專利名稱:可控變排量增壓器的制作方法
本發(fā)明屬于一種中小型發(fā)動機(jī)增壓裝置。特別適用于變工況的汽車發(fā)動機(jī)，同時也可用作壓氣或抽氣機(jī)械。
發(fā)動機(jī)增壓是借用發(fā)動機(jī)本身燃料燃燒時所產(chǎn)生的能量，采用機(jī)械或其它方式對其供給空氣進(jìn)行增壓，以求顯著提高發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率和輸出功率，從而提高汽車的拖運(yùn)能力，降低行車油耗。然而，由于汽車的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化范圍很大，而且經(jīng)常在中低速、部分負(fù)荷下工作。以至公知的增壓器(包括機(jī)械式、渦輪離心式、氣波式，以及初級變排量壓氣機(jī)，如JP59-37228和US4512714等)都很難適應(yīng)。公知的增壓器其增壓效果都是隨著轉(zhuǎn)速的提高而提高，其最佳效果點(diǎn)在高速段。但是發(fā)動機(jī)的最大扭矩卻通常在半速以下，可此時的增壓器其增壓效果卻已很微小，因而出現(xiàn)了供需不協(xié)調(diào)的矛盾。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要增壓的工況是在車輛載重爬坡和加速的時候，而此時的轉(zhuǎn)速往往又是處于低轉(zhuǎn)速，且大扭矩運(yùn)行，但增壓器卻因受特性的限制而不能明顯增壓。反之，在輕載下坡的時候，發(fā)動機(jī)原配功率已經(jīng)夠用，不需增壓，可增壓器增壓效果卻可以十分明顯，以至超出了需要。司機(jī)只好關(guān)小節(jié)風(fēng)門，增大進(jìn)氣道的阻力，使進(jìn)氣變稀薄一些，以控制部分負(fù)荷。由于節(jié)風(fēng)門全開時的功率已經(jīng)提高了許多，當(dāng)外界需要的功率降到原機(jī)也能提供的程度(轉(zhuǎn)速仍保持恒定)節(jié)風(fēng)門必需較原機(jī)關(guān)小很多，即進(jìn)氣道中阻力較原機(jī)大得多，所以增壓在部分負(fù)荷下必虧油。查看增壓前后的負(fù)荷特性可清楚地查得其虧油段和虧油值。由于汽車多在中低速和部分負(fù)荷下運(yùn)行，因此，汽車發(fā)動機(jī)增壓器在較高轉(zhuǎn)速滿負(fù)荷下所獲得的顯著效益，卻經(jīng)不起通常中低速部分負(fù)荷下的虧損，而使得現(xiàn)有的汽車增壓綜合效益不大。尤其是采用現(xiàn)所推行的廢氣渦輪增壓，利用發(fā)動機(jī)所排出的氣體帶動渦輪增壓器這就要提高發(fā)動機(jī)的排氣溫度和壓力，從而必然也消耗部分發(fā)動機(jī)的能量添加入排氣之中，作為渦輪驅(qū)動功。同時它提供的壓縮氣體，其溫度較高，使得發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷上升較多，而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)易出現(xiàn)爆震和熱負(fù)荷過高等問題。并且由于車用發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍大，廢氣渦輪增壓器等確實(shí)難以適應(yīng)，加之汽車原有潤滑和冷卻條件簡陋，也配不上高溫高速渦輪的嚴(yán)格要求，改造花費(fèi)大，以至增壓技術(shù)至今仍難以在汽車中小型發(fā)動機(jī)上普遍推廣采用。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種既能適用車用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化范圍，且能在中低速段提高增壓效果，使最大扭矩與最佳增壓效果點(diǎn)相接近，提高運(yùn)貨的能力，改變供需不協(xié)調(diào)狀況，受到一般用戶歡迎的可控變排量增壓器。
