CN102425466A - 无气门弹簧内燃机气门机构 - Google Patents

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徐敏
崔毅
邓康耀
桂勇
孙佑成
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Abstract

本发明涉及一种无气门弹簧内燃机气门机构，包括凸轮轴、气门和气门轴销，其中，凸轮轴通过气门轴销与气门相连接。该气门机构工作原理为：凸轮轴旋转，凸轮轴心和凸轮轴套交替对气门轴销施加作用力，作用力由气门轴销传递给气门轴承，作用力推动气门做上下往复运动，实现气门的开启和关闭。本发明提供的无气门弹簧内燃机气门机构，取消了气门弹簧，气门机构刚度得到大幅提高，增加气门关闭时的响应速度，满足内燃机高速化的需求。通过新的连接作用方式，在设计中去掉摇臂、气门挺柱等附属结构，简化配气机构结构，节省空间。

Description

无气门弹簧内燃机气门机构
技术领域
本发明涉及燃烧发动机用阀装置，具体是一种无气门弹簧内燃机气门机构。
技术背景
传统内燃机气门机构依靠凸轮的作用力顶开气门，实现进气过程，然后气门在气门弹簧的反作用力下随凸轮运动迅速归位，实现气门关闭。在现代发动机高速化的需求下，气门机构的开启关闭的频率越来越高，气门的高速往复运动会中产生的巨大惯性力，并且随转速的提高而不断增加，巨大的惯性力会导致气门弹簧无法将气门迅速归位，影响气门的正常开启和关闭。如果发动机转速进一步提高，到系统频率与凸轮施加的强制力的谐振成分同步，则会出现气门与气门弹簧强烈波动现象，进而导致内燃机噪音大，气门正时不准，输出功率急剧下降。因此，气门是制约内燃机高速化的重要因素之一。
经对现有技术的文献检索发现：
专利申请号为200820222948.1，公开号为CN 201321882，名称为内燃机旋转气门机构的发明专利，也是一种无弹簧气门机构，通过旋转带有开口的圆柱管，封住和打开进气口，实现进气口开启和关闭。其不足之处在于，旋转圆柱管与缸盖进气口的有效密封不易实现，而且，旋转部件的润滑存在问题，若在旋转圆柱管处加润滑油则润滑油极易进入汽缸，对发动机的排放性能产生较大影响。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种无气门弹簧内燃机气门机构。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种无气门弹簧内燃机气门机构，包括凸轮轴、气门和气门轴销，其中，凸轮轴通过气门轴销与气门相连接。
所述凸轮轴包括凸轮主轴、凸轮轴套和凸轮轴芯，其中，凸轮主轴包括第一凸轮主轴和第二凸轮主轴，凸轮轴套包括第一凸轮轴套和第二凸轮轴套，第一凸轮轴套套装在第一凸轮主轴的外部且与第一凸轮主轴紧密贴合,形成第一凸轮轴，第二凸轮轴套套装在第二凸轮主轴的外部且与第二凸轮主轴紧密贴合，形成第二凸轮轴，第一凸轮轴与第二凸轮轴之间通过凸轮轴芯同轴相连为一体。
所述第一凸轮轴和第二凸轮轴关于凸轮轴芯中间截面左右对称。
所述凸轮轴套形线与凸轮轴芯形线为等距偏置。
所述凸轮主轴、凸轮轴套及凸轮轴芯之间形成凹槽，气门轴销装嵌在该凹槽内的凸轮轴芯底部。
所述凹槽宽度为偏置距离。
所述气门包括气门轴承及气门体，其中，气门轴承固定设置在气门体顶端。
所述气门轴承为通孔结构，气门轴销穿插在气门轴承内且与气门轴承紧密贴合。
所述气门轴销为两端柱体横截面直径大，中间柱体横截面直径小且同轴一体形成的不规则圆柱体，其中，两端柱体横截面直径与凸轮轴的凹槽宽度相适配，所述中间柱体横截面直径与气门的气门轴承通孔直径相适配。
所述无气门弹簧内燃机气门机构，通过以下方式实现开启和关闭：
- 凸轮轴，用于驱动气门的开启和关闭；
- 气门轴销，用于连接凸轮轴及气门，可在凸轮轴的凹槽内自由滚动；
- 气门，通过凸轮轴的驱动及气门轴销的转动实现开启和关闭。
本发明提供的无气门弹簧内燃机气门机构，取消了气门弹簧，气门机构刚度得到大幅提高，增加气门关闭时的响应速度，满足内燃机高速化的需求。通过新的连接作用方式，在设计中去掉摇臂、气门挺柱等附属结构，简化配气机构结构，节省空间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，（a）为本发明气门开启状态的结构示意图；（b）为本发明气门关闭状态的结构示意图；
