专利名称：电磁助力二冲程空气动力发动机总成的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二冲程发动机总成，具体而言，涉及一种以压缩空气作为动力源的采用电磁助力器的二冲程空气动力发动机总成。
背景技术：
发动机被广泛应用于各行各业中，在现代交通运输工具比如汽车、轮船等中，一般采用以燃油作为动力源的活塞式内燃发动机。这种采用燃油作为动力源的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另一方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得，石油资源的日益紧缺使得燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，或者尽可能地减少燃油消耗、降低排放成为发动机发展中急需解决的问题。为此，各国经历了复杂而艰辛的探索之路，研究和开发了多种动力源，比如代用燃料、电动驱动、燃料电池和太阳能电池等。代用燃料汽车，如天然气(CNG、LNG)汽车、醇类汽车、二甲醚汽车等仍然有排放污染和热效应，有些燃料还有毒性，有些燃料燃烧控制困难，因而在实际使用中依然存在诸多困难和挑战。电动汽车行驶中无污染排放、噪声低、能量转换效率高，但电池驱动的电动汽车受制于车载电池，在比功率、循环寿命、充放电性能、造价和安全性方面一时难以达到实用的程度，同时，电池本身存在严重的二次污染。混合动力电动车具有电池电动车和内燃机汽车的优点，但仍存在排放和污染问题，并且由于两套动力装置的存在，其驱动和控制系统变得异常复杂，从而阻碍了实际应用和发展。燃料电池被人们寄予厚望，可实现动力输出的零排放，能量转换率高，但燃料电池的制造成本高，氢气的安全存储、制备和灌装都有许多问题，这就大大制约了这种动力源的发展和使用。太阳能电池仍需减少电池体积和提高光电转换效率，因而具体应用到交通运输工具上仍需取得突破性进展。综上所述，上述的各种新的动力源或它们构成的混合动力源均存在不足之处，因而，迫切需要一种没有污染、用之不竭的新型能源，压缩空气动力源正好满足了这种要求。最早研究压缩空气动力发动机的为法国MDI公司的设计师Guy Negre,它提出了空气动力发动机的概念，试图解决“零排放”与可循环能源的利用问题，从此揭开了发动机研究的新篇章，并于2002年推出了第一款纯空气动力的经济型家用桥车。压缩空气压缩机使用高压压缩空气作为动力源，空气作为介质，在空气动力发动机工作时，将压缩空气存储的压力能转换为其他形式的机械能。关于空气动力发动机的研究可见FR2731472A1、US6311486BUUS20070101712A1 等。FR2731472A1公开了一种可在燃料供应和压缩空气供应两种模式下工作的发动机，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特别是市区和市郊，将压缩空气(或其他任何非污染的压缩气体)注入燃烧室。这种发动机虽然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放问题依然未能解决。[0009]为了进一步减轻污染，US6311486B1公开了一种纯空气动力发动机，这种类型的发动机采用了三个独立的室吸气-压缩室、膨胀排气室和恒定容积燃烧室，并且吸气-压缩室通过阀连接到恒定容积燃烧室，恒定容积燃烧室通过阀连接到膨胀排气室。这种发动机的问题之一是压缩气体从吸气-压缩室到膨胀排气室经历的时间较长，获得驱动活塞做功的动力源气体时间较长，同时，从膨胀排气室排出的高压气体未能得到使用，这就限制了这类发动机的工作效率及单次充气持续工作时间。国内一些研究人员和单位也对空气动力发动机进行了研究，但绝大多数集中在压缩空气动力发动机的可行性及工作原理上，比如许宏等(“压缩空气动力汽车的可行性研究”，《中国机械工程》第13卷第17期第1512-1515页，2002年9月)。国内一些专利文献比如CN1851260A、CN100560946C、CN101705841A虽也对空气动力发动机进行了研究，但多属于理论研究和概念设计，均未能解决压缩空气的排放(通常具有较高的压力，比如30bar左右)以及高压压缩空气的控制和分配问题，离空气动力发动机的产品化过程还有很长的路要走。本申请的申请人在其专利文献CN101413403 A(其同族国际申请为W02010051668Al)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，该发动机包括储气罐、空气分配器、发动机、联动器、离合器、自动变速器、差速器以及置于排气室内的叶轮发电机。