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內燃機進排氣閥驅動裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510101926.4

申請日:

2015.03.09

公開號:

CN104895635A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F01L 1/344申請日:20150309|||公開
IPC分類號: F01L1/344; F01L13/00 主分類號: F01L1/344
申請人: 常州嶸馳發動機技術有限公司
發明人: 楊魯川; 武冠軍
地址: 213023江蘇省常州市鐘樓區玉龍路213號812室
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510101926.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.02.16|||2016.02.03|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種內燃機進排氣閥驅動裝置,包括凸輪(1);第一傳遞件(2);第二傳遞組件(3),所述第二傳遞組件包括支承軸(30)和滾輪(31);相位調節件(4),所述相位調節件上設有導向槽(41)以及支承部分(40),該相位調節件可繞所述支承部分的轉動中心(P4)轉動;所述第二傳遞組件的支承軸可移動地設置于相位調節件的導向槽中,所述滾輪分別抵靠在第一傳遞件和凸輪上;其特征在于,第一傳遞件具有一個工作面(20,24或29),該工作面為以凸輪的轉動中心(P1)為圓心的圓弧面;并且R4≥R2+R31。其中:R4:凸輪的轉動中心與相位調節件的轉動中心之間的距離;R2:凸輪最大半徑;R31:滾輪的半徑。

權利要求書

權利要求書
1.  一種內燃機進排氣閥驅動裝置,包括凸輪(1);第一傳遞件(2);第二傳遞組件(3),所述第二傳遞組件(3)包括支承軸(30)和滾輪(31);相位調節件(4),所述相位調節件(4)上設有導向槽(41)以及支承部分(40),所述相位調節件(4)可繞所述支承部分(40)的轉動中心(P4)轉動;所述第二傳遞組件(3)的支承軸(30)可移動地設置于所述相位調節件(4)的導向槽(41)中,所述滾輪(31)分別抵靠在第一傳遞件(2)和凸輪(1)上;其特征在于,所述第一傳遞件(2)具有一個工作面(20,24或29),該工作面(20,24或29)為以所述凸輪(1)的轉動中心(P1)為圓心的圓弧面;并且
R4≥R2+R31
其中:
R4:凸輪(1)的轉動中心(P1)與相位調節件(4)的轉動中心(P4)之間的距離;
R2:凸輪(1)最大半徑;
R31:滾輪(31)的半徑。

2.  根據權利要求1所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述第一傳遞件(2)為一個細長體,其中部設有支承孔(21),其一端的側面設有用于所述第二傳遞組件(3)的所述滾輪(31)接觸的工作面(20),其另一端設有驅動面(22)。

3.  根據權利要求1所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述第一傳遞件(2)為一個細長體,其一端設有支撐軸部分(23),其一端的側面設有用于所述第二傳遞組件(3)的所述滾輪(31)接觸的工作面(24),其另一端設有驅動面(25)。

4.  根據權利要求1所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述第一傳遞件(2)為一個中空圓柱體(26),所述中空圓柱體(26)的中部設有隔板(27),從而形成封閉的圓柱形空腔(28),中空圓柱體(26)的隔板(27)的另一側上設有用于支承所述第二傳遞組件(3)的所述滾輪(31)的工作面(29)。

5.  根據權利要求1所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述導向槽(41)的中心線(c)過所述相位調節件(4)的轉動軸(40)的轉動中心(P4)。

6.  根據權利要求1至5之一所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述相位調節件(4)的一端設有齒輪部分(42),另一端上設有所述導向槽(41),所述導向槽(41)沿著所述相位調節件(4)的長度方向延伸。

7.  根據權利要求6所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述相位調節件(4)為一個倒置的U型體,U型體的底部設有所述的齒輪部分(42),而U型體的兩個側壁上分別設有所述導向槽(41)。

8.  根據權利要求7所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述導向槽(41)具有槽底(43),U型體的兩個側壁與所述導向槽(41)槽底(43)相對的側面上設有支承部分(40),所述支承部分(40)的中心線與相位調節件(4)的轉動中心(P4)重合。

