CN100339585C - 内燃机的排气回流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于内燃机的排气回流装置，其包括布置在吸气摇臂和排气摇臂之间的单向连接装置。该单向连接装置在非操作位置和操作位置之间运动，在该非操作位置，吸气摇臂和排气摇臂被释放，而在该操作位置，吸气摇臂与排气摇臂连接，以便仅在吸气摇臂沿吸气阀的阀打开方向摇动时打开排气阀。用于使该单向连接装置在非操作位置和操作位置之间转换的促动器与该单向连接装置相连。因此，当需要进行排气回流时，在吸气冲程中，利用普通的排气阀将排气从排气口吸入燃烧室。

Description

内燃机的排气回流装置
技术领域
本发明涉及对内燃机的排气回流装置的改进，该排气回流装置使排气回流到燃烧室内，以便防止空气-燃料混合物的燃烧温度过度增加，并减小排气中的NOx浓度。
背景技术
如日本实用新型No.55-137245中所述，用于内燃机的公知排气回流装置为这样，即排气回流阀布置在燃烧室和排气口之间，该排气回流阀根据内燃机的工作状态而以与驱动打开吸气阀的吸气摇臂互锁的方式打开，以及在吸气冲程中，适量的排气从排气口吸入燃烧室中。
用于内燃机的、这样结构的排气回流装置在发动机的输出性能中存在问题，因为气缸盖除了通常使用的吸气阀和排气阀外还需要有专门的排气回流阀，该排气回流阀使得在燃烧室的有限顶板表面区域中开口的吸气口和排气口不能有足够大的开口面积。
在中国专利CN1052780C中也公开了一种用于内燃机排气回流的阀门机构，但是其仍然存在上述缺陷。
发明内容
本发明考虑到上述问题，且本发明的目的是提供一种用于内燃机的排气回流装置，该排气回流装置能够在需要进行排气回流时利用普通排气阀将排气从排气口吸入燃烧室，从而解决上述问题。
为了实现该目的，根据本发明的第一特征，提供了一种用于内燃机的排气回流装置，它具有吸气摇臂和排气摇臂，该吸气摇臂和排气摇臂可枢轴转动地支承在发动机本体上，并能被驱动以便分别打开和关闭吸气阀和排气阀；其中，在该吸气摇臂和排气摇臂之间布置有单向连接装置，该单向连接装置在非操作位置和操作位置之间运动，在该非操作位置，吸气摇臂和排气摇臂将释放，而在该操作位置，吸气摇臂与排气摇臂将连接，以便仅在吸气摇臂沿吸气阀的阀打开方向摇动时打开排气阀；且用于使该单向连接装置在非操作位置和操作位置之间转换的促动器与该单向连接装置相连，该单向连接装置包括：辅助摇臂，该辅助摇臂可枢轴转动地支承在发动机本体上，以便以与所述的吸气摇臂互锁的方式进行摇动，并通过所述的促动器而在非操作位置和操作位置之间转换；以及连接件，该连接件布置在所述的排气摇臂上，并仅当所述的吸气摇臂在辅助摇臂处于操作位置的情况下沿吸气阀的阀打开方向摇动时才与该辅助摇臂接合。
根据该第一特征，当需要排气回流时，促动器用于在吸气冲程中使单向连接装置运动至操作位置，从而由吸气摇臂驱动排气摇臂，以打开排气阀，从而将排气从排气口吸入燃烧室。这样，在排气冲程中，单向连接装置并不与排气摇臂的摇动发生干涉，因此不会使排气阀的打开和关闭产生问题。当不需要排气回流时，该单向连接装置返回非操作位置，从而防止吸气摇臂和排气摇臂之间发生干涉。因此，与具有专用排气回流阀的常规装置相比，可以增加开口于燃烧室的顶板表面中的吸气口和排气口的开口面积，从而提高内燃机的输出性能。另外，因为并不增加阀的数目，因此能获得简单结构。根据本发明，其具有简单结构的单向连接装置用于由吸气摇臂驱动排气摇臂，以便使排气回流，从而提供低价的排气回流装置。
除了第一特征外，根据本发明的第二特征，促动器具有当引入促动器的负压室内的负压达到预定值或更大时进行操作的负压型结构，且该负压室与开口于化油器的吸气通路中的负压引出孔连通，在节流阀的预定中间打开程度区域中，预定值的或更大的负压通过负压引出孔从吸气通路中引出。
