CN2809229Y - 一种用于内燃机的可变气门正时配气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，包括气门、进气道、排气道、传动机构、柱塞阀和离心装置，气门包括气门圆盘、气门轴和驱动齿轮，气缸盖面向气缸的一侧设有气门圆盘，气门圆盘上开有气孔，气门圆盘固定在气门轴上，气门轴通过气缸盖与驱动齿轮相连，气门通过传动机构与曲轴相连；在气缸盖上分别开有主进气道、主排气道和附进气道、附排气道，附进气道、附排气道分别位于主进气道、主排气道两侧，附进气道、附排气道内分别设有柱塞阀，柱塞阀的升降通过汽车电子控制单元ECU或离心装置控制，曲轴转动通过传动机构带动气门的驱动齿轮及气门圆盘随气门轴转动，实现气道的开与关，从而控制气缸的进气与排气。

Description

一种用于内燃机的可变气门正时配气装置

技术领域

本实用新型属于内燃机的配气装置，特别是属于一种用于内燃机的可变气门正时配气装置。

背景技术

现有的内燃机配气装置为凸轮轴在曲轴的带动下驱动气门作往复式运动的结构。其工作特点是：气门在凸轮轴的驱动下做往复式运动，每个工作循环中，曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周，进、排气道各开关一次，进、排气门往复运动一次，分别与凸轮轴和气缸盖之间各撞击一次。由于气门的往复运动和凸轮轴的离心力作用，使配气装置在工作时给内燃机带来振动，气门在往复运动过程中要不断克服自身重量带来的惯性阻力，使内燃机转速提高受到限制。而且内燃机在高、低转速的不同阶段配气相位难以控制。目前常见的可变气门正时配气装置有丰田的“VVT-i”装置、日产的NVCS可变气门正时控制装置、本田的“i-VTEC”和“H-VTEC”“停阀”(气门停止工作)等少数可变气门正时装置，但仍旧都是使用往复运动的“丁”字气门的内燃机，仍存在噪音和振动。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，使内燃机转速不受配气系统的限制，且可实现可变气门正时。

本实用新型一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，包括气门、进气道、排气道、传动机构、柱塞阀和离心装置，进气道、排气道分别与燃料供给部分的进气喉管和排气部分的排气管道相连；气门包括气门圆盘、气门轴和驱动齿轮，气缸盖面向气缸的一侧设有气门圆盘，气门圆盘上开有气孔，气门圆盘固定在气门轴上，气门轴通过气缸盖与驱动齿轮相连，气门通过传动机构与曲轴相连；在气缸盖上分别开有主进气道、主排气道和附进气道、附排气道，附进气道、附排气道分别位于主进气道、主排气道两侧，附进气道、附排气道内分别设有柱塞阀，用于控制附气道的开与关，柱塞阀的升降通过汽车电子控制单元ECU或离心装置控制，根据内燃机转速调整配气相位，从而实现可变气门正时；曲轴转动通过传动机构带动气门的驱动齿轮及气门圆盘随气门轴转动，实现气道的开与关，从而控制气缸的进气与排气。气门圆盘上开有的气孔截面形状为扇形，其截面圆心角为45°；主进气道、主排气道和附进气道、附排气道的截面形状为扇形，主进气道、主排气道截面圆心角为45°，以气门轴为圆心，相隔270°排列；柱塞阀的端面截面为扇形结构，附进气道及扇形柱塞阀的截面圆心角大小分别由配气相位角α和β决定，其大小分别为α/2、β/2；附排气道及扇形柱塞阀的截面圆心角大小分别由配气相位角γ和δ决定，其大小分别为γ/2、δ/2，进气道完全打开时的截面圆心角为45°+α/2+β/2，排气道完全打开时的截面圆心角为45°+γ/2+δ/2。柱塞阀可设置成一体式或分体式；柱塞阀的升降通过汽车电子控制单元ECU或离心装置控制：ECU控制部分包括转速传感器、ECU和步进电机，转速传感器安装在靠近曲轴的内燃机壳体上，用以收集曲轴转速信息，其信号线与ECU输入端相连，ECU输出端与步进电机相连，步进电机安装在气缸盖上直接控制柱塞阀门的升降。柱塞阀的升降通过离心装置控制时，在柱塞阀顶部设有凸块19，通过气缸盖与离心装置连接；离心装置安装在气门轴上(如图6所示)，其结构为：在气门轴上对称设置偶数个配重，通过连杆(14)连接在气门轴的固定块上，回位弹簧设置在气门轴上的固定块和滑块之间，滑块的两侧通过连杆(16)连接在连杆(14)上，可沿气门轴上下滑动，滑块上开有凹槽，与柱塞阀上的凸块连接，从而控制柱塞阀的升降。其工作原理为：当曲轴转速提高时，气门转速也同时提高，离心装置随着气门轴一同旋转，配重在离心力的作用下向外扩张，带动连杆14、16拉动滑块15向上运动，同时，柱塞阀在滑块15的带动下也向上运动，附气道被打开。转速越高，附气道开启程度越大，从而实现气门正时；转速下降时，滑块15在回位弹簧17的作用下回落。传动机构是由齿链或齿轴构成，使气门轴的转速是曲轴的转速的1/2。

