活塞式四冲程发动机的制作方法

专利名称：活塞式四冲程发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活塞式四冲程发动机，包括各种燃料的活塞式四冲程发动机。
背景技术：
传统的四冲程发动机气门由凸轮的抛物面进行机械周圆运动，凸轮升程克服气门 弹簧张力压迫气门逐渐打开，气门在弹簧恢复力的作用下关闭，物理限定凸轮的抛物面不 能做得很陡，因此只能将气门控制到早开迟闭的气门重叠角来弥补进气量的不足和排气不 彻底，进气门早开。如图1的弧形带(其宽度表示气门开启的程度)及其一端的箭头(表 示配气相位旋转方向渐闭角)所示，排气门早开的结果是，活塞在排气行程未终了时，进气 门已经打开，造成气体互串干扰，此时活塞处在做功行程中途，刚好在混合气燃烧膨胀将活 塞推动下行时，排气门就打开，气体膨胀力损失一半以上，部分混合气未完全燃烧就从排气 门排出，燃料损失很大，造成环境污染。有的发动机采用涡轮增压来提高进气量，但发动机动力随凸轮轴的磨损而逐渐衰 减是无法弥补的，首先是气门行程减小，使进气量锐减，进气阻力大，吸入气量少，空燃比的 失调，使燃烧不彻底。有的发动机用机外设置三元崔化器加二次空气喷射来保障废气的排 放达标，对燃料造成浪费可达30%。另外配气机构靠机械的时规根本无法确保配气相位的 精确控制，气门开启小，使气体流量受到限制，在高速时很难做到精确控制。而且时规机构 的机械结构复杂，轴功率损失大，故障点多，维修量大，可靠性较差。目前发动机的燃料供给只有柴油发动机是缸内喷射，而汽油发动机和燃气发动机 却是采用缸外供给。缸外供给燃料的缺点一是燃料容易外泄，危及安全，造成浪费；二是燃 料在缸外气化，体积增大，挤迫气门本来已经有限的流量，使空气进缸量减少，燃料燃烧时 氧化不完全，造成环境污染和浪费。传统电火花供给只在缸内一闪，与混合气接触时间短，混合气未点燃已被排出机 外，造成环境污染和浪费。

发明内容
本发明的目的就是提供一种活塞式四冲程发动机，以解决现有技术存在的由于气 门早开迟闭和电火花点火持续时间短而导致的发动机功效低、燃料损失大和环境污染的问题。本发明的技术方案是包括配气机构、点火装置和燃料喷射装置，均分别安装在气 缸盖上，其特征在于所述的燃料喷射装置的燃料入口通过燃料分支接头与一恒压装置的 出口连接，该恒压装置的入口与高压泵的出口连接，该高压泵的入口与油箱连接；该配气机 构包括气门杆，在该气门杆的一端设有与发动机缸盖上的气门口对应的工作面，所述的气 门杆滑动密封地穿出安装在所述缸盖气门口的气门导管，所述的气门杆的外端与一电磁铁 组件连接，该电磁铁组件与一配气驱动控制电路的输出端连接，该配气驱动控制电路的输 入端与安装在气缸体上的曲轴位置传感器的信号输出端连接。
所述的电磁铁组件由同轴连接的上、下电磁铁构成，每一该上电磁铁或下电磁铁 包括线圈、U形外壳、线圈骨架铜套和T形动铁芯，在该U形外壳内装有线圈骨架铜套，在该 U形外壳与线圈骨架铜套上装有线圈，在该线圈骨架铜套的轴心滑动安装动铁芯；所述的 动铁芯为圆柱体及设在其一端的外凸缘的T形结构，所述的上面的线圈U形外壳与下面的 线圈U形外壳的开口一端相对连接，所述的上面与下面的T形动铁芯的外凸缘一端以及气 门杆同轴连接；在上面的线圈U形外壳的下端面装有永磁体；所述的每一线圈均与一所述 的配气驱动控制电路连接。所述的气门杆为中空结构，在其中空的轴心装有针形管，该针形管的外侧和下端 与气门杆内侧和工作面内侧之间均留有间隙，该针形管的另上端穿过设在所述的动铁芯的 轴心孔延伸到所述的上面的U形外壳顶端外，并与一机油管接头的一个接口连接，在该机 油管、针形管的内外侧之间形成一机油冷却回路。所述的气门杆的工作面周边为球面形的气门密封面，与该气门密封面对应的气门 座圈的内侧为15 25°倾角的圆锥面；所述的气门密封面、气门导管和气门座圈均采用硬 质合金制成。所述的恒压装置为恒压阀或恒压室；该恒压室由外壳和液位下限浮阀组成，该液 位下限浮阀包括阀体、浮球、浮球透孔、阀杆、定位卡片、出油孔、入油孔和阀芯，阀体连接在 外壳的一端，在该阀体的外端设有入油接头、燃油回泄接头和出油接头，在该阀体的内设有 与阀体内端贯通的阀芯腔，该阀芯腔的底端设有与所述的出油接头的中心孔相通的出油接 头孔，在该阀体的阀芯腔内装有阀杆，阀杆的底端连接阀芯，阀杆的另一端滑动地穿出安装 在阀芯腔口部内的定位卡片的中心孔，并与浮球连接，在该浮球上设有浮球透孔；在所述的 阀体的位于外壳内部的部分还分别设有出油孔和入油孔，该入油孔与所述的入油接头、燃 油回泄接头相通，该出油孔与所述的阀体的阀芯腔内部相通。所述的点火装置包括点火延时控制器、振荡器、振荡放大器、功率放大模块和点火 线圈，振荡器的脉冲信号经过振荡放大器放大后输入到功率放大模块的输入端，点火线圈 的输出端与火花塞连接；所述的点火延时控制器的不同输入端分别与脚踏油门位置传感 器、发动机转速传感器、进气压力传感器、曲轴位置传感器上的20°点火提前角触点信号端 和排气门关闭信号连接；该点火延时控制器的一个输出端输出火花控制信号，用于控制功 率放大模块的脉冲信号的输出时间，从而实现对火花塞的点火时间的控制，火花塞的点火 时间延长至做功行程结束而结束。