根据该第二特征，在节流阀从完全关闭位置到预定较低打开程度的区域中以及在具有预定较高打开程度或更高的区域中，与节流阀的中间打开程度区域的情况不同，促动器不操作，且不进行排气回流，因此，这使得在包括内燃机空转的低速工作状态下能够稳定燃烧和减小燃料消耗，并在高负载工作状态下保证高输出。
除了第一或第二特征外，根据本发明的第三特征，促动器构成为根据发动机负载改变操作冲程，且该单向连接装置这样构成，即排气阀通过单向连接装置而产生的阀打开升程随促动器的操作冲程而变化。
根据三特征，排气阀通过单向连接装置而产生的阀打开升程可以根据发动机负载来控制，因此，回流到燃烧室中的排气的量根据发动机负载来进行调节，从而能够稳定燃烧和减小排气中的NOx的浓度。
除了第三特征外，根据本发明的第四特征，该单向连接装置包括：辅助摇臂，该辅助摇臂可枢轴转动地支承在发动机本体上，以便以与吸气摇臂互锁的方式摇动，该单向连接装置的操作位置从操作开始点至操作极限点由促动器控制；以及连接件，该连接件布置在排气摇臂上，且仅当吸气摇臂沿吸气阀的阀打开方向摇动时才在从辅助摇臂的操作开始点至操作极限点的范围内与该辅助摇臂接合，且连接件形成为使连接件和辅助摇臂之间的间隙根据辅助摇臂从操作开始点至操作极限点的运动而变化。
根据第四特征，利用具有简单结构的单向连接装置来由吸气摇臂驱动排气摇臂，从而根据发动机负载而使排气回流和调节回流的排气量。
通过下面参考附图对优选实施例的说明，可以更清楚本发明的前述和其它目的、特征和优点。
附图说明
图1是包括本发明第一实施例的排气回流装置的内燃机的平面图。
图2是沿图1中的线2-2剖取的剖视图。
图3是沿图1中的线3-3剖取的剖视图。
图4是沿图1中的线4-4剖取的剖视图。
图5是沿图1中的线5-5剖取的剖视图。
图6是沿图1中的线6-6剖取的剖视图。
图7是内燃机的气缸盖的平面图。
图8是沿图7中的线8-8剖取的剖视图。
图9是沿图7中的线9-9剖取的剖视图。
图10是内燃机的化油器的垂直剖视图。
图11是化油器的引出(taken-out)负压的特征曲线图。
图12是内燃机的吸气阀和排气阀的打开和关闭正时的曲线图。
图13表示排气回流状态，与图1相对应。
图14表示恰好在排气回流之前的状态，与图2相对应。
图15表示排气回流状态，与图2相对应。
图16表示排气回流状态，与图4相对应。
图17表示本发明的第二实施例，与图2相对应。
图18表示第二实施例的工作状态。
具体实施方式
下面将参考附图介绍本发明的优选实施例。
首先将介绍图1至图16中所示的本发明第一实施例。
在图1至6中，内燃机E的发动机本体1包括：气缸体2，该气缸体有气缸孔2a，活塞4装入该气缸孔2a中；和气缸盖3，该气缸盖3与气缸体2的顶端连接。气缸盖3有与气缸孔2a连通的燃烧室5以及在燃烧室5的顶板表面中开口的吸气口6i和排气口6e。化油器7(见图10)与吸气口6i的上游端相连。排气消音器(未示出)通过排气管与排气口6e的下游端相连。
分别用于打开和关闭开口于燃烧室5中的吸气口6i和排气口6e的吸气阀8i和排气阀8e安装在气缸盖3上，同时它们的轴平行。沿阀打开方向推压吸气阀8i和排气阀8e的阀弹簧9i和9e安装在吸气阀8i和排气阀8e上。
如图6至9所示，气缸盖3有一对向上凸出的支架10和10’。该支架10和10’有一对上部支承孔11和11’以及一对底部支承孔12和12’。
在图1至6中，主摇臂轴13由支架10和10’的底部支承孔12和12’支承。吸气摇臂14i和排气摇臂14e可枢轴转动地由超过支架10和10’向外凸出的主摇臂轴13的两端支承。吸气摇臂14i这样布置，以使其一端通过间隙调节螺栓15i与吸气阀8i的顶端相连，另一端与吸气推杆16i的顶端相连。排气摇臂14e这样布置，以使其一端通过间隙调节螺栓15e与排气阀8e的顶端相连，另一端与排气推杆16e的顶端相连。吸气推杆16i和排气推杆16e在它们的底端处分别通过凸轮轴17的吸气凸轮17i和排气凸轮17e而升高和降低，该凸轮轴17由曲轴(未示出)以减速的方式驱动。
