可控变排量增压器的制作方法

专利名称:可控变排量增压器的制作方法
本发明属于一种中小型发动机增压装置。特别适用于变工况的汽车发动机，同时也可用作压气或抽气机械。
发动机增压是借用发动机本身燃料燃烧时所产生的能量，采用机械或其它方式对其供给空气进行增压，以求显著提高发动机的机械效率和输出功率，从而提高汽车的拖运能力，降低行车油耗。然而，由于汽车的转速和负荷变化范围很大，而且经常在中低速、部分负荷下工作。以至公知的增压器(包括机械式、涡轮离心式、气波式，以及初级变排量压气机，如JP59-37228和US4512714等)都很难适应。公知的增压器其增压效果都是随着转速的提高而提高，其最佳效果点在高速段。但是发动机的最大扭矩却通常在半速以下，可此时的增压器其增压效果却已很微小，因而出现了供需不协调的矛盾。在实际应用中，往往需要增压的工况是在车辆载重爬坡和加速的时候，而此时的转速往往又是处于低转速，且大扭矩运行，但增压器却因受特性的限制而不能明显增压。反之，在轻载下坡的时候，发动机原配功率已经够用，不需增压，可增压器增压效果却可以十分明显，以至超出了需要。司机只好关小节风门，增大进气道的阻力，使进气变稀薄一些，以控制部分负荷。由于节风门全开时的功率已经提高了许多，当外界需要的功率降到原机也能提供的程度(转速仍保持恒定)节风门必需较原机关小很多，即进气道中阻力较原机大得多，所以增压在部分负荷下必亏油。查看增压前后的负荷特性可清楚地查得其亏油段和亏油值。由于汽车多在中低速和部分负荷下运行，因此，汽车发动机增压器在较高转速满负荷下所获得的显著效益，却经不起通常中低速部分负荷下的亏损，而使得现有的汽车增压综合效益不大。尤其是采用现所推行的废气涡轮增压，利用发动机所排出的气体带动涡轮增压器这就要提高发动机的排气温度和压力，从而必然也消耗部分发动机的能量添加入排气之中，作为涡轮驱动功。同时它提供的压缩气体，其温度较高，使得发动机热负荷和机械负荷上升较多，而导致发动机易出现爆震和热负荷过高等问题。并且由于车用发动机的转速变化范围大，废气涡轮增压器等确实难以适应，加之汽车原有润滑和冷却条件简陋，也配不上高温高速涡轮的严格要求，改造花费大，以至增压技术至今仍难以在汽车中小型发动机上普遍推广采用。
本发明的任务是提供一种既能适用车用发动机转速和负荷变化范围，且能在中低速段提高增压效果，使最大扭矩与最佳增压效果点相接近，提高运货的能力，改变供需不协调状况，受到一般用户欢迎的可控变排量增压器。
根据本发明的任务所提出的解决方案，其结构特征是，增压器为可控变排量同心叶片式增压器，是将四十年代试制成功的定排量同心叶片泵，改革成变排量型，再加上控制系统，创造成本质全新的另一种增压器。其叶片组合的旋转中心与汽缸的几何中心重合。在汽缸内有一整体结构的鼓筒。鼓筒的几何中心与叶片组合的旋转中心的偏心距，优选为相对汽缸直径比值的0.08～0.13。而鼓筒外径与汽缸缸体内径的几何位置为相割关系，以增大密封面积和效果。而叶片由中心轴定旋转中心线。在鼓筒轴上装有-电磁离合器，且受汽缸进气腔上部左面的自动电开关控制。当发动机的负荷大到需要增压时，自动电开关使电磁离合器合拢，从而齿形皮带轮带动增压器工作。如果功率下降到不需增压时，则自动电开关分离电磁离合器，增压器则停止旋转。气体经旁通阀排出，恢复不增压状况。这样改善了部分负荷亏油的情形。此外，在增压器缸体的右下侧，缸体进气段上有一活动弧形滑块，该弧形滑块受一套安装在弧形滑块后面的滑阀控制机构所控制并通过一与弧形滑块相连，安在弧形滑块与滑阀控制机构之间的执行活塞带动，可在水平方向上平行移动，从而调整增压器叶片与缸体的啮合弧线起始段，控制实际压缩的气体容积，以达到变排量的目的。在低速满负荷时，弧形滑块完全合拢，此时的进气体积最大，为最大排量。随着转速上升或功率下降，弧形滑块在滑阀控制机构的控制下，通过执行活塞的带动逐步离开汽缸几何中心，减少了进气体积。从而实现了无级变排量的目的。优于几个增压器并联的方案，能满足本发明的任务要求。
本发明的特征还在于弧形滑块的滑阀控制机构可以通过气动、液压或电磁任何一种控制方式进行控制，且执行活塞也可以是气体或液体驱动的。