9.  根據前述權利要求之一所述的內燃機進排氣閥驅動裝置,其特征在于,所述的支承部分(40)是圓柱形的凸起、盲孔或通孔。

說明書

說明書內燃機進排氣閥驅動裝置
技術領域
本發明涉及一種內燃機進排氣閥驅動裝置,包括凸輪;第一傳遞件;第二傳遞組件,所述第二傳遞組件包括支承軸和滾輪;相位調節件,所述相位調節件上設有導向槽以及支承部分,所述相位調節件可繞所述凸起的轉動中心轉動;所述第二傳遞組件的支承軸可移動地設置于所述相位調節件的導向槽中,所述滾輪分別抵靠在第一傳遞件和凸輪上。
背景技術
日本專利申請特開平5-231116中公開了一種可單獨調節一個氣門的相位的可變氣門正時機構。該機構中設有一個導向架,導向架的一端由驅動機構驅動,另一端可轉動地連接在凸輪軸上,該導向架上設有導向槽;在凸輪與氣門搖臂之間設有將凸輪的運動傳遞給搖臂的運動傳遞構件,該運動傳遞構件安裝在上述導向槽中,運動傳遞構件與凸輪的接觸點、運動傳遞構件與搖臂的接觸點以及凸輪的轉動中心這三個點位于同一直線上。由驅動機構驅動導向架繞凸輪軸轉動,導向架即帶動導向槽中的運動傳遞構件圍繞凸輪軸的軸心轉動,由此來設定氣門的開啟和關閉相位,即調節氣門正時。在凸輪的運轉過程中,運動傳遞構件沿著上述導向槽往復移動,將凸輪的運動傳遞給搖臂。
根據特開平5-231116的可變氣門正時機構,在對氣門的相位進行調節時氣門升程也會隨之改變(參見特開平5-231116圖8(a)和(b))。然而氣門升程的變化必然會對內燃機的性能產生影響,因此,在實際應用中,希望在改變氣門正時盡可能減少氣門升程的改變,或者能夠維持氣門升程不變。
發明內容
本發明的目的是提供一種內燃機進排氣閥驅動裝置,該裝置在對氣門的相位進行調整時給氣門最大升程帶來的影響較小,或者能夠維持氣門的最大升程不變。
為實現上述發明目的,根據本發明提供一種內燃機進排氣閥驅動裝置,包括凸輪;第一傳遞件;第二傳遞組件,所述第二傳遞組件包括支承軸和滾輪;相位調節件,所述相位調節件上設有導向槽以及支承部分,所述相位調節件可繞所述支承部分的轉動中心轉動;所述第二傳遞組件的支承軸可移動地設置于所述相位調節件的導向槽中,所述滾輪分別抵靠在第一傳遞件和凸輪上;其中,所述第一傳遞件具有一個工作面,該工作面為以所述凸輪的轉動中心為圓心的圓弧面;并且凸輪的轉動中心與相位調節件的轉動中心之間的距離大于或等于凸輪最大半徑與滾輪的半徑之和。即:
R4≥R2+R31
其中:
R4:凸輪的轉動中心與相位調節件的轉動中心之間的距離;
R2:凸輪最大半徑;
R31:滾輪的半徑。
在根據本發明的裝置中,當凸輪的轉動中心與相位調節件的轉動中心之間的距離大于凸輪最大半徑與滾輪的半徑之和時,與現有技術相比相位調節前后的氣門最大升程的變化很小,且這個距離越接近凸輪最大半徑與滾輪的半徑之和,相位調節前后的氣門最大升程的變化越小;當凸輪的轉動中心與相位調節件的轉動中心之間的距離等于凸輪最大半徑與滾輪的半徑之和時,相位調節前后的氣門的最大升程是相同的、不變的。
具體而言,根據本發明,將相位調節件的轉動中心設置在遠離凸輪軸的轉動中心的位置上,而且凸輪的轉動中心與相位調節件的轉動中心之間的距離大于凸輪最大半徑與滾輪的半徑之和,當第二傳遞組件在凸輪的驅動下運動時,第二傳遞組件逐漸向調節元件的轉動中心靠近。因此,在相位調節的范圍內,第二傳遞組件被凸輪推動而沿導向槽移動到最高位置的落點集合為一段圓弧,該圓弧的長度小于現有技術中對應的落點集合的圓弧的長度,第二傳遞組件被凸輪推動而沿導向槽移動到最高位置的落點集合的圓弧長度,與最終用于驅動內燃機進排氣閥開啟和關閉的第一傳遞件所形成的杠桿比的變化成正比。由于這個杠桿比的變化又與氣門的最大升程成正比,所以不難理解,在根據本發明的裝置中,杠桿比變化范圍相對較小。也就是說,在進行相同程度的相位調節時,本發明裝置的氣門的最大升程變化要比現有技術的小。
