專利名稱：根據廢氣總壓峰值調節的排氣機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種活塞發動機排氣機構，具體涉及一種可根據廢氣總壓峰值來調節活塞氣缸排氣門開啟時機的排氣機構。
在傳統的活塞發動機中，由于在作功沖程結束時廢氣的壓力還比較大，因此直接將廢氣排放到大氣中必然使部分氣壓能沒有利用，降低了發動機的效率，同時產生噪音污染。由于城市交通車輛多，這種噪音對城市環境的污染更為突出。
有些活塞式發動機的壓縮沖程和作功沖程是在不同的氣缸內完成的，甚至是由不同的機器完成的。例如在高壓燃氣驅動的發動機中，壓縮沖程和作功沖程是由不同的氣缸完成的；在壓縮空氣驅動的發動機中，空氣的壓縮和壓縮空氣的膨脹作功是由不同的機器完成的；在高壓蒸汽驅動的發動機中，高壓蒸汽的產生是由水受熱汽化產生的，而高壓蒸汽的膨脹作功是在發動機的氣缸內完成的。在本文中將這類發動機統稱為高壓氣體驅動的活塞發動機。
在高壓氣體驅動的活塞發動機中，當排氣活門開啟時，如果高壓氣體沒有完全膨脹，則一方面由于沒有充分利用高壓氣體的壓力能量而使發動機效率下降；另一方面由于氣缸內外壓力差大而在排氣門打開的瞬間產生爆音，產生很大的排氣噪音。如果進入氣缸的高壓氣體較少，高壓氣體已經完全膨脹，而排氣門還沒有打開，則氣缸內的氣體壓力會低于外界大氣壓力，過度膨脹的氣體向外作負功，消耗發動機的機械能，降低了發動機的效率。
本實用新型的目的是克服上述現有技術的缺陷，提供一種可根據廢氣總壓峰值來調節活塞氣缸排氣門開啟時機以使氣缸氣體壓力接近外界大氣壓力的發動機排氣機構。
本實用新型的目的是通過下面的技術方案實現的。本實用新型包括發動機活塞、氣缸、氣流通道和排氣門，其特征在于在發動機上設置一可控制氣流通道和氣缸之間的排氣門開啟時機的控制機構。控制機構由總壓峰值傳感器、執行機構和計算機組成，總壓峰值傳感器設置于氣流通道上，與計算機連接，計算機與執行機構相接，執行機構又與排氣門相接，由計算機向執行機構發出指令，控制排氣門的啟閉時機。其中總壓峰值傳感器由總壓探頭、貯壓腔、總壓膜片組成，總壓探頭設在氣流通道內，貯壓腔內壁上設有與氣流相通的進氣嘴，其內設總壓膜片和由總壓膜片控制的單向進氣口，在貯壓腔內壁上還開設有壓力傳感器和與外界大氣相通的節流孔。本實用新型控制機構還可由總壓膜片、貯壓腔、控制膜片和分油活門組成，所述總壓膜片設置在貯壓腔內，可封閉設在貯壓腔內且與其相連通的單向進氣口的進氣通道，貯壓腔內還設一控制膜片，可控制分油活門作左右移動，三通控制閥分別與活塞左腔、活塞右腔和低壓油管相通。通過上述控制機構來調節排氣門的開啟時機使氣缸內氣體壓力在排氣門開啟時接近外界大氣壓力，從而實現了本實用新型的目的。
本實用新型具有以下技術效果1、可充分利用壓縮氣體的壓力能，將盡可能多的壓力能轉化為機械能，發動機效率得以提高。
2、可使排氣門開啟時氣缸內壓力盡可能接近外界大氣的壓力，消除了排放廢氣時產生的爆音，減少了發動機噪音，有利于環保。
圖1為本實用新型實施例一結構示意圖；圖2為本實用新型總壓峰值傳感器結構示意圖；圖3為本實用新型實施例二結構示意圖；圖4為本實用新型可調排氣門排氣角示意圖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。
在高壓氣體驅動的活塞發動機中，氣缸內的高壓氣體的進氣量可以調節，因此，高壓氣體完全膨脹時發動機活塞處于不同的位置時，通過對排氣門的開啟時機進行調節，使進入氣缸內的高壓氣體既能夠完全膨脹作功，又不會過度膨脹消耗發動機的機械能而導致發動機效率下降。這樣，發動機既可充分利用氣體的壓力能，同時發動機排氣噪音很小，還可以取消或簡化發動機消音排氣管。
