TWI613357B - 具雙減壓裝置之引擎 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種具雙減壓裝置之引擎，包括有一曲軸、一汽缸頭、一凸輪軸、一第一離心式減壓裝置及一第二離心式減壓裝置。第一離心式減壓裝置具有一第一配重部及一第一頂推部。第二離心式減壓裝置具有一第二配重部及一第二頂推部。透過上述兩組減壓裝置的作用，分別促使進氣閥門與排氣閥門之其一開啟第一微小揚程及第二微小揚程。藉此，大幅降低了引擎在第一個壓縮行程中的啟動扭矩需求，有效減少能量的損耗，因而可降低啟動馬達的規格需求。

Description

具雙減壓裝置之引擎

本發明係關於一種具雙減壓裝置之引擎，尤指一種適用於機車之具雙減壓裝置之引擎。

習知內燃機引擎中，為解決當引擎熄火停止後，於下次啟動時遇壓縮行程需克服較大阻抗之問題，發展出所謂的引擎減壓裝置，例如離心式減壓裝置，此類裝置在中華民國專利號I330216中有所揭露，並於中華民國專利號M418968中提出一種具減壓裝置之引擎，同時解決了組裝期間減壓心軸容易滑出凸輪軸而使頂桿掉落引擎內部腔室之問題。

然而，雖然上述具減壓裝置之引擎，已成功利用設置於汽缸頭中之離心式減壓裝置減少汽缸內之壓縮壓力，相較於未裝置減壓裝置之引擎在啟動過程中每個壓縮行程中啟動系統所產生之電壓及電流變化已有顯著地減小，有效減少能量的耗損，但若將焦點集中在引擎啟動馬達帶動曲軸旋轉的第一個壓縮行程上，則發現當引擎剛啟動時，曲軸轉速 低且轉動慣性力矩小，相對於第二個以後之壓縮行程而言，第一個壓縮行程的驅動扭矩需求仍然比較高，這也提升了啟動馬達規格的需求。

由上述情形，可知仍有可以再降低啟動馬達帶動曲軸旋轉克服第一個壓縮行程所耗損能量的空間，如此可使啟動系統所需要提供的啟動扭矩需求更低。發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可以解決上述問題之具雙減壓裝置之引擎，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種具雙減壓裝置之引擎，在啟動馬達帶動曲軸旋轉時，透過兩組離心式減壓裝置之設置，大幅降低了引擎在第一個壓縮行程中的啟動扭矩需求，有效減少能量的損耗，因而可降低啟動馬達的規格需求。

為達成上述目的，本發明之具雙減壓裝置之引擎包括有一曲軸、一汽缸頭、一凸輪軸、二減壓裝置。所述汽缸頭包括有一進氣閥門、一排氣閥門、一套設於一進氣搖臂軸之進氣搖臂及一套設於一排氣搖臂軸之排氣搖臂，用以控制進氣閥門與排氣閥門的開啟及關閉。此外，上述凸輪軸與曲軸連動，其包括有一進氣閥動凸輪及一排氣閥動凸輪，進氣閥動凸輪推動進氣搖臂轉動，促使進氣閥門開啟一進氣閥 揚程，排氣閥動凸輪推動排氣搖臂轉動，促使排氣閥門開啟一排氣閥揚程。二減壓裝置組設於凸輪軸，包括第一離心式減壓裝置及第二離心式減壓裝置。

藉由上述設計，第一離心式減壓裝置於曲軸之一第一預定轉速以下，作用於進氣搖臂及排氣搖臂之其一，使進氣閥門與排氣閥門之其一開啟一第一微小揚程，且第二離心式減壓裝置於曲軸之一第二預定轉速以下，作用於進氣搖臂及排氣搖臂之其一，使進氣閥門與排氣閥門之其一開啟一第二微小揚程。藉此，透過上述兩組減壓裝置的作用，分別促使進氣閥門與排氣閥門之其一開啟第一微小揚程及第二微小揚程，使得引擎在不同的曲軸旋轉角度及不同的轉速下皆可進行減壓作業。

上述第一預定轉速係低於第二預定轉速，且第一微小揚程係完全位於進氣揚程結束後與排氣閥揚程開始前之區間。藉此，在引擎剛啟動或在低轉速的情況下，汽缸中壓力所造成的阻力影響會越明顯，因此，本發明可在第一預定轉速以下同時啟動第一及第二離心減壓裝置，用以提升減壓效果；而隨著引擎轉速的增加，若轉速介於第一預定轉速及第二預定轉速之間時，可僅啟動第二離心減壓裝置來進行減壓；若在第二預定轉速以上時，則不啟動任一離心減壓裝置而回到正常組態之進氣閥揚程及排氣閥揚程。