当控制机构为气动控制方式时，其滑阀与两个活塞做成了一体。滑阀的左端为滑阀控制活塞。滑阀控制活塞左面与进气腔相通，右面与增压压力相通。当增压压力或进气真空度变化时，滑阀控制活塞将带动滑阀向左或向右运动，使得执行活塞两端分别与进气腔或增压压力相通，在活塞两端形成压差，从而带动弧形滑块随执行活塞一起向左或向右移动。进而减小或增大增压压力，使得滑阀重新恢复到平衡位置，并同时切断执行活塞的进出气腔通路，而使弧形滑块在一新的位置停定。滑阀的右端为进气真空度作用活塞。进气真空度作用活塞左面与进气腔相通，右面与大气相通。其作用是，当节风门的开度变化时，放大进气腔真空度的影响，提高滑阀动作的灵敏度。在滑阀控制活塞左端装有一可调压力弹簧，用以根据需要来调整最适合的增压压力值。
此外，本发明的特征还有弧形滑块的弧线为与汽缸缸体等半径的弧线段，且弧形滑块下部两侧各有一用于导向的导轨，以提高弧形滑块的运动稳定性。
下面结合具体的实施例与附图作进一步说明图1为本发明增压器结构示意图;
图2为本发明增压器的侧视图;
图3为本发明增压器的控制系统图。
在附图1与2中增压器缸体(7)上部有一自动电开关(1)，当发动机的负荷大到需要增压时，自动电开关(1)使电磁离合器(3)合拢，于是齿形皮带轮(2)驱动鼓筒(6)，再经关节销(9)，推动叶片组合(8)旋转。当后叶片尖转到进气端(注有“进”字的角度)时前后叶片间夹角形成扇形封闭腔。随着叶片的继续旋转，由于鼓筒(6)与汽缸(7)的中心有一偏心距，其值优选为与汽缸直径比值的0.12。因此扇形腔的体积逐渐缩小，腔内的气体受到压缩，压力逐渐上升当压力达到需要值时，前叶片尖正好转到注有“排”字的出口处。压缩空气被逐渐推出排气口。如果负荷下降到不需要增压时，则自动电开关(1)开放，鼓筒(6)与叶片组合(8)自动停止旋转，此时气体经旁通阀(13)吸出排气口，增压器恢复不增压状态。
在缸体(7)的右下部设有一弧形滑块(10)，弧形滑块(10)与其后面的执行活塞(12)相连，并受控于一气动滑阀控制机构(11)，可以左右平移。当弧形滑块(10)移到与汽缸(7)合拢时，此时排量最大。当弧形滑块(10)受控平移向右，叶片组合(8)的叶尖与弧形滑块(10)之间，逐渐产生了间隙，同时弧形滑块(10)与缸体(7)接合处，也逐渐产生了间隙，故在开始压缩之前，将扇形腔有效体积适当减少了。这样就实现了变排量的目的，而且是在开始压缩时减小部分体积，不同于涡轮增压器的排气旁通阀，是排掉较高压的气体，损失的能量较多。在弧形滑块(10)下部两侧各有一用于导向的导轨(14)，因而提高了运动的稳定性。
弧形滑块(10)的气动滑阀控制机构(11)中，有一与两端活塞联在一起的滑阀(15)，滑阀(15)左端是增压压力起作用的滑阀控制活塞(16)，右端是进气真空度作用活塞(17)，滑阀控制活塞(16)两端分别通增压气体压力(19)与进气腔的气体压力(20)。而进气真空度作用活塞(17)，右端与大气压力(24)相通，左端与进气腔气体压力(23)相通。两活塞力的总和再与装在滑阀控制活塞(16)左面的一调压弹簧(18)相对抗。当平衡时，执行活塞(12)的进出口全部闭死，则执行活塞(12)不动，当增压压力大于给定值时，则滑阀控制活塞(16)带动滑阀(15)向左平移，于是执行活塞(12)左边通高压气体(22)，右面通低压气体(21)，迫使弧形滑块(10)随着执行活塞(12)向右平移，自动减少空气排量，增压压力也随之降低。当达到给定值时，滑阀(15)恢复平衡，再次切断执行活塞(12)的进出气腔通路，从而弧形滑块(10)停止运动。滑阀(15)右端的进气真空度作用活塞(17)，是用于当节风门关小时，放大进气腔真空度影响，使得滑阀(15)只要在进气压力(23)稍微减小一点就能够移动，从而提高了滑阀(15)动作的灵敏性。
本发明是因现有增压器虽已证实了增压增载尚无损于汽车寿命，但仍不受一般用户欢迎。可是留有大量的正反两方面的经验和测试数据。压气机也有大量的数据。利用这些条件提高了计算的可靠性发现了变排量的方式用于增压器，可收到出乎意料的效果。才经多年奋斗，突破了一系列关键问题，终于创造了新型可控变排量增压器。
