CN106194390B - 活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统。与发动缸活塞同步运动构件(20)上的固定挺杆(24)的挺杆头(7)，顺摇臂轴(1)轴向，依设计的发动机最低至最高各工况定时、定量、定速率工作参数的连线作出类似凸轮工作性能的工作形状；摇臂(6)固定在与轴座滑动联接的摇臂轴(1)上，当摇臂轴(1)随发动机工况作轴向运动时，摇臂(6)就对应工作形状上某一工况的工作参数线，泵喷水咀(30)就在摇臂(6)对应的工作形状上某一工况的工作参数下工作。

Description

活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统

所属领域

本发明属内燃发动机领域，具体涉及活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统。

背景技术

我国发明专利ZL200710193938.X中发明了一种活塞往复内燃机体内与动力机构复合的活塞往复式增压机构，该增压机构利用了动力机构的工作部件和运转的空间，增压缸活塞与发动缸活塞同步运行且行程相同，结构简单传动直接，其积极效果是：消除了现有涡轮增压瞬时反应滞后，须添加诸多的辅助设置而结构复杂工作性能差，其增压度(增压后增大的功率与未增压功率之比)低，且在用途最广用量最大的中小型发动机上难以应用等缺陷和不足之处；该机构可以很方便地实现增压度≥4，同时还配有增压缸内吸入空气量调控系统，可随发动机工况按设计要求压缩一定量的空气，即可随发动机工况的变化按设计的要求准确地向发动缸内供入一定质量的空气，以便提供最佳空燃比提高发动机的热效率和消除不良燃烧污染物生成，为了主动准确地掌握发动缸内的燃烧温度，还设置了本领域先前工作者曾经为之探索的随发动机工况变化向增压缸内喷入水雾的增压缸内喷水中冷压缩泵喷系统(以下简称“背景中冷系统”)，但该系统具有结构复杂、工作性能差的缺陷和不足之处(详见发明专利ZL200710193940.7说明书第[0020]段记载和附图1.5①、1.5②、1.5③示出)，为了方便了解，在本申请用附图4、5、6重新示出并在下段作出简要介绍。

图4示出：“背景喷水系统”由“二次发动缸内喷水系统10”的挺杆18侧作出斜形挺杆头28向上驱动喷咀25正对增压缸进风管23且与柱塞泵成90°的异型泵喷咀31泵头29使喷咀25喷射水雾；结合图5示出：与泵头29作牵引联接的拉杆32，横向穿过构件座一34和一端作有离合板35另一端装有手柄37的套筒一36，伸出套筒一36的端头装有螺母38；套筒一36装在机体外壁35上，机体外壁35外面还装有调节板45；调节手柄37在调节板45上的位置，通过对拉杆32的牵动和柱塞泵弹簧的压力可调节斜形挺杆头28对泵喷水咀泵头29的驱动量，从而调控喷水咀25喷出水液的量，螺母38进行微调。结合图4和6示出：上端侧伸出部分40作有轮齿、下端作出扇形凸轮39的圆筒构件43套装在构件座一39上。圆筒构件43上侧伸出部分40作出的轮齿，与装配在随发动机工况作轴向运动滑动轴46筒套41上的齿条44啮合；调节手柄37使离合板35朝上，与圆筒构件43下端的扇形凸轮接触，于是，当滑动轴套筒41随发动机工况作轴向运动时，扇形凸轮39带动拉杆32作进退运动，泵喷水咀31就随发动机工况的变化向增玉缸进风管喷入水液。

上述背景中冷系统，耗用所述诸多的工作部件，且运动件多，结构复杂，不仅造成制造安装和维护的困难及其费用的增加，同时造成工作性能差，难以达到准确稳定可靠的要求，尤其是如图4示出：侧挺杆头28对异型喷水咀的泵头29只作垂直驱动，此两者之间没有相对横向移动的机制，由此，该系统只有喷水量的调控，而没有缓冲、定时、定速率的调控功能，此项功能的欠缺是不能容忍的，以上缺陷和不足之处必须加以克服。

上述背景中冷系统所属专利ZL200710193940.7中，还发明了主要由一种挺杆、一种摇杆机构和泵喷咀构成的一种随发动机工况变化工作的燃油泵喷系统，本发明拟采用类似该系统技术方案，发明一种新的增压缸内喷水中冷压缩泵喷系统(下简称“发明中冷系统”，如图1、2、3示出，其技术特征在后面详细说明)。

从说明书附图2、3、4的示出，喷咀25正对增压缸进风管23，是背景中冷系统和发明中冷系统两系统共有的必要的不可改变的技术特征；在图4中示出，背景中冷系统喷咀25的左边，是“二次发动缸内喷水系统10”的挺杆18，这表明了在发动机原结构中没有上述拟定的“发明中冷系统”设置挺杆7的位置；背景中冷系统随发动机工况变化作轴向运动的调控轴即滑动轴46的尾段，是以齿条牙齿轴向地驱动“增压缸内吸入空气量调控机构”的调节杆12，故而不允许其滑动轴46作转动动作，但“发明中冷系统”的一摇臂6固定在滑动轴轴段一1上(见图1、3示出)，当挺杆头7驱动摇臂6时，滑动轴段一1会转动一定的角度，如果用滑动轴46作发明中冷系统的滑动轴，这与滑动轴46尾段只作轴向运动而不允许滑动轴46转动相抵触；如果用图4示出的背景技术中“二次发动缸内喷水系统10”的滑动轴42作发明中冷系统中的摇杆机构摇臂轴即滑轴时，同理，由于“二次发动机缸内喷水系统10”的挺杆18驱动该系统的摇臂时，其滑动轴42转动的角度和速度，与所发明中冷系统挺杆头7驱动摇臂6 时滑动轴转动的角度和速度不同，同样造成了系统运转时相互冲突的现象；若将发明中冷系统另设置一滑动轴，则增加发动机的复杂性，同时，在位置上也不能布置。为此，若采用上段所述拟定方案作出“发明中冷系统”，必须首先解决所述设置位置及滑动轴共用存在的问题。

发明内容

为了解决[0006]段所述的问题，采用以下技术手段：1、将“二次发动缸内喷水系统10”在图4示出的背景技术中位置向后移动，在移出的位置上作出发明中冷系统(如图1 和2示出)；2、去掉背景滑动轴42、46，重新设置一随发动机工况变化作轴向运动且在轴座内滑动的调控轴即滑动轴，并将其分为轴段一1、轴段二17、轴段三13；3、轴段二17的前后部分作出圆筒并在圆筒部分作出一定弧面宽度的轴向定位口9、11；轴段一1和轴段三13与轴段二17相联接的一端各作出圆柱14，分别吻合且可以转动地插入轴段二17作出的圆筒内；之后将与轴段二17圆筒弧面定位口9、11轴向吻合且可在定位口内横向滑动的轴向定位块固定在轴段一1和轴段三13的圆柱上，由此，所述3个轴段同步地随发动机工况的变化作轴向运动；4、由于轴段二17圆筒上轴向定位口9、11有一定的弧面宽度，轴段一和三上作出的圆柱可以在轴段二作出的圆筒内转动，当“二次发动缸内喷水系统10”和“发明中冷系统”的挺杆分别驱动固定在各自轴段上的摇臂时，轴段一和轴段二可按照自己设计的转动速度和角度不受干扰地自由运动。由上技术手段构成的滑动轴，可同时分别地对本“发明中冷系统”、“二次发动缸内喷水系统”以及轴段三13对应的“增压系缸内吸入空气量调控系统”进行随发动机工况变化而工作的调控。

本发明的一种增压缸内喷水中冷压缩泵喷系统，主要由一种挺杆、一种摇杆机构、一种泵喷水咀构成，其特征在于：所述挺杆24固定在与发动缸活塞同步运动的增压机构框架20上，其上段固定联接挺杆头7；挺杆头7与摇杆机构摇臂6相对的一面，顺摇杆轴轴向依设计的发动机最低至最高各工况中冷喷水参数的连线(即各工况下缓冲，喷水定时、速率、水量参数的连线)，作出类似凸轮工作性能的工作形状；

增压缸活塞位于下止点即发动缸活塞位于下止点时，挺杆头上工作形状的喷水始点距摇臂6下面工作始点的距离，等于活塞顶面从下止点上行至设计的增压缸内喷水始点位置的行程，即活塞行程S-(S/180°)×喷水提前角，以此确定工作形状上喷水始点的位置和挺杆的总长度(含挺杆头)。所述摇杆机构用[0007]段所述随发动机工况轴向运动的滑动轴(即调控轴)的轴段一1作摇臂轴，该摇臂轴可在轴座内滑动；摇臂6一端与挺杆头7 上的工作形状正对，另一端固定联接在轴段一1上，在固定一端与异型摇臂33结合处形成臂头5，臂头5可在异型摇臂33作出的臂头槽内轴向滑动，并带动异型摇臂33 上下摇动；异型摇臂33一端套在轴段一1上与轴段一1为滑动联接，由轴座2、8 固定其轴向位置，另一端联接在泵喷水咀柱塞泵的泵头4上；所述泵喷水咀30由柱塞泵26和喷咀25构成，喷咀25正对增压缸21的进风管23；当轴段一1随发动机工况变化作轴向运动时，轴段一1上固定摇臂6的任一某一轴向位置，必定对应发动机的某一工况，摇臂6与挺杆头7相对的一端就对应挺杆头7工作形状上的该某一工况，于是，当挺杆头上工作形状驱动摇臂6工作时，系统就在该某一工况设计的工作参数下工作，泵喷水咀的喷咀25就随发动机工况的要求向增压缸进风管内喷射水雾。

积极效果

说明书[0008]段记载和附图1、2、3联合示出：本发明的增压缸内喷水中冷系统，其挺杆头7固定联接在挺杆24上，与挺杆为一整体结构，挺杆24固定联接在与发动缸活塞同步运动的增压机构框架20上，且挺杆垂直运动有机体横隔板19和顶盖板27的挺杆通口定位，挺杆头7上下往复运动稳定准确可靠；由于挺杆头7的垂直运动与摇臂6的轴向运动(即摇臂6与挺杆头上的工作形状作横向的运动)有机的结合，使得“发明中冷系统”依发动机工况的变化，按设计要求的缓冲、定时、速率和喷水量的参数准确可靠地工作。相对于“背景中冷系统”，省去了大量相对运动的精度要求高且难以制造的工作部件，其中尤其是构件43和46；节省了大量的生产费用和安装维护的麻烦，同时克服了“背景中冷系统”工作性能差、难以准确、稳定、可靠地工作和调控功能欠缺的缺陷。相对于现有技术具有突出的实质性的特点和显著的进步。

前第[0007]段记载和附图1、2示出，用一具有图4示出的两滑动轴42、46功能的随发动机工况变化作轴向运动的滑动轴，将其分为轴段一1、轴段二17、轴段三13三个部分，分别调控“增压缸内喷水中冷系统”、“二次发动缸内喷水冷却系统”、“增压缸内吸入空气量调控系统”，在同一根轴上实现了具有调控上述三个重要工作系统随发动机工况变化工作的功能(如图1、2示出)。由此，简化了发动机的结构，节省了发动机制造安装及维护的费用。

图4示出，将“背景中冷系统”的调控部分，设置在发动机体内，而本“发明中冷系统”设置在发动机顶盖板27上(图1、2示出)，消除了“背景中冷系统”安装、检测、维护和更换困难的缺陷。

提高活塞往复发动机的增压度进而提高发动机的功重比，是本领域竞争和发展的重要课题之一。当发动机的增压技术解决了增压度的提高(如前[0002]段所述增压机构)和增压空气量准确地随发动机工况变化的调控技术(发明申请201610312425.5中作出)后，准确地随发动机工况的变化对增压空气中冷及其增压空气中水蒸汽成份控制的技术，就成为了增压系统的关键技术，它直接关系到发动缸内燃烧温度而导致热效率下降、不良燃烧污染物的生成、以及热负荷的危害。此项技术的重要性和要求，如同发动机的燃油泵喷技术一样的重要和严格。本发明的增压缸内喷水中冷泵喷系统的技术特征，能使泵喷水液的工作达到如同燃油泵喷同样的随发动机工况的变化依设计的定时、定量、定速率地进行泵喷工作的要求，而且结构简单、传动直接、工作性能稳定、准确可靠；解决了本领域先前工作者曾经为之控索而未能实现的：向增压空气喷入设计的一定量的水雾，使其与空气混合压缩，既对压缩空气进行了适当的冷却，又可节省大量的压缩耗功；增压空气中含有一定量合适的水蒸汽或有微量的水雾，与二次发动缸内喷水冷却配合，既可以抑制发动缸内高温污染物NO的出现，又不致于因水蒸汽的成份过剩而导致热效率下降和低温污染物生成(此效果在发明申请 201420022888.4“一种活塞往复内燃机的喷水系统”中作有详细论述，该申请已通过实质审查进入授权阶段)的技术手段。使发动机超高增压(即增压后的功率为不增压功率的4-5倍) 可以很顺利很方便地实现，促进了活塞往复内燃机的进步和发展，可产生积极的经济效果和良好的社会效益。

附图说明

图1：系统结构发动机盖板上平面图；图2：系统结构左视图；图3：系统结构前视图；图4：系统背景技术左视图；图5：系统背景技术机体盖板下面平面图；图6：背景技术前视图。

具体实施方式

本发明增压缸内喷水中冷系统(下简称“发明系统”)具体实施方式如下：

将图4背景技术中“二次发动缸内喷水冷却系统10”和“增压缸内喷水中冷系统”(下简称“背景系统”)的随发动机工况变化作轴向运动的滑动轴42和46合并为一条滑动轴；并将该滑动轴分为3段：即轴段一1、轴段二17、轴段三13，此3个轴段用轴向定位销连成一体同步地随发动机工况的变化作轴向运动，并与轴座2、8、16 作滑动联接可在轴孔内滑动，如图1、2示出。

如图1和2示出：将背景技术中“二次发动缸内喷水冷却系统10”从图4中示出的发动机结构中的原位置后移，用轴段二17替代背景技术中滑动轴42，轴段二17的前后两段作出圆筒，两圆筒上分别开有一定弧面宽度的轴向定位口9、11。

图1示出：用轴段一1作本“发明中冷系统”的滑动轴，轴段一1与轴段二17相联接的一段作出圆柱，圆柱吻合地插入轴段二17前段的圆筒内，由轴向定位销从定位口固定在圆柱上作轴向定位联接，定位销和定位口轴向吻合且可在定位口内作横向滑动，由于轴段二17圆筒上的定位口有一定的弧面宽度，轴段一的圆柱可在其圆筒内自由地转动一定的角度。轴段二17与轴段三13之间的联接同轴段一与轴段二的联接方式相同，同理，轴段二17在作轴向运动的同时也可以自由地转运一定角度，而轴段三13与增压缸内吸入空气量调控系统的伸缩杆12只作轴向运动。

图1和3示出：用轴段一1作摇杆轴，其一摇臂6的一端，正对挺杆头7 上顺轴段一1的轴向依设计的、发动机从低至高各工况的缓冲、定时、定量、定速率工作参数连线作出的工作形状；另一端固定联接在轴段一1上，其固定端与异型摇臂33结合处形成的臂头5与异型摇臂33上作出的滑动槽吻合，带动异型摇臂33作上下摇动，并可在异型摇臂33的滑动槽内作轴向滑动；异型摇臂33的一端套在轴段一1上，与轴段一1作滑动联接并由轴座2、8固定其轴向位置，另一端与泵喷咀的泵头4联接。

挺杆头7固定联接在挺杆24上，挺杆24固定联接在与发动缸活塞同步运动的增压机构框架20上，挺杆头7上作出的工作形状与摇臂6一端正对。

图2和3示出：由柱塞泵26和喷咀25构成的泵喷水咀30，其喷咀25 正对增压缸21的进风管23，泵头4与摇杆机构异型摇臂33联接。

Claims (4)

1.一种活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统，主要由一种挺杆、一种滑动轴、一种摇杆机构和泵喷水咀构成，其特征在于：所述一种挺杆(24)固定联接与发动缸活塞同步运动的增压机构框架(20)上，其挺杆头(7)固定联接在挺杆(24)上，挺杆头(7)与摇杆机构摇臂(6)相对的一面，顺摇臂轴轴向依设计的发动机最低至最高各工况下缓冲、定时、定量、定速率的工作参数的连线，作出类似凸轮工作性能的工作形状；

所述滑动轴与轴座(2、8、16)滑动联接且随发动机工况的变化作轴向运动，由轴段一(1)、轴段二(17)、轴段三(13)联接而成；

所述摇杆机构，用轴段一(1)作摇臂轴，摇臂(6)的一端与挺杆头(7)上的工作形状正对，另一端固定在轴段一(1)上，此固定端与异型摇臂(3)的结合处形成臂头(5)，臂头(5)与异型摇臂(3)上作出臂头槽吻合带动异型摇臂上下摇动，并可在臂头槽内轴向滑动；异型摇臂(3)的一端套在轴段一(1)上，与轴段一(1)为滑动联接，由轴座(2、8、16)固定其轴向位置，另一端与泵喷水咀的泵头(4)联接，泵喷水咀(30)的喷咀(25)与增压缸进风管(23)正对；当挺杆头(7)上工作形状驱动摇臂(6)时，泵喷水咀(30)就在摇臂(6)对应的挺杆头(7)工作形状上的相应工况的工作参数下工作。

2.如权利要求1所述的一种活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统，其特征在于：所述滑动轴轴段二(17)的前后两段分别作出圆筒，两圆筒上分别作有一定弧面宽度的轴向定位口(9、11)；轴段一(1)和轴段三(13)与轴段二(17)相联的一段各作出圆柱，分别吻合且可以转动地插入轴段二(17)作出的圆筒内；将定位销从定位口固定在圆柱上，定位销与定位口轴向吻合且可在定位口内作横向滑动；轴段一、二、三分别对本发明中冷系统、二次发动缸内喷水系统、增压缸内吸入空气量调控系统进行同步地随发动机工况变化工作的调控。

3.如权利要求1所述的一种活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统，其特征在于：当发动缸活塞顶面位于下止点时，挺杆头(7)上工作形状喷水的始点距摇臂(6)下面工作始点的距离，等于增压缸活塞顶面从下止点上行至设计的增压缸内喷水始点位置的行程，即活塞行程-(活塞行程/180°)×喷水提前角，以此确定喷水始点的位置和挺杆(24)+挺杆头(7)的总长度。

4.如权利要求1所述的一种活塞往复内燃机增压缸内喷水中冷系统，其特征在于：所述泵喷水咀(30)由柱塞泵(26、25)构成，其喷咀正对增压缸进风管(23)，柱塞泵的泵头(4)与异型摇臂(3)一端的臂头联接。