因此，当吸气推杆16i和排气推杆16e升高时，吸气摇臂14i和排气摇臂14e逆着阀弹簧9i和9e的关闭力沿吸气阀8i和排气阀8e的阀打开方向摇动，当吸气推杆16i和排气推杆16e降低时，吸气摇臂14i和排气摇臂14e摇动，以允许吸气阀8i和排气阀8e通过阀弹簧9i和9e的关闭力而关闭。
辅助摇臂轴20由支架10和10’的上部支承孔11和11’支承。布置在支架10和10’之间的辅助摇臂21由辅助摇臂轴20可枢轴转动且可轴向滑动地支承。狭槽22布置在辅助摇臂21的一端。从吸气摇臂14i的一侧平行于主摇臂轴13伸出的互锁销23可轴向滑动地装入该狭槽22内。间隙调节螺栓24螺纹连接在辅助摇臂21的另一端上。连接件25与间隙调节螺栓24相对应地形成于排气摇臂14e上。
因此，辅助摇臂21可以在辅助摇臂轴20上在非操作位置A和操作位置B之间运动，在该非操作位置A处，间隙调节螺栓24可以横向离开上述连接件25，而在该操作位置B处，间隙调节螺栓24面对着连接件25的顶表面。当在辅助摇臂21处于操作位置B的情况下使吸气摇臂14i沿吸气阀8i的阀打开方向摇动时，辅助摇臂21通过互锁销23与吸气摇臂14i互锁，该辅助摇臂21按压连接件25，以便使排气摇臂14e沿排气阀8e的阀打开方向摇动。这时，选择与互锁销23接合的辅助摇臂21的狭槽22的方向以减小辅助摇臂21的摇动角度，且将排气阀8e的阀打开升程设置成远远小于正常阀打开升程(见图12)。在辅助摇臂21处于操作位置B的情况下，当排气摇臂14e通过排气推杆16e沿排气阀8e的阀打开方向摇动时，连接件25只是简单地离开辅助摇臂21运动，并不与辅助摇臂21干涉。因此，辅助摇臂21和连接件25构成单向连接装置26，该单向连接装置仅当吸气摇臂14i沿吸气阀8i的阀打开方向摇动时才能在摇臂14i和14e之间进行连接。
拨叉27用于使辅助摇臂21在非操作位置A和操作位置B之间转换，该拨叉27与该辅助摇臂21相连。该拨叉27包括：叉形件27a，该叉形件27a夹住辅助摇臂21，并可滑动地支承在辅助摇臂轴20上；引导件27b，该引导件27b从叉形件27a的一端伸出，并在排气摇臂14e的侧部上可滑动地与支架10’的引导槽28接合；以及杆27c，该杆27c与引导件27b的一端相连，并穿过气缸盖3的一个侧壁。该杆27c通过负压型促动器30来操作。
该负压型促动器30包括：外壳31，该外壳31安装并固定在内燃机E的合适位置处；膜片34，该膜片34将该外壳31内部分成大气室32和负压室33；以及复位弹簧35，该复位弹簧35朝着使辅助摇臂21处于非操作位置A的方向在负压室33中推压膜片34。穿过外壳31的一个侧壁的杆27c的外端与膜片34的中心部分相连。通向负压室33的负压引入管36形成于外壳31的另一侧壁上。负压引入管36通过负压导管42而与开口于化油器7的吸气通路40中的负压引出孔41相连，如图10所示。
当打开和关闭该吸气通路40的节流阀43处于空转打开程度的位置时，负压引出孔41在吸气通路40中的开口位于该节流阀43的上游，当节流阀43处于预定中间打开程度或更大时，负压引出孔41在吸气通路40中的开口则相对运动至该节流阀43的下游。因此，在内燃机E的工作过程中从负压引出孔41中引出的负压随节流阀43的打开程度的增加而表现为山丘形特征曲线，如图11所示。因此，复位弹簧35的设置负载这样设置，即，当引入负压室33内的负压达到预定值P1或更大时将操作促动器30的膜片34。这使得在节流阀43从完全关闭位置到预定较低打开程度的区域L中以及在具有预定较高打开程度或更高的区域H中，促动器30的膜片34进入非操作状态，而在具有预定中间打开程度的区域M中，促动器30的膜片进入操作状态。
在图10中，参考标号44表示开口于吸气通路40的文氏管40a内的主燃料喷嘴。
