CN117552852A - 发动机及其配气机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机及其配气机构，发动机的配气机构包括驱动轴、套管、凸轮相位调节器及配气组件，套管套设在驱动轴外侧，凸轮相位调节器的定子和转子中的一者与驱动轴连接，另一者与套管连接。发动机的每个缸设有至少两组配气组件，配气组件包括进气门、进气凸轮及与进气凸轮传动连接控制进气门工作的进气调节装置，两个配气组件上的进气凸轮一者与驱动轴固定连接，另一者与套管固定连接；当发动机位于高速低负荷区时，凸轮相位调节器控制与驱动轴传动连接进气门及与套管传动连接的进气门开启时间存在第一预设时间段差值。两个进气门开启时间存在时间差的非对称相位提升涡流水平，提高燃烧速度，降低了排温，进而提高了发动机的工作可靠性。

Description

发动机及其配气机构

技术领域

本发明涉及气门驱动技术领域，特别涉及一种发动机的配气机构。本发明还涉及一种包括上述配气机构的发动机。

背景技术

传统发动机的每个缸设有至少两组配气组件，其中，配气组件包括进气门及驱动进气门工作的进气调节装置。发动机工作时，进气调节装置结构相同，进气门结构相同，两个进气门同时控制打开，且每个气门的升程相同。

然而，对于高速低负荷区时，缸内气门升程相同，导致缸内燃烧速度较慢，燃烧不充分，气耗较高，排温较高，进而使得发动机的工作可靠性降低。

因此，如何提高发动机的工作可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机的配气机构，以提高发动机工作可靠性。本发明的另一目的是提供一种包括上述配气机构的发动机。

本申请提供的一种发动机的配气机构，包括：

驱动轴；

套设在所述驱动轴外侧的套管；

凸轮相位调节器，所述凸轮相位调节器的定子和转子中的一者与所述驱动轴连接，另一者与所述套管连接；

配气组件，发动机的每个缸设有至少两组配气组件，所述配气组件包括进气门、进气凸轮及与所述进气凸轮传动连接控制所述进气门工作的进气调节装置，两个所述配气组件上的进气凸轮一者与所述驱动轴固定连接，另一者与所述套管固定连接；当发动机位于高速低负荷区时，所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴传动连接所述进气门及与所述套管传动连接的所述进气门开启时间存在第一预设时间段差值。

可选地，在上述发动机的配气机构中，当所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴传动连接所述进气门及与所述套管传动连接的所述进气门开启时间存在第一预设时间段差值时，所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴传动连接曲轴转角和与所述套管传动连接曲轴转角相差40度-60度。

可选地，在上述发动机的配气机构中，所述进气调节装置包括摇臂和活塞驱动组件，所述凸轮带动所述摇臂转动，所述摇臂带动所述活塞驱动组件运动以推动所述进气门打开，当所述发动机处于非工作状态时，所述活塞驱动组件具有与所述进气门的阀杆端部抵接的气门第一控制位及与所述进气门的阀杆端部隔离的气门第二控制位。

可选地，在上述发动机的配气机构中，当发动机位于高速高负荷区时，与所述驱动轴传动连接所述活塞驱动组件及与所述套管传动连接的所述活塞驱动组件均位于气门第一控制位。

可选地，在上述发动机的配气机构中，当所述发动机位于低速低负荷区时，与所述驱动轴传动连接所述进气门及与所述套管传动连接的所述进气门在一者第一进气行程结束后另一者形成第二进气行程，所述第一进气行程和所述第二进气行程的持续期之和与单个所述进气门在气门第一控制位时升程的持续期相同。

可选地，在上述发动机的配气机构中，所述第二进气行程的最大升程为所述第一进气行程的最大升程的一半。

可选地，在上述发动机的配气机构中，活塞驱动组件包括：

卸油活塞，所述摇臂上设有容置所述卸油活塞的卸油活塞腔，当所述发动机处于非工作状态，所述活塞驱动组件位于气门第一控制位时，所述卸油活塞腔充油时；当所述发动机处于非工作状态，所述活塞驱动组件位于气门第二控制位时，所述卸油活塞腔卸油；

