专利名称：根据废气总压峰值调节的排气机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活塞发动机排气机构，具体涉及一种可根据废气总压峰值来调节活塞气缸排气门开启时机的排气机构。
在传统的活塞发动机中，由于在作功冲程结束时废气的压力还比较大，因此直接将废气排放到大气中必然使部分气压能没有利用，降低了发动机的效率，同时产生噪音污染。由于城市交通车辆多，这种噪音对城市环境的污染更为突出。
有些活塞式发动机的压缩冲程和作功冲程是在不同的气缸内完成的，甚至是由不同的机器完成的。例如在高压燃气驱动的发动机中，压缩冲程和作功冲程是由不同的气缸完成的；在压缩空气驱动的发动机中，空气的压缩和压缩空气的膨胀作功是由不同的机器完成的；在高压蒸汽驱动的发动机中，高压蒸汽的产生是由水受热汽化产生的，而高压蒸汽的膨胀作功是在发动机的气缸内完成的。在本文中将这类发动机统称为高压气体驱动的活塞发动机。
在高压气体驱动的活塞发动机中，当排气活门开启时，如果高压气体没有完全膨胀，则一方面由于没有充分利用高压气体的压力能量而使发动机效率下降；另一方面由于气缸内外压力差大而在排气门打开的瞬间产生爆音，产生很大的排气噪音。如果进入气缸的高压气体较少，高压气体已经完全膨胀，而排气门还没有打开，则气缸内的气体压力会低于外界大气压力，过度膨胀的气体向外作负功，消耗发动机的机械能，降低了发动机的效率。
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可根据废气总压峰值来调节活塞气缸排气门开启时机以使气缸气体压力接近外界大气压力的发动机排气机构。
本发明的目的是通过下而的技术方案实现的。本发明包括发动机活塞、气缸、气流通道和排气门，其特征在于它可通过其上所设的控制机构控制设置在气流通道和气缸之间的排气门开启时机以改变发动机废气所产生的压力峰值。本发明控制机构由总压峰值传感器、执行机构和计算机组成，总压峰值传感器设置于气流通道上，与计算机连接，其所测得的信号可传递给计算机，再由计算机向与其相接的执行机构发出指令，控制排气门的启闭时机。其中总压峰值传感器由总压探头、贮压腔、总压膜片组成，总压探头设在气流通道内，贮压腔内壁上设有与气流相通的进气嘴，其内设总压膜片和由总压膜片控制的单向进气口，在贮压腔内壁上还开设有压力传感器和与外界大气相通的节流孔。本发明控制机构还可由总压膜片、贮压腔、控制膜片和分油活门组成，所述总压膜片设置在贮压腔内，可封闭设在贮压腔内且与其相连通的单向进气口的进气通道，贮压腔内还设一控制膜片，可控制分油活门作左右移动，三通控制阀分别与活塞左腔、活塞右腔和低压油管相通。通过上述控制机构来调节排气门的开启时机使气缸内气体压力在排气门开启时接近外界大气压力，从而实现了本发明的目的。
本发明具有以下技术效果1、可充分利用压缩气体的压力能，将尽可能多的压力能转化为机械能，发动机效率得以提高。
2、可使排气门开启时气缸内压力尽可能接近外界大气的压力，消除了排放废气时产生的爆音，减少了发动机噪音，有利于环保。
图1为本发明实施例一结构示意图；图2为本发明总压峰值传感器结构示意图；图3为本发明实施例二结构示意图；图4为本发明可调排气门排气角示意图。
下面结合附图对本发明作进一步详述。
在高压气体驱动的活塞发动机中，气缸内的高压气体的进气量可以调节，因此，高压气体完全膨胀时发动机活塞处于不同的位置时，通过对排气门的开启时机进行调节，使进入气缸内的高压气体既能够完全膨胀作功，又不会过度膨胀消耗发动机的机械能而导致发动机效率下降。这样，发动机既可充分利用气体的压力能，同时发动机排气噪音很小，还可以取消或简化发动机消音排气管。
