氣門控制調節(jié)機構、調節(jié)方法及發(fā)動機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣門控制調節(jié)機構、調節(jié)方法及發(fā)動機，包括活塞氣缸組件，陣列分布在主軸的圓周方向上；氣門控制裝置，與所述主軸連接，所述氣門控制裝置包括通過轉動副連接的氣門控制飛輪和飛輪安裝座；位于所述氣門控制飛輪的上端面圓周方向設置有多個凸起，所述凸起與活塞氣缸組件中氣門組件的抵接；本方案中主軸驅動所述氣門控制飛輪旋轉，通過凸起實現對氣門組件開閉控制。實現了對氣門組件開閉的同軸控制，使氣門升程和開閉時機的調節(jié)變得非常方便，可以根據發(fā)動機工作狀態(tài)實時調節(jié)氣門升程和開閉時機，提升進排氣效率。
【專利說明】
氣門控制調節(jié)機構、調節(jié)方法及發(fā)動機
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機技術領域，尤其是涉及一種氣門控制調節(jié)機構、該調節(jié)機構的調節(jié)方法及應用上述調節(jié)結構的發(fā)動機。
【背景技術】
[0002]目前凸輪軸式氣門控制系統(tǒng)是絕大部分活塞發(fā)動機必不可少的部分，氣門控制系統(tǒng)控制氣門與氣缸組件的配合，氣門的升程及開閉時機等重要參數對發(fā)動機性能都有非常大的影響。傳統(tǒng)的凸輪軸氣門控制系統(tǒng)具有以下缺點:
[0003]—、傳統(tǒng)凸輪軸氣門控制系統(tǒng)體積龐大結構復雜，由于氣缸排列形式及曲軸結構限制，傳統(tǒng)配氣系統(tǒng)與曲軸不同軸，必須通過復雜的同步傳動機構才可以驅動配氣系統(tǒng)，使配氣系統(tǒng)變得復雜，結構不緊湊。
[0004]二、傳統(tǒng)凸輪軸氣門控制系統(tǒng)控制凸輪集成在凸輪軸上，一個排氣缸對應一根凸輪軸，氣缸數目較多時需要多排氣缸，就需要多組凸輪軸及其驅動系統(tǒng)，結構龐大。
[0005]三、傳統(tǒng)凸輪軸氣門控制系統(tǒng)，氣門升程由凸輪尺寸決定，氣門開閉時機由同步帶傳動決定。實現氣門升程和氣門開閉時機的動態(tài)調節(jié)相當困難，而氣門升程和開閉時機對發(fā)動機進排氣效率卻有較大的影響。
[0006]綜上，傳統(tǒng)的凸輪軸式氣門控制系統(tǒng)需要解決的技術問題如下:
[0007]1、簡化氣門控制機構的傳動機構，盡量實現同軸傳動，使氣門控制機構更加緊湊。
[0008]2、減少氣門控制機構的數量，并盡量滿足多缸氣門控制需求。
[0009]3、降低氣門升程及氣門開閉時機調節(jié)的難度，使氣門升程和開閉時機能夠根據發(fā)動機工況動態(tài)調節(jié)。
【發(fā)明內容】
[0010]本發(fā)明基于上述技術問題提供了一種氣門控制調節(jié)機構、該調節(jié)機構的調節(jié)方法及應用上述調節(jié)結構的發(fā)動機，以解決現有技術中存在的技術問題。
[0011 ]本發(fā)明公開的一種氣門控制調節(jié)機構，包括:
[0012]活塞氣缸組件，陣列分布在主軸的圓周方向上；
[0013]氣門控制裝置，與所述主軸連接，所述氣門控制裝置包括通過轉動副連接的氣門控制飛輪和飛輪安裝座；
[0014]位于所述氣門控制飛輪的上端面圓周方向設置有多個凸起，所述凸起與活塞氣缸組件中的氣門組件抵接；
[0015]所述主軸驅動所述氣門控制飛輪旋轉，通過凸起實現對氣門組件開閉控制。
[0016]進一步的，所述主軸通過行星齒輪系驅動所述氣門控制飛輪旋轉。
[0017]進一步的，所述氣門組件包括進氣門、排氣門和彈簧，所述進氣門和排氣門與機匣之間分別安裝所述彈簧，用于保持進氣門和排氣門在非控制狀態(tài)下處于常閉狀態(tài)。
