CN103206278B - 空气动力发动机的配气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机的配气系统，具体而言，涉及一种以压缩空气作为动力的空气动力发动机的配气系统。该配气系统包括：进气控制杆、进气凸轮、排气控制杆、排气凸轮、曲轴和活塞。根据进气凸轮和排气凸轮在曲轴上的安装角度来调节进排气量，进而调节发动机的输出功率和转速，使其达到调节转速和功率的目的。

Description

空气动力发动机的配气系统

技术领域

本发明涉及一种发动机的配气系统，具体而言，涉及一种空气动力发动机的配气系统。

背景技术

发动机被广泛应用于各行各业中，在现代交通运输工具比如汽车、轮船等中，一般采用以燃油作为动力源的活塞式内燃发动机。这种采用燃油作为动力源的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另一方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得，石油资源的日益紧缺使得燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，或者尽可能地减少燃油消耗、降低排放成为发动机发展中急需解决的问题，以压缩空气作为动力源的空气动力发动机正好满足了这种要求。

本申请的申请人在其专利文献CN101413403A(其同族国际申请为WO2010051668A1)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，该发动机包括储气罐、空气分配器、发动机本体、联动器、离合器、自动变速器、差速器以及置于排气室内的叶轮发动机。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720°，活塞做功一次。而作为动力源的压缩空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即压缩空气发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403A所公开的这种四冲程压缩空气发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率。并且这种发动机的尾气未能很好地循环利用起来，需要足够大的储气罐储备压缩空气才能工作足够长的时间。

基于专利申请CN101413403A所存在的问题，本申请的申请人在其申请号为201110331809.9的中国申请中公开了一种具有尾气回收回路的压缩空气发动机总成，该发动机包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、前齿轮箱系统和后齿轮箱。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且循环利用废气进行做功，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是直列多缸发动机，控制器中的每个控制器气门孔中只安装一个控制器气门，在发动机总体长度一定的情况下，限制了气缸缸数，因而限制了发动机的总输出功率。显然，201110331809.9号申请所公开的这种直列多缸空气动力发动机总输出功率不高，发动机的构型仍然值得探索。

基于申请号为201110331809.9所存在的问题，本申请的申请人在其申请号为201210063546.2的中国申请中公开了一种V型多缸空气动力发动机，包括：多缸发动机本体、多柱体动力分配器、动力设备、控制器系统、进气控制调速阀、压缩气罐组、恒压罐、电子控制单元ECU、压缩空气加热设备以及可选择的第二供气回路。旨在解决空气动力发动机的输出功率问题以及尾气循环利用问题，从而实现经济、高效、零排放的新型压缩空气发动机。但这种发动机对压缩空气的利用不高，活塞缸做功时对压缩空气的需求量比较大。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种空气动力发动机的配气系统，旨在解决现有技术中空气动力发动机的进气、排气量不好调节，影响发动机的转速和输出功率。为此，本发明采用如下的技术方案。

一种空气动力发动机的配气系统，该配气系统包括：进气控制杆、进气凸轮、排气控制杆、排气凸轮、曲轴和活塞缸，所述曲轴上设有2个排气凸轮、1个进气凸轮，进气凸轮置于2个排气凸轮中间，进气凸轮起始凸起与排气凸轮起始凸起之间相差为160度。

优选的是，所述进气控制杆和排气控制杆的下端均装有轴承，分别为进气控制杆轴承、排气控制杆轴承。

上述方案中优选的是，所述进气控制杆和排气控制杆支撑摇臂杆。

上述方案中优选的是，所述进气凸轮和排气凸轮通过一个平键与曲轴连接。

上述方案中优选的是，所述活塞缸进气时，进气凸轮上的凸起与所对应的活塞缸上的进气控制杆上的进气控制杆轴承接触。

上述方案中优选的是，所述活塞缸排气时，2个排气凸轮上的凸起与相对应的活塞缸上的2个排气控制杆上的排气控制杆轴承接触。

上述方案中优选的是，所述进气凸轮的凸起与进气杆轴承接触时，其相对应的1个进气门打开。

上述方案中优选的是，所述2个排气凸轮与2个排气杆轴承接触时，相对应的2个排气门打开。

上述方案中优选的是，所述进气凸轮的凸起的弧长小于排气凸轮的凸起的弧长。

附图说明

现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1为本发明的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转30度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图2为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到70度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图3为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到90度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图4为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中活塞在曲轴旋转90度时的工作状态；