高壓氣體驅動的活塞發動機在配氣量較小時，存在兩種情況需要對排氣門開啟時機進行調節。第一，在氣缸中氣體還沒有完全膨脹時。這種情況下，沒有完全膨脹的氣體流向排氣管，壓力能轉化為氣體的動能，將產生較大的噪音，使氣體能量利用率降低，因此，此時排氣門開啟時機應推后。第二，在氣缸中的氣體已經完全膨脹了，而排氣門還沒有打開，此時氣缸中的氣體過度膨脹，氣體壓力低于外界大氣壓力，形成負壓，發動機活塞必須消耗機械能來克服氣缸內的負壓，在這種情況下，排氣門開啟時機應提前。
本實用新型根據廢氣總壓峰值的大小來控制排氣門在上述兩種情形的開啟時機，使發動機廢氣總壓峰值保持在一定范圍內，盡可能接近大氣壓力，從而消除排放廢氣時所產生的噪音。
本實用新型包括發動機活塞16、氣缸15、氣流通道1、排氣門14，其特征是本實用新型在發動機上設置控制機構13，該控制機構13可控制氣缸15上排氣門14的開啟時機，使發動機廢氣總壓的峰值與外界大氣壓力保持一致。
本實用新型控制機構13有兩種不同的實施方式，現分述如下實施例一如圖1所示，本實施例控制機構13由總壓峰值傳感器17、執行機構33和計算機20組成，總壓峰值傳感器17設置在氣流通道1上，與計算機20相接，該傳感器可以檢測氣流總壓的峰值，從而反映氣缸15內氣體在排氣門14開啟瞬間的壓力值，它將所感受的壓力信號傳遞給計算機20，由計算機20發出指令給與計算機20相連接的執行機構33，該執行機構可對排氣門14進行調節，以改變排氣門14的開啟時機，使發動機廢氣總壓峰值保持在一定范圍內，盡可能接近外界大氣壓力。本實用新型的計算機20可采用8051單片機。
總壓峰值傳感器17的結構如圖2所示，它由總壓探頭2、貯壓腔7、總壓膜片5所構成，總壓探頭2設在氣流通道1內，可探測氣體的動壓，貯壓腔7內壁上開設一與氣流通道1相通的進氣嘴3，氣流可從該進氣嘴3內進入，在貯壓腔7內，設總壓膜片5，該膜片與密封彈簧6貼合，在其彈簧力作用下，可封閉與設置在其相對位置的單向進氣口4。單向進氣口4可連通貯壓腔7，由總壓膜片5控制取進氣口的啟閉，當氣體壓力大于貯壓腔7內的壓力時，總壓膜片5向右移動，打開單向進氣口4，氣體可通過其進入到貯壓腔7內。在貯壓腔7內壁上還開設有壓力傳感器10和與外界大氣相通的節流孔11。單向進氣口4打開時流通阻力很小，而貯壓腔7和外界大氣12連通的貯壓腔節流孔11的流通阻力很大，所以貯壓腔7的壓力基本上等于被測氣流的總壓峰值，并且下降很慢。
總壓膜片5左邊受到的力主要是來自進氣嘴3的氣壓力，右邊主要是貯壓腔7的氣壓力，密封彈簧6的彈簧力較小，主要是保證單向進氣口4的密封。當進氣嘴3進入的氣體壓力比貯壓腔7的壓力大時，總壓膜片右移，打開貯壓腔7內的單向進氣口4，由于該進氣口與貯壓腔7連通，貯壓腔7內的壓力迅速增加，和被測氣流總壓基本相等，這時，壓力傳感器10可以檢測到貯壓腔7內部變化緩慢的氣體壓力。
對于具有較高動壓和脈動特征的氣流，采用一般的壓力傳感器只能檢測到氣流總壓的平均值，無法檢測到氣流總壓的峰值，因而無法反映排氣門14開啟瞬間氣缸15內的氣體壓力。總壓峰值傳感器17一方面采用總壓探頭2檢測氣流的總壓，另一方面采用單向進氣口4和總壓膜片5的結構，檢測到氣流總壓的脈動峰值，結構簡單，比較準確。
排氣門14的排氣角如圖4所示，排氣角21可以在一定范圍內調節，最小值為180度，排氣角21與180度的差值為提前排氣角22，提前排氣角22最小值為零。
