CN201061993Y - 大型车辆串联式气动辅助动力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大型车辆串联式气动辅助动力装置，采用与原车输出动力串联构造方式，为车辆启动和低速加速时提供有效的辅助动力。该装置包括动力组件、配气组件、气缸气路分配控制组件、空气吸排组件、热交换组件、能量存储组件、串联辅助动力输出组件、配气控制驱动组件等，通过电控部分控制，实现车辆减速、刹车时的能量回收，并将回收的能量在车辆启动或低速加速时释放，提供车辆辅助动力，降低车辆在频繁启动、加速时的油耗；在车辆长时间滑行时可提供一种特殊的反向动力，降低车辆刹车系的磨损。装置为独立结构，直接安装于车辆大梁空余空间，与车辆其它部件关联小，避免对车辆结构的不良影响，并可方便地实现对市场上现有车辆的改造。

Description

大型车辆串联式气动辅助动力装置

所属技术领域

本实用新型属于汽车行驶系技术领域，涉及一种采用气动工作方式、具备车辆刹车及减速时能量回收再利用的串联式气动辅助动力装置。

背景技术

由于石油日益紧缺，导致燃油价格不断攀升，车辆使用费用随之加大。同时燃油的大量消耗也加剧了对环境的不良影响，这些都为各种类型的混合动力汽车发展提供了一个很好的机遇与挑战。在目前的汽车混合动力技术中，针对轿车的混合动力技术占据多数，而对于大型车辆如载重货车、公交车等则相对涉及少。大型车辆在社会上的保有量是十分庞大的，其对燃油的消耗也是相当可观的。大型车辆在行驶中全部动力均来自内燃动力，通过传动轴驱动车辆运行，在车辆减速或刹车时，车辆的全部惯性能量均通过刹车片与刹车盘(鼓)的摩擦转变为热能，白白浪费。当车辆启动或加速时，由于大型车辆重量较重，需要内燃机提供较大的动力，这样就大大增加了车辆启动或加速时的油耗，并常由于燃烧不完全而排放大量黑烟，对环境产生污染。虽然大型车辆也可以采用电动方式提供辅助动力，但由于所需动力较大，需要大功率电机及复杂的传输机构才能实现，同时还要安装大量的电池以提供所必需的能源，这将使车辆结构复杂化、自重加大。另外，额外的电机、电池维护使用费用会加大车辆的综合使用成本，这使得油-电混合动力技术在大型车辆中难以推广，特别是目前市面上已有的各种大型车辆，它们难以实现低成本的电动力改造，因此必须寻找一种更为直接有效的低成本复合动力装置，实现对现有车辆的辅助动力改造。

发明内容

本实用新型提供一种低成本串联式气动辅助动力装置技术，它不同于常规概念中的混合动力，它不能实现连续的混合动力输出，只提供车辆在启动、低速加速时的短距离辅助动力，相对于车辆自身的内燃动力，它是一种辅助动力装置，有以下特点：第一，它具备面向市场上已有大型车辆进行辅助动力改造的能力；第二，由于采用气动工作方式，与原车动力以串联方式连接，结构简单，对原车的自重增加不大，不影响车辆原有动力系统；第三，它是将车辆减速或刹车时的惯性能量加以回收，然后提供车辆启动及低速加速时的辅助动力，同时可在车辆低速状态下加速及爬坡时提供短距离的辅助动力；第四，其独特的能量消耗方式可提供车辆反向动力，限制车辆在下坡滑行时的速度，降低刹车系统的磨损，在一定范围内防止刹车系统过热失灵，提高车辆的行驶安全性。

该实用新型采用以内燃机动力驱动行驶为主、气动辅助驱动为辅的设计思想，将驱动装置以串联方式与车辆常规的传动轴串联，通过与传动轴的有机结合，共同作用于车辆的驱动轮。辅助动力装置在设计上采用紧凑式设计，独立安置在车辆的大梁空闲位置，充分利用大梁的空余空间，避免对车辆整体结构产生不良影响；在重量方面，材料采用铝合金材料，其重量轻，增重少。改装时采用更换原车一段传动轴，将本装置直接串联接入原车辆动力输出结构中，不涉及车辆动力、底盘及悬挂等系统的改造，因此对现有车辆的改造简便，所涉及的范围小。由于具备离合装置，当车辆启动或低速加速时辅助动力装置输出辅助动力，匀速或高速行驶时则不工作，因此在降低车辆启动、低速加速时的油耗的同时，不会影响车辆正常行驶。