所述的燃料喷射装置为旋风式电控喷射器，包括壳体、阀杆、电磁线圈、铁芯、U形 磁极、阀座和阀芯，在壳体的上部设有空腔，在该壳体的下部设有轴心孔，在该轴心孔的下 端装有阀座，在该阀座的外端装有旋风式喷嘴，在该喷嘴周边设有向同一方向倾斜的放射 形的喷孔，该喷嘴的内端通过阀座与阀芯构成的阀门与设在壳体下部的燃料进口连接；在 所述的阀座的内端装有阀芯，该阀芯的上端与密封地穿过壳体轴心孔并延伸到壳体上部的 阀杆的下端连接；在所述的壳体上部空腔的轴心由中心至外侧的铁芯、骨架铜套、电磁线圈 和U形磁极，U形磁极与壳体固定连接，铁芯与骨架铜套滑动配合，所述的阀杆的上端通过 一非导磁推杆与位于U形磁极上端的弹簧座连接，在弹簧座的上面装有弹簧，在该弹簧上 端有弹簧调节螺帽并与壳体之间螺纹连接；所述的电磁线圈与一燃料喷射控制电路连接。在所述的壳体下部设有与所述的阀杆相通的泄油管接口。
所述的燃料喷射控制电路包括喷油时间控制器、停缸控制器开关、脚踏板油门位 置传感器、电源正极开关电路和电源负极开关电路，喷油时间控制器的输出端和一个输入 端分别与电源负极开关电路的输入端和电源正极开关电路的输入端连接，该电源负极开关 电路和电源正极开关电路的输出端分别与所述的电磁线圈的两端连接；该喷油时间控制器 的其他不同输入端分别与水温传感器信号、氧传感器信号、点火提前角信号和脚踏油门位 置传感器信号以及气门关闭信号连接；停缸控制器开关连接在电源正极开关电路的对应的 停缸控制端。所述的配气驱动控制电路为功率电子开关，该功率电子开关的控制端与所述的曲 轴位置传感器的输出端连接，该功率电子开关的控制输出端连接在所述的电磁铁组件的电 源回路中；所述的曲轴位置传感器分别感应发动机曲轴720°工作的位置，并分别通过所 述的功率电子开关与所述的电磁铁组件的线圈连接；在所述电磁铁组件的线圈回路上还分 别连接有电流感应器和能够指示气门开启关闭的指示灯，该指示灯通过串联在线圈回路上 的电流感应器的感应线圈与干簧管的感应，接通串联在干簧管回路上的LED的电路；在对 应于每个气缸的进气门和排气门的一个配气驱动控制电路的该LED与干簧管之间分别引 出火花延长时间控制信号和燃料喷射控制信号，并分别与所述的点火装置和燃料喷射装置 的控制端连接；还包括一微电脑总控制器，用以对所述的配气机构点火装置和燃料喷射装 置进行统一的时序控制。本发明的优点是该发动机用电磁磁路闭合为动力，控制气门开和闭的不可变行 程气门，气门运动线速高，在进气时，进气门能在活塞下行全行程全开，保障活塞下行的全 行程进气，进气充分。在排气时，排气门能在活塞上行的全行程全开，保障活塞上行的全行 程排气，排气门通径比进气门大，阻力小，排气彻底。高速时气门没有滞后和回弹，消除气门 重叠角所导致的气体互串干扰，而且气门开和闭的时刻可以由微电脑控制，形成发动机的 微电脑一体化控制，实施机内净化，提高燃料利用率，减少环境污染。


图1是现有技术的气门开关时的重叠角示意图；图2是本发明的气门开关交替的时序示意图；图3是本发明的电动气门的组装俯视图；图4是本发明的恒压室以及与其连接的高压截止阀和分缸接头的结构示意图；图5是本发明的曲轴位置传感器的剖视结构示意图；图6是本发明一组配气机构的剖视结构示意图；图7是图6中一电磁铁组件的分体结构示意图；图8a和图8b是本发明的配气驱动控制电路的电路图(一组)；图9是本发明的点火装置的电路图；图10是本发明的旋风式电控喷油器的剖视结构示意图；图11是本发明的旋风式电控喷气器的剖视结构示意图；图12是本发明的燃料喷射控制电路一个实施例的电原理图。
具体实施方式
下面以四缸发动机为例对本发明进行详细说明。参见图3和图4，本发明包括配气机构、点火装置和燃料喷射器2，气缸盖16上对 应于四个气缸(图中虚线圆环)的位置分别安装燃料喷射器2和点火装置的点火线圈5。所述的燃料喷射器2的燃料入口通过分支管线3和燃料分支接头6与一恒压装置 8的出口连接，在该燃料分支接头6与恒压装置8之间装有高压截止阀7。该恒压装置8的 入口与入油接头9的单向阀R的出口和回泄接头19的入口端连接，回泄接头19的出口端 与燃油箱连接；单向阀R为燃料进入时才导通的单向导通阀(由止回弹簧90、钢球91和空 心螺钉92，参见图4)与高压泵10的出口连接，该高压泵10的入口与燃油箱连接。回泄接 头19恒压、泄压的单向阀(由弹簧192、钢球191和空心螺钉193，参见图4)。在气缸体的 端面的曲轴上装有曲轴位置传感器20，该曲轴位置传感器20通过齿轮传动(或链传动、带 传动))与发动机的曲轴传动连接(参见图5，为齿轮传动)。在曲轴上装有皮带轮12，用于 动力输出。