CN103032163A - 一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，活塞连杆组件的两端由内向外依次连接扫气箱、气缸体及气缸盖，偏心轮滑块机构包括滑块及与滑块连接的偏心轮，滑块与活塞连杆组件的中部固定连接，飞轮与偏心轮同轴连接，起动电机与飞轮通过齿圈连接，节气门体与扫气箱固定连接，喷油器设在节气门体上，火花塞设在气缸盖上，起动电机带动飞轮旋转，飞轮的旋转通过偏心轮滑块机构转化为活塞连杆组件的直线往复运动，从而压缩气缸体内的可燃混合气，控制器控制火花塞点火，则直线发动机顺利起动。与现有技术相比，本发明在能源利用效率、输出功率、机械结构、使用的便利性等方面均具有明显优势。

Description

一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统

技术领域

本发明涉及特种发动机领域，尤其是涉及一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统。

背景技术

直线发动机是一种新型的动力系统，其结构一般包括两个轴向对置的气缸、扫气箱、活塞连杆组件，沿轴向做直线往复运动。与传统发动机相比，直线发动机取消了传统发动机的曲柄连杆机构，将两个活塞同轴直线连接，减少了曲轴与轴承所产生的大量摩擦热，且直线发动机运动的过程中，活塞不会受到侧向力的作用，摩擦损失大大减少，具有零件数量少、质量轻、机械损失少、效率高等特点。而且直线发动机中采用二冲程发动机，具有机械效率高、旋转力矩小、结构简单及体积小质量轻等优势。由于取消了传统发动机的曲柄连杆机构，直线发动机的起动是一个主要的难点，而且二冲程发动机普遍采用化油器式供油方式，该供油方式存在易气阻、燃油系统容易结冰、加减速过渡响应延迟、控制精度低等缺点。本发明基于直线发动机的设计理念，利用自主搭建的偏心轮滑块起动系统，实现了直线发动机的方便起动及功率输出，而且本发明对原二冲程发动机进行了结构改造，设计了相配套的电控喷油系统，实现了直线发动机循环进气量、循环喷油量及空燃比的精确控制，进一步提高了直线发动机的效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、质量轻、能源利用效率高、使用方便的具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，该系统包括活塞连杆组件、扫气箱、气缸体、气缸盖、偏心轮滑块机构、飞轮、起动电机、节气门体、喷油器、火花塞及控制器，所述的活塞连杆组件的两端由内向外依次连接扫气箱、气缸体及气缸盖，所述的偏心轮滑块机构包括滑块及与滑块连接的偏心轮，所述的滑块与活塞连杆组件的中部固定连接，所述的飞轮与偏心轮同轴连接，所述的起动电机与飞轮通过齿圈连接，所述的节气门体与扫气箱固定连接，所述的喷油器设在节气门体上，所述的火花塞设在气缸盖上，所述的控制器电气连接喷油器及火花塞。

所述的活塞连杆组件上设有直线位移传感器及霍尔传感器，所述的直线位移传感器及霍尔传感器电气连接控制器，向控制器传递活塞的瞬时位移与运动频率。

所述的节气门体上还设有节气门位置传感器及空气流量传感器，所述的节气门位置传感器及空气流量传感器均与控制器电气连接，控制器控制着节气门的开度。

所述的扫气箱连接排气管，所述的排气管上设有氧传感器，所述的氧传感器与控制器连接。

控制器通过氧传感器、节气门位置传感器及空气流量传感器实现燃烧空燃比的精确控制，通过直线位移传感器及霍尔传感器实时控制直线发动机的运转。

所述的控制器连接直线发动机控制界面。

所述的偏心轮滑块机构不仅可以顺利起动直线发动机，而且储存能量使直线发动机越过失火循环并对活塞进行一定的限位，保证恰当的发动机压缩比。另外该机构可以作为直线发动机的功率输出机构，保证能量的传输。

起动电机带动轻量化的飞轮旋转，飞轮的旋转通过偏心轮滑块机构转化为活塞连杆组件的直线往复运动，从而压缩气缸体内的可燃混合气，控制器控制火花塞点火，则直线发动机顺利起动。

与现有技术相比，本发明结构简单、质量轻，而且本发明采用二冲程发动机，取消了曲柄连杆机构，降低了轴承及曲轴的摩擦损耗，取消了活塞与气缸的侧向力，进一步减小了发动机摩擦损失；本发明采用了偏心轮滑块起动机构，实现了直线发动机的顺利起动和功率输出，并设计了相应的电控喷油系统及数字式点火系统，开发了相应的控制器，实现了燃烧空燃比的精确控制，因此与其他形式的发动机相比，本发明在能源利用效率、输出功率、机械结构、使用的方便性等方面均具有明显优势。