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720度，活塞做功一次。而作为动力源的高压空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即空气动力发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403 A所公开的这种四冲程空气动力发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率，这就降低了空气动力发动机在工业上的应用前景。上述的各种研究所提出的空气动力发动机均是基于活塞在气缸内运动到下止点时，活塞经由曲轴运动的惯性由飞轮带动从下止点继续向上止点运动，从而将工作腔室内的压缩空气排出。然而，由于压缩空气在工作腔内膨胀推动活塞做功后仍然具有较大的压力，例如3MPa，活塞仅仅经由曲轴和飞轮的转动惯性将仍然具有3Mpa的压缩空气排出，就显得“乏力”，当发动机低速转动时，这种情况就显得更为突出。为了尽可能的提高空气动力发动机的转速，需要活塞在工作腔内更加高速的运动，并且为了提高空气动力发动机低速转动的稳定扭矩输出，需要为曲轴提供助力装置。目前常用的助力装置通常采用电磁或永磁助力装置。中国专利文献CN2512700Y公开了一种用于自行车的电磁助力装置，其借助磁铁和电磁铁的相互作用辅助车轮的转动，从而实现节能和助力的双重效果。另一中国专利文献CN1439560A公开了一种电磁式汽车转向助力装置，这种转向助力装置采用了电磁助力器、传感器、控制模块和电源，控制模块根据传感器提供的信号改变电磁助力器上电流的大小，以在汽车低速时获得良好的助力效果。另一专利文献W02004009424A1也公开了一种采用电磁线圈的电动助力转向装置，以减轻驾驶员的疲劳。可见，采用电磁铁或永磁铁作为运动部件的助力装置已在许多行业得到实际的应用。
发明内容[0014]基于上述问题，本实用新型旨在提供一种电磁助力二冲程空气动力发动机总成，旨在解决压缩发动机的有效做功问题，从而实现经济、高效、零排放的新型空气动力发动机。相当于本实用新型原始要求范围内的某些实施例作如下概括。这些实施例并非限制所请求保护的发明范围，而是试图提供本实用新型的多种可能形式的简要概括。实际上，本实用新型可包括类似于或不同于下面提出的实施例的不同形式。根据本实用新型的第一个方面，提供一种空气动力发动机总成，这种发动机总成包括发动机，其包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、前齿轮箱系统、后齿轮箱和电磁助力器；所述活塞经由连杆连接到曲轴；所述前齿轮箱系统用来传动曲轴和凸轮轴；所述缸盖系统上设有用于压缩空气进气的气喉孔和用于尾气排放的排气孔；高压气罐组，其通过管路与外接加气装置连通；恒压罐，其通过管路与高压气罐组连通；其中，空气动力发动机总成还包括进气控制调速阀，其通过管路与恒压罐连通；控制器系统；以及电子控制单元EC0，其根据传感器04，242)所检测的信号控制进气控制调速阀，并且根据角位移传感器所发出的信号控制电磁助力器中的线圈的电流；所述前齿轮箱系统包括多边形盖、传动齿轮、曲轴齿轮、过桥齿轮、进气凸轮轴齿轮、排气凸轮轴齿轮；曲轴齿轮通过过桥齿轮将来自曲轴的运动传递给驱动进气凸轮轴的进气凸轮轴齿轮(和驱动排气凸轮轴的排气凸轮轴齿轮。在示例性实施例中，所述电磁助力器通过曲轴的延伸端固定连接在曲轴上，并配置在前齿轮箱系统的外侧。在示例性实施例中，所述发动机总成进一步包括多柱体动力分配器。所述多柱体动力分配器包括五级，分别是一级、二级、三级、四级、五级，每一级均包括内齿圈、行星齿轮和太阳轮。多柱体分配器的存在可以有效地实现发动机输出动力的多级按需求分配。或者，所述进气控制调速阀是电磁比例阀或者电磁比例阀和减压阀的组合，这样就可方便地实现发动机高速、中速和低速时对压缩空气进气的需求。优选的是，所述控制器系统包括高压共轨恒压管、控制器上盖、控制器中座和控制器下座，所述控制器上盖、控制器中座和控制器下座依次通过螺栓可拆卸地密封连接。在另一个示例性实施例中，所述传感器是发动机转速传感器或者是门油电位计，或者是两者的组合。在另一个示例性实施例中，所述控制器上盖内设有进气管路，所述进气管路螺纹连接到高压共轨恒压管。此外，所述控制器中座内安装有控制器进气门、控制器气门弹簧和控制器气门座套，所述控制器气门受控制器气门弹簧的预作用力在发动机无需进气时抵靠在控制器气门座套上。优选的是，所述控制器下座内设有控制控制器气门开闭的控制器挺柱，该控制器挺柱由进气凸轮轴致动。在另一个实施例中，所述电磁助力器包括转子部分、定子部分和助力器外壳，所述定子部分包括定子铁芯固定盘、定子铁芯和定子铁芯线圈；所述转子部分包括转子铁芯固定盘、转子铁芯、转子铁芯线圈以及助力器飞轮。优选的是，所述定子铁芯固定盘与助力器外壳螺纹连接或过盈配合，所述助力器外壳通过穿过外壳安装孔的紧固件固定连接在发动机的前齿轮箱系统的多边形盖上，并设置在前齿轮箱系统的外侧。优选的是，所述电子控制单元ECO根据转子铁芯或定子铁芯数目的不同，而在曲轴转动一周的过程中，通断电流的次数不同。优选的是，所述电子助力器的转子铁芯或定子铁芯的个数为分别为2、3、4或5。
