CN102562339A - 一种活塞往复式内燃机顶置综合调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开“一种活塞往复式内燃机顶置调控系统”，该系统将原申请“一种挺杆和该挺杆的组合机构与调控系”中的顶置燃油泵喷系统、顶置二次发动缸内喷水降温系统、增压缸内中冷喷水泵喷系统、增压缸进气调控系统、顶置排气系统等工作系中起调控作用的滑动轴，用一构件横向联接起来，用电磁铁通电磁力和与其相反的弹簧力(通电磁力＞弹簧力＞系统阻力)双向牵引，用调速器指令，使以上各工作系统同步地随发动机工况的变化，且又在各自的工作参数下工作。

Description

一种活塞往复式内燃机顶置综合调控系统

技术领域  本申请的发明属于活塞往复式内燃发动机的工作机构和调控技术 

背景技术  传统的活塞往复内燃机的燃油泵出、喷射、气门开启等机构的工作，是用定齿轮装置、凸轮机构和组件来完成的；这种传动方式和途径及其配用机构和系统结构等繁锁复杂，且工作性能不够完善，难以随工况的变化而准确地工作，还需增加辅助设施来完成；增加了发动机的复杂性和制作成本。发动机还缺少供气量、供气温度、燃烧最高温度、排气温度以及排气量等方面的调节和控制的机构，以上缺陷和不足之处，阻碍了发动机的强化和优化，难以适应日趋严峻的节能和激烈竞争的要求。 

发明内容  为了克服上述发动机中存在的缺陷和不足之处，根据燃油泵喷和气门开闭的要求及传统机构的工作原理，用一种新的机构取代原有的机构和技术方案，并增添压缩中冷、高温控制、供气调节等机构，增加了降温和缸内燃烧环境调节的功能。将各机构的调控用一构件连接在一起，由调速器指令、统一调控、使之同步地在任一同一工况时，各自在该同一工况、自己的工作参数下工作。 

在一种与活塞同步运动的构件(如另一申请“一种活塞往复内燃机的工质流动系统及其调控设置”中的“齿条框架”或用曲柄连杆机构输出功率的“增压框架”)上，固定一种挺杆，此挺杆与活塞同步且行程相等；挺杆头为了装配、更换的方便，单独制作，然后再固定在挺杆上；或直接作在挺杆上。 

一种摇杆，一边摇臂联接在从动构件上，另一边摇臂与上述的挺杆头正对；挺杆头上的工作部份，用类似凸轮工作性能形状的制作，依从动构件在各工况时工作要求的参数连线，作出工作形状；以此挺杆头躯动摇臂，则从动的工作构件就在工作头作出形状的参数下工作。省去定时齿轮装置和凸轮机构达到传统工作设置同样的功能，而且性能比传统的方法更加优化，还可以通过调节摇杆轴的轴向运动，使从动构件能随工况的变化而工作。以上述原理构成的泵喷咀机构，用于燃油泵喷还可以省去传统的油泵高压输油管和回油管。 

将以上原理构成机构的摇杆轴用构件横向连接起来，用电磁铁通电磁力和与其相反的弹簧力双向牵引 

(电磁力＞弹簧力＞系统耗力)，用调速器指令，构成综合的统一调控系统，使各工作机构同步调节，随工况变化而进行工作。下面结合附图作进一步详细说明。 

附图说明  图1.1①：与活塞同步运动的构件和一种挺杆及泵喷咀构成的燃油泵喷机构和高温缸内喷水机构图；图1.1②：燃油泵喷机构挺杆头工作部分的工作形状示意图；图1.2：固定挺杆在与活塞同步运动构件上的平面布置图；图1.3：排气机构设置结构图；图1.4：燃油和水联体输送泵结构图；图1.5①：中冷喷水系统和机油泵结构图；图1.5②：中冷喷水系统俯视结构图；图1.5③：中冷喷水结构右视图；图 2.1：发动机盖面综合调控系统平面图；图2.2：右边调控轴布置图；图2.3：调速器结构图；图2.4：调控轴横向连接图；图2.5：调控轴前段轴座图；图2.6：增压缸进气调控系统顶置结构图。 

