一种汽车发动机气动启动系统的制作方法
【专利摘要】一种汽车发动机气动启动系统，用于减少因发动机频繁启动给电机及蓄电池造成的不利影响。它包括热交换器、喷水器、高压蒸汽存储罐和蒸汽气缸，所述热交换器连接在发动机的排气系统管路中，所述喷水器与热交换器配装，所述高压蒸汽存储罐通过高压蒸汽存储罐进气口与热交换器连通，它还通过高压蒸汽存储罐出气口与蒸汽气缸的进气口连通，所述蒸汽气缸安装在发动机机体中，它与发动机气缸并排布置，其排气口与发动机排气系统连通。本发明不仅有效地利用了发动机尾气的能量，而且解决了发动机电机驱动系统频繁启动的问题，从而延长了电机及蓄电池的寿命，改善了车辆的经济性能。
【专利说明】一种汽车发动机气动启动系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车发动机启动系统，尤其是一种利用发动机尾气热量产生高压水蒸汽来驱动的汽车发动机启动系统，属于燃烧发动机【技术领域】。
【背景技术】
[0002]对传统汽油发动机而言，其燃料燃烧产生的能量只有一部分用来做功，一部分被冷却水吸收，其余部分被高温尾气带走，如果能把高温尾气能量回收利用，不仅能提高发动机热效率，而且对实现车辆节能减排目标将产生积极影响。
[0003]汽车在城市道路行驶过程中经常遇到红灯停车情况，相关研究表明，发动机怠速十秒所消耗的燃油量即大于发动机重新启动所需的耗油量，所以理论上说，在车辆等红灯的过程中应将发动机关闭，这样既提高了车辆经济性能，又有利于大气环境保护。但是目前发动机启动系统采用单一的电机驱动方式，通过蓄电池为其供电，车辆行驶过程中发动机带动发电机为蓄电池充电，此种系统频繁启动会降低蓄电池及电机的寿命，启动速度较慢，需要时间长，且启动后需要几秒钟稳定后才能行车。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种通过对发动机尾气能量回收，将其热能转变成高压气体内能，利用高压气体作为发动机启动动力的汽车发动机气动启动系统。
[0005]本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种汽车发动机气动启动系统，它包括热交换器、喷水器、高压蒸汽存储罐和蒸汽气缸，所述热交换器连接在发动机的排气系统管路中，所述喷水器与热交换器配装，所述高压蒸汽存储罐通过高压蒸汽存储罐进气口与热交换器连通，它还通过高压蒸汽存储罐出气口与蒸汽气缸的进气口连通，所述蒸汽气缸安装在发动机机体中，它与发动机气缸并排布置，其排气口与发动机排气系统连通。
[0006]上述汽车发动机气动启动系统，所述热交换器设有尾气流通腔、散热翼片和外壳，所述散热翼片分布在尾气流通腔外壁上，所述喷水器安装在外壳上，喷水器由发动机ECU控制。
[0007]上述汽车发动机气动启动系统，所述高压蒸汽存储罐侧壁上设置压力传感器，所述压力传感器与发动机ECU信号输入端连接。
[0008]上述汽车发动机气动启动系统，所述高压蒸汽存储罐进气口处设有单向阀，所述单向阀由发动机ECU控制。
[0009]上述汽车发动机气动启动系统，所述高压蒸汽存储罐外面设有保温绝热层。
[0010]上述汽车发动机气动启动系统,所述蒸汽气缸中设有蒸汽气缸活塞,所述蒸汽气缸活塞通过蒸汽气缸活塞曲柄连杆机构与发动机曲轴配装。
[0011]上述汽车发动机气动启动系统，所述蒸汽气缸进气口前面设有第一电磁阀，所述第一电磁阀由发动机ECU控制。
[0012]上述汽车发动机气动启动系统，所述蒸汽气缸排气口后面设有第二电磁阀，所述第二电磁阀由发动机ECU控制。
[0013]本发明在发动机排气系统管路中安装一个热交换器，通过喷水器将高压雾化的水喷撒到热交换器的散热翼片上，利用排气的热能使水蒸发，形成高压蒸汽；本发明在高压蒸汽存储罐侧壁上设置了压力传感器，当高压蒸汽存储罐内压力达到设定值时，发动机ECU控制喷水器停止喷水；本发明在高压蒸汽存储罐周围有保温绝热层，可防止高压蒸汽散热而损失能量；本发明在蒸汽气缸进气口前面及蒸汽气缸排气口后面分别设置了第一电磁阀和第二电磁阀，通过第一电磁阀和第二电磁阀控制蒸汽气缸进气口和蒸汽气缸排气口的开闭，当车辆启动时，发动机ECU控制第一电磁阀打开，高压蒸汽存储罐中的高压气体进入蒸汽气缸中，推动活塞及曲柄连杆机构动作，带动发动机曲轴转动，发动机第一气缸喷油点火，从而实现车辆启动；本发明可利用高压蒸汽作为动力完成发动机启动动作，避免了电机驱动方式因频繁启动给电机及蓄电池带来的不利影响，因而当车辆在市区红灯停车时，可将发动机关闭，既降低了车辆油耗，又减少了对大气环境的污染；本发明在车辆需要急加速时，还可以通过蒸汽气缸提供辅助加速动力，在车辆制动时，通过对第一电磁阀和第二电磁阀的控制，利用活塞将压缩气体送回到高压蒸汽存储罐中。