CN86108730A - 弹力延迟阀 - Google Patents

Abstract

一种阀装置，该装置有一往复式阀(4)，受弹簧(3)的偏压力处于关闭状态。弹簧(3)位于两个弹簧支座(1)和(2)之间，支座(1)和(2)之间的距离在阀的运动方向上是可变的。相应杆(8、10和9、11)与支座(1和2)呈运行连接，并由凸轮盘25操纵同步工作，将阀移至开启位置。与此同时，至少在开启运动的初始位置保持两支座(1和2)之间的距离不变。

Description

本发明涉及内燃机中常用往复式阀的操作。这类阀通常称之为“提升阀”，与一凸轮装置联合使用。使用这种组合装置是为了使内燃机“吸气”。在大多数四冲程发动机中，每个气缸通常设置一个进气阀和一个出口或排气阀。

为了更好地确定这种往复式阀的打开和关闭特性，人们已经作了很多不同的研究，从普通的挺杆式、摇杆式和阀簧式到更为新颖的机械控制式。然而，要使该类阀达到理想的工作特性，总得考虑制造的成本和可靠的性能。机械控制式阀，虽然可以给出较好的开启和关闭的包迹，但制造成本高且运行时的噪声大。

从理论上讲，每个阀（排气或进气）都应做成能够很快提升高度，并在整个设计周期保持打开状态，而后又很快关闭。但是，要想达到这一要求，实际上是很困难的。因为凸轮轮廓的凸变会产生噪声和过大的磨损。况且，阀和弹簧的总重量限制着很快加速，否则，就会对其中的每个元件施加过大的变形力。

本发明的目的在于提供一种改进的阀装置，它用弹性装置使往复式阀受偏压而处于关闭状态，该弹性装置配置在两个支座之间，两支座在阀的运动方向上的间距是可变的。该改进的阀装置所配置的驱动装置将一个支座移动，从而使阀件与其连接将阀从关闭位置向开启位置运动;同时至少在阀运动的最初阶段移动另一个支座，以保持支座间的距离。

本发明的优点在于阀的打开过程和复位弹簧或流体的受力过程不再是一个单一的作用，即在必要构件有效工作的综合考虑过于复杂而导致几乎所有内燃机原设计受限制时，阀的打开和使复位弹簧压缩产生很大荷载，但时间很短。

本发明保持采用众所周知的阀门齿轮元件，加之机械控制的基本构思，是一种半机械控制式阀装置。该装置保持了一般齿轮系的简单性，又具备了最好的机械控制的严格准确的操作性能。

本发明可以采用陡峭分度平顶凸轮又无与本课题相关连的一般固有的各种机械上的问题。

为了更好地理解本发明和具体的实施，结合下列附图用具体实例进行说明。

图1表示本发明的基本原理，它附有一个提升阀。

图2是图1所示的凸轮盘的平面图。

图3是本发明配置有电磁驱动器的一个实施例。

图4是对图1驱动装置的一种改型。

图5是图1凸轮盘的轮廓剖面。

图6是本发明配置有顶置凸轮系统实施例的端部正视图。

图7是图6的侧面正视图。

图8是图6中凸轮/从动部件接触角度的变化位置。

图9是图8的一种变型。

图10是本发明一个凸轮顶置实例的组合布置。

图11是图10的凸轮轮廓图。

图12是顶置凸轮盘的总体布置。

图13是图12的一种变型。

图14是凸轮一端内侧与外侧面的布置。

图15是能够提升阀加速打开的一个轴装置。

现在参照附图，图1是表示顶置型单一提升阀4的理想化的总体布置，即单一提升阀4直接装在气缸28的上方。进气或排气管道27设置在阀4和歧管29之间，气缸盖26采用水冷。这种可用于任何种类的内燃机中应是显而易见的，阀相对于活塞顶可以成任意角度，且可以是旁路阀，或任何其他形式的布置结构。

图1中取代常用的单一摇杆是一种有二个可绕枢轴转动的摇杆8，10和9，11的摇杆组件，枢轴为支承轴14和15，二个摇杆的枢点大致在各自的中点，支承轴带有肩台16、17。在该实施例中，摇杆8、10和9，11可以作平行运动，摇杆各臂的长度，在支承轴14和15的两侧是理想的，可以根据需要选取希望的任意长度。摇杆的位移由凸轮盘25的具体布置实现，图2是凸轮盘25的轮廓平面图，图5是凸轮盘25的周面轮廓图。图1中所示的凸轮盘25的横截面是图5中所示的截面Ⅹ-Ⅹ的剖面视图。凸轮盘25装在固定立轴20并可以自由转动，使凸轮盘25转动的装置是轮齿或链轮部件23。当然，凸轮盘25的转动可采用任何适当的装置，如皮带、链条、电动机、液压装置、气压装置等等。

