雙彈簧電動(dòng)凸輪氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，尤其是采用電磁力驅(qū)動(dòng)的氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]公知的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)在不同轉(zhuǎn)速下有不同的最優(yōu)氣門(mén)正時(shí)，因此發(fā)展了多種可變正時(shí)、可變升程系統(tǒng)，主要有:(I)利用鏈齒輪的張緊方式改變凸輪相位、(2)液壓葉片改變凸輪相位，(3)利用附加凸輪式，通過(guò)液壓選擇不同的凸輪來(lái)改變升程和相位，(4)調(diào)整搖臂頂桿來(lái)調(diào)整升程，(5)電磁鐵式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)，(6)液壓驅(qū)動(dòng)。其中前4種方案，是以發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪為基本動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，得到了較大規(guī)模的實(shí)際運(yùn)用，但還存在控制的靈活性不是足夠的問(wèn)題，電磁鐵式和液壓式控制最靈活，因此不斷有各種電磁式方案和液壓方案提出，為克服彈簧力，電磁鐵一般選擇EI式電磁鐵，此類(lèi)電磁鐵在相同電流下大行程時(shí)，吸力小，近行程時(shí)，吸引力大，為了保證遠(yuǎn)行程的吸力，電流較大，整個(gè)電磁氣氣門(mén)系統(tǒng)的功耗很高，氣門(mén)關(guān)閉過(guò)程中控制難度大，體積也難以滿(mǎn)足要求；液壓系統(tǒng)響應(yīng)速度不夠高，已經(jīng)用于低速發(fā)動(dòng)機(jī)，但難以用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，(I)以發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪為基本動(dòng)力的可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)靈活性不夠高的問(wèn)題，(2)電磁鐵式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能耗高，控制難度高的問(wèn)題，(3)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)速度低的問(wèn)題。
[0004]具體技術(shù)方案為:凸輪與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子連結(jié)一起，組成電動(dòng)凸輪；設(shè)置兩組氣門(mén)彈簧，上氣門(mén)彈簧和下氣門(mén)彈簧，下氣門(mén)彈簧、電動(dòng)凸輪與常規(guī)頂置式凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝方式相同，上氣門(mén)彈簧與下氣門(mén)彈簧成180度直接頂在凸輪上，或者通過(guò)搖臂與下氣門(mén)彈簧成180度頂在凸輪上，系統(tǒng)有三個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，氣門(mén)半開(kāi)，氣門(mén)全開(kāi)和氣門(mén)全閉，其中氣門(mén)半開(kāi)是完全平衡位置，氣門(mén)全開(kāi)和氣門(mén)全閉是半穩(wěn)定狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪使氣門(mén)離開(kāi)全開(kāi)或離開(kāi)全閉時(shí)，彈簧驅(qū)動(dòng)氣門(mén)和凸輪和完全平衡位置運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到完全平衡位置時(shí)，速度達(dá)到最大，彈簧阻止凸輪和氣門(mén)，但凸輪和氣門(mén)還繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，在不考慮阻力的情況下，系統(tǒng)運(yùn)行到另一個(gè)半穩(wěn)定狀態(tài)，這樣，氣門(mén)彈簧、氣門(mén)桿、搖臂和電動(dòng)凸輪工作在受拍振動(dòng)狀態(tài)，彈簧力提供主要的氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的動(dòng)力，電動(dòng)力補(bǔ)充能量損失，控制氣門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間，通過(guò)電動(dòng)機(jī)和彈簧共同作用，實(shí)現(xiàn)氣門(mén)開(kāi)啟相位和開(kāi)啟角連續(xù)可調(diào)。
[0005]設(shè)計(jì)了兩種凸輪形狀，一類(lèi)，單對(duì)端點(diǎn)凸輪，即凸輪有一個(gè)高點(diǎn)和一個(gè)低點(diǎn)，二，三對(duì)端點(diǎn)凸輪，即凸輪有三個(gè)高點(diǎn)和三個(gè)低點(diǎn)，凸輪的一對(duì)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)閉周期，單對(duì)端點(diǎn)凸輪轉(zhuǎn)一周，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，三對(duì)端點(diǎn)凸輪轉(zhuǎn)一周，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)6轉(zhuǎn)。