根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)所提出的解決方案，其結(jié)構(gòu)特征是，增壓器為可控變排量同心葉片式增壓器，是將四十年代試制成功的定排量同心葉片泵，改革成變排量型，再加上控制系統(tǒng)，創(chuàng)造成本質(zhì)全新的另一種增壓器。其葉片組合的旋轉(zhuǎn)中心與汽缸的幾何中心重合。在汽缸內(nèi)有一整體結(jié)構(gòu)的鼓筒。鼓筒的幾何中心與葉片組合的旋轉(zhuǎn)中心的偏心距，優(yōu)選為相對汽缸直徑比值的0.08～0.13。而鼓筒外徑與汽缸缸體內(nèi)徑的幾何位置為相割關(guān)系，以增大密封面積和效果。而葉片由中心軸定旋轉(zhuǎn)中心線。在鼓筒軸上裝有-電磁離合器，且受汽缸進(jìn)氣腔上部左面的自動電開關(guān)控制。當(dāng)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷大到需要增壓時，自動電開關(guān)使電磁離合器合攏，從而齒形皮帶輪帶動增壓器工作。如果功率下降到不需增壓時，則自動電開關(guān)分離電磁離合器，增壓器則停止旋轉(zhuǎn)。氣體經(jīng)旁通閥排出，恢復(fù)不增壓狀況。這樣改善了部分負(fù)荷虧油的情形。此外，在增壓器缸體的右下側(cè)，缸體進(jìn)氣段上有一活動弧形滑塊，該弧形滑塊受一套安裝在弧形滑塊后面的滑閥控制機(jī)構(gòu)所控制并通過一與弧形滑塊相連，安在弧形滑塊與滑閥控制機(jī)構(gòu)之間的執(zhí)行活塞帶動，可在水平方向上平行移動，從而調(diào)整增壓器葉片與缸體的嚙合弧線起始段，控制實(shí)際壓縮的氣體容積，以達(dá)到變排量的目的。在低速滿負(fù)荷時，弧形滑塊完全合攏，此時的進(jìn)氣體積最大，為最大排量。隨著轉(zhuǎn)速上升或功率下降，弧形滑塊在滑閥控制機(jī)構(gòu)的控制下，通過執(zhí)行活塞的帶動逐步離開汽缸幾何中心，減少了進(jìn)氣體積。從而實(shí)現(xiàn)了無級變排量的目的。優(yōu)于幾個增壓器并聯(lián)的方案，能滿足本發(fā)明的任務(wù)要求。
本發(fā)明的特征還在于弧形滑塊的滑閥控制機(jī)構(gòu)可以通過氣動、液壓或電磁任何一種控制方式進(jìn)行控制，且執(zhí)行活塞也可以是氣體或液體驅(qū)動的。
當(dāng)控制機(jī)構(gòu)為氣動控制方式時，其滑閥與兩個活塞做成了一體?；y的左端為滑閥控制活塞?；y控制活塞左面與進(jìn)氣腔相通，右面與增壓壓力相通。當(dāng)增壓壓力或進(jìn)氣真空度變化時，滑閥控制活塞將帶動滑閥向左或向右運(yùn)動，使得執(zhí)行活塞兩端分別與進(jìn)氣腔或增壓壓力相通，在活塞兩端形成壓差，從而帶動弧形滑塊隨執(zhí)行活塞一起向左或向右移動。進(jìn)而減小或增大增壓壓力，使得滑閥重新恢復(fù)到平衡位置，并同時切斷執(zhí)行活塞的進(jìn)出氣腔通路，而使弧形滑塊在一新的位置停定?；y的右端為進(jìn)氣真空度作用活塞。進(jìn)氣真空度作用活塞左面與進(jìn)氣腔相通，右面與大氣相通。其作用是，當(dāng)節(jié)風(fēng)門的開度變化時，放大進(jìn)氣腔真空度的影響，提高滑閥動作的靈敏度。在滑閥控制活塞左端裝有一可調(diào)壓力彈簧，用以根據(jù)需要來調(diào)整最適合的增壓壓力值。