附图说明：

附图1为该实用新型原理图；附图2为该实用新型三维结构示意图；附图3为该实用新型的三维装配效果图。

附图1中：1.动力输出主动齿，2.动力输出曲轴，3.曲柄，4.气缸，5.连杆，6.活塞，7.旋转配气阀，8.旋转配气阀从动异形齿，9.旋转配气阀主动异形齿，10.配气管安全阀，11.配气管A，12.配气管B，13.配气控制器，14.高压气管，15.低压气管，16.高压气热交换器，17.防水空气过滤器，18.进气排气管，19.气瓶连接管，20.气瓶安全阀，21.高压气瓶，22.高压气压力传感器，23.热交换液管，24.热交换液循环泵，25.尾气热交换器，26.尾气排放直通管，27.尾气排放通路控制阀，28.尾气气管连接器，29.后端万向节叉，30.复合动力输出轴，31.离合器控制电机，32.离合器拨动杆，33.从动同步器，34.从动齿，35.主动同步器，36.前端万向节叉，37.过渡齿，38.配气驱动皮带，39.车速传感器，40.刹车传感器，41.油门传感器，42.档位识别传感器，43.电控模块。

技术方案

本实用新型分为两大部分：第一部分为动力组件、配气组件、气缸气路分配控制组件、空气吸排组件、热交换组件、能量存储组件、串联辅助动力输出组件、配气控制驱动组件共同构成的辅助动力输出装置部分；第二部分为传感器、电控模块连接构成的电控部分，其中传感器包括有高压气压力传感器(22)、车速传感器(39)、刹车传感器(40)、油门传感器(41)、档位识别传感器(42)，它们构成传感器信息输入组件并通过电缆与电控模块(43)相连，构成电控部分；之后，第一与第二部分共同结合构成完整的串联式气动辅助动力装置。其主要技术实施方案如下：动力输出主动齿(1)与动力输出曲轴(2)通过花键同轴安装并固定，二者同步转动；动力输出曲轴(2)通过轴承安装在气缸(4)的支架上；曲柄(3)与动力输出曲轴(2)连接装配，随动力输出曲轴(2)转动；连杆(5)大头通过曲柄销与曲柄(3)连接，可以曲柄销轴线为中心旋转；活塞(6)通过活塞销与连杆(5)小头相连，可以活塞销轴线为中心旋转；活塞(6)安置于气缸(4)中，可沿气缸(4)轴线移动，并带动连杆(5)运动，最终带动曲柄(3)及动力输出曲轴(2)转动；旋转配气阀(7)沿轴线安置在气缸(4)的顶盖配气孔中，并以配气孔轴线为中心旋转，旋转配气阀(7)与配气孔具备良好的气密；旋转配气阀(7)通过花键与旋转配气阀从动异形齿(8)装配并使用弹簧扣及螺钉进行固定，旋转配气阀从动异形齿(8)带动旋转配气阀(7)旋转；旋转配气阀主动异形齿(9)安装在气缸(4)的顶盖安装支架上，旋转配气阀主动异形齿(9)与旋转配气阀从动异形齿(8)啮合，可带动旋转配气阀从动异形齿(8)在360度圆周内进行变角速转动；旋转配气阀主动异形齿(9)通过驱动轴、皮带轮与配气驱动皮带(38)装配，在配气驱动皮带(38)的带动下转动；配气驱动皮带(38)通过过渡齿(37)上的皮带轮与过渡齿(37)装配，过渡齿(37)旋转时带动配气驱动皮带(38)运动；配气管A(11)与配气管B(12)与气缸(4)顶盖的配气接口相连并保持气密；配气管A(11)与配气管B(12)通过配气控制器(13)的配气接口与配气控制器(13)相连并保持气密；高压气管(14)与低压气管(15)通过配气接口与配气控制器(13)相连并保持气密；配气控制器(13)安装有高压气压力传感器(22)用以检测做功输出高压气的气压；低压气管(15)通过防水空气过滤器(17)与进气排气管(18)相连；高压气管(14)通过高压气热交换器(16)、气瓶连接管(19)与高压气瓶(21)相连并保持气密；气缸(4)通过热交换液管(23)与高压气热交换器(16)、尾气热交换器(25)、热交换液循环泵(24)相连；尾气热交换器(25)安置于尾气排放管中，该尾气排放管通过尾气气管连接器(28)与原车辆尾气排放管相连，并通过尾气排放通路控制阀(27)进行排放通路控制；前端万向节叉(36)通过万向节与车辆动力输出轴相连，后端万向节叉(29)通过万向节与车辆差速器动力输入轴相连；主动同步器(35)通过轴承安装在复合动力输出轴(30)上，不随复合动力输出轴(30)转动，主动同步器(35)上安装有从动齿(34)，从动齿(34)与过渡齿(37)啮合，可随其或带动其转动；从动同步器(33)通过滑槽与复合动力输出轴(30)沿轴线装配，在离合器拨动杆(32)的带动下沿复合动力输出轴(30)轴线运动，随复合动力输出轴(30)转动；离合器拨动杆(32)由离合器控制电机(31)带动，离合器控制电机(31)通过螺钉固定在整个装置的底座上，离合器控制电机(31)受电控模块(43)控制；电控模块(43)通过电缆与高压气压力传感器(22)、车速传感器(39)、刹车传感器(40)、油门传感器(41)、档位识别传感器(42)相连；整个装置总成安装于车辆大梁空闲位置。

