CN104989458B - 一种压缩空气发动机全可变进排气机构及其方法 - Google Patents

一种压缩空气发动机全可变进排气机构及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压缩空气发动机全可变进排气机构及其方法，缸壁上设置有缸盖，缸盖内设置进气阀和排气阀，进气阀和排气阀通过进排气通道与储气罐相联，进气阀和排气阀内层套有节流阀，节流阀由节流阀驱动机构驱动，进气阀和排气阀由进排气阀动力传输机构驱动，缸壁内设置有活塞，压缩空气单向阀、气缸进气单向阀与压缩空气发动机的燃烧室相连。实现了气动发动机全可变进、排气，可以通过调节节流阀来调节进、排气持续时间以及气门的最大开度，从而可以根据工况需要调节发动机工作状态。同时也可以通过调节节流阀位置，以及对单向阀进行控制使得发动机在制动能量回收工作模式和气动驱动模式两种模式中切换。

Description

一种压缩空气发动机全可变进排气机构及其方法
技术领域
本发明属于新能源发动机领域，涉及一种压缩空气发动机全可变进排气机构及其方法，能为压缩空气发动机提供高压压缩空气。
背景技术
随着当今世界所面临的能源紧缺和环境污染两个问题逐渐受到全世界的关注，汽车工业也由此将目光聚集在新能源汽车的研究上。当今新能源汽车的发展十分迅猛，电储能、液压储能、飞轮储能等，其中电动汽车已经活跃在大街小巷。而如今以高压压缩空气作为动力的气动汽车也走进人们的视野。
气动发动机不消耗化石燃料从而可以实现零碳排放。由于发动机的动力源来自于高压压缩空气，通常为了改变其做功的功率和提供的转矩，就要替换普通内燃机的常压气门，使得可以通过气门的调节而改变气动发动机的做功情况。由于之前的气动发动机进气机构结构相对都比较复杂，实验、制造的成本较高，本次发明目的在于提出一个结构简单、易于在普通内燃机的基础上改装且成本低廉的全可变进气机构，通过以该概念为基础改进的进气机构达到调节进气量和持续时间的目的。
发明内容
本次发明的目是克服现有技术的不足，提供一种压缩空气发动机全可变进排气机构及其方法。
本发明的技术方案如下：
一种压缩空气发动机全可变进排气机构， 包括缸壁、缸盖、进气阀、排气阀、节流阀、活塞、进排气通道、压缩空气单向阀、气缸进气单向阀、进排气阀动力传输机构和节流阀驱动机构，缸壁上设置有缸盖，缸盖内设置进气阀和排气阀，进气阀和排气阀通过进排气通道与储气罐相联，进气阀和排气阀内层套有节流阀，节流阀由节流阀驱动机构驱动，进气阀和排气阀由进排气阀动力传输机构驱动，缸壁内设置有活塞，压缩空气单向阀、气缸进气单向阀与压缩空气发动机的燃烧室相连。
所述的进排气阀、排气阀和节流阀为筒状结构，所述的筒状结构设有缺口，当进气阀和节流阀的筒状缺口与进气道重合时，实现进气，当排气阀和节流阀的筒状缺口与排气道重合时，实现排气。
所述的进气阀、排气阀均与飞轮相连，进气阀、排气阀的进排气相位可根据需要进行调整，节流阀通过电机驱动，可通过调整其缺口相位与进排气阀相位重叠部分的位置与大小来调节进排气，从而达到全可变的进排气目的。
所述压缩空气发动机全可变进排气机构的进排气方法是：
气动驱动模式下，储气罐内的高压空气通过进排气通道注入进气阀，进气阀由飞轮驱动，若节流阀套筒上缺口完全覆盖进气门，即对进气阀完全没有节流作用，则进气门为最大开度，每当进气阀的缺口处与进气门重合，则开始进气，随后进气阀随着飞轮继续转动，当转过一定相位时，进气阀缺口与进气门的重合先变大至完全重合后又逐渐减小，至二者完全不重合，则完成进气；由于压缩空气单向阀、气缸进气单向阀和进气阀均分别连接储气罐和气缸，所以在气动模式工作的时候即使出现局部压力不均衡使得压缩空气单向阀或气缸进气单向阀开启的情况，也并不会造成气体流失；
当通过节流阀驱动机构调节节流阀使其筒壁覆盖一部分进气通道时，则可以延迟进气或提早结束进气，并且可以限制进气阀与进气门完全重合的最大开度，从而起到调节进气持续时间以及进气量的作用，而对于排气的全可变进排气控制，原理同上；