总之，本发明不仅有效地利用了发动机尾气的能量，而且解决了发动机电机驱动系统频繁启动的问题，从而延长了电机及蓄电池的寿命，改善了车辆的经济性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0015]图1是本发明结构示意图；
图2是发动机气缸、蒸汽气缸及发动机曲轴装配关系示意图；
图3是适于发动机气动启动系统的第一种发动机停机状态示意图；
图4是适于发动机气动启动系统的第二种发动机停机状态示意图；
图5是本发明由第一种发动机停机状态启动示意图；
图6是本发明由第二种发动机停机状态启动示意图。
[0016]图中各标号清单为:1、发动机，1-1、第一气缸，1-2、第二气缸,1-3、第三气缸,1-4、第四气缸,1-5、发动机曲轴，1-5-1、蒸汽气缸活塞曲柄连杆机构,2、热交换器，2-1、散热翼片，2-2、尾气流通腔，2-3、外壳，3、喷水器，4、高压蒸汽存储罐，5、压力传感器，6、单向阀，7、保温绝热层，8、第一电磁阀,9、第二电磁阀，10、蒸汽气缸,10-1、蒸汽气缸活塞。
【具体实施方式】
[0017]参看图1、图2，本发明包括热交换器2、喷水器3、高压蒸汽存储罐4和蒸汽气缸10，所述热交换器2连接在发动机I的排气系统管路中，所述喷水器3与热交换器2配装，所述高压蒸汽存储罐4通过高压蒸汽存储罐进气口与热交换器2连通，它还通过高压蒸汽存储罐出气口与蒸汽气缸10的进气口连通，所述蒸汽气缸10安装在发动机机体中，它与发动机气缸并排布置，其排气口与发动机排气系统连通。
[0018]参看图1，本发明的热交换器2设有尾气流通腔2-2、散热翼片2-1和外壳2_3，所述散热翼片2-1分布在尾气流通腔2-2外壁上，所述喷水器3安装在外壳2-3上，喷水器2-3由发动机E⑶控制。
[0019]参看图1，本发明的高压蒸汽存储罐4侧壁上设置压力传感器5，所述压力传感器5与发动机ECU信号输入端连接，所述高压蒸汽存储罐4进气口处设有单向阀6，所述单向阀6由发动机ECU控制，所述高压蒸汽存储罐4外面设有保温绝热层7。
[0020]参看图1、图2，本发明的蒸汽气缸10中设有蒸汽气缸活塞10-1，所述蒸汽气缸活塞10-1通过蒸汽气缸活塞曲柄连杆机构1-5-1与发动机曲轴1-5配装；所述蒸汽气缸10进气口前面设有第一电磁阀8,所述第一电磁阀8由发动机ECU控制；所述蒸汽气缸10排气口后面设有第二电磁阀9,所述第二电磁阀9由发动机ECU控制。
[0021]参看图1、图2，下面以直列四缸发动机为例对本发明进一步说明:本发明与车辆电机启动系统配合使用，它在发动机I的排气系统管路中安装一个热交换器2，通过喷水器3将高压雾化的水喷撒到热交换器2的散热翼片2-1上，利用排气的热能将水蒸发，形成高压蒸汽；高压蒸汽可通过单向阀6控制进入高压蒸汽存储罐4中，本发明在高压蒸汽存储罐4侧壁上设置了压力传感器5，当高压蒸汽存储罐4内压力达到设定值时，发动机ECU控制喷水器3停止喷水；本发明在高压蒸汽存储罐4周围有保温绝热层7，可防止高压蒸汽散热而损失能量；本发明在蒸汽气缸10进气口前面及蒸汽气缸10排气口后面分别设置了第一电磁阀8和第二电磁阀9，通过第一电磁阀8和第二电磁阀9控制蒸汽气缸10进气口和蒸汽气缸10排气口的开闭，当车辆启动时，发动机ECU判断需要由气动启动系统执行后，第一电磁阀打开，高压蒸汽存储罐4中的高压气体进入蒸汽气缸10中，推动蒸汽气缸活塞10-1及曲柄连杆机构1-5-1动作,带动发动机曲轴1-5转动，使发动机第一气缸1-1喷油点火，从而实现车辆启动。