[0018]進一步的，所述多個凸起間隔設置在所述氣門控制飛輪的上端面，所述凸起與各個活塞氣缸組件中的氣門組件的位置配合設置，形成兩圈環(huán)形控制軌道，以控制氣門組件的開閉。
[0019]進一步的，所述飛輪安裝座為筒形，其內壁與氣門控制飛輪通過螺旋副連接，所述飛輪安裝座的外壁設置螺紋。
[0020]進一步的，還包括氣門調節(jié)裝置，其與氣門控制裝置連接，所述氣門調節(jié)裝置用于調節(jié)氣門控制裝置升降，以調節(jié)氣門組件的升程和開閉時機。
[0021]進一步的，所述氣門調節(jié)裝置包括氣門調節(jié)驅動電機和飛輪安裝座調節(jié)齒輪；
[0022]所述氣門調節(jié)驅動電機驅動飛輪安裝座調節(jié)齒輪旋轉，所述飛輪安裝座調節(jié)齒輪通過螺旋副與飛輪安裝座外壁的螺紋連接，以調節(jié)飛輪安裝座的升降。
[0023]進一步的，所述活塞氣缸組件數量為奇數個。
[0024]—種根據上述的氣門控制調節(jié)機構的調節(jié)方法，該調節(jié)方法包括如下步驟:
[0025]步驟a，對于同一氣缸，所述排氣門開啟后，所述主軸旋轉180度時，所述氣門控制裝置驅動所述進氣門開啟，同時所述氣門控制裝置驅動所述排氣門關閉；
[0026]步驟b，所述主軸再次旋轉180度時，所述氣門控制裝置驅動所述進氣門關閉，所述排氣門保持關閉狀態(tài)；
[0027]步驟c，所述主軸再次旋轉360度時，所述氣門控制裝置驅動所述排氣門開啟，進入下一個循環(huán)；以使主軸每轉動720度/氣缸總數的角度后，氣門組件相隔一個漸次工作。
[0028]進一步，所述主軸與所述氣門控制飛輪的傳動比=氣缸總數+1;
[0029]每條控制軌道上凸起的數量=(氣缸總數+1)/2，每個所述凸起所占的角度=180度/(氣缸數+1)，以第一個凸起為起點，則后一個凸起與前一個凸起相距角度= 720度/(氣缸數+1)。
[0030]—種發(fā)動機，包括機體、主軸以及上述的氣門控制調節(jié)機構。
[0031]本發(fā)明的氣門控制調節(jié)機構，通過氣門控制飛輪，實現對氣門組件開閉的同軸控制，并通過合理的凸起布局，配合主軸及氣缸活塞位置，實現所有氣缸做功沖程在主軸旋轉周期中均勻分布，在整個空間布局中更為緊湊。
[0032]本發(fā)明的氣門控制調節(jié)機構的調節(jié)方法，合理地設置凸起及活塞的數量以及主軸與氣門控制飛輪的傳動比，利用主軸和各個氣門組件設定的角度關系對各個氣門的開閉時機進行調整，保障各氣門組件相隔一個漸次工作。
[0033]本發(fā)明提供的發(fā)動機，采用氣門控制調節(jié)機構，使氣門升程和開閉時機的調節(jié)更為便利，只需根據發(fā)動機工作狀態(tài)同步調節(jié)氣門控制飛輪的升降就可以根據發(fā)動機工作狀態(tài)實時調節(jié)氣門升程和開閉時機，提升進排氣效率。
【附圖說明】
[0034]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0035]圖1為本發(fā)明的結構不意圖；
[0036]圖2為圖1的C-C向剖視圖；
[0037]圖3為圖1的D-D向剖視圖；
[0038]圖4為氣門控制飛輪的結構示意圖；
[0039]圖5為氣門控制時序圖；
[0040]圖6為氣門控制飛輪上的凸起的布局圖。
[0041]附圖標記:
[0042]1-機體;2-活塞氣缸組件;3-主軸;4-氣門控制裝置;5-氣門調節(jié)裝置;6_行星齒輪系；21-氣門組件;41-氣門控制飛輪;42-飛輪安裝座;51-氣門調節(jié)驅動電機;52-飛輪安裝座調節(jié)齒輪;211-進氣門；212-排氣門；213-彈簧;411-凸起。
【具體實施方式】
[0043]下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0044]請參照圖1至圖4;
[0045]本發(fā)明提供的氣門控制調節(jié)機構，包括:
[0046]活塞氣缸組件2，陣列分布在發(fā)動機的主軸3的圓周方向上，包括氣缸、活塞、氣門組件21等。
[0047]氣門控制裝置4，與主軸3連接，所述氣門控制裝置4包括通過轉動副連接的氣門控制飛輪41和飛輪安裝座42;
[0048]位于氣門控制飛輪41上端面圓周方向設置有多個用于調節(jié)活塞氣缸組件中的氣門組件21開閉的凸起411;
[0049]主軸3通過行星齒輪系6驅動氣門控制飛輪41同步旋轉，通過凸起411實現對氣門組件21開閉控制，以使各活塞氣缸組件間隔漸次推進工作。
[0050]具體的:
[0051 ]氣門控制飛輪41為筒形，氣門控制飛輪41的內圈設有齒輪，該齒輪與主軸3之間連接有行星齒輪系6，與主軸3按比例同向旋轉，多個凸起411間隔設置在氣門控制飛輪41的上端面，且凸起411與各個活塞氣缸組件2中的氣門組件21的位置配合設置，形成兩圈環(huán)形控制軌道，以控制氣門組件的開閉，保證各氣缸相隔漸次推進工作，使各氣缸工作時間在主軸3旋轉周期中均勻分布，確保發(fā)動機動力平穩(wěn)輸出。
[0052]氣門控制飛輪安裝座42為圓筒式結構，圓筒內壁設置螺紋，用于通過螺旋副連接氣門控制飛輪41，圓筒外周設置螺紋，圓筒底部圓周上均勻設置多條軸，多條軸與機匣通過移動副連接。氣門控制飛輪安裝座42的作用是在保證氣門控制飛輪正常轉動條件下，可以攜帶氣門控制飛輪41進行升降。
[0053]優(yōu)選地，氣門組件21包括進氣門211、排氣門212和彈簧213，進氣門211和排氣門212與機匣之間分別安裝彈簧213，用于保持進氣門211和排氣門212在非控制狀態(tài)下處于常閉狀態(tài)。
[0054]本發(fā)明的氣門控制飛輪41的上端面上的凸起411，等同于傳統(tǒng)的氣門控制凸輪軸的凸輪曲面，以驅動氣門組件21的開閉。
[0055]對于多缸發(fā)動機，各氣缸工作周期需要在主軸3轉動相位上均勻分布，以使發(fā)動機輸出更加平穩(wěn)。由于活塞氣缸組合的熱工循環(huán)有四個沖程，主軸3每旋轉一周每組活塞氣缸有且只能完成兩個沖程，因此主軸3必須轉動兩周，各工作氣缸才能完成一次熱工循環(huán)，為了實現工作氣缸在主軸3兩周轉動中均勻工作，氣缸工作必須相隔漸次推進。因此氣缸個數優(yōu)選為奇數，且相隔一個漸次做功。
[0056]氣門組件21的控制必須與氣缸工作周期匹配，具體請參照圖5:工作情況為:以氣缸I排氣門212開啟時機為起點，則主軸3旋轉b角度后，氣缸2排氣門開啟；主軸3再轉動b角度后氣缸3排氣門開啟，依次類推，主軸3旋轉180度后氣缸I排氣門關閉、進氣門開啟，主軸3旋轉b+180度后氣缸2排氣門212關閉、進氣門開啟，主軸3旋轉360度后氣缸I進排氣門均關閉，氣缸I進入壓縮、做功沖程，主軸3旋轉b+360度后氣缸2進、排氣門均關閉，氣缸2進入壓縮、做功沖程。依次類推，主軸3旋轉720度后氣缸I排氣門開啟，完成一個熱工循環(huán)，后面氣缸依次類推。
[0057]參照幾何關系:a = 360度/汽缸數、b = 720度/氣缸數、c = 360度+360度/氣缸數。根據氣門開閉控制需求，氣門控制飛輪41每旋轉a角度，則主軸3應旋轉c角度，即:360度+360度/氣缸數=360度/氣缸數X傳動比，因此主軸3與氣門控制飛輪41的傳動比=氣缸數+1。
[0058]凸起411應分別集成的凸起數=(氣缸數+1)/2,每個進、排氣軌道的凸起411所占角度=180度/(氣缸數+1)，以第一道凸起411為起點，則后一道凸起411與前一道凸起411相距角度= 720度/(氣缸數+1)。
[0059]以7個氣缸為例，如圖6:根據上述算法則每個凸起411占22.5度，進、排氣門212分別設置在兩條控制軌道上，每90度設置一組進排氣凸起411，主軸3旋轉720度，氣門控制飛輪旋轉90度。