工作原埋：

辅助动力装置的工作模式分动力存储/消耗和动力输出两种，工作模式的控制通过配气控制器(13)进行控制选择，当处于动力存储/消耗工作模式时，动力输出曲轴(2)带动活塞(6)在气缸(4)中往复运动，不断地从外界吸入空气，并将气体压缩进高压气瓶(21)中，实现能量的存储。当高压气瓶(21)中的气压与气缸压缩比所决定的压力达到平衡时，气体不再被压入高压气瓶(21)中，而是在排气初始过程中被释放，此时就进入了能量消耗工作模式。当处于动力输出工作模式时，高压气瓶(21)中存储的高压气进入气缸(4)，推动活塞(6)运动，活塞(6)运动到气缸(4)底部时进入排气过程，高压气排出，如此往复，活塞(6)就不断地在气缸(4)中往复运动，最终通过连杆(5)带动动力输出曲轴(2)旋转，实现动力输出。

在动力存储/消耗工作模式时，如果高压气瓶(21)中初始气压为低压状态或与外界相同时，辅助动力装置就自动处于能量储存工作模式，通过复合动力输出轴(30)不断地带动活塞(6)往复工作，将压缩气体充入高压气瓶(21)中，高压气瓶(21)中气体的压力逐步上升，最大值与压缩比相关。在辅助动力装置中，压缩比根据车辆载重量的不同而确定，一般可在1∶5～1∶25之间选取，车辆载重量越大其压缩比就越大。在整个充气压缩过程中，压力的变化逐步趋近额定压力，当气体压力趋近额定压力后，向高压气瓶(21)的充气量减少，充气和排气接近平衡，这时，辅助动力装置进入能量消耗工作模式。由此，辅助动力装置不仅可以存储车辆的惯性能量，还可以消耗车辆的惯性能量。

旋转配气阀(7)在工作过程中，首先是过渡齿(37)通过皮带轮带动配气驱动皮带(38)运动，配气驱动皮带(38)带动旋转配气阀主动异形齿(9)旋转，旋转配气阀主动异形齿(9)带动旋转配气阀从动异形齿(8)在360度圆周内进行变角速旋转，并最终使旋转配气阀(7)进行变角速旋转。其中，当活塞(6)接近气缸(4)的顶部或底部时旋转配气阀(7)旋转角速度加快，当活塞(6)在气缸(4)中间运动、远离气缸(4)顶部和底部时旋转配气阀(7)旋转角速度变慢，旋转角速度快慢比为1.2∶1～3∶1。通过这种方式，可以保证气体在吸入或压缩时阀门处于良好的开启状态，又可以在气体吸入或压缩完毕后及时快速地开启或关闭阀门。车辆减速滑行及刹车时的工作状态：

