一种水平对置平衡式汽油增程器及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种水平对置平衡式汽油增程器及其运行方法。
【背景技术】
[0002]随着能源危机与环境污染问题的不断加剧，节能减排已经被提到了战略高度。从目前的能源形式来看，太阳能、氢能、电能等能源均属于绿色可再生能源，必将是未来的发展趋势。从目前的实际来看，电能作为汽车动力是最接近目前的科技水平和生产水平的。
[0003]传统意义上的电动汽车是指全部或部分用电能驱动电动机作为动力的汽车。主要形式包括燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车和纯电动汽车等几种类型。燃料电池电动汽车是以氢气作燃料，产生电能驱动电动机运转；混合动力电动汽车是将传统的汽车发动机输出的动力直接或者间接驱动发电机产生电能，利用发电机发出的电能驱动电动机运转，进而驱动汽车；纯电动汽车是完全摒弃了发动机，利用蓄电池直接驱动电动机运转，进而驱动车辆行走，彻底实现了零排放的目标。纯电动汽车具有无污染、无噪声、不依赖于石油资源、结构简单、运行成本低等优点，是非常有前景的一种动力形式。
[0004]但是，目前的技术水平限制导致纯电动汽车存在如下不足:1)蓄电池的储存能量有限，目前的蓄电池水平，充一次电可以储存的能量可以使汽车连续行驶100公里左右，国外的一些发达的汽车厂家承诺可以达到200公里，但是，这些里程还是不能满足一般车辆对动力系统的要求；2)蓄电池的充电时间长，目前的蓄电池的充电时间一般在8小时左右，即使是大功率的充电站以快速充电模式进行充电也需要2小时左右才能完成一次充电，这对于100-200公里的续航里程的电动车来说是致命的弱点；3)充电基础设施不完善，纯电动汽车的充电设施需要专门的设备来完成，目前这些设施均不具备。上述3个不足是限制目前纯电动汽车发展的瓶颈问题。
[0005]近年来，插电技术和增程器发动机的引入使纯电动汽车再次有了新的发展空间，增程器发动机是为了增加纯电动汽车行驶里程而加装在纯电动汽车上的一个附加储能部件，弥补了纯电动汽车续驶里程短的缺陷，同时与传统油-电混合动力汽车相比在经济性和排放性方面具有突出优势。就目前的发展技术来看，在蓄电池技术瓶颈问题突破之前，增程器发动机的使用将是解决目前所面临汽车保有量剧增与能源环境危机矛盾的一种有效途径。
[0006]目前，增程器发动机绝大多数都是用传统的车用四冲程发动机与发电机集成或改造而成，由于传统车用发动机的设计是满足车辆行驶工况需求，具有较大的功率和扭矩储备系数，用以适应车辆不同车速、不同载荷的需求。而作为电动车增程器的发动机只用来给发电机发电，进而为蓄电池充电，发动机只需要在某一给定工况运行，而不需要在整个转速、负荷范围内工作，不需要较大的功率和扭矩储备系数。因此，传统车用发动机作为增程器用发动机存在体积过大、重量过重等不足，尤其是和发电机集成后会导致体积和重量进一步增大。
[0007]另一个解决途径是采用较少缸数的发动机作为增程器发动机，如两缸发动机、三缸发动机、甚至于有的汽车厂家采用单缸摩托车发动机作为增程器的动力，这些方案都会导致由于缸数少而带来的运行不平稳、振动噪声高等缺点，而这些缺点都是作为乘用车所不能容忍的；另一方面，由于增程器发动机是作为电动车辆的一个辅助动力系统附加到汽车上，要求该装置高度集成、体积小、重量轻、运行平稳、振动噪声小。而传统内燃机结构本身的特点带来的运转不平衡、振动噪声大等固有缺点，不能很好地满足增程器发动机的要求。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种水平对置平衡式汽油增程器及其运行方法，有效地避免了传统二冲程汽油发动机经济性差、排放性能差等缺点，充分利用对置活塞二冲程发动机结构简单、紧凑、平衡性好、功率密度高、热效率高等优点，将发动机与发电机高度集成为一体，所构成的增程器作为纯电动汽车的增程器具有非常明显的优势。
[0009]本发明提供了一种水平对置平衡式汽油增程器，包括水平对置活塞二冲程汽油发动机、传动箱和发电机，其中，水平对置活塞二冲程汽油发动机的动力输出端连接传动箱，传动箱的输出口与发电机的转子轴连接。
