专利名称：直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无级变速器，更具体的是涉及一种用于汽车，由直接输出高压气体发动机构成的无级变速器。
背景技术：
自动变速器用于自动改变转矩和转速，总体上看，目前的自动变速器有自动档变速器和多种无级变速器投入使用。自动档变速器效率低传递扭矩小，变速不够平滑。而一般无级变速器(CVT)，虽然汽车的变速平稳，但是一般无级变速器(CVT)由两组变速轮盘和一条传动带组成的，如公布的专利申请号为01803818. 2专利，由于CVT变速器的制造技术难度大，采用压紧传动带在变速轮盘上，通过摩擦力传递力矩，因此传递扭矩小。综上所述以上自动变速器传递扭矩小，都要有自动离合器，只适用于小轿车，不适用在大马力的客货车上。因此，本发明的目的是提供一种无级变速器，输出扭矩大可适用于客货车，无减速齿轮，可直接驱动车轮 轴，效率高，无需离合器，制造技术上成熟易于制造。
发明内容本发明的直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，由直接输出高压气体发动机和与它连接气动马达(11)构成，直接输出闻压气体发动机包括发动机(I)，其特征是直接输出高压气体发动机还包括安装在发动机(I)气缸盖上的输出阀￠)，和输出阀
(6)连接的高压管腔(8)，安装在高压管腔(8)中的压力传感器(7)，以及功率匹配控制器
(13)构成，发动机(I)气缸内的高温高压燃气一部分通过功率匹配控制器(13)控制输出阀(6)在发动机作功冲程内的不同曲轴位置对应时刻导通一段时间，控制发动机气缸内气体输入到高压管腔(8)的进气量，用于直接驱动和高压管腔(8)连接气动马达(11)转动，其它冲程时输出阀(6)关闭，由储存在高压管腔(8)的高压气体向气动马达输出能量，使气动马达持续转动，发动机(I)气缸内余下高温高压燃气在气缸内向活塞膨胀做功后通过发动机(I)气缸盖上的排气阀排出。本发明的输出阀(6)的一端和输出阀线圈驱动总成(12)相连接，由输出阀线圈驱动总成(12)里面的电磁线圈通断电来控制输出阀(6)的启闭。本发明的功率匹配控制器(13)输入端接有压力传感器(7)、曲轴位置传感(5)，输出端接有输出阀驱动电路(14)，通过压力传感器(7)检测输出阀(6)开启时高压管腔
(8)内压力的升高量和输出阀关闭时高压管腔内压力的下降量，经功率匹配控制器(13)内部的CPU处理器的程序指令控制下，进行比较运算得出下一次输出阀开关信号对应曲轴位置，该信号通过输出阀驱动电路(14)放大，驱动输出阀线圈驱动总成(12)内的电磁线圈带动输出阀(6)动作。功率匹配控制器(13)输入端连接有前进信号控制端、倒车信号控制端和气动马达输出轴位置传感器(21)，在内部前进或后退指令程序控制下，根据气动马达输出轴位置传感器(21)检测气动马达活塞(19)位置，输出对应的开关信号到和输出端相连的输入阀驱动电路(15)和排气阀驱动电路(26)，驱动输入阀(18)和气动马达排气阀(24)动作，使气动马达转动。本发明功率匹配控制器(13)输出端接有喷油泵驱动电路(10)，根据曲轴位置传感器(5)功率匹配控制器(13)计算出曲轴转速和下一次输出阀￠)开启信号在曲轴上的位置，功率匹配控制器(13)计算出下一次喷油泵开启信号到来时对应的曲轴位置，输出开关信号到喷油泵驱动电路(10)，控制喷油泵动作，使燃料燃烧最高压力点位置超前或同步输出阀开启时间。本发明的功率匹配控制器(13)能根据装配在气动马达输出轴(16)上的气动马达输出轴位置传感器(21)，检测到气动马达输出轴(16)的转速，使输入阀(16)的开启角度范围即对应气动马达输出轴位置上的角度范围，随气动马达输出轴(16)的转速快慢而变化，使气动马达输出轴(16)转速快时输入阀(18)在气动马达输出轴位置上的开启角度范围小，气动马达输出轴(16)转速慢时输入阀(18)在气动马达输出轴位置上的开启角度范围大，增大气动马达的变速范围。功率匹配控制器(13)的作用是根据负载的变化，检测发动机的输出功率和它输入到气动马达的功率的匹配状况，控制输出阀开关触发信号时间，控制输出阀在不同的曲轴位置开启，输出不同压力的高压气体，达到调整输入到气动马达功率的目的；根据输出阀的开启时间和曲轴转速自动补偿喷油泵开启信号的提前量，使燃料燃烧最高压力点位置超前或同步输出阀开启时间。