车辆的减速滑行及刹车状态属于动力的存储/消耗工作模式。当驾驶员松开油门，踏下刹车踏板时，车辆开始减速，当车辆的速度降低至离合器控制点车速时，首先配气控制器(13)进行配气切换，将配气管A(11)与高压气管(14)连接，配气管A(11)变成高压气输送管；配气管B(12)与低压气管(15)连接，配气管B(14)变成排气管路。之后，配气控制器(13)内的气路开关阀开启，将高低压气路各自连通。同时，离合器控制电机(31)正向转动，拉动离合器拨动杆(32)运动，离合器拨动杆(32)拖动从动同步器(33)朝向前端万向节叉(36)的方向运动，当从动同步器(33)运动到位后，主动同步器(35)上的啮合齿与从动同步器(33)上的啮合齿啮合，由于从动同步器(33)随复合动力输出轴(30)转动，因此带动主动同步器(35)随之转动。

复合动力输出轴(30)由于车辆的运行而转动，并通过主动同步器(35)带动从动齿(34)转动，从动齿(34)带动过渡齿(37)转动并最终带动动力输出主动齿(1)转动。当动力输出主动齿(1)旋转时，通过动力输出曲轴(2)带动连杆(5)运动，连杆(5)则推动活塞(6)运动。当活塞(6)处于气缸(4)靠底部位置时，旋转配气阀(7)首先切断配气管B(12)与气缸(4)的连通，吸气/排气通道被关闭，之后，旋转配气阀(7)接通配气管A(11)与气缸(4)的连接，高压气瓶(21)与气缸(4)连通，充气压缩通道被打开。如果此时高压气瓶(21)中存在一定压力的气体，则气体被注入气缸(4)中，对活塞(6)形成一定的压力，将阻止活塞(6)向气缸(4)的顶部运动，从而产生一个阻力。活塞(6)在外力的带动下开始向气缸(4)顶部运动，进行气体的压缩，先前吸入的气体被压入高压气瓶(21)中。当活塞(6)运动到气缸(4)顶部时，旋转配气阀(7)切断气缸(4)与配气管A(11)的连通，充气压缩通道被关闭。之后，旋转配气阀(7)接通配气管B(12)与气缸(4)的连接，吸气/排气通道打开，此时气缸(4)内部剩余压缩气体被迅速排出，不再对活塞(6)产生压力。当活塞(6)开始向气缸(4)底部运行时，气缸(4)内部压力降低，外界空气进入气缸(4)，进入吸气过程。当活塞(6)再次运行到气缸底部时，旋转配气阀(7)关闭吸气/排气通道，充气压缩通道打开，此时气缸内的空气与高压气瓶(21)中的空气混合，再次开始气体的压缩。如此往复，每次高压气瓶(21)中的气量与气压逐步增加，最后，高压气瓶(21)中气体压力与气缸压缩比所决定的压力平衡，气体不再进入高压气瓶(21)中，此时气缸(4)中的剩余压缩气体量与气缸(4)吸入气量相同，每次吸入的气体在混合了高压气瓶(21)中的气体后都被等量释放，由于旋转配气阀(7)在此时将充气压缩通道快速关闭，而吸气/排气通道被快速打开，气缸(4)内的剩余高压气体会被快速释放排出，因此不会对活塞提供反向压力，辅助动力装置自动进入能量消耗工作模式，对行驶的车辆提供一种连续的阻力。

根据车辆载重量的不同，气缸数量选择在2～6个之间，一般使用3个气缸就可以实现连续的压缩或做功。动力输出曲轴(2)中曲柄(3)的数量与活塞(6)的数量对应，每个曲柄之间的角度为360度除以活塞数，即两气缸时各曲柄之间的角度相差180度，三气缸时相差120度，四气缸时相差90度，依次类推。

外界空气在进入气缸前，首先通过进气排气管(18)进入防水空气过滤器(17)，在此过滤掉空气中的尘埃颗粒，确保气体的清洁。清洁气体通过低压气管(15)进入配气控制器(13)，经过配气管B(12)进入气缸(4)，为下一次压缩做好准备。