图2为本发明的立体图；
图3为本发明的内部结构示意图；
图4为本发明凸轮轴的立体图；
图5为本发明气门轴销的立体图；
图6为本发明气门的立体图；
    图中，1为凸轮轴，11为凸轮主轴，12为凸轮轴套，13为凸轮轴芯，2为气门，21为气门轴承，22为气门体，3为气门轴销。
具体实施方式
如图2和图3所示，本实施例提供的无气门弹簧内燃机气门机构包括：凸轮轴1、气门2和气门轴销3，其中，凸轮轴1通过气门轴销3与气门2相连接。
如图3和图4所示，凸轮轴1包括凸轮主轴11、凸轮轴套12和凸轮轴芯13，其中，凸轮主轴11包括第一凸轮主轴和第二凸轮主轴，两个凸轮主轴为对称结构，凸轮轴套12包括第一凸轮轴套和第二凸轮轴套，第一凸轮轴套套装在第一凸轮主轴的外部且与第一凸轮主轴紧密贴合，形成第一凸轮轴，第二凸轮轴套套装在第二凸轮主轴的外部且与第二凸轮主轴紧密贴合，形成第二凸轮轴，第一凸轮轴与第二凸轮轴之间通过凸轮轴芯同轴相连为一体，且第一凸轮轴和第二凸轮轴关于凸轮轴芯中间截面左右对称；凸轮主轴11、凸轮轴套12及凸轮轴芯13之间形成一凹槽，气门轴销3装嵌在该凹槽内的凸轮轴芯底部。凸轮轴芯形线根据气门升程曲线设计，所述凸轮轴套形线为凸轮轴芯形线等距偏置，偏置距离根据要求设计，特殊要求也可设计为非等距偏置；凸轮轴芯与凸轮轴套之间形成的凹槽，凹槽深度根据要求设计，凹槽宽度为偏置距离；如图5所示，气门轴销3为两端柱体横截面直径大，中间柱体横截面直径小且同轴一体形成的不规则圆柱体，气门轴承21与气门轴销3的中间柱体进行装配，气门轴销3两端柱体分别装配在左右凸轮轴芯与凸轮轴套的环形凹槽内。气门轴销的两端柱体直径与凸轮轴芯和凸轮轴套的偏置距离吻合，即两端柱体横截面直径与凸轮轴的凹槽宽度相适配，能够在凹槽内自由滚动；若凸轮轴套形线与凸轮轴芯形线不为等距偏置，则应小于最小偏置距离。如图6所示，气门2包括气门轴承21及气门体22，其中气门轴承21与气门体22通过焊接相连，气门轴承21焊接在气门体22的顶端，气门轴承为通孔结构，气门轴销的中间柱体截面直径与气门轴承通孔的直径相适配，气门轴销穿插在气门轴承内。
凸轮轴1是气门2开启和关闭的驱动机构，凸轮轴套12和凸轮轴凸轮芯交替对气门轴销3提供驱动力，推动气门2开启和关闭。 凸轮形线决定气门2开启和关闭特性曲线。
气门体22装配在发动机气道壁面内部的导向槽里，气道壁面的约束使得气门2只存在竖直方向自由度，所以气道壁面的导向作用下，凸轮轴驱动力只会使气门2产生竖直方向的往复运动。
凸轮轴1转动到达气门2开启始点时，凸轮轴芯13向下顶气门轴销3，气门轴销3受到凸轮轴芯13表面的向下压力，通过气门轴承21将压力传递给气门2，推动气门2开启直至最大升程。气门2开启达到最大升程后，气门轴销3受力发生改变，变为凸轮轴套12对气门轴销3的向上拉力，同样通过气门轴承21将此拉力传递给气门2，拉升气门2直至关闭。气门2关闭后和开启前之间为气门状态维持区域，此时的气门2受到凸轮轴套12的拉力做用，此拉力用来克服气门2重力，以保持气门2始终处于关闭状态直至达到开启点。
本发明工作原理：机构工作时，在发动机气道壁面的导向作用下，气门只存在上下往复运动的自由度，所以凸轮轴的转动作用通过气门轴销传递给气门轴承后转化为气门的往复运动，实现气门的开启和关闭。气门向下运动时，由凸轮轴芯提供驱动力；气门向上运动时，由凸轮轴套提供驱动力。
本发明提出，凸轮轴结构，将凸轮轴设计为外凸轮轴套和内凸轮轴芯的结构形式，凸轮轴套与凸轮轴芯之间形成等间距凹槽。气门结构，在气门顶端设计滚动轴承结构。
本发明提出，可设计与凸轮轴芯形线非等距偏置的凸轮轴套形线，实现气门升程曲线中的进气部分与排气部分非对称的形式。在设计时需要考虑气门达到最大升程和最小升程时，气门轴销受力面的稳定切换，所以必须保证最大升程时凹槽间距与最小升程时凹槽间距相等。
本发明提出，对于凸轮轴与气门的连接部件气门轴销，可以做多种变型设计，本质上不会改变本气门机构的运转方式，所以本专利依然享有专属权。
本发明的有益效果：取消气门弹簧，气门机构刚度得到大幅提高，增加气门关闭时的响应速度，能够有效防止内燃机高速运转下气门跳动的发生，满足内燃机高速化的需求。通过新的连接作用方式，在设计中去掉摇臂、气门挺柱等附属结构，简化配气机构结构，节省空间，为内燃机小型化提高有效的支持。