以上的发动机(I)是以柴油发动机为例说明，但其原理同样适用于汽油发动机。本发明的有益效果是动力靠气压传递比靠磨擦力传递的扭矩大；直接用输出阀门(6)开关控制气动马达输出轴(16)的转停,不用离合器；直接输出发动机气缸高压气体驱动气动马达，效益高；采用电子信号控制汽车前进后退，易于操控。
图1是本发明第一个实施例原理图。图2是本发明第二个实施例原理图图3是曲轴位置及高压管腔压力图图中1.发动机,2.活塞,3.连杆,4.曲轴,5.曲轴位置传感器,6.输出阀，7.压力传感器，8.高压管腔，9.喷油泵，10.喷油泵驱动电路，11.气动马达，12.输出阀线圈驱动总成，13.功率匹配控制器，14.输出阀驱动电路，15.输入阀驱动电路，16.气动马达输出轴，17.输入阀线圈驱动总成，18.输入阀，19.气动马达活塞，20.气动马达连杆，21.气动马达输出轴位置传感器，22.排气阀驱动电路,23.排气管,24.气动马达排气阀,25.排气阀线圈驱动总成。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明。输出阀(6)和输入阀(18)制成中空形状内部通入冷却液。发动机气缸可有多个，图1画出4个气缸中的一个气缸。压力传感器(7)是一压电式压力传感器把压力值转化为电信号，曲轴位置传感器(5)和气动马达输出轴位置传感器(21)是采用磁感应式位置传感器。图1气动马达(11)是一种可正反转的气动马达，图2气动马达(11)是一种活塞式气动马达，它的缸数多于两缸，图2采用4缸图中只作出其中一个气缸，每个气缸达到上止点位置在气动马达输出轴(16)上相差90度位置。图1功率匹配控制器(13)内部含有存储器、CPU处理器、和输出阀开关信号输出端、喷油泵开关信号输出端，图2功率匹配控制器(13)比图1多输入阀开关信号输出端、气动马达排气阀开关信号输出端和倒车信号控制端。图1例工作如下直接输出高压气体发动机工作过程也和普通四冲程发动机一样，分为吸气、压缩、作功、排气四个冲程。其中除了作功冲程不同外其它冲程工作过程相同。图3的正弦曲线Cb是发动机曲轴转角与活塞位置曲线图，图中只画出和作功冲程相关的部分曲线。图中a点为压缩冲程时活塞运行到上止点位置，按曲轴转一周360度在上止点时曲轴位置为O度，此时气缸封闭的空间容积最小，进气门、排气门关闭，燃料燃烧使气缸压力增大推动活塞下行，随着活塞下行气缸压力减小，到下止点b点位置时气缸内压力最小，排气门打开，些时对应曲轴转过的180度。曲线eg是控制输出阀(6)导通的调整范围，曲线eh是输出阀(6)导通时间即输出阀(6)在e点导通，在h点位置关闭，e点和h点是曲线eg上的任意点。图3上方的曲线是高压管腔内压力对应曲轴角度的变化曲线图，当输出阀(6)在e点刚开始导通时高压管腔(8)内气体压力为Fe值，当输出阀(6)到h点关闭时压力升高到Fh值。当输出阀(6)导通时，高压气体进入高压管腔内，高压管腔
(8)内气体压力升高内燃机输出功率，输出阀导通一段时间后，相对应曲轴转过一个角度值到达h点时输出阀截止，此时管腔内气体压力如不考虑到导通压力损耗则和气缸内压力相等。输出阀导通时间是曲轴从e点转到h点这段时间，其他时间输出阀截止，高压气体通过气动马达作功，从排气管排出，高压管腔(8)内气体压力降低。在气缸注入同量燃料工况相同情况下，输出阀导通触发信号对应e点所在不同位置，输出阀导通后的管腔内压力也不同，e点位置越靠近下止点b点时导通，输出阀导通后的管腔内达到的压力越低，发动机对外输出的功率能力越低，气动马达得到的能量也越低，可是发动机本身曲轴转速却是越快，因为总的功率一定时发动机对外输出的功率减少则留在内部能量就多曲轴的转速就越快；反之e点位置越靠近d点，达到的压力越高，对外作功能力加强，可发动机本身曲轴转速越慢，但最高压力时输出阀导通触发信号对应点并不是在上止点a点，而在d点，此时输出阀刚好在曲轴转到d点是导通曲轴转到上止点a点时输出阀关闭。发动机怠速时输出阀(6)关闭不工作，高压气体不进入高压管腔(8)，气动马达停转。当踩下油门且功率匹配控制器(13)收到前进信号时，在匹配控制器(13)内程序控制下，当曲轴⑷转到如图3的g点位置时输出开启输出阀(6)的脉冲信号，高压气体进入高压管腔(8)，推动气动马达(11)转动，并在功率匹配控制器(13)控制下，通过压力传感器