根據本發明,如果凸輪的轉動中心與相位調節件的轉動中心之間的距離等于凸輪最大半徑與滾輪的半徑之和,在相位調節的范圍內,第二傳遞組件的滾輪的轉動中心被凸輪推動而沿導向槽移動到最高位置的落點集合就變為一個點,并且這個點距凸輪的轉動中心的距離等于凸輪最大半徑與滾輪半徑之和。此時,無論將開啟相位調節到可調范圍內的任何位置,在凸輪的推動下第二傳遞組件的滾輪的轉動中心最終都會位移至與相位調節件的轉動中心重合,最終杠桿比都是相同的。其結果是,在任意開啟相位時的氣門的最大升程都相同,到達最大升程的相位也是相同的。
根據本發明,所述第一傳遞件為一個細長體,其中部設有支承孔,其一端的側面設有用于所述第二傳遞組件的所述滾輪接觸的工作面,所述工作面為以所述凸輪的轉動中心為圓心的圓弧面,其另一端設有驅動面。
根據本發明,所述第一傳遞件為一個細長體,其一端設有支撐軸部分,其一端的側面設有用于所述第二傳遞組件的所述滾輪接觸的工作面,所述工作面為以所述凸輪的轉動中心為圓心的圓弧面,其另一端設有驅動面。
根據本發明,所述第一傳遞件為一個中空圓柱體,所述中空圓柱體的中部設有隔板,從而形成封閉的圓柱形空腔,中空圓柱體的隔板的另一側上設有用于支承所述第二傳遞組件的所述滾輪的工作面。
根據本發明,所述導向槽的中心線過所述相位調節件的轉動軸的轉動中心。
根據本發明,所述相位調節件的一端設有齒輪部分,另一端上設有所述導向槽,所述導向槽沿著所述相位調節件的長度方向延伸。
根據本發明,所述相位調節件為一個倒置的U型體,U型體的底部設有所述的齒輪部分,而U型體的兩個側壁上分別設有所述導向槽。
根據本發明,所述導向槽具有槽底,U型體的兩個側壁與所述導向槽槽底相對的側面上設有支承部分,所述支承部分的中心線與相位調節件的轉動中心重合。
根據本發明,所述的支承部分是圓柱形的凸起、盲孔或通孔。
附圖說明
圖1是示意性表示根據本發明的第一種實施方式的立體圖;
圖2是圖1所示裝置A-A向的局部剖視圖;
圖3a是根據本發明的第一實施方式中相位調節件的立體圖;
圖3b是根據本發明的第一實施方式中相位調節件的主視圖;
圖3c沿附圖3b中B-B線的剖視圖;
圖4a是根據本發明的第二實施方式的示意性立體圖;
圖4b是圖4a的局部剖視圖;
圖5a是根據本發明的第三實施方式的示意性立體圖;
圖5b是圖5a的主視圖;
圖5c是圖5b中沿C-C線的局部剖視圖;
圖6a和圖6b示意性表示根據本發明的第一實施方式中的裝置處于中置位置的狀態,其中,圖6a表示內燃機進排氣閥即將開啟的狀態,圖6b表示內燃機的氣門達到升程最大的狀態;
圖7a和圖7b示意性表示根據本發明的第一實施方式中的裝置處于提前位置的狀態,其中,圖7a表示內燃機進排氣閥即將開啟的狀態,圖7b表示內燃機的氣門達到升程最大的狀態;
圖8a和圖8b示意性表示根據本發明的第一實施方式中的裝置處于滯后位置的狀態,其中,圖8a表示內燃機進排氣閥即將開啟的狀態,圖8b表示內燃機的氣門達到升程最大的狀態;
圖9示意性表示根據本發明的第一實施方式處于中置位置、提前位置和滯后位置時氣門升程與曲軸轉角的關系;
圖10a是現有技術驅動裝置中各個零部件之間的尺寸和位置關系;
圖10b是根據本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置中各個零部件之間的尺寸和位置關系;
圖10c是將現有技術中各個零部件之間的尺寸和位置關系與根據本發明的各個零部件之間的尺寸和位置關系表示在一幅圖中,以便于比較;
