壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統的制作方法
【專利摘要】壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，屬于壓縮空氣發動機領域，由高壓油泵（100）、高壓進氣閥門（102）、高壓氣罐（103）和低壓輸油系統（101）組成；低壓輸油系統（101）提供整個系統所需的液壓油來源；高壓油泵（100）提供高壓進氣閥門（102）開啟頻率和角度；高壓進氣閥門（102）將來自高壓氣罐103中的高壓氣體輸入到燃燒室（104）中。本實用新型通過調節高壓油泵（100）的撥叉（4），使液壓柱塞（5）旋轉不同角度，從而改變液壓柱塞有效行程，調節氣門開啟角度。
【專利說明】壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種壓縮空氣發動機高壓進氣系統，此系統可控制高壓氣瓶中高壓空氣直接工作于發動機，而不必經過穩壓后用節流方式控制發動機。
【背景技術】
[0002]往復活塞式發動機是壓縮空氣發動機應用于汽車的主要發動機形式，傳統的進氣方式采用凸輪、挺桿、搖臂、進氣門進氣方式。也有人試圖采用電磁閥控制進氣，到目前為止，還沒有高速、高壓、大流量的電磁閥問世。
[0003]現有技術中采用凸輪進氣門進氣方式控制壓縮空氣進氣，存在如下缺陷
[0004]進氣壓力過高:進氣門由于受到高壓空氣作用，使凸輪軸受力過大，為了保證凸輪軸安全，只能使進氣壓力降低，穩定到一個很低的壓力值，如2MPa。這無形中損失了很大一部分壓縮空氣的壓力能。
[0005]進氣角度固定，當發動機結構參數確定以后，其進氣角度便由凸輪行線確定下來，調整發動機功率需調節進氣量，由于進氣角度一定，調節進氣量只能采用節流方式，即調節進氣調節閥開度。這又損失了一部分能量。
[0006]傳統的進氣門的氣閥底部為一平面，如果通入高壓氣體，這個平面所承受的壓力很大，如果要開啟，需給氣門加一很大的力才可打開氣門。以目前的材料，很難解決大壓力的高壓空氣的開關問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于設計一種往復活塞式壓縮氣體發動機的高壓空氣進氣系統，壓縮空氣可由高壓氣瓶直接進入發動機而不必經過穩壓系統，通過控制高壓油泵柱塞角度，控制進氣門開啟角度，從而控制發動機功率。
[0008]本發明的技術方案是:提供了一種壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，由高壓油泵、高壓進氣閥門、高壓氣罐和低壓輸油系統組成；低壓輸油系統提供整個系統所需的液壓油來源；高壓油泵提供高壓進氣閥門開啟頻率和角度；高壓進氣閥門將來自高壓氣罐中的高壓氣體輸入到燃燒室中。
[0009]高壓油泵采用改裝的凸輪液壓柱塞結構，取消進油孔，保留出油孔，液壓柱塞頂面加高，液壓柱塞的頂端一直高于出油孔，取消出油閥；高壓油管一端連通高壓油泵的液壓柱塞頂端油腔，另一端連通高壓進氣閥門中的液壓傳輸裝置中；高壓進氣閥門按照高壓油泵提供的頻率和液壓將來自高壓氣罐中的高壓氣體輸入到燃燒室中。
[0010]低壓輸油系統由儲油罐、低壓輸油泵和溢流閥組成；將儲油罐、低壓輸油泵和溢流閥相互串連成閉環油路系統；高壓油泵的出油孔接入溢流閥和低壓儲油罐之間的管路上；高壓進氣閥門的進油單向閥接入溢流閥和低壓輸油泵之間的管路上。
