CN102305103A - 一种空气动力发动机进气控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气动力发动机进气控制装置，包括内设有内腔的壳体，壳体内安装有由空气动力发动机同步驱动的转轴，壳体内还安装有连通壳体内外并朝向转轴设置的控制腔，控制腔内段插装有能与控制腔腔壁轴向密封滑动配合的滑轴，滑轴内设有开口向外的滑轴腔，外壳内还设有与控制腔中部连通的进气道，滑轴上设有使滑轴腔与进气道连通的进气孔，转轴上固设有驱动滑轴向外滑动的凸轮，滑轴内端套装有使滑轴内端弹性压紧在凸轮上的弹簧。采用本结构的空气动力发动机进气控制装置，结构合理，能够与发动机同步动作，供气切换准确、及时，且工作稳定，适合配合空气动力发动机使用，有助于空气动力发动机长期稳定运行。

Description

一种空气动力发动机进气控制装置

技术领域

本发明涉及一种空气动力发动机进气控制装置。

背景技术

发动机（Engine），又称为引擎，是一种能够把其它形式的能转化为另一种能的机器，通常是把化学能转化为机械能。发动机在各行各业中应用非常广泛，通过使用由发动机驱动的各种机械，可以帮助人们完成各种工作，给人们的工作和生活带来了便利。目前我们常见的发动机都是通过燃烧燃料来转化能量的，根据所用燃料的不同，发动机一般分为燃油发动机和燃气发动机。无论哪种发动机，在工作时都会排放大量有害气体，而且工作时间越长，所排放的有害气体越多。传统发动机工作时，都是依赖于燃油或燃气的，而这些燃油或燃气在地球上的存量越来越少，经常出现无油或无气可用的情况，影响了人们的正常使用。现在，人们为了解决发动机对燃气或燃油的依赖，开始研发依靠压缩空气作为动力进行做功的发动机。这种发动机的结构与传统内燃机的结构大致相同，都包括曲轴，及与之配合的气缸和活塞，不同之处在于气缸的入口是通过进气控制系统通入的压缩空气。所述进气控制系统的主要作用，是对流入气缸内的压缩空气进行通断控制，是空气动力发动机的关键控制部件。现阶段，所采用的进气控制装置都是采用手动阀门来进行控制，由于不能及时配合气缸动作，导致空气动力发动机工作极不稳定，尤其是在对多缸空气动力发动机的进气次序及时序进行控制时，这种进气控制系统的缺陷就更加明显。而且，传统的空气动力发动机进气控制装置没有调节气流流量大小的作用，也就实现不了控制空气动力发动机转速的目的，严重制约了空气动力发动机的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足提供一种结构合理，能够与发动机同步动作，供气切换准确、及时，且工作稳定的空气动力发动机进气控制装置。

为解决上述技术问题，本空气动力发动机进气控制装置的结构特点是：包括内设有内腔的壳体，壳体内安装有由空气动力发动机同步驱动的转轴，壳体内还安装有在转轴驱动下对空气动力发动机的气源进行通断控制的通断控制机构，所述通断控制机构包括连通壳体内外并朝向转轴设置的控制腔，控制腔内段插装有能与控制腔腔壁轴向密封滑动配合的滑轴，滑轴内设有开口向外的滑轴腔，外壳内还设有与控制腔中部连通的进气道，滑轴上设有使滑轴腔与进气道连通的进气孔，转轴上固设有驱动滑轴向外滑动的凸轮，滑轴内端套装有使滑轴内端弹性压紧在凸轮上的弹簧。

本结构的空气动力发动机进气控制装置是通过同步传动和柱塞式通断结构来实现能够与发动机同步动作，供气切换准确、及时，且工作稳定的。

柱塞式通断结构主要包括设置在壳体控制腔内的滑轴，滑轴外表面与控制腔内表面轴向滑动密封配合。当滑轴在凸轮驱动下沿控制腔轴向滑动时，使滑轴上的进气孔与进气道对应连通时，与进气道连通的压缩气源便通过进气孔及滑轴腔向空气动力发动机的对应气缸内供气。当滑轴继续轴向滑动且使进气孔与进气道错开时，压缩气源向空气动力发动机供气的通道被本空气动力发动机进气控制装置切断。当滑轴反向轴向滑动且使滑轴上的进气孔与壳体上的进气道再次连通时，压缩气源通过本空气动力发动机进气控制装置再次向空气动力发动机供气。这样，本空气动力发动机进气控制装置通过滑轴在控制腔内的轴向滑动，就实现了压缩气源对空气动力发动机的切换供气，保证了空气动力发动机的正常工作。

