專利名稱：一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)的配氣裝置，特別是屬于一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)配氣裝置為凸輪軸在曲軸的帶動(dòng)下驅(qū)動(dòng)氣門作往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。其工作特點(diǎn)是氣門在凸輪軸的驅(qū)動(dòng)下做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，每個(gè)工作循環(huán)中，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周，進(jìn)、排氣道各開關(guān)一次，進(jìn)、排氣門往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，分別與凸輪軸和氣缸蓋之間各撞擊一次。由于氣門的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和凸輪軸的離心力作用，使配氣裝置在工作時(shí)給內(nèi)燃機(jī)帶來振動(dòng)，氣門在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中要不斷克服自身重量帶來的慣性阻力，使內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速提高受到限制。而且內(nèi)燃機(jī)在高、低轉(zhuǎn)速的不同階段配氣相位難以控制。目前常見的可變氣門正時(shí)配氣裝置有豐田的“VVT-i”裝置、日產(chǎn)的NVCS可變氣門正時(shí)控制裝置、本田的“i-VTEC”和“H-VTEC”“停閥”(氣門停止工作)等少數(shù)可變氣門正時(shí)裝置，但仍舊都是使用往復(fù)運(yùn)動(dòng)的“丁”字氣門的內(nèi)燃機(jī)，仍存在噪音和振動(dòng)。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，使內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速不受配氣系統(tǒng)的限制，且可實(shí)現(xiàn)可變氣門正時(shí)。
本實(shí)用新型一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，包括氣門、進(jìn)氣道、排氣道、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、柱塞閥和離心裝置，進(jìn)氣道、排氣道分別與燃料供給部分的進(jìn)氣喉管和排氣部分的排氣管道相連；氣門包括氣門圓盤、氣門軸和驅(qū)動(dòng)齒輪，氣缸蓋面向氣缸的一側(cè)設(shè)有氣門圓盤，氣門圓盤上開有氣孔，氣門圓盤固定在氣門軸上，氣門軸通過氣缸蓋與驅(qū)動(dòng)齒輪相連，氣門通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲軸相連；在氣缸蓋上分別開有主進(jìn)氣道、主排氣道和附進(jìn)氣道、附排氣道，附進(jìn)氣道、附排氣道分別位于主進(jìn)氣道、主排氣道兩側(cè)，附進(jìn)氣道、附排氣道內(nèi)分別設(shè)有柱塞閥，用于控制附氣道的開與關(guān)，柱塞閥的升降通過汽車電子控制單元ECU或離心裝置控制，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整配氣相位，從而實(shí)現(xiàn)可變氣門正時(shí)；曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)氣門的驅(qū)動(dòng)齒輪及氣門圓盤隨氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣道的開與關(guān)，從而控制氣缸的進(jìn)氣與排氣。氣門圓盤上開有的氣孔截面形狀為扇形，其截面圓心角為45°；主進(jìn)氣道、主排氣道和附進(jìn)氣道、附排氣道的截面形狀為扇形，主進(jìn)氣道、主排氣道截面圓心角為45°，以氣門軸為圓心，相隔270°排列；柱塞閥的端面截面為扇形結(jié)構(gòu)，附進(jìn)氣道及扇形柱塞閥的截面圓心角大小分別由配氣相位角α和β決定，其大小分別為α/2、β/2；附排氣道及扇形柱塞閥的截面圓心角大小分別由配氣相位角γ和δ決定，其大小分別為γ/2、δ/2，進(jìn)氣道完全打開時(shí)的截面圓心角為45°+α/2+β/2，排氣道完全打開時(shí)的截面圓心角為45°+γ/2+δ/2。柱塞閥可設(shè)置成一體式或分體式；柱塞閥的升降通過汽車電子控制單元ECU或離心裝置控制ECU控制部分包括轉(zhuǎn)速傳感器、ECU和步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)速傳感器安裝在靠近曲軸的內(nèi)燃機(jī)殼體上，用以收集曲軸轉(zhuǎn)速信息，其信號線與ECU輸入端相連，ECU輸出端與步進(jìn)電機(jī)相連，步進(jìn)電機(jī)安裝在氣缸蓋上直接控制柱塞閥門的升降。柱塞閥的升降通過離心裝置控制時(shí)，在柱塞閥頂部設(shè)有凸塊19，通過氣缸蓋與離心裝置連接；離心裝置安裝在氣門軸上(如圖6所示)，其結(jié)構(gòu)為在氣門軸上對稱設(shè)置偶數(shù)個(gè)配重，通過連桿(14)連接在氣門軸的固定塊上，回位彈簧設(shè)置在氣門軸上的固定塊和滑塊之間，滑塊的兩側(cè)通過連桿(16)連接在連桿(14)上，可沿氣門軸上下滑動(dòng)，滑塊上開有凹槽，與柱塞閥上的凸塊連接，從而控制柱塞閥的升降。