压缩空气发动机液压控制高压进气系统

摘要

压缩空气发动机液压控制高压进气系统，属于压缩空气发动机领域，由高压油泵（100）、高压进气阀门（102）、高压气罐（103）和低压输油系统（101）组成；低压输油系统（101）提供整个系统所需的液压油来源；高压油泵（100）提供高压进气阀门（102）开启频率和角度；高压进气阀门（102）将来自高压气罐103中的高压气体输入到燃烧室（104）中。本发明通过调节高压油泵（100）的拨叉（4），使液压柱塞（5）旋转不同角度，从而改变液压柱塞有效行程，调节气门开启角度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩空气发动机高压进气系统，此系统可控制高压气瓶中高压空气直接工作于发动机，而不必经过稳压后用节流方式控制发动机。 

背景技术

往复活塞式发动机是压缩空气发动机应用于汽车的主要发动机形式，传统的进气方式采用凸轮、挺杆、摇臂、进气门进气方式。也有人试图采用电磁阀控制进气，到目前为止，还没有高速、高压、大流量的电磁阀问世。 

现有技术中采用凸轮进气门进气方式控制压缩空气进气，存在如下缺陷 

进气压力过高：进气门由于受到高压空气作用，使凸轮轴受力过大，为了保证凸轮轴安全，只能使进气压力降低，稳定到一个很低的压力值，如2MPa。这无形中损失了很大一部分压缩空气的压力能。 

进气角度固定，当发动机结构参数确定以后，其进气角度便由凸轮行线确定下来，调整发动机功率需调节进气量，由于进气角度一定，调节进气量只能采用节流方式，即调节进气调节阀开度。这又损失了一部分能量。 

传统的进气门的气阀底部为一平面，如果通入高压气体，这个平面所承受的压力很大，如果要开启，需给气门加一很大的力才可打开气门。以目前的材料，很难解决大压力的高压空气的开关问题。 

发明内容

本发明的目的在于设计一种往复活塞式压缩气体发动机的高压空气进气系统，压缩空气可由高压气瓶直接进入发动机而不必经过稳压系统，通过控制高压油泵柱塞角度，控制进气门开启角度，从而控制发动机功率。 

本发明的技术方案是：提供了一种压缩空气发动机液压控制高压进气系 统，由高压油泵、高压进气阀门、高压气罐和低压输油系统组成；低压输油系统提供整个系统所需的液压油来源；高压油泵提供高压进气阀门开启频率和角度；高压进气阀门将来自高压气罐中的高压气体输入到燃烧室中。 

高压油泵采用改装的凸轮液压柱塞结构，取消进油孔，保留出油孔，液压柱塞顶面加高，液压柱塞的顶端一直高于出油孔，取消出油阀；高压油管一端连通高压油泵的液压柱塞顶端油腔，另一端连通高压进气阀门中的液压传输装置中；高压进气阀门按照高压油泵提供的频率和液压将来自高压气罐中的高压气体输入到燃烧室中。 

低压输油系统由储油罐、低压输油泵和溢流阀组成；将储油罐、低压输油泵和溢流阀相互串连成闭环油路系统；高压油泵的出油孔接入溢流阀和低压储油罐之间的管路上；高压进气阀门的进油单向阀接入溢流阀和低压输油泵之间的管路上。 

高压进气阀门由气门油腔、上气门杆、下气门杆、气门座、气门阀、气腔、高压空气进口、高压空气出口、导向管和导向杆组成；气门阀为伞形，气门阀上下沿中心轴形成固定贯穿的上气门杆和下气门杆；上气门杆的顶端固定同轴的空心导向杆；导向杆的直径比上气门杆直径小；气门杆导向管套在导向杆的外面；气门杆导向管上端固定在气门油腔底面下，下端与阀座固定；在杆导向管底端和上气门杆顶端之间开有缓冲油腔；缓冲油腔通过导向杆的中空缓冲油道与气门油腔连通；上气门杆的顶端与缓冲油腔之间用油密封加以密封；油密封以下的上气门杆的小段区域用气密封加以密封住；油密封和气密封之间留有通向大气的泄气泄油孔；油密封和气密封固定在上气门杆上，导向杆和气门杆可沿轴向上下运动；运动的幅度是气密封始终不高于泄气泄油管孔，油密封始终不低于泄气泄油管孔；上气门杆的气密封以下区域为气腔；下气门杆的底端 穿过气腔；气腔最底端与下气门杆之间用气密封加以密封；气门阀位于气腔内高压空气出口和高压空气进口之间，用于隔断高压出气腔和高压进气腔；气门阀随着气门的上下运动打开或者闭合；高压空气进口与高压气罐连通；高压空气出口与发动机燃烧室连通；高压油管一端连通高压油泵的液压柱塞顶端油腔，另一端连通气门油腔；气门杆通过安装在气门阀上的复位弹簧复位。 

