壓縮空氣發動機電氣驅動全可變氣門驅動系統的製作方法

2023-07-20 06:57:41 2

專利名稱：壓縮空氣發動機電氣驅動全可變氣門驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓縮空氣發動機裝置，更具體地說，本發明涉及一種壓縮空 氣發動機全可變氣門驅動系統。
背景技術：
燃油價格的不斷飈升和燃油汽車對環境汙染不斷加重使得世界各國都在加緊 研發新能源汽車。氣動發動機以壓縮空氣和液氮作為工作介質,在工作過程中不 需要消耗石油，能夠實現零排放，是一種發展方向。壓縮空氣發動機主要動力源來 自進入氣缸的壓縮空氣，其負荷大小主要是靠調節進入氣缸的空氣的量來實現。 採用調節進氣壓力和進氣時間的方法可以完成進氣量的控制。但調節進氣壓力採 用的是節流控制方式，相比於調節進氣時間會造成更多的壓縮氣體可用能的損 失。另外合理控制氣動發動機的進排氣相位也有利於提高氣動發動機的工作效率。傳統凸輪軸驅動氣門系統以及中國專利號
所提出的氣動發動 機旋轉閥進氣裝置都只能通過節流方式控制進氣壓力來調節發動機的負荷。為了 提高氣動發動機的效率，實現氣動發動機回收車輛制動能量的工作模式，必須研 制一種氣動發動機全可變氣門驅動系統。目前發動機的可變氣門驅動方式包括凸輪驅動、電磁驅動、電液驅動、電氣 驅動等。凸輪驅動方式仍然依賴傳統凸輪系統完成氣門驅動工作，並且它僅僅對 升程和正時提供一些附加的控制，沒有完全做到配氣機構相對於發動機轉速的完 全解耦，調節很不靈活。由於氣動發動機進氣壓力很高，電磁直接驅動方式很難 同時滿足氣門啟閉頻率和升程的要求。電液驅動方式採用電磁伺服閥液壓活塞方 式驅動氣門，是一種較為理想的可變氣門驅動方式。但電液可變氣門系統存在受 溫度的影響變化較為明顯且液體的慣性力較大以及耗能大的缺點。電氣驅動方式 與電液驅動方式的工作原理大致相同，只是將工作介質換成了壓縮空氣，相比於 電液驅動，壓縮空氣相應速度快比液體要快、質量輕且空氣的粘度受溫度的影響
較小，但由於壓縮空氣系統的效率要低於液壓系統，導致其耗能更高。美國專利號[473948]提出了一種電氣氣門驅動方式，該驅動裝置採用的是往復滑閥式結 構，結構複雜，要求加工精度高。發明內容本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種新型的壓縮空氣發動機 全可變氣門驅動系統。該系統包括高壓儲氣罐、穩壓箱和位於氣缸上的氣門，穩壓箱通過進氣歧管 與氣缸連接，還包括與氣門依次連接的氣門彈簧、聯軸器、活塞杆和活塞；活塞 位於控制氣缸內，將控制氣缸的內腔分隔為上工作腔和下工作腔，上工作腔和下 工作腔分別通過上工作腔氣體通道和下工作腔氣體通道與電磁換向閥連接；電磁 換向閥上還設立高壓進氣口、上低壓排氣口和下低壓排氣口；上低壓排氣口和下 低壓排氣口通過管道與穩壓箱連接；高壓儲氣罐與穩壓箱之間設置至少一個減壓 氣罐，高壓儲氣罐或減壓氣罐通過管道與高壓進氣口連接。作為一種改進，所述高壓儲氣罐、減壓氣罐與穩壓箱之間分別設減壓閥。作為一種改進，基於電磁換向閥的動作終止位置不同，連接至電磁換向閥的 氣體通道與排氣口之間具有兩種連通狀態 一種連通狀態是上工作腔氣體通道與 上低壓排氣口相連，同時下工作腔氣體通道與高壓進氣口連接；另一種連通狀態 是上工作腔氣體通道與高壓進氣口連接，同時下工作腔氣體通道與下低壓排氣口 相連。