專利名稱：基于發動機壓縮空氣循環的制動能量回收系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發動機制動設備，具體涉及一種基于發動機壓縮空氣循環的制動能量回收系統。
背景技術：
大型車輛在長距離制動或者下長坡制動時需要有穩定持久的制動力以維持車輛安全。為了緩解車輛行車制動器的壓力，就需要有輔助制動系統。當前有排氣輔助制動系統、Jacobs發動機制動器以及各種緩速器等來輔助車輛緩速即制動。但是它們都沒有涉及到制動能量回收，只是單純的作為一種輔助制動系統，最終也是使能量耗散到大氣中。并且排氣輔助制動是采用在排氣總管上布置一個蝶閥的形式，使發動機排氣時產生一個節流作用，從而產生發動機制動力，但是這種布置形式所存在的問題是壓縮率低，通常產生的制動力不大。為了使發動機在制動時回收能量，并且提高發動機制動力，必須研制一套制動能量回收系統。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種基于發動機壓縮空氣循環的制動能量回收系統，該系統能夠在車輛制動時控制發動機工作在壓縮空氣模式，并且將發動機壓縮產生的氣體收集至儲氣罐。為解決技術問題，本發明采取以下的技術方案提供一種基于發動機壓縮空氣循環的制動能量回收系統，包括發動機的排氣凸輪和排氣門及氣門橋，以及兩端分別接于儲氣罐和發動機排氣管或排氣支管的高壓氣體管路；還包括排氣門驅動機構，該排氣門驅動機構包括至少一個搖臂；所述搖臂由呈鈍角連接的水平臂和下折臂組成，且連接處橫向貫穿設置中心軸，搖臂與中心軸活動連接，中心軸由至少一個滑槽實現限位；所述排氣門驅動機構具有接合與脫開兩種狀態在接合狀態時，水平臂的下表面與排氣凸輪的上表面接合，下折臂的端部與排氣門及氣門橋的上表面接合；在脫開狀態時，水平臂與凸輪、下折臂與排氣門及氣門橋均不接觸。作為一種改進，水平臂的下表面用于與排氣凸輪的上表面接合的部位具有圓弧過渡，使得機構與凸輪接合時更加平穩。作為一種改進，所述高壓氣體管路接于氣缸的排氣管或排氣支管，在靠近接口處的高壓氣體管路上設有控制閥；在接口處之后的排氣管或排氣支管上設有排氣蝶閥。作為一種改進，所述控制閥是電磁閥或者單向閥。作為一種改進，所述控制閥和排氣蝶閥均通過電纜連接至電子控制單元，電子控制單元與發動機電控單元之間以電纜連接。作為一種改進，所述滑槽設有上鎖止位和下鎖止位。作為一種改進，所述中心軸連接有一根搖臂回位鎖止桿。用于在搖臂機構與排氣門脫離時，防止搖臂轉動超過限定位置影響下一次的激活。
作為一種改進，一個操作桿通過杠桿裝置連接于中心軸，當操作桿上提時所述排氣門驅動機構向下位移實現接合，當操作桿下壓時所述排氣門驅動機構向上位移實現脫開。作為一種改進，所述操作桿是手動操作桿或電動操作桿。本發明適用于單缸或多缸發動機，發動機為四沖程工作模式，可以是汽油機或者柴油機，排氣門驅動機構的搖臂數量根據氣缸數量確定。排氣門驅動機構在制動能量回收系統啟動時驅動排氣門。排氣門驅動機構區別于發動機原有的排氣門機構，采用一套搖臂機構加至原有排氣凸輪和排氣門及氣門橋上。該機構在發動機正常工作時不激活，只在制動能量回收系統啟動時激活，并且激活時原有排氣門驅動機構仍有效。該排氣門驅動機構能夠驅動排氣門在壓縮行程和排氣開啟排氣門，在壓縮和排氣兩沖程中將缸內氣體壓入氣罐內儲存起來。 排氣門驅動機構的激活采用一種機械結構，通過機械連桿機構推動排氣門機構使之與排氣凸輪接合，從而實現壓縮空氣制動能量回收。也可通過拉開機械連桿機構使排氣門驅動機構與排氣凸輪脫開，關閉壓縮空氣制動能量回收系統。高壓氣體管路布置在每個排氣支管(單缸就只有排氣管，下文不再重復表述)上， 管路上的控制閥為電磁閥或者單向閥，可以控制管路的通斷。所述高壓氣體管路最終連通至儲氣罐。排氣支管，排氣蝶閥和高壓管路及管路控制閥就構成了輔助壓縮腔。