本实用新型的优点是气门的转动运行平稳，不会阻滞内燃机的转速提高，可实现内燃机的高转速运行；气道无瓶颈，气道圆滑，气体通过阻力小，提高了进、排气效率和速度；取消了凸轮轴使该装置无振动和噪音，减少了无用功；结构简单、体积小。适用于以燃油或燃气为燃料的活塞式单缸或是多缸内燃发动机，尤其适用于要求转速较高的赛车和要求体积小重量轻的摩托车、发电机组和艇尾机等。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图，

图2是本实用新型的配气相位图，

图3是本实用新型气缸盖结构示意图，

图4是图3的A向剖视图，

图5是本实用新型附气道柱塞形阀工作原理示意图，

图6是本实用新型柱塞阀的离心装置示意图，

图中1气门圆盘，2气缸盖，3气门轴，4传动机构，5主进气道，6附进气道，7主排气道，8附排气道，9活塞，10曲轴，11柱塞阀，12驱动齿轮，13配重，14连杆，15滑块，16连杆，17回位弹簧，18固定块，19凸块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步叙述本实用新型的内容：

图1为本实用新型的整体结构示意图，包括气门、进气道、排气道、传动机构4、柱塞阀11和离心装置，进气道、排气道分别与燃料供给部分的进气喉管和排气部分的排气管道相连；气门包括气门圆盘1、气门轴3和驱动齿轮12，气缸盖2面向气缸的一侧设有气门圆盘1，气门圆盘1上开有气孔，气门圆盘1固定在气门轴3上，气门轴3通过气缸盖2与驱动齿轮12相连，气门通过传动机构4与曲轴10相连；其气缸盖结构如图3、图4所示，在气缸盖2上分别开有主进气道5、主排气道7和附进气道6、附排气道8，附进气道6、附排气道8分别位于主进气道5、主排气道7的两侧，附进气道6、附排气道8内分别设有柱塞阀11，用于控制附气道的开与关，柱塞阀11的升降通过汽车电子控制单元ECU或离心装置控制；曲轴10转动通过传动机构4带动气门的驱动齿轮及气门圆盘1随气门轴3转动，实现气道的开与关，从而控制气缸的进气与排气。

本实用新型的工作原理：当活塞自上止点(曲轴柄与气缸中心线夹角为0°)向下运动时，气门(旋转)由关闭(气门起始角度为0°)开始开启，气道开始打开，吸气冲程开始。当曲轴旋转90°时，气门旋转45°，气门孔与主进气道完全重合，气门处于完全开启状态，气流量最大。当曲轴旋转90°时，气门开始关闭，至180°进气道完全关闭，活塞处于下止点，吸气冲程完毕。当活塞由下止点向上运动时，压缩冲程开始，直至曲轴旋转360°，活塞处于上止点，压缩冲程结束(压缩过程中，进、排气道处于关闭状态)。此时，火花塞点燃混合气，高温高压燃气推动活塞向下运动，开始做功。当活塞再次到达下止点时，做功冲程完毕，气道依然保持关闭状态。当活塞自下止点向上运动时，排气道开启，当曲轴旋转630°、气门旋转315°时，气门孔与排气道重合，排气道完全开启，气流量最大。当曲轴旋转720°时活塞处于上止点，气门旋转360°，排气道关闭，排气冲程结束。在整个进气和排气过程中，曲轴旋转180°，气门旋转90°。本实施例中气门传动机构4是通过传动轴与曲轴相连，(多气门系统中，可共用一根轴驱动，各气门在以相同角速度旋转时，可根据需要相差任意相位)。至此，发动机完成一个工作循环，一个工作循环中，曲轴旋转两周，活塞往复运动两次，气门旋转一周，进气道、排气道各开合一次。