图5为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到120度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图6为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到160度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图7为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到180度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图8为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中活塞在曲轴旋转180时的工作状态；

图9为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到210度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图10为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到250度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图11为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到270度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图12为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中活塞在曲轴旋转270时的工作状态；

图13为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到300度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图14为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到340度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图15为按照本发明的图1的空气动力发动机的配气系统中曲轴旋转到360度时，进气凸轮和排气凸轮的工作状态；

图16为按照本发明的图1中空气动力发动机的配气系统中活塞在曲轴旋转360度时的工作状态。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

现在参考附图，首先参考图1，图1为本发明的配气系统中曲轴工作状态图。该配气系统包括：进气控制杆、进气凸轮1、排气控制杆、排气凸轮3、曲轴（未标注）和活塞2，曲轴上设有2个排气凸轮3、1个进气凸轮1，进气凸轮1置于2个排气凸轮3中间，进气凸轮起始凸起与排气凸轮起始凸起之间相差为160度。进气控制杆和排气控制杆的下端均设置有轴承（未标注），分别为进气控制杆轴承、排气控制杆轴承。

曲轴上的进气凸轮、排气凸轮分别始终与进气控制杆轴承和排气控制杆轴承接触；进气控制杆和排气控制杆始终支撑摇臂杆。

进气凸轮1和排气凸轮3通过一个平键与曲轴连接。

接下来参考图1-图4，其为曲轴旋转0度-90度时，曲轴和活塞的工作状态。

如图1所示，曲轴从0度旋转到30度时，进气凸轮1的凸起与1′进气控制杆上的轴承、2′进气控制杆上的轴承接触，1#活塞缸内的进气气门刚开始打开到完全打开并开始进气。在30度时，2′进气控制杆对应的2#活塞外的进气气门刚好关闭，2#活塞的活塞缸开始停止进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起与44′排气控制杆上的轴承、33′排气控制杆上的轴承接触，44′排气控制杆对应的4#活塞外的排气气门打开，4#活塞在其活塞缸内向上滑动，4#活塞的活塞缸内的排气气门打开，活塞缸内的压缩空气排出，33′排气控制杆对应的3#活塞的活塞缸内的排气气门打开排气。

如图2所示，曲轴从30度旋转到70度时，进气凸轮1的凸起偏离2′进气控制杆上的轴承与1′进气控制杆上的轴承接触，1#活塞的活塞缸处于进气状态；同时，排气凸轮的凸起偏离44′排气控制杆上的轴承与33′排气控制杆上的轴承接触，33′排气控制杆对应的3#活塞的活塞缸，44′排气控制杆对应的4#活塞的活塞缸处于排气状态,70度时44′排气控制杆对应的4#活塞的活塞缸内的气门刚好完全关闭。

如图3所示，曲轴从70度旋转到90度时，进气凸轮1的凸起与1′进气控制杆上的轴承始终接触，当曲轴旋转到90度时，1#活塞的活塞缸始终进入压缩空气，在此过程中4#处于缓冲状态；同时，90度时排气凸轮3的凸起与33′排气控制杆上的轴承、22′排气控制杆上的轴承接触，33′排气控制杆对应的3#活塞的活塞缸处于排气状态，22′排气控制杆对应的2#活塞的活塞缸内的排气气门刚要打开到完全打开。

如图4，曲轴从0度旋转到90度时，1#活塞的活塞缸始终处于进气状态，3#活塞的活塞缸始终处于排气状态，在此状态1#活塞的活塞缸始终进入压缩空气。

如图5所示，曲轴从90度旋转到120度时，进气凸轮1的凸起与1′进气控制杆上的轴承、4′进气控制杆上的轴承接触，4′进气控制杆对应的4#活塞外的进气气门从刚开始打开到完全打开，4#活塞的活塞缸开始进入压缩空气，1′进气控制杆对应的1#活塞外的进气气门从完全打开到刚好关闭，1#活塞的活塞缸开始停止进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起与33′排气控制杆上的轴承、22′排气控制杆上的轴承接触，33′排气控制杆对应的3#活塞外的排气气门处于打开状态，3#活塞在其活塞缸内向上滑动，3#活塞的活塞缸内的压缩空气排出，22′排气控制杆对应的2#活塞的活塞缸内的排气气门处于打开状态向外排气。

