CN110645065A - 一种高压脉冲式增压发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压脉冲式增压发动机，包括发动机本体、储气罐、空气压缩机、冷却器和控制器，所述发动机本体上设置有排气门和进气组，所述进气组属于单个缸内两套独立的进气系统，进气组包括第一进气门和第二进气门，其中第一进气门连接第一进气歧管为正常的自然吸气，所述第二进气歧管的出气口处依次设置有自动节流阀、流量检测器、自动控制阀和止回阀；所述储气罐内设置有压力检测器；所述空气压缩机的变速动力轮与所述发动机本体的驱动轮通过传动结构连接；所述冷却器串联设置在所述空气压缩机和所述止回阀之间；所述控制器连接于所述自动节流阀、所述自动控制阀、所述压力检测器和所述流量检测器。

Description

一种高压脉冲式增压发动机
技术领域
本发明涉及发动机增压技术领域，具体而言，涉及一种高压脉冲式增压发动机。
背景技术
汽车发动机增压是指将进入发动机缸体的空气或者可燃混合气预先进行压缩或压缩后再加以冷却，以提高进入缸体的空气或可燃混合气的密度，从而使充气量增加，并在供油系统的配合下，使更多的燃料很好的燃烧，达到提高发动机动力性、提高比功率、提高转矩、改善燃料经济性、降低废气排放和噪声的目的，这样的发动机成为增压发动机。现有常用的增压技术为机械增压和废气涡轮增压，上述方式在使用过程中，发动机动作的四个冲程中，增压作用仅适用在一种吸气冲程中，且存在增压过程中的时间迟滞和转速限制问题，较为不合理，适用度有待扩宽。
发明内容
本发明提出了一种新的高压脉冲式增压发动机，要解决的技术问题是现有增压发动机中增压设备利用率和适用度较低的问题。
有鉴于此，本发明提出了一种新的高压脉冲式增压发动机，包括发动机本体、储气罐、空气压缩机、冷却器和控制器，所述发动机本体上设置有排气门和进气组，所述进气组包括第一进气门和第二进气门，所述排气门连通排气歧管，所述第一进气门连通第一进气歧管，所述第二进气门连通于第二进气歧管的出气口，所述第二进气歧管的出气口处依次设置有自动节流阀、流量检测器、自动控制阀和止回阀；所述储气罐的开口设置在所述止回阀与所述自动控制阀之间，所述储气罐内设置有压力检测器；所述空气压缩机的出气口连通于所述第二进气歧管的进气口，所述空气压缩机的变速动力轮与所述发动机本体的驱动轮通过传动结构连接；所述冷却器串联设置在所述空气压缩机和所述止回阀之间；所述控制器内设置有检测组件和控制输出，所述检测组件和所述控制输出通过信号采样线路连接于所述压力检测器和所述流量检测器，所述检测组件和所述控制输出还通过控制线路连接于所述离合器、所述变速动力轮、所述自动节流阀、所述自动控制阀。
在该技术方案中，发动机本体上设置排气门、第一进气门和第二进气门，第一进气门连接第一进气歧管，能够保持发动机启动时正常速率吸气，第二进气门通过第二进气歧管连接有空气压缩机，该空气压缩机的变速动力轮与发动机本体的驱动轮通过传动结构连接，该所述传动结构采用传动皮带结构，使得发动机本体在第一进气门提供进气运转的同时，带动空气压缩机运转，将空气压缩后以较快的速度进入发动机本体的缸体内，快速实现增压，即空气压缩机的动力来自于发动机本体的输出轴；其中，第二进气歧管上依次设置有自动节流阀、自动控制阀和止回阀，自动节流阀可以根据空气压力灵活调节进气量，自动控制阀在气压低时关闭，达到增压气压时打开，能够有效控制第二进气歧管内压缩空气的流量，便于维持压缩空气的稳定运输；空气压缩机与止回阀之间设置冷却器，能够用于降低压缩空气的过程中产生的热量；第二进气歧管进气口处设置有流量检测器，储气罐内设置有压力检测器，控制器内的检测组件和控制输出分别连接于自动节流阀、自动控制阀、压力检测器和流量检测器，便于控制器实时采集第一进气歧管、第二进气歧管管内的压力与流量，及储气罐内的压力，即控制器作为控制各个开关进行调节、保障系统正常平稳运行的单元电路器件，用于数据监测，其监测点为储气罐的压力监测。自动节流阀处的空气流量监测、系统温度监测、空气压缩机的转速监测以及其他需要监测的数据点，控制和调节点为自动节流阀、自动控制阀以及需要控制调节的其他关键点，并经过数据分析后，通过控制空气压缩机的运转速率来调节空气压缩机的输出压力，运行速率快，适用度较高，有效提高了增压设备的利用率。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述进气组处设置有进气凸轮轴，所述进气凸轮轴上设置有分别与所述第一进气门和所述第二进气门的倾斜角度相对应的凸轮部件；所述进气凸轮轴包括第一凸轮轴和第二凸轮轴，所述凸轮部件包括第一凸轮和第二凸轮，所述第一凸轮轴上设置有与所述第一进气门相对应的所述第一凸轮，所述第二凸轮轴上设置有与所述第二进气门相对应的所述第二凸轮；所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴采用同轴设置或异轴设置结构。