下面介绍第一实施例的工作。
当引入负压室33的负压低于预定值，且在内燃机的工作过程中促动器30的膜片34处于非操作状态时，如图1至4所示，通过在外壳31中的复位弹簧35的设置负载，拨叉27使辅助摇臂21保持在非操作位置A，以便使辅助摇臂21的间隙调节螺栓24离开排气摇臂14e的连接件25。因此，当吸气推杆16i和排气推杆16e随着凸轮轴17的旋转而升高和降低时，吸气摇臂14i和排气摇臂14e摇动并与阀弹簧9i和9e配合，以便分别打开和关闭吸气阀8i和排气阀8e。这时，吸气摇臂14i的摇动通过与辅助摇臂21相连的互锁销23传递给辅助摇臂21，从而摇动辅助摇臂21，但是辅助摇臂21保持间隙调节螺栓24使其离开连接件25，且并不与排气摇臂14e干涉。因此，内燃机E能够正常进行吸气和排气冲程。
当引入负压室33的负压达到预定值或更大时，促动器30的膜片34将推动拨叉27，以便使辅助摇臂21运动至操作位置B，间隙调节螺栓24靠在排气摇臂14e的连接件25上。因此，如图12至15所示，当在吸气冲程中吸气摇臂14i摇动以打开吸气阀8i时，辅助摇臂21以互锁方式摇动，以便通过间隙调节螺栓24压低连接件25。因此，排气摇臂14e摇动，以便稍微打开排气阀8e。这样，当在吸气冲程中排气阀8e打开时，保留在排气口6e的侧部上的排气被吸入燃烧室5，也就是使排气回流。在随后阶段的膨胀冲程中，在空气-燃料混合物燃烧时，该排气防止空气-燃料混合物的燃烧温度过度增加，以便减小在排气中的NOx的浓度。
在辅助摇臂21处于操作位置B时，在排气冲程中，当排气推杆16e升高，以便使排气摇臂14e沿排气阀8e的阀打开方向摇动时，排气摇臂14e的连接件25离开辅助摇臂21的间隙调节螺栓24，因此不会与该辅助摇臂21发生干涉，并能正常打开排气阀8e。
如上所述，仅当节流阀43处于具有预定中间打开程度的区域M中时，促动器30才进入操作状态，也就是进入排气回流状态。在节流阀43从完全关闭位置到预定较低打开程度的区域L中以及在具有预定较高打开程度或更高的区域H中，促动器30不操作，排气并不进行回流。这使得在包括内燃机E空转的低速工作状态下能够稳定燃烧和减小燃料消耗，并在高负载工作状态下保证高输出。
而且，排气阀8e用于排气的回流，因此与具有专用排气回流阀的常规装置相比，可以增加开口于燃烧室5中的吸气口6i和排气口6e的开口面积，从而提高内燃机E的输出性能。另外，由于并不增加阀的数目，因此能获得简单结构，从而提供低价的排气回流装置。
下面将介绍图17和18中所示的本发明第二实施例。
在单向连接装置26中，促动器30(见图1)控制辅助摇臂21从非操作位置A至操作开始点B1和至操作极限点B3的运动。特别是，辅助摇臂21的操作位置B控制在从操作开始点B1经过操作中间点B2至操作极限点B3的范围内。
另一方面，布置在排气摇臂14e上的连接件25有斜面25a，不管辅助摇臂21处于非操作位置A、操作开始点B1、操作中间点B2还是操作极限点B3，该斜面25a都面对着辅助摇臂2 1的间隙调节螺栓24的顶端。该斜面25a朝着辅助摇臂21的非操作位置A降低。该斜面25a使得辅助摇臂21的间隙调节螺栓24和排气摇臂14e的连接件25之间的间隙g朝着辅助摇臂21的非操作位置A而增加。
该斜面25a形成为这样，当间隙调节螺栓24的排气阀8e的轴向操作冲程为常数S时(该操作冲程随辅助摇臂21环绕辅助摇臂轴20的摇动而进行)，该操作冲程S和间隙g具有以下关系：
当辅助摇臂21处于非操作位置A时，g＞S
当辅助摇臂21处于操作开始点B1时，g＝S
当辅助摇臂21处于操作中间点B2时，g＜S
当辅助摇臂21处于操作极限点B3时，g＝O。
当辅助摇臂21处于操作极限点B3时，在间隙调节螺栓24和连接件25之间的间隙g为零。
其它结构与前述实施例相同，因此相同的参考标号和标记表示与前述实施例相同的部件，并省略对它们的说明。