具体实施方式1： 

如图1.1①、图1.1②，图1.2，图2.1所示：附图1.1①示出：与活塞同步运动的构件[1]上，固定着挺杆[2]，挺杆[2]上固定着挺杆头[3]，图2.1和图1.1①示出：挺杆头[3]与摇臂[6]相对的面上，顺摇臂轴[7]轴向，依从动构件泵喷咀[8]的各工况工作参数(喷油提前角、喷油速率、喷油量)从最小工况到最大工况的连线作出工作形状。图1.1②所示：线段a/-a//是缓冲起点连线，a-b是喷油提前角始点连线，a-c是喷油终点连线，同时也是喷油量参数连线，b-c是喷油速率线；在活塞顶面位于下止点时，挺杆头工作形状的工作始点距摇臂[6]下面的工作始点间的距离，等于活塞行程S-S/180°×喷油提前角。以此确定挺杆头工作始点位置和挺杆构件总长度，当发动机运转挺杆头工作形状驱动摇臂[6]时，泵喷咀[8]就在摇臂[6]所对应的该工作形状的参数下工作。 

具体实施方式2： 

如图1.1①，图1.2所示：将实施方式1中的摇臂[6]固定在摇杆轴[7]上，在其固定端作出臂头，传动另一异型摇臂[5]，其臂头随摇杆轴轴向运动时，在异型摇臂[5]作出的臂头移动槽中滑动；图2.1所示：异型摇臂[5]一端套在摇杆轴[7]上，由轴座、固定轴向位置，使异型摇臂[5]只作上下摇动，其轴向位置不变；它的另一端压在泵喷咀的柱塞泵头上与泵喷咀柱塞泵头接触点的轴向位置固定不变。并在异型摇臂与泵喷咀的泵体之间设置一拉力弹簧，保持异型摇臂头与泵喷咀柱塞泵头的接触。实施方式1中的挺杆头[3]驱动摇臂[6]上升时，异型摇臂[5]下压泵喷咀柱塞头，泵喷咀就进行燃油泵喷工作。摇杆轴[7]与轴座滑动联接，操作摇杆轴轴向运动，使摇臂[6]对应挺杆头[3]上工作形状的任一工况参数位置时，泵喷咀[8]就在该工况参数下进行泵喷工作。 

上述由实施方式1和实施方式2及泵喷咀构件组合而构成的燃油喷泵机构，省去了传统的定时齿轮装置、凸轮机构、高压输油管、回油管等机构及构件。使结构紧凑，传动直接，还消除了原泵喷系统中存在的不良因素，使性能更加优越，而且还可以适时调节，能随工况的变化要求进行工作。 