参见图4，所述的恒压装置8为恒压室的实施例，即；该恒压室由外壳80和液位下 限浮阀18组成，该液位下限浮阀18包括阀体181、浮球182、浮球透孔183、阀杆184、定位卡 片185、出油孔106、入油孔187和阀芯188，阀体181连接在外壳80的一端，在该阀体181 的外端设有入油接头9、燃油回泄接头19和出油接头711，在该阀体181的内设有与阀体内 端贯通的阀芯腔，该阀芯腔的底端设有与所述的出油接头711的中心孔相通的出油接头孔 715，在该阀体181的阀芯腔内装有阀杆184，阀杆184的底端连接阀芯188，阀杆184的另一 端滑动地穿出安装在阀芯腔口部内的定位卡片185的中心孔，并与浮球182连接，在该浮球 182上设有浮球透孔183 ；在所述的阀体181的位于外壳内部的部分还分别设有出油孔106 和入油孔187，该入油孔187与所述的入油接头9、燃油回泄接头19相通，该出油孔106与 所述的阀体181的阀芯腔内部相通。所述的恒压装置8也可只采用一个常规的恒压阀(未 图示)代替图4中的恒压室。工作时(参见图3和图4)，燃料箱内的燃油由输送泵10加压，经入油接头9及单 向阀R泵入恒压室8，恒压室8的入口设置的单向阀R具有限压作用，过多燃料从回泄接口 19流回燃油箱。恒压室8出口设置电磁式高压截止控制阀7，保证高压系统安全，再通过燃 料分支接头6和各缸燃料管线3经电控喷射器2喷入缸内，构成逐缸喷射系统。发动机可 根据负荷来减少某些缸在动平衡许可情况下断油停缸运行(参见图12)。对不同燃料采用不同的恒压装置和工作参数，柴油发动机在喷油时刻的同时启动 长延时脉冲电火花点火器助燃，至做功行程结束才结束，缸内燃尽，达到净化。汽油发动机 和燃气发动机在做功行程，长延时脉冲电火花至做功行程结束才结束，缸内燃尽，达到净 化。采用不同的燃料(柴油、汽油和可燃气)时，恒压式的燃料缸内电喷系统的结构(性能 参数)和工作过程分别说明如下1、所述的恒压式柴油缸内电喷系统，在于柴油供给系统和柴油燃烧系统，首先将 柴油加压至20Mpa送入恒压室8，恒压室8是一个高压钢瓶结构，需经60Mpa压力试验合格， 才能使用。恒压室8的容积是2升，内储存惰性气体，惰性气体只要是用来储备压力用，在有 限的容积内，柴油高压泵10将柴油经单向阀R泵入，惰性气体被压缩成20Mpa的高压弹性 气体，气体在上部、柴油在下部，因此液体柴油具有弹性，恒压室8内设一液面下限浮阀18， 油泵10发生故障时，恒压室8得不到液体补给，下限浮阀18将柴油出口关闭。柴油是经下部出口的电磁式高压截止控制阀7进入与缸数相同的分叉道接头6，再由各缸高压油管3进 入电控喷射器2的入口，喷射器2的控制系统(图12所示)对其进行喷油时刻和喷油时间 控制，在喷油时刻的同时启动长延时脉冲火花点火器助燃，解决柴油喷油过程气化吸热，使 缸内温度下降造成柴油燃烧不完全现象，而造成排黑烟现象，点火延续至整个做功行程结 束而结束，使所有柴油都发挥最大出力。系统不需设置机外废气净化和进气增压机构。2、所述的恒压式汽油缸内电喷系统，在于汽油供给系统和汽油燃烧系统，首先将 汽油加压至0. 5Mpa,经单向阀R送入恒压室8，恒压室8是一个中压钢瓶结构，需经2Mpa压 力试验合格才能使用。恒压室8的容积是2升，内储存惰性气体，惰性气体只要是用来储备 压力用，在有限的容积内，汽油泵10将汽油经单向阀R泵入，惰性气体被压缩成0. 5Mpa弹 性气体，气体在上部，汽油在下部，因此液体汽油具有弹性，恒压室8内设一液面下限浮阀 18，当汽油泵10发生故障时，恒压室8得不到液体补给，下限浮阀18将汽油出口关闭，汽油 是经下部出口的电磁截止阀7进入与缸数相同的分叉道接头6，再由各缸油管3进入电控喷 射器2的入口，喷射器2的控制系统(图12所示)对其进行喷油时刻和喷油时间控制，以 及点火时刻控制，高压电火花是由长延时脉冲点火器提供，一连串的电火花延续至整个做 功行程结束而结束，使所有可燃气体都燃尽，发挥最大出力。系统不需设置三元崔化器来进 行机外废气净化和进气增压机构。3、所述的恒压式可燃气电喷系统，由于可燃气其本身具备有弹性压力，所以不需 设单向阀R、恒压室8和下限浮阀18，而要设恒压阀(如现有的膜片式恒压阀)来使气体压 力恒压到0. 5Mpa,恒压后的气体经电磁截止阀7进入与缸数相同的分叉道接头6，再由各缸 燃气管3进入电控喷射器2，由于燃气体积比燃油体积大些，相对的喷射器2的喷嘴等通经 相对也大一些，喷射器2的控制系统(图12所示)对其进行喷射时刻和喷射时间的控制， 以及点火时刻控制，高压电火花是由长延时脉冲点火器提供的，一连串电火花延续至整个 做功行程结束而结束，使所有的可燃气体都燃尽，发挥最大出力，系统不需设置三元崔化器 来进行机外废气净化和进气增压机构。