CN105822378B - 一种具有半月形头部的电动进气门机构 - Google Patents

一种具有半月形头部的电动进气门机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有半月形头部的电动进气门机构，包括气缸及设置在气缸顶部的气缸盖，气缸盖的中部穿插有能够上下移动的气门杆，气门杆的顶端外壁上固定有上弹簧挡圈，气门杆的底端设有位于气缸内部的半月形气门头部，气缸盖的内部设有套设在气门杆外壁上的方形气门导管，方形气门导管的顶端设有套设在气门杆外壁上的下弹簧挡圈，下弹簧挡圈与上弹簧挡圈之间设有套设在气门杆外壁上的气门弹簧，气门杆的顶端上方设有直线电机，直线电机通过导线连接控制器。本发明的具有半月形头部的电动进气门机构采用半月形气门头部进气门结构，并采用直线电机驱动的进气配气方案；提高了驱动效率，减小了进气门传动系统的惯量。

Description

一种具有半月形头部的电动进气门机构
技术领域
本发明涉及一种用于汽油发动机的具有半月形头部的电动进气门机构。
背景技术
目前在不改变气缸容积大小的情况下提高汽油发动机的功率常采用增加气缸进气质量的方法来实现。对于自然吸气的汽油发动机而言，影响气缸进气量的主要因素是进气门开口处的流通截面积大小。发动机在低速运转时，进气流量小，进气门开口处的流通截面积大小一般能满足发动机功率的需求。但是随着发动机转速的升高，进气流量进一步增加。当进气流量达到壅塞流量时，进气流量就不会进一步增加了。即使汽油喷射系统进一步增加循环喷油量，发动机的转速和功率都不会再上升。而发动机低速工况下进气门开口处的流通截面积太大时，进入气缸的空气流速会减小，会导致汽油和空气在气缸内得不到进一步混合以及燃烧速度变慢等问题。
为了解决发动机高速工况下出现进气壅塞现象以及低速工况下进气流速过小的问题，可以在发动机高速工况下采用多进气门开启和进气门升程增加的方案来增加进气流通截面积，而在发动机低速工况下采用关闭部分进气门和进气门升程减小的方案来减小进气流通截面积。
但是多进气门技术改变进气流通截面积会受到配气机构复杂化、生产成本高以及故障率增加等因素的制约；而进气门升程可调技术会受到进气门头部面积大小以及气缸余隙容积等因素的制约。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有半月形头部的电动进气门机构。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，包括气缸及设置在气缸顶部的气缸盖，所述气缸盖的中部穿插有能够上下移动的气门杆，气门杆的顶端外壁上固定有上弹簧挡圈，气门杆的底端设有位于气缸内部的半月形气门头部，气缸盖的内部设有套设在气门杆外壁上的方形气门导管，方形气门导管的顶端设有套设在气门杆外壁上的下弹簧挡圈，下弹簧挡圈与上弹簧挡圈之间设有套设在气门杆外壁上的气门弹簧，气门杆的顶端上方设有直线电机，直线电机通过导线连接控制器，直线电机的输出轴的底端面与气门杆的顶端面相接触。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述气门杆的横截面为正方形。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述上弹簧挡圈与气门杆之间通过螺纹连接。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述半月形气门头部和气门杆采用钛合金材料一体成型而成。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述下弹簧挡圈通过螺钉固定在气缸盖顶部。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述气门弹簧的顶端抵靠在上弹簧挡圈的底端面上，气门弹簧的底端抵靠在下弹簧挡圈的顶端面上。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述控制器为电路板。
与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明的具有半月形头部的电动进气门机构采用半月形气门头部进气门结构，气门杆最大升程可调，并采用直线电机驱动的进气配气方案；不同于传统圆形头部进气门，半月形气门头部结构可以大大提高流通截面积，最大进气流通截面积几乎可达到气缸截面积的一半，比传统两个或三个的圆形头部进气门方案的最大进气流通截面积要大得多；而在低速发动机工况下，通过减小进气门开启最大升程，能减小进气流通截面积，保证进入气缸的空气流速不至于过低，采用直线电机驱动进气门取消了传统汽油发动机的凸轮轴、摇臂、挺杆等配气传动机构，简化了机械结构，提高了驱动效率，减小了进气门传动系统的惯量，而直线电机易于通过控制器来控制进气门开启角、关闭角和最大升程，能实现复杂的控制策略；半月形气门头部结构虽然增加了单个气门的体积，但是能够通过采用轻质材料(如钛合金)以及优化气门的结构，并不会使气门的惯量增加很多；直线电机的采用使得进气门传动系统的惯量大大降低，可以保证直线电机驱动时获得较高的进气门开启与关闭速率，最终减小发动机的机械损失，降低汽车的油耗，并缩减汽车的制造成本。
附图说明
图1是本发明实施例所述的一种具有半月形头部的电动进气门机构的结构示意图；
图2是图1中的A-A剖视图；
图3是图1中的B-B剖视图；
图4是图1中的C-C剖视图。
图中：