车辆启动及加速时的工作状态：

当车辆处于停车启动或低速加速状态时，辅助动力装置进入动力输出工作状态。首先，电控模块(43)根据车速传感器(39)的信息控制配气控制器(13)进行配气切换，将配气管B(12)与高压气管(14)连接，配气管B(12)变成高压气输送管；配气管A(11)与低压气管(15)连接，配气管A(11)变成排气管路。之后，当驾驶员踏下油门踏板时，电控模块(43)通过油门传感器(41)和档位识别传感器(42)得到控制信息，对配气控制器(13)进行控制，配气控制器(13)内部的气路开关阀开启，将高低压气路各自连通。高压气瓶(21)中的高压气进入配气管B(12)，如果此时活塞(6)位于气缸顶端，则旋转配气阀(7)处于将配气管B(12)与气缸(4)连通的状态，做功过程开始，而配气管A(11)与气缸(4)的连通关闭，排气过程停止。此时，高压气体进入气缸(4)，推动活塞(6)向气缸(4)底部运动，而活塞(6)又推动连杆(5)运动，最终使动力输出曲轴(2)旋转。当活塞(6)运动到气缸(4)的底部时，旋转配气阀(7)快速关闭配气管B(12)和气缸(4)的通路，高压气体不再进入气缸(4)，做功过程结束；同时，旋转配气阀(7)快速开启配气管A(11)与气缸(4)的通路，气缸(4)与外界大气连通，气缸(4)内的高压气体快速通过配气管A(11)、配气控制器(13)、低压气管(15)、防水空气过滤器(17)及进气排气管(18)排放到大气中，之后，在多缸系统的作用下，活塞(6)开始向气缸(4)顶部运动，并且将气缸(4)内部的剩余气体排出。当活塞(6)运动到气缸(4)顶部时，在旋转配气阀(7)的控制下，高压气体再次进入气缸(4)，推动活塞(6)运动，如此往复，动力输出曲轴(2)连续转动，输出动力。

动力输出曲轴(2)转动时带动动力输出主动齿(1)转动，而动力输出主动齿(1)又带动过渡齿(37)转动，并随之带动从动齿(34)、主动同步器(35)转动；当主动同步器(35)开始转动后，由于此时主动同步器(35)和从动同步器(33)已经处于啮合状态，而从动同步器(33)与复合动力输出轴(30)通过滑槽结合，复合动力输出轴(30)与从动同步器(33)同步转动，因此高压气体的做功最终会使复合动力输出轴(30)旋转，输出动力。由于复合动力输出轴(30)通过前端万向节叉(36)与车辆发动机动力输出轴相连，后端万向节叉(29)与车辆差速器动力输入轴相连，因此此时复合动力输出轴(30)的动力包含两个部分，一部分来自车辆自身动力输出，另一部分是压缩气体的做功输出，车辆得到了一个辅助动力。由于车辆启动时的动力是固定的，如果没有压缩气体提供辅助动力，则发动机必须输出较大的动力；如果有辅助动力，则发动机的输出动力减少，从而可以降低车辆启动时的油耗，并使得启动更加容易。以活塞(6)直径100mm、压缩比1∶20、活塞(6)行程120mm计，当高压气瓶(21)充满气时，其输出气体压强约19kg/cm²，单个活塞(6)此时所受压力将近1490kg，可对动力输出曲轴(2)产生约89kg/m的扭矩，以输出齿轮比为1∶1.4计算，输出作用在复合动力输出轴(30)上的力矩可达124kg/m，当气缸数量大于等于3时，同一时刻至少有两个或以上的活塞产生复合动力，可以在很大程度上增加车辆的启动力量。

在整个高压气体做功过程中，高压气瓶(21)内的高压气会逐步消耗，压力逐渐下降，当高压气瓶(21)内部气瓶压力下降至接近外界大气压或小于最小做功气压时，则辅助动力装置不再输出动力。由于装置的各个部件存在一定的摩擦，因此如果辅助动力装置还处于工作方式时，则开始消耗发动机的输出动力，因此必须通过离合器将动力输出部分与复合动力输出轴(30)分离。同样，当车辆进入匀速行驶或速度大于离合控制点车速时，也必须进行同样的操作。因此，当车辆进入匀速行驶或速度大于离合控制点车速时，离合器控制电机(31)带动离合器拨动杆(32)拖动从动同步器(33)向后端万向节叉(29)方向运动，主动同步器(35)与从动同步器(33)分离，之后，配气控制器(13)内的气路开关阀关闭，切断高压气管(14)、低压气管(15)与配气管A(11)、配气管B(12)的通路，压缩气体储存于高压气瓶(21)中，整个辅助动力装置停止工作，车辆的发动机处于常规工作方式，车辆正常行驶。当速度小于离合控制点车速时，如果气缸内部压力小于最小做功气压，同样配气控制器(13)内的气路开关阀关闭、离合器分离，辅助动力装置不工作；如果气缸内部压力大于最小做功气压，则辅助动力装置工作，为车辆提供辅助动力。以气瓶容量为100升、压缩比为1∶20、气缸数量为3计，所存储的气体可以使动力输出曲轴(2)旋转约50周，可以使车辆行驶约40米，如果气瓶容量达到300升，则存储的气体可使车辆行驶约120米，可以很好地满足车辆在启动时的动力要求。