上述第一離心式減壓裝置具有一第一配重部及 一第一頂推部，第一配重部設置於凸輪軸上，包括有一凸緣、一離心配重塊及一第一彈性件，第一頂推部設置於進氣搖臂軸及排氣搖臂軸之其一，包括有一頂推件、一第二彈性件及具有一減壓部之一減壓軸。

上述第二離心式減壓裝置具有一第二配重部及一第二頂推部，該第二配重部設同樣置於凸輪軸上，包括有一鏈輪、一離心塊及一第三彈性件，第二頂推部係穿設於凸輪軸內，包括有一減壓心軸及一頂桿。

上述凸輪軸可更包括二支撐軸承，其位於第一離心式減壓裝置之兩側。藉此，提供凸輪軸支撐承載之用，使凸輪軸得以順暢地轉動。

此外，上述第一離心式減壓裝置中，進氣搖臂及排氣搖臂之其一可更包括一被驅動部，該被驅動用以促使進氣搖臂及排氣搖臂之其一轉動，其包括以下兩種情況：減壓軸之一減壓部於第一預定轉速以下頂推頂推件，進而抵頂被驅動部以促使於進氣搖臂及排氣搖臂之其一轉動；減壓軸之減壓部於第一預定轉速以上，離心配重塊受離心力抵抗第一彈性件之預力，而帶動減壓軸轉動，促使減壓部不再頂推頂推件。

再者，上述頂推件可更具有一定位部、以及汽缸頭可更具有相對應之一止位部，於減壓部尚未頂推頂推件時，定位部受第二彈性件作用抵靠於止位部，使得頂推件在 未作動的情況下，讓定位部不易因外力或震動而產生偏移，而達到穩固該頂推件之效用。上述第二彈性件可為一扭轉彈簧，分別抵頂頂推件及進氣搖臂及排氣搖臂之其一。

上述第一離心式減壓裝置之離心配重塊樞設於凸緣，減壓軸穿設於凸緣之一減壓軸孔，凸緣固設於凸輪軸上。

上述第二離心式減壓裝置之鏈輪固設於凸輪軸上，而離心塊樞設於鏈輪上。藉此，當離心塊受離心力作用時，可相對固定於凸輪軸之鏈輪進行轉動，用以提供一慣量使得頂桿產生轉動效果。

本發明之具雙減壓裝置之引擎可更包括一直接連接於曲軸一端之啟動兼發電裝置，以及一用以控制啟動兼發電裝置之控制單元。藉此，該啟動兼發電裝置可在不同轉速下，透過控制單元判定當前該處於馬達或發電機之狀態，有效節能再利用。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

