CN108412573A - 一种机械式可变气门装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种机械式可变气门装置，包括气门，所述气门中部设有气门弹簧，顶端安装齿轮，所述齿轮可绕所述气门做旋转运动，所述齿轮的外圆周连接控制杆，顶端安装平板，所述平板内部设有两个凹槽，所述凸轮转速与发动机转速比为1:2，所述凸轮外圆周表面自两端向中心设有一对第二型线和一对第一型线，所述第一型线可与所述凹槽互相配合。本发明创造所述的机械式可变气门装置，通过调节控制杆的直线运动距离使平板旋转90°，可以改变凸轮与平板之间的配合规律，从而实现2/4冲程可变。本装置不需要在每一个工作循环下都对控制机构进行操作，而是在冲程需要改变的工况下才进行调整，控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

Description

一种机械式可变气门装置

技术领域

本发明创造属于发动机领域，尤其是涉及一种机械式可变气门装置。

背景技术

内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的排放法规与经济性指标。传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术控制排放，降低油耗。

可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者主要改变机械结构，因此结构简单，响应速度快，但是因为保留了凸轮，其气门只是相对可变，并不能任意可变。而无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程及持续期。就驱动方式来分，无凸轮配气技术分为电磁驱动、电气驱动、电机驱动、电液驱动等方式。相对于电磁驱动的能耗大，电气驱动的响应速度低及不稳定，电机驱动的***复杂等缺点，电液驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度较快。然而它也有不可避免的缺点：高转速下液压***流量不够，气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大。因此主要用于柴油机这种转速较低的发动机上，除此之外，还必须要采用昂贵的电液伺服***及相对复杂的控制技术来精确的控制气门行程避免落座冲击，大大增加了发动机的成本。因此，需要针对发动机具体的用途来采用合适的可变气门技术。已经公知的是，如发明专利(名称：多模式2冲程/4冲程内燃发动机；专利号：200880102440.0)中所描述的，通过将发动机冲程从4冲程运行切换到2冲程运行可以使得燃烧频率被翻倍,甚至在每一循环的输出功相同时也实现发动机功率的翻倍。由此，有必要针对上述需求，研究耗能低、结构简单而又灵活可变的气门机构，以实现2/4冲程互换功能。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种机械式可变气门装置，通过改变凸轮型线与平板之间的配合规律，从而改变凸轮与气门之间的配合关系，最终实现2/4冲程互换功能。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种机械式可变气门装置，包括凸轮、平板、齿轮和控制杆，所述齿轮顶部安装所述平板，所述平板内部设有两个凹槽，所述齿轮的下方安装气门，外圆周连接所述控制杆，所述凸轮外圆周表面自两端向中心设有一对第二型线和一对第一型线，所述第一型线为双桃形，所述第二型线为单桃形，当所述第一型线与所述凹槽互相配合时，所述第一型线与所述平板无接触，所述第二型线驱动所述气门开启和关闭；当所述控制杆控制所述齿轮相对于所述气门旋转90°时，所述第二型线与所述平板无接触，所述第一型线驱动所述气门开启和关闭。

进一步的，两个所述凹槽的最短距离大于所述凹槽的长度。

进一步的，所述平板为矩形，其短边与所述凹槽平行，且所述短边的长度小于两个所述第二型线之间的最短距离。

进一步的，所述气门中部设有气门弹簧。

进一步的，所述平板与所述凸轮之间设有气门间隙。

进一步的，所述控制杆上设有直齿轮。

进一步的，所述第一型线与所述平板接触配合时，所述凸轮每转一圈，所述第一型线驱动所述平板两次。

进一步的，所述第二型线与所述平板接触配合时，所述凸轮每转一圈，所述第二型线驱动所述平板一次。

进一步的，所述凸轮转速与发动机转速比为1∶2。

相对于现有技术，本发明创造所述的机械式可变气门装置具有以下优势：

(1)本发明创造所述的机械式可变气门装置，通过调节控制杆的直线运动距离使平板旋转90°，可以改变凸轮与平板之间的配合规律，从而实现2/4冲程可变。本装置不需要在每一个工作循环下都对控制机构进行操作，而是在冲程需要改变的工况下才进行调整，控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