[0006]常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)打開(kāi)角為曲軸轉(zhuǎn)角的260度左右，凸輪升高角度為130度左右，以軸心為參考，半徑最小且半徑相等處為基圓，是氣門(mén)關(guān)閉位置，凸輪基圓角為230度左右，在凸輪高點(diǎn)處無(wú)等半徑段。本發(fā)明的凸輪的每對(duì)端點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)等半徑段，一個(gè)為最大半徑等半徑段，一個(gè)為最小半徑等半徑段，最小半徑的等半徑段角度是最大半徑的角度I倍至6倍，電凸輪在變半徑段由彈簧和電動(dòng)力共同驅(qū)動(dòng)，而等徑段僅由電動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，凸輪工作在變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由于變徑段彈簧力的作用遠(yuǎn)大于電動(dòng)力，其周期主要取決于彈簧和運(yùn)動(dòng)體系的周期，變化范圍較小，增大最大半徑等徑段接觸下氣門(mén)頂柱或下氣門(mén)搖臂時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度，減小最小半徑段接觸下氣門(mén)頂柱或下氣門(mén)搖臂的運(yùn)動(dòng)速度，可減小氣門(mén)打開(kāi)角，反之可增大氣門(mén)打開(kāi)角，在總周期相同情況下，取較小等徑段的角度，有利于減小等徑段運(yùn)動(dòng)速度，減小電機(jī)絕對(duì)速度變化量，減小電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的要求，增大等徑段角度有利于降低控制難度，但對(duì)電動(dòng)力要求提高，等徑段總角度小于120度，尤其是當(dāng)完全取消節(jié)氣門(mén)時(shí)，等徑段總角度小于30度。
[0007]根據(jù)凸輪形狀和發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)四類(lèi)電動(dòng)凸輪，一類(lèi)是多列三端點(diǎn)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪，即多個(gè)三對(duì)端點(diǎn)凸輪并列固定在外轉(zhuǎn)子式電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子上，或者多個(gè)三對(duì)端點(diǎn)凸輪與電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子做為一個(gè)整體，此類(lèi)電動(dòng)凸輪適合多氣門(mén)高速發(fā)動(dòng)機(jī)；二類(lèi)是多列單對(duì)端點(diǎn)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪，即多個(gè)單對(duì)端點(diǎn)凸輪并列固定在外轉(zhuǎn)子式電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子上，并且在外轉(zhuǎn)子上設(shè)置平衡重塊，此類(lèi)電動(dòng)凸輪適合多氣門(mén)低速發(fā)動(dòng)機(jī)；三類(lèi)是單列三對(duì)端點(diǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪，即三對(duì)端點(diǎn)凸輪固定在內(nèi)轉(zhuǎn)子式電動(dòng)機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子上，此類(lèi)電動(dòng)凸輪適合單氣門(mén)高速發(fā)動(dòng)機(jī)；四類(lèi)是單列單對(duì)端點(diǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪，即單對(duì)端點(diǎn)凸輪固定在內(nèi)轉(zhuǎn)子式電動(dòng)機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子軸上，并且設(shè)置平衡重塊，此類(lèi)電動(dòng)凸輪適合單氣門(mén)低速發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0008]設(shè)計(jì)兩類(lèi)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體布局，一類(lèi)是，上、下布局，附加的搖臂在凸輪的上方，附加的上氣門(mén)彈簧在附加搖臂的上方，上氣門(mén)彈簧與凸輪之間采用相同類(lèi)型的搖臂驅(qū)動(dòng)，上氣門(mén)彈簧和上搖臂的頂柱可以完全與下氣門(mén)彈簧對(duì)稱(chēng)，上氣門(mén)彈簧和上搖臂的頂柱也可換位；如果下氣門(mén)驅(qū)動(dòng)為無(wú)搖臂安裝，則上氣門(mén)彈簧與凸輪之間也采用無(wú)搖臂驅(qū)動(dòng)，二類(lèi)是低高度布局，上搖臂采用中間支點(diǎn)搖臂，搖臂的一端上設(shè)滾動(dòng)輪與凸輪接觸，搖臂的一端與上彈簧座接接觸，彈簧和凸輪均在上搖臂下方，中間支點(diǎn)由可調(diào)頂柱支撐，可調(diào)頂柱在上搖臂的上方。