1‧‧‧具雙減壓裝置之引擎

2‧‧‧曲軸

3‧‧‧汽缸頭

30‧‧‧止位部

31‧‧‧進氣閥門

32‧‧‧排氣閥門

33‧‧‧進氣搖臂

331‧‧‧進氣搖臂軸

34‧‧‧排氣搖臂

341‧‧‧排氣搖臂軸

4‧‧‧凸輪軸

40‧‧‧鎖固座

41‧‧‧進氣閥動凸輪

42‧‧‧排氣閥動凸輪

5‧‧‧第一離心式減壓裝置

51‧‧‧第一配重部

510‧‧‧卡扣件

511‧‧‧離心配重塊

5111‧‧‧通孔

5112‧‧‧缺口

512‧‧‧第一彈性件

513‧‧‧凸緣

5131‧‧‧減壓軸孔

52‧‧‧第一頂推部

531‧‧‧頂推件

5311‧‧‧孔洞

5312‧‧‧定位部

532‧‧‧第二彈性件

533‧‧‧減壓軸

5330‧‧‧凸塊

5331‧‧‧減壓部

6‧‧‧第二離心式減壓裝置

61‧‧‧第二配重部

611‧‧‧鏈輪

612‧‧‧離心塊

6121‧‧‧凸塊

6122‧‧‧限位孔

613‧‧‧第三彈性件

614‧‧‧鎖固件

615‧‧‧插銷

616‧‧‧限位柱

62‧‧‧第二頂推部

621‧‧‧減壓心軸

6211‧‧‧溝槽

622‧‧‧頂桿

71‧‧‧支撐軸承

72‧‧‧支撐軸承

80‧‧‧被驅動部

81‧‧‧啟動兼發電裝置

A‧‧‧排氣閥揚程

B‧‧‧進氣閥揚程

C‧‧‧第一微小揚程

D‧‧‧第二微小揚程

圖1係本發明較佳實施例之具雙減壓裝置之引擎之剖視 圖。

圖2係本發明較佳實施例之具雙減壓裝置之引擎之立體圖。

圖3係本發明較佳實施例之具雙減壓裝置之引擎之立體剖視圖。

圖4係本發明較佳實施例之具雙減壓裝置之引擎之分解圖。

圖5係本發明較佳實施例之第一離心式減壓裝置之立體配置圖。

圖6係本發明較佳實施例之第一離心式減壓裝置之另一視角之立體配置圖。

圖7係本發明較佳實施例之第一離心式減壓裝置及第二離心式減壓裝置之俯視配置圖。

圖8係本發明較佳實施例之具雙減壓裝置之引擎之閥開啟揚程-曲軸旋轉角度之關係圖。

請參閱圖1至圖4，係本發明較佳實施例之具雙減壓裝置之引擎之剖視圖、立體圖、立體剖視圖及分解圖。圖中出示一種具雙減壓裝置之引擎1，包括有一曲軸2、一汽缸頭3、一凸輪軸4、一第一離心式減壓裝置5及一第二離心式減壓裝置6。如圖1所示，在本實施例中，曲軸2係與凸輪軸4連動，並於曲軸2的一端設有一啟動兼發電裝置81 (Integrated Starter and Generator,ISG)以及設有一用以控制啟動兼發電裝置之控制單元(圖未示)。本發明具雙減壓裝置之引擎所配置的啟動裝置，並不以啟動兼發電裝置為限，可為一般傳統型之啟動馬達。然而，本實施例所採用啟動兼發電裝置81之好處在於，該裝置兼具有動力輸出及發電之功能，可在不同轉速下透過控制單元判定目前該使用何種模式，藉以達到有效節能再利用。

本發明之汽缸頭3及凸輪軸4之設計，可一併參照圖5及圖6，係本發明較佳實施例之第一離心式減壓裝置之立體配置圖及另一視角之立體配置圖，其明顯地揭示出汽缸頭3及凸輪軸4之結構特徵。如圖所示，汽缸頭3包括有一進氣閥門31、一排氣閥門32、一套設於一進氣搖臂軸331之進氣搖臂33及一套設於一排氣搖臂軸341之排氣搖臂34，凸輪軸4設置於汽缸頭3內，固設有一進氣閥動凸輪41及一排氣閥動凸輪42。其中，進氣閥動凸輪41推動進氣搖臂33轉動促使進氣閥門31開啟一進氣閥揚程，排氣閥動凸輪42推動排氣搖臂34轉動促使排氣閥門32開啟一排氣閥揚程。

如圖4至圖6所示，在本實施例中，第一離心式減壓裝置5係用以驅動排氣搖臂34轉動，但亦可設計為驅動進氣搖臂33轉動，因此下述之排氣搖臂34皆可替換為進氣搖臂33，先予敘明。本發明之第一離心式減壓裝置5具有一第一配重部51及一第一頂推部52，該第一配重部51設置 於凸輪軸4上，包括有一離心配重塊511、一第一彈性件512及具有一減壓軸孔5131之一凸緣513。凸緣513固設於凸輪軸4上，離心配重塊511樞設於凸緣513並具有一通孔5111及一缺口5112，該通孔5111穿設一套有第一彈性件512之卡扣件510並將其固定於凸緣513上。第一頂推部52包括有上述之頂推件531、一第二彈性件532及具有一減壓部5331之一減壓軸533，該第二彈性件532係為一扭轉彈簧，分別連接頂推件531及排氣搖臂34。減壓軸533穿設於減壓軸孔5131中，減壓部5331並非一完整圓柱體，如圖6所示，從該視角可看出，減壓部5331靠頂推件531的一端具有一切平面，如此當減壓軸533轉動後才得以將壓力恢復。此外，於該減壓軸533之一頂面設有一凸塊5330，係與該離心配重塊511之缺口5112相卡合，用以帶動減壓部5331於第一預定轉速以下頂推第一頂推部52之一頂推件531，此外，如圖所示，排氣搖臂34更包括一被驅動部80，其穿過頂推件531之一孔洞5311，當減壓部5331於第一預定轉速以下頂推頂推件531時，連帶抵頂被驅動部80以促使排氣搖臂34轉動；相對地，當轉速於第一預定轉速以上時，離心配重塊511受離心力抵抗第一彈性件512之預力，而帶動減壓軸513朝反方向轉動，促使減壓部5331不再頂推頂推件531，也讓排氣搖臂34回到原本的位置上，因而關閉排氣閥門32。