参见图5，本发明的曲轴位置传感器20包括绝缘板201、安装螺栓202、壳体203、 气门控制静触点204、动触点转子205、点火提前角静触点206(提供20°提前角信号)、滚 珠轴承207、轴208、与曲轴1 1连接的齿轮209、定位销钉210、曲轴360°齿轮212、曲轴 720°齿轮213、轴承压盖214、压盖固定螺钉215、圆锥滚子轴承216和骨架油封217。齿轮 209和曲轴360°齿轮212安装在轴208上，轴208的两端各通过滚珠轴承207安装在壳体 的一端内，在齿轮209旁边的壳体内通过圆锥滚子轴承216安装动触点转子205的轴，在该 装动触点转子205的一端安装气门控制静触点204，该气门控制静触点204与动触点转子 205表面的各种触点相对应。在动触点转子205的轴与壳体203之间装有骨架油封217，以 保证传感器的机械部分与电器部分之间的隔离。四个点火提前角静触点206(即图8a、图 8b中的A点)分别与图8所示的对应于四个缸体的四路配气驱动控制电路的下线圈驱动电 路的输入端(即图8a、图8b中的三极管B3的输入端)连接。曲轴位置传感器20安装在缸体曲轴前端与曲轴齿轮传动连接，720°的曲轴位置 采样传动是先以1 1传动方式得到曲轴360°转角(曲轴位置)，然后以2 1传动方式 得到曲轴720°四个冲程转角，其传动方式包括齿轮传动、链传动或齿形带传动等(指曲轴 位置传感器20与曲轴之间的传动方式，图5所示是齿轮传动)。曲轴位置传感器20由动触点转子205和点火提前角静触点206构成电动气门模拟程序控制，动触点转子205由多个 铜片和绝缘板叠合而成，动触点转子铜片与动触点转子205的轴搭铁(汽车上电路的负极 与车身金属连接)，每只气门由两个动触点转子205的转子片(铜片)控制搭铁。参见图6 图8，本发明的配气机构包括气门杆415，在该气门杆415的下端设有 与发动机缸盖16上的气门口对应的工作面419。所述的气门杆415滑动密封地穿出安装在 所述缸盖16气门口的气门导管413，气门杆415的上端与所述的电磁铁组件连接，所述的气 门杆的外端与一电磁铁组件连接，该电磁铁组件与一配气驱动控制电路的输出端连接，该 配气驱动控制电路的输入端与安装在所述的气缸体前端曲轴上的曲轴位置传感器20的信 号输出端连接。该电磁铁组件的结构参见图6和图7，由上下两个电磁铁同轴构成，该上下两个电 磁铁呈上下对称设置。该电磁铁组件包括上线圈45和下线圈410、上线圈U形外壳44和下 线圈U形外壳411、上线圈骨架铜套46和下线圈骨架铜套49、上T形动铁芯47和下T形动 铁芯48。所述的上T形动铁芯47和下T形动铁芯48均为圆柱体及设在其一端的外凸缘的 T形结构。所述的上线圈U形外壳44与下线圈U形外壳411的开口一端通过由非导磁性材 料制成的连接件相互同轴连接；所述的上、下T形动铁芯47和48的外凸缘一端同轴连接。以位于上面的电磁铁为例说明其结构，在该上U形外壳44内的轴心滑动安装上T 形动铁芯47，在该上T形动铁芯47外套装有上线圈骨架铜套46和上线圈45。该上、下T 形动铁芯47和48与所述的气门杆415同轴连接。在上线圈U形外壳44的下端面装有永 磁体416。所述的下线圈U形外壳411与所述的缸盖16固定连接。所述的气门杆415由非导磁性不锈钢材料制成，为中空结构，在其中空的轴心装 有非导磁性针形管42，该针形管42的外侧和下端与气门杆415内侧和工作面419内侧之 间均留有间隙，该针形管42的上端穿过设在所述的动铁芯的轴心孔延伸到上面的U形外壳 44顶端外，并与一机油管接头43的一个接口连接，该机油管接头43设有另一接口，相邻的 电磁铁组件的机油管接头43之间相互连通。在该机油管接头43的两个接口、针形管42的 内外侧之间形成一机油冷却回路，与外界的冷却油路连接。所述的工作面419周边为球面形的气门密封面418，与该气门密封面418对应的气 门座圈414的内侧为15 25°倾角的圆锥面。所述的气门密封面418，气门导管413和气 门座圈414均采用硬质合金制成。所述配气机构的上、下线圈45和410的工作程序是，曲轴位置传感器20用采集到 的电信号控制功率电子开关的导通与截止，当功率电子开关导通时，上述的T型滑动铁芯 47和48被磁化，与U形外壳44吸合，磁路由断路变为闭路，T型滑动铁芯带动气门开启或 关闭。气门需打开时，下线圈410被导通电，磁化了的下T型铁芯48克服上线圈U形外壳 44下端的Φ 3mm小块永久磁铁416的吸力下行将磁路闭合，带动气门杆415下移，气门密封 面418被打开；在气门需要关闭时，上线圈45被导通电，磁化的T型铁芯47上行将磁路闭 合，带动气门杆418上移，气门被关闭。关闭发动机时，关闭状态的气门由上线圈磁极端部 的Φ 3mm小块永久磁铁416吸住，保持气门关闭状态。由于气门通过电磁铁进行控制，没有 凸轮控制的逐渐开启和逐渐关闭的过渡过程，所以气门的开或关时刻控制在活塞的上止点 和下止点(参见图2)，不需要进气门与排气门的开启角的重叠，从而彻底避免串气的发生，提高了燃料的利用率和功效。所述中空的气门杆415是用非磁性不锈钢制造，并用外径1. 