CN102454444A - 电控抗爆节能发动机 - Google Patents

Abstract

本发明技术涉及一种抗暴节能发动机，包括电磁阀控制气门开闭机构、改变发动机行程机构、定时向发动机气缸喷水防止爆震机构。气门开闭机构包括曲轴转角传感器、电磁阀，曲轴转角传感器由正时转子和围绕正时转子布设N个曲轴角度示波器线圈，其间隔360°/N构成，正时转子固定在发动机正时齿轮上，示波器线圈固定在正时齿轮罩上，电磁阀装在气门上，拾波器线圈电连接电磁阀线圈经整波、三极管通、断电流使气门开闭。改变发动机行程机构包括通过开关改变曲轴转角传感器传感角度而改变发动机行程。喷水防爆震机构，水泵连接蒸汽发生器，蒸汽发生器在供热的排气歧管上，蒸汽发生器连接喷嘴，由喷嘴向气缸定时、定量喷水防止爆震。

Description

电控抗爆节能发动机

(一)技术领域

本发明涉及发动机，特别涉及一种电控抗爆节能发动机。

(二)背景技术

目前，无论国内外的发动机，其构造仍为两个机构、五大系统，即曲轴连杆机构、配气机构，燃料系统、润滑系统、冷却系统、传动系统和配电系统。作为当今普遍应用的内燃式发动机，围绕五大系统不断从节省燃料、输出功率大、排气净化好、安全性好等方面进行改进，还成功地实现了计算机控制发动机的配电系统及燃料系统的先进技术，压缩比、燃烧比、混合比计算的非常精确，在此基础上节省1％燃料都很困难。然而，发动机的重要环节；配气机构却仍然为机械传动，因而，日益显现出它的不足，其不足之处是；

1结构复杂，易出事故

由曲轴驱动正时齿轮，带动凸轮轴、推杆、摇杆，经支柱、导管、气门及弹簧按一定时间角度开闭气门，使发动机结构复杂，另外，配气机构的润滑也要另行添设等，使发动机的重量和体积都无法减少，因构造复杂，所以工作时易出故障。

2配气机构无功损耗大，浪费燃料

由于结构复杂，往复零件的重量大，需要强力的气门弹簧去克服这些零件的惯性力，因此，每个气门弹簧的压力(弹力)大都在18.4-49kg(平均每个气门弹簧的压力在34kg)左右，加上推杆、摇杆等机构损耗，可使发动机在配气机构中造成无功损耗达2-5％，而发动机功率越大，无功损耗越多，浪费燃料。

3进、排气门“迭开”降低发动机动力

由于现有发动机配气机构为机械传动，进排气门受凸轮角度限制，不可能瞬时开、闭气门，同时，为了使发动机多排一些废气，多进一些混合气，因此，发动机工作时其进、排气门都不在活塞运行到上止点或下止点开与关，都要有“迭开”时间，由于“迭开”造成发动机动力下降，且容易发生爆震。

4机械配气机构杂音大，且需经常调整气门脚间隙等，严重时，发动机功率下降，甚至不能工作。

5工作时永远“四行程”浪费燃料

机械配气机构受凸轮轴限制，工作时永远四行程，无法改变，因此，浪费燃料。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种用电磁阀控制发动机气门的开与关，取消凸轮轴、推杆、导管、摇杆、支架的机械传动部分以及这部分机件的润滑，同时，电磁阀控制喷射燃料、点火时刻，定时向发动机气缸喷水用以防止爆震、增加动力。发动机空载时四行程变为八行程，节省燃料20-40％