此外，本發(fā)明的特征還有弧形滑塊的弧線為與汽缸缸體等半徑的弧線段，且弧形滑塊下部兩側(cè)各有一用于導(dǎo)向的導(dǎo)軌，以提高弧形滑塊的運(yùn)動穩(wěn)定性。
下面結(jié)合具體的實(shí)施例與附圖作進(jìn)一步說明圖1為本發(fā)明增壓器結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明增壓器的側(cè)視圖;
圖3為本發(fā)明增壓器的控制系統(tǒng)圖。
在附圖1與2中增壓器缸體(7)上部有一自動電開關(guān)(1)，當(dāng)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷大到需要增壓時，自動電開關(guān)(1)使電磁離合器(3)合攏，于是齒形皮帶輪(2)驅(qū)動鼓筒(6)，再經(jīng)關(guān)節(jié)銷(9)，推動葉片組合(8)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)后葉片尖轉(zhuǎn)到進(jìn)氣端(注有“進(jìn)”字的角度)時前后葉片間夾角形成扇形封閉腔。隨著葉片的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，由于鼓筒(6)與汽缸(7)的中心有一偏心距，其值優(yōu)選為與汽缸直徑比值的0.12。因此扇形腔的體積逐漸縮小，腔內(nèi)的氣體受到壓縮，壓力逐漸上升當(dāng)壓力達(dá)到需要值時，前葉片尖正好轉(zhuǎn)到注有“排”字的出口處。壓縮空氣被逐漸推出排氣口。如果負(fù)荷下降到不需要增壓時，則自動電開關(guān)(1)開放，鼓筒(6)與葉片組合(8)自動停止旋轉(zhuǎn)，此時氣體經(jīng)旁通閥(13)吸出排氣口，增壓器恢復(fù)不增壓狀態(tài)。
在缸體(7)的右下部設(shè)有一弧形滑塊(10)，弧形滑塊(10)與其后面的執(zhí)行活塞(12)相連，并受控于一氣動滑閥控制機(jī)構(gòu)(11)，可以左右平移。當(dāng)弧形滑塊(10)移到與汽缸(7)合攏時，此時排量最大。當(dāng)弧形滑塊(10)受控平移向右，葉片組合(8)的葉尖與弧形滑塊(10)之間，逐漸產(chǎn)生了間隙，同時弧形滑塊(10)與缸體(7)接合處，也逐漸產(chǎn)生了間隙，故在開始壓縮之前，將扇形腔有效體積適當(dāng)減少了。這樣就實(shí)現(xiàn)了變排量的目的，而且是在開始壓縮時減小部分體積，不同于渦輪增壓器的排氣旁通閥，是排掉較高壓的氣體，損失的能量較多。在弧形滑塊(10)下部兩側(cè)各有一用于導(dǎo)向的導(dǎo)軌(14)，因而提高了運(yùn)動的穩(wěn)定性。
弧形滑塊(10)的氣動滑閥控制機(jī)構(gòu)(11)中，有一與兩端活塞聯(lián)在一起的滑閥(15)，滑閥(15)左端是增壓壓力起作用的滑閥控制活塞(16)，右端是進(jìn)氣真空度作用活塞(17)，滑閥控制活塞(16)兩端分別通增壓氣體壓力(19)與進(jìn)氣腔的氣體壓力(20)。而進(jìn)氣真空度作用活塞(17)，右端與大氣壓力(24)相通，左端與進(jìn)氣腔氣體壓力(23)相通。兩活塞力的總和再與裝在滑閥控制活塞(16)左面的一調(diào)壓彈簧(18)相對抗。當(dāng)平衡時，執(zhí)行活塞(12)的進(jìn)出口全部閉死，則執(zhí)行活塞(12)不動，當(dāng)增壓壓力大于給定值時，則滑閥控制活塞(16)帶動滑閥(15)向左平移，于是執(zhí)行活塞(12)左邊通高壓氣體(22)，右面通低壓氣體(21)，迫使弧形滑塊(10)隨著執(zhí)行活塞(12)向右平移，自動減少空氣排量，增壓壓力也隨之降低。當(dāng)達(dá)到給定值時，滑閥(15)恢復(fù)平衡，再次切斷執(zhí)行活塞(12)的進(jìn)出氣腔通路，從而弧形滑塊(10)停止運(yùn)動?；y(15)右端的進(jìn)氣真空度作用活塞(17)，是用于當(dāng)節(jié)風(fēng)門關(guān)小時，放大進(jìn)氣腔真空度影響，使得滑閥(15)只要在進(jìn)氣壓力(23)稍微減小一點(diǎn)就能夠移動，從而提高了滑閥(15)動作的靈敏性。