圖11a和圖11b表示根據本發明的裝置的一種特殊實施方式,其中,圖11a是立體圖,圖11b是圖11a的局部剖視圖;
圖12是圖11a和圖11b所示特殊實施方式的氣門升程與曲軸轉角的關系曲線。
具體實施方式
下面針對本發明具體實施方式的描述所涉及的水平、垂直、上、下、左、右均以附圖,尤其是附圖1中所示意性表示的具體實施方式而言。即,圖1中的水平方向為描述中的水平方向,圖1中的垂直方向為描述中的垂直方向,圖1中向上的方向為描述中的上,圖1中向下的方向為描述中的下。描述中的水平、垂直、上、下、左、右僅為方便理解清楚理解本發明的具體實施方式。
圖1是示意性表示根據本發明的第一種實施方式的立體圖。其中,簡單表示了一個內燃機的氣門6,該氣門6并非本發明裝置的一部分,而是由本發明裝置驅動的負載。在本發明的相關附圖中也涉及到該氣門6,目的在于進一步清楚地表示根據本發明的裝置如何輸出驅動以及該驅動如何作用于負載。
圖2是根據本發明的裝置的局部剖視圖,其中清楚地表示了根據本發明的一個實施方式所包含的組成部分以及其中各個組成部分之間的位置關系以及相互配合的運動關系。
如圖2所示,根據本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置包括一個由圖中未示出的外部驅動機構驅動的凸輪1。凸輪1具有基圓部分10和從基圓部分10突出的凸起部分12。凸起部分12上距離凸輪1轉動中心P1最遠的點與凸輪1轉動中心P1之間的連線為凸輪1的最大半徑R2。凸輪1上還設有用于安裝凸輪軸11的通孔。從圖2可以看出,凸輪1上從Q2點沿順時針方向旋轉到Q1點的部分是凸輪1的基圓部分10;而從Q1點順時針方向旋轉到Q2點的部分為凸輪1的凸起部分12。其中,Q0點是凸輪1上凸起部分12的最大半徑R2所在位置。凸輪1可以固定安裝在凸輪軸11上,并可圍繞著凸輪軸11的中心P1轉動。
在根據本發明的第一實施方式中,根據本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置還包括第二傳遞組件3。第二傳遞組件3由支承軸30和滾輪31組成。如圖2所示,滾輪31抵靠在凸輪1上,與其緊密接觸并將在凸輪1的驅動下運動。滾輪31在凸輪1的驅動下所做的運動包括兩部分,即圍繞著支承軸30的轉動中心P3的旋轉運動,以及直線運動(此部分運動將在下面做進一步詳細描述)。在本實施方式中,滾輪31為扁平的盤狀,中間具有用于容納滾輪31的支承軸30的通孔。
在根據本發明的第一實施方式中,根據本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置還包括第一傳遞件2。在本實施方式中,如圖2所示,第一傳遞件2是一個細長件,即一根杠桿,或者是通常所稱的搖臂。如圖2所示,該杠桿以其左端的下側的工作面20抵靠在滾輪31上,其中部通過通孔21支承在第一傳遞件軸5上。第一傳遞件軸5可以圍繞其轉動中心P2轉動。第一傳遞件2的另一端22---圖2中的右端---抵靠在內燃機的氣門6的上端上。顯然,第一傳遞件2的另一端22與氣門6的接觸點到其轉動中心P2的距離構成杠桿的一個臂長;而第一傳動件2的工作面20與滾輪31的接觸點至其轉動中心P2的距離構成杠桿的另一個臂長。兩個臂長之比,即為本實施方式中的杠桿比。
在本實施方式中,第一傳遞件2與滾輪31配合的工作面20是與凸輪1的基圓部分10同心的圓弧面。
在根據本發明的第一實施方式中,根據本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置還包括相位調節件4。附圖3a-c分別以立體圖、主視圖和剖視圖的形式進一步詳細表示了相位調節件4的具體結構。下面將結合附圖2和附圖3a-c對根據本發明的第一實施方式中的相位調節件4做進一步描述。