附图说明

图1为本发明的结构及信号传输示意图；

图2为直线发动机控制界面图；

图3为本发明电控喷油及点火信号时序图；

图4为起动转速及缸压变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，如图1所示，该系统包括活塞连杆组件3、扫气箱14、气缸体7、气缸盖8、偏心轮滑块机构4、直线位移传感器13、霍尔传感器12、飞轮5、起动电机6、节气门体、喷油器9、空气流量传感器11、节气门位置传感器10、火花塞1及控制器，活塞连杆组件3的两端由内向外依次连接扫气箱14、气缸体7及气缸盖8，直线位移传感器13及霍尔传感器12均设在活塞连杆组件3上，直线位移传感器13测量活塞的瞬时位移，霍尔传感器12测量活塞的运转频率，偏心轮滑块机构4包括滑块及与滑块连接的偏心轮，滑块与活塞连杆组件3的中部固定连接，飞轮5与偏心轮同轴连接，起动电机6与飞轮5通过齿圈连接，节气门体与扫气箱14固定连接，喷油器9、空气流量传感器11及节气门位置传感器10均设在节气门体上，扫气箱14连接排气管，排气管上设有氧传感器2，氧传感器2与控制器连接，火花塞1设在气缸盖8上，控制器电气连接直线位移传感器13、霍尔传感器12、喷油器9、空气流量传感器11、节气门位置传感器10及火花塞1，控制器通过氧传感器2、节气门位置传感器10及空气流量传感器11实现燃烧空燃比的精确控制，通过直线位移传感器13及霍尔传感器12实时控制直线发动机的运转。

偏心轮滑块机构4不仅可以顺利起动直线发动机，而且储存能量使直线发动机越过失火循环并对活塞进行一定的限位，保证恰当的发动机压缩比。另外该机构可以作为直线发动机的功率输出机构，保证能量的传输。

控制器包括时钟电路芯片、电源电路、仿真调试接口模块、控制器芯片、信号处理模块、串行通信接口模块、喷油点火驱动模块、外围电路电源及外部存储器扩展。控制器连接直线发动机控制界面。直线发动机控制界面如图2所示。

起动时，起动电机6带动飞轮5旋转，飞轮5的旋转通过偏心轮滑块机构4转化为活塞连杆组件3的直线往复运动，从而到达压缩可燃混合气的目的。控制器加载控制程序并运行，串口通信接口模块接收到直线发动机控制界面设置的喷油点火初始化参数。起动时，传感器不断采集信号并将信号输入直线发动机控制器进行处理。活塞组件的运动频率检测是由霍尔传感器12完成的。霍尔传感器12的磁钢片安装在本发明的活塞连杆组件3上，随活塞连杆组件3一起运动，检测触头安装在本发明的基座上。当磁钢片运动经过检测触头时，霍尔传感器12的信号端就产生一个方波信号，通过信号处理模块传给控制器芯片，芯片计算方波跳变沿间的时间差，就能够算得活塞组件的运动频率。活塞组件的瞬时位置检测是由直线位移传感器13完成的。直线位移传感器13芯部设有滑杆，滑杆随活塞连杆组件3一起运动。直线位移传感器13的信号通过控制器的信号处理模块传给芯片作A/D采样，转化为数字量，使得程序可以实时调用直线位移信号。综合串口通信接口模块的信号、霍尔传感器12的信号和直线位移传感器13的信号，程序就可以对本发明的运行状态进行判断，然后通过喷油点火驱动模块实现本发明的电控喷油点火，使本发明顺利起动。本发明的电控喷油及点火信号时序图如图3所示，试验测得本发明的起动转速及缸压曲线如图4所示。

当本发明起动后，氧传感器2、空气流量传感器11及节气门位置传感器10分别测得运转时的空燃比、进气量及节气门位置，并将信号输入直线发动机控制器。控制器根据理论空燃比及发动机的循环转速，计算得到合适的循环喷油脉宽及节气门开度，精确控制直线发动机的燃烧，实现直线发动机的稳定运转。

Claims (5)

1.一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，其特征在于，该系统包括活塞连杆组件、扫气箱、气缸体、气缸盖、偏心轮滑块机构、飞轮、起动电机、节气门体、喷油器、火花塞及控制器，所述的活塞连杆组件的两端由内向外依次连接扫气箱、气缸体及气缸盖，所述的偏心轮滑块机构包括滑块及与滑块连接的偏心轮，所述的滑块与活塞连杆组件的中部固定连接，所述的飞轮与偏心轮同轴连接，所述的起动电机与飞轮通过齿圈连接，所述的节气门体与扫气箱固定连接，所述的喷油器设在节气门体上，所述的火花塞设在气缸盖上，所述的控制器电气连接喷油器及火花塞；

起动电机带动飞轮旋转，飞轮的旋转通过偏心轮滑块机构转化为活塞连杆组件的直线往复运动，从而压缩气缸体内的可燃混合气，控制器控制火花塞点火，则直线发动机顺利起动。

2.根据权利要求1所述的一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，其特征在于，所述的活塞连杆组件上设有直线位移传感器及霍尔传感器，所述的直线位移传感器及霍尔传感器电气连接控制器，向控制器传递活塞的瞬时位移与运动频率。

3.根据权利要求1所述的一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，其特征在于，所述的节气门体上还设有节气门位置传感器及空气流量传感器，所述的节气门位置传感器及空气流量传感器均与控制器电气连接，控制器控制着节气门的开度。

4.根据权利要求1所述的一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，其特征在于，所述的扫气箱连接排气管，所述的排气管上设有氧传感器，所述的氧传感器与控制器连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有偏心轮滑块起动机构的直线发动机系统，其特征在于，所述的控制器连接直线发动机控制界面。

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