具体实施方式3： 

图1.1，图1.2所示：根据具体实施方式1中的一种挺杆和具体实施方式2中的一种摇杆机构及泵喷咀构件工作的原理，以及发动缸内高温喷水的要求和特点，此高温缸内喷水降温机构的具体实施方式如下：图1.2是与发动缸活塞同步运动且行程相等的构件[1]上一种挺杆分布的平面图，挺杆[16]固定在构件[1]上，图1.1①示出：挺杆头[15]固定在挺杆[16]上，结合图2.1示出：摇杆机构的结构及与挺杆头[15] 和与喷水泵喷咀[9]的位置配合与具体实施方式2相同。高温缸内喷水降温是发动缸活塞位于上止点后进行的，设活塞位上止点时，挺杆头[15]工作部分的工作形状也位于上止点，形状上第一次喷水的工作始点，距摇臂[12]上边的工作始点的距离，等于活塞顶面从上止点下行至发动缸内第一次喷水始点的距离，此喷水始点由设计得出。(第一次高温降温喷水始点在发动缸燃烧最高温度出现时刻前后，具体位置由发动机具体设计而定)，同理，确定第二次工作形状上喷水工作始点距摇臂[12]上边的工作始点间的距离，还可以确定第一次喷水和第二次喷水两工作形状喷水始点间的距离，和推算出挺杆的总长度。挺杆头[15]上的工作形状，以发动机具体设计确定的进行一次喷水或二次喷水降温(排气结束降温)的参数作出。下面以二次喷水降温方案来叙述工作形状的特征：图1.1①、图2.1联合示出：第一次喷水的工作形状作在挺杆头上的下面，工作形状顺摇杆轴[11]轴向喷水量从小到大的参数线的上面是一段平面，此平面仍具有工作形状的功能；相对某一工况的一次喷水量参数点，向上是一条与此点垂直的直线；挺杆头向下运动，进行一次喷水，与之对应的摇臂[12]在该工况第一次喷水完成后，就在此向上的直线上滑动，保持不变的上下位置，此时喷水泵喷咀[9]的柱塞泵的柱塞也相对应在一定的位置，泵腔里维持原有的启动压力不变；第二次喷水工作形状驱动摇臂[12]时，喷水泵喷咀[9]进行第二次泵喷水雾，对发动缸和排气实现降温。二次喷水完毕，摇臂[12]脱离形状，喷水泵喷咀柱塞弹簧向下压力使柱塞泵和异型摇臂[13]恢复启动位置。喷水泵喷咀[9]的泵喷工作是由异型摇臂[13]向上运动拉动柱塞泵杆，使柱塞泵由下向上压缩水液进入喷咀进行喷雾来完成的。在挺杆从下止点向上运动时，挺杆头[15]的工作形状驱动摇臂[12]向上使异型摇臂[13]向下运动时，喷水泵喷咀的柱塞泵不进行工作，无障碍地下行，同时拉动拉力弹簧[10]伸长，工作头[15]的工作形状向上运动与摇臂[12]脱开后，弹簧[10]拉力使异型摇臂[13]回到固定的启动位置。此机构仍然是用摇杆轴来调控，与实施方式2相同。其效果是可以抑制和缩短发动缸燃烧最高温度，降低热负荷的危害和污染物氧化氮的生成，同时吸收了有害热量并直接对活塞作功，提高发动机的热效率。实行二次喷水降温，对强化短行程发动机和汽油机更为有利，它可以有力地调控发动缸内的温度环境，并同时对排气实行降温，减少排气系统热负荷，有利实现涡轮复合发动机；回收传统的为了减少增压后热负荷而采取的降温方式所带走的热量，增加发动机的热效率，此机构同时也具有实施方式2的结构简单传动直接、便于布置，易于实现等优点。 

具体实施方式4： 

为了便于组织燃烧，使燃油分段汽化，采用燃油二次喷射方案。将具体实施方式3中的挺杆[15]上的工作形状，上下换位，把第一次喷射的工作形状作在上面，二次喷射的工作形状作在下面，其驱动摇杆实现泵喷工作的方向相反，具体形状和起始位置由具体实施方式2和3的方法作出，采用燃油泵喷咀[8]实行喷射。泵喷咀与异型摇臂之间的拉力弹簧，在挺杆头向下运动带动摇臂使异型摇臂向上的运动结束时， 弹簧拉动使异型摇臂回复到泵喷启动时的位置，使泵喷工作顺利进行。调控方法与具体实施方式3相同。 

具体实施方式5： 

图1.3、图2.1所示：把实施方式3的挺杆摇杆构件与排气阀配合，构成排气机构；挺杆[17]固定在与活塞同步的构件[1]上，挺杆头[20]固定在挺杆[17]上；挺杆头上正对摇臂[23]的工作形状，由发动机的排气参数(排气正时和排气量)作出。排气过程是在上止点后进行的，活塞位于上止点时，工作头[20]上工作形状向下的工作始点距摇臂[23]的上边工作始点间的距离，等于活塞顶面从上止点下行至发动缸内予排气始点间的距离。摇臂[23]在工作头[20]向下运动的工作形状的驱动下，异型摇臂[24]向上运动带动排气阀[26]上升，随工作形状的参数开启一定的高度，然后摇臂[23]在工作形状的平面上滑动，排气阀[26]保持开启位置，燃气继续排出，此段排气延续期的时间由设计参数确定，排气扫气完毕，摇臂[23]与挺杆头上工作形状脱离，排气阀[26]在弹簧[19]的拉动下关闭阀门。当挺杆向上运动，挺杆头[20]上的工作形状驱动摇臂[23]向上运动，异性摇臂向下摇动，与排气阀开启方向相反，且还有向下活动的空间，可以自由的摇动，挺杆头上升，工作形状与摇臂脱开后，排气阀顶与异性摇臂连接的拉力弹簧使异性摇臂返回排气阀开启位置。此机构的调控与前实施方式相同，仍用操作摇杆轴[4]来实现，其极效果除与上述机构共有的外，在排气上突出表现为：与供气过程配合调节发动缸内的压缩比，即可以调节发动缸内供入空气量、或达到废弃气回收的要求。 