如圖3a所示,相位調節件4的正面投影基本上呈扇形狀。扇形的上部圓弧部分上設有齒輪部分42,用于與圖中未示出的驅動部分的相應齒輪或齒輪部分嚙合,從而在該外部驅動部分的驅動下繞其轉動軸40的轉動中心P4轉動。當然,該齒輪部分42僅僅是一種具體實施方式。其他可以實現驅動相位調節件4的驅動結構均可用于根據本發明的此部分。例如,蝸輪蝸桿結構、齒輪齒條結構、外部的凸輪、偏心輪等其他推拉機構。
如圖3a所示,相位調節件4的側面呈倒置的U型。顯然,這個倒置的U型的底部外側設置著上述齒輪部分42,而U型的兩條腿的內側設有導向槽41。在本實施方式中,導向槽41具有槽底43(具體參見附圖3c)。在相位調節件4外側壁上,即在倒置的U型的兩條腿的外側上,設有凸起40。在根據本發明的第一實施方式中,凸起40呈圓柱狀。在本實施方式中,設有兩個凸起40,兩個凸起40沿著圖3a中所示的中心線對稱地設置在相位調節件4的兩側。兩個圓柱形凸起40同心設置,其中心在附圖2中表示為P4。當然,圓柱形的凸起是本實施方式中的一種具體結構。任何能夠允許相位調節件4沿中心線回轉的結構均可運用于本發明裝置中的這部分。例如,一對通孔或一對盲孔等等。
如圖2所示,根據本發明的第一實施方式中的第二傳遞組件3的支承軸30的兩端分別位于相位調節件4的導向槽41中,并可沿著導向槽41的側壁、在側壁的引導和約束下移動。而滾輪31與第一傳遞件2的左端一起位于相位調節件4的倒置的U型的兩條腿之間。
如圖2所示,在根據本發明的第一實施方式中,凸輪1、第二傳遞組件3和內燃機的氣門6均位于第一傳遞件2的一側,即位于其下側。
在根據本發明的第一實施方式中,凸輪1的轉動中心P1與相位調節件4的轉動中心P4之間的距離R4大于或等于凸輪1最大半徑R2與滾輪31的半徑R31之和。
上述幾何尺寸關系的數學表達式為:
R4≥R2+R31
其中:
R4:凸輪1的轉動中心P1與相位調節件4的轉動中心P4之間的距離;
R2:凸輪1最大半徑;
R31:滾輪31的半徑。
    與此同時,在非驅動狀態下第一傳遞件2上的工作面20是一個以凸輪1的轉動中心P1為中心的圓弧面。
在本實施方式中,當凸輪1的轉動中心P1與相位調節件4的轉動中心P4之間的距離R4等于凸輪1最大半徑R2與滾輪31的半徑R31之和時,可以實現無論將開啟相位調節到可調范圍內的任何位置,氣門的最大升程始終不變。這是根據本發明的一個特殊的、最佳的實施方式。
當凸輪1的轉動中心P1與相位調節件4的轉動中心P4之間的距離R4大于凸輪1最大半徑R2與滾輪31的半徑R31之和時,與現有技術相比,相位調節前后的氣門的最大升程的變化很小,且這個距離越接近凸輪1的最大半徑R2與滾輪31的半徑R31之和,相位調節前后的氣門最大升程的變化越小。根據本發明的裝置,在調整相位時,氣門最大升程變化很小或不變的原理將在下面結合附圖10b做進一步詳細說明。
根據本發明的具體實施方式,只要能夠與凸輪1、第一傳遞件2和相位調節件4三者同時接觸并能夠把凸輪1的運動傳遞給第一傳遞件2,第二傳遞組件3可以有各種不同的形式。例如,第二傳遞組件3至少可以有以下幾種形式:
(1)                    第二傳遞組件3是一根軸,這根軸的中間部分與凸輪1接觸,兩端部分分別與升程調節元件4和第一傳遞件2接觸。當然,也可以是軸的兩端與凸輪1接觸,而中間部分與升程調節件4和第一傳遞件2接觸。
(2)                    第二傳遞組件3是一根中間帶有凸起部分的軸,其中間的凸起部分與凸輪1抵靠而兩端分別與相位調節件4和第一傳遞件2接觸。