排氣蝶閥為一種車輛通用設備，其布置于每個排氣支管中，且在高壓氣體管路入口之后。所述電子控制單元控制接受駕駛員的啟動和關閉信號，同時控制排氣門驅動機構的運行以及排氣蝶閥、高壓氣體管路電磁閥的開閉，并且能和發動機電控單元實現通訊。當車輛需要輔助制動時，駕駛員啟動該系統，則上述排氣門驅動機構工作，同時切斷發動機噴油和點火，控制關閉排氣蝶閥，適時開閉高壓氣體管路控制閥。在排氣門驅動機構的驅動下，發動機在壓縮行程后期，活塞上行壓縮缸內氣體，排氣門和高壓氣體管路控制閥打開，高壓氣體從排氣支管、高壓氣體管路進入儲氣罐；在排氣沖程，活塞上行壓縮缸內殘余氣體，排氣門和高壓氣體管路電磁閥打開，缸內氣體進入儲氣罐。在進氣沖程和做功沖程，高壓氣體管路控制閥保持關閉。在進氣過程中，當系統檢測到輔助壓縮腔內壓力大于缸內壓力超過一定值，打開該缸對應的排氣蝶閥，以防止排氣門自動打開。本發明的有益效果在于1、本發明能夠在制動的同時回收壓縮空氣，相比傳統的排氣輔助制動或者發動機制動多了一個能量回收的功能。2、作為一種輔助制動，有效降低車輛主制動器的損害，并且相比傳統的排氣輔助制動具有更大的制動力。3、利用單缸單閥，即每個氣缸排氣支管配備一個蝶閥，可以大大提高排氣制動的壓縮比和控制靈活性。


圖1為本發明原理圖(實施例采用四缸發動機，圖中只畫出一個缸作為代表性的示意，其它缸類似)。
圖2為本發明排氣門驅動機構及激活機構示意圖。圖3為排氣門驅動機構與凸輪接合示意圖。圖4為排氣門驅動機構與凸輪脫開示意圖。圖5為本發明制動能量回收系統工作流程示意圖。圖中附圖標記為1發動機進氣歧管，2發動機氣缸壁，3活塞，4連桿，5曲柄，6進氣門及氣門橋，7排氣門及氣門橋，8進氣凸輪，9排氣凸輪，10搖臂，11中心軸，12各缸排氣支管，13、14、15、16 為排氣蝶閥，17、18、19、20控制閥，21排氣總管，22儲氣罐，23高壓氣體管路杠桿，25操作桿，沈杠桿機構鉸接點，27滑槽，觀搖臂回位鎖止桿；i為某一缸的的代號。
具體實施例方式下面將結合

和實施例對本發明進一步說明。本發明系統實施例包括一個四缸發動機、排氣門驅動機構、高壓氣體儲存系統和電子控制單元等部分。其中排氣門驅動機構采用另外一套搖臂機構加至原有排氣凸輪9和排氣門及氣門橋7上(9和7為泛指，代表了所有缸的排氣凸輪和排氣氣門橋)。排氣門驅動機構在發動機正常工作時不激活，只在制動能量回收系統啟動時激活，并且激活時原有排氣門驅動機構仍然有效。高壓氣體儲存系統包括儲氣罐22、高壓氣體管路23、控制閥17、 18、19、20和排氣蝶閥13、14、15、16，具有的功能是在發動機壓縮空氣制動工作模式下儲存高壓氣體。電子控制單元控制高壓氣體管路控制閥17、18、19、20和排氣蝶閥13、14、15、16 的開閉，并且在物理上與它們為電線連接，并且其與發動機電控單元之間可保持通訊。當車輛在需要長距離制動時，駕駛員控制激活排氣門驅動機構，使得各搖臂與排氣凸輪9和排氣門及氣門橋7接合。同時電子控制單元與發動機電控單元通訊獲取發動機曲軸5的轉角信號，根據曲軸5的轉角信號得到每缸活塞3的行程。當曲軸5轉角判斷為該缸活塞3處于壓縮行程和排氣行程時，在行程中設定的時刻，電子控制單元控制該缸對應的排氣蝶閥(13、14、15或16)處于關閉狀態，控制該缸對應的管路控制閥打開，缸內壓縮氣體通過管路進入儲氣罐22 ；當活塞3處于排氣行程時，在一定的時刻控制單元控制排氣蝶閥(13、14、15或16)處于關閉狀態，并且開啟控制閥(17、18、19或20)，缸內氣體進入儲氣罐22 ；當活塞3處于進氣沖程和做功沖程時，控制單元控制管路控制閥(17、18、19或20) 處于關閉狀態，防止儲氣罐22內氣體重新進入氣缸內。在進氣過程中，當系統檢測到輔助壓縮腔內壓力大于缸內壓力超過一定值，打開該缸對應的排氣蝶閥(13、14、15或16)，使輔助腔內的壓力下降，以防止排氣門自動打開。