[0011]高壓進氣閥門由氣門油腔、上氣門桿、下氣門桿、氣門座、氣門閥、氣腔、高壓空氣進口、高壓空氣出口、導向管和導向桿組成；氣門閥為傘形，氣門閥上下沿中心軸形成固定貫穿的上氣門桿和下氣門桿；上氣門桿的頂端固定同軸的空心導向桿；導向桿的直徑比上氣門桿直徑小；氣門桿導向管套在導向桿的外面；氣門桿導向管上端固定在氣門油腔底面下，下端與閥座固定；在桿導向管底端和上氣門桿頂端之間開有緩沖油腔；緩沖油腔通過導向桿的中空緩沖油道與氣門油腔連通；上氣門桿的頂端與緩沖油腔之間用油密封加以密封；油密封以下的上氣門桿的小段區域用氣密封加以密封住；油密封和氣密封之間留有通向大氣的泄氣泄油孔；油密封和氣密封固定在上氣門桿上，導向桿和氣門桿可沿軸向上下運動；運動的幅度是氣密封始終不高于泄氣泄油管孔，油密封始終不低于泄氣泄油管孔；上氣門桿的氣密封以下區域為氣腔；下氣門桿的底端穿過氣腔；氣腔最底端與下氣門桿之間用氣密封加以密封；氣門閥位于氣腔內高壓空氣出口和高壓空氣進口之間，用于隔斷高壓出氣腔和高壓進氣腔；氣門閥隨著氣門的上下運動打開或者閉合；高壓空氣進口與高壓氣罐連通；高壓空氣出口與發動機燃燒室連通；高壓油管一端連通高壓油泵的液壓柱塞頂端油腔，另一端連通氣門油腔；氣門桿通過安裝在氣門閥上的復位彈簧復位。
[0012]復位彈簧為金屬彈簧，復位彈簧一端固定于高壓進氣腔內的底面上，另一端固定于傘形氣門閥的下底面上。
[0013]本發明的有益效果在于將下氣門桿伸出閥底部，減少了高壓空氣對氣門桿向上的壓力，減小氣門開啟的作用力或壓緊彈簧的預緊力。
[0014]為了防止高壓空氣經氣門桿竄入液壓系統，設計了兩道密封，一道密封氣體，一道密封高壓油。中間開有泄氣泄油孔，泄露的高壓氣體和液壓油經孔排出。
[0015]調節撥叉，使液壓柱塞旋轉不同角度，從而改變液壓柱塞有效行程，調節氣門開啟角度。
[0016]獨特的泵-氣門液壓控制結構，便于調節進氣量，同時降低了制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為液壓控制高壓進氣系統結構示意圖。
[0018]圖2為氣門閥結構剖視圖。
[0019]圖中I凸輪、2滾輪、3高壓油泵彈簧、4撥叉、5液壓柱塞、6柱塞油槽、7出油孔、8儲油罐、9低壓輸油泵、10溢流閥、11高壓油管、12單向閥、13氣門油腔、14導向管、15緩沖油道、16緩沖油腔、17油密封、18氣密封、19高壓出氣腔、20進氣閥座、21高壓空氣進口、22氣密封、23下氣門桿、25復位彈簧、26氣門閥、27高壓空氣出口、28上氣門桿、29泄氣泄油孔、30導向桿、31高壓進氣腔、100高壓油泵、101低壓輸油系統、102高壓進氣閥門、103高壓氣罐、104燃燒室。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明做詳細的說明。
[0021]壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，由高壓油泵100、高壓進氣閥門102、高壓氣罐103和低壓輸油系統101組成；低壓輸油系統101提供整個系統所需的液壓油來源；高壓油泵100提供高壓進氣閥門102開啟頻率和角度；高壓進氣閥門102將來自高壓氣罐103中的高壓氣體輸入到燃燒室104中。
[0022]高壓油泵100采用改裝的凸輪液壓柱塞結構，取消進油孔，保留出油孔7，液壓柱塞5頂面加高，液壓柱塞5的頂端一直高于出油孔7，取消出油閥；高壓油管11 一端連通高壓油泵100的液壓柱塞頂端油腔，另一端連通高壓進氣閥門102中的液壓傳輸裝置中；高壓進氣閥門102按照高壓油泵100提供的頻率和液壓將來自高壓氣罐103中的高壓氣體輸入到燃燒室104中。
[0023]低壓輸油系統101由儲油罐8、低壓輸油泵9和溢流閥10組成；將儲油罐8、低壓輸油泵9和溢流閥10相互串連成閉環油路系統；高壓油泵100的出油孔7接入溢流閥10和低壓儲油罐8之間的管路上；高壓進氣閥門102的進油單向閥12接入溢流閥10和低壓輸油泵9之間的管路上。
