CN110469379A - 一种基于多段凸轮驱动的可变几何压缩比装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于多段凸轮驱动的可变几何压缩比装置，包括凸轮轴、进气门和凸轮切换机构；凸轮轴外表面沿轴向交叉设有一对小凸轮和一对大凸轮；进气门内部设有一单杆活塞，单杆活塞内部设有一单向液压节流通道；单杆活塞可沿进气门内壁上下相对运动，并与进气门之间形成液压腔；利用凸轮切换机构，使大小凸轮沿凸轮轴轴向运动，改变大小凸轮与进气门以及单杆活塞之间的配合规律，实现气门升程与几何压缩比同时可变，结构与控制简单，气缸盖占用空间小，不影响充气效率，有利于工程化应用。

Description

一种基于多段凸轮驱动的可变几何压缩比装置
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，尤其是涉及一种基于多段凸轮驱动的可变几何压缩比装置。
背景技术
内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的经济性与排放法规。
采用节气门调节负荷的传统汽油机在中低负荷下，由于节气门开度小，泵气损失大，有效热效率低，油耗增加，因此，研究人员提出利用可变进气门升程装置取代节气门进行汽油机负荷控制。如专利1(一种凸轮滑动式发动机制动装置，申请号：201810428991.1)中所描述的，通过控制电磁阀与螺旋槽配合的凸轮切换机构，可以使多段凸轮沿凸轮轴轴向运动，实现不同升程型线切换。
与此同时，研究人员希望在中低负荷适当提高几何压缩比来进一步改善油耗，而在高负荷工况下降低几何压缩比避免爆燃，实现更高功率输出。
目前公知的变几何压缩比方式有偏心衬套方式、气缸盖活动方式、多连杆方式、可变活塞方式、燃烧室容积可变方式。其中燃烧室容积可变方式是通过设置在气缸内的副活塞往复运动改变燃烧室容积，但由于占用了气缸盖底板面积，导致进排气门面积降低，对充气效率产生不利影响。
为了实现不同气门升程与几何压缩比，上述技术的简单联合应用必然会导致整体机构与控制复杂，不利于技术工程应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于多段凸轮驱动的可变几何压缩比装置，以实现气门升程与几何压缩比同时可变，且结构与控制简单，气缸盖占用空间小，不影响充气效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于多段凸轮驱动的可变几何压缩比装置，包括凸轮轴、进气门和凸轮切换机构；所述进气门的内部设有可沿其内壁上下相对运动的单杆活塞，相对运动过程中单杆活塞的活塞端与气门端之间可形成液压腔；所述单杆活塞的内部设有单向液压节流通道，一端可与低压油源入口相通，另一端的端口设置于单杆活塞的活塞杆底部，在液压腔形成后可与之相通；所述进气门的气门杆中部套有气门弹簧；所述凸轮轴的外表面沿轴向交错设有一对小凸轮和一对大凸轮，所述凸轮轴在所述凸轮切换机构的作用下沿轴向运动，实现当小凸轮与进气门顶部配合时，大凸轮与所述单杆活塞顶部配合；当大凸轮与进气门顶部配合时，小凸轮与单杆活塞顶部配合。
进一步的，所述单向节流通道可使液压流体从外界流进所述液压腔时无节流，而从所述液压腔流出时节流。
进一步的，所述进气门的顶部设有一凹槽，凹槽的宽度大于大凸轮的宽度。
进一步的，所述大凸轮和所述小凸轮的凸起端方向相同。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明利用凸轮切换机构，改变凸轮与进气门以及气门内部单杆活塞之间的配合规律，实现气门升程与几何压缩比同时可变，结构与控制简单，气缸盖占用空间小，不影响充气效率，有利于工程化应用。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例处于进气门关闭、单杆活塞与进气门无相对距离时的示意图(低升程+高几何压缩比)；
图2是本发明实施例处于进气门开启时的示意图(低升程+高几何压缩比)；
图3是本发明实施例处于进气门关闭、单杆活塞与进气门有相对距离时的示意图(低升程+高几何压缩比)；
图4是图1中凸轮机构的左视图；
图5是图1中单杆活塞的主视图；
图6是图1中气门的主视图。
图7是本发明实施例处于进气门关闭时的示意图(高升程+低几何压缩比)；
图8是本发明实施例处于进气门开启时的示意图(高升程+低几何压缩比)。
附图标记说明：
1.凸轮轴，2.单杆活塞，3.进气门，4.气门座，5.气门弹簧，11.小凸轮，12.大凸轮，21.单向液压节流通道，22.低压油源入口，23.液压腔，31.凹槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图8所示，本实施例装置包括凸轮轴1、进气门3和凸轮切换机构；
所述凸轮轴1的外表面沿轴向交错设有一对小凸轮11和一对大凸轮12，一对小凸轮11分别为第一小凸轮和第二小凸轮，一对大凸轮12分别为第一大凸轮和第二大凸轮；所述小凸轮11和所述大凸轮12可以在所述凸轮切换机构的作用下沿所述凸轮轴1的轴向运动；