高压气体驱动的活塞发动机在配气量较小时，存在两种情况需要对排气门开启时机进行调节。第一，在气缸中气体还没有完全膨胀时。这种情况下，没有完全膨胀的气体流向排气管，压力能转化为气体的动能，将产生较大的噪音，使气体能量利用率降低，因此，此时排气门开启时机应推后。第二，在气缸中的气体已经完全膨胀了，而排气门还没有打开，此时气缸中的气体过度膨胀，气体压力低于外界大气压力，形成负压，发动机活塞必须消耗机械能来克服气缸内的负压，在这种情况下，排气门开启时机应提前。
本发明根据废气总压峰值的大小来控制排气门在上述两种情形的开启时机，使发动机废气总压峰值保持在一定范围内，尽可能接近大气压力，从而消除排放废气时所产生的噪音。
本发明包括发动机活塞16、气缸15、气流通道1、排气门14，其特征是本发明在发动机上设置控制机构13，该控制机构13可控制气缸15上排气门14的开启时机，使发动机废气总压的峰值与外界大气压力保持一致。
本发明控制机构13有两种不同的实施方式，现分述如下实施例一如图1所示，本实施例控制机构13由总压峰值传感器17、执行机构33和计算机20组成，总压峰值传感器17设置在气流通道1上，与计算机20相接，该传感器可以检测气流总压的峰值，从而反映气缸15内气体在排气门14开启瞬间的压力值，它将所感受的压力信号传递给计算机20，由计算机20发出指令给与计算机20相连接的执行机构33，该执行机构可对排气门14进行调节，以改变排气门14的开启时机，使发动机废气总压峰值保持在一定范围内，尽可能接近外界大气压力。本发明的计算机20可采用8051单片机。
总压峰值传感器17的结构如图2所示，它由总压探头2，贮压腔7、总压膜片5所构成，总压探头2设在气流通道1内，可探测气体的动压，贮压腔7内壁上开设一与气流通道1相通的进气嘴3，气流可从该进气嘴3内进入，在贮压腔7内，设总压膜片5，该膜片与密封弹簧6贴合，在其弹簧力作用下，可封闭与设置在其相对位置的单向进气口4。单向进气口4可连通贮压腔7，由总压膜片5控制取进气口的启闭，当气体压力大于贮压腔7内的压力时，总压膜片5向右移动，打开单向进气口4，气体可通过其进入到贮压腔7内。在贮压腔7内壁上还开设有压力传感器10和与外界大气相通的节流孔11。单向进气口4打开时流通阻力很小，而贮压腔7和外界大气12连通的贮压腔节流孔11的流通阻力很大，所以贮压腔7的压力基本上等于被测气流的总压峰值，并且下降很慢。
总压膜片5左边受到的力主要是来自进气嘴3的气压力，右边主要是贮压腔7的气压力，密封弹簧6的弹簧力较小，主要是保证单向进气口4的密封。当进气嘴3进入的气体压力比贮压腔7的压力大时，总压膜片右移，打开贮压腔7内的单向进气口4，由于该进气口与贮压腔7连通，贮压腔7内的压力迅速增加，和被测气流总压基本相等，这时，压力传感器10可以检测到贮压腔7内部变化缓慢的气体压力。
对于具有较高动压和脉动特征的气流，采用一般的压力传感器只能检测到气流总压的平均值，无法检测到气流总压的峰值，因而无法反映排气门14开启瞬间气缸15内的气体压力。总压峰值传感器17一方面采用总压探头2检测气流的总压，另一方面采用单向进气口4和总压膜片5的结构，检测到气流总压的脉动峰值，结构简单，比较准确。
排气门14的排气角如图4所示，排气角21可以在一定范围内调节，最小值为180度，排气角21与180度的差值为提前排气角22，提前排气角22最小值为零。
