一種水平對(duì)置平衡式汽油增程器及其運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水平對(duì)置平衡式汽油增程器及其運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)與環(huán)境污染問題的不斷加劇，節(jié)能減排已經(jīng)被提到了戰(zhàn)略高度。從目前的能源形式來看，太陽能、氫能、電能等能源均屬于綠色可再生能源，必將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。從目前的實(shí)際來看，電能作為汽車動(dòng)力是最接近目前的科技水平和生產(chǎn)水平的。
[0003]傳統(tǒng)意義上的電動(dòng)汽車是指全部或部分用電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的汽車。主要形式包括燃料電池電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和純電動(dòng)汽車等幾種類型。燃料電池電動(dòng)汽車是以氫氣作燃料，產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是將傳統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力直接或者間接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，利用發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車；純電動(dòng)汽車是完全摒棄了發(fā)動(dòng)機(jī)，利用蓄電池直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輛行走，徹底實(shí)現(xiàn)了零排放的目標(biāo)。純電動(dòng)汽車具有無污染、無噪聲、不依賴于石油資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，是非常有前景的一種動(dòng)力形式。
[0004]但是，目前的技術(shù)水平限制導(dǎo)致純電動(dòng)汽車存在如下不足:1)蓄電池的儲(chǔ)存能量有限，目前的蓄電池水平，充一次電可以儲(chǔ)存的能量可以使汽車連續(xù)行駛100公里左右，國外的一些發(fā)達(dá)的汽車廠家承諾可以達(dá)到200公里，但是，這些里程還是不能滿足一般車輛對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的要求；2)蓄電池的充電時(shí)間長，目前的蓄電池的充電時(shí)間一般在8小時(shí)左右，即使是大功率的充電站以快速充電模式進(jìn)行充電也需要2小時(shí)左右才能完成一次充電，這對(duì)于100-200公里的續(xù)航里程的電動(dòng)車來說是致命的弱點(diǎn)；3)充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善，純電動(dòng)汽車的充電設(shè)施需要專門的設(shè)備來完成，目前這些設(shè)施均不具備。上述3個(gè)不足是限制目前純電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸問題。
[0005]近年來，插電技術(shù)和增程器發(fā)動(dòng)機(jī)的引入使純電動(dòng)汽車再次有了新的發(fā)展空間，增程器發(fā)動(dòng)機(jī)是為了增加純電動(dòng)汽車行駛里程而加裝在純電動(dòng)汽車上的一個(gè)附加儲(chǔ)能部件，彌補(bǔ)了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺陷，同時(shí)與傳統(tǒng)油-電混合動(dòng)力汽車相比在經(jīng)濟(jì)性和排放性方面具有突出優(yōu)勢(shì)。就目前的發(fā)展技術(shù)來看，在蓄電池技術(shù)瓶頸問題突破之前，增程器發(fā)動(dòng)機(jī)的使用將是解決目前所面臨汽車保有量劇增與能源環(huán)境危機(jī)矛盾的一種有效途徑。
[0006]目前，增程器發(fā)動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)都是用傳統(tǒng)的車用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)集成或改造而成，由于傳統(tǒng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是滿足車輛行駛工況需求，具有較大的功率和扭矩儲(chǔ)備系數(shù)，用以適應(yīng)車輛不同車速、不同載荷的需求。而作為電動(dòng)車增程器的發(fā)動(dòng)機(jī)只用來給發(fā)電機(jī)發(fā)電，進(jìn)而為蓄電池充電，發(fā)動(dòng)機(jī)只需要在某一給定工況運(yùn)行，而不需要在整個(gè)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷范圍內(nèi)工作，不需要較大的功率和扭矩儲(chǔ)備系數(shù)。因此，傳統(tǒng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)作為增程器用發(fā)動(dòng)機(jī)存在體積過大、重量過重等不足，尤其是和發(fā)電機(jī)集成后會(huì)導(dǎo)致體積和重量進(jìn)一步增大。