[0010]水平对置活塞二冲程汽油发动机中，水平设置的气缸两侧分别连接进气侧曲轴箱和排气侧曲轴箱，气缸内对称设置进气活塞和排气活塞，对应进气活塞的气缸体的周围分布设置进气口，对应排气活塞的气缸体的周围分布设置排气口，气缸体的中间位置安装喷油器和火花塞，进气活塞通过第一活塞销与第一连杆的小头连接，第一连杆的大头与第一曲轴连接，第一曲轴安装在进气侧曲轴箱体上，排气活塞通过第二活塞销与第二连杆的小头连接，第二连杆的大头与第二曲轴连接，第二曲轴安装在排气侧曲轴箱体上，第一曲轴与第二曲轴之间连接。
[0011]水平对置活塞二冲程汽油发动机的动力输出端是第二曲轴的输出端，传动箱包括第一圆锥齿轮和第二圆锥齿轮，第一圆锥齿轮与第二曲轴的输出端连接，第一圆锥齿轮与第二圆锥齿轮相互啮合，用于改变第二曲轴的输出端的动力方向，第二圆锥齿轮与第五齿轮同轴，第五齿轮作为传动箱的输出口，第六齿轮与发电机的转子轴连接，第五齿轮与第六齿轮啮合。
[0012]进气口与进气道连接，排气口与排气道连接。
[0013]进气道与压气机连接，压气机固定在进气侧曲轴箱体上，压气机与第一曲轴的一端连接，用于驱动压气机旋转。
[0014]第一曲轴与第二曲轴之间通过以下方式连接:第一曲轴一端连接第一齿轮，第一齿轮与安装在进气侧曲轴箱体上的第二齿轮啮合，第一齿轮直径小于第二齿轮，第一链轮通过第一链轮轴安装在进气侧曲轴箱体上，第一链轮与第二齿轮同轴，第二曲轴一端连接第三齿轮，第三齿轮与安装在排气侧曲轴箱体上的第四齿轮啮合，第三齿轮直径小于第四齿轮，第二链轮通过第二链轮轴安装在排气侧曲轴箱体上，第二链轮与第四齿轮同轴，第一链轮与第二链轮之间通过链条连接。
[0015]喷油器安装在气缸体上的第一安装孔座内，火花塞安装在气缸体上的第二安装孔座内，第一安装孔座与第二安装孔座呈现夹角。
[0016]进气活塞和排气活塞的运动相位存在预设的相位差，用于进气活塞和排气活塞向外止点运动时，首先排气活塞打开排气口，燃烧后的废气排出气缸，预设时间后进气活塞打开进气口，被压气机增压后的新鲜气体进入气缸将残余废气扫除，而当进气活塞和排气活塞由外止点向内止点运动时，首先排气活塞关闭排气口，预设时间后进气活塞关闭进气口，新鲜气体充入气缸。
[0017]发电机与水平对置活塞二冲程汽油发动机的气缸轴线平行布置。
[0018]本发明还提供一种水平对置平衡式汽油增程器的运行方法，包括以下步骤:
[0019]水平对置活塞二冲程汽油发动机的进气活塞和排气活塞位于各自的外止点，进气口和排气口处于打开状态；
[0020]压气机增压后的新鲜气体通过进气口进入气缸，将气缸内燃烧废气从排气口排出气缸;
[0021]进气活塞和排气活塞向内止点方向运动，进气活塞和排气活塞的运动预设相位差;
[0022]排气活塞将排气口关闭，进气口仍未关闭，新鲜气体继续进入气缸；
[0023]喷油器将汽油喷入气缸，进行油气混合；
[0024]进气活塞将进气口关闭，进气活塞和排气活塞压缩气缸内气体；
[0025]当进气活塞和排气活塞接近内止点时，火花塞跳火点燃气缸内油气混合气，产生高温高压气体，推动进气活塞和排气活塞分别向各自的外止点运动，进气活塞和排气活塞通过连杆将直线运动转化成各自对应曲轴的旋转运动，两个曲轴的输出动力通过链条进行动力汇合后通过第二曲轴的一端对外输出；
[0026]排气活塞连接的第二曲轴作为水平对置活塞二冲程汽油发动机的动力输出端，连接传动箱的第一圆锥齿轮，第一圆锥齿轮与第二圆锥齿轮相互啮合，改变第二曲轴的输出端的动力方向；
[0027]第二圆锥齿轮与第五齿轮同轴连接，第五齿轮作为传动箱的输出口，第六齿轮与发电机的转子轴连接，第五齿轮与第六齿轮啮合，驱动发电机的转子转动，将机械能转化为电能；
[0028]进气活塞和排气活塞向外止点方向运动，排气活塞将排气口打开，进气口仍未打开，气缸内燃烧废气从排气口排出；
[0029]进气活塞将进气口打开，新鲜气体通过进气口进入气缸，将残余的燃烧废气从气缸扫除，进气活塞和排气活塞回到各自的外止点，重复上述步骤。
[0030]本发明的技术方案中，由于采用汽油机缸内直喷技术，有效克服传统二冲程汽油机由于新鲜混合气扫气而带来的新鲜混合气随废气流失等问题带来的经济性差、排放性能差等缺点。同时，采用缸内直喷技术可实现