(7)检测输出阀(6)开启时高压管腔⑶内压力的升高量和输出阀关闭时高压管腔内压力的下降量，经功率匹配控制器(13)内部的CPU处理器比较运算，得出发动机输出功率和输入到气动马达(11)的功率相匹配时的转速，当加大油门时气动马达(11)的进入压力越大转速也越高，达到调节汽车速度的目。功率匹配控制器(13)的功率匹配工作原理如下输出阀开关前后即图3的点e、h对应位置时刻高压管腔内的压力Fe和Fh。测量出本次高压管腔内导通前压力Fe值和上一次压力Fe值记‘Fe上’相减得到一个差值记为‘Fe差’，即Fe差=Fe-Fe上；同理高压管腔内导通后达到的压力Fh值和上一次压力Fh值记‘Fh上’相减得到一个差值记为‘Fh差’即Fh差=Fh-Fh上。把得到的‘Fe差’和‘Fh差’相加得到一个值记为F'即F' = Fe差+Fh差；F'是反映压力匹配方向的量，因气动马达负荷变大输出转速降低甚至停转时，气缸输出到高压管腔内的功率比气动马达吸收到位的功率多时Fe大于‘Fe上’ Fh大于‘Fh上’可能得出F'为正，相反F'为负，当两者功率相匹配时为零。在输入燃料相同总功率相同的情况下功率匹配电路工作如下气动马达阻力变大进气压力变大一发动机对外输出功率减少一发动机转速升高一功率匹配电路计算F'值变正变大得出下次输出阀导通时间提前一发动机对外输出功率变大一发动机转速降低一F'值变小到零；此时是最佳功率匹配点输出阀导通时间不变。燃料在气缸内完全燃烧达到最大压力值时的位置点和燃油喷油泵的开启时间有关，通过功率匹配控制器(13)控制喷油泵(9)开启时间对应的曲轴位置可以控制燃料燃烧最大压力点时曲轴位置，使燃料燃烧最大压力点出现在图3曲线df区间上。一般d点对应曲轴在-15度位置，f点对应曲轴转到15度位置。燃料燃烧最大压力点的范围超前于上止点a点，以及输出阀(6)的调整范围超前于上止点a点导通，是因为当负载重时气动马达接近停转时，发动机气缸作功的能量不能很好通过气动马达作功输出，而使发动机曲轴转速变快，通过使燃料燃烧最大压力点超前于上止点a点，和输出阀(6)超前于上止点a点导通，是在于利用发动机飞轮的转动惯量，在压缩冲程时把更多的飞轮动能转为气体内能，提高气缸内气压输出，抑制飞轮转速过快。功率匹配控制器(13)控制喷油泵的开启时间，使当输出阀(6)开启时间即图3的点e、h落在曲线df内时，燃料燃烧最大压力点在输出阀
(6)导通时间内即图3中点eh位置中间位置，而其他时间段，当输出阀(6)开启时间即图3的点e、h落在曲线fg内时，燃料燃烧最大压力点在f点位置不变。图1中倒车是靠改变正反转气动马达(11)的进气方向实现倒车，图1中没做出。图2例和图1例相比，不同的是气动马达部分和功率匹配控制器(13)，其余相同。功率匹配控制器(13)能根据装配在气动马达输出轴(16)上的气动马达输出轴位置传感器
(21)，检测到气动马达输出轴(16)的转速，使输入阀(18)的开启角度，即在气动马达输出轴位置上的角度范围随气动马达输出轴(16)的转速快慢而变化，使气动马达输出轴(16)转速快时输入阀(18)在气动马达输出轴位置上的开启角度范围小，气动马达输出轴(16)转速慢时输入阀(18)在气动马达输出轴位置上的开启角度范围大,增大气动马达的变速范围，在图2例中汽车时速从小于5公里加速到100公里时，在功率匹配控制器(13)控制下，输入阀(18)的导通角度从150度减小到20度。气动马达(11)的正反转是靠功率匹配控制器(13)检测气动马达输出轴位置传感器(21)的位置，控制相应的输入阀和排气阀动作，达到控制汽车前进或后退的目的。
权利要求1.一种直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，由直接输出高压气体发动机和与它连接气动马达(11)构成，直接输出高压气体发动机包括发动机(I)，其特征是直接输出高压气体发动机还包括安装在发动机(I)气缸盖上的输出阀￠)，和输出阀(6)连接的高压管腔(8)，安装在高压管腔(8)中的压力传感器(7)，以及功率匹配控制器(13)构成，发动机(I)气缸内的高温高压燃气一部分通过功率匹配控制器(13)控制输出阀(6)在发动机作功冲程内的不同曲轴位置对应时刻导通一段时间，控制发动机气缸内气体输入到高压管腔(8)的进气量，用于直接驱动和高压管腔(8)连接气动马达(11)转动，其它冲程时输出阀(6)关闭，由储存在高压管腔(8)的高压气体向气动马达输出能量，使气动马达持续转动，发动机(I)气缸内余下高温高压燃气在气缸内向活塞膨胀做功后通过发动机(I)气缸盖上的排气阀排出。