因此，当促动器30处于非操作状态，且辅助摇臂21处于非操作位置A时，即使辅助摇臂21环绕辅助摇臂轴20摇动，由于g＞S，间隙调节螺栓24也不会与连接件25接触。当促动器30使辅助摇臂21运动至操作开始点B1时，在辅助摇臂21的摇动过程中，间隙调节螺栓24开始与连接件25接触。当辅助摇臂21运动至操作中间点B2时，在辅助摇臂21的摇动过程中，由于g＜S，间隙调节螺栓24通过连接件25压低排气阀8e，从而向排气阀8e提供等于S-g的阀打开升程L。当辅助摇臂21运动至操作极限点B3时，因为g＝O，排气阀8e的阀打开升程L变成L＝S。因此，由辅助摇臂21提供给排气阀8e的阀打开升程L(见图12)变为L＝(S-g)，并根据g的变化而变化。
如图11所示，在节流阀43的中间打开程度区域M中，其中促动器30在该区域M处于操作状态，从化油器7(见图10)引入促动器30的负压室33内的负压在相对较低打开程度时(当发动机负载相对较低时)达到峰值，然后随打开程度(开度)的增加(负载增加)而减小。促动器30根据所引入的负压的变化而操作辅助摇臂21，因此，当在节流阀43的中间打开程度区域M中发动机负载相对较低时，由辅助摇臂21提供给排气阀8e的阀打开升程L较高，且随着发动机负载的增加而减小。因此，回流至燃烧室5中的排气的量根据发动机负载来调节，从而能够稳定燃烧和减小排气中的NOx浓度。
本发明并不受上述实施例限制，而是可以在不脱离发明的主题的情况下进行各种设计变化。

Claims (4)

1.一种用于内燃机的排气回流装置，其具有吸气摇臂和排气摇臂，该吸气摇臂和排气摇臂可枢轴转动地支承在发动机本体上，并能被驱动以便分别打开和关闭吸气阀和排气阀；
其中，在该吸气摇臂和排气摇臂之间布置有单向连接装置，该单向连接装置在非操作位置和操作位置之间运动，在该非操作位置，所述的吸气摇臂和排气摇臂被释放，而在该操作位置，所述的吸气摇臂与排气摇臂连接，以便仅在所述的吸气摇臂沿所述的吸气阀的阀打开方向摇动时打开所述的排气阀；以及
用于使该单向连接装置在所述的非操作位置和操作位置之间转换的促动器与该单向连接装置相连，其特征在于，
该单向连接装置包括：辅助摇臂，该辅助摇臂可枢轴转动地支承在发动机本体上，以便以与所述的吸气摇臂互锁的方式进行摇动，并通过所述的促动器而在非操作位置和操作位置之间转换；以及连接件，该连接件布置在所述的排气摇臂上，并仅当所述的吸气摇臂在辅助摇臂处于操作位置的情况下沿吸气阀的阀打开方向摇动时才与该辅助摇臂接合。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气回流装置，其特征在于：该促动器具有当引入所述促动器的负压室内的负压达到预定值或更大时进行操作的负压型结构，且该负压室与开口于化油器的吸气通路中的负压引出孔连通，在节流阀的预定中间打开程度区域中，预定值的或更大的负压通过所述的负压引出孔从所述的吸气通路中引出。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气回流装置，其特征在于：所述的促动器构成为根据发动机负载来改变操作冲程，且该单向连接装置这样构成，即排气阀通过该单向连接装置而产生的阀打开升程随所述促动器的操作冲程而变化。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的排气回流装置，其特征在于，该单向连接装置的操作位置从操作开始点至操作极限点由促动器控制；该连接件仅当吸气摇臂沿吸气阀的阀打开方向摇动时才在从辅助摇臂的操作开始点至操作极限点的范围内与该辅助摇臂接合，且该连接件形成为使连接件和辅助摇臂之间的间隙根据辅助摇臂从操作开始点至操作极限点的运动而变化。
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