实施例二如图3所示，本实施例控制机构13由总压膜片5、贮压腔7、控制膜片24、分油活门25和执行机构活塞30等组成，总压膜片5设在贮压腔7内，可封闭设于贮压腔7内与贮压腔7相通的单向进气口4的进气通道。在贮压腔7内还设有控制膜片24，该控制膜片24与三通控制阀8上分油活门25紧密贴合，可控制分油活门25的左右移动。三通控制阀8分别与执行机构活塞30划分的活塞左腔31、右腔29和低压油管26相通。在分油活门25的另一侧设一调整螺钉23，可调整控制膜片24和分油活门25的平衡位置。
在贮压腔7内壁上还设有一与外界大气12相通的节流孔11，由于贮压腔7的单向进气口4的气流阻力很小，而贮压腔节流孔11阻力很大，因此，贮压腔7的压力基本上等于气流总压的峰值。
当气流通道1气流的总压增大时，总压膜片5下移，打开单向进气口4，贮压腔7中的压力迅速上升，推动控制膜片24右移，分油活门25右移，关小活塞左腔29的回油口，同时增大活塞右腔31的回油口，因此活塞左腔29压力上升，活塞右腔31压力下降，执行机构活塞30右移。减小排气门14的提前排气角22，使发动机活塞16作功的行程增加，气体排放时的总压相应减小。
当贮压腔7的气体压力大于外界大气12的压力和被测气流1的总压时，贮压腔7的气体通过贮压腔节流孔11不断流到外界大气12，贮压腔7的压力缓慢下降，控制膜片24左移，分油活门25左移，活塞右腔31的压力增加，活塞左腔29的压力减小，执行机构活塞30左移，增大排气门14的提前排气角22，减小发动机活塞16的作功行程，气体排放时的总压相应增加。
上述调整的结果使废气总压峰值和外界大气压力的差值保持在一定范围内，使排气门14开启时气缸15内气体压力接近外界大气压力。达到了根据废气总压峰值调节的排气机构的目的。
权利要求
1.一种根据废气总压峰值调节的排气机构，它包括发动机活塞、气缸、排气门、气流通道，其特征在于它可通过其上所设的控制机构控制设置在气流通道和气缸之间的排气门的开启时机以改变发动机废气所产生的压力峰值。
2.根据权利要求1所述的根据废气总压峰值调节的排气机构，其特征在于控制机构由总压峰值传感器、执行机构和计算机组成，总压峰值传感器设置于气流通道上，与计算机连接，其所测得的信号可传递给计算机，再由计算机向与其相接的执行机构发出指令，控制排气门的启闭时机。
3.根据权利要求1所述的根据废气总压峰值调节的排气机构，其特征在于控制机构由总压膜片、贮压腔、控制膜片和分油活门组成，所述总压膜片设置在贮压腔内，可封闭设在贮压腔内且与其相连通的单向进气口的进气通道，贮压腔内还设一控制膜片，可控制分油活门作左右移动，三通控制阀分别与活塞左腔、活塞右腔和低压油管相通。
4.根据权利要求2所述的根据废气总压峰值调节的排气机构，其特征在于总压峰值传感器由总压探头、贮压腔、总压膜片组成，总压探头设在气流通道内，贮压腔内壁上设有与气流相通的进气嘴，其内设总压膜片和由总压膜片控制的单向进气口，在贮压腔内壁上还开设有压力传感器和与外界大气相通的节流孔。
全文摘要
一种根据废气总压峰值调节的排气机构，它包括发动机活塞、气缸、气流通道和排气门，其特征在于它可通过其上所设的控制机构控制设置在气流通道和气缸之间的排气门开启时机以改变发动机废气所产生的压力峰值。本发明控制机构由总压峰值传感器、执行机构和计算机组成或由总压膜片、贮压腔、控制膜片和分油活门组成，上述机构可根据废气总压峰值来调节活塞气缸排气门开启时机以使气缸气体压力接近外界大气压力，发动机效率得以提高。
文档编号F02D13/00GK1317635SQ0111451
公开日2001年10月17日 申请日期2001年6月6日 优先权日2001年6月6日
发明者车国轮 申请人:车国轮