其工作原理為當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速提高時(shí)，氣門轉(zhuǎn)速也同時(shí)提高，離心裝置隨著氣門軸一同旋轉(zhuǎn)，配重在離心力的作用下向外擴(kuò)張，帶動(dòng)連桿14、16拉動(dòng)滑塊15向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，柱塞閥在滑塊15的帶動(dòng)下也向上運(yùn)動(dòng)，附氣道被打開。轉(zhuǎn)速越高，附氣道開啟程度越大，從而實(shí)現(xiàn)氣門正時(shí)；轉(zhuǎn)速下降時(shí)，滑塊15在回位彈簧17的作用下回落。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由齒鏈或齒軸構(gòu)成，使氣門軸的轉(zhuǎn)速是曲軸的轉(zhuǎn)速的1/2。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是氣門的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，不會阻滯內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的高轉(zhuǎn)速運(yùn)行；氣道無瓶頸，氣道圓滑，氣體通過阻力小，提高了進(jìn)、排氣效率和速度；取消了凸輪軸使該裝置無振動(dòng)和噪音，減少了無用功；結(jié)構(gòu)簡單、體積小。適用于以燃油或燃?xì)鉃槿剂系幕钊絾胃谆蚴嵌喔變?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其適用于要求轉(zhuǎn)速較高的賽車和要求體積小重量輕的摩托車、發(fā)電機(jī)組和艇尾機(jī)等。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實(shí)用新型的配氣相位圖，圖3是本實(shí)用新型氣缸蓋結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3的A向剖視圖，圖5是本實(shí)用新型附氣道柱塞形閥工作原理示意圖，圖6是本實(shí)用新型柱塞閥的離心裝置示意圖，圖中1氣門圓盤，2氣缸蓋，3氣門軸，4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，5主進(jìn)氣道，6附進(jìn)氣道，7主排氣道，8附排氣道，9活塞，10曲軸，11柱塞閥，12驅(qū)動(dòng)齒輪，13配重，14連桿，15滑塊，16連桿，17回位彈簧，18固定塊，19凸塊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步敘述本實(shí)用新型的內(nèi)容圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括氣門、進(jìn)氣道、排氣道、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4、柱塞閥11和離心裝置，進(jìn)氣道、排氣道分別與燃料供給部分的進(jìn)氣喉管和排氣部分的排氣管道相連；氣門包括氣門圓盤1、氣門軸3和驅(qū)動(dòng)齒輪12，氣缸蓋2面向氣缸的一側(cè)設(shè)有氣門圓盤1，氣門圓盤1上開有氣孔，氣門圓盤1固定在氣門軸3上，氣門軸3通過氣缸蓋2與驅(qū)動(dòng)齒輪12相連，氣門通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4與曲軸10相連；其氣缸蓋結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，在氣缸蓋2上分別開有主進(jìn)氣道5、主排氣道7和附進(jìn)氣道6、附排氣道8，附進(jìn)氣道6、附排氣道8分別位于主進(jìn)氣道5、主排氣道7的兩側(cè)，附進(jìn)氣道6、附排氣道8內(nèi)分別設(shè)有柱塞閥11，用于控制附氣道的開與關(guān)，柱塞閥11的升降通過汽車電子控制單元ECU或離心裝置控制；曲軸10轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)氣門的驅(qū)動(dòng)齒輪及氣門圓盤1隨氣門軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣道的開與關(guān)，從而控制氣缸的進(jìn)氣與排氣。
本實(shí)用新型的工作原理當(dāng)活塞自上止點(diǎn)(曲軸柄與氣缸中心線夾角為0°)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣門(旋轉(zhuǎn))由關(guān)閉(氣門起始角度為0°)開始開啟，氣道開始打開，吸氣沖程開始。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，氣門旋轉(zhuǎn)45°，氣門孔與主進(jìn)氣道完全重合，氣門處于完全開啟狀態(tài)，氣流量最大。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，氣門開始關(guān)閉，至180°進(jìn)氣道完全關(guān)閉，活塞處于下止點(diǎn)，吸氣沖程完畢。