当节流阀筒壁完全覆盖进、排气通道，则无论进、排气阀在什么相位，进、排气机构始终关闭，此时便切换到了制动能量回收模式，压缩空气单向阀与储气罐连接，气缸进气单向阀与外界相通，在该模式下，通过压缩空气单向阀、气缸进气单向阀实现制动能量回收，在活塞上行时，当气缸内压力高于储气罐内压力，打开压缩空气单向阀，向储气罐压缩空气，在活塞下行过程中，压力低于储气罐的压力时关闭压缩空气单向阀，同时打开气缸进气单向阀向气缸进气，以准备再下一次循环中向储气罐充气。
该发明具有如下优点：
1、 实现了气动发动机全可变进、排气，可以通过调节节流阀来调节进、排气持续时间以及气门的最大开度，从而可以根据工况需要调节发动机工作状态。
2、 同时也可以通过调节节流阀位置，以及对单向阀进行控制使得发动机在制动能量回收工作模式和气动驱动模式两种模式中切换。
3、 本发明气门驱动机构动力一部分来自于飞轮，一部分来自于节流阀驱动电机，控制灵活，成本低廉。
附图说明
图1是本发明压缩空气发动机全可变进排气机构的结构示意图；
图2是压缩空气发动机全可变进排气机构的剖视图；
图中：缸壁1、缸盖2、进气阀3、节流阀4、活塞5；进排气通道6，压缩空气单向阀7、气缸进气单向阀8、进排气阀驱动机构9、节流阀驱动机构10，排气阀11。
具体实施方式
下面结合图1和图2对本次发明进行详细介绍。
一种压缩空气发动机全可变进排气机构， 包括缸壁1、缸盖2、进气阀3、排气阀11、节流阀4、活塞5、进排气通道6、压缩空气单向阀7、气缸进气单向阀8、进排气阀动力传输机构9和节流阀驱动机构10，缸壁1上设置有缸盖2，缸盖2内设置进气阀3和排气阀11，进气阀3和排气阀11通过进排气通道6与储气罐相联，进气阀3和排气阀11内层套有节流阀4，节流阀4由节流阀驱动机构10驱动，进气阀3和排气阀11由进排气阀动力传输机构9驱动，缸壁1内设置有活塞5，压缩空气单向阀7、气缸进气单向阀8与压缩空气发动机的燃烧室相连。
所述的进排气阀3、排气阀11和节流阀4为筒状结构，所述的筒状结构设有缺口，当进气阀3和节流阀4的筒状缺口与进气道重合时，实现进气，当排气阀11和节流阀4的筒状缺口与排气道重合时，实现排气。
所述的进气阀3、排气阀11均与飞轮相连，进气阀3、排气阀11的进排气相位可根据需要进行调整，节流阀4通过电机驱动，可通过调整其缺口相位与进排气阀相位重叠部分的位置与大小来调节进排气，从而达到全可变的进排气目的。
所述压缩空气发动机全可变进排气机构的进排气方法是：
气动驱动模式下，储气罐内的高压空气通过进排气通道6注入进气阀，进气阀由飞轮驱动，若节流阀套筒上缺口完全覆盖进气门，即对进气阀完全没有节流作用，则进气门为最大开度，每当进气阀的缺口处与进气门重合，则开始进气，随后进气阀随着飞轮继续转动，当转过一定相位时，进气阀缺口与进气门的重合先变大至完全重合后又逐渐减小，至二者完全不重合，则完成进气；由于压缩空气单向阀7、气缸进气单向阀8和进气阀均分别连接储气罐和气缸，所以在气动模式工作的时候即使出现局部压力不均衡使得压缩空气单向阀7或气缸进气单向阀8开启的情况，也并不会造成气体流失；
当通过节流阀驱动机构调节节流阀使其筒壁覆盖一部分进气通道时，则可以延迟进气或提早结束进气，并且可以限制进气阀与进气门完全重合的最大开度，从而起到调节进气持续时间以及进气量的作用，而对于排气的全可变进排气控制，原理同上；
当节流阀筒壁完全覆盖进、排气通道，则无论进、排气阀在什么相位，进、排气机构始终关闭，此时便切换到了制动能量回收模式，压缩空气单向阀7与储气罐连接，气缸进气单向阀8与外界相通，在该模式下，通过压缩空气单向阀7、气缸进气单向阀8实现制动能量回收，在活塞5上行时，当气缸内压力高于储气罐内压力，打开压缩空气单向阀，向储气罐压缩空气，在活塞5下行过程中，压力低于储气罐的压力时关闭压缩空气单向阀，同时打开气缸进气单向阀向气缸进气，以准备再下一次循环中向储气罐充气。