[0024]高壓進氣閥門102由氣門油腔13、上氣門桿28、下氣門桿23、氣門座20、氣門閥26、氣腔、高壓空氣進口 21、高壓空氣出口 27、導向管14、導向桿30組成；氣門閥26為傘形，氣門閥26上下沿中心軸形成固定貫穿的上氣門桿28和下氣門桿23 ;上氣門桿28的頂端固定同軸的空心導向桿30 ;導向桿30的直徑比上氣門桿28直徑小；氣門桿導向管14套在導向桿30的外面；氣門桿導向管14上端固定在氣門油腔13底面下,下端與閥座固定；在桿導向管14底端和上氣門桿28頂端之間開有緩沖油腔16 ;緩沖油腔16通過導向桿30的中空緩沖油道15與氣門油腔13連通；上氣門桿28的頂端與緩沖油腔16之間用油密封17密封；油密封17以下的上氣門桿28的小段區域用氣密封18密封住；油密封17和氣密封18之間留有通向大氣的泄氣泄油孔29 ;油密封17和氣密封18固定在上氣門桿28上，導向桿30和氣門桿可沿軸向上下運動；運動的幅度是氣密封18始終不高于泄氣泄油管孔29，油密封17始終不低于泄氣泄油管孔29 ;上氣門桿的氣密封18以下區域為氣腔；下氣門桿23的底端穿過氣腔31 ;氣腔最底端與下氣門桿23之間用氣密封22密封；氣門閥26位于氣腔內高壓空氣出口 27和高壓空氣進口 21之間，用于隔斷高壓出氣腔19和高壓進氣腔31 ;氣門閥26隨著氣門的上下運動打開或者閉合；高壓空氣進口 21與高壓氣罐103連通；高壓空氣出口 27與發動機燃燒室104連通；高壓油管11 一端連通高壓油泵100的液壓柱塞頂端油腔，另一端連通氣門油腔13 ;氣門桿通過安裝在氣門閥26上的復位彈簧25復位。
[0025]復位彈簧25為金屬彈簧，復位彈簧25 —端固定于高壓進氣腔31內的底面上，另一端固定于傘形氣門閥26的下底面上。
[0026]本發明的工作過程如下:
[0027]高壓油泵凸輪I上行時，柱塞油槽6與出油孔7不連通，柱塞5上行，液壓油處于密封空間，液壓油受壓，壓力升高，液壓油流向氣門油腔13和緩沖油腔16，頂開氣門閥26，高壓空氣由高壓空氣進氣口 21經過氣門閥26與氣門閥座20間隙進入高壓出氣腔，再由高壓空氣出口 27進入發動機。
[0028]由于單向閥12關閉，低壓液壓油經低壓輸油泵9打壓后，由溢流閥10流回儲油罐8。
[0029]高壓油泵凸輪I上行時，柱塞油槽6與出油孔7連通，柱塞5繼續上行，柱塞油槽6與出油孔7連通，高壓油管11內的高壓油泄壓，液壓油經由氣門油腔13、緩沖油腔16、高壓油管11、柱塞油槽6、出油孔7泄回儲油罐8，當高壓油管11內的液壓低于溢流閥10的限定值時，單向閥12打開。氣門閥26在復位彈簧25作用下回落，緩沖油道15與緩沖油腔16的流通面積隨著氣門閥26回落逐漸減小，緩沖油腔16內壓力升高，氣門閥26回落速度減緩，直至氣門閥26關閉。[0030]高壓油泵凸輪I下行時，柱塞5下行，油壓容積變大，液壓油經單向閥12提供。氣門關閉。
[0031]高壓油泵凸輪I在基圓運行時，液壓油經單向閥12已充滿高壓油管11及氣門油腔13，單向閥12關閉，氣門閥26關閉，低壓輸油泵9加壓的液壓油經溢流閥10流回儲油罐8。
[0032]氣門閥26開啟角度調整方法如下:
[0033]通過調整撥叉4，從而改變柱塞5有效行程，實現氣門閥26不同開度。
【權利要求】
1.壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，其特征在于由高壓油泵(100)、高壓進氣閥門(102)、高壓氣罐(103)和低壓輸油系統(101)組成；低壓輸油系統(101)提供整個系統所需的液壓油來源；高壓油泵(100)提供高壓進氣閥門(102)開啟頻率和角度；高壓進氣閥門(102)將來自高壓氣罐103中的高壓氣體輸入到燃燒室(104)中。