第一弹性复位件，所述第一弹性复位件与所述卸油活塞连接，以使所述卸油活塞腔卸油后，所述卸油活塞回位至气门第二控制位；

卸油控制阀，所述卸油控制阀通过卸油通道与所述卸油活塞腔连通，以导出所述卸油活塞腔的油液。

可选地，在上述发动机的配气机构中，当所述发动机位于高速低负荷区时，与所述驱动轴传动连接的所述进气门及与所述套管传动连接的所述进气门中的一者位于气门第一控制位，另一者位于气门第二控制位，且所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴传动连接的所述进气门及与所述套管传动连接的所述进气门的开启时间存在第一预设时间段差值。

可选地，在上述发动机的配气机构中，还包括控制模块，所述控制模块控制所述配气组件和所述凸轮相位调节器工作。

一种发动机，包括配气机构，所述配气机构为上述任一项所述的配气机构。

在上述技术方案中，本发明提供的发动机的配气机构包括驱动轴、套管、凸轮相位调节器及配气组件，套管套设在驱动轴外侧，凸轮相位调节器的定子和转子中的一者与驱动轴连接，另一者与套管连接。发动机的每个缸设有至少两组配气组件，配气组件包括进气门、进气凸轮及与进气凸轮传动连接控制进气门工作的进气调节装置，两个配气组件上的进气凸轮一者与驱动轴固定连接，另一者与套管固定连接；当发动机位于高速低负荷区时，凸轮相位调节器控制与驱动轴传动连接进气门及与套管传动连接的进气门开启时间存在第一预设时间段差值。

通过上述描述可知，在本申请提供的发动机的配气机构中，每个缸中两个配气组件分别连接驱动轴和套管，通过凸轮相位调节器调节安装在驱动轴和套管上进气凸轮的安装位置。使得当发动机位于高速低负荷区时，凸轮相位调节器控制与驱动轴传动连接进气门及与套管传动连接的进气门开启时间存在第一预设时间段差值。即通过两个进气门开启时间存在时间差的非对称相位提升涡流水平，提高燃烧速度，降低了排温，进而提高了发动机的工作可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的配气机构中凸轮相位调节器不动作的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的配气机构中凸轮相位调节器控制两个进气凸轮升程不同步的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的卸油活塞腔处于充油状态中的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的卸油活塞腔处于进油状态中的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的卸油活塞腔处于卸油状态中的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的卸油活塞腔处于卸油完成状态的结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的配气组件处于气门第一控制位的结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的配气组件处于气门第二控制位的结构示意图；