所述进气门3的内部设有一单杆活塞2，所述单杆活塞2内部设有一单向液压节流通道21；所述单杆活塞2可沿所述进气门3内壁上下相对运动，并与所述进气门3之间形成液压腔23；所述液压节流通道21一端与低压油源入口22相通，另一端设置于所述单杆活塞2的活塞杆底部，在液压腔23形成后与通过油口与之相通；
所述进气门3的气门杆中部套有气门弹簧5，提供弹簧回复力；
当所述小凸轮11与所述进气门3顶部配合时，所述大凸轮12可与所述单杆活塞2顶部配合；当所述大凸轮12与所述进气门3顶部配合时，所述小凸轮11与所述单杆活塞2顶部配合，所述的配合方式为接触或非接触。
优选实施例，所述单向节流通道21可使液压流体从外界流进所述液压腔23无节流，而从所述液压腔23流出节流。
优选实施例，所述进气门3的顶部设有一凹槽31，可防止所述进气门3运动过程中与所述大凸轮12干涉。
所述小凸轮11和所述大凸轮12沿所述凸轮轴1轴向运动可以通过传统的凸轮切换机构实现。
所述大凸轮12比所述小凸轮12具有更大的凸起高度和凸起角度。
本实施例的工作过程如下：
首先假设凸轮轴1顺时针旋转(图4)。
在图1中，两个所述小凸轮11的基圆分别与所述进气门3顶部两侧配合，所述第一大凸轮的基圆与所述单杆活塞2顶部配合，在所述气门弹簧5的弹簧力作用下，所述进气门3处于关闭状态。所述单杆活塞2与所述进气门3之间的运动距离为零，液压腔23未形成。
在图2中，随着所述凸轮轴1的转动，所述小凸轮11的凸起端与所述进气门3顶部接触配合，克服所述气门弹簧5的弹簧力，驱动所述进气门3远离气门座4，所述进气门3处于开启状态。在此过程中，由于第一大凸轮比所述小凸轮12具有更大的凸起高度和凸起角度，所述第一大凸轮的凸起端与所述单杆活塞2顶部接触配合，所述单杆活塞2相对所述进气门3运动，形成液压腔23，外界低压油源分别经过所述低压油源入口22以及单向液压节流通道21与所述液压腔23相通，补充液压流体。
在图3中，随着所述凸轮轴1的继续转动，所述小凸轮11的凸起端远离所述进气门3顶部，在所述气门弹簧5的弹簧力作用下，所述进气门3处于关闭状态。由于单向节流通道21的存在，使液压流体从所述液压腔23流出受到一定阻力，因此所述单杆活塞2仍处于伸出状态，从而减小燃烧室内的空间，实现几何压缩比可变。受到燃烧室燃烧爆发压力的作用，单杆活塞2将持续上移，直至如图1所示，开始下一循环。
当需要高升程以及低几何压缩比时，利用凸轮切换机构，使所述大凸轮12与所述进气门3顶部配合，所述第二小凸轮与所述单杆活塞2顶部配合，如图7和图8所示。
在图7中，所述大凸轮12的基圆与所述进气门3顶部配合，在所述气门弹簧5的弹簧力作用下，所述进气门3处于关闭状态。所述小凸轮11的基圆与所述单杆活塞2顶部配合，所述单杆活塞2与所述进气门3运动距离为零，所述液压腔23未形成。
在图8中，随着所述凸轮轴1的转动，所述大凸轮12的凸起端与所述进气门3顶部接触配合，克服所述气门弹簧5的弹簧力，所述进气门3远离气门座4，所述进气门3处于开启状态。在此过程中，由于所述小凸轮11比所述大凸轮12具有更小的凸起高度和凸起角度，因此在气门开启与关闭过程中，所述小凸轮11的凸起端与所述单杆活塞2顶部无接触，所述单杆活塞2相对所述进气门3无运动，燃烧室内的空间未减小，从而保持了较低的压缩比。
综上，利用外部的凸轮切换机构，可以在所述小凸轮11、所述大凸轮12与所述进气门3顶部、所述单杆活塞2顶部配合之间实现切换，改变气门以及气门内部单杆活塞的运动规律，实现气门升程与几何压缩比同时可变。本发明控制简单，可以实现气门升程与几何压缩比同时可变，气缸盖占用空间小，有利于工程化应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多段凸轮驱动的可变几何压缩比装置，其特征在于：包括凸轮轴(1)、进气门(3)和凸轮切换机构；
所述进气门(3)的内部设有可沿其内壁上下相对运动的单杆活塞(2)，相对运动过程中单杆活塞(2)的活塞端与气门端之间可形成液压腔(23)；所述单杆活塞(2)的内部设有单向液压节流通道(21)，一端可与低压油源入口(22)相通，另一端的端口设置于单杆活塞(2)的活塞杆底部，在液压腔(23)形成后可与之相通；所述进气门(3)的气门杆中部套有气门弹簧(5)；
所述凸轮轴(1)的外表面沿轴向交错设有一对小凸轮(11)和一对大凸轮(12)，所述凸轮轴(1)在所述凸轮切换机构的作用下沿轴向运动，实现当小凸轮(11)与进气门(3)顶部配合时，大凸轮(12)与所述单杆活塞(2)顶部配合；当大凸轮(12)与进气门(3)顶部配合时，小凸轮(11)与单杆活塞(2)顶部配合。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述单向节流通道(21)可使液压流体从外界流进所述液压腔(23)时无节流，而从所述液压腔(23)流出时节流。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进气门(3)的顶部设有一凹槽(31)，凹槽(31)的宽度大于大凸轮(12)的宽度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述大凸轮(12)和所述小凸轮(11)的凸起端方向相同。
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