上摇杆8、10的一端顶靠在凸轮盘25的上表面，而对置端的结构形式为阀盖6和阀簧座或支座1构成。所示的该摇杆是一种刚性的整体结构，当然也可以用挠性的或可挠枢轴转动的结构来取代和用组合式结构。因此，该阀是以现有阀结构装置中所采用的方式和阀座/阀盖1，6相连接。

阀4安装在阀套5中。如果阀4假设为进气阀，那么，将会看到的是，图5已经按下列方式分解成四冲程的循环过程图：“a”/“b”为点火冲程;“b”/“c”为排气冲程;“c”/“d”为进气冲程和“d”/“a”为压缩冲程。凸轮盘的上表面在“b”/“c”和“c”/“d”段急剧上升，这相当于通常凸形凸轮的切断侧面。当然，凸轮盘上表面的极陡峭上升待在平稳状态终止，保持在进气冲程“c”/“d”的几乎整个范围内。该保持凸轮盘上表面最高位置的平稳状态的终点有一个突然向下的斜面，该斜面是在“c”/“d”和“d”/“a”段之内。这第二个斜面相当于一般凸形凸轮的关闭段。

摇杆8、10顶靠在凸轮盘25的上表面并配置有一个凸轮从动件12。凸轮盘25的转动将导致由从动件12驱动的摇杆8，10与“b”/“c”和“c”/“d”段之间的斜面相接触，从而使杆10上升和杆8下降。因为杆8是与阀盖6和阀4相连接并与阀簧座1成为一体，所以，凸轮盘25的作动显然会导致阀打开（即加速向下），弹簧压缩顶住阀簧座或支座2，并随着从动件12到达关闭斜面位置终止与平稳状态的凸轮上表面最高位置接触，弹簧就相反作用。这除去双驱动斜面之外，是与其它任何阀打开/关闭的顺序有类似的作用。

这种动作顺序，正如上面所述的那样，是假定阀簧座2如通常的阀装置那样的刚性结构。但是，在本发明中，将会看到的是，阀簧座2是安装在摇杆9、11上或与摇杆9、11相连接。所以，弹簧3是装在二个可移动的阀座1和2之间，弹簧3不再是一个固定的弹力构件;（它可以具有任一强度和谐振敏度）而且阀座1和2之间的可变间距能在循环的任一位置使弹簧具有适当的弹力。例如，若阀座2能以同样的速度并与阀座1相平行的准确向下运动的话，则弹力3就呈现不出其弹力。但是，阀却是被打开的。这种情况是假定弹簧3是在阀座1和2之间具有足够的能确保凸轮从动件12和13贴附于凸 轮盘25轮廓表面的弹力条件下的。若凸轮盘25的凸轮下侧轨迹不具有这一特性，则摇杆9、11会保持刚性。然而，图5指出的是在“bc”/“cd”位置或在“bc”/“cd”周围，有与上表面斜面平行上升的表面轮廓。这将意味着从动杆12和13有相同的轨迹，使摇杆8、10和9、11以相同的方向和相同的速率运动。

在图4中，凸轮盘25改用双盘结构，这就给出了进一步控制和改型的可能性，其中凸轮盘25a可以和凸轮盘25b一起或独立地被驱动。

图3和图4提供了一种可供选择的电磁致动器和静电致动器，实现使阀起始打开功能的方法。在本发明中，由于消除了开启顺序的弹簧荷载，要求打开电磁系统中阀所需的能量将大大下降，从而能设想一种实用的装置。况且，因为电磁阀能够保持某一给定的位置，一旦达到这一位置，只须适中的能量。因此有理由认为采用这样的装置来启动阀及弹性组件使其提升到希望的高度。一旦达到这一高度，电磁阀就固定住这一高度，同时使机械凸轮给复位弹簧施加延时的弹力。一旦实现了所希望的打开时间或间隔，供给电磁阀的能量既可完全切断或者减少，这样一来，能让复位弹簧将其能量施加于不受限制的阀组件上并以常用方式将阀关闭。然而，若再次给电磁阀施加脉冲能量，且在阀到达其阀座4a前某一点施加此能量的话，则其结果将是使阀组件减速。（可以设想别的固定，中间停顿，或切断各种状态和/或位置的解决方案）。