如图6所示，曲轴从120度旋转到160度时，进气凸轮1的凸起偏离1′进气控制杆始终与4′进气控制杆上的轴承接触，1#活塞的活塞缸内的进气气门完全关闭停止进入压缩空气，4′进气控制杆对应的4#活塞的活塞缸内的进气门处于打开状态进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起偏离33′但排气控制杆上的轴承始终与22′排气控制杆接触，33′排气控制杆对应的3#活塞的活塞缸内的排气气门从完全打开刚好关闭停止向外排气，22′排气控制杆对应的2#活塞的活塞缸内的排气气门处于打开状态向外排气。

如图7所示，曲轴从160度旋转到180度时，进气凸轮1的凸起与4′进气控制杆上的轴承始终接触，与3′进气控制杆上的轴承从不接触到刚好接触，在160度到180度之间气缸3#有个缓冲的过程，这个过程并不能导致进气门打开，3#活塞的活塞缸并没有进入压缩空气，4′进气控制杆对应的4#活塞的活塞缸内的进气气门处于打开状态，进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起与22′排气控制杆上的轴承、11′排气控制杆上的轴承接触，22′排气控制杆对应的2#活塞外的排气气门始终处于打开状态，2#活塞在其活塞缸内向上滑动，活塞缸内的压缩空气排出，11′排气控制杆对应的1#活塞的活塞缸内的排气气门从刚开始打开到完全打开。

如图8所示，曲轴旋转90度到180度时，4#活塞的活塞缸始终处于进气状态，在此状态2#活塞的活塞缸始终处于排气状态。

如图9所示，曲轴从180度旋转到210度时，进气凸轮1的凸起与4′进气控制杆上的轴承、3′进气控制杆上的轴承接触，3′进气控制杆对应的3#活塞外的进气气门从刚开始打开到完全打开，3#活塞的活塞缸开始进入压缩空气，4′进气控制杆对应的4#活塞外的进气气门从完全打开到刚好关闭，4#活塞的活塞缸到210度时开始停止进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起与22′排气控制杆上的轴承、11′排气控制杆上的轴承接触，22′排气控制杆对应的2#活塞外的排气气门处于打开状态，2#活塞在其活塞缸内向上滑动，2#活塞的活塞缸内的压缩空气排出，11′排气控制杆对应的1#活塞的活塞缸内的排气气门处于打开状态向外排气。

如图10所示，曲轴从210度旋转到250度时，进气凸轮1的凸起偏离4′进气控制杆与3′进气控制杆上的轴承接触，4#活塞的活塞缸内的进气气门完全关闭停止进入压缩空气，3′进气控制杆对应的3#活塞的活塞缸内的进气门处于打开状态进入压缩空气；同时，到250度时排气凸轮3的凸起刚好偏离22′排气控制杆上的轴承与44′排气控制杆上的轴承刚好接触，22′排气控制杆对应的2#活塞的活塞缸内的排气气门从完全排气状态到刚好关闭停止向外排气，44′排气控制杆对应的4#活塞的活塞缸内的排气气门处于关闭状态但是在250度时刚好将要打开排气气门。

如图11所示，曲轴从250度旋转到270度时，进气凸轮1的凸起与3′进气控制杆上的轴承接触、在270度时与2′进气控制杆上的轴承刚开始接触，3′进气控制杆对应的3#活塞的活塞缸内的进气气门始终处于打开状态，进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起与11′排气控制杆上的轴承、44′排气控制杆上的轴承始终接触，11′排气控制杆对应的1#活塞外的排气气门处于打开状态，1#活塞在其活塞缸内向上滑动，活塞缸内的压缩空气排出，44′排气控制杆对应的4#活塞的活塞缸内的排气气门从刚要打开到完全打开排气。

