CN101338703A - 一种发动机气门升程无级调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机气门升程调节机构领域，所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，设计一种结构简单，稳定性高，使用寿命长的发动机升程无级调节机构，从而提高发动机的功率和实现燃油经济化，减少环境污染。结构上包括设置在发动机汽缸盖上的气门机构、一端压在气门机构上的摇臂、顶柱机构以及驱动摇臂中部滑轮的凸轮机构，其改良的结构是所述顶柱机构包括开设在汽缸盖上的顶柱套管，设在顶柱套管内的上顶柱、下顶柱及安装在上下顶柱之间的弹簧，和支撑下顶柱在顶柱套管内上下滑动的无级调节机构，上顶柱与摇臂的另一端铰接。

Description

一种发动机气门升程无级调节机构

技术领域

本发明涉及发动机气门升程调节机构领域，更具体的说是一种能够进行气门无级调节，结构性好，寿命长的发动机气门升程无级调节机构。

背景技术

发动机在不同的工作环境、不同的负荷下，对配气系统是有一定的要求。例如发动机在低转速运行时，进气效率低，气体流动惯性小，过大的气门升程会影响进气涡流的产生，不利于燃油与空气的混合，造成排放超标，发动机功率下降等因素出现。而发动机在高转速时，需要较大的气门升程把大量的空气进入发动机，由于节气门的存在，会阻碍空气进入发动机，使发动机功率下降，燃油经济性差等因素出现。因此在不同的转速下必须选择合适的升程才能够将发动机性能最大化。不过由于发动机对气门的精度要求很高，对其进行调节难度很大，因此在目前大多数活塞往复式发动机的配气系统上，气门的升程要么固定不变，要么分级变化。

显然固定升程无法发挥发动机的工作效率，节省能源。而分级升程的结构也只能从一定程度上解决上述问题，且结构复杂，对工件的要求很高，导致了只有才高档汽车中才能够应用。为了进一步发掘发动机的动力，节省能源消耗，人们开始设计无级变化升程的发动机。这种发动机的有点是可以根据发动机转速的高低，在一定范围内自由调节发动机的气门升程，以达到气门升程能够与发动机的转速相适应，充分发挥发动机的动力。这种机构主要由顶柱和嵌套在顶柱外侧的柱套构成，柱套与发动机汽缸盖通过螺纹配合，通过调节柱套与汽缸盖的位置关系来达到调节顶柱的高度，从而实现气门升程的调节。虽然实现了气门的无级调节，不过其存在设计上的缺陷使其无法得到推广。

首先柱套是通过螺纹与汽缸盖配合的，在工作过程中，柱套是受冲击构件，在高速的冲击下，对螺纹强度的要求很高。虽然可以采用梯形螺纹来提高强度，不过其使用的寿命还是十分有限。更致命的是螺纹是内配合结构，嵌在汽缸盖中，在其损坏之后，更换十分困难，需整个汽缸盖一并更换，导致维修成本很高。另一缺点是柱套为半密封结构，高速运转压迫的工作状态下，润滑油压强在柱套中对顶柱产生很大的阻力。因此必须采用中空顶柱，且上下开设油孔，这就导致了顶柱的强度大大下降，对材料要求高，也缩短了机构的使用寿命。最后是顶柱与摇臂之间没有连接，摇臂对顶柱产生敲击作用，容易造成顶柱破坏，同时也提高了结构的不稳定性。由于上述种种设计上的缺陷，现有的无级调节气门机构均存在于理论设计阶段，无法通过实际测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，设计一种结构简单，稳定性高，使用寿命长的发动机升程无级调节机构，从而提高发动机的功率和实现燃油经济化，减少环境污染。

本专利通过以下技术方案来实现上述目的。

本设计所公开的发动机气门升程无级调节机构，结构上包括设置在发动机汽缸盖上的气门机构、一端压在气门机构上的摇臂、顶柱机构以及驱动摇臂中部滑轮的凸轮机构，其改良的结构是所述顶柱机构包括开设在汽缸盖上的顶柱套管，设在顶柱套管内的上顶柱、下顶柱及安装在上下顶柱之间的弹簧，和支撑下顶柱在顶柱套管内上下滑动的无级调节机构，上顶柱与摇臂的另一端铰接。本发明采用两段式的顶柱结构，并将无级调节机构独立设置在下顶柱的下侧，从而减小了对构件强度的要求，也便于维修和更换。并且采用上下开放式的顶柱套管结构，避免润滑油在高速运转中产生的压强。因此，本设计的主要强度构件为上下顶柱，而上下顶柱能够采用实心的结构，其强度能够很容易的实现，且保证使用寿命。另一个改良是上顶柱通过铰链连接摇臂，避免了摇臂对上顶柱的冲击作用，大大提高了结构性能。