Claims (3)

1.一种压缩空气发动机全可变进排气机构， 其特征在于包括缸壁（1）、缸盖（2）、进气阀（3）、排气阀（11）、节流阀（4）、活塞（5）、进排气通道（6）、压缩空气单向阀（7）、气缸进气单向阀（8）、进排气阀动力传输机构（9）和节流阀驱动机构（10），缸壁（1）上设置有缸盖（2），缸盖（2）内设置进气阀（3）和排气阀（11），进气阀（3）和排气阀（11）通过进排气通道（6）与储气罐相联，进气阀（3）和排气阀（11）内层套有节流阀（4），节流阀（4）由节流阀驱动机构（10）驱动，进气阀（3）和排气阀（11）由进排气阀动力传输机构（9）驱动，缸壁（1）内设置有活塞（5），压缩空气单向阀（7）、气缸进气单向阀（8）与压缩空气发动机的燃烧室相连；
所述的进排气阀（3）、排气阀（11）和节流阀（4）为筒状结构，所述的筒状结构设有缺口，当进气阀（3）和节流阀（4）的筒状缺口与进气道重合时，实现进气，当排气阀（11）和节流阀（4）的筒状缺口与排气道重合时，实现排气。
2.根据权利要求1所述的压缩空气发动机全可变进排气机构，其特征在于，所述的进气阀（3）、排气阀（11）均与飞轮相连，进气阀（3）、排气阀（11）的进排气相位可根据需要进行调整，节流阀（4）通过电机驱动，可通过调整其缺口相位与进排气阀相位重叠部分的位置与大小来调节进排气，从而达到全可变的进排气目的。
3.一种如权利要求1所述压缩空气发动机全可变进排气机构的进排气方法，其特征在于：
气动驱动模式下，储气罐内的高压空气通过进排气通道（6）注入进气阀，进气阀由飞轮驱动，若节流阀套筒上缺口完全覆盖进气门，即对进气阀完全没有节流作用，则进气门为最大开度，每当进气阀的缺口处与进气门重合，则开始进气，随后进气阀随着飞轮继续转动，当转过一定相位时，进气阀缺口与进气门的重合先变大至完全重合后又逐渐减小，至二者完全不重合，则完成进气；由于压缩空气单向阀（7）、气缸进气单向阀（8）和进气阀均分别连接储气罐和气缸，所以在气动模式工作的时候即使出现局部压力不均衡使得压缩空气单向阀（7）或气缸进气单向阀（8）开启的情况，也并不会造成气体流失；
当通过节流阀驱动机构调节节流阀使其筒壁覆盖一部分进气通道时，则可以延迟进气或提早结束进气，并且可以限制进气阀与进气门完全重合的最大开度，从而起到调节进气持续时间以及进气量的作用，而对于排气的全可变进排气控制，原理同上；
当节流阀筒壁完全覆盖进、排气通道，则无论进、排气阀在什么相位，进、排气机构始终关闭，此时便切换到了制动能量回收模式，压缩空气单向阀（7）与储气罐连接，气缸进气单向阀（8）与外界相通，在该模式下，通过压缩空气单向阀（7）、气缸进气单向阀（8）实现制动能量回收，在活塞（5）上行时，当气缸内压力高于储气罐内压力，打开压缩空气单向阀，向储气罐压缩空气，在活塞（5）下行过程中，压力低于储气罐的压力时关闭压缩空气单向阀，同时打开气缸进气单向阀向气缸进气，以准备再下一次循环中向储气罐充气。
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