與現有技術相比，本發明的具有如下優點(1) 實現了氣動發動機氣門運動與曲軸轉速的解耦，可以根據氣動發動機 的工況調節最優的配氣相位，實現了氣動發動機進氣量的時間調節，減小了進氣 的節流損失；(2) 運用該技術的氣動汽車只要合理控制氣門的開啟相位，就能夠實現壓 氣機的工作模式進行車輛的制動能量回收，且在回收過程中制動強度可以很方便 的調節；(3) 本發明採用減壓過程中浪費的能量來驅動氣門，實現了減壓能量的回 收利用，耗能非常小；(4)本發明結構簡單，實現方便。氣門組部件可以沿用現有內燃機的成熟 技術加工，電磁換向閥、控制氣缸等己經具有十分成熟的產品。


圖1是本發明實施例中電氣控制全可變氣門驅動系統的原理圖。 其中附圖標記為高壓儲氣罐l、減壓閥2、 一級減壓氣罐3、穩壓箱4、下 低壓排氣口5、高壓進氣口6、上低壓排氣口7、電磁換向閥8、控制氣缸9、上 工作腔10、活塞11、活塞杆12、下工作腔13、聯軸器14、氣門彈簧15、進氣 歧管16、氣門17、氣缸18、上工作腔氣體通道19、下工作腔氣體通道20。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明進行詳細描述。本實施例中壓縮空氣發動機電氣驅動全可變氣門驅動系統如圖l所示，包括 高壓儲氣罐l、穩壓箱4 (二級減壓氣罐)和位於氣缸18上的氣門17，穩壓箱4 通過進氣歧管16與氣缸18連接，與氣門17依次連接的是氣門彈簧15、聯軸器 14、活塞杆12和活塞11，因此氣門17的啟閉運動是通過活塞11的往復運動來 實現的。活塞11位於控制氣缸9內，將控制氣缸9的內腔分隔為上工作腔10和下工 作腔13，上工作腔10和下工作腔13分別通過上工作腔氣體通道19和下工作腔 氣體通道20與電磁換向閥8連接；在電磁換向閥8上還設立高壓進氣口 6、上 低壓排氣口 7和下低壓排氣口 5;上低壓排氣口 7和下低壓排氣口 5通過管道與 穩壓箱4連接；高壓儲氣罐1與穩壓箱4之間設立一級減壓氣罐3，高壓儲氣 罐、 一級減壓氣罐與穩壓箱之間各設一個減壓閥2; —級減壓氣罐3通過管道與 高壓進氣口 6連接。高壓儲氣罐1為總儲氣罐，其內部壓縮空氣的壓力相當高 (可以為20MPa或者更高)，為了防止冰堵現象，必須經過幾級減壓後才能供氣 動發動機使用，圖示為兩級減壓。 一級減壓氣罐3儲存經減壓閥2減壓後的空 氣， 一級減壓氣罐3中的壓縮空氣經再次減壓後進入穩壓箱4 (二級減壓氣 罐)，穩壓箱4直接與進氣岐管16相連接。電磁換向閥8根據電信號動作，起控制氣缸9的先導換向作用。基於電磁換 向閥的動作終止位置不同，連接至電磁換向閥8的氣體通道與排氣口之間具有兩