如图12所示，曲轴从180度旋转到270度时，3#活塞的活塞缸处于进气状态，1#活塞的活塞缸处于排气状态，在此状态3#活塞的活塞缸始终进入压缩空气，1#活塞的活塞缸始终处于排气状态。

如图13所示，曲轴从270度旋转到300度时，进气凸轮1的凸起与2′进气控制杆上的轴承、3′进气控制杆上的轴承接触，2′进气控制杆对应的2#活塞外的进气气门从刚开始打开到完全打开，2#活塞的活塞缸开始进入压缩空气，3′进气控制杆对应的3#活塞外的进气气门从完全打开到刚好关闭，3#活塞的活塞缸开始停止进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起与11′排气控制杆上的轴承、44′排气控制杆上的轴承接触，11′排气控制杆对应的1#活塞外的排气气门处于打开状态，1#活塞在其活塞缸内向上滑动，1#活塞的活塞缸内的压缩空气排出，44′排气控制杆对应的4#活塞的活塞缸内的排气气门处于打开状态向外排气。

如图14所示，曲轴从300度旋转到340度时，进气凸轮1的凸起偏离3′进气控制杆与2′进气控制杆上的轴承接触，3#活塞的活塞缸内的进气气门完全关闭停止进入压缩空气，2′进气控制杆对应的2#活塞的活塞缸内的进气门处于打开状态进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起偏离11′排气控制杆上的轴承与44′排气控制杆上的轴承接触，11′排气控制杆对应的1#活塞的活塞缸内的排气气门从完全打开到刚好关闭停止向外排气，44′排气控制杆对应的4#活塞的活塞缸内的排气气门处于打开状态向外排气。

如图15所示，曲轴从340度旋转到360度时，进气凸轮1的凸起与2′进气控制杆上的轴承始终接触、1′进气控制杆上的轴承从没有接触到刚开始接触，在340度到360度之间气缸1#有个缓冲的过程并不能导致进气门打开，1#活塞的活塞缸并没有进入压缩空气，2′进气控制杆对应的2#活塞的活塞缸内的进气气门处于打开状态，进入压缩空气；同时，排气凸轮3的凸起与44′排气控制杆上的轴承、33′排气控制杆上的轴承接触，44′排气控制杆对应的4#活塞外的排气气门处于打开状态，4#活塞在其活塞缸内向上滑动，活塞缸内的压缩空气排出，33′排气控制杆对应的3#活塞的活塞缸内的排气气门从刚要打开到完全打开处于排气状态。

如图16所示，曲轴从340度旋转到360度时，1#活塞的活塞缸开始进气，4#活塞的活塞缸处于排气状态，另外在340度到360度之间，由于进气凸轮1处于缓冲状态，故在此状态1#活塞的活塞缸并未进入压缩空气。

综上所述，曲轴从0度到360度往复旋转，进气凸轮1、排气凸轮3随着曲轴转动而转动，从而推动其他部件使对应的进气气门打开进入压缩空气，排气气门打开排出做功完成的压缩空气。

尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (1)

1.一种空气动力发动机的配气系统，该配气系统包括：进气控制杆、进气凸轮、排气控制杆、排气凸轮、曲轴和活塞缸，其特征在于：所述曲轴上设有2个排气凸轮、1个进气凸轮，进气凸轮置于2个排气凸轮中间，进气凸轮起始凸起与排气凸轮起始凸起之间相差为160度；活塞缸进气时，进气凸轮上的凸起与所对应的活塞缸上的进气控制杆上的进气控制杆轴承接触；所述活塞缸排气时，2个排气凸轮上的凸起与相对应的活塞缸上的2个排气控制杆上的排气控制杆轴承接触；所述进气控制杆和排气控制杆的下端均装有轴承，分别为进气控制杆轴承、排气控制杆轴承；所述进气凸轮的凸起与进气杆轴承接触时，其相对应的1个进气门打开；所述2个排气凸轮与2个排气杆轴承接触时，相对应的2个排气门打开；所述进气控制杆和排气控制杆支撑摇臂杆；所述进气凸轮和排气凸轮通过一个平键与曲轴连接；所述进气凸轮的凸起的弧长小于排气凸轮的凸起的弧长。