现在将描述根据本实用新型的优选但非限制性的实施例，本实用新型的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中图1是根据本实用新型的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的总体示意图；图2是图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的发动机的正视图；图3是图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的发动机的右侧侧视图；图4是图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的发动机的左侧侧视图；图5是图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的发动机的俯视图；图6是图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的发动机的曲轴-连杆-活塞系统总成，其中，示出了其中一个活塞-连杆单元与缸体的连接；图7是图6中的曲轴-连杆-活塞系统总成的曲轴单元结构示意图；图8是图2中的发动机的凸轮轴结构示意图；图9A为图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的控制器系统的立体透视图；图9B为图9A的控制器系统的纵向横截面视图；图9C为控制器系统的横向横截面侧视图；图IOA为图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的前齿轮箱系统的立体透视图；图IOB为图IOA的左侧侧视图；图IOC为图IOA的右侧具备剖视的侧视图；图IlA为图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的多柱体动力分配器的立体透视图；图IlB为图IlA的沿纵向轴线剖视的横截面视图；图1IC为图1IA的左侧侧视图；图IlD为图IlA的俯视图；图12A为压缩空气动力发动机的P-V图，其示出了串联分级的压缩空气动力分配形式；图12B为压缩空气动力发动机的P-V图，其示出了并联形式的压缩空气动力分配形式；图13A为图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的电磁助力器的一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各2个铁芯的情况；图13B为图13A的正视图；图13C为图13A的中心剖视的截面图；[0052]图14A为图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各3个铁芯的情况；图14B为图14A的正视图；图14C为图14A的中心剖视的截面图；图15A为图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各4个铁芯的情况；图15B为图15A的正视图；图15C为图15A的中心剖视的截面图；图16A为图1中的电磁助力二冲程空气动力发动机总成的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各5个铁芯的情况；图16B为图16A的正视图；图16C为图16A的中心剖视的截面图。部件列表
权利要求1.一种电磁助力二冲程空气动力发动机总成，其包括二冲程发动机(1)，其包括气缸(40)、缸盖系统(36)、进气管路(42)、排气管路(27)、活塞(51)、连杆(54)、曲轴(56)、排气凸轮轴(800)、进气凸轮轴000)、前齿轮箱系统(43)、后齿轮箱(3 和电磁助力器(1000)；所述活塞(51)经由连杆(54)连接到曲轴(56)；所述前齿轮箱系统03)用来传动曲轴(56)和凸轮轴(800，200)，所述缸盖系统(36)上设有用于压缩空气进气的气喉孔(402)和用于尾气排放的排气孔072)；高压气罐组(13)，其通过管路(14)与外接加气装置连通；其特征在于，所述电磁助力二冲程空气动力发动机总成还包括恒压罐(16)，其通过管路(1 