(3)                    第二傳遞組件3是一根變直徑軸,其兩端各帶一個直徑相同的部分,兩直徑相同的部分分別與升程調節元件4和第一傳遞件2接觸,直徑相同的部分之間的軸部分與凸輪1接觸。
(4)                    第二傳遞組件3是一根變直徑軸,其中間帶一個凸起部分而兩端各帶一個直徑相同成為一對的端部,中間的凸起部分與凸輪1接觸,兩端部分別與相位調節件4和第一傳遞件2接觸。
根據本發明的具體實施方式,只要相位調節件4能夠在外部驅動機構的驅動下繞自身的轉動中心轉動,從而使第二傳遞組件3相對于凸輪1產生圓周方向的位移,且其導向槽41的中心線c過轉動中心P4,則相位調節件4的具體形狀不限于本說明書所給出的示例的形狀。
在以下的其他實施方式中,在各個零部件的幾何尺寸關系上,總是遵從凸輪1的轉動中心P1與相位調節件4的轉動中心P4之間的距離R4大于或等于凸輪1最大半徑R2與滾輪31的半徑R31之和。與此同時,在根據本發明的裝置中,第一傳遞件2上的工作面20、側壁工作面24或隔板工作面29是一個以凸輪1的轉動中心P1為圓心的圓弧面。由此而帶來的優點和有益效果如上所述,不再贅述。
附圖4a-b示出了根據本發明的第二實施方式。在本實施方式中,各組成部分及名稱與上述第一實施方式相同,只是其中的第一傳遞件2的形狀有所變化并且各組成部分的位置或連接關系與第一實施方式不同。在此將詳細描述根據本發明的第二實施方式中與第一實施方式中不同的部分,相同部分參見上述,不再贅述。
如圖4a-b所示,在根據本發明的第二實施方式中,第一傳遞件2為一個細長件。這個細長體本身呈長方形,長方形的中部設有開口。在開口的兩個相對的側壁的上部設有用于支承滾輪31的支承軸30的側壁工作面24。在本實施方式中,側壁工作面24是以凸輪1的轉動中心P1為圓心的圓弧面。該細長的第一傳遞件2的一端設有用于容納支承軸23的孔,另一端的下側設有驅動面25。在本實施方式中,第一傳遞件2的中部是一個貫通的凹槽,即上述的開口。上述側壁工作面24是凹槽的兩個側壁的上端面,滾輪31的支承軸30支承在該凹槽側壁的上端面上。而在本實施方式中,滾輪31本身的一部分(圖中的下側部分)則穿過該貫通的凹槽凸出到第一傳遞件2之外。
在本實施方式中,如圖4a-b所示,凸輪1、相位調節件4、第二傳遞組件3均位于第一傳遞件2的上側,而內燃機的氣門6則位于第一傳遞件2的下方。這僅僅是根據本發明的裝置中組成部分所處的位置不同,各個組成部分的功能以及相互之間的配合運動或驅動關系與第一實施方式相同。
圖5a-c表示了根據本發明的第三種實施方式。與上述第二實施方式類似,第三實施方式與第一實施方式中相同的部分不再贅述,僅對其中的不同部分做進一步的描述。
在根據本發明的第三實施方式中,第二傳遞件2的形狀不再是細長體狀,而是一個中空圓柱體,附圖5c中以附圖標號26表示該中空圓柱體。參見附圖5a和5c,該中空圓柱體26的下部是一個帶底27的圓筒,圓筒的內腔在附圖5c中以附圖標號28表示。而中空圓柱體26的上部,在圓筒的底27的外表面上設有兩個從中空圓柱體的底27的外表面向上延伸、相互間隔的支承隔板。支承隔板的上表面上設有隔板工作面29。在本實施方式中,隔板工作面29是以凸輪1的轉動中心P1為圓心的圓弧面。如圖5a和5c所示,隔板工作面29的上側是向下凹陷的圓弧狀。在根據本發明的第三實施方式中,滾輪31的支承軸30的兩端分別支承在第二傳遞件2,即中空圓柱體上面的支承隔板的隔板工作面29上,并可在隔板工作面29上自由滾動。