具体实施方式6： 

图1.1所示的具体实施方式3的挺杆[16]，在图1.5①上示出：从挺杆[16]侧边做出挺杆头[27](此挺杆头也即是工作形状)与泵喷咀[28]的柱塞泵头对应，驱动泵头压缩泵腔水液进入喷咀，实现泵喷水雾的工作；泵喷咀正对增压缸进凤管(图中双点划线示出)，在挺杆头[27]与活塞同步运动上行时，增压缸吸入空气，泵喷咀喷射水雾工作正好与进风管吸气过程同步。水雾随随空气混合进入增压缸，在增压缸压缩空气时，实现压缩过程中冷降温。从图1.5①，1.5②，1.5③联合看出：作有与离合板[30]垂直的套筒穿过调节杆[29]的杆座，穿过杆座外边的一端固定手柄[31]，手柄[31]与固定在杆座上的调节板配合。调节杆[29]从离合板[30]的套筒中穿过，在伸出手柄[31]的杆头上装配螺母[32]；调节杆[29]的另一端，联接套在泵喷咀[28]的柱塞头上的构件。图1.5②示出：拉动手柄[31]前行放在固定在杆座上的调节板上的某一位置时，调控杆[29]通过联接构件压缩泵喷咀[28]的柱塞头相应地后退一定位置，减少侧挺杆头[27]的驱动，泵喷咀[28]相应地减少泵喷水量，反之，调节手柄放在使调节杆[29]后退的调节板上的某一位置时，泵喷咀[28]的柱塞泵头，在柱塞弹簧的作用下前伸，增加挺杆头对柱塞泵头的驱动，泵喷咀[28]也就增大喷水量，螺母[32]实现增大或缩小喷水量的微调作用。齿条[40]固定在与滑动调节轴[14]同步运动的 套筒[34]上，并与构件[33]上作出的轮齿啮合，调节滑动轴[14]运动带动构件[33]下边作出的扇形凸轮运动，将手柄[31]调至右边使离合板[30]向上与构件[33]下边的扇形凸接触，凸轮的运动与泵喷咀的柱塞弹簧力相互配合，使柱塞进退，以此调节泵喷咀[28]工作。即调节滑动轴[14]的轴向运动，就可以调节泵喷咀[28]随工况要求进行工作。 

具体实施方式7： 

图2.1所示：增压缸进气调控系统上部分盖面平面示图；图2.6①，2.6②所示：增压缸进气调控系统上部分结构剖面图；图2.6③手动调控结构图。手柄[79]套在移动凸轮[62]的柱杆上，手柄[79]前面是调节螺母[78]，手柄[79]与调节板[80]及移动凸轮[62]拉杆上的弹簧配合，使移动凸轮[62]进退和定位；操作手柄前进驱动增压空气调节杆[73]的杆头使调节杆[73]上升，或使移送凸轮[62]后退，在调节杆下面机构(另一申请中已提出)弹簧的配合下，调节杆[73]向下运动，快速地调节增压缸的供气；螺母[78]进行微调。将移动凸轮退至不工作状态位置，可启动滑动轴[34]随机调控系统。其结构如下：图1.5①、图2.1示出滑动轴[14]尾端作出齿条[38]与构件升降螺杆[60]肩上的活动元盘上作出的轮齿啮合；元盘靠空气调节杆[73]的一边，在元盘上平面沿元盘边作出弧形移动凸轮[61]，(图2.6②是弧形移动凸轮展开图)。操作滑动轴[14]，滑动轴[14]尾段作出的齿条带动元盘上啮合齿轮，元盘上弧形移动凸轮[61]的运动与调节杆[73]下边机构的弹簧配合，(移动凸轮前进驱动调节杆头上升，移动凸轮后退弹簧拉动调节杆下降)对增压缸进入的空气进行调节。旋动升降螺杆[60]上的杆头，使元盘下降至最低位置，脱离滑动轴[14]上齿条[38]的传动，就可启动手动操作的工作。以上两种调控系统(机构)由发动机工作要求选择。 