[0060]本發(fā)明在工作過程中，當活塞行程減小，活塞速度較小，進排氣速度較低，上止點會比較靠近氣缸頂部，為了不與氣門沖突，氣門升程需要比較小，并提前關閉排氣門212。[0061 ]當活塞行程增大后，活塞速度較快，進排氣速度較大，上止點遠離氣缸頂部，為了提高進排氣效率，需要比較大的氣門升程，并推遲進氣門211關閉。
[0062]本發(fā)明還設計一套氣門調節(jié)裝置5，使氣門升程及開閉時機與活塞行程相匹配。
[0063]請再次參照圖1和圖3，本專利中的氣門調節(jié)裝置5，其優(yōu)選通過螺旋副調節(jié)氣門控制裝置4升降，以調節(jié)氣門組件21的升程和開閉時機。
[0064]具體的，該氣門調節(jié)裝置5包括氣門調節(jié)驅動電機51和飛輪安裝座調節(jié)齒輪52;氣門調節(jié)驅動電機51驅動飛輪安裝座調節(jié)齒輪52旋轉，飛輪安裝座調節(jié)齒輪52通過螺旋副調節(jié)飛輪安裝座42的升降。
[0065]優(yōu)選地，飛輪安裝座調節(jié)齒輪52為圓筒狀設計，其內壁設置螺紋，外壁設置齒輪。其內壁與飛輪安裝座42通過螺旋副連接，飛輪安裝座調節(jié)齒輪52的外部齒輪與氣門調節(jié)驅動電機51的齒輪嚙合，整個齒輪與機體I通過轉動副連接。作用是承受飛輪安裝座42的各向載荷，并將氣門調節(jié)驅動電機51轉動轉換為飛輪安裝座42的升降。
[0066]優(yōu)選地，氣門調節(jié)驅動電機51采用伺服電機，其通過齒輪與飛輪安裝座調節(jié)齒輪52嚙合，作用是根據控制指令調節(jié)氣門升程和開閉時機。
[0067]本領域技術人員應當理解，上述對氣門調節(jié)機構的結構只是作為本實施的一個優(yōu)選實施方式，在相同或相似原理作用下，本實施例的氣門調節(jié)機構對氣門安裝座的升降功能，還可以用液壓伺服作動器來實現，其結構相對簡單。
[0068]采用本專利提供的氣門控制調節(jié)機構，與現有技術對比的優(yōu)勢有:
[0069]1、利用內齒式進氣門控制飛輪，實現對氣門組件開閉的同軸控制。
[0070]2、將所有控制凸起集成在相鄰的兩道凸軌上，在整個空間布局中更為緊湊。
[0071]3、由于氣門控制機構的同軸設計，使氣門升程和開閉時機的調節(jié)更為便利，只需根據發(fā)動機工作狀態(tài)同步調節(jié)氣門控制飛輪的升降就可以根據發(fā)動機工作狀態(tài)實時調節(jié)氣門升程和開閉時機，提升進排氣效率。
[0072]4、通過合理的凸起布局，配合主軸及氣缸活塞位置，實現所有氣缸做功沖程在主軸旋轉周期中均勻分布。
[0073]本發(fā)明還提供了一種上述氣門控制調節(jié)機構的調節(jié)方法，包括如下步驟:
[0074]步驟a，對于同一氣缸，所述排氣門開啟后，所述主軸旋轉180度時，所述氣門控制裝置驅動所述進氣門開啟，同時所述氣門控制裝置驅動所述排氣門關閉；
[0075]步驟b，所述主軸再次旋轉180度時，所述氣門控制裝置驅動所述進氣門關閉，所述排氣門保持關閉狀態(tài)；
[0076]步驟c，所述主軸再次旋轉360度時，所述氣門控制裝置驅動所述排氣門開啟，進入下一個循環(huán)；以使主軸每轉動720度/氣缸總數的角度后，氣門組件相隔一個漸次工作。
[0077]所述主軸與所述氣門控制飛輪的傳動比=氣缸總數+1;
[0078]每條控制軌道上凸起的數量=(氣缸總數+1)/2，每個所述凸起所占的角度=180度/(氣缸數+1)，以第一個凸起為起點，則后一個凸起與前一個凸起相距角度= 720度/(氣缸數+1)。
[0079]這里需要解釋的是，本專利中凸起所占的角度指的是凸起兩端分別與環(huán)形的控制軌道的圓心形成的夾角。
[0080]氣門調節(jié)驅動電機51驅動氣門控制飛輪41下沉時，氣門升程減小，排氣門212推遲開啟并提前關閉，進氣門211推遲開啟，準時關閉；可以適當截留燃氣增加下次循環(huán)的空燃比，防止活塞上止點附近與氣門位置沖突。