5mm 2. Omm非磁性 针型管42将机油导入气门工作面的内部进行冷却，机油从上T型动铁芯47顶部溢流出来 再对线圈进行冷却，同时润滑整个系统。所述的气门是由不锈钢、耐热钢和硬质合金分段合成的，气门的密封面418是球 面的，而气门座圈414的内周面是20°锥面，密封面418与气门座圈414摩擦闭合，可以减 轻气门落座时拍打声，落座或出座摩擦力小。气门导管413是用耐高温、耐磨损的YG15硬 质合金制造，气门座圈414和气门密封面418是用耐冲击的YG8硬质合金制造，免维护，保 证气门的升程不变。同时保证磁路闭合后能留有Imm的金属间隙，如果在磁路闭合后不预 留一点金属间隙，在闭合时会产生猛烈的金属拍打声，T型动铁芯47、48的吸盘(相对的外 凸缘)带动气门可旋转，磨合均勻，排气门的有效通径面积比进气门大，达到进气充足，排 气彻底的最终目的。参见图8a和图8b，所述的配气驱动控制电路包括上线圈驱动电路和下线圈驱动 电路，每只所述的气门均配有的上线圈45和下线圈410，并分别与上线圈驱动电路和下线 圈驱动电路连接，该上、下线圈驱动电路包括曲轴位置传感器20(安装在曲轴的前端位置) 和功率电子开关，该功率电子开关由三极管B3(B4)和场效应晶体管Bl (B2)连接而成的复 合功率放大器组成，曲轴位置传感器20的气门控制静触点204，每对应于一个缸体共有四 个该气门控制静触点204(参见图5)，分别与图8a和图8b中的上、下线圈驱动电路的输入 端(即三极管B3、B4的输入端)连接，场效应晶体管Bl (B2)的控制输出端连接在上线圈45 或下线圈410的电源回路中。在所述的上线圈45和下线圈410的回路上分别连接有气门 开启关闭的指示灯LED，其电流感应触点开关K用Φ 0. 8mm 1. Omm漆包线绕20圈，制成内 径2. 5mm的空芯线圈，内置一直径2. 5mm的干簧管，用环氧树脂固封。该电流感应触点开关 串联接在电路上，当电流导通时，线圈电流感应干簧管内的电极产生磁力而吸合，使指示灯 LED导通发光。电路中的碳膜电阻RO是用来限制触点工作电流的。进气门下线圈410的电 流感应器触点开关K还控制燃油喷射的时刻(参见图12)，当进气(指示灯LED亮)完毕， 指示灯LED熄灭，图12所示的燃油喷射控制电路的控制输入端C得到低电位电信号，驱动 燃油喷射控制电路的电路正极电源导通，为电控旋风式喷油器的线圈26提供电流，电控旋 风式喷油器开始喷油，喷油时间(长短)的控制，由电控旋风式喷油器负电极供给的喷油时 间控制器PC控制，喷油时间控制器PC的多个输入端分别连接水温传感器信号、氧传感器信 号、点火提前信号和脚踏油门位置传感器JS的怠速信号、以及气门关闭信号(与所述的控 制输入端C)连接。喷油时间控制和怠速控制由脚踏油门控制(参见图12)，以及停缸控制。图8b所示的电路是对应于发动机的一个气缸(图8a中最左边的对应第一缸的电 路)的气门控制电路，四个气缸供有四组相同的该电路。图中单点划线左半部分的电路是 某一气缸压缩终了行程进气门的控制电路；单点划线右半部分的电路是该气缸压缩终了行 程排气门的控制电路。左半部分电路的下面的两个圆环201和202表示该气缸压缩终了行 程进气门触点位置(由曲轴位置传感器20提供相应信号)，右半部分电路的下面的两个圆 环203和204表示该气缸压缩终了行程排气门触点位置(也由曲轴位置传感器20提供相应 信号)。各个圆环内的四个象限分别表示气缸工作时的四个行程，即从第四象限开始(顺 时针)分别为进气、排气、做功、压缩。每一圆环是720°曲轴转角，圆环内的粗实线弧线是动触点，表示气门导通(有信号)，没有弧线的过程为气门断路(无信号)。最右边的干簧 管与LED之间的引出端D为火花延长时间控制信号端，与图9所示的点火装置电路的点火 延时控制器连接。每一气缸的一组配气驱动控制电路的最左边干簧管与LED之间的引出端 C为燃料喷射控制信号，通过图12所示的电路驱动与对应的燃料喷射器2的线圈26的连接 (参见图10、11)。图8a中左边第一气缸的引出端C还用作转速信号输出端，其输出的转速 信号是点火提前的依据，连接到图12的控制输入端C。参见图9，所述的点火装置包括点火延时控制器、振荡器、振荡放大器、功率放大模 块和点火线圈，振荡器的脉冲信号经过振荡放大器放大后输入到功率放大模块的输入端， 点火线圈的输出端与火花塞连接。点火延时控制器的输入端分别与脚踏油门位置传感器、 发动机转速传感器、进气压力传感器、曲轴位置传感器20上的20°点火提前角触点信号端 (图8b中的A点)和排气门关闭信号(图8b中的D点)连接，共同构成点火时刻控制电 路。该点火延时控制器的输出端用于控制功率放大模块的脉冲信号的输出时间，从而实现 对火花塞的点火时间的控制，火花塞的点火时间延长至做功行程结束而结束。