[0007]另一個(gè)解決途徑是采用較少缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)作為增程器發(fā)動(dòng)機(jī)，如兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)、三缸發(fā)動(dòng)機(jī)、甚至于有的汽車廠家采用單缸摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)作為增程器的動(dòng)力，這些方案都會(huì)導(dǎo)致由于缸數(shù)少而帶來的運(yùn)行不平穩(wěn)、振動(dòng)噪聲高等缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)都是作為乘用車所不能容忍的；另一方面，由于增程器發(fā)動(dòng)機(jī)是作為電動(dòng)車輛的一個(gè)輔助動(dòng)力系統(tǒng)附加到汽車上，要求該裝置高度集成、體積小、重量輕、運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)噪聲小。而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)帶來的運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡、振動(dòng)噪聲大等固有缺點(diǎn)，不能很好地滿足增程器發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種水平對(duì)置平衡式汽油增程器及其運(yùn)行方法，有效地避免了傳統(tǒng)二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性差、排放性能差等缺點(diǎn)，充分利用對(duì)置活塞二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、平衡性好、功率密度高、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)高度集成為一體，所構(gòu)成的增程器作為純電動(dòng)汽車的增程器具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0009]本發(fā)明提供了一種水平對(duì)置平衡式汽油增程器，包括水平對(duì)置活塞二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱和發(fā)電機(jī)，其中，水平對(duì)置活塞二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出端連接傳動(dòng)箱，傳動(dòng)箱的輸出口與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸連接。
[0010]水平對(duì)置活塞二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，水平設(shè)置的氣缸兩側(cè)分別連接進(jìn)氣側(cè)曲軸箱和排氣側(cè)曲軸箱，氣缸內(nèi)對(duì)稱設(shè)置進(jìn)氣活塞和排氣活塞，對(duì)應(yīng)進(jìn)氣活塞的氣缸體的周圍分布設(shè)置進(jìn)氣口，對(duì)應(yīng)排氣活塞的氣缸體的周圍分布設(shè)置排氣口，氣缸體的中間位置安裝噴油器和火花塞，進(jìn)氣活塞通過第一活塞銷與第一連桿的小頭連接，第一連桿的大頭與第一曲軸連接，第一曲軸安裝在進(jìn)氣側(cè)曲軸箱體上，排氣活塞通過第二活塞銷與第二連桿的小頭連接，第二連桿的大頭與第二曲軸連接，第二曲軸安裝在排氣側(cè)曲軸箱體上，第一曲軸與第二曲軸之間連接。
[0011]水平對(duì)置活塞二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出端是第二曲軸的輸出端，傳動(dòng)箱包括第一圓錐齒輪和第二圓錐齒輪，第一圓錐齒輪與第二曲軸的輸出端連接，第一圓錐齒輪與第二圓錐齒輪相互嚙合，用于改變第二曲軸的輸出端的動(dòng)力方向，第二圓錐齒輪與第五齒輪同軸，第五齒輪作為傳動(dòng)箱的輸出口，第六齒輪與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸連接，第五齒輪與第六齒輪嚙合。
[0012]進(jìn)氣口與進(jìn)氣道連接，排氣口與排氣道連接。
[0013]進(jìn)氣道與壓氣機(jī)連接，壓氣機(jī)固定在進(jìn)氣側(cè)曲軸箱體上，壓氣機(jī)與第一曲軸的一端連接，用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)。
[0014]第一曲軸與第二曲軸之間通過以下方式連接:第一曲軸一端連接第一齒輪，第一齒輪與安裝在進(jìn)氣側(cè)曲軸箱體上的第二齒輪嚙合，第一齒輪直徑小于第二齒輪，第一鏈輪通過第一鏈輪軸安裝在進(jìn)氣側(cè)曲軸箱體上，第一鏈輪與第二齒輪同軸，第二曲軸一端連接第三齒輪，第三齒輪與安裝在排氣側(cè)曲軸箱體上的第四齒輪嚙合，第三齒輪直徑小于第四齒輪，第二鏈輪通過第二鏈輪軸安裝在排氣側(cè)曲軸箱體上，第二鏈輪與第四齒輪同軸，第一鏈輪與第二鏈輪之間通過鏈條連接。