图9为本发明实施例所提供的配气组件的结构示意图；

图10为本发明实施例所提供的凸轮相位调节器不动作，安装在驱动轴上配气组件中电磁阀断电，摇臂充油状态的结构示意图；

图11为本发明实施例所提供的凸轮相位调节器不动作，安装在套管上配气组件中电磁阀断电，摇臂充油状态的结构示意图；

图12为本发明实施例所提供的凸轮相位调节器不动作，安装在套管上配气组件中电磁阀断电，摇臂卸油状态的结构示意图的结构示意图；

图13为本发明实施例所提供的凸轮相位调节器不动作，安装在驱动轴上配气组件中电磁阀断电，摇臂卸油状态的结构示意图；

图14为本发明实施例所提供的两个进气的结构示意图与所述驱动轴传动连接活塞驱动组及与所述套管传动连接的活塞驱动组均位于第一控制位两个进气门的升程结构示意图；

图15为本发明实施例所提供的发动机位于高速高负荷区时，与所述驱动轴传动连接进气门及与所述套管传动连接的进气门的升程结构示意图；

图16为本发明实施例所提供的发动机位于低速低负荷区时，与所述驱动轴传动连接进气门及与所述套管传动连接的进气门的升程结构示意图；

图17为本发明实施例所提供的发动机位于高速低负荷区时，与所述驱动轴传动连接进气门及与所述套管传动连接的进气门的升程结构示意图；

图18为本发明实施例所提供的发动机在各个转速及发动机扭矩对应配气机构调节状态示意图。

其中图1-13中：1-进气凸轮、101-第一凸轮、102-第二凸轮、2-摇臂、201-第二摇臂、202-第一摇臂、3-卸油活塞、301-卸油活塞腔、302-卸油口、4-气门弹簧、5-进气门、6-阀体卸油腔、7-卸油控制阀、8-单向阀、9-液压电磁阀、10-摇臂轴、11-驱动轴、12-套管。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种发动机的配气机构，以提高发动机工作可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述配气机构的发动机。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图18。

在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的发动机的配气机构包括驱动轴11、套管12、凸轮相位调节器及配气组件，套管12套设在驱动轴11外侧，凸轮相位调节器的定子和转子中的一者与驱动轴11连接，另一者与套管12连接。发动机的每个缸设有至少两组配气组件。具体的，套管12嵌套在驱动轴11外侧，具体的，套管12可以为金属管，具体为钢管。

配气组件包括进气门5、进气凸轮1及与进气凸轮1传动连接控制进气门5工作的进气调节装置，两个配气组件上的进气凸轮1一者与驱动轴11固定连接，另一者与套管12固定连接；当发动机位于高速低负荷区时，凸轮相位调节器控制与驱动轴11传动连接进气门5及与套管12传动连接的进气门5的开启时间存在第一预设时间段差值，具体的，第一预设时间段根据实际需要而定，优选，两个升程在时间上存在重合的时间段。

具体的，如图1和图2所示，与驱动轴11连接的进气凸轮1为第一凸轮101，与套管12连接的进气凸轮1为第二凸轮102，与第一凸轮101连接的摇臂2为第一摇臂202，与第二凸轮102连接的摇臂2为的第二摇臂201。

本申请提供的发动机的配气机构还包括控制模块，控制模块控制配气组件和凸轮相位调节器工作。具体的，该控制模块可以为发动机内部控制芯片，而控制模块获取发动机的工作状态，其中发动机的工作状态包括高速高负荷区、高速低负荷区、低速高负荷区和低速低负荷区。

通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的发动机的配气机构中，每个缸中两个配气组件分别连接驱动轴11和套管12，通过凸轮相位调节器调节安装在驱动轴11和套管12上进气凸轮1的安装位置。使得当发动机位于高速低负荷区时，凸轮相位调节器控制与驱动轴11传动连接的进气门5及与套管12传动连接的进气门5的开启时间存在第一预设时间段差值。即通过两个进气门5的开启时间存在时间差的非对称相位提升涡流水平，提高燃烧速度，降低了排温，进而提高了发动机的工作可靠性。

如图15所示，当凸轮相位调节器控制与驱动轴11传动连接的进气门5及与套管12传动连接的进气门5开启时间存在第一预设时间段差值时，凸轮相位调节器控制与驱动轴11传动连接的曲轴转角和与套管12传动连接的曲轴转角相差40度-60度，具体的，凸轮相位调节器控制与驱动轴11传动连接的曲轴转角和与套管12传动连接的曲轴转角相差45度-55度。

进气调节装置包括摇臂2和活塞驱动组件，进气凸轮1带动摇臂2转动，摇臂2带动活塞驱动组件运动以推动进气门5打开，当发动机处于非工作状态时，活塞驱动组件具有与进气门5的阀杆端部抵接的气门第一控制位及与进气门5的阀杆端部隔离的气门第二控制位。