采用的技术方案是：

抗爆节能发动机，包括电磁阀控制气门开闭机构、改变发动机行程机构、定时向发动机气缸喷水防止爆震机构。所述的电磁阀控制气门开闭机构，包括气缸、气门、正时齿轮、曲轴转角传感器、电磁阀。曲轴转角传感器由正时转子和围绕正时转子布设N个曲轴角度拾波器线圈其间隔360°/N构成。正时转子外缘上设有凸起部分，正时转子固定连接在发动机的正时齿轮上，正时齿轮齿合在曲轴主动齿轮上，N个曲轴角度拾波器线圈固定在正时齿轮罩上，电磁阀由固定电磁铁、活动电磁铁和座架构成，电磁铁座架固定连接在汽缸盖上，作为整体的气门和气门杆，其气门与气缸盖装配，气门杆穿过电磁铁座架，电磁铁座架内设有气门弹簧，气门弹簧套装在电磁铁座架中的气门杆部，固定电磁铁和活动电磁铁套装在电磁铁座架外的气门杆部，固定电磁铁固定在电磁铁座架上，活动电磁铁下固定电磁铁以所设的距离螺纹连接在气门杆上部。曲轴转角传感器电连接三极管基极，三极管负极电连接电磁铁的线圈，构成电磁阀控制气门开闭机构。所述的定时向发动机气缸喷水防止爆震机构，包括发动机冷却水泵、蒸汽发生器、整齐喷嘴、压力调节器、真空传感器，发动机冷却水泵通过管路连接发动机水箱、连接蒸汽发生器，蒸汽发生器设有水面控制器和蒸汽压力调节器，蒸汽发生器装设在排气歧管上，蒸汽发生器上设有对应各气门的小汽管，小汽管端头装有喷嘴，喷嘴针阀的开启时间决定水蒸气喷射量，由计算机控制，进气管上装有真空传感器、节气门位置传感器，进气管连接进气歧管。发动机上装有爆震传感器、水温传感器、怠速传感器及起动电动机、空挡启动开关均连接计算机，计算机可定时发出喷水指令，构成定时向发动机气缸喷水防止爆震机构。

上述的曲轴角度传感器可为断电触点装置直接通、断电磁阀中电流。

上述的曲轴角度拾波器线圈可为光电二极管组成开关电路的触发信号。

本发明取得的积极效果：

1、仅一个简单的电磁阀代替了现有发动机配气机构中的所有传动机构，因此，减少了装配工序，缩小了发动机体积，减轻了发动机重量，降低发动机制造成本30-50％且不易出现故障。

2、由于取消了机械传动的配气机构，使得气门弹簧不需要过大的弹力来克服零件多、重量大所造成的惯性力，因此，可减少发动机用于开闭气门的无功损耗2-5％左右，仅此一项，按我国现有在用汽车一亿三千万辆计算，每年可大约节约300亿元，再加上飞机、轮船及其它发动机所节省的无功损耗，社会效益相当可观。

3、由于机械传动带动气门开闭，受凸轮轴限制，气门是逐渐开与闭的，而本发明开闭气门是瞬时的，因此，缩短了“迭开”时间，使得进气更迅速，可多进一些混合气以加大动力，同时，可使废气多排除一些，避免爆震，燃料燃烧的更理想，增加了动力，节约了燃料。

4、由于工作时无需调整气门间隙及机械维修，同时也没有机械传动的噪音，因此，发动机工作更平稳、更安全。

5、由于电磁阀开闭气门，近似瞬时开闭，提高了进、排气速率，因此，相同马力的发动机，本发明可将进、排气门缩小一些，或降低气门提高升高度，可减轻气门与座的敲击，降低气门温度，从而提高发动机使用寿命。

6、由于水的蒸发潜热较高，所以吸收的热量较汽油多得多，因此，产生冷却功效，增加了容积效率，同时也防止爆震的发生、增加了动力。

7、现有发动机的机动车尾气排放污染环境，很大部分是气门开、闭“迭开”即没有燃烧彻底就排放造成的，本发明缩短了“迭开”时间，可减少污染。

8、可任意改变行程，实现节约燃料20-40％

现有发动机无论工作在什么状态永远四行程，即曲轴每转两周进一次燃料。本发明改变传感器角度便可改变发动机行程，当车辆处在红灯待命状态或下坡及高速、怠速、空载行驶时，四行程变为八行程，即吸气、压缩、爆发、排气、排气、排气、排气、排气，八个行程，除吸气、压缩、爆发行程外，排气门常开，没有阻力，曲轴每转四周进一次燃料，节约燃料50％而需要强劲动力时，自动恢复四行程，达到平均节约燃料20-40％本发动机用在吊车、叉车、铲车、坦克、轮船上，节能更明显。