1、气缸；2、气缸盖；3、气门杆；4、上弹簧挡圈；5、半月形气门头部；6、方形气门导管；7、下弹簧挡圈；8、气门弹簧；9、直线电机；10、控制器；11、输出轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-4所示，一种具有半月形头部的电动进气门机构，包括气缸1及设置在气缸1顶部的气缸盖2，所述气缸盖2的中部穿插有能够上下移动的气门杆3，气门杆3的顶端外壁上固定有上弹簧挡圈4，气门杆3的底端设有位于气缸1内部的半月形气门头部5，气缸盖2的内部设有套设在气门杆3外壁上的方形气门导管6，方形气门导管 6的顶端设有套设在气门杆3外壁上的下弹簧挡圈7，下弹簧挡圈7 与上弹簧挡圈4之间设有套设在气门杆3外壁上的气门弹簧8，气门杆3的顶端上方设有直线电机9，直线电机9通过导线连接控制器10，直线电机9的输出轴11的底端面与气门杆3的顶端面相接触。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述气门杆3的横截面为正方形。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述上弹簧挡圈4 与气门杆3之间通过螺纹连接。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述半月形气门头部5和气门杆3采用钛合金材料一体成型而成。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述下弹簧挡圈7 通过螺钉固定在气缸盖2顶部。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述气门弹簧8的顶端抵靠在上弹簧挡圈4的底端面上，气门弹簧8的底端抵靠在下弹簧挡圈7的顶端面上。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构，所述控制器10为电路板。
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构在具体工作时，气门杆通过方形气门导管和下弹簧挡圈安装在气缸盖中可以上下移动，下弹簧挡圈通过螺钉固定在气缸盖上，气门弹簧套在气门杆的上端，上弹簧挡圈通过螺纹安装在气门杆上使气门弹簧处于压缩预紧状态，直线电机的输出轴与气门杆的顶端接触。控制器根据发动机转速信号控制直线电机的输出轴的最大进给量，改变气门杆升程的最大值和进气流通截面积，从而调节进入气缸中的进气流量和进气流速。在气缸盖中安装的方形气门导管可以防止气门杆沿着气门尾部的轴线转动，避免半月形气门头部关闭进气口落座时与气缸盖下部的半月形气门座孔错位而出现漏气现象。可以通过汽油发动机试验确定半月形气门头部在最低工作转速(怠速工况转速)nmin时的最大气门升程Lmin以及在最高工作转速(标定工况转速)nmax时的最大气门升程Lmax。控制器通过发动机转速信号n确定不同发动机工况下的最大气门升程L的函数如下：
本发明的具有半月形头部的电动进气门机构采用半月形气门头部进气门结构，气门杆升程可调，并采用直线电机驱动的进气配气方案；不同于传统圆形头部进气门，半月形气门头部结构可以大大提高流通截面积，最大进气流通截面积几乎可达到气缸截面积的一半，比传统两个或三个的圆形头部进气门方案的最大进气流通截面积要大得多；而在低速发动机工况下，通过减小进气门开启升程，能减小进气流通截面积，保证进入气缸的空气流速不至于过低，采用直线电机驱动进气门取消了传统汽油发动机的凸轮轴、摇臂、挺杆等配气传动机构，简化了机械结构，提高了驱动效率，减小了进气门传动系统的惯量，而直线电机易于通过控制器来控制进气门开启角、关闭角和升程，能实现复杂的控制策略；半月形气门头部结构虽然增加了单个气门的体积，但是能够通过采用轻质材料(如钛合金)以及优化气门的结构，并不会使气门的惯量增加很多；直线电机的采用使得进气门传动系统的惯量大大降低，可以保证直线电机驱动时获得较高的进气门开启与关闭速率，最终减小发动机的机械损失，降低汽车的油耗，并缩减汽车的制造成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有半月形头部的电动进气门机构，包括气缸(1)及设置在气缸(1)顶部的气缸盖(2)，其特征在于：所述气缸盖(2)的中部穿插有能够上下移动的气门杆(3)，气门杆(3)的顶端外壁上固定有上弹簧挡圈(4)，气门杆(3)的底端设有位于气缸(1)内部的半月形气门头部(5)，气缸盖(2)的内部设有套设在气门杆(3)外壁上的方形气门导管(6)，方形气门导管(6)的顶端设有套设在气门杆(3)外壁上的下弹簧挡圈(7)，下弹簧挡圈(7)与上弹簧挡圈(4)之间设有套设在气门杆(3)外壁上的气门弹簧(8)，气门杆(3)的顶端上方设有直线电机(9)，直线电机(9)通过导线连接控制器(10)，直线电机(9)的输出轴(11)的底端面与气门杆(3)的顶端面相接触，气门杆(3)的横截面为正方形，半月形气门头部(5)和气门杆(3)采用钛合金材料一体成型而成。
2.根据权利要求1所述的具有半月形头部的电动进气门机构，其特征在于：所述上弹簧挡圈(4)与气门杆(3)之间通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的具有半月形头部的电动进气门机构，其特征在于：所述下弹簧挡圈(7)通过螺钉固定在气缸盖(2)顶部。
4.根据权利要求1所述的具有半月形头部的电动进气门机构，其特征在于：所述气门弹簧(8)的顶端抵靠在上弹簧挡圈(4)的底端面上，气门弹簧(8)的底端抵靠在下弹簧挡圈(7)的顶端面上。
5.根据权利要求1所述的具有半月形头部的电动进气门机构，其特征在于：所述控制器(10)为电路板。
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