当发动机位于高速高负荷区时，与驱动轴11传动连接的活塞驱动组件及与套管12传动连接的活塞驱动组件均位于气门第一控制位。由于本申请在高速高负荷区采用缸内一个进气门5晚于另外一个进气门5打开，晚开角度约为40-60度，通过两个进气门5的非对称相位提升涡流水平，提高燃烧速度，降低了排温，同时晚开的进气门5的晚关形成了晚米勒效应，降低了压缩末期的缸内温度，从而降低了爆震水平，两个进气门5的最大升程与传统对称排气门相当，因此在高速高负荷区仍能保持足够的进气量，保证了额定功率。对气量没有影响。

本申请由于相位差形成一定涡流，加速燃烧，降排温。且形成晚米勒降爆震。由于进气量不同形成差异，差异越大涡流越大，可通过升程差异调节涡流强度，对气量影响较小。

当发动机位于低速低负荷区时，与驱动轴11传动连接进气门5及与套管12传动连接的进气门5在一者第一进气行程结束后另一者形成第二进气行程，第一进气行程和第二进气行程的持续期之和与单个进气门5在气门第一控制位时升程的持续期相同。本申请两段式进气，两个湍动能峰值，提高燃烧速度。

同时，本申请低速低负荷采用两段式进气，第一进气行程和第二进气行程通过降低的进气门5升程来提高进气总管的压力，从而降低泵气损失；第一段在进气行程初期形成第一个湍动能峰值，第二段在进气行程末期形成第二个湍动能峰值，并保持到点火时刻，因此加快了火焰传播速度，第一段的最大升程约为原对称气门的一半，第二段的最大升程约为第一段的一半，并可通过调节两个升程的比例来调节两个湍动能峰值的比例。

活塞驱动组件包括卸油活塞3、第一弹性复位件和卸油控制阀7，摇臂2上设有容置卸油活塞3的卸油活塞腔301，当发动机处于非工作状态时，活塞驱动组件位于气门第一控制位，卸油活塞腔301充油时；当发动机处于非工作状态时，活塞驱动组件位于气门第二控制位，卸油活塞腔301卸油。第一弹性复位件与卸油活塞3连接，以使卸油活塞腔301卸油后，卸油活塞3回位至气门第二控制位。卸油控制阀7通过卸油通道与卸油活塞腔301连通，以导出卸油活塞腔301的油液。

当发动机位于高速低负荷区时，与驱动轴11传动连接进气门5及与套管12传动连接的进气门5一者位于气门第一控制位，另一者位于气门第二控制位，且凸轮相位调节器控制与驱动轴11传动连接进气门5及与套管12传动连接的进气门5的开启时间存在第一预设时间段差值。

每个发动机的缸设有至少两组配气组件，至少一组配气组件为配气组件，配气组件包括进气门5及控制进气门5工作的进气调节装置。具体的，进气门5外侧套设有气门弹簧4，气门弹簧4用于进气门5复位至进气门5关闭的初始位置。

进气调节装置包括摇臂2和活塞驱动组件，摇臂2用于带动进气门5运动。摇臂2可以通过进气凸轮1带动运动，其中进气凸轮1安装在驱动轴11上，摇臂2的第一端与进气凸轮1抵接，具体的，每个配气组件的进气凸轮1安装在同一个驱动轴11上，通过同一个驱动轴11带动同步运动。具体的，沿驱动轴11的轴线方向投影，所有进气凸轮1投影重合。

摇臂2带动活塞驱动组件运动，活塞驱动组件推动进气门5打开，具体的，活塞驱动组件可以为伸缩杆或伸缩缸等。活塞驱动组件一端与摇臂2连接。

当发动机处于非工作状态时，活塞驱动组件具有与进气门5的阀杆端部抵接的气门第一控制位及与气门的阀杆端部隔离的气门第二控制位。具体的，通调节位于气门第二控制位时，气门的阀杆端部与活塞驱动组件的间距来调节气门升程。具体的，当发动机处于非工作状态时，活塞驱动组件与进气门5的阀杆端部隔离的配气组件在气门升程顶端低于活塞驱动组件一直处于与进气门5接触的配气组件在气门升程顶端。