参见图10，所述的燃料喷射器2为旋风式电控喷油器，包括壳体218、弹簧调节螺 帽21、张力弹簧22、弹簧座23、阀杆219、非导磁推杆24、骨架铜套25、电磁线圈26、U形磁 极27、T形铁芯滑杆28、Τ形铁芯吸盘29、0型密封圈210、燃料进口(接头)211、燃油泄油 接口 212、高压密封垫213、滑动阀芯214、阀座215、旋风式喷嘴216和30°旋风喷孔217， 在壳体218的上部设有空腔，在该壳体218的下部设有轴心孔，在该轴心孔的下端装有阀座 215，在该阀座215的外端装有旋风式喷嘴216，在该喷嘴216周边设有向同一方向倾斜约 30°的放射形的旋风喷孔217，该喷嘴216的内端通过阀座215与滑动阀芯214构成的阀门 与设在壳体218下部的燃料进口 211的孔的内端连接。在所述的阀座215的内端装有滑动 阀芯214，该滑动阀芯214的上端与密封地穿过壳体218的轴心孔并延伸到壳体218上部 的阀杆219的下端连接。在所述的壳体218上部空腔的轴心由中心至外侧依次安装T形铁 芯滑杆28、骨架铜套25、电磁线圈26和U形磁极27，U形(截面形状)磁极27与壳体218 固定连接，T形铁芯滑杆28与骨架铜套25滑动配合，所述的阀杆219的上端通过一非导磁 推杆24与位于U形磁极27上端的弹簧座23连接，在弹簧座23的上面装有张力弹簧22， 在该张力弹簧22的上端有弹簧调节螺帽21，弹簧调节螺帽21的外螺纹与壳体218的上端 口的内螺纹连接。在壳体218下部的燃料进口 211的对面设有与所述的阀杆219的外周面 相通的燃油回泄接口 212。在壳体218下部的轴心孔与阀杆219之间上方装有0型密封圈 210，下方装有高压密封垫213。当高压密封垫213发生泄漏时燃油从燃油回泄接口 212流 回燃油箱保证燃油使用的安全。参见图11，所述的燃料喷射器2为旋风式电控喷气器，其结构与图10所示的旋风 式电控喷油器唯一不同的是没有燃油回泄接口 212。由于气体体积大，所以流通通经较大。本发明可通过一微电脑总控制器对所述的配气机构、点火装置和燃料喷射装置进 行统一的时序控制(未图示)。图10和图11所示的燃料喷射器2由图12所示的燃料喷射控制电路控制。参见图12，所述的燃料喷射控制电路包括喷油时间控制器PC、停缸控制器开关 TK、脚踏板油门位置传感器JS、电源正极开关电路和电源负极开关电路，喷油时间控制器 PC的输出端和一个输入端分别与电源负极开关电路的输入端和电源正极开关电路的输入端连接，该电源负极开关电路和电源正极开关电路的输出端分别与所述的电磁线圈26的 两端连接；该喷油时间控制器PC的其他不同输入端分别与水温传感器信号、氧传感器信 号、点火提前角信号和脚踏油门位置传感器信号以及气门关闭信号连接。电源正极开关电 路主要是由三个三极管(两个普通晶体管Tl、T2和一个场效应晶体管T3)组成的复合开 关电路，停缸控制器开关TK连接在三极管Tl的集电极(串联一个电阻后)与T2的基极之 间，用低电位对T2的基极电位进行钳制控制(停缸控制器开关TK导通即低电位时停缸)。 电源负极开关电路主要由三极管T4与场效应晶体管T5和阻容元件组成。本发明在工作时，曲轴位置传感器20动触点转子205转动时(动触点转子是由图 8中数个转子片210、202、203...叠加而成)。静触点204便得到720°的曲轴位置负信号 (气门程序控制触点信号、燃油喷射时刻控制信号；静触点206同时得到20°点火提前角触 点信号)。静触点204的信号通过导线传送到配气驱动控制电路(参见图8)，经电流感应 器K到气门电磁线圈45或410 (即上、下线圈45和410)，电流感应器K是作为气门动态检 测用，气门电磁线圈45或410工作时电流流经电流感应器K，电流感应器K内的干簧管的触 点被磁化而吸合，将发光二极管LED导通发光。第一缸的该信号还与计数器结合，扩展为发 动机转速信号。并与图9所示的电路进行点火时刻控制所述的静触点204得到720°的曲 轴位置，与图8所示的配气驱动控制电路进行气门的开或关的控制。所述的静触点206得 到20°点火提前角控制信号(参见图12)还用于燃料喷射的时刻控制信号。燃料喷射控制 电路(参见图12)得到曲轴位置传感器20相对的缸位进气门关闭信号后，图12中的电源 正极开关电路接通电源正极，使喷射器的线圈26 (参见图10 图12)得到电压正极。而喷 射器的负极受喷油时刻和时间(喷油量)控制电路控制，喷射时刻由图9所示的点火延时 控制器提供控制信号，喷射时间控制模块由时间控制电路控制喷射时间长或短，即喷射量 的控制，喷射时间长或短的控制还由水温传感器的电阻量，氧传感器和脚踏油门位置传感 器JS的电阻量进行控制的，踩下油门脚踏板时，改变脚踏油门位置传感器JS的电阻量，就 可以改变燃料喷射量。发动机怠速调整是通过调节踏板限位螺钉而得到的大小变化量。改 变电路中的电位差，还可实施停缸操作。本发明的气门是采用电磁磁路进行关或开的，气门升程是不可变的，工作时使燃 料在富氧条件下充份燃烧，发挥最大出力，NOx化物的控制由排气管与进气管间的蝶形阀控 制，蝶形阀由步进电机驱动，步进电机是根据电控系统指令工作的。