本發(fā)明是因現(xiàn)有增壓器雖已證實(shí)了增壓增載尚無損于汽車壽命，但仍不受一般用戶歡迎?？墒橇粲写罅康恼磧煞矫娴慕?jīng)驗(yàn)和測試數(shù)據(jù)。壓氣機(jī)也有大量的數(shù)據(jù)。利用這些條件提高了計(jì)算的可靠性發(fā)現(xiàn)了變排量的方式用于增壓器，可收到出乎意料的效果。才經(jīng)多年奮斗，突破了一系列關(guān)鍵問題，終于創(chuàng)造了新型可控變排量增壓器。
本發(fā)明與現(xiàn)有增壓器相比較，它有效地解決了供需不協(xié)調(diào)的矛盾。使得高速時的增壓壓力略有下降，而中低速的增壓壓力卻大為提高，顯著增大了中低速段的增壓效益，使增壓所得益的時機(jī)和程度大增。特別是能夠做到在原機(jī)出現(xiàn)最大扭矩時，其增壓壓力接近最大。改變了現(xiàn)有增壓器在最高轉(zhuǎn)速時增壓壓力最高的狀況，所以顯著地提高了載荷能力(達(dá)一倍以上)，而最高壓壓力值反而能較現(xiàn)有的增壓器為低，因而發(fā)動機(jī)承受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷隨之降低。增壓后扭矩儲備系數(shù)也有所提高。并顯著地減輕了現(xiàn)有增壓器在高原出現(xiàn)的增壓氣體溫度過高的毛病。本發(fā)明還減免了現(xiàn)有增壓器在不利時虧油的時機(jī)和程度。一方面，本發(fā)明利用變排量的特點(diǎn)，接收到關(guān)小風(fēng)門的信息就自動將排量變小，從而適應(yīng)了部分負(fù)荷的要求，具有與節(jié)風(fēng)門相同的功能，但進(jìn)氣道中的阻力增大甚微，故在最不利時虧油也極微。另一方面，本發(fā)明備有電磁離合器，當(dāng)部分負(fù)荷完全降到原機(jī)可以提供的范圍內(nèi)，自動由增壓變?yōu)椴辉鰤籂顟B(tài)，終止虧油狀態(tài)的發(fā)展。所以，本發(fā)明較之現(xiàn)有增壓器，在爬坡、增載、加速和快跑時節(jié)油較多。在平路行車時，變成也能顯著節(jié)油。而在下坡、放空、減速、慢跑時，又不會將節(jié)來的油虧掉，因而顯著地提高了發(fā)動機(jī)增壓的綜合效益。
同時，由于本發(fā)明沒采用廢氣渦輪增壓技術(shù)，故有效地解決了發(fā)動機(jī)排氣壓力和溫度過高的問題從而使得發(fā)動機(jī)燃燒室剩余壓力低于進(jìn)氣壓力，填充效率較高故最高壓壓力可以較低，從而又降低了發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，為增壓技術(shù)在車用發(fā)動機(jī)上的推廣提供了完全適應(yīng)的增壓器。而且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，所需附件比渦輪增壓要少十幾種。因而成本低，且安裝、維修、操作方便，這對于本發(fā)明的推廣應(yīng)用都是十分有利的。