在该技术方案中，进气组处设置有进气凸轮轴，该进气凸轮轴上设置有分别于第一进气门和第二进气门的倾斜角度相对应的凸轮部件，第一凸轮与第二凸轮设置不同轴单独控制时，第二进气门采用凸轮杠杆控制；进气凸轮轴上控制第一进气门和第二进气门的凸轮分开角度不同向，从而控制第一进气门和第二进气门的打开关闭时间；即所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴采用内轴镶嵌在设置有开孔的外轴内的子母轴结构，构成所述第一凸轮与第二凸轮同轴设置；或所述第一凸轮与第二凸轮直接同轴设置；或第一凸轮与第二凸轮不同轴设置，所述第二进气门采用气门杠杆控制，所述气门杠杆通过杠杆支撑轴设置在发动机本体内部。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述空气压缩机的常压进气口处设置有空气过滤装置。
在该技术方案中，空气压缩机常压进气口处设置的空气过滤装置能够对吸入空气压缩机的空气进行过滤，避免灰尘进入影响系统的正常运行。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述变速动力轮与所述驱动轮连接的传动结构之间设置有张紧轮，所述变速动力轮内同轴设置有离合器，所述离合器连接于所述控制器。
在该技术方案中，变速动力轮与驱动轮连接的传动结构之间设置有张紧轮，能够根据实际需求调整传动结构的张紧，变速动力轮内同轴设置的离合器可以在紧急故障或需要空气压缩机停止的情况下分离动力，控制器连接于离合器便于根据实时数据自动调节运行状态。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述离合器采用电控或气控离合器；所述自动控制阀采用电控或气控自动控制阀；所述变速动力轮采用电控或气控无极变速槽轮；所述自动节流阀采用电控或气控自动节流阀。
在该技术方案中，电控或气控无极变速轮能够根据气压需要，自动改变槽轮直径，调整空气压缩机的工作效率，控制输出的压缩空气达到合理的气压与流量，便于快速增压。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)提出了新的增压结构，在发动机本体上设置一个排气门和进气组，进气组内包括第一进气口和第二进气口，第一进气口属于正常吸气设置，直接将外界的空气吸入发动机内部，第二进气口属于增压气门，能够在第一进气门进行吸气冲程的过程中，在第二进气门对应的凸轮控制下，延时打开第二进气门，使高压空气能够瞬间进入缸体，达到快速增压，有效提高了增压设备的利用率；
(2)第二进气歧管上依次设置有自动节流阀、自动控制阀和止回阀，控制器内的检测组件连接于自动节流阀、压力检测器和流量检测器，便于控制器实时采集第一进气歧管、第二进气歧管管内的压力与流量，及储气罐内的压力，并经过数据分析后，通过控制空气压缩机的运转速率来调节空气压缩机的输出压力，运行速率快，适用度较高。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的高压脉冲式增压发动机的结构示意图；
图2示出了基于图1的同轴设置的部件A的一个实施例的立体透视结构示意图；
图3示出了基于图1的同轴设置的部件A的一个实施例的侧面透视结构示意图；
图4示出了基于图1的同轴设置的部件A的另一个实施例的侧面透视结构示意图；
图5示出了基于图4的部件B的一个实施例的结构示意图；
图6示出了基于图4的第二凸轮的结构示意图；
图7示出了基于图1的不同轴设置的部件A的一个实施例的侧面透视结构示意图；
图8示出了根据本发明的实施例的控制器的连接示意框图；
图9示出了根据本发明的实施例的高压脉冲式增压发动机的频率变换示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：发动机本体101、储气罐102、空气压缩机103、冷却器104、控制器105、排气门106、进气组107、第一进气门108、第二进气门109、排气凸轮110、第一进气歧管111、第二进气歧管112、自动节流阀113、流量检测器114、自动控制阀115、止回阀116、压力检测器117、变速动力轮118、驱动轮119、传动结构120、空气过滤装置121、张紧轮122、离合器123、进气凸轮轴124、第一凸轮轴125、第二凸轮轴126、第一凸轮127、第二凸轮128、内轴129、开孔130、外轴131、气门杠杆132、杠杆支撑轴133。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
以下结合图1至图9对本发明进行进一步的说明。
如图1至图9所示，一种高压脉冲式增压发动机，包括发动机本体101、储气罐102、空气压缩机103、冷却器104和控制器105，所述发动机本体101上设置有排气门106和进气组107，所述进气组107包括第一进气门108和第二进气门109，所述排气门106连通排气歧管(图中未示出)，所述排气门106通过排气凸轮110控制开启，所述第一进气门108连通第一进气歧管111，所述第二进气门109连通于第二进气歧管112，所述第二进气歧管112上处依次设置有自动节流阀113、流量检测器114、自动控制阀115和止回阀116；所述储气罐102的开口设置在所述止回阀116与所述自动控制阀115之间，所述储气罐102内设置有压力检测器117；所述空气压缩机103的出气口连通于所述第二进气歧管112的进气口，所述空气压缩机103的变速动力轮118与所述发动机本体101的驱动轮119通过传动结构120连接；所述冷却器104串联设置在所述空气压缩机103和所述止回阀116之间；所述控制器105内设置有检测组件和控制输出(图中未示出)，所述控制器105连接于所述自动节流阀113、所述自动控制阀115、所述压力检测器117和所述流量检测器114；所述空气压缩机103的常压进气口处设置有空气过滤装置121；空气压缩机103常压进气口处设置的空气过滤装置121能够对吸入空气压缩机103的空气进行过滤，避免灰尘进入影响系统的正常运行；所述变速动力轮118与所述驱动轮119连接的传动结构之间设置有张紧轮122，能够根据实际需求调整传动结构的张紧，所述变速动力轮118内设置有离合器123，可以在紧急故障或需要空气压缩机103停止的情况下分离动力，所述离合器123连接于所述控制器105，便于根据实时数据自动调节运行状态。
进一步地，发动机本体101上设置排气门106、第一进气门108和第二进气门109，第一进气门108连接第一进气歧管111，能够保持发动机启动时正常速率吸气，第二进气门109通过第二进气歧管112连接有空气压缩机103，该空气压缩机103的变速动力轮118与发动机本体101的驱动轮119通过传动结构120连接，使得发动机本体101在第一进气门108提供进气运转的同时，带动空气压缩机103运转，将空气压缩后以较快的速度进入发动机本体101的缸体内，快速实现增压，即空气压缩机103的动力来自于发动机本体101的输出轴；其中，第二进气歧管112上依次设置有自动节流阀113、自动控制阀115和止回阀116，自动节流阀113可以根据空气压力灵活调节进气量，自动控制阀115在气压低时关闭，达到增压气压时打开，能够有效控制第二进气歧管112内压缩空气的流量，便于维持压缩空气的稳定运输；空气压缩机103与止回阀116之间设置冷却器104，能够用于降低压缩空气的过程中产生的热量；第二进气歧管112进气口处设置有流量检测器114，储气罐102内设置有压力检测器117，具体如图6所示，控制器105内的检测组件连接于自动节流阀113、自动控制阀115、压力检测器117和流量检测器114，便于控制器105实时采集第一进气歧管111、第二进气歧管112管内的压力与流量，及储气罐102内的压力，即控制器105作为控制各个开关进行调节、保障系统正常平稳运行的单元电路器件，用于数据监测，其监测点为储气罐102的压力监测