CN109854323A - 低功耗响应迅速的活塞发动机气门装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低功耗响应迅速的活塞发动机气门装置，包括气门杆、弹性组件和永磁铁；气门杆具有第一端部和第二端部；弹性组件配置在气门杆上且位于第一端部和第二端部之间；永磁铁配置在弹性组件和第一端部之间；永磁铁能够对第一端部施加吸引力；永磁铁能够对弹性组件施加吸引力。

Description

低功耗响应迅速的活塞发动机气门装置

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种低功耗响应迅速的活塞发动机气门装置。

背景技术

气门用于控制活塞发动机燃烧室上方进气孔及排气孔的开闭。气门的开启一般是由发动机中的配气凸轮驱动，气门的关闭由气门弹簧控制。气门弹簧为了克服气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，保证气门及时坐落，以及气门与气门座之间的紧密配合，气门弹簧必须具有一定的刚度和预紧力。如果气门弹簧的刚度和预紧力过小，会造成气门反跳，气门关闭不严，气门的关闭时间过长等问题，进一步造成发动机的动力不足，影响发动机的功率和效率。如果气门弹簧的刚度和预紧力过大，会导致凸轮难以顶开气门，接触磨损加大，同时会增加发动机内部负荷，增大发动机额外功率损耗，增加油耗率。由于气门弹簧还会影响到气门间隙，而气门间隙则直接影响气门与气门座的贴合严密程度，以及气门开关的响应速度和气门的升程。气门间隙过大会使气门晚开早关，导致气门的升程减小，开启时间缩短，气门开度变小。对于进气门而言，会造成进入汽缸的空气量比正常值小，新鲜空气或油气的填充不足，汽缸内出现富油燃烧现象。对于排气门而言，间隙过大会造成排出的废气比正常值小，也会减少充填量，导致发动机的输出功率减少，同时也不利于汽缸头的冷却。气门间隙过小会导致气门早开晚关，气门开启的时间变长，气门的升程增加，气门开度变大。对于进气门而言，早开会使进入汽缸的新鲜混合气从排气门直接排出，发动机的经济性变差；进气门关的过晚，会使已进入汽缸的新鲜混合气又通过进气门被压回进气管，减少了汽缸的充填量，从而减小发动机的输出功率。对于排气门而言，排气门早开，会缩短膨胀做功的过程，造成发动机功率损失；排气门晚关，则会使进入汽缸的新鲜混合气通过排气门直接排到大气，也造成发动机的经济性变差。另外，由于疲劳或其他缺陷，气门弹簧可能会折断，从而导致气门脱落。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本发明提供一种低功耗响应迅速的活塞发动机气门装置，通过以下技术方案实现。

一种发动机气门装置，包括气门杆、弹性组件和永磁铁；气门杆具有第一端部和第二端部；弹性组件配置在气门杆上且位于第一端部和第二端部之间；永磁铁配置在弹性组件和第一端部之间；永磁铁能够对第一端部施加吸引力；永磁铁能够对弹性组件施加吸引力。

根据本发明的至少一个实施方式，弹性组件包括弹性部件和弹性部件基座；弹性部件和弹性部件基座位于发动机的缸体的内部；弹性部件基座固定在气门杆上；弹性部件的一端与弹性部件基座固定连接，另一端压紧在发动机的缸体上。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括气门凸轮；气门杆的第一端部为气门挺柱，第二端部为气门头；气门凸轮能够对气门挺柱施加推动力。

根据本发明的至少一个实施方式，当气门凸轮对气门挺柱施加推动力时，气门杆沿第一方向运动，永磁铁与气门挺柱之间的距离逐渐减小，吸引力迅速增大，永磁铁与弹性部件基座之间的距离逐渐增大，吸引力迅速减小。

根据本发明的至少一个实施方式，当气门凸轮不对气门挺柱施加推动力时，气门杆在弹性部件的弹力作用下沿第二方向运动，永磁铁与气门挺柱之间的距离逐渐增大，吸引力迅速减小，永磁铁与弹性部件基座之间的距离逐渐减小，吸引力迅速增大。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括气门座，气门座配置在发动机的缸体上；随气门杆的往复运动，气门头能够与气门座闭合或打开。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括磁铁座；磁铁座与发动机的缸体固定连接，用于固定永磁铁。

根据本发明的至少一个实施方式，气门杆的第一端部和第二端部均由铁磁材料制成。

根据本发明的至少一个实施方式，弹性部件为弹簧，弹性部件基座为弹簧基座。

根据本发明的至少一个实施方式，磁铁座具有断口，永磁铁通过断口卡接在磁铁座上。

根据本发明的至少一个实施方式，断口为梯形断口或阶梯形断口。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括气门导管；气门导管配置在发动机的缸体上，气门杆穿过气门导管。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本发明的一个实施方式的气门装置的打开状态示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式的气门装置的关闭状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