为了解决气门正时的问题，在主进气道和主排气道的两侧都设有附进气道和附排气道，附气道中设有扇形柱塞阀控制附气道开关。从配气相位图(图2所示)上可以看出活塞从上止点移到下止点的进气过程中，进气道会提前开启(α/2)和延迟关闭(β/2)。当发动机作功完毕，活塞从下止点移到上止点的排气过程中，排气道会提前开启(γ/2)和延迟关闭(δ/2)，气道重叠角为(β/2+γ/2)。怠速运转时附进气道和附排气道都关闭，气道无重叠角，随着转速提高，通过离心装置来调整内燃机的配气相位，使进气道提前α/2角开启，利用气体在排放时所造成的吸引力带来的牵引效应，来增加进气的效率，让进气歧管中的气体提前加速，同时让进气道推迟β/2角关闭，以增加汽缸的进气量：在做功冲程结尾，活塞接近下止点时，排气道也要提前γ/2角开启，利用气缸内部的气体压力提前排气，并在排气冲程结束时推迟δ/2角结束排气过程，利用排气惯性吸引剩余废气，使排气更加彻底。这样，在进气开始和结束时，进气道、排气道都有一个重叠相位，进气量、排气量峰值分别提前α/2角和γ/2角开始，并且分别推迟β/2角和δ/2角结束。而在低转速时附进气道、附排气道关闭，使内燃机在任何转速下都有较佳的动力输出与燃烧表现。附气道柱塞形阀工作原理(进气道和排气道相同)如图5所示：

图5a：附气道关闭(怠速时)

图5b：附气道半开(中低速时)

图5c：附气道全开(高速时)

低速时，附气道关闭，燃气和废气只经过主气道进出气缸，无配气相位无提前和滞后；随着内燃机转速慢慢提高，附气道柱塞阀开始开启。燃气和废气经过主气道和附气道进入气缸内，这时，附气道只是开启一小部分，附气道柱塞阀对燃气和废气还有一定的阻碍作用，因此，配气相位已经出现适量提前和滞后：在高速时，附气道完全开启，燃气和废气经过主气道和附气道时完全没有阻力，就相当于主气道提前开启和滞后关闭，这样，就使内燃机在整个运转过程中都有最佳的配气相位。此内燃机配气系统中气道是自上而下方向上的，因此，尤其适用于缸内直喷式内燃机。

Claims (8)

1、一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，包括气门、进气道、排气道、传动机构、柱塞阀和离心装置，进气道、排气道分别与燃料供给部分的进气喉管和排气部分的排气管道相连；其特征在于气门包括气门圆盘、气门轴和驱动齿轮，气缸盖面向气缸的一侧设有气门圆盘，气门圆盘上开有气孔，气门圆盘固定在气门轴上，气门轴通过气缸盖与驱动齿轮相连，气门通过传动机构与曲轴相连；在气缸盖上分别开有主进气道、主排气道和附进气道、附排气道，附进气道、附排气道分别位于主进气道、主排气道两侧，附进气道、附排气道内分别设有柱塞阀，柱塞阀的升降是通过汽车电子控制单元ECU或离心装置控制；曲轴转动通过传动机构带动气门的驱动齿轮及气门圆盘随气门轴转动，实现气道的开与关，从而控制气缸的进气与排气。

2、根据权利要求1所述的一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，其特征在于所述的气门圆盘上开有的气孔截面形状为扇形，其截面圆心角为45°。

3、根据权利要求1所述的一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，其特征在于所述的主进气道、主排气道和附进气道、附排气道的截面形状为扇形，主进气道、主排气道截面圆心角为45°，以气门轴为圆心，相隔270°排列。

4、根据权利要求1所述的一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，其特征在于所述的柱塞阀的端面截面为扇形结构，附进气道及扇形柱塞阀的截面圆心角大小分别由配气相位角α和β决定，其大小分别为α/2、β/2；附排气道及扇形柱塞阀的截面圆心角大小分别由配气相位角γ和δ决定，其大小分别为γ/2、δ/2，进气道完全打开时的截面圆心角为45°+α/2+β/2，排气道完全打开时的截面圆心角为45°+γ/2+δ/2。

5、根据权利要求1所述的一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，其特征在于所述的柱塞阀设置成一体式或分体式。

6、根据权利要求1所述的一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，其特征在于所述的柱塞阀的升降通过离心装置控制时，在柱塞阀顶部设有凸块(19)，通过气缸盖与离心装置连接。

7、根据权利要求1或6所述的一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，其特征在于所述的离心装置是在气门轴上对称设置偶数个配重，通过连杆(14)连接在气门轴的固定块上，回位弹簧设置在气门轴上的固定块和滑块之间，滑块的两侧通过连杆(16)连接在连杆(14)上，可沿气门轴上下滑动，滑块上开有凹槽，与柱塞阀上的凸块连接，从而控制柱塞阀的升降。

8、根据权利要求1所述的一种用于内燃机的可变气门正时配气装置，其特征在于所述的传动机构是由齿链或齿轴构成，使气门轴的转速是曲轴转速的1/2。

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