在高压气体做功时，高压气压力传感器(22)检测做功气体的气压，电控模块(43)根据高压气压力传感器(22)的信息对配气控制器(13)进行做功输出高压气的节流控制，例如在气压大于10kg/cm²时按10kg/cm²压力输出，小于10kg/cm²时不再进行节流控制，而是全开启状态，这样会在初始的一段时间内提供一个恒定的输出动力，之后才会出现动力下降的情况，这将减缓高压气瓶(21)内气体的排放速度，延长气体的做功时间，但初始输出动力要比无节流控制的小，两种工作方式可根据情况使用。

热交换过程：

在气体进行压缩时，根据热力学相关定律，气体温度会上升。由于压缩过程是连续的，因此压缩气体的温度会大幅度上升，必须对其进行降温处理。而当气体做功输出时，其工作过程为等体减压过程，此时压缩气体由于压力的减少而出现降温，当外界气温较低时，连续的做功输出可能会导致气缸(4)内部工作温度的下降，最终可能导致水汽凝结而影响工作。因此，必须通过热交换组件实现对压缩气体温度的控制。

当气体处于连续压缩状态时，气缸(4)内的空气被压缩，由于此时气缸(4)与高压气管(14)、气瓶连接管(19)、高压气瓶(21)是连通的，因此各部位气体温度同时上升。当气缸(4)内的气体温度高于气缸冷却水套中热交换液的温度时，热交换液吸收来自气缸(4)的热量，降低气缸(4)的温度，起到冷却作用。而高压气管(14)中的高压高热气体在高压气热交换器(16)中继续释放热量，加热高压气热交换器(16)中的热交换液，由于液体的比热要远高于气体的比热，因此可以吸收大量的热量。热交换液在热交换液循环泵(24)的带动下，进入尾气热交换器(25)中，此时尾气排放通路控制阀(27)关闭尾气热交换器(25)的排放通路，来自尾气气管连接器(28)的车辆高温尾气直接从尾气排放直通管(26)排出，不对尾气热交换器(25)产生任何作用，因此尾气热交换器(25)中的热交换液不会被尾气加热。由于尾气热交换器(25)中的散热管路与空气有较大的接触面积，同时热交换液温度高于外界空气温度，因此热交换液向空气排热，温度降低。之后，低温液体在热交换液循环泵(24)的作用下进入气缸(4)的冷却水套中，再次对气缸进行降温，之后进入高压气热交换器(16)中，又对高压气管的气体进行进一步降温，如此循环往复，最终将高压气体的温度大幅度降低。

当气体处于做功输出状态时，气体压力降低，气体温度下降。此时尾气排放通路控制阀(27)开通尾气热交换器(25)通路，关闭尾气排放直通管(26)通路，来自尾气气管连接器(28)的发动机高温尾气从尾气热交换器(25)排出，由于尾气热交换器(25)中的散热管路有较大的接触面积，而尾气温度高于同时热交换液温度，因此热交换液被尾气加热，温度上升。温度上升后的热交换液在热交换液循环泵(24)的作用下，首先进入气缸冷却水套，对气缸(4)进行加热升温，之后，热交换液又进入高压气热交换器(16)，对输出的高压气体进行加热，之后再次进入尾气热交换器(25)中通过尾气进行升温，如此往复，可以充分利用车辆自身尾气的热量解决压缩气体做功时的降温情况，从而防止气体温度降低后产生冷凝所带来的不良影响，使辅助动力装置处于一个良好的工作状态。