图18黑色线表示在不同发动机转速下发动机扭矩值，需将将发动机扭矩值形成的区域划分为四个，分别为A区域、B区域、C区域和D区域，每个区域设置有对应的配气机构气门升程工作状态。

通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的发动机的配气机构中，当气门不需要调节升程时，活塞驱动组件与进气门5一直抵接，当需要调节气门升程时，使得活塞驱动组件位于气门第二控制位，即位于气门第一控制位的配气组件与位于气门第二控制位的配气组件气门打开时间及升程不同，使得气体形成涡流，提高燃烧速度，提高燃烧充分性，降低气耗及排温，因此，本申请提供的配气机构使得发动机的工作可靠性提高。

活塞驱动组件包括卸油活塞3、第一弹性复位件和卸油控制阀7，摇臂2上设有容置卸油活塞3的卸油活塞腔301。发动机处于非工作状态，如图3和图7所示，当卸油活塞腔301充油时，卸油活塞3的端部伸出与进气门5的阀杆端部抵接，此时活塞驱动组件位于气门第一控制位。如图8所示，当卸油活塞腔301卸油时，此时，活塞驱动组件位于气门第二控制位。

此时卸油活塞3处于气门第一控制位，此时卸油活塞3在工作过程中始终与进气门5接触。

具体的，第一弹性复位件与卸油活塞3连接，以使卸油活塞腔301卸油后，卸油活塞3回位至气门第二控制位。卸油控制阀7通过卸油通道与卸油活塞腔301连通，以用于导出卸油活塞腔301的油液。

具体的，第一弹性复位件优选为弹簧。

配气组件还包括单向阀8，摇臂2设有与卸油活塞腔301连通的进油通道，进油通道上设有单向阀8，单向阀8在卸油活塞腔301进油时打开。当然，进油通道的单向阀8可以通过电磁阀或其它阀门替代，优选还需要控制结构操作阀门动作，优选，进油通道设置单向阀8。

本申请提供的配气机构还包括摇臂轴10，摇臂2可转动安装在摇臂轴10上，摇臂轴10设有上设有与进油通道连通的油路，通过摇臂轴10内部的油路，将发动机的液压油输送至各个配气组件的卸油活塞腔301。

卸油控制阀7包括阀体、液压电磁阀9和第二弹性复位件，具体的，第二弹性复位件优选为弹簧。阀体上设有卸油通道，摇臂2上设有与阀体外壁滑动密封连接的阀体卸油腔6。液压电磁阀9用于向阀体卸油腔6充油，以使卸油通道与卸油活塞腔301连通卸油。第二弹性复位件与阀体连接，以在阀体卸油腔6卸油后，控制推动阀体封堵卸油活塞腔301的卸油口302。具体的，卸油活塞腔301处于进油状态中时，单向阀8处于打开状态，如图6所示，通过液压电磁阀9将阀体卸油腔6泄出，阀体封堵卸油活塞腔301的卸油口302。卸油活塞腔301处于卸油状态时，如图5所示，通过液压电磁阀9向阀体卸油腔6充油，推动阀体上移，直至，阀体与卸油口302连通，此时可以将卸油活塞腔301的油液排出。

优选，每个发动机上设有至少两组调节配气组件，当发动机位置高速低负荷区时，发动机处于非工作状态的两组调节配气组件中，一个活塞驱动组件位于气门第一控制位，另一个活塞驱动组件位于气门第二控制位，即当发动机位置高速低负荷区时，两个活塞与推动对应进气门5的气门升程不同。

本申请提供的一种发动机，包括配气机构，其中配气机构为上述任一种配气机构。前文叙述了关于配气机构的具体结构，本申请包括上述配气机构，同样具有上述技术效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种发动机的配气机构，其特征在于，包括：