其工作原理是当凸轮机构压制摇臂的时候，由于上下顶柱之间弹簧的弹性远小于气门机构的气门弹簧，因此摇臂与顶柱铰接的一端先下压，当克服了上下顶柱之间的间隙之后，其另一端才开始压制气门打开，因此上下顶柱之间间隙的大小直接决定了气门开角的大小。通过无级调节机构调节下顶柱在顶柱套管中上下位置，能够在一定的范围能无级别的调节间隙大小，从而实现气门开角的调节。

所述无级调节机构可以有很多结构，一般可以采用电机驱动结构或液压机构驱动。采用电机驱动的具体实现结构优选以下几种机构：所述无级调节机构为偏心凸轮，偏心凸轮外沿支撑下顶柱上下滑动，其转轴通过电机驱动转动。偏心凸轮有自然过渡的不同长度转动半径，当电机带动其转动的时候，凸轮支撑下顶柱平滑的上下滑动。或者是无级调节机构采用楔形支撑块，其倾斜面支撑下顶柱上下滑动，下顶柱下端设有与楔形支撑块配合的倾斜面，楔形支撑块通过电机驱动前后滑动。或者是由连接在下顶柱下侧的齿条和与齿条配合的齿轮构成，齿轮由电机驱动。还可以是无级调节机构采用设置在下顶柱下端的滑块以及与滑块配合的滑槽的结构，滑槽一端设有转轴，转轴由电机驱动转动。对于液压机构驱动的设备，所述无级调节机构包括液压缸、安装在液压缸内支撑下顶柱的活塞和调节液压缸内液量的液压泵。

为了保证弹簧在高速运动过程中不被扭曲压缩，不受冲击，本发明在上下顶柱与弹簧接触的一侧设有用于安装和定位弹簧的环槽。环槽结构能够提供容纳压缩后弹簧的空间，并起到保护弹簧端部的作用，避免在压缩过程中弹簧被扭曲和收到上下顶柱的冲击，提高了调节精度和保证使用寿命。

本发明采用新型的发动机顶柱机构，克服了现有顶柱强度不够，使用寿命短，无法将气门无级调节机构工业化应用的缺点。在合适的制造成本下，大大提高了顶柱机构的强度和可靠性，并且使得调节机构便于维修和维护更加简易。本机构还针对上述改良对其他构件做相适应的修改，大大提高了结构的可靠性，保证使用寿命。相对于已有技术，本专利具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

图1为本专利实施例1的结构示意图；

图2为实施例1中无级调节机构的结构示意图；

图3为发动机低速时的使用状态示意图一；

图4为发动机低速时的使用状态示意图二；

图5为将发动机气门调节到高速使用状态的示意图；

图6为发动机高速时的使用状态示意图一；

图7为发动机高速时的使用状态示意图二；

图8为本专利实施例2的结构示意图；

图9为实施例2中无级调节机构的结构示意图；

图10为本专利实施例3的结构示意图；

图11为实施例3中无级调节机构的结构示意图；

图12为本专利实施例4的结构示意图；

图13为实施例4中无级调节机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体结构做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的一种发动机气门升程无级调节机构，在发动机的气缸盖1上分别安装有气门机构2和顶柱机构4，摇臂3一端部33压在气门机构2上，另一端与顶柱机构4的上顶柱41通过铰链32铰接，凸轮机构5转动压制摇臂3中部的滑轮31，推动摇臂3压制气门机构2打开。本专利的改良结构在于汽缸盖1上开设有顶柱套管11用于容纳顶柱机构4，顶柱机构4由上顶柱41、下顶柱43和上下顶柱之间的弹簧42构成，上下顶柱设有环槽用于安装弹簧42。下顶柱43下侧设有无级调节机构6用于调节下顶柱43在顶柱套管11内的位置。图中所示下顶柱43处于发动机低速运转状态，与上顶柱41之间的距离为d₁。

结合图2可看出，所述无级调节机构6由电机61通过相互配合齿轮机构62驱动一组偏心凸轮63，本实施例为四缸发动机，设有四个偏心凸轮63，偏心凸轮63外沿支撑下顶柱43上下滑动。

在发动机低速工作状态下，其工作过程如图3、图4所示。首先从图3可以看出，当凸轮机构5开始转动推动滑轮31下滑的时候，由于弹簧42的弹性远小于气门弹簧21，因此弹簧42首先压缩。摇臂3端部33位置不变，铰链32推动上顶柱41下移，压缩弹簧42。当上顶柱41移动位移d₁之后，如图中所示，上顶柱41受到下顶柱43的限制，不再继续下移。此时当凸轮机构5继续转动，推动滑轮32下移的时候，其工作状态如图4所示，铰链32位置不变，摇臂3端部33下压，压缩气门机构22，气门弹簧21开始压缩，气门22打开。当凸轮机构5转动到长轴定点的时候，气门22打开的距离为l₁。从图中可见气门22打开的距离较小，气门开角也比较小，适用于发动机在低速运行下的气门要求。