；自动节流阀113处的空气流量监测、系统温度监测、空气压缩机103的转速监测以及其他需要监测的数据点，控制和调节点为自动节流阀113、自动控制阀115以及需要控制调节的其他关键点，并经过数据分析后，通过控制空气压缩机103的运转速率来调节空气压缩机103的输出压力，运行速率快，适用度较高，还控制自动节流阀113灵活调节进气量；第一进气门108和第二进气门109所对应的凸轮轴上的两个凸轮呈一定夹角设置，适当改变两个进气门开启关闭时间，使得在发动机的吸气冲程过程中，第二进气门109在适当时间延时开启，高压空气瞬间进入缸体，在吸气冲程完成后，第二进气门109延时关闭，达到增压的目的，有效提高了增压设备的利用率。
进一步地，所述进气组107处设置有进气凸轮轴124，所述进气凸轮轴124上设置有分别与所述第一进气门108和所述第二进气门109的倾斜角度相对应的凸轮部件；所述进气凸轮轴124包括第一凸轮轴125和第二凸轮轴126，所述凸轮部件包括第一凸轮127和第二凸轮128，所述第一凸轮轴125上设置有与所述第一进气门108相对应的所述第一凸轮127，所述第二凸轮轴126上设置有与所述第二进气门109相对应的所述第二凸轮128；所述第一凸轮轴125与所述第二凸轮轴126采用同轴设置或异轴设置结构；其中，具体如图2和图3所示，所述第一凸轮127与第二凸轮128同轴设置，所述具体如图4、图5和图6所示，所述第一凸轮轴125与所述第二凸轮轴126采用内轴129镶嵌在设置有开孔130的外轴131内的子母轴结构，构成所述第一凸轮127与第二凸轮128同轴设置；具体如图7所示，第一凸轮127与第二凸轮128设置为不同轴单独控制时，所述第二进气门109采用气门杠杆132控制，所述气门杠杆132通过杠杆支撑轴133设置在发动机本体内部；即进气凸轮轴124上控制第一进气门108和第二进气门109的凸轮分开角度不同向，从而控制第一进气门108和第二进气门109的打开关闭时间。
进一步地，所述离合器123采用电控或气控离合器123；所述自动控制阀115采用电控或气控自动控制阀115；所述变速动力轮118采用电控或气控无极变速槽轮；所述自动节流阀113采用电控或气控自动节流阀113；其中，电控或气控无极变速轮能够根据气压需要，自动改变槽轮直径，调整空气压缩机103的工作效率，控制输出的压缩空气达到合理的气压与流量，便于快速增压。
实施例一，当发动机启动时，由于储气罐及第二进气歧管内无压力，自动控制阀关闭，此时第一进气门正常自然吸气，虽然第二进气门正常开启，但由于无压力，暂时不工作，发动机为正常自然吸气工作状态，同时空气压缩机上的变速动力轮内径最小，使得空气压缩机的转速最高，从而把空气压力尽快达到目标值；当储气罐压力达到目标值以后，自动控制阀瞬间开启，高压空气进入第二进气歧管，即发动机运转共有四个冲程，其中第二进气门在第一进气门打开，进入吸气冲程过程中，第二进气歧管内高压空气以最快速度进入缸体，而在第一进气门关闭后进入压缩冲程时，第二进气门延时关闭，此时缸体内压力达到增压额定值。
在上述过程中，控制器能够实时对发动机本体的第一进气歧管、第二进气歧管、储气罐内的空气流量与压力等数据进行采样，经过运算分析后，实时通过调控变速动力轮控制空气压缩机，调节空气压缩机的输出压力，同时，定时通过调节自动节流阀控制第二进气管内的空气流量。
本发明实施例提供的高压脉冲式增压发动机与现有技术中的增压发动机的增压方式相比，现有技术常分为机械增压发动机和涡轮增压发动机，现有技术中的增压发动机的增压方式常仅在发动机工作的四个冲程中的一个吸气冲程内工作，如下表一和表二所示，增压的利用率较低，且增压耗费的功率较为浪费。
表一
Figure BDA0002254085200000081
Figure BDA0002254085200000091
表二
Figure BDA0002254085200000092
如图9所示，实施例二，本发明高压脉冲式增压发动机的转速更加稳定，如下表三所示。
表三
功率 耗费功率 提高功率 净增加功率
机械增压发动机 3％-7％ 28％-35％ 约30％
涡轮增压发动机 1％-4％ 37％-41％ 约38％
高压脉冲式增压发动机 8％-11％ 38％-41％ 约31％