与高压气罐组(1 连通；进气控制调速阀(23)，其通过管路(17)与恒压罐(16)连通；控制器系统(6)；以及电子控制单元EC0Q9)，其根据传感器04, 所检测的信号控制进气控制调速阀(23)，并且根据角位移传感器(1010)所发出的信号控制电磁助力器(1000)中的线圈(1003，1006)的电流；所述前齿轮箱系统包括多边形盖(313)、传动齿轮(308)、曲轴齿轮(307)、过桥齿轮(303)、进气凸轮轴齿轮(302)、排气凸轮轴齿轮(306)；曲轴齿轮(307)通过过桥齿轮(303)将来自曲轴(56)的运动传递给驱动进气凸轮轴(200)的进气凸轮轴齿轮(30 和驱动排气凸轮轴(800)的排气凸轮轴齿轮(306)。
2.根据权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述电磁助力器(1000)通过曲轴(56)的延伸端(3071)固定连接在曲轴(56)上，并配置在前齿轮箱系统03)的外侧。
3.根据权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，其进一步包括多柱体动力分配器O)，所述多柱体动力分配器( 包括五级，分别是一级(601)、二级(60 、三级(603)、四级(604)、五级(604)，每一级均包括内齿圈(407)、行星齿轮(401)和太阳轮(405)。
4.根据权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述进气控制调速阀是电磁比例阀或电磁比例阀和减压阀的组合。
5.根据权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述控制器系统(6)包括高压共轨恒压管(91)、控制器上盖(108)、控制器中座(98)和控制器下座(97)，所述控制器上盖(108)、控制器中座(98)和控制器下座依次通过螺栓可拆卸地密封连接。
6.根据权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述传感器是发动机转速传感器(24)或门油电位计(M2)或两者的组合。
7.根据权利要求5所述的发动机总成，其特征在于，所述控制器上盖(108)内设有支进气管路(112)，所述支进气管路(11 螺纹连接到高压共轨恒压管(91)。
8.根据权利要求5所述的发动机总成，其特征在于，所述控制器中座(98)内安装有控制器进气门(92)、控制器气门弹簧(94)和控制器气门座套(93)，所述控制器气门(92)受控制器气门弹簧(94)的预作用力在发动机无需进气时抵靠在控制器气门座套(9 上。
9.根据权利要求8所述的发动机总成，其特征在于，所述控制器下座(97)内设有控制控制器气门(9 开闭的控制器挺柱(115)，所述控制器挺柱(11 由进气凸轮轴(200)致动。
10.根据权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述电磁助力器包括转子部分、定子部分和助力器外壳(1001)，所述定子部分包括定子铁芯固定盘(1002)、定子铁芯(1004)和定子铁芯线圈(1003)；所述转子部分包括转子铁芯固定盘(1007)、转子铁芯(1005)、转子铁芯线圈(1006)以及助力器飞轮(1008)。
11.根据权利要求10所述的发动机总成，其特征在于，所述定子铁芯固定盘(1002)与助力器外壳(1001)螺纹连接或过盈配合，所述助力器外壳(1001)通过穿过外壳安装孔(1011)的紧固件固定连接在发动机⑴的前齿轮箱系统G3)的多边形盖(313)上，并设置在前齿轮箱系统G3)的外侧。
12.根据前述权利要求中任一项所述的发动机总成，其特征在于，所述电子控制单元ECO(29)根据转子铁芯(1005)或定子铁芯(1004)数目的不同，而在曲轴(56)转动一周的过程中，通断电流的次数不同。
13.根据权利要求10-11中任一项所述的发动机总成，其特征在于，所述转子铁芯(1005)的个数为2、3、4或5。
专利摘要本实用新型涉及一种二冲程发动机总成，具体而言，涉及一种以压缩空气作为动力源的采用电磁助力二冲程空气动力发动机总成。本实用新型的二冲程空气动力发动机总成包括发动机(1)、多柱体动力分配器(2)、动力装置(4)、控制器系统(6)、进气控制调速阀(23)、高压气罐组(13)、恒压罐(16)、电子控制单元ECO(29)以及电磁助力器(1000)。
文档编号F01B17/02GK202325695SQ20112046630
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者周剑, 周登荣 申请人:周剑, 周登荣