同步传动结构主要包括设置在内腔中的转轴，转轴通过凸轮驱动滑轴在控制腔内轴向移动，转轴与空气动力发动机输出轴同步传动连接。这样，当空气动力发动机启动时，空气动力发动机输出轴将驱动转轴同步转动，进而使转轴通过凸轮驱动滑轴做同步伸缩动作。因此，本空气动力发动机进气控制装置在机械机构上，实现了与所连接空气动力发动机的同步动作，保证了本空气动力发动机进气控制装置的切换气动作准确、及时，及与空气动力发动机的活塞动作相一致，有助于空气动力发动机的稳定运转。

作为改进，所述控制腔外段安装有使控制腔内气体向外排出的单向阀。

在控制腔外段安装单向阀，可以保证压缩气源只能经本空气动力发动机进气控制装置向空气动力发动机供气，避免了压缩气源回流，保证了空气动力发动机的正常工作。

作为进一步改进，所述通断控制机构的数量与空气动力发动机内的气缸数量一致，且凸轮依次驱动滑轴的次序与空气动力发动机气缸内的活塞动作次序相配合。

空气动力发动机的气缸数量增多可以增大输出功率，还能使输出速度更加平稳。与多缸空气动力发动机配套的空气动力发动机进气控制装置中凸轮驱动各滑轴的次序与空气动力发动机气缸内对应活塞的动作次序相对应，这样可以依次为空气动力发动机的各个气缸供气，驱动各活塞协调动作，使空气动力发动机输出稳定的动力。

作为进一步改进，所述控制腔内段内还安装有滑动密封套装滑轴的滑套，滑套靠近转轴的一端延伸出控制腔，滑套上设有与进气道对应的连通孔。

通过在控制腔内设置与滑轴配合的滑套，有助于对滑轴和滑套进行维护保养，使本空气动力发动机进气控制装置的寿命更长，工作更稳定。将滑套延伸出控制腔设置，可以为滑轴提供更可靠的支撑，使滑轴滑动更稳定。

作为更近一步改进，壳体上设有定位孔，滑套上设有与定位孔对应的定位槽，定位孔内螺接有延伸到定位槽内的定位螺栓。

通过壳体上的定位孔，可以将定位螺栓拧紧到滑套上的定位槽内，对滑套进行固定，使本空气动力发动机进气控制装置工作更稳定。

作为改进，滑轴内端套装有仅能绕滑轴轴向转动的转套，控制腔内端和转轴之间还设置有辅助腔，转套插装在辅助腔内且两者轴向滑动配合，转套上安装有与凸轮滚动配合的滚轮。

在滑轴内端通过转套安装滚轮，可以使凸轮在驱动滑轴轴向滑动时将先与滚轮进行滚动配合，这样，摩擦力更小，配合更顺畅，也减小了滑轴的磨损，使滑轴5的进气孔与进气道配合更准确。

作为进一步改进，滑轴还能与控制腔内段转动配合，壳体内还安装有驱动滑轴内段转动的调速机构。

通过调速机构可以驱动滑轴在控制腔内转动，这样就可以改变滑轴的进气孔与进气道口部重合面积的大小，从而起到调节压缩气源流经通道横街面积的大小，也就起到了调节供给空气动力发动机压缩空气流量大小的作用，最终起到调节控制动力发动机输出转速的作用。

作为一种实现方式，所述调速机构包括固设在滑轴内端的摇臂，转套上设有与摇臂配合的转套槽，摇臂末端固设有与滑轴轴向平行设置的转向轴，转向轴上套装有与转向轴转动且滑动配合的转向套，转向套上固设有延伸出壳体的调速杆。

在滑轴内端固设摇臂，并将摇臂通过转动且滑动配合的转向轴和转向套与调速杆铰接在一起，可以通过推拉调速杆来控制摇臂在转套槽内绕滑轴轴线摆动，这样就起到了控制滑轴相对控制腔转动的作用，也就起到了调速作用。因为转向轴和转向套既能转动配合又能轴向滑动配合，所以凸轮驱动滑轴轴向移动时，将同时通过摇臂驱动转向轴在转向套内轴向滑动，不会对调速杆产生影响。