Claims (10)

1.一种无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，包括凸轮轴、气门和气门轴销，其中，凸轮轴通过气门轴销与气门相连接。
2.根据权利要求1所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述凸轮轴包括凸轮主轴、凸轮轴套和凸轮轴芯，其中，凸轮主轴包括第一凸轮主轴和第二凸轮主轴，凸轮轴套包括第一凸轮轴套和第二凸轮轴套，第一凸轮轴套套装在第一凸轮主轴的外部且与第一凸轮主轴紧密贴合,形成第一凸轮轴，第二凸轮轴套套装在第二凸轮主轴的外部且与第二凸轮主轴紧密贴合，形成第二凸轮轴，第一凸轮轴与第二凸轮轴之间通过凸轮轴芯同轴相连为一体。
3.根据权利要求2所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述第一凸轮轴和第二凸轮轴关于凸轮轴芯中间截面左右对称。
4.根据权利要求2所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述凸轮轴套形线与凸轮轴芯形线为等距偏置。
5.根据权利要求4所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述凸轮主轴、凸轮轴套及凸轮轴芯之间形成凹槽，气门轴销装嵌在该凹槽内的凸轮轴芯底部。
6.根据权利要求5所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述凹槽宽度为偏置距离。
7.根据权利要求1所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述气门包括气门轴承及气门体，其中，气门轴承固定设置在气门体顶端。
8.根据权利要求7所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述气门轴承为
通孔结构，气门轴销穿插在气门轴承内且与气门轴承紧密贴合。
9.根据权利要求1所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，所述气门轴销为两端柱体横截面直径大，中间柱体横截面直径小且同轴一体形成的不规则圆柱体，其中，两端柱体横截面直径与凸轮轴的凹槽宽度相适配，所述中间柱体横截面直径与气门的气门轴承通孔直径相适配。
10.根据权利要求1所述的无气门弹簧内燃机气门机构，其特征在于，通过以下方式实现开启和关闭：
凸轮轴，用于驱动气门的开启和关闭；
气门轴销，用于连接凸轮轴及气门，可在凸轮轴的凹槽内自由滚动；
气门，通过凸轮轴的驱动及气门轴销的转动实现开启和关闭。
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