具体实施方式8： 

图2.1，图2.2，图2.3，图2.4，图2.5所示：横向连接板[65]上用螺纹固定的套筒[34][36][45][76]内分别装入滑动轴[14][11][7][4]，各套筒前端的轴头上分别配有螺母[35][37][44][74]，各螺母分别与对应的弹簧[41][64][54][77]配合，调节各自滑动轴的轴向静态位置。即可调节各自滑动轴上固定的摇臂或齿条与对应机构的工况工作点的位置，使调节后的工作时，每一工况的参数相对于原设计参数增大或缩小，解决由于装配、轻度磨损或其他原因造成的设计位置工作参数与实际工作状况不合适的问题，使调整后的工作适应发动机的具体工作要求。横向连接板[65]上，还固定有衔铁[42]和通电接触开关[67]，电线[52]连接开关[67]和电磁铁[43]；电磁铁通电磁力与各滑动轴上分别安装的弹簧[59][66][51][75]的合力相反，且电磁铁通电磁力＞弹簧合力＞系统耗力。由功率轴带动的链齿轮[58]而带动连轴齿轮[57]传动调速器[56]，调速器[56]的工况伸缩杆[50]上固定指令板[53]，指令板[53]对应接触开关[67]；当指令板[53]随调速器[56]工况前伸时与开关[67]接触，电磁铁通电产生磁力吸引衔铁拉动横向连接板[65]随指令板向前运动；指令板[53]随调速器[56]的工况变化后退时，与开关[67]脱离，电磁铁[43]磁电消退，弹簧合力使横向连接板[65]随指令板[53] 后退；指令板[53]随调速器[56]稳定在某一工况位置时，若横向连接板[65]上固定的开关[67]与指令板[53]接触，则电磁铁通电产生磁力拉动横向连接板[65]后退，同时开关[67]后退与指令板[53]脱离，同时电磁铁断电，磁力消退，弹簧合力使横向连接板上开关[67]与指令板[53]接触。如此循环，横向连接板[65]动态地稳定在指令板指定的稳定工况位置。由于各工作机构的调节滑动轴都连接在横向连接板[65]上，所以，各工作机构，都在调速器[56]的指令下，统一的、同步地、在同一况下，分别地各自在该同一工况时的设计参数下工作。调速器工况伸缩杆[50](也即是油量调节杆)前端穿过杆座[49]，并可在杆孔中轴向滑动；伸出杆座前面的杆头上，装有手柄[48](与杆头采用螺纹活动连接)和螺母[47]，手柄[48]与固定在杆座上的调节板[46]配合；调节板[46]左边调控发动机启动、关闭和怠速。右边实现全程无极调速供油。图2.3①所示：工况伸缩杆[50]上面，设置调速拉杆[69]；拉杆[69]尾端连接构件[68]控制调速器调速弹簧(图2.1，图2.3①，图2.3②，图2.3③，所示)，前端与工况伸缩杆[50]共杆座[49]，伸出杆座前面的杆头上，装有手柄[70]和螺母[71]，手柄[70]与固定在杆座上的调节板[72]配合，压缩或放松调速器调速弹簧，对发动机实现速度的调节和控制。 