實施例二如圖3所示，本實施例控制機構13由總壓膜片5、貯壓腔7、控制膜片24、分油活門25和執行機構活塞30等組成，總壓膜片5設在貯壓腔7內，可封閉設于貯壓腔7內與貯壓腔7相通的單向進氣口4的進氣通道。在貯壓腔7內還設有控制膜片24，該控制膜片24與三通控制閥8上分油活門25緊密貼合，可控制分油活門25的左右移動。三通控制閥8分別與執行機構活塞30劃分的活塞左腔31、右腔29和低壓油管26相通。在分油活門25的另一側設一調整螺釘23，可調整控制膜片24和分油活門25的平衡位置。
在貯壓腔7內壁上還設有一與外界大氣12相通的節流孔11，由于貯壓腔7的單向進氣口4的氣流阻力很小，而貯壓腔節流孔11阻力很大，因此，貯壓腔7的壓力基本上等于氣流總壓的峰值。
當氣流通道1氣流的總壓增大時，總壓膜片5下移，打開單向進氣口4，貯壓腔7中的壓力迅速上升，推動控制膜片24右移，分油活門25右移，關小活塞左腔29的回油口，同時增大活塞右腔31的回油口，因此活塞左腔29壓力上升，活塞右腔31壓力下降，執行機構活塞30右移。減小排氣門14的提前排氣角22，使發動機活塞16作功的行程增加，氣體排放時的總壓相應減小。
當貯壓腔7的氣體壓力大于外界大氣12的壓力和被測氣流1的總壓時，貯壓腔7的氣體通過貯壓腔節流孔11不斷流到外界大氣12，貯壓腔7的壓力緩慢下降，控制膜片24左移，分油活門25左移，活塞右腔31的壓力增加，活塞左腔29的壓力減小，執行機構活塞30左移，增大排氣門14的提前排氣角22，減小發動機活塞16的作功行程，氣體排放時的總壓相應增加。
上述調整的結果使廢氣總壓峰值和外界大氣壓力的差值保持在一定范圍內，使排氣門14開啟時氣缸15內氣體壓力接近外界大氣壓力。達到了根據廢氣總壓峰值調節的排氣機構的目的。
權利要求1.一種根據廢氣總壓峰值調節的排氣機構，它包括發動機活塞、氣缸、排氣門、氣流通道，其特征在于在發動機上設置一可控制氣流通道和氣缸之間的排氣門開啟時機的控制機構。
2.根據權利要求1所述的根據廢氣總壓峰值調節的排氣機構，其特征在于控制機構由總壓峰值傳感器、執行機構和計算機組成，總壓峰值傳感器設置于氣流通道上，與計算機連接，計算機與執行機構相接，執行機構又與排氣門相接。
3.根據權利要求1所述的根據廢氣總壓峰值調節的排氣機構，其特征在于控制機構由總壓膜片、貯壓腔、控制膜片和分油活門組成，所述總壓膜片設置在貯壓腔內，可封閉設在貯壓腔內且與其相連通的單向進氣口的進氣通道，貯壓腔內還設一控制膜片，可控制分油活門作左右移動，三通控制閥分別與活塞左腔、活塞右腔和低壓油管相通。
4.根據權利要求2所述的根據廢氣總壓峰值調節的排氣機構，其特征在于總壓峰值傳感器由總壓探頭、貯壓腔、總壓膜片組成，總壓探頭設在氣流通道內，貯壓腔內壁上設有與氣流相通的進氣嘴，其內設總壓膜片和由總壓膜片控制的單向進氣口，在貯壓腔內壁上還開設有壓力傳感器和與外界大氣相通的節流孔。
專利摘要一種根據廢氣總壓峰值調節的排氣機構,它包括發動機活塞、氣缸、氣流通道和排氣門,其特征在于它可通過其上所設的控制機構控制設置在氣流通道和氣缸之間的排氣門開啟時機以改變發動機廢氣所產生的壓力峰值。本實用新型控制機構由總壓峰值傳感器、執行機構和計算機組成或由總壓膜片、貯壓腔、控制膜片和分油活門組成,上述機構可根據廢氣總壓峰值來調節活塞氣缸排氣門開啟時機以使氣缸氣體壓力接近外界大氣壓力,發動機效率得以提高。
文檔編號F02D13/00GK2480559SQ0123525
公開日2002年3月6日 申請日期2001年6月6日 優先權日2001年6月6日
發明者車國輪 申請人:車國輪