當(dāng)活塞由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓縮沖程開始，直至曲軸旋轉(zhuǎn)360°，活塞處于上止點(diǎn)，壓縮沖程結(jié)束(壓縮過程中，進(jìn)、排氣道處于關(guān)閉狀態(tài))。此時(shí)，火花塞點(diǎn)燃混合氣，高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，開始做功。當(dāng)活塞再次到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，做功沖程完畢，氣道依然保持關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)活塞自下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，排氣道開啟，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)630°、氣門旋轉(zhuǎn)315°時(shí)，氣門孔與排氣道重合，排氣道完全開啟，氣流量最大。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)720°時(shí)活塞處于上止點(diǎn)，氣門旋轉(zhuǎn)360°，排氣道關(guān)閉，排氣沖程結(jié)束。在整個(gè)進(jìn)氣和排氣過程中，曲軸旋轉(zhuǎn)180°，氣門旋轉(zhuǎn)90°。本實(shí)施例中氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4是通過傳動(dòng)軸與曲軸相連，(多氣門系統(tǒng)中，可共用一根軸驅(qū)動(dòng)，各氣門在以相同角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，可根據(jù)需要相差任意相位)。至此，發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)，一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，氣門旋轉(zhuǎn)一周，進(jìn)氣道、排氣道各開合一次。
為了解決氣門正時(shí)的問題，在主進(jìn)氣道和主排氣道的兩側(cè)都設(shè)有附進(jìn)氣道和附排氣道，附氣道中設(shè)有扇形柱塞閥控制附氣道開關(guān)。從配氣相位圖(圖2所示)上可以看出活塞從上止點(diǎn)移到下止點(diǎn)的進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣道會提前開啟(α/2)和延遲關(guān)閉(β/2)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)作功完畢，活塞從下止點(diǎn)移到上止點(diǎn)的排氣過程中，排氣道會提前開啟(γ/2)和延遲關(guān)閉(δ/2)，氣道重疊角為(β/2+γ/2)。怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)附進(jìn)氣道和附排氣道都關(guān)閉，氣道無重疊角，隨著轉(zhuǎn)速提高，通過離心裝置來調(diào)整內(nèi)燃機(jī)的配氣相位，使進(jìn)氣道提前α/2角開啟，利用氣體在排放時(shí)所造成的吸引力帶來的牽引效應(yīng)，來增加進(jìn)氣的效率，讓進(jìn)氣歧管中的氣體提前加速，同時(shí)讓進(jìn)氣道推遲β/2角關(guān)閉，以增加汽缸的進(jìn)氣量在做功沖程結(jié)尾，活塞接近下止點(diǎn)時(shí)，排氣道也要提前γ/2角開啟，利用氣缸內(nèi)部的氣體壓力提前排氣，并在排氣沖程結(jié)束時(shí)推遲δ/2角結(jié)束排氣過程，利用排氣慣性吸引剩余廢氣，使排氣更加徹底。這樣，在進(jìn)氣開始和結(jié)束時(shí)，進(jìn)氣道、排氣道都有一個(gè)重疊相位，進(jìn)氣量、排氣量峰值分別提前α/2角和γ/2角開始，并且分別推遲β/2角和δ/2角結(jié)束。而在低轉(zhuǎn)速時(shí)附進(jìn)氣道、附排氣道關(guān)閉，使內(nèi)燃機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下都有較佳的動(dòng)力輸出與燃燒表現(xiàn)。附氣道柱塞形閥工作原理(進(jìn)氣道和排氣道相同)如圖5所示圖5a附氣道關(guān)閉(怠速時(shí))圖5b附氣道半開(中低速時(shí))圖5c附氣道全開(高速時(shí))低速時(shí)，附氣道關(guān)閉，燃?xì)夂蛷U氣只經(jīng)過主氣道進(jìn)出氣缸，無配氣相位無提前和滯后；隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速慢慢提高，附氣道柱塞閥開始開啟。燃?xì)夂蛷U氣經(jīng)過主氣道和附氣道進(jìn)入氣缸內(nèi)，這時(shí)，附氣道只是開啟一小部分，附氣道柱塞閥對燃?xì)夂蛷U氣還有一定的阻礙作用，因此，配氣相位已經(jīng)出現(xiàn)適量提前和滯后在高速時(shí)，附氣道完全開啟，燃?xì)夂蛷U氣經(jīng)過主氣道和附氣道時(shí)完全沒有阻力，就相當(dāng)于主氣道提前開啟和滯后關(guān)閉，這樣，就使內(nèi)燃機(jī)在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中都有最佳的配氣相位。此內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)中氣道是自上而下方向上的，因此，尤其適用于缸內(nèi)直噴式內(nèi)燃機(jī)。