[0009]優(yōu)化的雙彈簧電動(dòng)凸輪氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置停機(jī)機(jī)構(gòu)，停機(jī)機(jī)構(gòu)采用增加上搖臂可調(diào)頂柱，或設(shè)置可調(diào)上氣門(mén)彈簧上座的方法實(shí)現(xiàn)，可調(diào)頂柱或可調(diào)上氣門(mén)彈簧上座的驅(qū)動(dòng)方式為液壓式、電機(jī)加絲桿式、停機(jī)桿式；停機(jī)桿式的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是，在上搖臂可調(diào)頂柱的上表面設(shè)置滑動(dòng)斜面，設(shè)置一個(gè)上搖臂可調(diào)頂柱驅(qū)動(dòng)桿，即停機(jī)桿，停機(jī)桿上有與可調(diào)頂柱的相配合的滑動(dòng)斜面和凸起臺(tái)階，利用電機(jī)和絲桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，驅(qū)動(dòng)桿凸起臺(tái)階離開(kāi)可調(diào)頂柱，上氣門(mén)彈簧作用減弱，氣門(mén)處于關(guān)閉或小間隙開(kāi)啟狀態(tài)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)電狀態(tài)下氣門(mén)與活塞碰撞，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作前，先啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，先使凸輪處于關(guān)閉狀態(tài)，再使驅(qū)動(dòng)桿凸起臺(tái)階頂起可調(diào)頂柱，發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)，液壓式和電機(jī)加絲桿式工作原理相似，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，控制靈活，停機(jī)桿可以將各缸的停機(jī)桿連結(jié)在一起，采用一套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制。
[0010]本發(fā)明的有益效果為，利用雙彈簧、凸輪和電動(dòng)機(jī)的組合機(jī)構(gòu)，雙彈簧機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能量的回收，提供主要的氣門(mén)開(kāi)閉動(dòng)力，比單純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)凸輪對(duì)電動(dòng)機(jī)功率要求低，由于本結(jié)構(gòu)為每個(gè)氣缸的同類(lèi)氣門(mén)分別安裝一套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在雙彈簧的作用下，氣門(mén)動(dòng)作速度快，控制靈活，氣門(mén)開(kāi)關(guān)相位和打開(kāi)角可調(diào)，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)工作在較低速的情況下，可以通過(guò)調(diào)整氣門(mén)打開(kāi)時(shí)間來(lái)調(diào)整進(jìn)氣量，減小泵氣損失，在高速、低負(fù)荷下，也可以使部分氣缸關(guān)閉，工作在氣彈簧的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)停缸功能。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ] 下面結(jié)合對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明
[0012]圖1是三對(duì)端點(diǎn)凸輪形狀圖，
[0013]圖2是單對(duì)端點(diǎn)凸輪形狀圖，
[0014]圖3是兩列三對(duì)端點(diǎn)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)圖，
[0015]圖4是兩列單對(duì)端點(diǎn)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)圖，
[0016]圖5是單列三對(duì)端點(diǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)圖，
[0017]圖6是雙彈簧電動(dòng)凸輪氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)低高度布局圖，
[0018]圖7是雙彈簧電動(dòng)凸輪氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上、下布局圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1展示了三對(duì)端點(diǎn)凸輪的形狀，為有三對(duì)端點(diǎn)的凸輪，圖中(2011)為基礎(chǔ)圓，(2012)為變半徑段，(2013)為最大半徑等徑段，(2014)為最小半徑等徑段，取較小的等徑段角度，最大半徑等徑段角度大于最小半徑等徑段，圖中最大半徑等徑段為5度，最小半徑等徑段為15度。
[0020]圖2展示了單對(duì)端點(diǎn)凸輪的形狀，為有對(duì)端點(diǎn)的凸輪圖中(2011a)為基礎(chǔ)圓，(2012a)為變半徑段，(2013a)為最大半徑等徑段，(2014a)為最小半徑等徑段，取較小的等徑段角度，最大半徑等徑段角度大于最小半徑等徑段，圖中最大半徑等徑段為5度，最小半徑等徑段為15度。
[0021]圖3展示了兩列三端點(diǎn)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪的結(jié)構(gòu)，其由兩個(gè)三對(duì)端點(diǎn)凸輪(201)、凸輪軸(203)、平衡重(202)、內(nèi)定子(205)、內(nèi)定子軸(204)、外轉(zhuǎn)子(207)構(gòu)成，其中凸輪(201)、凸輪軸(203)和外轉(zhuǎn)子(206)做成整體結(jié)構(gòu)，三列三端點(diǎn)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪，增加一個(gè)凸輪(201)，不再說(shuō)明。
[0022]圖4展示了兩列單對(duì)端點(diǎn)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)凸輪的結(jié)構(gòu)，其由兩個(gè)單對(duì)端點(diǎn)凸輪(201a)、凸輪軸(203)、平衡重(202)、內(nèi)定子(205)