(2)本发明创造所述的机械式可变气门装置，凸轮外圆周表面设有的第二型线和第一型线，在凸轮驱动气门4的过程中，有效保证气门4均匀受力，防止气门4发生扭转，避免气门4漏油甚至发生疲劳断裂，大大延长了装置的使用寿命。

(3)本发明创造所述的机械式可变气门装置，平板与凸轮之间设有气门间隙，避免凸轮与平板之间产生额外的摩擦，减少了零部件的损坏，延长了装置使用寿命，大大降低了使用成本。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例处于4冲程工况下气门关闭时的示意图；

图2是本发明实施例处于4冲程工况下气门开启时的示意图；

图3是本发明实施例处于2冲程工况下气门关闭时的示意图；

图4是本发明实施例处于2冲程工况下气门开启时的示意图；

图5是本发明实施例中凸轮的正视图；

图6是图5的A-A向剖视图；

图7是图1和图2中平板的俯视图；

图8是图3和图4中平板的俯视图；

图9是齿轮与控制杆配合的示意图。

附图标记说明：

1-凸轮；11-第一型线；12-第二型线；2-平板；21-凹槽；3-气门弹簧；4-气门；5-齿轮；6-控制杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种机械式可变气门装置，如图1至图9所示，包括凸轮1、平板2、齿轮5和控制杆6，所述齿轮5顶部安装所述平板2，所述平板2内部设有两个凹槽21，所述齿轮5的下方安装气门4，外圆周连接所述控制杆6，所述凸轮1外圆周表面自两端向中心设有一对第二型线12和一对第一型线11，在所述凸轮1驱动所述气门4的过程中，保证气门4均匀受力，防止气门4发生扭转，避免气门4漏油甚至发生疲劳断裂；所述第一型线11为双桃形，所述第二型线12为单桃形，当所述第一型线11与所述凹槽21互相配合时，所述第一型线11与所述平板2无接触，所述第二型线12驱动所述气门4开启和关闭；当所述控制杆6控制所述齿轮5相对于所述气门4旋转90°时，所述第二型线12与所述平板2无接触，所述第一型线11驱动所述气门4开启和关闭。

两个所述凹槽21的最短距离大于所述凹槽21的长度，当齿轮5相对气门4旋转90°后，第一型线11与平板2的配合位置避开了凹槽21，有效避免额外的摩擦损失。

所述平板2为矩形，其短边与所述凹槽21平行，且所述短边的长度小于两个所述第二型线12之间的最短距离，当齿轮5相对气门4旋转90°后，第二型线12处于悬空状态，且与所述平板2无接触，有效避免额外的摩擦损失，有效延长装置的使用寿命。

所述气门4中部设有气门弹簧3。

所述平板2与所述凸轮1之间设有气门间隙，避免凸轮1与平板2之间产生额外的摩擦，造成零部件损坏。

所述控制杆6上设有直齿轮。

所述第一型线11与所述平板2接触配合时，所述凸轮1每转一圈，所述第一型线11驱动所述平板2两次。

所述第二型线12与所述平板2接触配合时，所述凸轮1每转一圈，所述第二型线12驱动所述平板2一次。

所述凸轮1转速与发动机转速比为1∶2。

一种机械式可变气门装置的工作过程为：

在图1和图2中，所述第一型线11与所述凹槽21互相配合，所述第一型线11与所述平板2无接触，因此所述第一型线11的运动规律对所述平板2无影响。在图1中，所述第二型线12处于基圆状态，此时所述第二型线12对所述平板2以及气门4无驱动作用，因此气门4在所述气门弹簧3的预紧力作用下处于关闭状态；在图2中，所述第二型线12处于凸起状态，此时所述第二型线12对所述平板2以及气门4进行驱动，克服所述气门弹簧3的作用力使所述气门4打开。由于所述凸轮1转速与发动机转速比为1∶2，所述第二型线12为单桃形状，所以发动机每转二圈，所述凸轮1转一圈，所述第二型线12可驱动所述平板2一次，使发动机做功一次，因此为四冲程模式。