(四)附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是图1的K向视图。

图3是电磁阀结构示意图。

图4是定时向发动机气缸喷水防止爆震结构示意图。

图5是电磁阀控制气门开闭电路原理图。

(五)具体实施方式

实施例：

本例以四缸发动机为例，抗爆节能发动机，包括气缸30、及门1、正时齿轮9、电磁阀2、曲轴转角传感器6、曲轴转角传感器6如图2，是正时转子10和围绕正时转子10均布四个曲轴角度拾波器线圈8构成。正时转子10外缘上设有凸起部分，正时转子10固定连接在发动机的正时齿轮9上，正时齿轮齿合在曲轴主动齿轮4上，四个曲轴角度拾波器线圈8固定在正时齿轮罩7上。其工作原理：在活塞接近上止点(进气行程前)或下止点(排气行程前)时，正时转子10的凸起部分最接近该缸曲轴角度拾波器线圈8，由于正时转子10的凸起部分的接近，曲轴角度拾波器线圈8里的磁通逐渐增加，其线圈的输出电压也不断加强，当正时转子10的凸起部分逐渐远离曲轴角度拾波器线圈8时，其线圈里的磁通不断减少，输出电压不断下降，输出电压波形如图5，这个交流信号可以准确、及时检测出发动机进、排其行程的位置、时间及角度。电磁阀2，是由固定电磁铁12、活动电磁铁11、电磁铁座架13构成如图3，电磁铁座架13固定连接在气缸盖3上，作为整体结构的气门和气门杆，其气门1与气缸盖3装配、气门杆穿过电磁铁座架13，电磁铁座架13内设有气门弹簧14，气门弹簧14套装在电磁铁座架13中的气门杆部，固定电磁铁12固定在电磁铁座架13上，活动电磁铁11与固定电磁铁12以可调的距离螺纹连接在气门杆的上部。曲轴转角传感器6的曲轴角度拾波器线圈8电连接三极管基极，三极管负极电连接电磁阀2的电磁铁线圈。计算机控制电磁阀中电流的导通与截止，电路原理如图5，其工作原理：曲轴转角传感器6根据曲轴旋转角度输给计算机29信号，计算机29将信号变成矩形波输给某缸大功率三极管基极使之导通，此缸气门1的电磁阀2通电，其电磁铁将此缸气门1打开，当曲轴转角传感器6无信号输出时，大功率三极管的基极无触发信号，三极管截止，电磁阀2无电流，气门1在气门弹簧14的弹力下自行关闭。四个曲轴角度拾波器线圈8，其间隔360°/4＝90°分别设置在各缸上止点前5°，正时转子10的凸起部(90°一个行程)的前沿开始接近某缸曲轴角度拾波器线圈8，其线圈输出信号电压，将对应设置的三极管导通，于是电源经电磁阀线圈、三极管负极形成回路，电磁阀2吸合，进气门开，开始进气行程，当正时转子10凸起部分远离该缸的曲轴角度拾波器线圈8时，进气行程结束后15°输出电压信号下降，三极管基极无电压，三极管截止，进气门关闭，进气行程结束；排气行程与进气形成相同使排气门动作，三极管基极安排气次序不同采取不同接线，当点火次序为1-3-4-2时，排1与进2、排2与进4、排3与进1、排4与进3的排气门三极管基极与进气门三极管基极连接。当点火次序为1-2-4-3时，排1与进3、排2与进1、排3与进4、排4与进2连接。由此构成电控发动机。

当车辆处在红灯待命状态或下坡及高速、怠速、空载行驶时，通过转换k1曲轴转角传感器6的曲轴角度拾波器线圈8B电连接三极管基极，发动机变为八行程，其工作原理是；此时的正时齿轮9B齿合在直径缩小1倍的曲轴主动齿轮4B上，形成了曲轴转4周八个行程，正时齿轮9B转1周，进气门开1次，当然，正时转子10B的凸起部分为45°，进气门开一个行程，关闭七个行程，而正时转子10B的背面的凸起部分为225°，排气门开5个行程关闭3个行程，因此发动机为八行程，节省燃料50％当发动机需要强劲动力时，自动恢复四行程。由此构成电控节能发动机。