權(quán)利要求1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，包括氣門、進(jìn)氣道、排氣道、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、柱塞閥和離心裝置，進(jìn)氣道、排氣道分別與燃料供給部分的進(jìn)氣喉管和排氣部分的排氣管道相連；其特征在于氣門包括氣門圓盤、氣門軸和驅(qū)動(dòng)齒輪，氣缸蓋面向氣缸的一側(cè)設(shè)有氣門圓盤，氣門圓盤上開有氣孔，氣門圓盤固定在氣門軸上，氣門軸通過氣缸蓋與驅(qū)動(dòng)齒輪相連，氣門通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲軸相連；在氣缸蓋上分別開有主進(jìn)氣道、主排氣道和附進(jìn)氣道、附排氣道，附進(jìn)氣道、附排氣道分別位于主進(jìn)氣道、主排氣道兩側(cè)，附進(jìn)氣道、附排氣道內(nèi)分別設(shè)有柱塞閥，柱塞閥的升降是通過汽車電子控制單元ECU或離心裝置控制；曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)氣門的驅(qū)動(dòng)齒輪及氣門圓盤隨氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣道的開與關(guān)，從而控制氣缸的進(jìn)氣與排氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，其特征在于所述的氣門圓盤上開有的氣孔截面形狀為扇形，其截面圓心角為45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，其特征在于所述的主進(jìn)氣道、主排氣道和附進(jìn)氣道、附排氣道的截面形狀為扇形，主進(jìn)氣道、主排氣道截面圓心角為45°，以氣門軸為圓心，相隔270°排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，其特征在于所述的柱塞閥的端面截面為扇形結(jié)構(gòu)，附進(jìn)氣道及扇形柱塞閥的截面圓心角大小分別由配氣相位角α和β決定，其大小分別為α/2、β/2；附排氣道及扇形柱塞閥的截面圓心角大小分別由配氣相位角γ和δ決定，其大小分別為γ/2、δ/2，進(jìn)氣道完全打開時(shí)的截面圓心角為45°+α/2+β/2，排氣道完全打開時(shí)的截面圓心角為45°+γ/2+δ/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，其特征在于所述的柱塞閥設(shè)置成一體式或分體式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，其特征在于所述的柱塞閥的升降通過離心裝置控制時(shí)，在柱塞閥頂部設(shè)有凸塊(19)，通過氣缸蓋與離心裝置連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，其特征在于所述的離心裝置是在氣門軸上對稱設(shè)置偶數(shù)個(gè)配重，通過連桿(14)連接在氣門軸的固定塊上，回位彈簧設(shè)置在氣門軸上的固定塊和滑塊之間，滑塊的兩側(cè)通過連桿(16)連接在連桿(14)上，可沿氣門軸上下滑動(dòng)，滑塊上開有凹槽，與柱塞閥上的凸塊連接，從而控制柱塞閥的升降。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，其特征在于所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由齒鏈或齒軸構(gòu)成，使氣門軸的轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的1/2。
專利摘要本實(shí)用新型一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門正時(shí)配氣裝置，包括氣門、進(jìn)氣道、排氣道、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、柱塞閥和離心裝置，氣門包括氣門圓盤、氣門軸和驅(qū)動(dòng)齒輪，氣缸蓋面向氣缸的一側(cè)設(shè)有氣門圓盤，氣門圓盤上開有氣孔，氣門圓盤固定在氣門軸上，氣門軸通過氣缸蓋與驅(qū)動(dòng)齒輪相連，氣門通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲軸相連；在氣缸蓋上分別開有主進(jìn)氣道、主排氣道和附進(jìn)氣道、附排氣道，附進(jìn)氣道、附排氣道分別位于主進(jìn)氣道、主排氣道兩側(cè)，附進(jìn)氣道、附排氣道內(nèi)分別設(shè)有柱塞閥，柱塞閥的升降通過汽車電子控制單元ECU或離心裝置控制，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)氣門的驅(qū)動(dòng)齒輪及氣門圓盤隨氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣道的開與關(guān)，從而控制氣缸的進(jìn)氣與排氣。
文檔編號F01L1/34GK2809229SQ20052009145
公開日2006年8月23日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者高濤 申請人:高濤