本發(fā)明的應(yīng)用適于在用車的改造，使油老虎車變得較新型車更節(jié)油，故可免遭淘汰，又適于提高新型車的使用性能，使之?dāng)U大運(yùn)輸能力，降低成本節(jié)約能源(卡車的平均載貨率較低。由于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的增載量很大，提高了拖掛額定載重量，使得平均載貨率只74%時，貨運(yùn)噸百公里油耗就能節(jié)約30%)。在前人的基礎(chǔ)上做出了巨大的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種可控變排量增壓器，包括齒形皮帶輪(2)，增壓器蓋板(4)，中心軸(5)，鼓筒(6)，壓縮汽缸缸體(7)和葉片組合(8)，以及電磁離合器(3)，其特征在于所述的鼓筒(6)外徑與汽缸缸體(7)內(nèi)徑的幾何位置為相割關(guān)系，且鼓筒(6)的幾何中心與葉片旋轉(zhuǎn)中心的偏心距優(yōu)選為相對汽缸缸體(7)直徑比值的0.08～0.13而在進(jìn)氣腔上部裝有一控制電磁離合器(3)的自動電開關(guān)(1)，且在增壓器進(jìn)出氣腔之間有一旁通閥(13)，此外，在汽缸缸體(7)的右下側(cè)進(jìn)氣段設(shè)有一活動弧形滑塊(10)，該弧形滑塊(10)與后面的執(zhí)行活塞(12)相連，且受控于滑閥控制機(jī)構(gòu)(11)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是弧形滑塊(10)的滑閥控制機(jī)構(gòu)(11)的控制方式可以是氣動、液壓或電磁任一種控制方式，且執(zhí)行活塞(12)也是由氣體或液體驅(qū)動的活塞。
3.按照權(quán)利要求
1和2所述的裝置，其特征是弧形滑塊(10)的滑閥控制機(jī)構(gòu)(11)可以是氣動滑閥自動控制機(jī)構(gòu)，其滑閥(15)的左端為與滑閥(15)做成一體的滑閥控制活塞(16)，滑閥(15)的右端為與滑閥(15)做成一體的進(jìn)氣真空度作用活塞(17)，滑閥控制活塞(16)左面與進(jìn)氣腔(20)相通，右面與增壓壓力(19)相通，而進(jìn)氣真空度作用活塞(17)左面與進(jìn)氣腔(23)相通，右面與大氣壓(24)相通，在滑閥控制活塞(16)左邊裝有一可調(diào)壓力彈簧(18)。
4.按照權(quán)利要求
1和2所述的裝置，其特征是弧形滑塊(10)的弧線為與汽缸缸體(7)等半徑的弧線段，且弧形滑塊(10)的下部兩側(cè)各有-用于導(dǎo)向用的導(dǎo)軌(14)。
5.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是鼓筒(6)為-整體結(jié)構(gòu)形式的鼓筒。
專利摘要
可控變排量增壓器。屬于發(fā)動機(jī)增壓裝置。為解決一般增壓器的排量在轉(zhuǎn)速和負(fù)荷兩方面均不能全程與發(fā)動機(jī)相適應(yīng)的矛盾，本發(fā)明采用了可調(diào)弧形滑塊對增壓器的進(jìn)氣體積實(shí)現(xiàn)按需變化，并由一套自動滑閥式控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。從而提高了中低速段的增壓效果，使噸貨百公里油耗節(jié)約30％，且無損于原車壽命，而運(yùn)貨能力提高一倍以上。本發(fā)明還采用變排量操縱負(fù)荷，取代常規(guī)變進(jìn)氣壓的方式，減少了能量損失。且備有自動電磁離合器，因而減免了供氣損失。且改裝簡便經(jīng)濟(jì)。
文檔編號F02D23/00GK87102106SQ87102106
公開日1988年4月13日 申請日期1987年11月8日
發(fā)明者周永升, 周滇曄 申請人:周永升導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan