CN104121054B - 一种活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，它利用剪切增稠液临界速率相变特性和凸轮变速曲线驱动规律，根据凸轮转速(或发动机转速)变化，自适应获得与凸轮转速变化同向变化的剪切增稠挺柱的有效长度，自动调整气门开启提前角、升程和关闭延迟角，从而提高发动机的动力性、强化程度、低温起动性、低速稳定性、经济性和排气清洁性。该技术方案无需电子控、机械结构简单、工作可靠、布置方便、成本较低、维修容易、发动机动力输出流畅，能广泛应用于各类活塞式发动机的气门驱动。

Description

一种活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统

技术领域

本发明涉及一种活塞式发动机气门的驱动技术，具体涉及活塞式发动机气门开启提前角、关闭延迟角和升程可变的气门凸轮驱动技术领域。

背景技术

当前，提高发动机性能(包括动力性、经济性、强化程度、排气清洁性、低速稳定性和低温起动性等)，已成为发动机技术研究追求的最重要的目标。活塞式发动机结构优化、燃烧机理和试验等方面的研究结果告诉我们：气门正时(对应气门开启提前角、关闭延迟角和持开角。它们是指：以发动机活塞压缩上止点或排气上止点为参考点，气门提前开启时刻、延迟关闭时刻和持续开启时间对应的曲轴转角，气门持开角等于气门开启提前角和关闭延迟角之和)和气门升程(对应气门阀口开度)，直接影响了气缸充气系数和进气质量(状态和可燃混合气均匀度)，进而影响了发动机各种性能。在气门开启提前角、关闭延迟角和升程不变的情况下，随发动机转速的增加，进排气速度增加，气门阀口节流阻力急剧增加(由流体力学知识很容易知道)，引起进气充分性和排气彻底性急剧恶化、气缸充气系数急剧下降，导致发动机动力性和强化程度急剧下降；发动机在低温(发动机热车状态，转速较低)和低速工况下，若气门升程过大、气体(混合气或空气)进入气缸的速度较小，缸内气体状态不佳，混合气进一步混合或形成困难，燃烧时混合气的均匀度差，燃烧不稳定、不彻底，导致发动机低温起动困难、低速运转不平稳、经济性和排气清洁性差。也就是说，发动机在高速工况下，要获得更佳的动力性和强化程度，气门应有较大的开启提前角、关闭延迟角和升程；低温、低转速工况下，发动机要获得更佳低温起动性、低速稳定性、经济性和排气清洁性，气门应有较小的升程。

通过气门控制实现发动机性能优化，是当前活塞式发动机技术研究的重点课题。现有气门正时和可变升程控制技术方案主要有以下几种：①VVT(可变气门正时系统)：由ECU(电控单元)协调控制，来自发动机各部位的传感器随时向ECU报告运转工况。ECU中储存有气门更佳正时参数(由实验标定)，随时控制凸轮轴正时控制液压阀，根据发动机转速调整气门的开启时刻，试图达到优化燃烧效率目的；②i-VTEC(智能可变气门正时系统)：利用中间摇臂和中间凸轮即实现了气门升程变化。当发动机达到一定转速时，系统就会控制连杆将两个进气摇臂和中间摇臂连接为一体，三个摇臂就会同时被高角度凸轮驱动，而气门升程也会随之加大，单位时间内的进气量更大，从而发动机动力更强；③MIVEC(可变气门正时与升程管理系统)：对于每缸四气门发动机，采用两进两排的设计，控制每缸两个进气门的开闭。在低速时，MIVEC系统发出指令控制两个进气门其中一个升程很小，这时相当于一台两气门发动 机。由于只有一个进气门工作，吸入的空气不会通过汽缸中心，所以能产生较强的进气涡流，对于低速行驶，尤其是冷车怠速条件下能提高燃烧速率，使燃烧更充分从而大大提高了经济性；④VVEL(连续可变气门升程系统)：在驱动气门运动的摇臂有一组螺杆(螺栓)和螺套(螺母)，螺套由一根连杆与控制杆相连，连杆又和一个摇臂和控制杆相连带动气门顶端的凸轮。螺套的横向移动可以带动控制杆转动，控制杆转动时上面的摇臂随之转动，而摇臂又与l inkB(连杆B)相连，摇臂逆时针转动时就会带动link B去顶气门挺杆上端的输出凸轮，最后输出凸轮就会顶起气门来改变气门升程；⑤Double-VANOS(双凸轮轴可变气门正时系统)：根据油门踏板和发动机转速控制扭矩曲线，进气和排气气门正时根据凸轮轴上可控制的角度按照发动机的运行条件进行无级的精准调节。通过移动凸轮轴的位置，在发动机低转速时气门延时打开，提高怠速质量并改进功率输出的平稳性，转速增加时，气门提前打开，增强扭矩，降低油耗并减少排放。发动机高转速时，气门重新又延时打开，为全额功率输出提供条件。

上述技术方案存在的问题：①VVT技术，结构较复杂、控制较困难，实践证明，对发动机性能提升作用并不明显；②i-VTEC技术，结构复杂、控制较困难，动力输出线性差，发动机性能提升不够理想；③MIVEC技术，结构更加复杂、控制较困难，动力输出不够线性，发动机性能提升也不够理想；④VVEL技术，结构和控制非常复杂、布置和控制较困难；⑤Double-VANOS技术，结构非常复杂，控制较困难。总之，上述技术，由于采用了电子控制技术和较为复杂的机械结构，都存在故障点多、工作可靠性低、成本较高、结构布置和维修困难的问题，且有的对提升发动机性能作用并不理想。

发明内容

针对以上问题，本发明公开了一种活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，它利用剪切增稠液临界速率相变特性(即剪切增稠液在受到外力的剪切扰动，其速率达到特定值时，发生相变、且可逆的特性，这个速率特定值称为该剪切增稠液的临界速率)和凸轮变速曲线驱动规律，根据凸轮转速(或发动机转速)变化，自适应获得与凸轮转速变化同向变化的剪切增稠挺柱的有效长度，自动调整气门开启提前角、升程和关闭延迟角，从而提高发动机的动力性、强化程度、低温起动性、低速稳定性、经济性和排气清洁性。该技术方案无需电子控、机械结构简单、工作可靠、布置方便、成本较低、维修容易、发动机动力输出流畅，能广泛应用于各类活塞式发动机的气门驱动。

结构和功能

一、结构组成：由凸轮、机架、机体、剪切增稠挺柱、气门弹簧座、气门弹簧和气门等组成；其中：剪切增稠挺柱由大活塞、小活塞、活塞回位弹簧、剪切增稠液、橡胶套管和上下底座组成。

二、联接：气门杆部向上安装在机体上的台阶孔的小孔内后，在气门杆上套装气门弹簧并安装气门弹簧座，气门弹簧座和机体约束气门弹簧产生一定预紧力；大活塞和小活塞套装，形成的空腔内安装剪切增稠组件，构成剪切增稠挺柱；橡胶套管两端分别与上下底座的小头联接，形成的空腔内安装以上下底座小头定心的活塞回位弹簧、并填充剪切增稠液，构成剪切增稠组件；上下底座的大头分别用大活塞和小活塞内腔底部的中心孔定心；大活塞和小活塞约束活塞回位弹簧产生一定预紧力；剪切增稠挺柱安装在机体上的台阶孔的大孔内，小活塞顶面顶在气门杆顶面上，大活塞顶面顶在凸轮轮廓上；凸轮绕机架上的转动中心转动。

三、结构特点：①凸轮轮廓由基圆圆弧、加速推程曲线、长度不大的过渡圆弧、减速回程曲线依次圆滑连接而成；②大活塞外圆柱面上有储油环槽、储油环槽位置有径向油孔、内腔底部有上下底座定位中心孔；③机体上有气道(进气道和排气道，受气门控制与气缸适时联通)、台阶孔和与发动机主油道联通的油道；④在大活塞上止点位置(大活塞顶面与凸轮基圆圆弧接触)时，其储油环槽与机体上的油道联通；⑤小活塞外圆柱面尾部有储油槽，用于润滑；顶部有通孔，用于泄油冷却和消除背压；内腔底部有上下底座定位中心孔；⑥橡胶套管与上下底座密封紧固装配，以防止剪切增稠液外溢并隔绝空气；⑦活塞回位弹簧最大变形时的弹力小于气门弹簧的预紧力；⑧气门弹簧独自、或与活塞回位弹簧共同作用，实现系统的力锁合。

四、系统工作分析

1、凸轮轮廓驱动分析(按凸轮转动方向顺序说明)

①基圆：工作曲线为基圆圆弧，凸轮驱动半径不变(驱动半径变化速度为零)。除凸轮绕机架上的转动中心转动，其它各组成部分状态和位置不变，系统在气门弹簧和活塞回位弹簧作用下保持力锁合。

②推程：工作曲线由加速推程曲线和过渡圆弧起点到凸轮最大升程点部分组成，凸轮驱动半径由基圆半径逐渐增加到凸轮最大升程点对应的半径。在加速推程曲线上，驱动半径以与凸轮转速对应的加速度加速增大，推动大活塞和上下底座的上底座下移，速度由零加速增加到与凸轮转速对应的最大值；在过渡圆弧起点到凸轮最大升程点部分上，驱动半径以与凸轮转速对应的加速度减速增加，推动大活塞和上下底座的上底座减速下移，速度由与凸轮转速对应的最大值减速减小到零。

在上述过程中，加速推程曲线上定有一位置点，这个位置点驱动时，大活塞和小活塞(或上下底座)相对运动、以及活塞回位弹簧和橡胶套管对剪切增稠液的剪切扰动速度大小增加到剪切增稠液相变临界速率，剪切增稠液由液态变成固态，剪切增稠挺柱变为刚性并获得对应的有效长度。此位置点以前，由于活塞回位弹簧的弹力小于气门弹簧的预紧力，加速推程 曲线上各点驱动大活塞和上下底座的上底座下移，压缩活塞回位弹簧和剪切增稠液，使橡胶套管弹性膨胀，而上下底座的下底座、小活塞和气门位置不变，气门阀口保持关闭；此位置点以后，加速推程曲线上各点驱动刚性剪切增稠挺柱，推动气门下移，打开气门阀口，并压缩气门弹簧。

③回程：工作曲线由凸轮最大升程点到过渡圆弧终点部分和减速回程曲线组成，凸轮驱动半径由凸轮最大升程点对应的半径逐渐减小到基圆半径。在凸轮最大升程点到过渡圆弧终点部分上，驱动半径以与凸轮转速对应的加速度加速减小，在气门弹簧力的作用下，大活塞和上下底座的上底座随凸轮转动加速上移，速度由零加速增加到与凸轮转速对应的最大值；在减速回程曲线上，驱动半径以与凸轮转速对应的加速度减速减小，在弹簧力的作用下，大活塞和上下底座的上底座随凸轮转动减速上移，速度由与凸轮转速对应的最大值减速减小到零。

在上述过程中，减速回程曲线上定有一位置点，这个位置点驱动时，大活塞和小活塞(或上下底座)相对运动、以及活塞回位弹簧和橡胶套管对剪切增稠液的剪切扰动速度大小减小到剪切增稠液相变临界速率，剪切增稠液由固态变成液态，剪切增稠挺柱恢复自由。此位置点以前，气门和剪切增稠挺柱在气门弹簧作用下，随凸轮转动减速上移，气门阀口逐渐关闭；此位置点以后，由于剪切增稠挺柱恢复自由，气门在气门弹簧作用下，加速上移、迅速落座，气门阀口迅速关闭，同时推动小活塞和上线底座的下底座压缩活塞回位弹簧和剪切增稠液，使橡胶套管继续弹性膨胀。然后，随凸轮转动，驱动半径继续减小至凸轮基圆半径，大活塞和上下底座的上底座在活塞回位弹簧作用下，减速上移至上止点位置(凸轮基圆圆弧驱动位置)，同时橡胶套管回弹。

上述②③所述的位置点，前者对应气门开启提前角、后者对应气门关闭延迟角，剪切增稠挺柱的有效长度(凸轮升程一定)对应气门最大升程(和气门阀口最大开度)。当凸轮转速(或发动机转速)增大时，由于凸轮升程一定，在加速推程曲线和减速回程曲线上的驱动半径变化的加速度增大(与凸轮转速对应的最大值速度也增大)，所述两位置点必然分别靠近加速推程曲线的起点(基圆圆弧与加速推程曲线的接点)和减速回程曲线的终点(减速回程曲线与基圆圆弧的接点)，气门开启提前角、剪切增稠挺柱有效长度和气门关闭延迟角都增大，气门持开角和升程(或气门阀口开度)都增大；当凸轮转速(或发动机转速)减小时，所述两位置点必然分别远离加速推程曲线的起点和减速回程曲线的终点，剪切增稠挺柱有效长度减小，气门升程和气门阀口开度都减小。

综上所述，该系统能根据发动机转速(或凸轮转速)变化，自适应获得剪切增稠挺柱的有效长度，从而自动调整气门开启提前角、升程和关闭延迟角。发动机高速工况下(凸轮转 速高)，剪切增稠挺柱的有效长度较大，气门开启提前角、关闭延迟角和升程较大，气门开启时间较长(气门持开角较大)、气门阀口开度较大(节流阻力小)，进气充分、排气彻底，气缸充气系数大，发动机有更佳的动力性和强化程度；低温和低转速工况下(凸轮转速低)，剪切增稠挺柱的有效长度较小，气门升程较小，气门阀口开度较小，气体(混合气或空气)进入气缸的速度大，缸内混合气状态好，容易进一步混合形成均匀混合气，燃烧容易、稳定、彻底，发动机有更佳的低温起动性、低速稳定性、经济性和排气清洁性。

需要说明的是：在上述②③过程的交接点——凸轮最大升程点两侧的过渡圆弧上，虽然也存在两位置点，驱动点在这两点之间，大活塞和小活塞(或上下底座)相对运动、以及活塞回位弹簧和橡胶套管对剪切增稠液的剪切扰动速度小于剪切增稠液相变的临界速率，剪切增稠液有相变的的趋势。但是由于发动机转速较高(怠速也一般在700～800r/min)、且过渡圆弧的长度不大，所述两点之间曲线长度更小、驱动时间很短，剪切增稠液来不及相变、剪切增稠挺柱保持刚性，气门的运动仍然由凸轮的运动决定。

2、润滑分析：大活塞在上止点位置时，其储油环槽与机体上的油道(连接发动机主油道)联通，润滑油以一定压力进入储油环槽，为大活塞和机体相对运动提供润滑，并通过大活塞储油环槽位置的径向油孔，喷入由大活塞、小活塞、橡胶套管和上下底座构成空腔，部分飞溅进入小活塞的储油槽为大活塞和小活塞相对运动提供润滑，其余由小活塞顶部通孔流出，用于冷却和消除背压(润滑工作原理简单，后面不再作进一步说明)。

五、其它方面可行性简要说明

1、工作温度方面：本系统的冷却介质为发动机润滑油，其工作的温度范围，在外部环境温度至发动机正常工作最高温度之间(最高温度一般在100℃左右，一般不会超过120℃)。也就是说，本发明结构方案中的所有零部件都必须能够在上述温度范围内长期、稳定工作。①金属零部件：本发明的结构方案与常见的液压挺柱气门驱动结构方案非常类似，所有金属零部件都能在发动机正常工作下需要；②剪切增稠液：目前研究的剪切增稠液的稳定工作温度范围，最低温度低于发动机工作的外部环境温度，最高温度一般都在100-200℃，若隔绝空气(防止氧化)，其稳定工作温度更是远远高于发动机润滑油最高工作温度；③橡胶套管：目前优质耐油橡胶的稳定工作温度范围，最低温度低于发动机工作的外部环境温度，最高温度也远远高于发动机机油的最高工作温度。所以，本发明结构方案中所有零部件都能满足发动机工作需要。

2、振动、噪声和应力方面：剪切增稠液相变需要一定时间(虽然时间很短)，在系统工作中起到缓冲作用，有效减小系统的机械振动和应力，防止机件损伤和失效，同时减小噪声。

综上所述，本发明技术方案完全能满足发动机连续、稳定工作需要。

下面结合附图对本发明技术方案作详细说明。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明凸轮基圆圆弧驱动状态示意图。

图3为本发明凸轮加速推程曲线驱动小于临界速率时状态示意图。

图4为本发明凸轮加速推程曲线驱动大于临界速率时状态示意图。

图5为本发明凸轮过渡圆弧驱动状态示意图。

图6为本发明凸轮减速回程曲线驱动大于临界速率时状态示意图。

图7为本发明凸轮减速回程曲线驱动等于临界速率后短时间内状态示意图。

图8为本发明凸轮减速回程曲线驱动小于临界速率时状态示意图。

上述图中除已经标明的结构外，标注符号说明如下：n-凸轮速度、O-转动中心、A-基圆圆弧与加速推程曲线的接点、B-加速推程曲线与过渡圆弧的接点、C-过渡圆弧与减速回程曲线的接点、D-减速回程曲线与基圆圆弧的接点、E-驱动点、r-基圆半径、R-驱动半径、1-凸轮、2-机架、3-机体、4-大活塞、5-小活塞、6-活塞回位弹簧、7-剪切增稠液、8-橡胶套管、9-上下底座、10-气门弹簧座、11-气门弹簧、12-气门。

具体实施方式

一、结构说明

如图1所示，本发明技术方案结构由凸轮(1)、机架(2)、机体(3)、剪切增稠挺柱、气门弹簧座(10)、气门弹簧(11)和气门(12)组成。其中：剪切增稠挺柱由大活塞(4)、小活塞(5)、活塞回位弹簧(6)、剪切增稠液(7)、橡胶套管(8)和上下底座(9)组成。

二、本发明技术方案系统工作过程分析

1、如图2所示，凸轮基圆圆弧驱动过程：随着凸轮(1)以转速n绕机架(2)上的转动中心O转动，驱动点E在凸轮(1)的基圆圆弧DA内，沿D→A方向逐渐变换至A，驱动半径R等于基圆半径r，并保持不变。此过程中，①剪切增稠液(7)由于未受到外界剪切扰动，保持液态，剪切增稠挺柱处于自由状态。②系统在气门弹簧(11)和活塞回位弹簧(6)的共同作用下力锁合，大活塞(4)顶面靠在凸轮(1)的基圆圆弧DA上、小活塞(5)顶面顶靠在气门(12)气门杆顶端，除了凸轮(1)转动外，系统其它零部件位置和状态保持不变，气门(12)保持落座，气门阀口保持关闭。

2、如图3所示，凸轮加速推程曲线驱动小于临界速率过程：驱动点E在凸轮(1)的加速推程曲线AB内，沿A→B方向逐渐变换，驱动半径R以与凸轮转速n对应的加速度，由基圆半径r加速增大，推动大活塞(4)和上下底座(9)的上底座加速下移，直至剪切增稠液 (7)受到上下底座(9)、活塞回位弹簧(6)和橡胶套管(8)变形扰动剪切速率等于其相变临界速率。此过程中，①剪切增稠液(7)保持液态；②活塞回位弹簧(6)和剪切增稠液(7)被压缩，橡胶套管(8)弹性膨胀；③由于活塞回位弹簧(6)最大变形时的弹力小于气门弹簧(11)的预紧力，气门(12)、小活塞(5)和上下底座(9)的下底座在气门弹簧(11)作用下，位置保持不变，气门(12)保持落座，气门阀口保持关闭。

3、如图4所示，凸轮加速推程曲线驱动大于临界速率过程：驱动点E在凸轮(1)的加速推程曲线AB内，继续沿A→B方向继续变换至B，驱动半径R继续以与凸轮转速n对应的加速度加速增大，推动大活塞(4)和上下底座(9)的上底座继续加速下移，速度直至达到凸轮(1)转速n对应的最大速度。此过程中，①剪切增稠液(7)受到上下底座(9)的上底座、活塞回位弹簧(6)和橡胶套管(8)变形扰动剪切速率大于其临界速率，由液态变成固态，剪切增稠挺柱变为刚性，并获得一定的有效长度。②剪切增稠挺柱推动气门(12)加速下移，并压缩气门弹簧(11)，气门阀口逐渐打开。

4、如图5所示，凸轮过渡圆弧驱动过程，驱动点E在凸轮(1)的过渡圆弧BC内，沿B→C方向变换至C。在驱动点E由B到达凸轮(1)最大升程位置点过程中，驱动半径R以与凸轮转速n对应的加速度减速增大，推动大活塞(4)减速下移，其速度由与凸轮(1)转速n对应的最大值减小到零；在驱动点E由凸轮(1)最大升程位置点到达C过程中，驱动半径R以与凸轮转速n对应的加速度加速减小，气门(12)在气门弹簧(11)作用下随凸轮(1)的转动加速上移，其速度由零加速增加到与凸轮(1)转速n对应的最大值。上述中，在达凸轮(1)最大升程位置点附近两侧各有一点，驱动点E这两点之间，剪切增稠液(7)受到的剪切扰动的速率小于其临界速率、有由固态向液态变相的趋势。但是，由于发动机转速较高、且过渡圆弧BC长度不大，所述两点之间过渡圆弧的长度更小、驱动点E在这两点之间持续的时间很短，剪切增稠液(7)来不及变相(由固态变为液态)，剪切增稠挺柱仍然保持刚性，气门(12)的运动由凸轮(1)的运动决定。

5、如图6所示，凸轮减速回程曲线驱动大于临界速率过程：驱动点E在凸轮(1)的减速回程曲线CD内，沿C→D方向变换，驱动半径R以与凸轮转速n对应的加速度减速减小，气门(12)和剪切增稠挺柱在气门弹簧(11)的作用下随凸轮(1)的转动减速上移，速度由与凸轮(1)转速n对应的最大值减速减小到剪切增稠液(7)受到上下底座(9)、活塞回位弹簧(6)和橡胶套管(8)扰动剪切的速率等于其临界速率时。此过程中，①剪切增稠液(7)保持固态，剪切增稠挺柱保持刚性。②系统在气门弹簧(11)作用下保持锁合。③气门(12)继续减速上移，气门阀口开度继续减小。

6、如图7所示，凸轮减速回程曲线驱动等于临界速率后短时间内：①剪切增稠液(7) 由固态变成液态，剪切增稠挺柱恢复自由。②大活塞(4)和上下底座(9)的上底座在活塞回位弹簧(6)和气门弹簧(11)的作用下随凸轮(1)转动继续以与凸轮转速n对应的加速度减速上移。③由于活塞回位弹簧(6)的变形弹力小于气门弹簧的变形弹力，气门(12)在气门弹簧(11)作用下加速上移并迅速落座，气门阀口迅速关闭，气门弹簧(11)恢复到预紧状态。④气门(12)推动小活塞(5)和上下底座(9)的下底座迅速压缩活塞回位弹簧(6)和剪切增稠液(7)，使橡胶套管(8)继续弹性膨胀。

7、如图8所示，凸轮减速回程曲线驱动小于临界速率过程，驱动点E在凸轮(1)的减速回程曲线CD内，继续沿C→D方向变换至D、驱动半径R继续以与凸轮转速n对应的加速度，减速减小至基圆半径r。此过程中，①气门(12)在气门弹簧(11)预紧力的作用下位置保持不变，气门阀口保持关闭。②大活塞(4)和上下底座(9)的上底座在活塞回位弹簧(6)的作用下随凸轮(1)的转动继续以与凸轮转速n对应的加速度减速上移直至上止点位置(凸轮基圆圆弧驱动位置，上移动速度为零)，活塞回位弹簧(6)和橡胶套管(8)回弹，系统进入1所述过程。