作为改进，壳体上安装有控制电机，控制电机的输出轴上安装有曲柄，曲柄末端固设有拨叉，调速杆上安装有与拨叉拨动配合的拨销，调速杆和壳体之间还设置有使拨销与拨叉压紧配合的复位弹簧。

通过控制控制电机正转和反转，可以通过拨叉和拨销拨动调速杆轴向前进或后退，这样就起到了推拉调速杆的作用，也就起到了对空气动力发动机加速或加速的作用。拨叉和拨销的拨动配合，还能补偿调速杆为了适应驱动摇臂摆动所作出的径向位移，保证了调速的顺畅性。调速杆上的复位弹簧不但能使拨销和拨叉保持压紧配合，而且在拨叉后退时，还具有使调速杆复位的作用，有助于保证调速的连贯性和稳定性。

作为进一步改进，还包括驱动控制电机工作的控制器，控制器的信号输入端电连接有检测发动机输出转速的转速传感器。

通过转速传感器检测的空气动力发动机输出转速信号，控制器可以控制控制电机相对反转，此时控制电机通过拨叉减小对拨销及调速杆拨动力，调速杆便在复位弹簧的作用下相对后退复位，也就起到了负反馈的作用，这样就能起到自动稳定转速的作用，使空气动力发动机的输出转速更稳定。操作人员还可以直接手动操作控制器使控制电机相对正转或反转，也就是手动控制本空气动力发动机进气控制装置供气流量的大小，这样就实现了手动加速或减速操作，非常方便。

综上所述，采用本结构的空气动力发动机进气控制装置，结构合理，能够与发动机同步动作，供气切换准确、及时，且工作稳定，适合配合空气动力发动机使用，有助于空气动力发动机长期稳定运行。

附图说明

结合附图对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为控制电机与调速杆的配合结构示意图。

图中：1为壳体，2为内腔，3为转轴，4为控制腔，5为滑轴，6为进气道，7为进气孔，8为凸轮，9为滑轴腔，10为弹簧，11为单向阀，12为滑套，13为连通孔，14为辅助腔，15为转套，16为滚轮，17为摇臂，18为转套槽，19为转向轴，20为转向套，21为调速杆，22为定位孔，23为定位槽，24为定位螺栓，25为控制电机，26为曲柄，27为拨叉，28为拨销，29为控制器，30为转速传感器，31为复位弹簧。

具体实施方式

如图1所示，该空气动力发动机进气控制装置包括与空气动力发动机连接的壳体1，壳体1内设有内腔2，壳体内腔2中安装有转轴3，转轴3与空气动力发动机的输出轴动力连接。壳体1内还安装有由转轴3驱动的通断控制机构，通断控制机构的主要作用是连接压缩气源和空气动力发动机的气缸，并在转轴3的驱动下，对压缩气源进行与空气动力发动机气缸内活塞相配合的通断控制。

如图2所示，所述通断控制机构包括设置在壳体1内的控制腔4，控制腔4呈圆柱状，朝向转轴3设置。控制腔4一端与内腔2连通，为控制腔4的内端，控制腔4靠近内端的部位为内段，控制腔4另一端延伸到壳体1外部，为控制腔4的外端，控制腔4靠近外端的部分为外段。控制腔4内段插装有滑套12，滑套12外壁上设有定位槽23，壳体1上设有定位孔22，定位孔22内密封螺接有延伸到定位槽23内的定位螺栓24，这样可以起到固定滑套12的作用。控制腔4外段安装有使控制腔内气体只能向外流动的单向阀11，这样，可以保证压缩气源只能经本空气动力发动机进气控制装置向空气动力发动机供气，避免了压缩气源回流，保证了空气动力发动机的正常工作。