2.根据权利要求1所述的直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，其特征在于的所述的输出阀(6) —端和输出阀线圈驱动总成(12)相连接，由输出阀线圈驱动总成(12)里面的电磁线圈通断电来控制输出阀(6)的启闭。
3.根据权利要求1所述的直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，其特征在于功率匹配控制器(13)输入端接有压力传感器(7)、曲轴位置传感(5)，输出端接有输出阀驱动电路(14)，通过压力传感器(7)检测输出阀(6)开启时高压管腔⑶内压力的升高量和输出阀关闭时高压管腔内压力的下降量，经功率匹配控制器(13)内部的CPU处理器的程序指令控制下，进行比较运算得出下一次输出阀开关信号对应曲轴位置，该信号通过输出阀驱动电路(14)放大，驱动输出阀线圈驱动总成(12)内的电磁线圈带动输出阀(6)动作，使气动马达转动。
4.根据权利要求1所述的直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，其特征在于功率匹配控制器(13)输出端接有喷油泵驱动电路(10)，根据曲轴位置传感器(5)功率匹配控制器(13)计算出曲轴转速和下一次输出阀(6)开启信号在曲轴上的位置，功率匹配控制器(13)计算出下一次喷油泵开启信号到来时对应的曲轴位置，输出开关信号到喷油泵驱动电路(10)，控制喷油泵动作，使燃料燃烧最高压力点位置超前或同步输出阀开启时间。
5.根据权利要求1所述的直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，其特征在于功率匹配控制器(13)输入端连接有前进信号控制端、倒车信号控制端和气动马达输出轴位置传感器(21)，在内部前进或后退指令程序控制下，根据气动马达输出轴位置传感器(21)检测气动马达活塞(19)位置，输出对应的开关信号到和输出端相连的输入阀驱动电路(15)和排气阀驱动电路(26)，驱动输入阀(18)和气动马达排气阀(24)动作，使气动马达转动。
6.根据权利要求5所述的直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，其特征在于功率匹配控制器(13)能根据装配在气动马达输出轴(16)上的气动马达输出轴位置传感器(21)，检测到气动马达输出轴(16)的转速，使输入阀(18)的开启角度范围即对应气动马达输出轴位置上的角度范围，随气动马达输出轴(16)的转速快慢而变化,使气动马达输出轴(16)转速快时输入阀(18)在气动马达输出轴位置上的开启角度范围小，气动马达输出轴(16)转速慢时输入阀(18)在气动马达输出轴位置上的开启角度范围大，增大气动马达的变速范围。
专利摘要一种直接输出高压气体发动机构成的气动无级变速器，由直接输出高压气体发动机和与它连接气动马达(11)构成，直接输出高压气体发动机包括发动机(1)，在发动机(1)气缸盖上不仅有进气阀和排气阀，还安装有输出阀(6)，直接输出高压气体发动机还包括和输出阀(6)连接的高压管腔(8)，以及高压管腔(8)中安装的压力传感器(7)，和功率匹配控制器(13)构成，通过功率匹配控制器(13)控制输出阀(6)，在发动机作功冲程内的不同曲轴位置对应时刻导通一段时间，通过输出阀(6)控制发动机气缸内气体输入到高压管腔(8)的进气量，用于直接驱动和高压管腔(8)连接气动马达(11)转动。本实用新型输出扭矩大，不用离合器，效益高。
文档编号F02B61/06GK202866989SQ20122037010
公开日2013年4月10日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者刘增兴 申请人:刘增兴