定时向发动机气缸喷水防止爆震机构，包括发动机冷却水泵20、蒸汽发生器16、压力调节器15、蒸汽喷嘴23、真空传感器25、发动机冷却水泵20将水供应给蒸汽发生器16、蒸汽发生器16内设水面控制器22和蒸汽压力调节器15，蒸汽发生器16装设在排气歧管5上，在排气歧管5高温作用下使蒸汽发生器16中的水成水蒸气，蒸汽压力调节器15调节水蒸气压力确保水蒸气喷射严格正比于喷射时间，由计算机29控制水蒸气的喷射时间。进气管21上装有真空传感器25、节气门位置传感器24，进气管21连接进气歧管31.水蒸气喷射量有喷射时间决定，为此计算机29根据装在进气管21上的真空传感器25(真空流量表)直接检测出进气流量计算出水蒸气喷射量，适时由水蒸气喷嘴23进行喷射，当电磁阀线圈有电时，柱塞既被吸引移位，与柱塞一体的针阀也一起移位，喷射口被打开喷射水蒸气，可燃混合气与喷水比例100∶1。定时向发动机气缸喷水的目的是防止爆震、增加动力，但下列时刻不宜喷水：发动机发动时；启动后暖机运转中；冷却水温度低时；怠速时，为此在这几处设置节气门位置传感器24、爆震传感器17、水温传感器18、怠速传感器28及起动电动机19、起动暖机温度27、空挡起动开关26，向计算机29传送信号，仅当节气门大开时以及爆震发生时，计算机才向喷嘴23发出喷水指令，发动机大部分时间不喷水，工作在原有状态。上述构成电控抗爆节能发动机。

Claims (5)

1.电控抗爆节能发动机，包括电磁阀控制气门开闭机构、改变发动机行程机构、定时向发动机气缸喷水防止爆震机构，电磁阀控制气门开闭机构，包括气缸(30)、气门(1)、正时齿轮(9)、电磁阀(2)、曲轴转角传感器(6)，其特征在于所述的曲轴转角传感器(6)由正时转子(10)和围绕正时转子(10)布设N个曲轴角度拾波器圈(8)构成，其间隔360度/N，正时转子(10)外缘上设有一个凸起部分，正时转子(10)固定连接在发动机的正时齿轮(9)上，N个曲轴角度拾波器线圈(8)固定在正时齿轮罩(7)上，所述的电磁阀(2)由固定电磁铁(12)、活动电磁铁(11)和电磁铁座架(13)构成，电磁铁座架(13)固定连接在气缸盖(3)上，作为整体结构的气门和气门杆，其气门(1)与气缸盖(3)装配，气门杆穿过电磁铁座架(13)，电磁铁座架(13)内设有气门弹簧(14)，气门弹簧(14)套装在电磁铁座架(13)中的气门杆部，固定电磁铁(12)和活动电磁铁(11)套装在电磁铁座架(13)外的气门杆部，固定电磁铁(12)固定在电磁铁座架(13)上，活动电磁铁(11)以所设的距离螺纹连接在气门杆上部，曲轴转角传感器(6)的曲轴角度拾波器线圈(8)经整波电连接三极管基级，三极管负极电连接电磁铁的线圈；所述的改变发动机行程机构包括通过转换k1曲轴转角传感器6的曲轴角度拾波器线圈8B电连接三极管基极，发动机变为八行程，所述的定时向发动机气缸喷水防止爆震机构，包括发动机冷却水泵(20)、蒸汽发生器(16)、蒸汽喷嘴(23)、压力调节器(15)、直空传感器(25)、发动机冷却水泵(20)通过管路连接发动机水箱连接蒸汽发生器(16)，蒸汽发生器(16)设有水面控制器(22)蒸汽压力调节器(15)，蒸汽发生器(16)装设在排气歧管(5)上，蒸汽发生器(16)连接喷嘴(23)，进气管(21)装有真空传感器(25)和节气门位置传感器(24)进气管(21)连接进气歧管(3)。

2.根据权利要求1所述的抗爆节能发动机，其特征在于所述的曲轴转角传感器(6)可为断电触点装置直接通、断电磁阀(2)中电流。

3.根据权利要求1所述的抗爆节能发动机，其特征在于改变曲轴转角传感器(6)的传感角度即可改变发动机行程，实现节约燃料的目的。

4.现有发动机无论工作在什么状态永远四行程，即曲轴每转两周进一次燃料。本发明改变传感器角度便可改变发动机行程，当红灯待命状态或下坡及高速、怠速、空载行驶时，四行程变为八行程，即吸气、压缩、爆发、排气、排气、排气、排气、排气，八个行程，除吸气、压缩、爆发行程外，排气门常开，没有阻力，曲轴每转四周进一次燃料，节约燃料50％而需要强劲动力时，自动恢复四行程，达到平均节约燃料20-40％本发动机用在吊车、叉车、铲车、坦克、轮船上，节能更明显。

5.根据权利要求1所述的抗爆节能发动机，其特征在于所述的曲轴角度拾波器线圈(8)可为光电二极管组成开关电路的触发信号。

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