现有车辆改造方法：

现有车辆的改造主要是通过更换原车的一部分传动轴实现。一般情况下，载重车辆的大梁中间未安装太多的零部件，有较大的空间，而车辆的传动轴位于大梁下方，因此，本实用新型针对这一部分进行设计，通过更换车辆的一部分传动轴实现车辆辅助动力改造。首先，将原车大梁下方连接车辆动力输出轴和后轮差速器之间的传动轴拆除，然后在传动轴上方的大梁空间位置安装本辅助动力装置。辅助动力装置包含安装支架，通过螺钉将辅助动力装置安装在大梁空挡处。之后，将装置前端万向节叉(36)通过万向节与车辆原有动力输出轴的万向节叉相连；后端万向节叉(29)通过万向节和传动轴与车辆后轮的差速器动力输入轴相连；之后将来自车速传感器(39)、刹车传感器(40)、油门传感器(41)、档位识别传感器(42)的信息及电源与装置中的电控模块(43)相连；最后，将原车排气管消声器后部排气管拆除，更换本装置的尾气热交换组件；最后，在车辆大梁其它空闲位置安装高压气瓶(21)，并通过气瓶连接管(19)与装置连接即可完成改造装配。

由于装置自身带有智能电控模块，其工作不需要原车电脑干预，因此对原车的电控系统影响较小，不影响原车的电控系统的正常运行。

有益效果

从上面的叙述可以得出以下结论：第一，该装置是以发动机为主、气动为辅提供车辆的辅助动力，可以提高车辆在起动、低速加速时的启动力，降低车辆此时发动机的动力输出，从而降低车辆此时的油耗。第二，它可以高效吸收存储车辆在减速、刹车时的惯性能量，并在车辆启动时将存储的能量有效地释放，提供车辆的行驶动力。第三，其独特的能量消耗方式，可以提供车辆在滑行时的辅助制动力，降低车辆在下坡滑行时的速度，减缓车辆刹车系统的磨损。而在车辆低速爬坡时，又可以在短时间内提供辅助动力，降低车辆在加力时的油耗。最后，目前众多的车辆在加速时一般都会出现因燃烧不完全而产生大量黑烟的情况，对环境的污染较为严重，而本装置在车辆启动时可以提供较大的力量，因此可以降低发动机输出功率，减少燃油的喷射量，从而减轻燃油燃烧不完全的情况，降低此时尾气的排放量。

由于采用了紧凑式结构设计，可以方便地装入车辆大梁闲置空间，且对整车的结构、重量影响不大，可以实现对现有车辆的改造。特别是对于公交车辆，由于公交车在使用过程中的频繁起动、加速，其油耗一般都较高，而辅助动力装置可以有效地降低油耗，且改造成本低，因此具备一定的市场效益和环境效益。

Claims (10)