2.根據權利要求1所述的壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，其特征在于高壓油泵(100)采用改裝的凸輪液壓柱塞結構，取消進油孔，保留出油孔(7)，液壓柱塞(5)頂面加高，液壓柱塞(5)的頂端一直高于出油孔(7)，取消出油閥；高壓油管(11) 一端連通高壓油泵(100)的液壓柱塞頂端油腔，另一端連通高壓進氣閥門(102)中的液壓傳輸裝置中；高壓進氣閥門(102)按照高壓油泵(100)提供的頻率和液壓將來自高壓氣罐(103)中的高壓氣體輸入到燃燒室(104)中。
3.根據權利要求1所述的壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，其特征在于低壓輸油系統(101)由儲油罐(8)、低壓輸油泵(9)和溢流閥(10)組成；將儲油罐(8)、低壓輸油泵(9)和溢流閥(10)相互串連成閉環油路系統；高壓油泵(100)的出油孔(7)接入溢流閥(10)和低壓儲油罐(8)之間的管路上；高壓進氣閥門(102)的進油單向閥(12)接入溢流閥(10)和低壓輸油泵(9)之間的管路上。
4.根據權利要求1所述的壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，其特征在于高壓進氣閥門(102)由氣門油腔(13)、上氣門桿(28)、下氣門桿(23)、氣門座(20)、氣門閥(26)、氣腔、高壓空氣進口(21)、高壓空氣出口(27)、導向管(14)、導向桿(30)組成；氣門閥(26)為傘形，氣門閥(26)上下沿中心軸形成固定貫穿的上氣門桿(28)和下氣門桿(23);上氣門桿(28)的頂端固定同軸的空心導向桿(30);導向桿(30)的直徑比上氣門桿(28)直徑小；氣門桿導向管(14)套在導向桿(30)的外面；氣門桿導向管(14)上端固定在氣門油腔(13)底面下，下端與閥座固定；在桿導向管(14)底端和上氣門桿(28)頂端之間開有緩沖油腔(16);緩沖油腔(16)通過導向桿(30)的中空緩沖油道(15)與氣門油腔(13)連通；上氣門桿(28)的頂端與緩沖油腔(16)之間用油密封(17)密封；油密封(17)以下的上氣門桿(28)的小段區域用氣密封(18 )密封住；油密封(17 )和氣密封(18 )之間留有通向大氣的泄氣泄油管孔(29);油密封(17)和氣密封(18)固定在上氣門桿(28)上，導向桿(30)和氣門桿可沿軸向上下運動；運動的幅度是氣密封(18)始終不高于泄氣泄油管孔(29)，油密封(17)始終不低于泄氣泄油管孔(29);上氣門桿的氣密封(18)以下區域為氣腔；下氣門桿(23)的底端穿過氣腔(31);氣腔最底端與下氣門桿(23)之間用氣密封(22)密封；氣門閥(26)位于氣腔內高壓空氣出口(27)和高壓空氣進口(21)之間，用于隔斷高壓出氣腔(19)和高壓進氣腔(31);氣門閥(26 )隨著氣門的上下運動打開或者閉合；高壓空氣進口( 21)與高壓氣罐(103)連通；高壓空氣出口(27)與發動機燃燒室(104)連通；高壓油管(11) 一端連通高壓油泵(100)的液壓柱塞頂端油腔，另一端連通氣門油腔(13);氣門桿通過安裝在氣門閥(26)上的復位彈簧(25)復位。
5.根據權利要求4所述的壓縮空氣發動機液壓控制高壓進氣系統，其特征在于復位彈簧(25)為金屬彈簧，復位彈簧(25) —端固定于高壓進氣腔(31)內的底面上，另一端固定于傘形氣門閥(26)的下底面上。
【文檔編號】F01L9/02GK203730088SQ201420118026
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】孫培巖, 滿長忠, 唐運榜, 孫新雨, 黃平, 趙百東, 高新, 宋海波, 辛志鵬 申請人:大連理工大學, 大連桑特爾汽車電子有限公司