气门关或开的时刻控制 是由曲轴位置传感器采样信号，然后由电子功率开关模块执行。燃料是直接缸内喷射的。气 门是中空并用机油冷却的。气门导管、气门密封面、气门座圈是用硬质合金材料制造，免维 护，可以应用在汽油发动机和柴油发动机及其他燃气活塞式发动机上。在做功行程实施全 行程长延时脉冲电火花点火，连串电火花持续时间长，使燃料在缸内燃烧彻底，柴油发动机 也采用长延时脉冲电火花点火助燃技术，实现缸内净化。本系统实现了微电脑对发动机一 体化的控制。所述电动的不可变气门机构是取消传统气门弹簧结构，无功功耗小，采用上下两 个T型滑动铁芯47和48通过螺牙互锁将气门杆415锁定。其结构简单，T型滑动铁芯47 和48作动铁芯，磁路断和闭迅速，大行程的气门约8 10mm，适合低速大扭力的发动机，要 达到发动机的高转速，气门设计可采用大通经、短行程(5 6mm)，这种结构参见图3、图7。 且吸力刚劲，没有反弹和滞后。
本发明的配气机构的驱动功耗小，例如两气门式排量1.5升 2.0升发动机构的 电动气门的进气门线圈，上线圈5和下线圈10的功率均是15W 20W，进气门的开或闭只需 其中一个线圈工作。排气门线圈，上线圈5和下线圈10的功率都是15W 20W，排气门的 开或闭只需其中一个线圈工作，即1. 5升 2. 0升发动机的电动气门，每只缸只需用30W 40W的电功率驱动，每只气门所产生的吸合力约25 30Kg，可满足气门工作需要。参见图2，本发明的发动机用电磁磁路闭合为动力，控制气门开和闭的不可变行程 气门，气门运动线速高。在进气时，进气门能在活塞下行全行程全开，保障活塞下行的全行 程进气(如图2右半部的弧线箭头所示)，进气充分。在排气时，排气门能在活塞上行的全 行程全开(如图2左半部的弧线箭头所示)，保障活塞上行的全行程排气，排气门通径比进 气门大，阻力小，排气彻底。高速时气门没有滞后和回弹，消除气门重叠角所导致的气体互 串干扰，而且气门开和闭的时刻可以由微电脑控制，形成发动机的微电脑一体化控制，实施 机内净化，能达到比传统最好最高级的发动机节省燃料30%的效果，在能源紧缺的今日尤 显重要。在提高燃料利用率的同时还减少了环境污染。本发明的图5、8、9、12的电原理适用于对现有汽车的改造。
权利要求
一种活塞式四冲程发动机，包括配气机构、点火装置和燃料喷射装置，均分别安装在气缸盖上，其特征在于所述的燃料喷射装置的燃料入口通过燃料分支接头与一恒压装置的出口连接，该恒压装置的入口与高压泵的出口连接，该高压泵的入口与油箱连接；该配气机构包括气门杆，在该气门杆的一端设有与发动机缸盖上的气门口对应的工作面，所述的气门杆滑动密封地穿出安装在所述缸盖气门口的气门导管，所述的气门杆的外端与一电磁铁组件连接，该电磁铁组件与一配气驱动控制电路的输出端连接，该配气驱动控制电路的输入端与安装在气缸体上的曲轴位置传感器的信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的电磁铁组件由同 轴连接的上、下电磁铁构成，每一该上电磁铁或下电磁铁包括线圈、U形外壳、线圈骨架铜套 和T形动铁芯，在该U形外壳内装有线圈骨架铜套，在该U形外壳与线圈骨架铜套上装有线 圈，在该线圈骨架铜套的轴心滑动安装动铁芯；所述的动铁芯为圆柱体及设在其一端的外 凸缘的T形结构，所述的上面的线圈U形外壳与下面的线圈U形外壳的开口一端相对连接， 所述的上面与下面的T形动铁芯的外凸缘一端以及气门杆同轴连接；在上面的线圈U形外 壳的下端面装有永磁体；所述的每一线圈均与一所述的配气驱动控制电路连接。
3.根据权利要求1所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的气门杆为中空结 构，在其中空的轴心装有针形管，该针形管的外侧和下端与气门杆内侧和工作面内侧之间 均留有间隙，该针形管的另上端穿过设在所述的动铁芯的轴心孔延伸到所述的上面的U形 外壳顶端外，并与一机油管接头的一个接口连接，在该机油管、针形管的内外侧之间形成一 机油冷却回路。
4.根据权利要求1所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的气门杆的工作面 周边为球面形的气门密封面，与该气门密封面对应的气门座圈的内侧为15 25°倾角的 圆锥面；所述的气门密封面、气门导管和气门座圈均采用硬质合金制成。
5.根据权利要求1所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的恒压装置为恒压 阀或恒压室；该恒压室由外壳和液位下限浮阀组成，该液位下限浮阀包括阀体、浮球、浮球 透孔、阀杆、定位卡片、出油孔、入油孔和阀芯，阀体连接在外壳的一端，在该阀体的外端设 有入油接头、燃油回泄接头和出油接头，在该阀体的内设有与阀体内端贯通的阀芯腔，该阀 芯腔的底端设有与所述的出油接头的中心孔相通的出油接头孔，在该阀体的阀芯腔内装有 阀杆，阀杆的底端连接阀芯，阀杆的另一端滑动地穿出安装在阀芯腔口部内的定位卡片的 中心孔，并与浮球连接，在该浮球上设有浮球透孔；在所述的阀体的位于外壳内部的部分还 分别设有出油孔和入油孔，该入油孔与所述的入油接头、燃油回泄接头相通，该出油孔与所 述的阀体的阀芯腔内部相通。