再者，請同時參閱圖2，本實施例之頂推件531 具有一定位部5312、以及汽缸頭3具有一止位部30，於減壓部5331未頂推頂推件531時，定位部5312受第二彈性件532作用抵靠於該止位部30，使得頂推件531在未作動的情況下，讓定位部5312不易因外力或震動而產生偏移，而達到穩固頂推件531之效用。

接著，參照圖3及圖4，本發明另具有第二離心式減壓裝置6，其同樣分為兩大部分，包括有一第二配重部61及一第二頂推部62，在本實施例中，第二離心式減壓裝置6係用以驅動排氣搖臂34轉動，但亦可設計為驅動進氣搖臂33轉動，因此下述之排氣搖臂34皆可替換為進氣搖臂33，先予敘明。第二配重部61設置於凸輪軸4之末端，包括有一鏈輪611、一離心塊612及一第三彈性件613。鏈輪611係以二鎖固件614固定於一鎖固座40上，第三彈性件613分別連接離心塊612及鏈輪611，而離心塊612係以一插銷615作為樞轉軸線，使離心塊612樞設於鏈輪611上，其中，離心塊612鄰接鏈輪611之一側另具有一凸塊6121，其用以促使第二頂推部62之減壓心軸621轉動。此外，限位柱616穿過離心塊612之限位孔6122而鉚固於鏈輪611上，其作用為限制離心塊612相對於鏈輪611的轉動範圍。第二頂推部62係穿設於凸輪軸4內，包括有一減壓心軸621及一頂桿622。減壓心軸621之末端具有一溝槽6211，係與上述凸塊6121有對應關係，作為連動之機械結構，因此，當轉速於第二預定轉 速以下時，離心塊612帶動減壓心軸621旋轉，促使頂桿622頂推排氣搖臂34轉動；相對地，當轉速於第二預定轉速以上時，離心塊612受離心力抵抗第三彈性件613之預力，而帶動減壓心軸621朝反方向轉動，促使頂桿622不再頂推排氣搖臂34，也讓排氣搖臂34回到原本的位置上，因而關閉排氣閥門32。

此外，請參閱圖7，係本發明較佳實施例之第一離心式減壓裝置及第二離心式減壓裝置之俯視配置圖。上述具雙減壓裝置之引擎1可更包括二支撐軸承71,72，其位於第一離心式減壓裝置5之兩側。藉此，提供凸輪軸支撐承載之用，使凸輪軸得以順暢地轉動。

請參閱圖8，係本發明較佳實施例之具雙減壓裝置之引擎之閥開啟揚程-曲軸旋轉角度之關係圖。如圖所示，縱軸座標表示閥開啟揚程，橫軸座標表示曲軸旋轉角度。本發明所採用四衝程引擎之工作原理係依據汽缸內活塞移動的位置來區分，因此每隔180度依序到達一次上死點(T.D.C)或下死點(B.D.C)之位置，而由0度開始在每180度之區間內依序分為動力、排氣、進氣、壓縮四個工作行程，一般的閥揚程曲線包括有一排氣閥揚程A曲線及一進氣閥揚程B曲線。然而，當活塞在壓縮行程下，且此時引擎轉速過低或在啟動階段時，便可應用本發明之具雙減壓裝置之引擎1作動下所繪製出的一第一微小揚程C及一第二微小揚程D。在本實施 例中，第一離心式減壓裝置5於曲軸2之一第一預定轉速以下，作用排氣搖臂34，使該排氣閥門32開啟一第一微小揚程C；第二離心式減壓裝置6於曲軸2之一第二預定轉速以下，作用於排氣搖臂34，使排氣閥門32開啟一第二微小揚程D，其中，第一預定轉速係低於第二預定轉速，且第一微小揚程C完全位於進氣閥揚程B結束後與排氣閥揚程A開始前之區間。藉此，透過上述兩組離心式減壓裝置的設置，可分別促使排氣閥門開啟第一微小揚程及第二微小揚程，使得引擎在不同的曲軸旋轉角度及不同的轉速下可皆可進行減壓作業。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