如图1所示，壳体1上设有进气道6，进气道6内端与控制腔4连通，进气道4外端与压缩气源连通。滑套12上设有与进气道6对应的连通孔13，连通孔13为圆孔。如图2所示，滑套12内插装有滑轴5，滑轴5为既能与滑套12内壁轴向密封滑动配合，又能与滑套12转动配合的圆杆。滑轴5朝向转轴3的一端为内端，滑轴5靠近内端的部分为内段，滑轴5远离转轴3的一端为外端，滑轴5靠近外端的部分为外段。滑轴5外段内设有滑轴腔9，滑轴腔9为圆柱形内腔，与滑轴5同轴设置，且滑轴腔9的外端与滑轴5外端贯通。滑轴5外段上设有进气孔7，进气孔7为与连通孔13大小相同的圆孔。当滑轴5在滑套12内滑动，使进气孔7与连通孔13对应连通时，进气道6通过连通孔13和进气孔7将与滑轴腔9连通，这样，压缩气源就通过进气道6、连通孔13、进气孔7和滑轴腔9向空气动力发动机的气缸内供气，从而推动气缸内的活塞驱动曲轴转动。当滑轴5在滑套12内滑动，使进气孔7与连通孔13分离时，进气孔7和连通孔13不再连通，进气道6与滑轴腔9的连接通道被切断，这样，压缩气源就停止向空气动力发动机的气缸供气。此时空气动力发动机气缸内的空气从排气孔排出后，活塞便在曲轴的带动下向回滑动以复位。当滑轴5在滑套12内滑动，并使进气孔7与连通孔13再次对应连通时，压缩气源将再次通过进气道6、连通孔13、进气孔7和滑轴腔9向空气动力发动机的气缸内供气，再次推动气缸内的活塞驱动曲轴转动，循环往复，为空气动力发动机的活塞动作提供相适应的压缩空气。

转轴3上固定安装与滑轴5位置对应的凸轮8，凸轮8的主要作用是在转轴3的驱动下推动滑轴5沿滑套12内腔滑动。滑轴5内端安装有转套15，转套15与滑轴5绕滑轴5轴心线相对转动配合。壳体1内还设有辅助腔14，辅助腔14位于滑轴5内端和凸轮8之间。转套15插装在辅助腔14内，转套15在辅助腔14内沿滑轴5轴向滑动配合。转套15上安装有与凸轮8滚动配合的滚轮16，这样，不但可以减小凸轮8驱动滑轴5轴向滑动时的阻力，而且滚轮16与凸轮8的滚动配合还能减小两者的磨损，提高了进气孔7和连通孔13配合的精确性，有助于提高该空气动力发动机进气控制装置对压缩气源通断控制的精确性。滑轴5内端套装弹簧10，弹簧10一端顶在控制腔4内端，另一端顶在转套15上。弹簧10的主要作用是驱动滑轴5复位。这样，在凸轮8对滚轮16的循环驱动中，滑轴5将在滚轮16、转套15及弹簧10的驱动下，完成在滑套12内的轴向往复运动。在此轴向往复运动中，进气孔7和连通孔13将间隔重合和分离，这样就完成了该空气动力发动机进气控制装置对空气动力发动机压缩气源的通断控制。由于转轴3与空气动力发动机的输出轴是同步转动连接的，所以凸轮8驱动滑轴5动作的时序与空气动力发动机中曲轴配合对应活塞的时序是一致的，也就是说，进气孔7与进气道6重合的时序与对应活塞驱动曲轴做功的时序是一致的，这样就保证了该空气动力发动机进气控制装置控制空气动力发动机压缩气源通断的准确性和及时性，保证了空气动力发动机的稳定运行。

在本实施例中，所述通断控制机构的数量为四套，适合具有四个气缸的空气动力发动机使用。四套通断控制机构的工作原理和工作过程一样，且每套通断控制机构与空气动力发动机中对应气缸配合工作，这由凸轮8在转轴3上的相对位置与空气动力发动机中曲轴与对应连杆的配合角度相配合来保证。

如图2所示，滑轴5内端固定安装有摇臂17，转套15上设有与摇臂17摆动配合相适应的转套槽18，摇臂17与滑轴15垂直设置。摇臂17末端固定安装有转向轴19，转向轴19为与滑轴5轴线平行设置的圆柱。转向轴19外部套装有转向套20，转向轴19在转向套20内既能轴向滑动又能转动。如图1所示，四个转向套20上对应固定安装有调速杆21，调速杆21与转向轴19垂直设置，四个转向套20通过调速杆21连接为一体结构。调速杆21的主要作用是通过铰接的转向轴19和转向套20以及摇臂17驱动滑轴5相对滑套12转动，从而起到调节进气孔7和连通孔13重合面积大小的作用，也就是调节压缩气源流通通道横街面积的大小，这样就起到了调节空气动力发动机转速的作用。