[0022]参看图3、图4，本发明实现气动启动的前提条件是发动机第一气缸1-1、第二气缸1-2、第三气缸1-3和第四气缸1-4活塞及蒸汽气缸10的蒸汽气缸活塞10-1停止在同一水平面上，满足上述条件的发动机停机状态有图3和图4所示两种情况。发动机I停止运转后蒸汽气缸10的蒸汽气缸活塞10-1可能停止在靠近上止点位置或是靠近曲轴位置，当其停止在靠近上止点位置时，可通过发动机ECU控制第一电磁阀8，使高压气体进入蒸汽气缸10中，将蒸汽气缸活塞10-1推到图3或图4所示位置；当活塞停止在靠近曲轴位置时，可通过电机启动系统电机将其托到靠近上止点位置，再由发动机ECU控制第一电磁阀8，使高压气体进入蒸汽气缸10中，将蒸汽气缸活塞10-1推到图3或图4所示位置。
[0023]参看图5,直列四缸发动机在图3所示停机状态时,蒸汽气缸10中进入高压气体，推动蒸汽气缸活塞10-1下行,驱动发动机曲轴1-5反向旋转,此时发动机的第一气缸1-1中活塞运行至接近上止点位置，第一气缸1-1喷油点火，发动机曲轴1-5改变旋转方向顺利启动。
参看图6，直列四缸发动机在图4所示停机状态时，蒸汽气缸10中进入高压气体，推动蒸汽气缸活塞10-1下行，驱动发动机曲轴1-5正向旋转，蒸汽气缸活塞10-1到达下止点位置，此时第一气缸1-1中活塞到达上止点位置，第一气缸1-1喷油点火，发动机顺利启动。
[0024]本发明利用高压蒸汽作为动力完成发动机启动动作，避免了单一电机驱动方式因频繁启动给电机及蓄电池带来的不利影响，因而当车辆在市区红灯停车时，可将发动机关闭，既降低了车辆油耗，又减少了对大气环境的污染；本发明在车辆需要急加速时，还可以通过蒸汽气缸10提供辅助加速动力；在车辆制动时,通过对第一电磁阀8和第二电磁阀9的控制，利用活塞将压缩气体送回到高压蒸汽存储罐4中。
【权利要求】
1.一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，它包括热交换器(2)、喷水器(3)、高压蒸汽存储罐(4)和蒸汽气缸(10)，所述热交换器(2)连接在发动机(I)的排气系统管路中，所述喷水器(3 )与热交换器(2 )配装，所述高压蒸汽存储罐(4 )通过高压蒸汽存储罐进气口与热交换器(2)连通，它还通过高压蒸汽存储罐出气口与蒸汽气缸(10)的进气口连通，所述蒸汽气缸(10)安装在发动机机体中，它与发动机气缸并排布置，其排气口与发动机排气系统连通。
2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，所述热交换器(2)设有尾气流通腔(2-2)、散热翼片(2-1)和外壳(2-3)，所述散热翼片(2-1)分布在尾气流通腔(2-2 )外壁上，所述喷水器(3 )安装在外壳(2-3 )上，喷水器(2-3 )由发动机E⑶控制。
3.根据权利要求1或2所述的一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，所述高压蒸汽存储罐(4 )侧壁上设置压力传感器(5 )，所述压力传感器(5 )与发动机E⑶信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，所述高压蒸汽存储罐(4 )进气口处设有单向阀(6 )，所述单向阀(6 )由发动机E⑶控制。
5.根据权利要求4所述的一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，所述高压蒸汽存储罐(4)外面设有保温绝热层(J)。
6.根据权利要求1或2所述的一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，所述蒸汽气缸(10)中设有蒸汽气缸活塞(10-1),所述蒸汽气缸活塞(10-1)通过蒸汽气缸活塞曲柄连杆机构(1-5-1)与发动机曲轴(1-5)配装。
7.根据权利要求6所述的一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，所述蒸汽气缸(10)进气口前面设有第一电磁阀(8),所述第一电磁阀(8)由发动机E⑶控制。
8.根据权利要求6所述的一种汽车发动机气动启动系统，其特征是，所述蒸汽气缸(10)排气口后面设有第二电磁阀(9),所述第二电磁阀(9)由发动机E⑶控制。
【文档编号】F02B41/00GK103470421SQ201310379078
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】崔亚彬, 康志强, 饶良武 申请人:长城汽车股份有限公司