[發明專利]一種用于二沖程自由活塞發動機-發電機系統的可控氣門機構

無效

• 申請號: 201410082220.3
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103939170A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 王哲;尹兆雷;丁宣;孫晨樂;顧旺旺;李惠聰;余弢;蔣盛飛;章桐
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: F01L9/04
• 分類號: F01L9/04
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 陳樹德

技術領域

本發明涉及的是可控氣門機構，特別涉及一種可用于二沖程自由活塞發動機-發電機的可控氣門機構，具體是利用伺服電機與偏心輪滑塊機構實現二沖程自由活塞發動機-發電機系統進氣門或排氣門的靈活控制，屬于車輛工程領域。

背景技術

二沖程自由活塞發動機-發電機系統是一種新型的動力系統，其結構一般由兩個自由活塞發動機對置連接，直線電機位于兩個發動機中間，直線電機動子組件與自由活塞發動機的活塞連桿組件軸線連接。與傳統發動機相比，自由活塞發動機的最大特點是去除了曲柄連桿機構，通過液、電等介質實現“柔性”輸出，從而避免傳統內燃機中曲軸和軸承所消耗的大量摩擦熱，以及由于曲柄滑塊機構所引起的側向力而造成的活塞上的摩擦，效率更高。并且由于系統壓縮比可變，可適用于多種燃料，更容易實現均質壓燃的燃燒方式。將自由活塞發動機與直線電機相結合，可以直接將活塞直線往復運動的機械能轉換為電能，省去了傳統旋轉發動機和發電機之間的連接軸、軸承等輔助連接裝置，且直線發動機工作時活塞的每個行程都會帶動發電機發電，因此整個耦合機構的能量轉換效率更高。

傳統的二沖程自由活塞發動機-發電機的進氣、掃氣及排氣均采用壁面開孔的形式分布在氣缸壁上，由于氣門位置固定，傳統二沖程自由活塞發動機-發電機系統無法根據活塞運動行程實現氣門的靈活控制，很容易造成系統進氣量波動較大，繼而影響發動機的穩定高效燃燒；同時傳統二沖程系統大多采用進氣道噴射的形式，且系統中含有掃氣箱，部分新鮮工質在掃氣過程中隨廢棄排除氣缸，導致二沖程系統排放惡劣且燃燒效率較低。本發明參考傳統四沖程發動機的進排氣形式，采用伺服電動與偏心輪滑塊機構配合的可控氣門機構實現系統進氣門/排氣門的靈活控制。該可控氣門機構均由伺服電機帶動，伺服電機的旋轉運動經偏心輪滑塊機構轉化為進氣門、排氣門的直線升降運動，同時該進氣系統配以氣門彈簧儲存能量用于進氣門的快速復位，不僅實現了氣門的靈活開閉，而且節省了能源。為了提高系統的進氣效率，裝有該可控氣門機構的二沖程自由活塞發動機-發電機系統去除掃氣箱，采用進氣增壓的方式，通過壓縮空氣掃除燃燒后的廢氣。同時該系統配以燃油缸內直噴，進一步提高自由活塞發動機的燃燒效率，繼而提高整個自由活塞發動機/發電機系統的輸出效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供了一種可用于二沖程自由活塞發動機-發電機的可控氣門機構，對原二沖程自由活塞發動機-發電機系統進行了進氣門/排氣門結構改造，設計了相配套的氣門控制機構，實現二沖程發動機系統進氣門與排氣門的靈活調節，并采用缸內燃油直噴與高壓進氣的形式，提高二沖程自由活塞發動機的掃氣效率及燃燒效率，實現自由活塞發動機/發電機系統的高效輸出。

為了解決以上的技術問題，本發明提供了一種用于二沖程自由活塞發動機-發電機系統的可控氣門機構，由偏心輪滑塊機構、氣門彈簧機構、進氣道/排氣道、進氣門/排氣門、伺服電機組成的可控氣門機構。

所述偏心輪滑塊機構，包括偏心輪與滑塊，偏心輪與伺服電機通過銷連接，可將伺服電機的旋轉運動轉化為滑塊的直線運動；

所述氣門彈簧機構，包括氣門彈簧座與氣門彈簧，氣門彈簧座與滑塊及進氣門/排氣門固連，可將滑塊的直線運動轉化為氣門的開閉，同時配以氣門彈簧用于進氣門/排氣門的復位。

所謂進氣道/排氣道，為類圓筒狀管道，且進氣道中裝有節氣門位置傳感器并采用高壓進氣的形式，實現發動機負荷的實時調節及高效掃氣。

所述伺服電機，為補助馬達間接變速裝置，位置控制精度非常準確，通過銷連接帶動偏心輪滑塊機構運轉設定角位移，以實現進氣門/排氣門的開閉行程控制。

本發明可根據二沖程自由活塞發動機-發電機系統中活塞組件運動的位置控制伺服電機的起動與停止；當伺服電機起動時，伺服電機的起動力經偏心輪滑塊機構打開進氣門或排氣門，并通過設定伺服電機的運動角位置確定進氣門或排氣門的開啟位置；同時當伺服電機停止即驅動力卸掉時，機構利用氣門彈簧的蓄能作用實現進氣門或排氣門的自動閉合。

并且，進氣道采用高壓進氣的形式，且裝有節氣門位置傳感器用以控制進氣量；同時，燃油經噴油器直接噴入氣缸內。

發動機控制器根據霍爾傳感器測得的活塞運動頻率及直線位移傳感器測得的活塞瞬時位移，控制伺服電機的啟停及運轉角位移，進而實現直線發動機的循環進氣及排氣。

本發明的優越功效在于：