如图3所示，壳体1上安装有控制电机25，控制电机25的输出轴上固定安装有曲柄26，曲柄26的数量为三根，曲柄26末端固定安装有拨叉27。调速杆21末端安装有拨销28，拨销28与拨叉27拨动配合动作。这样，当控制电机25转动一定角度时，拨叉27将通过拨销28推动调速杆21动作。控制电机25的输入端电连接有控制器29，控制器29的输入端电连接有转速传感器30，转速传感器30的主要作用是检测空气动力发动机输出轴的转速，并将该转速信号以负反馈形式传递给控制器29。控制器29的主要作用是根据转速信号驱动控制电机25做一定角度的正转或反转，从而驱动调速杆21做推进或拉出动作，进而控制进气孔7与连通孔13重叠面积的大小，这样就控制了压缩气源的流速、流量，最终起到对空气动力发动机加速或减速的作用。在本实施例中，控制器29既可以通过感应转速传感器30的感应信号，来以负反馈形式调节调速杆移动距离，实现稳定转速的作用，还可以在操作人员手动控制下驱动调速杆前进或后退，实现手动加速或减速作用。调速杆21上安装有与壳体1内壁连接的复位弹簧31，复位弹簧31的主要作用是使拨销28与拨叉27压紧配合，并起到在控制电机反转时对调速杆21的复位作用，有助于增强供气稳定性、使输出转速保持恒定。

在本实施例中，控制器29、转速传感器30皆为购买的现成产品，其结构和工作原理属于公知技术，在此不再细述。

Claims (10)

1.一种空气动力发动机进气控制装置，其特征是：包括内设有内腔（2）的壳体（1），壳体（1）内安装有由空气动力发动机同步驱动的转轴（3），壳体（1）内还安装有在转轴（3）驱动下对空气动力发动机的气源进行通断控制的通断控制机构，所述通断控制机构包括连通壳体（1）内外并朝向转轴（3）设置的控制腔（4），控制腔（4）内段插装有能与控制腔腔壁轴向密封滑动配合的滑轴（5），滑轴（5）内设有开口向外的滑轴腔（9），外壳（1）内还设有与控制腔（4）中部连通的进气道（6），滑轴（5）上设有使滑轴腔（9）与进气道（6）连通的进气孔（7），转轴（3）上固设有驱动滑轴（5）向外滑动的凸轮（8），滑轴（5）内端套装有使滑轴（5）内端弹性压紧在凸轮（8）上的弹簧（10）。

2.如权利要求1所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：所述控制腔（4）外段安装有使控制腔（4）内气体向外排出的单向阀（11）。

3.如权利要求2所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：所述通断控制机构的数量与空气动力发动机内的气缸数量一致，且凸轮（8）依次驱动滑轴（5）的次序与空气动力发动机气缸内的活塞动作次序相配合。

4.如权利要求3所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：所述控制腔（4）内段内还安装有滑动密封套装滑轴（5）的滑套（12），滑套（12）靠近转轴（3）的一端延伸出控制腔（4），滑套（12）上设有与进气道（6）对应的连通孔（13）。

5.如权利要求4所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：壳体（1）上设有定位孔（22），滑套（12）上设有与定位孔（22）对应的定位槽（23），定位孔（22）内螺接有延伸到定位槽（23）内的定位螺栓（24）。

6.如权利要求5所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：滑轴（5）内端套装有仅能绕滑轴（5）轴向转动的转套（15），控制腔（4）内端和转轴（3）之间还设置有辅助腔（14），转套（15）插装在辅助腔（14）内且两者轴向滑动配合，转套（15）上安装有与凸轮（8）滚动配合的滚轮（16）。

7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：滑轴（5）还能与控制腔（4）内段转动配合，壳体（1）内还安装有驱动滑轴（5）内段转动的调速机构。

8.如权利要求7所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：所述调速机构包括固设在滑轴（5）内端的摇臂（17），转套（15）上设有与摇臂（17）配合的转套槽（18），摇臂（17）末端固设有与滑轴（5）轴向平行设置的转向轴（19），转向轴（19）上套装有与转向轴（19）转动且滑动配合的转向套（20），转向套（20）上固设有延伸出壳体（1）的调速杆（21）。

9.如权利要求8所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：壳体（1）上安装有控制电机（25），控制电机（25）的输出轴上安装有曲柄（26），曲柄（26）末端固设有拨叉（27），调速杆（21）上安装有与拨叉（27）拨动配合的拨销（28），调速杆（21）和壳体（1）之间还设置有使拨销（28）与拨叉（27）压紧配合的复位弹簧（31）。

10.如权利要求9所述的空气动力发动机进气控制装置，其特征是：还包括驱动控制电机工作的控制器（29），控制器（29）的信号输入端电连接有检测发动机输出转速的转速传感器（30）。

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