复位弹簧为金属弹簧，复位弹簧一端固定于高压进气腔内的底面上，另一端固定于伞形气门阀的下底面上。 

本发明的有益效果在于将下气门杆伸出阀底部，减少了高压空气对气门杆向上的压力，减小气门开启的作用力或压紧弹簧的预紧力。 

为了防止高压空气经气门杆窜入液压系统，设计了两道密封，一道密封气体，一道密封高压油。中间开有泄气泄油孔，泄露的高压气体和液压油经孔排出。 

调节拨叉，使液压柱塞旋转不同角度，从而改变液压柱塞有效行程，调节气门开启角度。 

独特的泵-气门液压控制结构，便于调节进气量，同时降低了制造成本。 

附图说明

图1为液压控制高压进气系统结构示意图。 

图2为气门阀结构剖视图。 

图中1凸轮、2滚轮、3高压油泵弹簧、4拨叉、5液压柱塞、6柱塞油槽、7出油孔、8储油罐、9低压输油泵、10溢流阀、11高压油管、12单向阀、13气门油腔、14导向管、15缓冲油道、16缓冲油腔、17油密封、18气密封、19高压出气腔、20进气阀座、21高压空气进口、22气密封、23下气门杆、25复位弹簧、26气门阀、27高压空气出口、28上气门杆、29泄气泄油孔、30导向杆、31高压进气腔、100高压油泵、101低压输油系统、102高压进气阀门、103 高压气罐、104燃烧室。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明。 

压缩空气发动机液压控制高压进气系统，由高压油泵100、高压进气阀门102、高压气罐103和低压输油系统101组成；低压输油系统101提供整个系统所需的液压油来源；高压油泵100提供高压进气阀门102开启频率和角度；高压进气阀门102将来自高压气罐103中的高压气体输入到燃烧室104中。 

高压油泵100采用改装的凸轮液压柱塞结构，取消进油孔，保留出油孔7，液压柱塞5顶面加高，液压柱塞5的顶端一直高于出油孔7，取消出油阀；高压油管11一端连通高压油泵100的液压柱塞顶端油腔，另一端连通高压进气阀门102中的液压传输装置中；高压进气阀门102按照高压油泵100提供的频率和液压将来自高压气罐103中的高压气体输入到燃烧室104中。 

低压输油系统101由储油罐8、低压输油泵9和溢流阀10组成；将储油罐8、低压输油泵9和溢流阀10相互串连成闭环油路系统；高压油泵100的出油孔7接入溢流阀10和低压储油罐8之间的管路上；高压进气阀门102的进油单向阀12接入溢流阀10和低压输油泵9之间的管路上。 

高压进气阀门102由气门油腔13、上气门杆28、下气门杆23、气门座20、气门阀26、气腔、高压空气进口21、高压空气出口27、导向管14、导向杆30组成；气门阀26为伞形，气门阀26上下沿中心轴形成固定贯穿的上气门杆28和下气门杆23；上气门杆28的顶端固定同轴的空心导向杆30；导向杆30的直径比上气门杆28直径小；气门杆导向管14套在导向杆30的外面；气门杆导向管14上端固定在气门油腔13底面下，下端与阀座固定；在杆导向管14底端和上气门杆28顶端之间开有缓冲油腔16；缓冲油腔16通过导向杆30的中空缓冲 油道15与气门油腔13连通；上气门杆28的顶端与缓冲油腔16之间用油密封17密封；油密封17以下的上气门杆28的小段区域用气密封18密封住；油密封17和气密封18之间留有通向大气的泄气泄油孔29；油密封17和气密封18固定在上气门杆28上，导向杆30和气门杆可沿轴向上下运动；运动的幅度是气密封18始终不高于泄气泄油管孔29，油密封17始终不低于泄气泄油管孔29；上气门杆的气密封18以下区域为气腔；下气门杆23的底端穿过气腔31；气腔最底端与下气门杆23之间用气密封22密封；气门阀26位于气腔内高压空气出口27和高压空气进口21之间，用于隔断高压出气腔19和高压进气腔31；气门阀26随着气门的上下运动打开或者闭合；高压空气进口21与高压气罐103连通；高压空气出口27与发动机燃烧室104连通；高压油管11一端连通高压油泵100的液压柱塞顶端油腔，另一端连通气门油腔13；气门杆通过安装在气门阀26上的复位弹簧25复位。 

复位弹簧25为金属弹簧，复位弹簧25一端固定于高压进气腔31内的底面上，另一端固定于伞形气门阀26的下底面上。 

本发明的工作过程如下： 

高压油泵凸轮1上行时，柱塞油槽6与出油孔7不连通，柱塞5上行，液压油处于密封空间，液压油受压，压力升高，液压油流向气门油腔13和缓冲油腔16，顶开气门阀26，高压空气由高压空气进气口21经过气门阀26与气门阀座20间隙进入高压出气腔,再由高压空气出口27进入发动机。 

由于单向阀12关闭，低压液压油经低压输油泵9打压后，由溢流阀10流回储油罐8。 

高压油泵凸轮1上行时，柱塞油槽6与出油孔7连通，柱塞5继续上行，柱塞油槽6与出油孔7连通，高压油管11内的高压油泄压，液压油经由气门油腔 13、缓冲油腔16、高压油管11、柱塞油槽6、出油孔7泄回储油罐8，当高压油管11内的液压低于溢流阀10的限定值时，单向阀12打开。气门阀26在复位弹簧25作用下回落，缓冲油道15与缓冲油腔16的流通面积随着气门阀26回落逐渐减小，缓冲油腔16内压力升高，气门阀26回落速度减缓，直至气门阀26关闭。 

高压油泵凸轮1下行时，柱塞5下行，油压容积变大，液压油经单向阀12提供。气门关闭。 

高压油泵凸轮1在基圆运行时，液压油经单向阀12已充满高压油管11及气门油腔13,单向阀12关闭，气门阀26关闭，低压输油泵9加压的液压油经溢流阀10流回储油罐8。 

气门阀26开启角度调整方法如下： 

通过调整拨叉4，从而改变柱塞5有效行程，实现气门阀26不同开度。