当发动机在高速运行状态的时候，要求气门机构2开角增大，延迟进气关闭时间。通过电机61驱动齿轮机构62，带动偏心凸轮63转动，支撑下顶柱43向上滑动，直至上下顶柱的距离缩短为d₂，如图5所示，此时顶柱机构4处于高速状态下。当凸轮机构5开始转动推动滑轮31下滑的时候，上顶柱41只能向下移动位移d₂，如图6所示。凸轮机构5继续转动则开始压缩气门弹簧21，如图7所示，由于d₂小于d₁，所以气门22向下移动的距离l₂将大于l₁，从而使得气门机构2的升程增加，给高速运转的发动机提供充足的混合燃料。

实施例2

从图8可以看出本发明的另一种实施结构，与上一实施例的区别主要在于无级调节机构6的结构。结合图9可以更详细的看到，无级调节机构6包括电机61和楔形支撑块64，电机61通过齿轮与齿条的配合。带动楔形支撑块64前后滑动，其倾斜面支撑下顶柱43上下滑动，下顶柱43下端设有与楔形支撑块64配合的倾斜面。当电机61带动楔形支撑块64向右移动的时候，支撑下顶柱43向上移动，当电机61带动楔形支撑块64向左移动的时候，支撑下顶柱43向下移动，从而实现无级调节上下顶柱之间的间隙的目的，如图中箭头所示。

实施例3

图10为本专利的实施例2，结合图11的视图剖析其详细结构。所述无级调节机构包括连接在下顶柱43下侧的齿条44和与齿条44配合的齿轮65，齿轮由电机61通过齿轮机构62驱动。当启动电机61的时候，齿轮机构62带动一组齿轮65转动，从而驱动齿条44上下推动下顶柱43，实现下顶柱43位置的调节，如图中箭头所示。

实施例4

结合图12和图13解释实施例4，如图所示，其主体结构与上述实施例一样，主要区别在于无级调节机构6。通过电机61驱动齿轮机构62带动一组滑槽66转动，下顶柱43下端设有滑块45与滑槽66配合。当滑槽66转动的时候，滑块43沿竖直方向在滑槽内上下移动，从而带动下顶柱43上下移动。

综上所述，本专利通过调节上下顶柱之间的间隙，来实现气门升程大小的调节。由于所述间隙的调节采用无级的平滑过度调节，所以气门的开角的大小可以在一定的范围内自由灵活的调节，即可以根据发动机的转速来设定合适的气门升程大小。从而发挥发动机的最大功率，且减少汽油的浪费。本发明不仅仅局限于上述实施例的结构，任何采用了上述设计理念的气门调节机构均属于本专利所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种发动机气门升程无级调节机构，包括设置在发动机汽缸盖上的气门机构、一端压在气门机构上的摇臂、顶柱机构以及驱动摇臂中部滑轮的凸轮机构，其特征是所述顶柱机构包括开设在汽缸盖上的顶柱套管，设在顶柱套管内的上顶柱、下顶柱及安装在上下顶柱之间的弹簧，和支撑下顶柱在顶柱套管内上下滑动的无级调节机构，上顶柱与摇臂的另一端铰接。

2.根据权利要求1所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是所述无级调节机构通过电机驱动。

3.根据权利要求2所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是所述无级调节机构为偏心凸轮，偏心凸轮外沿支撑下顶柱上下滑动，其转轴通过电机驱动转动。

4.根据权利要求2所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是所述无级调节机构为楔形支撑块，其倾斜面支撑下顶柱上下滑动，下顶柱下端设有与楔形支撑块配合的倾斜面，楔形支撑块通过电机驱动前后滑动。

5.根据权利要求2所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是所述无级调节机构包括连接在下顶柱下侧的齿条和与齿条配合的齿轮，齿轮由电机驱动。

6.根据权利要求2所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是所述无级调节机构包括设置在下顶柱下端的滑块以及与滑块配合的滑槽，滑槽一端设有转轴，转轴由电机驱动转动。

7.根据权利要求1所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是所述无级调节机构通过液压机构驱动。

8.根据权利要求7所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是所述无级调节机构包括液压缸、安装在液压缸内支撑下顶柱的活塞和调节液压缸内液量的液压泵。

9.根据权利要求1至8任一项所述的发动机气门升程无级调节机构，其特征是上下顶柱与弹簧接触的一侧设有用于安装和定位弹簧的环槽。

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