图3示出了一种与单侧凸轮盘25结合使用的电磁阀30，该凸轮轨迹设置在凸轮盘的下侧面。图1的中心轴20改用其内装有可自由转动的电磁驱动销柱31的中空柱19，该中空柱19可以是分离 件或像如图所示为缸盖结构26的一部分。摇杆8、10有一个与销柱31顶部呈绕枢轴可转动结合的从动件12，借以确保由电磁阀30在销柱31产生的任一运动直接传递给摇杆8，10。

当凸轮盘25如前所述的在到达“bc”/“cd”位置上以连续方式转动时，对电磁阀30的任何电输入将会使销柱31向上运动并远离电磁阀30。这将导致摇杆像图1所描述的那样相同方式运动，又无须提供一个凸轮的上表面。图5的下轮廓为弹簧3提供一个在电磁阀30通电时的张紧压力的作用而移动的机构。因此，保持平稳状态的最高位置不再是机械凸轮轮廓与从动件相接触的结果。阀打开状态的时间及其开度，在本实施例中是电磁阀的电输入及其输入时间的函数。

有了该系统，对阀正时的新探讨成为可能。即有可能采用例如与点火配分网相结合的微处理机，用来确定特种阀的驱动以及阀停顿时间（保持平稳状态的最高位置）、上升时间（阀的行程范范）和减速及近关闭状况。

就进气阀而言，在此将要描述的那样，能进一步设想这种装置的灵敏度问题。例如，若假设图3示出的是一个进气阀组件，则若需要在“bc”/“cd”位置给电磁阀30供给打开的脉冲信号，图5的下轮廓G将连续在打开动作之后的位置立即施加弹力（不考虑初始的位移量）。阀一旦打开，只要给电磁阀供给足够电能使阀克服弹簧力，阀就能保持打开状态。因此，这就给阀配置了一个根据需要程度使下一冲程相重叠的机构。

图6和7是体现本发明延时弹力原理的一种顶置凸轮布置的二个视图。该实施例在工作功能上是与图1所述的结构相类似，但卡尺型 摇杆改用均由多个凸轮的凸轮轴34驱动的阀的定向挺杆12和张紧罩32。在本实施例中，可以看出本发明的多用性。顶置的凸轮轴是一个好的结构形式，并二个基本凸轮轮廓代替这种单凸轮轮廓的技术方案是一个发展。由图6和7所示的布置突出了实施的简单程度。凸轮25d和25c的轮廓表明图1和2的凸轮盘25所示的结构是相类似的，其中打开和保持平稳状态凸轮25d的上升斜面相当于凸轮25c上的倒轮廓，即凸轮25c上的下降段是凸轮25d上升段的镜式轮廓。这就意味着当凸轮轴34如所示方向转动时，凸轮25d上的上升斜面致使从动件12将阀4打开，而与罩装置32连接的从动件13a也以相同的方向和相同的加速速率运动。这使罩32、顶部弹簧座1、阀4、弹簧3和下部弹簧座2一起运动，而不对弹簧3施加任何压缩力。但是，若上升斜面的高度超过倒斜面的长度时，在到达最高点之前弹簧3受压缩，从而使阀处于其临界的逃逸速度内。由于弹簧座2与罩32连接，所以，弹簧座3同样延迟加压是显然可实现的，这如图1所叙述的方式相同。因此，凸轮轴（例如轴34）显然能与图1和图2的卡尺型机构结合使用。况且，图1和图2中所示的凸轮盘可以操作多个阀。

图8和图9表示凸轮斜面或凸角运动时的凸轮和从动件接触角度的变化情况。高度的增加使从动件呈现出完全不同的径向间距，所示的摇杆心轴组件14，16给出了静止状态的基准面位置1D，随着凸轮斜面的作用，基准面位置向上移动，通过基准位置（2D/3D/4D/5D），从动件12对着逐渐增大的凸轮面角度。

所示的各增量是均匀的，也就是说，是滑动而不是步进式运动。凸轮轨迹/从动件的间距的这种变化过程能较充分的保持接触的面积和进一步减小高度突变。图9表示周面向内的状态。

图10是顶置型凸轮盘的一种结构布置，齿轮驱动装置23与馈送轴20连接，该馈送轴与凸轮盘25联接，依次与两组从动件接触，即该结构如同有一个由凸轮盘的各侧面同时产生相同的致动作用。具有两组凸轮轮廓（见图11），这就意味着在四冲程运行中凸轮盘会以四分之一的发动机速度转动，而不是常见的以二分之一的发动机速度转动。因此，当凸轮盘25转动时，凸轮盘的从动件的反作动导致6a、b使弹簧座1致动，罩32使弹簧座2致动。因此，这种相同的压缩循环被认为如同前述实施例一样，而已叙述过的各种变型能认为也是用于这种布置。