圖2中，當駕駛員控制操作桿25往上移動，杠桿M順時針轉動帶動中心軸11向下移動，使得搖臂10上部與排氣凸輪9接合，搖臂10下部與排氣門及氣門橋7接合，從而激活制動能量回收系統，效果如圖3所示。當駕駛員控制操作桿25往下移動，杠桿M逆時針轉動使得搖臂10脫離排氣凸輪9和排氣門及氣門橋7，從而關閉制動能量回收系統，效果如圖4所示。所述操作桿25可以通過駕駛員直接操作，也可以通過電控手段操作。以上只針對于排氣氣門凸輪頂置、直接驅動氣門的情況進行說明，對于排氣氣門凸輪非頂置、非直接驅動氣門或氣門橋的情況，除氣門驅動機構進行類似改進之外，其它制動能量回收系統裝置保持不變。在此情形下，凸輪9和制動回收專用的排氣門驅動機構搖臂10不直接驅動氣門橋。對于單排氣門的情形，需要對與凸輪直接接觸的挺柱進行改進， 增大面積，保證凸輪9與搖臂10都可以驅動氣門。
權利要求
1.基于發動機壓縮空氣循環的制動能量回收系統，包括發動機的排氣凸輪、排氣門及氣門橋，以及兩端分別接于儲氣罐和發動機排氣管或排氣支管的高壓氣體管路；其特征在于，還包括排氣門驅動機構，該排氣門驅動機構包括至少一個搖臂；所述搖臂由呈鈍角連接的水平臂和下折臂組成，且連接處橫向貫穿設置中心軸，搖臂與中心軸活動連接，中心軸由至少一個滑槽實現限位；所述排氣門驅動機構具有接合與脫開兩種狀態在接合狀態時， 水平臂的下表面與排氣凸輪的上表面接合，下折臂的端部與排氣門及氣門橋的上表面接合；在脫開狀態時，水平臂與凸輪、下折臂與排氣門及氣門橋均不接觸。
2.根據權利要求1所述的制動能量回收系統，其特征在于，水平臂的下表面用于與排氣凸輪的上表面接合的部位具有圓弧過渡。
3.根據權利要求1所述的制動能量回收系統，其特征在于，所述高壓氣體管路接于氣缸的排氣管或排氣支管，在靠近接口處的高壓氣體管路上設有控制閥；在接口處之后的排氣管或排氣支管上設有排氣蝶閥。
4.根據權利要求3所述的制動能量回收系統，其特征在于，所述控制閥是電磁閥或者單向閥。
5.根據權利要求3所述的制動能量回收系統，其特征在于，所述控制閥和排氣蝶閥均通過電纜連接至電子控制單元，電子控制單元與發動機電控單元之間以電纜連接。
6.根據權利要求1至5任意一項中所述的制動能量回收系統，其特征在于，所述滑槽設有上鎖止位和下鎖止位。
7.根據權利要求1至5任意一項中所述的制動能量回收系統，其特征在于，所述中心軸連接有一根搖臂回位鎖止桿。
8.根據權利要求1至5任意一項中所述的制動能量回收系統，其特征在于，一個操作桿通過杠桿裝置連接于中心軸，當操作桿上提時所述排氣門驅動機構向下位移實現接合，當操作桿下壓時所述排氣門驅動機構向上位移實現脫開。
9.根據權利要求8所述的制動能量回收系統，其特征在于，所述操作桿是手動操作桿或電動操作桿。
全文摘要
本發明涉及發動機制動設備，旨在提供一種基于發動機壓縮空氣循環的制動能量回收系統。該系統包括發動機的排氣凸輪和排氣門及氣門橋，以及兩端分別接于儲氣罐和發動機排氣管或排氣支管的高壓氣體管路；還包括排氣門驅動機構，該排氣門驅動機構包括至少一個搖臂；搖臂由呈鈍角連接的水平臂和下折臂組成，且連接處橫向貫穿設置中心軸，搖臂與中心軸活動連接，中心軸由至少一個滑槽實現限位；排氣門驅動機構具有接合與脫開兩種狀態。本發明能夠在制動的同時回收壓縮空氣，比傳統排氣輔助制動或者發動機制動多了能量回收的功能；能有效降低車輛主制動器的損害，并比傳統的排氣輔助制動具有更大的制動力；可以大大提高排氣制動的壓縮比和控制靈活性。
文檔編號F01L13/06GK102434241SQ20111036246
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者俞小莉, 葉錦, 徐煥祥, 李小飛, 李道飛, 王雷 申請人:浙江大學