[0015]噴油器安裝在氣缸體上的第一安裝孔座內(nèi)，火花塞安裝在氣缸體上的第二安裝孔座內(nèi)，第一安裝孔座與第二安裝孔座呈現(xiàn)夾角。
[0016]進(jìn)氣活塞和排氣活塞的運(yùn)動(dòng)相位存在預(yù)設(shè)的相位差，用于進(jìn)氣活塞和排氣活塞向外止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先排氣活塞打開排氣口，燃燒后的廢氣排出氣缸，預(yù)設(shè)時(shí)間后進(jìn)氣活塞打開進(jìn)氣口，被壓氣機(jī)增壓后的新鮮氣體進(jìn)入氣缸將殘余廢氣掃除，而當(dāng)進(jìn)氣活塞和排氣活塞由外止點(diǎn)向內(nèi)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先排氣活塞關(guān)閉排氣口，預(yù)設(shè)時(shí)間后進(jìn)氣活塞關(guān)閉進(jìn)氣口，新鮮氣體充入氣缸。
[0017]發(fā)電機(jī)與水平對(duì)置活塞二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸軸線平行布置。
[0018]本發(fā)明還提供一種水平對(duì)置平衡式汽油增程器的運(yùn)行方法，包括以下步驟:
[0019]水平對(duì)置活塞二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣活塞和排氣活塞位于各自的外止點(diǎn)，進(jìn)氣口和排氣口處于打開狀態(tài)；
[0020]壓氣機(jī)增壓后的新鮮氣體通過進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸，將氣缸內(nèi)燃燒廢氣從排氣口排出氣缸;
[0021]進(jìn)氣活塞和排氣活塞向內(nèi)止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣活塞和排氣活塞的運(yùn)動(dòng)預(yù)設(shè)相位差;
[0022]排氣活塞將排氣口關(guān)閉，進(jìn)氣口仍未關(guān)閉，新鮮氣體繼續(xù)進(jìn)入氣缸；
[0023]噴油器將汽油噴入氣缸，進(jìn)行油氣混合；
[0024]進(jìn)氣活塞將進(jìn)氣口關(guān)閉，進(jìn)氣活塞和排氣活塞壓縮氣缸內(nèi)氣體；
[0025]當(dāng)進(jìn)氣活塞和排氣活塞接近內(nèi)止點(diǎn)時(shí)，火花塞跳火點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)油氣混合氣，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)進(jìn)氣活塞和排氣活塞分別向各自的外止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣活塞和排氣活塞通過連桿將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成各自對(duì)應(yīng)曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)曲軸的輸出動(dòng)力通過鏈條進(jìn)行動(dòng)力匯合后通過第二曲軸的一端對(duì)外輸出；
[0026]排氣活塞連接的第二曲軸作為水平對(duì)置活塞二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出端，連接傳動(dòng)箱的第一圓錐齒輪，第一圓錐齒輪與第二圓錐齒輪相互嚙合，改變第二曲軸的輸出端的動(dòng)力方向；
[0027]第二圓錐齒輪與第五齒輪同軸連接，第五齒輪作為傳動(dòng)箱的輸出口，第六齒輪與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸連接，第五齒輪與第六齒輪嚙合，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；
[0028]進(jìn)氣活塞和排氣活塞向外止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，排氣活塞將排氣口打開，進(jìn)氣口仍未打開，氣缸內(nèi)燃燒廢氣從排氣口排出；
[0029]進(jìn)氣活塞將進(jìn)氣口打開，新鮮氣體通過進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸，將殘余的燃燒廢氣從氣缸掃除，進(jìn)氣活塞和排氣活塞回到各自的外止點(diǎn)，重復(fù)上述步驟。
[0030]本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于采用汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)，有效克服傳統(tǒng)二沖程汽油機(jī)由于新鮮混合氣掃氣而帶來的新鮮混合氣隨廢氣流失等問題帶來的經(jīng)濟(jì)性差、排放性能差等缺點(diǎn)。同時(shí)，采用缸內(nèi)直噴技術(shù)可實(shí)現(xiàn)