具体实施方式9： 

图1.2上有联体输送泵[63]的挺杆[18]固定在与活塞同步运动构件[1]上的平面位置。图2.1上有联体输送泵[63]在发动机盖面上平面布置位置。图1.4所示：联体输送泵[63]的结构与固定挺杆[18]工作装配图。挺杆[18]固定在与活塞同步运动的构件[1]上，柱塞式喷油泵喷水泵并联地连接在一起，做成联体输送泵[63]，联体输送泵[63]固定在发动机盖面上，盖面上段分别装有进油止回阀，出油止回阀、溢流阀及进水止回阀、出水止回阀和溢流阀。盖面下泵体下面伸出两柱塞泵头正对固定挺杆[18]；挺杆[18]顶面至柱塞泵头压缩终点的距离，等于活塞行程S、挺杆[18]驱动联体柱塞泵一次性分别泵出一定量和一定压力的燃油和水，分别输送给燃油泵喷咀柱塞泵腔和喷水泵喷咀柱塞泵腔，多余的燃油或水液从各自的溢流阀流出。 

具体实施方式10： 

图1.5①所示：用单出杆活塞式双向泵[39]作机油输送泵，泵体上面较长的出杆上装有套筒，套筒下段与泵体之间装有压力弹簧，泵的出杆头紧顶与活塞同步运动的构件[1]，机油输送泵活塞的行程等于发动机活塞行程，构件[1]下行时，压缩出杆向下泵出机油的同时，机油泵上腔吸入机油，构件[1]上行时，压缩弹簧向上压力泵出上泵腔机油，下泵腔同时吸入机油。如此往复循环，机油泵不断地泵输机油。 

Claims (1)

1.一种活塞往复式内燃机顶置综合调控系统，由横向连接板、滑动轴、电磁铁、开关、套筒、弹簧、调速器、伸缩杆、指令板、手柄及组件组成，其特征在于：将第一、二、三、四、滑动轴[7、11、14、4]分别穿过固定在横向连接板[65]上的第一、二、三、四、套筒[45、36、34、76]，并在伸出套筒的各轴头上分别装配第一、二、三、四、螺母[44、37、35、74]，各螺母分别调节对应的第一、二、三、四、弹簧[54、64、41、77]第三螺母[35]与第3弹簧[41]配合确定和调节第三滑动轴[14]尾部作出的齿条[38]及固定在穿过第三滑动轴[14]的第三套筒上齿条[40]的轴向静态位置，第一、二、四、螺母[44、37、74]分配与第一、二、四、弹簧[54、64、77]配合，分别确定和调节分别固定在第一、二、四、滑动轴[7、11、4]的第一、二、四、摇臂[6、12、23]工作点的轴向静态位置；

横向连接板[65]上还固定有衔铁[42]和电开关[67]，调速器[56]的工况伸缩杆[50]上固定指令板[53]；指令板[53]随工况前伸与开关[67]接触，电磁铁[43]通电产生磁力，吸引衔铁[42]带动横向连接板[65]前行；指令板[53]后退与开关[67]脱开，电磁铁断电，磁力消失，第一、二、四、套同弹簧[51、66、75]及第三滑动轴尾端拉力弹簧[59]的合力，使横向连接板[65]随指令板[53]后退；当指令板稳定在一定工况位置不动时，如果开关[67]与指令板[53]接触，电磁铁通电，横向连接板[65]前行，开关[67]也前行与指令板[53]脱开，电磁铁断电磁力消失，弹簧合力又使开关[67]与指令板[53]接触，与此往复，横向连接板[65]动态地随指令板稳定在一定工况位置；于是调速器指令着喷油、二次发动机缸内喷水降温、增压缸内中冷、及增压缸进气、排气系统、同步地在同一工况下各自按照自身的该同一工况时的设计参数工作。

调速器工况伸缩杆[50]的杆座[49]上配有第一、二、调节板[46、72]，调速器工况伸缩杆[50]的杆头上装配的第一手柄[48]与第一调节板[46]配合，操作发动机的启动、关闭、怠速或无极调速，第五螺母[47]微调；调速拉杆[69]的尾端连接构件[68]，调速拉杆杆头前端上的第二手柄[70]与第二调节板[72]配合，操作调速拉杆[69]进退，使构件[68]压缩或放松调速器的调速弹簧，第6螺母[71]微调。

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