在根據本發明的第三實施方式中,凸輪1、相位調節件4和第二傳遞組件3與內燃機的氣門6相對設置,即分別設置在第二傳遞件2的兩側。
下面參照附圖6-8,以根據本發明的第一實施方式的結構為例,詳細說明根據本發明的裝置的工作原理,其他實施方式的工作原理與之相同,不再贅述。
圖6-圖8示意性地表示根據本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置處于不同相位時的工作狀態。其中,圖6a和圖6b表示相位調節件4處于中置位置的狀態,圖7a和圖7b表示相位調節件4處于提前位置的狀態,而圖8a和圖8b表示相位調節件4處于滯后位置的狀態。
圖6a、7a、8a表示內燃機進排氣閥即將開啟的狀態;圖6b、7b、8b表示內燃機的氣門達到升程最大的狀態。
在圖6a、6b、7a、7b、8a、8b中,Q0表示凸輪1的凸起部分半徑最大點,即外表面的最高點;Q1表示凸輪1的升程起始點,即外表面上開始脫離基圓部分10的點;Q2表示凸輪1的升程結束點,即外表面上開始回歸基圓部分10的點;P1A是從凸輪軸11的轉動中心P1向下延伸的一條直線,在如圖所示的實施方式中,直線P1A為內燃機進排氣閥的相位基準,Q1點與滾輪31接觸時P1A與P1Q1的夾角θ0為氣門的開啟相位。此外,在以下結合上述各圖所做的描述中,規定凸輪1按逆時針方向轉動,如圖中箭頭所示。
1.相位調節件4處于中置位置
在本實施方式中,如圖6a、6b所示,導向槽41的中心線c沿凸輪軸11的徑向方向延伸,其與凸輪軸11的轉動中心P1和相位調節件4的轉動中心P4的連結線P1P4重合,此時的相位調節件4所處的位置稱為中置位置,氣門6的開啟相位為θ0。
在本實施方式中,第二傳遞組件3的轉動中心P3位于相位調節件4的轉動中心P4的下方,角θ0的兩條邊分別為P1A和P1P3。凸輪1的一個運動周期可分為三個階段,第一階段是凸輪1的基圓部分10與滾輪31接觸的階段;第二階段是凸輪1的工作曲面Q1Q0與滾輪31接觸的階段;第三階段是凸輪1的工作曲面Q0Q2與滾輪31接觸的階段。
在第一階段,凸輪1的基圓部分10與第二傳遞組件3的滾輪31接觸。凸輪1的轉動,僅僅帶動滾輪31繞轉動軸30轉動,即滾輪31不推動第一傳遞件2繞第一傳遞件軸5的轉動中心P2擺動,氣門6在圖中未示的氣門彈簧的作用下處于關閉位置。在此期間,第二傳遞組件3的轉動中心P3的位置保持不變。
當凸輪1轉動到圖6a所示的位置時,凸輪1的升程起始點Q1開始與滾輪31接觸,越過該升程起始點Q1后凸輪1的運動便進入第二階段。當凸輪1繼續沿逆時針方向轉動時,凸輪1的工作曲面Q1Q0在推動滾輪31沿順時針方向滾動的同時還對滾輪31產生向上的推力。滾輪31開始克服圖中未示的氣門彈簧的阻力向上移動,轉動軸30受到導向槽41的約束而沿壁面410向上移動,從而將凸輪1的運動傳遞給第一傳遞件2。第一傳遞件2開始沿順時針方向繞第一傳遞件軸5的轉動中心P2擺動,從而驅動位于第一傳遞件2另一端的氣門6向下移動。隨著凸輪1的繼續轉動,第二傳遞組件3的轉動中心P3逐漸遠離凸輪軸11的轉動中心P1而向相位調節件4的轉動中心P4靠近。凸輪1繼續沿逆時針方向轉動,轉動軸30繼續沿壁面410向上移動。在圖6b所示位置,凸輪1的最大半徑點,即所謂桃尖Q0與滾輪31接觸,滾輪31上升到最高點,第一傳遞件2的擺動幅度達到最大,氣門6的開啟高度達到最大,即氣門6的升程達到最大。之后,凸輪1的運動便開始進入第三階段。