種連通狀態 一種連通狀態是上工作腔氣體通道19與上低壓排氣口 7相連，同 時下工作腔氣體通道20與高壓進氣口 6連接；另一種連通狀態是上工作腔氣體通道19與高壓進氣口 6連接，同時下工作腔氣體通道20與下低壓排氣口 5相 連。圖l所示位置為氣門關閉位置。此時， 一級減壓氣罐3內的高壓氣體經高壓 進氣口6進入電磁換向閥8的工作腔，然後再進入下工作腔13，上工作腔10通 過上低壓排氣口 7與穩壓箱4連通，由於一級減壓氣罐3中的氣體壓力大於穩壓 箱4中的氣體壓力，活塞11的上工作腔10和下工作腔13的高低壓氣體作用力 克服氣門17所受的其他力(包括氣門所受的氣門前後的氣體推力，氣門彈簧15 的作用力以及各處的摩擦力)的作用，移動到控制氣缸9的頂部並帶動氣門17 緊貼在氣門座上。當電磁換向閥8通電時，其閥芯快速實現小位移上移，上工作 腔10與高壓進氣口 6連通，下工作腔13與下低壓排氣口 5相通，此時活塞11 在上工作腔10、下工作腔13的低高壓氣體作用力下，克服氣門17所受的其他 作用力，推動氣門17快速打開，通過控制電磁換向閥8的通電脈衝長度，就能控制氣門n開啟持續時間。最後，還需要注意的是，以上公布的僅是本發明的具體實施例。本領域的普 通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本 發明的保護範圍。
權利要求
1、一種壓縮空氣發動機電氣驅動全可變氣門驅動系統，包括高壓儲氣罐、穩壓箱和位於氣缸上的氣門，穩壓箱通過進氣歧管與氣缸連接，其特徵在於，還包括與氣門依次連接的氣門彈簧、聯軸器、活塞杆和活塞；活塞位於控制氣缸內，將控制氣缸的內腔分隔為上工作腔和下工作腔，上工作腔和下工作腔分別通過上工作腔氣體通道和下工作腔氣體通道與電磁換向閥連接；電磁換向閥上還設立高壓進氣口、上低壓排氣口和下低壓排氣口；上低壓排氣口和下低壓排氣口通過管道與穩壓箱連接；高壓儲氣罐與穩壓箱之間設置至少一個減壓氣罐，高壓儲氣罐或減壓氣罐通過管道與高壓進氣口連接。
2、 根據權利要求1所述的壓縮空氣發動機電氣驅動全可變氣門驅動系統， 其特徵在於，所述高壓儲氣罐、減壓氣罐與穩壓箱之間分別設減壓閥。
3、 根據權利要求1所述的壓縮空氣發動機電氣驅動全可變氣門驅動系統， 其特徵在於，基於電磁換向閥的動作終止位置不同，連接至電磁換向閥的氣體 通道與排氣口之間具有兩種連通狀態 一種連通狀態是上工作腔氣體通道與上 低壓排氣口相連，同時下工作腔氣體通道與高壓進氣口連接；另一種連通狀態 是上工作腔氣體通道與高壓進氣口連接，同時下工作腔氣體通道與下低壓排氣 口相連。
全文摘要
本發明涉及一種壓縮空氣發動機裝置，旨在提供一種壓縮空氣發動機全可變氣門驅動系統。該系統主要包括與氣門依次連接的氣門彈簧、聯軸器、活塞杆和活塞，活塞位於控制氣缸內。基於電磁換向閥的動作終止位置不同，連接至電磁換向閥的氣體通道與排氣口之間具有兩種連通狀態。通過控制電磁換向閥的通電脈衝長度控制氣門開啟持續時間。本發明優點實現氣動發動機氣門運動與曲軸轉速的解耦，可根據氣動發動機的工況調節最優的配氣相位；能夠實現壓氣機的工作模式進行車輛的制動能量回收，且在回收過程中制動強度可以很方便的調節；採用減壓過程中浪費的能量驅動氣門，實現減壓能量的回收利用，耗能非常小；結構簡單，實現方便。
文檔編號F01L9/02GK101149002SQ200710156628
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月2日 優先權日2007年11月2日
發明者俞小莉, 林 劉, 沈瑜銘, 聶相虹, 胡軍強, 陳平錄 申請人:浙江大學