙；
排气阀A(8)、进气阀B(7)、排气阀B(3)的结构与控制同进气阀A(12)。
4.根据权利要求1或2所述的两用机，其特征是一体两用机分别工作于空气压缩机状态、压缩空气发动机状态、空转状态；工作状态由压力调节器(15)、电磁阀(22)决定；
电磁阀(22)控制进气阀A(12)、排气阀A(8)、进气阀B(7)、排气阀B(3)为两种状态，电磁阀(22)关闭，凸轮轴控制气门按照时序开启、关闭气门；电磁阀(22)打开，进气阀A(12)、排气阀A(8)、进气阀B(7)、排气阀B(3)全部关闭；
压力调节器(15)打开、电子离合器(20)松开、电磁阀(22)关闭，一体两用机工作于压缩空气发动机状态；
压力调节器(15)关闭、电磁阀(22)打开，一体两用机工作于空气压缩机状态；
压力调节器(15)关闭、电磁阀(22)关闭，一体两用机工作于空转状态。
5.根据权利要求3所述的两用机，其特征是一体两用机分别工作于空气压缩机状态、压缩空气发动机状态、空转状态；工作状态由压力调节器(15)、电磁阀(22)决定；
电磁阀(22)控制进气阀A(12)、排气阀A(8)、进气阀B(7)、排气阀B(3)为两种状态，电磁阀(22)关闭，凸轮轴控制气门按照时序开启、关闭气门；电磁阀(22)打开，进气阀A(12)、排气阀A(8)、进气阀B(7)、排气阀B(3)全部关闭；
压力调节器(15)打开、电子离合器(20)松开、电磁阀(22)关闭，一体两用机工作于压缩空气发动机状态；
压力调节器(15)关闭、电磁阀(22)打开，一体两用机工作于空气压缩机状态；
压力调节器(15)关闭、电磁阀(22)关闭，一体两用机工作于空转状态。
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