图12也是一种顶置型凸轮盘的布置结构。但是在本实施例中，弹簧3和二个弹簧座1和2是对开式凸轮盘结构的组成部分，即阀簧座1和阀盖6位于如图4中所示的凸轮盘上部，而阀簧座2和阀盖23位于下部。当然，这种构件也配置有组合形的驱动齿轮23，当凸轮盘组件转动时，凸轮盘23、1的摆动动作伴随着相同循环的压缩顺序，如同本原理的其它变型一样。但是，阀4通过支承固定的接头37与阀簧座1呈自由转动但总是接通的方式相连接。所以，将会理解的是，该阀是不能转动，仅限于往复运动。

图13是图4的一种直接变型，它是双凸轮盘结构。但是，顶部凸轮盘25a已被省略，图中黑色箭头T表示任一希望有的装置可认为是为本装置的上半部配置的，例如，先前所叙述过的电磁阀等。主要部分包括图4中的那样，可以对弹簧件作进一步的组合，并除去阀4之外的装置都期望能转动。但是，若希望弹簧3和阀簧座1保持不动的话，那未就需要有二个滑动型阀簧座和一个防止转动的装置。在本实施例中，标号件25b/2a/2b/2/7的往复运动是固定的从动件13a、13b的转动牵连的结果。

图14是一种适用于图6和7所述那样的类似装置的一种凸轮内外侧面的安排。但是，外件39有打开斜面和平稳状态段，而内件38有常用的倒打开下降斜面，外加弹簧压缩斜面。从动件12和13是如同先前所叙述的一样。转动方向如空心箭头R所示，操作运行方向（由从动件12和13操纵运动）由空心的黑箭头所示。

图15是一个无需转动凸轮直接作动的能使阀加速打开的轴装置，即凸轮的导缘或斜面改用一个可栓住螺栓的装置，该装置对阀施加以线性力，使阀到达开启位置。轴45带有横孔的驱动弹簧48装入其内的气缸47，弹簧48支撑阀簧的调节帽44，该调节帽固定在孔内。这是一种类似于所叙述过的弹簧。该装置还配置了一个罩46，以保证弹簧48在受到凸轮斜面42所给的压力后保持压缩状态，直到弹簧运动到阀4正上方的阻挡壁凸面为止。这就能使弹簧48可以延伸并驱动系留活塞41向下、向外运动。这样一来，推动阀4又无须平稳段39。因此，阀4被加速到平稳顶部39相同的高度，并且随后即处于打开的位置。

尽管上面是通过把本发明用于内燃机中的实例作出的说明，但是本发明显然适用于要求阀重复打开和关闭的任何设备中。

Claims (10)

1、一种阀装置，该装置用弹性机构使往复式阀受偏压而处于关闭状态，弹性机构可在其两个支座之间伸缩，两支座的间距在阀的运动方向上可以变化，该装置还配置有驱动装置，驱动装置将一个支座移动，从而使与其呈运行连接的阀离开关闭位置，向开启位置运动，与此同时，该驱动装置驱动另一支座，以保持支座间的距离，至少在阀门开始运动时保持两支座距离不变。

2、根据权利要求1所述的阀装置，其驱动装置包括与各支座相应连接的枢轴杆。

3、根据权利要求2所述的阀装置，其驱动装置有一平面凸轮，该凸轮围绕一个与阀运动方向平行的轴转动，该凸轮至少有一个与一个枢轴驱动杆相接合的凸轮面。

4、根据权利要求3所述的阀装置，平面凸轮有分别与枢轴驱动杆相接合的两个凸轮面。

5、根据权利要求2所述的阀装置，其中另一个枢轴驱动杆与电磁阀工作的装置联接。

6、根据权利要求2所述的阀装置，其驱动装置包括一对平面凸轮，这对凸轮绕同轴转动，该轴平行于阀的运动方向，每个凸轮都有一个凸轮面与相应的枢轴驱动杆相接合。

7、根据权利要求1所述的阀装置，其驱动装置包括一个可转动的凸轮组件，该凸轮组件围绕一个与阀运动方向相垂直的轴转动，该凸轮组件的凸轮面与安装在支座件上的凸轮从动件相接合。

8、根据权利要求1所述的阀装置，其驱动装置有一个凸轮，该凸轮围绕阀件同心旋转，并与一个使凸轮旋转的驱动齿轮联接，该凸轮至少有一个凸轮面与支座的其中一个相接合。

9、根据权利要求8所述的阀装置，其中凸轮有二个凸轮与相对应的支座相接合。

10、根据权利要求8所述的阀装置，其中另一个支座由上述凸轮以外的装置驱动。

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