1.一种大型车辆串联式气动辅助动力装置，由两大部分构成：第一部分为动力组件、配气组件、气缸气路分配控制组件、空气吸排组件、热交换组件、能量存储组件、串联辅助动力输出组件、配气控制驱动组件共同构成的辅助动力输出装置；第二部分为传感器、电控模块连接构成的电控部分；其特征是：动力输出主动齿(1)与动力输出曲轴(2)通过花键同轴安装并固定，二者同步转动；动力输出曲轴(2)通过轴承安装在气缸(4)的支架上；曲柄(3)与动力输出曲轴(2)连接装配，随动力输出曲轴(2)转动；连杆(5)大头通过曲柄销与曲柄(3)连接，可以曲柄销轴线为中心旋转；活塞(6)通过活塞销与连杆(5)小头相连，可以活塞销轴线为中心旋转；活塞(6)安置于气缸(4)中，可沿气缸(4)轴线移动，并带动连杆(5)运动，最终带动曲柄(3)及动力输出曲轴(2)转动；旋转配气阀(7)沿轴线安置在气缸(4)的顶盖配气孔中，并以配气孔轴线为中心旋转，旋转配气阀(7)与配气孔具备良好的气密；旋转配气阀(7)通过花键与旋转配气阀从动异形齿(8)装配并使用弹簧扣及螺钉进行固定，旋转配气阀从动异形齿(8)带动旋转配气阀(7)旋转；旋转配气阀主动异形齿(9)安装在气缸(4)的顶盖安装支架上，旋转配气阀主动异形齿(9)与旋转配气阀从动异形齿(8)啮合，可带动旋转配气阀从动异形齿(8)在360度圆周内进行变角速转动；旋转配气阀主动异形齿(9)通过驱动轴、皮带轮与配气驱动皮带(38)装配，在配气驱动皮带(38)的带动下转动；配气驱动皮带(38)通过过渡齿(37)上的皮带轮与过渡齿(37)装配，过渡齿(37)旋转时带动配气驱动皮带(38)运动；配气管A(11)与配气管B(12)与气缸(4)顶盖的配气接口相连并保持气密；配气管A(11)与配气管B(12)通过配气控制器(13)的配气接口与配气控制器(13)相连并保持气密；高压气管(14)与低压气管(15)通过配气接口与配气控制器(13)相连并保持气密；配气控制器(13)安装有高压气压力传感器(22)用以检测做功输出高压气的气压；低压气管(15)通过防水空气过滤器(17)与进气排气管(18)相连；高压气管(14)通过高压气热交换器(16)、气瓶连接管(19)与高压气瓶(21)相连并保持气密；气缸(4)通过热交换液管(23)与高压气热交换器(16)、尾气热交换器(25)、热交换液循环泵(24)相连；尾气热交换器(25)安置于尾气排放管中，该尾气排放管通过尾气气管连接器(28)与原车辆尾气排放管相连，并通过尾气排放通路控制阀(27)进行排放通路控制；前端万向节叉(36)通过万向节与车辆动力输出轴相连，后端万向节叉(29)通过万向节与车辆差速器动力输入轴相连；主动同步器(35)通过轴承安装在复合动力输出轴(30)上，不随复合动力输出轴(30)转动，主动同步器(35)上安装有从动齿(34)，从动齿(34)与过渡齿(37)啮合，可随其或带动其转动；从动同步器(33)通过滑槽与复合动力输出轴(30)沿轴线装配，在离合器拨动杆(32)的带动下沿复合动力输出轴(30)轴线运动，随复合动力输出轴(30)转动；离合器拨动杆(32)由离合器控制电机(31)带动，离合器控制电机(31)通过螺钉固定在整个装置的底座上，离合器控制电机(31)受电控模块(43)控制；电控模块(43)通过电缆与高压气压力传感器(22)、车速传感器(39)、刹车传感器(40)、油门传感器(41)、档位识别传感器(42)相连；整个装置总成安装于车辆大梁空闲位置。

2.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：动力输出曲轴(2)的曲柄数量为2～6个，每个曲柄对应一个活塞和气缸套，每个曲柄之间夹角为360度除以活塞数。

3.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：活塞(6)通过连杆(5)与曲柄(3)相连，活塞(6)在动力输出曲轴(2)的带动下在气缸(4)内往复运动，依据车辆载重，活塞(6)的直径在60mm至120mm之间、行程在80mm至140mm之间选取，压缩比在1∶5～1∶25之间选取。

4.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：动力输出主动齿(1)与过渡齿(37)啮合，转速比为1∶1，过渡齿(37)与从动齿(34)啮合，转速比在1∶0.5～1∶3之间选取。

5.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：配气驱动皮带(38)带动旋转配气阀主动异形齿(9)做等角速度旋转，旋转配气阀主动异形齿(9)带动旋转配气阀从动异形齿(8)在360度圆周内做变角速旋转，角速度快慢比在1.2∶1～3∶1之间选取。

6.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：通过旋转配气阀(7)进行配气管A(11)和配气管B(12)与气缸(4)的气路通断控制。

7.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：配气管A(11)和配气管B(12)通过配气控制器(13)进行与高压气管(14)和低压气管(15)的连通选择，同时配气控制器(13)根据高压气压力传感器(22)的做功气压检测信息进行高压气节流恒压输出控制，恒定输出压强根据车辆载重在3公斤/平方厘米至高压气瓶(21)所存气体最大压强间选择。

8.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：热交换液在热交换液循环泵(24)的带动下，在高压气热交换器(16)、热交换液管(23)、热交换液循环泵(24)、尾气热交换器(25)、气缸(4)的水套中循环流动。

9.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：复合动力输出轴(30)安装有主动同步器(35)与从动同步器(33)，二者根据车速由离合器控制电机(31)带动离合器拨动杆(32)拨动从动同步器(33)进行离合，离合控制点在车速20km/h～40km/h范围内选择，低于离合控制点车速时保持啮合，装置工作，而高于离合控制点车速时分离，装置不工作。

10.据权利要求1所述的大型车辆串联式气动辅助动力装置，其特征在于：复合动力输出轴(30)的前端万向节叉(36)与车辆动力输出轴通过万向节进行连接，后端万向节叉(29)与车辆差速器动力输入轴通过万向节进行连接。

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