随着凸轮(1)转动，系统重复上述工作过程、周期工作，维持发动机正常运转。

如上所述，当凸轮(1)转速n增大时：由于凸轮(1)升程不变，①驱动点E在加速推程曲线AB内，驱动大活塞(4)和上下底座(9)的上底座加速下移的加速度增大，其速度大小增大到剪切增稠液(7)相变临界速率(剪切增稠液由液态变成固态，剪切增稠挺柱变成刚性)的位置点必然靠近A，气门(12)开启提前角增大，剪切增稠挺柱有效长度增大。②驱动点E达凸轮(1)最大升程位置点位置，由于剪切增稠挺柱有效长度增大，气门(12)最大升程增大，气门阀口最大开度增大。③驱动点E在减速回程曲线CD内，气门(12)和剪切增稠挺柱在气门弹簧(11)的作用下减速上移的加速度增大，其速度大小减小到剪切增稠液(7)相变临界速率(剪切增稠液由固态变成液态，剪切增稠挺柱恢复自由)的位置点必然靠近D，气门(12)关闭延迟角增大。反之亦然。

综上所述，本发明利用剪切增稠液临界速率相变特性和凸轮变速曲线驱动规律，根据凸轮转速(或发动机转速)变化，自适应获得与凸轮转速变化同向变化的剪切增稠挺柱的有效长度，自动调整气门开启提前角、升程和关闭延迟角。发动机高速工况下(凸轮转速高)，气门开启提前角、关闭延迟角和升程较大，气缸充气系数较大，动力性和强化程度更佳；发动机低温(转速低)和低速工况下，气门升程较小，气缸进气质量好，低温起动性、低速稳定性、经济性和排气清洁性更佳。

Claims (7)

1.一种活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，其特征在于：由凸轮、机架、机体、剪切增稠挺柱、气门弹簧座、气门弹簧和气门组成；其中：剪切增稠挺柱由大活塞、小活塞、活塞回位弹簧、剪切增稠液、橡胶套管和上下底座组成，由大活塞和小活塞套装，形成的空腔内安装剪切增稠组件构成；剪切增稠组件由橡胶套管两端分别与上下底座的小头联接，形成的空腔内安装以上下底座小头定心的活塞回位弹簧、并填充剪切增稠液构成。

2.如权利要求1所述的活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，其特征在于：气门杆部向上安装在机体上的台阶孔的小孔内后，在气门杆上套装气门弹簧并安装气门弹簧座，气门弹簧座和机体约束气门弹簧产生一定预紧力；上下底座的大头分别用大活塞和小活塞内腔底部的中心孔定心；大活塞和小活塞约束活塞回位弹簧产生一定预紧力；剪切增稠挺柱安装在机体上的台阶孔的大孔内，小活塞顶面顶在气门杆顶面上，大活塞顶面顶在凸轮轮廓上；凸轮绕机架上的转动中心转动。

3.如权利要求1所述的活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，其特征在于：凸轮轮廓由基圆圆弧、加速推程曲线、长度不大的过渡圆弧、减速回程曲线依次圆滑连接而成；加速推程曲线和减速回程曲线驱动时，获得与凸轮转速变化同向变化驱动加速度，自适应获得与凸轮转速变化同向变化的剪切增稠挺柱的有效长度，自动调整气门开启提前角、升程和关闭延迟角。

4.如权利要求1所述的活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，其特征在于：大活塞外圆柱面上有储油环槽、储油环槽位置有径向油孔，用于润滑；机体上有与发动机主油道联通的油道；大活塞在上止点位置时，其储油环槽与机体上的油道联通；小活塞外圆柱面尾部有储油槽，用于润滑；小活塞顶部有通孔，用于泄油冷却和消除背压。

5.如权利要求1所述的活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，其特征在于：橡胶套管与上下底座密封紧固装配，以防止剪切增稠液外溢并隔绝空气。

6.如权利要求1所述的活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，其特征在于：活塞回位弹簧最大变形时的弹力小于气门弹簧的预紧力。

7.如权利要求1所述的活塞式发动机气门正时及可变升程驱动系统，其特征在于：气门弹簧独自、或与活塞回位弹簧共同作用，实现系统的力锁合。