CN106321181B - 内燃发动机液压式气门升程调节缓冲装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃发动机液压式气门升程调节缓冲装置，包括：凸轮；连接到凸轮包括下挺杆和上挺杆的挺杆组，以及位于下挺杆和上挺杆之间用于调节挺杆之间距离的挺杆长度调节单元，挺杆长度调节单元包括：设置在下挺杆和上挺杆之间的容纳有液压油的挺杆腔、能够左右移动以调节挺杆腔的高度的活塞，以及使活塞左右移动的第二伺服驱动单元；气门组，气门组包括气门、气门弹簧和气门弹簧座；以及一端连接到气门组另一端连接到挺杆组的摇臂；凸轮的转动带动挺杆的上下运动，进而使摇臂转动而控制气门的开启与关闭。本发明提供的装置可根据燃烧排放实际需要随意改变进气量或排气量，能进一步提高内燃机整体性能。

Description

内燃发动机液压式气门升程调节缓冲装置

技术领域

本发明涉及内燃发动机技术，具体涉及一种四冲程内燃发动机机气门升程调节缓冲装置，可该装置可根据燃烧排放实际需要随意改变进气量或排气量，应用于内燃机凸轮通过传动链驱动气门升程，达到节能、环保的目的，进一步提高内燃机整体性能。

背景技术

随着能源日趋紧张和大气污染的日益加剧，内燃发动机制造行业正面临着新一轮创新和变革，增效、节能、环保是内燃机发展永恒的主题。特别是燃烧系统创新技术不断提高和应用，如高压共轨电子控制技术广泛推广使用，再加上可变正时技术推出，使内燃机燃烧系统得到大幅度改变和提升，完全可根据内燃机功率变化提供必要燃料，但气门升程还没有根据燃料供给多少而变化。进、排气量使空燃比得不到合理匹配，以上几项新技术没有充分发挥更大作用，为了高性能内燃机进一步提高，可变气门升程是全球各大内燃机制造企业、研发等机构投入大量人力物力进行研发的主要课题，如英国ABB公司、德国海因斯曼公司等都推出他们研制的样件，结构非常复杂。我国也有很多高校和科研单位都早已立项研发，但研发进度比较缓慢。

发明内容

本发明旨在克服现有可变气门升程机构结构复杂体积庞大等问题，提供一种结构简单且可可靠地调节气门升程的气门调节缓冲装置。

本发明提供一种内燃发动机气门升程调节缓冲装置，包括：

凸轮；连接到凸轮的挺杆组，所述挺杆组包括下挺杆和上挺杆，以及位于下挺杆和上挺杆之间用于调节下挺杆和上挺杆之间距离的挺杆长度调节单元，所述挺杆长度调节单元可包括：设置在所述下挺杆和上挺杆之间的容纳有液压油的挺杆腔、能够左右移动以调节所述挺杆腔的高度的活塞，以及使所述活塞左右移动的第二伺服驱动单元；气门组，所述气门组包括气门、气门弹簧和气门弹簧座；以及一端连接到气门组另一端连接到挺杆组的摇臂；所述凸轮的转动带动所述挺杆组的挺杆的上下运动，进而使所述摇臂转动而控制气门的开启与关闭。

本发明人多年来对内燃机燃烧系统研究，结合国内外研究成果，着眼于改进现有的柴油机从凸轮转动到气门往复运动这样一个运动链，通过保持凸轮曲线不变，而增加挺杆长度可调装置根据工况改变挺杆长度，实现气门升程可调，成功的研发出一套既简单又可靠的气门升程可变装置。在此基础上，把电子控制高压共轨、可变正时，再加上可变气门升程等技术有效的结合应用，这样内燃机不管在哪个功率段，都不会存在由于空燃比匹配不合理而造成燃烧不良，浪费能源，污染空气。

活塞可在上下挺杆之间在左右方向上移动，借助于此，可以调节挺杆腔的高度，例如当活塞往左移动时，活塞进入挺杆腔，挺杆腔部分体积被活塞占用，而使挺杆腔中的液压油的液面高度上升，即、所述挺杆腔的高度增加，而当活塞往右移动，挺杆腔容纳液压油的横截面积变大，由此，挺杆腔中的液压油的液面高度下降，即、所述挺杆腔的高度减小，借助于此，可以简单地调节上下挺杆之间的距离而实现总挺杆长度的可变。

上述挺杆长度调节单元中，用于使所述活塞左右移动的第二伺服驱动单元可包括滑动转轴伺服电机减速器、以及连接至滑动转轴伺服电机减速器的左右滑动轴，所述左右滑动轴的左侧端面连接至所述活塞用于推动所述活塞。

上述挺杆长度调节单元还可包括与所述挺杆腔流体连通的储油杯，且通过所述活塞的左右移动能够接通或阻断挺杆腔与储油杯之间的流体连通。

设置储油杯可进一步调节挺杆腔的体积，从而控制挺杆长度的可调节量进而控制气门升程的可调节量。

较佳地，所述挺杆腔由密封圈界定。借助于此，液压油通过密封圈可靠地密封在挺杆腔内。

较佳地，在所述挺杆长度调节单元和所述上挺杆之间还设置有无间隙气门缓冲单元，所述无间隙气门缓冲单元包括缓冲滑动块、设置在所述缓冲滑动块内的活动球头，以及设置在所述缓冲滑动块和活动球头之间的缓冲弹簧。

本发明充分考虑到调整气门间隙也是调节气门挺杆长度，若使气门间隙无限增大，这也是不允许的，会造成气门落座粗暴，气门过早损坏或断裂造成严重后果，所以在上挺杆和挺杆长度调节单元之间又设置一套无间隙气门缓冲装置，工作时做到气门摇臂调节螺钉无间隙，又能使气门关闭密封，使气门落座减小冲击，到达了延长气门使用寿命和降低噪声的效果。

本发明中，所述缓冲弹簧的强度小于所述气门弹簧的强度。借助于此，可以避免凸轮轴顶住挺杆球头，而在气门没工作时就顶开气门。

本发明中，所述挺杆组还包括分别用于引导下挺杆和上挺杆的下挺杆导套和上挺杆导套。

本发明提供的技术方案的有益效果是由于增加了液压挺杆长短可调装置，当内燃机工况需要变动进气时，由控制系统发指令，伺服电机带动蜗杆蜗轮，转动，蜗轮内径与输出轴螺纹配合，转动涡轮时输出轴不转，只能左右移动，推拉顶板使偏斜推杆前后移动，改变挺杆长度。此外，本发明考虑到由于缩短挺杆气门间隙会无限增大，这是不允许的，必须有一套消除气门间隙缓冲装置综合使用，才能确保运行安全可靠，缓冲装置、下挺杆中间有一缓冲弹簧，弹簧强度弱于气门弹簧，免于凸轮轴顶住挺杆球头，是气门升程调整没工作时就顶开气门，到最小时气门关闭也一样没有间隙，由于两边弹簧力相互作用，气门落座减小冲击力。本装置是在凸轮升程范围内可变，只能变小，不能变大，所以设计柴油机凸轮时应考虑升程要大些，另外优点在于结构简单、可靠性好、安装位置合理、制造成本低等。

附图说明

图1为一种柴油机机械式气门升程调节缓冲装置的结构示意图；

图2为一种柴油机液压式气门升程调节缓冲装置的结构示意图；

图3为图1中的机械式挺杆长度调节单元的结构示意图；

图4为图2中的液压式挺杆长度调节单元的结构示意图；

图5为图1和图2中的无间隙气门缓冲单元的结构示意图；

图6为图1和图2中气门升程(A部)放大图；

其中，1-凸轮；2-滚轮；3-滚轮销；4-滚轮座；5-壳体；6-下挺杆；7-下挺杆弹簧；8-下挺杆导套；9-机械式挺杆长度调节单元；9-1固定转轴伺服电机减速器；9-2固定转轴；9-3内卡环；9-4导柱；9-5推力板；9-6轴承；9-7轴承轴；9-8偏斜推杆；9’-液压式升程可调装置；9’-1滑动转轴伺服电机减速器；9’-2左右滑动轴；9’-3螺帽；9’-4密封圈；9’-5活塞；9’-6储油杯；9’-7挺杆腔；10-无间隙气门缓冲单元；10-1缓冲滑动体；10-2活动球头；10-3缓冲弹簧；11上挺杆；12-上挺杆导套；13-摇臂座；14-摇臂轴；15-摇臂；16-可调顶头螺钉；17-气门哈夫锁夹；18-气门弹簧上座；19-气门弹簧；20-气门弹簧下座；21-气门导套；22-气门；23-气门座；24-气缸盖；25-柴油机机体。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

参见图1和图2，本发明涉及一种四冲程内燃发动机气门升程调节缓冲装置，可包括凸轮1、滚轮2、滚轮销3、滚轮座4、下挺杆6、下挺杆弹簧7、下挺杆导套8、机械(液压)式挺杆长度调节单9，9’、无间隙气门缓冲单元10、上挺杆11、上挺杆导套12、摇臂座13、摇臂轴14、摇臂15、可调顶头螺钉16、气门哈夫锁夹17、气门弹簧上座18、气门弹簧19、气门弹簧下座20、气门导套21、气门22、气门座23、气缸盖24和柴油机机体25。

凸轮1固定在凸轮轴(未图示)上，滚轮座4安装在壳体5内，滚轮3固定在滚轮座4上，壳体5固定在柴油机机体25上，下挺杆6安装在滚轮座4上以借助于滚轮3连接至凸轮1，下挺杆弹簧7安装在滚轮座4与下挺杆导套8之间，下挺杆导套8可固定在滚轮座导套上。

参见图1和图3，在机械式升程可调装置中，机械式挺杆长度调节单元9及其上的由伺服电机控制蜗轮减速箱(固定转轴伺服电机减速器9-1)固定在柴油机机体25上，涡轮输出轴(固定转轴9-2)固定在固定转轴伺服电机减速器9-1上，导柱9-4固定在固定转轴伺服电机减速器9-1上，推力板9-5安装在导柱9-4和固定转轴9-2上，轴承9-6安装在轴承轴9-7上，轴承轴9-7固定在偏斜推杆9-8上，偏斜推杆9-8安装在下挺杆6与无间隙气门缓冲单元10，之间，即、安装无间隙气门缓冲单元10，在偏斜推杆9-8和上挺杆11之间。由伺服电机控制蜗轮减速箱，推动输出轴(固定转动轴9-2)滑动，完成挺杆长短可调功能)。

参见图5其示出无间隙气门缓冲单元10的结构示意图，其中缓冲滑动体10-1可安装在下挺杆导套8内，活动球头10-2安装在缓冲滑动体10-1内，缓冲弹簧10-3安装在缓冲滑动体10-1与活动球头10-2之间，上挺杆11安装在活动球头10-2上。

返回图1和图2，上挺杆导套12固定在下挺杆导套8和气缸盖24之间，上顶杆11的顶部与气缸盖24连接，摇臂座13固定在气缸盖24上，摇臂轴14固定在摇臂座13上；摇臂15安装在摇臂轴14上，可调顶头螺钉16固定在摇臂15上，气门哈夫锁夹17固定在气门弹簧上座18上，气门弹簧19固定在气门弹簧上座18和气门弹簧下座20之间，气门弹簧下座20、气门导套21固定在气缸盖24上，气门22安装在气门导套21中，气门座23固定在气缸盖24上，气缸盖24固定在柴油机机体25上。

根据图1、图3、图5和图6所示，工作时，凸轮1转动，滚轮2、滚轮座4、下挺杆6、扁斜推杆9-8、缓冲滑动体10-1、活动球头10-2和上挺杆11一起向上运动，摇臂15绕摇臂轴14转动，可调顶头螺钉16将气门22下压，气门22向下移动一段距离H开启，当工况需要，控制滑动转轴伺服电机减速器9-1上的9-2固定转轴滑动，使导柱9-4左右滑动；推动轴承9-5和扁斜推杆9-8向左或向右移动，改变缓冲滑动体10-1、活动球头10-2和上挺杆11上升或下降的高度，从而改变气门22开启间隙H的大小(参见图6)。，(液压式升程可调装置，左右滑动轴安装在滑动转轴伺服电机减速器上，密封圈固定在下挺杆导套中)。

参见图2、图4，其示出本发明的气门升程调节缓冲装置的又一示例，即、液压式气门升程调节缓冲装置(以下相同的部件标以相同的符号)：凸轮1固定在凸轮轴上，滚轮2用滚轮销3安装在滚轮座4内，壳体5固定柴油机机体25上，下挺杆6安装在滚轮座4上，下挺杆弹簧7安装在滚轮座4与下挺杆导套8之间，下挺杆导套8固定在滚轮座4上，液压式挺杆长度调节单元9’及其上的滑动转轴伺服电机减速器9’-1固定在柴油机机体24上，左右滑动轴9’-2安装在滑动转轴伺服电机减速器8’-1上，密封圈9’-4固定在下挺杆导套8中，液压油被密封在密封圈9’-4之间形成挺杆腔9’-7，无间隙气门缓冲单元10安装在挺杆腔9’-7和上挺杆11之间，缓冲滑动体10-1安装在下挺杆导套8内，活动球头10-2安装在缓冲滑动体10-1内，缓冲弹簧10-3安装在缓冲滑动体10-1与活动球头10-2之间，上挺杆11安装在活动球头10-2上，上挺杆导套12固定在下挺杆导套8和气缸盖24之间，摇臂座13固定在气缸盖24上，摇臂轴14固定在摇臂座13上；摇臂15安装在摇臂轴14上，可调顶头螺钉16固定在摇臂15上，气门哈夫锁夹17固定在气门弹簧上座18上，气门弹簧19固定在气门弹簧上座18和气门弹簧下座20之间，气门弹簧下座20、气门导套21固定在气缸盖24上，气门22安装在气门导套21中，气门座23固定在气缸盖24上，气缸盖24固定在柴油机机体25上。

根据附图2、4、5和6所示，工作时，凸轮1转动，滚轮2、滚轮座4、下挺杆6、液压腔9’-7中的液压油、无间隙气门缓冲装置10和上挺杆11一起向上运动，摇臂15绕摇臂轴14转动，可调顶头螺钉16将气门22下压，气门22向下移动一段距离H开启，当工况需要，控制滑动转轴伺服电机减速器9’-1上的左右滑动轴9’-2转动并左右滑动，液压油9’-7的液面高或低位置，缓冲滑动体10-1、活动球头10-2和上挺杆11上升或下降的高度，从而改变气门22开启间隙H的大小(参见图6)。

同理，如果是多缸柴油机，只要在每个气缸上的都设置这样一种柴油机气门升程调节装置和无间隙气门缓冲装置，就可以实现多缸柴油机气门升程的调节。

应理解，上述挺杆长度调节单元9，9’仅是优选的示例，可以省略或改变其中部分部件，只要能实现连续调节上下挺杆之间距离即可。

Claims (7)

1.一种内燃发动机气门升程调节缓冲装置，其特征在于，包括：

凸轮(1)；

连接到凸轮(1)的挺杆组，所述挺杆组包括下挺杆(6)和上挺杆(11)，以及位于下挺杆(6)和上挺杆(11)之间用于调节下挺杆(6)和上挺杆(11)之间距离的挺杆长度调节单元(9’)，所述挺杆长度调节单元(9’)包括：设置在所述下挺杆(6)和上挺杆(11)之间的容纳有液压油的挺杆腔(9’-7)、能够在上下挺杆之间左右移动以调节所述挺杆腔的高度的活塞(9’-5)，以及使所述活塞(9’-5)左右移动的第二伺服驱动单元，其中，所述活塞往左移动时，活塞进入挺杆腔；

气门组，所述气门组包括气门(22)、气门弹簧(19)和气门弹簧座(18，20)；以及

一端连接到气门组另一端连接到挺杆组的摇臂(15)；

所述凸轮(1)的转动带动所述挺杆组的挺杆(6、11)的上下运动，进而使所述摇臂转动而控制气门(22)的开启与关闭。

2.根据权利要求1所述的气门升程调节缓冲装置，其特征在于，所述第二伺服驱动单元包包括滑动转轴伺服电机减速器(9’-1)、以及连接至滑动转轴伺服电机减速器(9’-1)的左右滑动轴(9-2)，所述左右滑动轴(9-2)的左侧端面连接至所述活塞(9’-5)用于推动所述活塞(9’-5)。

3.根据权利要求2所述的气门升程调节缓冲装置，其特征在于，所述挺杆长度调节单元(9’)还包括能与所述挺杆腔(9’-7)流体连通的储油杯(9’-6)，且通过所述活塞(9’-5)的左右移动能够接通或阻断挺杆腔(9’-7)与储油杯(9’-6)之间的流体连通。

4.根据权利要求1所述的气门升程调节缓冲装置，其特征在于，所述挺杆腔(9’-7)由密封圈(9’-4)界定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气门升程调节缓冲装置，其特征在于，在所述挺杆长度调节单元(9，9’)和所述上挺杆(11)之间还设置有无间隙气门缓冲单元(10)，所述无间隙气门缓冲单元(10)包括缓冲滑动块(10-1)、设置在所述缓冲滑动块(10-1)内的活动球头(10-2)，以及设置在所述缓冲滑动块(10-1)和活动球头(10-2)之间的缓冲弹簧(10-3)。

6.根据权利要求5所述的气门升程调节缓冲装置，其特征在于，所述缓冲弹簧(10-3)的强度小于所述气门弹簧(19)的强度。

7.根据权利要求6所述的气门升程调节缓冲装置，其特征在于，所述挺杆组还包括分别用于引导下挺杆(6)和上挺杆(11)的下挺杆导套(8)和上挺杆导套(12)。