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明的技术方案提出了一种新的高压脉冲式增压发动机，该发动机本体上设置一个排气门和进气组，进气组内包括第一进气口和第二进气口，第一进气口属于正常吸气设置，直接将外界的空气吸入发动机内部，第二进气口属于增压气门，能够在第一进气门进行吸气冲程的过程中，在第二进气门对应的凸轮控制下，延时打开第二进气门，使高压空气能够瞬间进入缸体，达到快速增压，有效提高了增压设备的利用率；第二进气歧管上依次设置有自动节流阀、自动控制阀和止回阀，控制器内的检测组件连接于自动节流阀、压力检测器和流量检测器，便于控制器实时采集第一进气歧管、第二进气歧管管内的压力与流量，及储气罐内的压力，并经过数据分析后，通过控制空气压缩机的运转速率来调节空气压缩机的输出压力，运行速率快，适用度较高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压脉冲式增压发动机，其特征在于，包括：
发动机本体(101)，所述发动机本体上设置有排气门(106)和进气组(107)，所述进气组包括第一进气门(108)和第二进气门(109)，所述排气门连通排气歧管，所述第一进气门连通第一进气歧管(111)，所述第二进气门连通于第二进气歧管(112)，所述第二进气歧管的出气口处设置有控制与检测气流量的控制阀组件，所述控制阀组件包括止回阀(116)和自动控制阀(115)；
储气罐(102)，所述储气罐设置在所述止回阀与所述自动控制阀之间，所述储气罐内设置有压力检测器(117)；
空气压缩机(103)，所述空气压缩机的出气口连通于所述第二进气歧管的进气口，所述空气压缩机的变速动力轮(118)与所述发动机本体的驱动轮(119)通过传动结构(120)连接；
冷却器(104)，所述冷却器串联设置在所述空气压缩机和所述止回阀之间；
控制器(105)，所述控制器内设置有检测组件和控制输出，所述检测组件和所述控制输出连接于所述压力检测器、所述控制阀组件和所述变速动力轮。
2.根据权利要求1所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述控制阀组件还包括自动节流阀(113)和流量检测器(114)。
3.根据权利要求1所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述进气组处设置有进气凸轮轴(124)，所述进气凸轮轴上设置有分别与所述第一进气门和所述第二进气门的倾斜角度相对应的凸轮部件。
4.根据权利要求3所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述进气凸轮轴包括第一凸轮轴(125)和第二凸轮轴(126)，所述凸轮部件包括第一凸轮(127)和第二凸轮(128)，所述第一凸轮轴上设置有与所述第一进气门相对应的所述第一凸轮，所述第二凸轮轴上设置有与所述第二进气门相对应的所述第二凸轮。
5.根据权利要求4所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴采用同轴设置或异轴设置结构。
6.根据权利要求1所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述空气压缩机的常压进气口处设置有空气过滤装置(121)。
7.根据权利要求1所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述变速动力轮与所述驱动轮连接的传动结构之间设置有张紧轮(122)，所述变速动力轮内设置有离合器，所述离合器连接于所述控制器，所述离合器采用电控或气控离合器。
8.根据权利要求1所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述自动控制阀采用电控或气控自动控制阀。
9.根据权利要求1所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述变速动力轮采用电控或气控无极变速槽轮。
10.根据权利要求1所述的高压脉冲式增压发动机，其特征在于，所述自动节流阀采用电控或气控自动节流阀。
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