[0081]活塞行程增加，發(fā)動機工作容積增大，氣門控制飛輪41在氣門調節(jié)驅動電機51驅動下上升，氣門升程增大，排氣門212準時開啟準時關閉，進氣門211準時開啟推遲關閉；可以適當增大進排氣通道增加進排氣面積和延遲進氣時間，使進排氣效率更高。
[0082]此外，本發(fā)明還提供了一種發(fā)動機，該發(fā)動機包括機體、主軸以及如上述的氣門控制調節(jié)機構。
[0083]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種氣門控制調節(jié)機構，其特征在于，包括: 活塞氣缸組件，陣列分布在主軸的圓周方向上； 氣門控制裝置，與所述主軸連接，所述氣門控制裝置包括通過轉動副連接的氣門控制飛輪和飛輪安裝座； 位于所述氣門控制飛輪的上端面圓周方向設置有多個凸起，所述凸起與活塞氣缸組件中的氣門組件抵接； 所述主軸驅動所述氣門控制飛輪旋轉，通過凸起實現對氣門組件開閉控制。2.根據權利要求1所述的氣門控制調節(jié)機構，其特征在于:所述主軸通過行星齒輪系驅動所述氣門控制飛輪旋轉。3.根據權利要求1所述的氣門控制調節(jié)機構，其特征在于:所述氣門組件包括進氣門、排氣門和彈簧，所述進氣門和排氣門與機匣之間分別安裝所述彈簧，用于保持進氣門和排氣門在非控制狀態(tài)下處于常閉狀態(tài)。4.根據權利要求1所述的氣門控制調節(jié)機構，其特征在于:多個所述凸起間隔設置在所述氣門控制飛輪的上端面，所述凸起與各個活塞氣缸組件中的氣門組件的位置配合設置，形成兩圈環(huán)形控制軌道，以控制氣門組件的開閉。5.根據權利要求1所述的氣門控制調節(jié)機構，其特征在于:所述飛輪安裝座為筒形，其內壁與氣門控制飛輪通過螺旋副連接，所述飛輪安裝座的外壁設置螺紋。6.根據權利要求1所述的氣門控制調節(jié)機構，其特征在于:還包括氣門調節(jié)裝置，其與氣門控制裝置連接，所述氣門調節(jié)裝置用于調節(jié)氣門控制裝置升降，以調節(jié)氣門組件的升程和開閉時機。7.根據權利要求6所述的氣門控制調節(jié)機構，其特征在于:所述氣門調節(jié)裝置包括氣門調節(jié)驅動電機和飛輪安裝座調節(jié)齒輪； 所述氣門調節(jié)驅動電機驅動飛輪安裝座調節(jié)齒輪旋轉，所述飛輪安裝座調節(jié)齒輪通過螺旋副與飛輪安裝座外壁的螺紋連接，以調節(jié)飛輪安裝座的升降。8.根據權利要求1-8任一項所述的氣門控制調節(jié)機構的調節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟a，對于同一氣缸，所述排氣門開啟后，所述主軸旋轉180度時，所述氣門控制裝置驅動所述進氣門開啟，同時所述氣門控制裝置驅動所述排氣門關閉； 步驟b，所述主軸再次旋轉180度時，所述氣門控制裝置驅動所述進氣門關閉，所述排氣門保持關閉狀態(tài)； 步驟c，所述主軸再次旋轉360度時，所述氣門控制裝置驅動所述排氣門開啟，進入下一個循環(huán)；以使主軸每轉動720度/氣缸總數的角度后，氣門組件相隔一個漸次工作。9.根據權利要求8所述的氣門控制調節(jié)機構的調節(jié)方法，其特征在于，所述主軸與所述氣門控制飛輪的傳動比=氣缸總數+1; 每條控制軌道上凸起的數量=(氣缸總數+1)/2，每個所述凸起所占的角度=180度/(氣缸數+1)，以第一個凸起為起點，則后一個凸起與前一個凸起相距角度= 720度/(氣缸數+I)。10.—種發(fā)動機，其特征在于，包括機體、主軸以及如權利要求1-7任一項所述的氣門控制調節(jié)機構。
【文檔編號】F01L13/00GK106014525SQ201610601545
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月27日
【發(fā)明人】柳平
【申請人】柳平