6.根据权利要求1所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的点火装置包括点 火延时控制器、振荡器、振荡放大器、功率放大模块和点火线圈，振荡器的脉冲信号经过振 荡放大器放大后输入到功率放大模块的输入端，点火线圈的输出端与火花塞连接；所述的 点火延时控制器的不同输入端分别与脚踏油门位置传感器、发动机转速传感器、进气压力 传感器、曲轴位置传感器上的20°点火提前角触点信号端和排气门关闭信号连接；该点火 延时控制器的一个输出端输出火花控制信号，用于控制功率放大模块的脉冲信号的输出时 间，从而实现对火花塞的点火时间的控制，火花塞的点火时间延长至做功行程结束而结束。
7.根据权利要求1所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的燃料喷射装置为旋风式电控喷射器，包括壳体、阀杆、电磁线圈、铁芯、U形磁极、阀座和阀芯，在壳体的上部 设有空腔，在该壳体的下部设有轴心孔，在该轴心孔的下端装有阀座，在该阀座的外端装有旋风式喷嘴，在该喷嘴周边设有向同一方向倾斜的放射形的喷孔，该喷嘴的内端通过 阀座与阀芯构成的阀门与设在壳体下部的燃料进口连接；在所述的阀座的内端装有阀芯， 该阀芯的上端与密封地穿过壳体轴心孔并延伸到壳体上部的阀杆的下端连接；在所述的壳 体上部空腔的轴心由中心至外侧的铁芯、骨架铜套、电磁线圈和U形磁极，U形磁极与壳体 固定连接，铁芯与骨架铜套滑动配合，所述的阀杆的上端通过一非导磁推杆与位于U形磁 极上端的弹簧座连接，在弹簧座的上面装有弹簧，在该弹簧上端有弹簧调节螺帽并与壳体 之间螺纹连接；所述的电磁线圈与一燃料喷射控制电路连接。
8.根据权利要求7所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于在所述的壳体下部设有 与所述的阀杆相通的泄油管接口。
9.根据权利要求7所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的燃料喷射控制电 路包括喷油时间控制器、停缸控制器开关、脚踏板油门位置传感器、电源正极开关电路和电 源负极开关电路，喷油时间控制器的输出端和一个输入端分别与电源负极开关电路的输入 端和电源正极开关电路的输入端连接，该电源负极开关电路和电源正极开关电路的输出端 分别与所述的电磁线圈的两端连接；该喷油时间控制器的其他不同输入端分别与水温传感 器信号、氧传感器信号、点火提前角信号和脚踏油门位置传感器信号以及气门关闭信号连 接；停缸控制器开关连接在电源正极开关电路的对应的停缸控制端。
10.根据权利要求1所述的活塞式四冲程发动机，其特征在于所述的配气驱动控制电 路为功率电子开关，该功率电子开关的控制端与所述的曲轴位置传感器的输出端连接，该 功率电子开关的控制输出端连接在所述的电磁铁组件的电源回路中；所述的曲轴位置传感 器分别感应发动机曲轴720°工作的位置，并分别通过所述的功率电子开关与所述的电磁 铁组件的线圈连接；在所述电磁铁组件的线圈回路上还分别连接有电流感应器和能够指示 气门开启关闭的指示灯，该指示灯通过串联在线圈回路上的电流感应器的感应线圈与干簧 管的感应，接通串联在干簧管回路上的LED的电路；在对应于每个气缸的进气门和排气门 的一个配气驱动控制电路的该LED与干簧管之间分别引出火花延长时间控制信号和燃料 喷射控制信号，并分别与所述的点火装置和燃料喷射装置的控制端连接；还包括一微电脑 总控制器，用以对所述的配气机构点火装置和燃料喷射装置进行统一的时序控制。
全文摘要
一种活塞式四冲程发动机，包括配气机构、点火装置和燃料喷射装置，均分别安装在气缸盖上；该配气机构包括气门杆，所述的气门杆的外端与一电磁铁组件连接，该电磁铁组件由同轴连接的上、下电磁铁构成。本发明的优点是用电磁磁路闭合为动力，控制气门开和闭的不可变行程，没有气门弹簧，气门运动线速高，在进气时，进气门能在活塞下行全行程全开，保障活塞下行的全行程进气，进气充分。在排气时，排气门能在活塞上行的全行程全开，保障活塞上行的全行程排气，排气门通径比进气门大，阻力小，排气彻底。高速时气门没有滞后和回弹，消除气门重叠角所导致的气体互串干扰，实施机内净化，提高燃料利用率，减少环境污染。
文档编号F02D43/00GK101922362SQ20091020369
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者方华杰 申请人:方华杰