32‧‧‧排氣閥門

34‧‧‧排氣搖臂

341‧‧‧排氣搖臂軸

4‧‧‧凸輪軸

40‧‧‧鎖固座

41‧‧‧進氣閥動凸輪

42‧‧‧排氣閥動凸輪

5‧‧‧第一離心式減壓裝置

51‧‧‧第一配重部

510‧‧‧卡扣件

511‧‧‧離心配重塊

5111‧‧‧通孔

5112‧‧‧缺口

512‧‧‧第一彈性件

513‧‧‧凸緣

5131‧‧‧減壓軸孔

52‧‧‧第一頂推部

531‧‧‧頂推件

5311‧‧‧孔洞

5312‧‧‧定位部

532‧‧‧第二彈性件

533‧‧‧減壓軸

5330‧‧‧凸塊

5331‧‧‧減壓部

6‧‧‧第二離心式減壓裝置

61‧‧‧第二配重部

611‧‧‧鏈輪

612‧‧‧離心塊

6121‧‧‧凸塊

6122‧‧‧限位孔

613‧‧‧第三彈性件

614‧‧‧鎖固件

615‧‧‧插銷

616‧‧‧限位柱

62‧‧‧第二頂推部

621‧‧‧減壓心軸

6211‧‧‧溝槽

622‧‧‧頂桿

71‧‧‧支撐軸承

80‧‧‧被驅動部

Claims (8)

1. 一種具雙減壓裝置之引擎，包括：一曲軸；一汽缸頭，包括有一進氣閥門、一排氣閥門、一套設於一進氣搖臂軸之進氣搖臂及一套設於一排氣搖臂軸之排氣搖臂；一凸輪軸，與該曲軸連動，設置於該汽缸頭內，包括有一進氣閥動凸輪及一排氣閥動凸輪，該進氣閥動凸輪推動該進氣搖臂轉動，促使該進氣閥門開啟一進氣閥揚程，該排氣閥動凸輪推動該排氣搖臂轉動，促使該排氣閥門開啟一排氣閥揚程；二減壓裝置，組設於該凸輪軸，包括第一離心式減壓裝置及第二離心式減壓裝置；一啟動兼發電裝置，連接於該曲軸一端；以及一控制單元，用以控制該啟動兼發電裝置；其中，該第一離心式減壓裝置於該曲軸之一第一預定轉速以下，作用於該進氣搖臂及該排氣搖臂之其一，使該進氣閥門與該排氣閥門之其一開啟一第一微小揚程，且該第二離心式減壓裝置於該曲軸之一第二預定轉速以下，作用於該進氣搖臂及該排氣搖臂之其一，使該進氣閥門與該排氣閥門之其一開啟一第二微小揚程。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具雙減壓裝置之引擎，其中，該第一預定轉速低於該第二預定轉速，且該第一微小 揚程係完全位於該進氣閥揚程結束後與該排氣閥揚程開始前之區間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具雙減壓裝置之引擎，其中，該凸輪軸更包括二支撐軸承，其位於該第一離心式減壓裝置之兩側。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具雙減壓裝置之引擎，其中，該第一離心式減壓裝置具有一第一配重部及一第一頂推部，該第一配重部設置於該凸輪軸上，包括有一凸緣、一離心配重塊及一第一彈性件，該第一頂推部設置於該進氣搖臂軸及該排氣搖臂軸之其一，包括有一頂推件、一第二彈性件及具有一減壓部之一減壓軸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具雙減壓裝置之引擎，其中，該第二離心式減壓裝置，具有一第二配重部及一第二頂推部，該第二配重部設置於該凸輪軸上，包括有一鏈輪、一離心塊及一第三彈性件，該鏈輪固設於該凸輪軸，該離心塊樞設於該鏈輪，該第二頂推部係穿設於該凸輪軸內，包括有一減壓心軸及一頂桿。
6. 如申請專利範圍第4項所述之具雙減壓裝置之引擎，其中，該進氣搖臂及該排氣搖臂之其一更包括一被驅動部，該減壓軸之該減壓部於該第一預定轉速以下頂推該頂推件，進而抵頂該被驅動部以促使於該進氣搖臂及該排氣搖臂之其一轉動；該減壓軸之該減壓部於該第一預定轉速以上，該離心配重塊受離心力抵抗該第一彈性件之預力，而帶動該減壓軸轉動，促使該減壓部不再頂推該頂推件。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具雙減壓裝置之引擎，其中，該頂推件更具有一定位部、以及該汽缸頭更具有一止位部，於該減壓部未頂推該頂推件時，該定位部受該第二彈性件作用抵靠於該止位部。
8. 如申請專利範圍第4項所述之具雙減壓裝置之引擎，其中，該凸緣固設於該凸輪軸，該離心配重塊樞設於該凸緣，該減壓軸穿設於該凸緣之一減壓軸孔。