如图1和2所示，本发明一个实施方式的发动机气门装置，包括气门杆2、弹性组件1,7和永磁铁8；气门杆2具有第一端部10和第二端部4；弹性组件1,7配置在气门杆2上且位于第一端部10和第二端部4之间；永磁铁8配置在弹性组件1,7和第一端部10之间；永磁铁8能够对第一端部10施加吸引力；永磁铁8能够对弹性组件1,7施加吸引力。

本实施方式的发动机气门装置，使用永磁铁与弹性组件组合，控制气门的开闭，弹性组件与永磁铁的耦合作用形成的非线性力能够保证气门的开闭，使得气门装置反应更迅速。本实施方式的弹性组件的弹性刚度可以远小于由常规弹簧形成的气门弹簧，可以有效降低配气凸轮(即气门凸轮)顶开气门的功耗，减小发动机内部负荷，提高活塞发动机效率，本实施方式的发动机气门装置具有低功耗响应迅速的性能。

在本发明的一个实施方式中，弹性组件包括弹性部件1和弹性部件基座7；弹性部件1和弹性部件基座7位于发动机的缸体6的内部；弹性部件基座7固定在气门杆2上；弹性部件1的一端与弹性部件基座7固定连接，另一端压紧在发动机的缸体6上。

其中，弹性部件1优选为弹簧，弹性部件基座7优选为弹簧基座。

在本发明的一个实施方式中，气门杆2的第一端部10和第二端部4均由铁磁材料制成。

在本发明的一个实施方式中，气门装置还包括气门凸轮9；气门杆2的第一端部为气门挺柱10，第二端部为气门头4；气门凸轮9能够对气门挺柱10施加推动力。

其中，优选地，气门挺柱10、气门杆2的杆部和气门头4为一体成型。气门挺柱10和气门头4均由铁磁性材料制成。

在本发明的一个实施方式中，气门装置还包括气门座5，气门座5配置在发动机的缸体6上；随气门杆2的往复运动，气门头4能够与气门座5闭合(即密封闭合)或打开。气门座5镶嵌在气缸体上。

在本发明的一个实施方式中，当气门凸轮9对气门挺柱10施加推动力时，气门杆2沿第一方向运动(图1和图2中，即气门杆2向下运动)，永磁铁8与气门挺柱10之间的距离逐渐减小，吸引力迅速增大，永磁铁8与弹簧基座7之间的距离逐渐增大，吸引力迅速减小。永磁铁8与气门挺柱10之间的距离与两者吸引力的大小为非线性关系。永磁铁8与弹簧基座7之间的距离与两者吸引力的大小为非线性关系。

通过配置永磁铁8，使得本发明的气门装置的弹簧1的刚度或者预紧力可以比常规的气门弹簧的刚度或者预紧力小，则在气门凸轮9顶开气门的过程中，功耗明显降低，气门打开的速度更加迅速，减小了气门的打开时间。

在本发明的一个实施方式中，当气门凸轮9不对气门挺柱10施加推动力时，气门杆2在气门弹簧1的弹力(即推动力)作用下沿第二方向运动(图1和图2中，即气门杆2向上运动)，永磁铁8与气门挺柱10之间的距离逐渐增大，吸引力迅速减小，永磁铁8与弹簧基座7之间的距离逐渐减小，吸引力迅速增大。永磁铁8与气门挺柱10之间的距离与两者吸引力的大小为非线性关系。永磁铁8与弹簧基座7之间的距离与两者吸引力的大小为非线性关系。气门座5与气门头4密闭时的闭合力主要由永磁铁8对弹簧基座7的吸引力提供。

通过配置永磁铁8，则在气门弹簧1推动弹簧基座7向上运动并带动气门杆2向上运动的过程中，气门杆2的运动速度比现有技术中的气门装置的气门杆的运动速度更快，减小了气门的关闭时间。尤其是在气门头4和气门座5的闭合过程中，由于永磁铁8与弹簧基座7的间隙很小(气门头4和气门座5闭合后永磁铁8与弹簧基座7之间的间隙的大小可以由本领域技术人员进行合理预设)，两者间吸引力很大，使得气门头4和气门座5之间密封良好，避免了由于弹簧1刚度不足导致的气门闭合不严的问题。通过配置永磁铁8，弹簧基座7始终受到永磁铁8的吸引作用，避免了在弹簧1断裂的情况下导致气门装置掉入气缸的情况发生。

在本发明的一个实施方式中，气门装置还包括磁铁座11；磁铁座11与发动机的缸体6固定连接，用于固定永磁铁8。

在本发明的一个实施方式中，磁铁座11具有断口，永磁铁8通过断口卡接在磁铁座11上。断口可以使得永磁铁8固定在磁铁座11上。

在本发明的一个实施方式中，断口为梯形断口或阶梯形断口。图1和图2中的断口为阶梯形断口，该阶梯形断口上部的尺寸大于下部的尺寸，使得永磁铁8能够固定在磁铁座11上。

在本发明的一个实施方式中，气门装置还包括气门导管3；气门导管3配置在发动机的缸体6上，气门杆2穿过气门导管3，气门导管3保证了气门杆2的竖直运动。气门杆2通过气门导管3可以上下滑动。

在本发明的一个实施方式中，永磁铁8为高温永磁铁，弹簧1为合金弹簧，例如现有技术中的各种优质合金弹簧。

在本发明的一个实施方式中，磁铁座11通过螺栓连接在发动机的缸体6上。

在本发明的一个实施方式中，气门杆2穿过永磁铁8，例如从永磁铁8的中心穿过。气门杆2的杆部由非铁磁性材料制成。

在本发明的一个实施方式中，气门装置工作时，气门凸轮9旋转推动气门挺柱10，气门挺柱10向下推动弹簧基座7，此时弹簧基座7与永磁铁8的距离逐渐变大，由于距离变大，永磁铁8对弹簧基座7的吸引力迅速减小，同时，随着气门挺柱10与永磁铁8的距离减小，永磁铁8对气门挺柱10的吸引力逐渐加大，并且由于气门弹簧1刚度很小，此时气门杆2向下移动的阻力迅速减小，从而对气门凸轮9的阻力小，保证了配气机构(气门凸轮)消耗功明显降低。气门头4与气门座5之间距离增大，发动机的进气门或者排气门打开。随着气门凸轮9的继续旋转，气门在关闭过程中，随着气门杆2的上升，弹簧基座7与永磁铁8的距离逐渐减小，弹簧基座7受到永磁铁8的吸引力迅速增大，该作用力(即吸引力)是对距离敏感的非线性作用力。气门头4能够更迅速地压紧在气门座5上，保证更好的密闭性。

采用本发明的气门装置的上述结构可以使用更小的气门弹簧刚度，更小的气门弹簧预紧力，例如采用的弹簧1的刚度和/或预紧力为常规气门弹簧的刚度和/或预紧力的60％、50％或其他合适数值，减小配气机构功耗，避免气门凸轮难以顶开气门，气门头与气门座之间作用力小，气门反跳，气门关闭不严，气门的关闭时间过长等一系列问题。由于永磁体对弹簧基座一直存在吸引力，从而可以保证，即使气门弹簧断裂，也能够保证气门不会掉落入气缸内。

综上所述，本发明的低功耗响应迅速的活塞发动机气门装置，使用永磁铁与弹性组件配合，控制气门的开闭，弹性组件与永磁铁的耦合作用形成的非线性力能够保证气门的开闭反应更迅速。使用更小的弹簧(也可以是其他弹性部件)刚度，更小的弹簧(也可以是其他弹性部件)预紧力，配合气门装置的各个结构，可以减小气门装置功耗。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式/方式”、“一些实施方式/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式/方式或示例以及不同实施方式/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种发动机气门装置，其特征在于，包括气门杆、弹性组件和永磁铁；

所述气门杆具有第一端部和第二端部；

所述弹性组件配置在所述气门杆上且位于所述第一端部和第二端部之间；

所述永磁铁配置在所述弹性组件和所述第一端部之间；

所述永磁铁能够对所述第一端部施加吸引力；

所述永磁铁能够对所述弹性组件施加吸引力。

2.根据权利要求1所述的发动机气门装置，其特征在于，所述弹性组件包括弹性部件和弹性部件基座；所述弹性部件和弹性部件基座位于发动机的缸体的内部；

所述弹性部件基座固定在所述气门杆上；所述弹性部件的一端与所述弹性部件基座固定连接，另一端压紧在发动机的缸体上。

3.根据权利要求2所述的发动机气门装置，其特征在于，还包括气门凸轮；所述气门杆的第一端部为气门挺柱，第二端部为气门头；所述气门凸轮能够对所述气门挺柱施加推动力。

4.根据权利要求3所述的发动机气门装置，其特征在于，当所述气门凸轮对所述气门挺柱施加推动力时，所述气门杆沿第一方向运动，所述永磁铁与所述气门挺柱之间的距离逐渐减小，吸引力迅速增大，所述永磁铁与所述弹性部件基座之间的距离逐渐增大，吸引力迅速减小。

5.根据权利要求3或4所述的发动机气门装置，其特征在于，当所述气门凸轮不对所述气门挺柱施加推动力时，所述气门杆在所述弹性部件的弹力作用下沿第二方向运动，所述永磁铁与所述气门挺柱之间的距离逐渐增大，吸引力迅速减小，所述永磁铁与所述弹性部件基座之间的距离逐渐减小，吸引力迅速增大。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的发动机气门装置，其特征在于，还包括气门座，所述气门座配置在发动机的缸体上；随所述气门杆的往复运动，所述气门头能够与所述气门座闭合或打开。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的发动机气门装置，其特征在于，还包括磁铁座；所述磁铁座与发动机的缸体固定连接，用于固定所述永磁铁。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的发动机气门装置，其特征在于，所述气门杆的第一端部和第二端部均由铁磁材料制成。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的发动机气门装置，其特征在于，所述弹性部件为弹簧，所述弹性部件基座为弹簧基座。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的发动机气门装置，其特征在于，所述磁铁座具有断口，所述永磁铁通过所述断口卡接在所述磁铁座上。