如图3、图4、图7和图8所示，当气门4处于关闭状态下，利用控制杆6的直线移动使所述齿轮5相对于所述气门4逆时针或顺时针旋转90°，由于所述平板2相对于所述凹槽21平行的一边的长度小于一对所述第二型线12之间的最短距离，因此旋转90°后，所述的第二型线12处于悬空状态，且与所述平板2无接触。由于一对所述凹槽21之间的最短距离大于所述凹槽21的长度，因此旋转90°后，所述的第一型线11与所述平板2可接触配合，且所述第一型线11与平板2的配合位置避开了所述凹槽21，从而可以避免额外的摩擦损失。在图3中，所述第一型线11处于基圆状态，此时所述第一型线11对所述平板2以及气门4无驱动作用，因此气门4在所述气门弹簧3的预紧力作用下处于关闭状态；在图4中，所述第一型线11处于凸起状态，此时所述第一型线11对所述平板2以及气门4进行驱动，克服所述气门弹簧3的作用力使所述气门4打开。由于所述凸轮1转速与发动机转速比为1∶2，所述第一型线11为双桃形状，所以发动机每转二圈，所述凸轮1转一圈，所述第一型线11可驱动所述平板2两次，使发动机做功两次，因此为二冲程模式。

值得注意的是，由于所述凸轮1外圆周表面自两端向中心对称设有一对第二型线12和一对第一型线11，因此在所述凸轮1驱动所述气门4的过程中，能保证气门4均匀受力，否则如果只有单一的第一型线11与第二型线12，则必然会导致气门4发生扭转，有可能会导致气门4漏油甚至发生疲劳断裂。

综上，通过改变所述控制杆6的直线运动位移，可以改变第二型线12、第一型线11与所述平板2之间的配合规律，最终改变所述气门5的运动规律，实现2/4冲程可变。本发明不需要在每一个工作循环下都对控制机构进行操作，而是在冲程需要改变的工况下才进行调整，控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机械式可变气门装置，其特征在于：包括凸轮(1)、平板(2)、齿轮(5)和控制杆(6)，

所述齿轮(5)顶部安装所述平板(2)，所述平板(2)内部设有两个凹槽(21)，所述齿轮(5)的下方安装气门(4)，外圆周连接所述控制杆(6)，

所述凸轮(1)外圆周表面自两端向中心设有一对第二型线(12)和一对第一型线(11)，所述第一型线(11)为双桃形，所述第二型线(12)为单桃形，当所述第一型线(11)与所述凹槽(21)互相配合时，所述第一型线(11)与所述平板(2)无接触，所述第二型线(12)驱动所述气门(4)开启和关闭；当所述控制杆(6)控制所述齿轮(5)相对于所述气门(4)旋转90°时，所述第二型线(12)与所述平板(2)无接触，所述第一型线(11)驱动所述气门(4)开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：两个所述凹槽(21)的最短距离大于所述凹槽(21)的长度。

3.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：所述平板(2)为矩形，其短边与所述凹槽(21)平行，且所述短边的长度小于两个所述第二型线(12)之间的最短距离。

4.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：所述气门(4)中部设有气门弹簧(3)。

5.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：所述平板(2)与所述凸轮(1)之间设有气门间隙。

6.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：所述控制杆(6)上设有直齿轮。

7.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：当所述第一型线(11)与所述平板(2)接触配合时，所述凸轮(1)每转一圈，所述第一型线(11)驱动所述平板(2)两次。

8.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：当所述第二型线(12)与所述平板(2)接触配合时，所述凸轮(1)每转一圈，所述第二型线(12)驱动所述平板(2)一次。

9.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门装置，其特征在于：所述凸轮(1)转速与发动机转速比为1∶2。