[发明专利]复合式蓄能助动发动机

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种内燃机装置，特别是一种利用刹车蓄能，并在起步加速时用压缩空气能助动的发动机，属于节能内燃机领域。

背景技术

目前，汽车拥有量越来越多，加上能源供应的日趋紧张，汽车的能耗成为汽车使用中的头号问题。大多汽车厂家所公布的油耗，都是在匀速行驶条件下获得的，这个数据是相当省的，汽车在高速路上的行驶油耗与其相差也不大，可为什么在日常使用中油耗却与其相差较大呢？甚至相差一倍。其主要原因是日常使用主要在市内，道路拥堵，刹车起步频繁，刹车造成了大量能量损失，而成吨重的汽车从静止起步加速，更是成倍的耗费能量，这也是自重较大的车，其经济油耗与城市实际油耗相差更大的原因；即使自重较轻的小型车，其经济油耗与城市实际油耗最少也有20％以上差距。为了减少这个差距，节省能源，已知的技术有：电动机加蓄电池式、重力飞轮式、液压和气压机式，但其目前都存在着无法克服的缺陷，不能够普及使用。电动机加蓄电池式，成本太高，一辆加了电动机辅助的混和动力汽车，价格要高好几万，加上蓄电池使用寿命短，使其经济性不高。重力飞轮式还有很多技术问题没解决，更是没有得到应用。液压蓄能式结构复杂、重量大，严重抵消了其工效。压缩空气蓄能式，受配气方式限制，目前大都是采用旋转配气盘式，旋转配气盘，因润滑不便，不适于发动机长时高速运转环境使用，加上结构复杂，重量也增加较多，部分采用凸轮轴式气门的，因气门结构限制，只具有部分增压功能。

发明内容

为了解决现有技术中，结构复杂、重量大、润滑不便、成本高，不能同时高效具备起步加速助力、正常行驶增压、刹车蓄能的缺陷，本发明提供了一种复合式蓄能助动发动机，它充分利用原发动机的结构和各种功能，只增加和改造有限的零件，实现刹车时用空气蓄能，起步或加速时助力，正常行驶时给发动机进气增压的多功能，充分利用了气动发动机低速扭距大的特性，来补偿内燃发动机低速扭距小的缺陷，很好地起到起步助力、增压作用，可大大简少油耗，节省能源，降低发动机有害物排放。

本发明采用的具体技术方案是：在原有内燃机的基础上增加1-4个辅助气缸，与原系统共用曲轴、凸轮轴、润滑系统、冷却系统、正时系统，直列发动机可增加1-2个缸，V置或对置可增加2-4个气缸，对新增加的1-4个辅助气缸所用的一段凸轮轴进行改造，每个进、排气凸轮气门凸起由一周一个改为对称的两个凸起，使进气和排气由凸轮轴转一周开闭一次改为开闭两次，辅助气缸相应的气门，采用创新设计的具有双向密封能力的两级复合式气门或磁力双滑动式气门，防止进、排气处高压时，高压顶开进气门，增加一个辅助进气空气滤清器或与原空气滤清器共用，增加一个压缩空气储气罐，包括储气罐上相应补气阀、安全阀、排水阀，几个辅助气缸共用进气道和排气道，在辅助气缸进气道前增加一个进气电磁阀，分别与辅助进气空气滤清器、压缩空气储气罐、辅助气缸进气道相连，通过电磁阀选择切换，进气道可与辅助进气空气滤清器相通，也可与压缩空气储气罐相通，或在辅助空气滤清器和辅助气缸进气道之间增加一个只能向进气门方向进气的进气单向阀，辅助气缸进气道分别通过电磁阀和进气单向阀与压缩空气储气罐和辅助空气滤清器相连，在辅助气缸排气道处增加一个排气电磁阀，分别和辅助气缸排气道、节气门前气路、储气单向阀相连，储气单向阀和压缩空气储气罐相连，辅助气缸排气道通过排气电磁阀的切换，可与发动机节气门前气路相通，或通过储气单向阀与压缩空气储气罐相通，储气单向阀可防止储气罐高压空气回流排气道，辅助气缸排气道也可通过电磁阀直接与节气门前气路相连，而压缩空气储气罐通过储气单向阀可和辅助气缸排气道相连，发动机空气滤清器后面增加一个主进气单向阀，空气滤清器通过主进气单向阀再和节气门相连，防止节气门前面从辅助气缸排气门过来的高压空气，从空气滤清器跑掉，主进气单向阀可并接一个安全阀，防止节气门前气压太高时，损坏气路，各辅助气缸也可通过各自的进气单向阀和空气滤清器直接相连，通过各自的储气单向阀直接和压缩空气储气罐相连。辅助气缸采用两级复合式双向密封气门结构时，进气门为两级普通气门组成，两个气门座通过气道相通，其中一个气门打开方向即气门下方与气缸相通，另一个气门打开方向与辅助气缸进气口相通，两个气门由凸轮轴控制同步或先后开启和关闭，或凸轮轴只控制进气口端气门，与气缸相通端气门用只能向气缸内进气的单向阀代替，在两级气门的共同作用下，来自储气罐的高压和气缸内的高压都不能推开气门，达到双向高压密封作用。排气门也为两气门构成的双向密封气门结构，两个气门座通过气道相通，气道应尽可能短，其中一个气门打开方向与气缸相通，另一个气门打开方向与辅助气缸排气口相通，两个气门由凸轮轴控制同时或先后开启和关闭，或凸轮轴控制与气缸相通端气门，排气口端气门用只能向外排气的单向阀代替。两级复合式双向密封气门结构，采用的是在内燃机上最普遍使用的气门，其加工性、可靠性都非常高，同时实现了对双向高压由凸轮轴、气门可靠控制的要求，解决了凸轮轴进气门结构对高压控制的难题，并且很大程度解决了排气管内高压空气倒流对进气的影响，仅两级气门之间气道内有部分高压空气会有很小影响，应尽可能减小两级气门之间距离和容积，以降低影响。本发明也可采用磁力双滑动式双向密封气门结构，在辅助气缸进气道和气缸之间设置一个隔壁，隔壁和气门杆运动方向平行，隔壁用耐磨材料制成或两面镶嵌耐磨材料，隔壁上开通气孔，连通进气道和气缸，通气孔上下窄，左右宽，满足气门行程短，可用空间小的要求，两块滑块形状与通气孔基本相同，面积略大于通气孔，两块滑块能在磁性材料作用下相互吸引，在磁性材料作用下相对贴在隔壁两侧，并能将隔壁上的通气孔完全堵住，气门杆下部制成侧开口的方匣形套在滑块上，可用弹簧片夹住滑块，但不影响滑块相对方匣伸缩，滑块能在气门杆的带动下沿隔壁上下滑动，使通气孔打开或关闭，两个滑块可使用单气门杆带动一个，另一个通过磁力随动，或采用双气门杆各带动一个，排气侧可采用与进气侧相同气门结构连通气缸和排气道。磁力双滑动式双向密封气门结构，克服了两级复合式双向密封气门，两级气门之间气道内还有部分高压空气的小缺陷，但可靠性有待检验。辅助气缸应尽可能减小缸内可压缩空间，满足气动和压缩空气的要求，同时增大了双向密封气门安装空间。进、排气门采用双向密封气门结构，进、排气门外高压空气不能自行顶开进、排气门进入缸内，使辅助气缸能实现气动机、空气压缩机、机械增压器多个功能。