本发明与现有增压器相比较，它有效地解决了供需不协调的矛盾。使得高速时的增压压力略有下降，而中低速的增压压力却大为提高，显著增大了中低速段的增压效益，使增压所得益的时机和程度大增。特别是能够做到在原机出现最大扭矩时，其增压压力接近最大。改变了现有增压器在最高转速时增压压力最高的状况，所以显著地提高了载荷能力(达一倍以上)，而最高压压力值反而能较现有的增压器为低，因而发动机承受的热负荷和机械负荷随之降低。增压后扭矩储备系数也有所提高。并显著地减轻了现有增压器在高原出现的增压气体温度过高的毛病。本发明还减免了现有增压器在不利时亏油的时机和程度。一方面，本发明利用变排量的特点，接收到关小风门的信息就自动将排量变小，从而适应了部分负荷的要求，具有与节风门相同的功能，但进气道中的阻力增大甚微，故在最不利时亏油也极微。另一方面，本发明备有电磁离合器，当部分负荷完全降到原机可以提供的范围内，自动由增压变为不增压状态，终止亏油状态的发展。所以，本发明较之现有增压器，在爬坡、增载、加速和快跑时节油较多。在平路行车时，变成也能显著节油。而在下坡、放空、减速、慢跑时，又不会将节来的油亏掉，因而显著地提高了发动机增压的综合效益。
同时，由于本发明没采用废气涡轮增压技术，故有效地解决了发动机排气压力和温度过高的问题从而使得发动机燃烧室剩余压力低于进气压力，填充效率较高故最高压压力可以较低，从而又降低了发动机的热负荷和机械负荷，为增压技术在车用发动机上的推广提供了完全适应的增压器。而且本发明结构简单，所需附件比涡轮增压要少十几种。因而成本低，且安装、维修、操作方便，这对于本发明的推广应用都是十分有利的。
本发明的应用适于在用车的改造，使油老虎车变得较新型车更节油，故可免遭淘汰，又适于提高新型车的使用性能，使之扩大运输能力，降低成本节约能源(卡车的平均载货率较低。由于本发明实现的增载量很大，提高了拖挂额定载重量，使得平均载货率只74%时，货运吨百公里油耗就能节约30%)。在前人的基础上做出了巨大的贡献。
权利要求
1.一种可控变排量增压器，包括齿形皮带轮(2)，增压器盖板(4)，中心轴(5)，鼓筒(6)，压缩汽缸缸体(7)和叶片组合(8)，以及电磁离合器(3)，其特征在于所述的鼓筒(6)外径与汽缸缸体(7)内径的几何位置为相割关系，且鼓筒(6)的几何中心与叶片旋转中心的偏心距优选为相对汽缸缸体(7)直径比值的0.08～0.13而在进气腔上部装有一控制电磁离合器(3)的自动电开关(1)，且在增压器进出气腔之间有一旁通阀(13)，此外，在汽缸缸体(7)的右下侧进气段设有一活动弧形滑块(10)，该弧形滑块(10)与后面的执行活塞(12)相连，且受控于滑阀控制机构(11)。
2.按照权利要求
1所述的装置，其特征是弧形滑块(10)的滑阀控制机构(11)的控制方式可以是气动、液压或电磁任一种控制方式，且执行活塞(12)也是由气体或液体驱动的活塞。
3.按照权利要求
1和2所述的装置，其特征是弧形滑块(10)的滑阀控制机构(11)可以是气动滑阀自动控制机构，其滑阀(15)的左端为与滑阀(15)做成一体的滑阀控制活塞(16)，滑阀(15)的右端为与滑阀(15)做成一体的进气真空度作用活塞(17)，滑阀控制活塞(16)左面与进气腔(20)相通，右面与增压压力(19)相通，而进气真空度作用活塞(17)左面与进气腔(23)相通，右面与大气压(24)相通，在滑阀控制活塞(16)左边装有一可调压力弹簧(18)。
4.按照权利要求
1和2所述的装置，其特征是弧形滑块(10)的弧线为与汽缸缸体(7)等半径的弧线段，且弧形滑块(10)的下部两侧各有-用于导向用的导轨(14)。
5.按照权利要求
1所述的装置，其特征是鼓筒(6)为-整体结构形式的鼓筒。
专利摘要
可控变排量增压器。属于发动机增压装置。为解决一般增压器的排量在转速和负荷两方面均不能全程与发动机相适应的矛盾，本发明采用了可调弧形滑块对增压器的进气体积实现按需变化，并由一套自动滑阀式控制系统进行控制。从而提高了中低速段的增压效果，使吨货百公里油耗节约30％，且无损于原车寿命，而运货能力提高一倍以上。本发明还采用变排量操纵负荷，取代常规变进气压的方式，减少了能量损失。且备有自动电磁离合器，因而减免了供气损失。且改装简便经济。
文档编号F02D23/00GK87102106SQ87102106
公开日1988年4月13日 申请日期1987年11月8日
发明者周永升, 周滇晔 申请人:周永升