驱动轴（11）；

套设在所述驱动轴（11）外侧的套管（12）；

凸轮相位调节器，所述凸轮相位调节器的定子和转子中的一者与所述驱动轴（11）连接，另一者与所述套管（12）连接；

配气组件，发动机的每个缸设有至少两组配气组件，所述配气组件包括进气门（5）、进气凸轮（1）及与所述进气凸轮（1）传动连接控制所述进气门（5）工作的进气调节装置，两个所述配气组件上的进气凸轮（1）一者与所述驱动轴（11）固定连接，另一者与所述套管（12）固定连接；当发动机位于高速低负荷区时，所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴（11）传动连接所述进气门（5）及与所述套管（12）传动连接的所述进气门（5）开启时间存在第一预设时间段差值。

2.根据权利要求1所述的发动机的配气机构，其特征在于，当所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴（11）传动连接所述进气门（5）及与所述套管（12）传动连接的所述进气门（5）开启时间存在第一预设时间段差值时，所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴（11）传动连接曲轴转角和与所述套管（12）传动连接曲轴转角相差40度-60度。

3.根据权利要求1所述的发动机的配气机构，其特征在于，所述进气调节装置包括摇臂（2）和活塞驱动组件，所述凸轮带动所述摇臂（2）转动，所述摇臂（2）带动所述活塞驱动组件运动以推动所述进气门（5）打开，当所述发动机处于非工作状态时，所述活塞驱动组件具有与所述进气门（5）的阀杆端部抵接的气门第一控制位及与所述进气门（5）的阀杆端部隔离的气门第二控制位。

4.根据权利要求3所述的发动机的配气机构，其特征在于，当发动机位于高速高负荷区时，与所述驱动轴（11）传动连接所述活塞驱动组件及与所述套管（12）传动连接的所述活塞驱动组件均位于气门第一控制位。

5.根据权利要求3所述的发动机的配气机构，其特征在于，当所述发动机位于低速低负荷区时，与所述驱动轴（11）传动连接所述进气门（5）及与所述套管（12）传动连接的所述进气门（5）在一者第一进气行程结束后另一者形成第二进气行程，所述第一进气行程和所述第二进气行程的持续期之和与单个所述进气门（5）在气门第一控制位时升程的持续期相同。

6.根据权利要求5所述的发动机的配气机构，其特征在于，所述第二进气行程的最大升程为所述第一进气行程的最大升程的一半。

7.根据权利要求3所述的发动机的配气机构，其特征在于，活塞驱动组件包括：

卸油活塞（3），所述摇臂（2）上设有容置所述卸油活塞（3）的卸油活塞腔（301），当所述发动机处于非工作状态，所述活塞驱动组件位于气门第一控制位时，所述卸油活塞腔（301）充油时；当所述发动机处于非工作状态，所述活塞驱动组件位于气门第二控制位时，所述卸油活塞腔（301）卸油；

第一弹性复位件，所述第一弹性复位件与所述卸油活塞（3）连接，以使所述卸油活塞腔（301）卸油后，所述卸油活塞（3）回位至气门第二控制位；

卸油控制阀（7），所述卸油控制阀（7）通过卸油通道与所述卸油活塞腔（301）连通，以导出所述卸油活塞腔（301）的油液。

8.根据权利要求1所述的发动机的配气机构，其特征在于，当所述发动机位于高速低负荷区时，与所述驱动轴（11）传动连接的所述进气门（5）及与所述套管（12）传动连接的所述进气门（5）中的一者位于气门第一控制位，另一者位于气门第二控制位，且所述凸轮相位调节器控制与所述驱动轴（11）传动连接的所述进气门（5）及与所述套管（12）传动连接的所述进气门（5）的开启时间存在第一预设时间段差值。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的发动机的配气机构，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块控制所述配气组件和所述凸轮相位调节器工作。

10.一种发动机，包括配气机构，其特征在于，所述配气机构为权利要求1-9中任一项所述的配气机构。