在第三階段,在凸輪1與滾輪31的接觸點越過凸輪1的最大半徑點Q0后,隨著凸輪1繼續沿逆時針方向轉動,第一傳遞件2在圖中未示的氣門彈簧的作用下轉而沿逆時針方向繞第一傳遞件軸5的轉動中心P2擺動,從而使得滾輪31向下移動,進而帶動轉動軸30開始沿導向槽41的壁面410向下移動。最終,氣門6的開啟高度開始回落。隨著凸輪1的繼續轉動,第二傳遞組件3的轉動中心P3逐漸遠離相位調節件4的轉動中心P4而向凸輪軸11的轉動中心P1靠近。當凸輪1轉動到升程結束點Q2與滾輪31接觸時,滾輪31以及轉動軸30的軸心P3返回到圖6a所示的位置,氣門6的升程變為零,內燃機進排氣閥被關閉。
在凸輪1的運動過程中,隨著凸輪1與滾輪31的接觸位置的改變,轉動軸30的轉動中心P3與相位調節件4的轉動中心P4之間不停地重復著接近——遠離的變動關系。
圖9示意性地表示根據本發明的第一實施方式中的裝置處于中置位置、提前位置和滯后位置時氣門的升程與曲軸轉角的關系,橫軸T表示曲軸轉角(單位為°),縱軸L表示升程(單位為mm)。圖中的l0表示相位調節件4處于中置位置時的氣門6的升程曲線,此時的氣門6在曲軸轉角為TQ1的時刻開啟,在曲軸轉角為TQ0的時刻升程達到最大,其最大升程為L0,在曲軸轉角為TQ2的時刻關閉。
2.相位調節件4處于提前位置
如圖7a、7b所示,通過圖中未示的驅動裝置驅動相位調節件4的齒輪部分42,使相位調節件4從圖6a和圖6b所示的中置位置沿逆時針方向轉過一個角α1,此時導向槽41的中心線c與凸輪1的轉動中心P1和相位調節件4的轉動中心P4的連結線P1P4之間的夾角為α1。第二傳遞組件3的轉動中心P3位于相位調節件4的轉動中心P4的右下方,凸輪1的轉動中心P1和第二傳遞組件3的轉動中心P3的連結線P1P3與凸輪1的轉動中心P1和相位調節件4的轉動中心P4的連結線P1P4之間的夾角為β1。此時的氣門6的開啟相位為θ1,θ1=θ0-β1。也就是說,當相位調節件4沿逆時針方向轉過一個角α1時,氣門相位提前一個角β1。
由于在非驅動狀態下第一傳遞件2與滾輪31接觸的工作面20是與凸輪1的基圓部分10同心的圓弧面,所以基圓部分10與工作面20之間所形成的通道的寬度等于滾輪31的直徑(R31×2)。這樣,即使相位調節件4在進行相位調節時帶動滾輪31轉過一個角α1,這個動作也不會使第一傳遞件2產生任何運動,因此不會使氣門產生動作。
與相位調節件4處于中置位置的情況相同,凸輪1的一個運動周期可分為三個階段,第一階段是凸輪1的基圓部分10與滾輪31接觸的階段;第二階段是凸輪1的工作曲面Q1Q0與滾輪31接觸的階段;第三階段是凸輪1的工作曲面Q0Q2與滾輪31接觸的階段。
在三個階段中,由于滾輪31受到向右下方傾斜的導向槽41的約束,故在凸輪1的推動下,滾輪31在左上右下的方向上作往復運動,除此之外的情況均與上述相位調節件4處于中置位置的情況相同,在此不再贅述。
圖9中的l1示意性地表示相位調節件4處于提前位置時的氣門6的升程曲線,此時的氣門6在曲軸轉角為TQ1’的時刻開啟,在曲軸轉角為TQ0’的時刻升程達到最大,其最大升程為L1,在曲軸轉角為TQ2’的時刻關閉。
與升程調節元件4處于中置位置時相比,此時的杠桿比變大,因此,氣門6的最大升程L1>L0。
3.相位調節件4處于滯后位置
如圖8a、8b所示,通過圖中未示的驅動裝置驅動相位調節件4的齒輪部分42,使相位調節件4從圖6a和圖6b所示的中置位置沿順時針方向轉過一個角α2。此時導向槽41的中心線c與凸輪1的轉動中心P1和相位調節件4的轉動中心P4的連結線P1P4之間的夾角為α2。第二傳遞組件3的轉動中心P3位于相位調節件4的轉動中心P4的左下方,凸輪1的轉動中心P1和第二傳遞組件3的轉動中心P3的連結線P1P3與凸輪1的轉動中心P1和相位調節件4的轉動中心P4的連結線P1P4之間的夾角為β2。此時的氣門相位為θ2,θ2=θ0+β2。也就是說,當相位調節件4向順時針方向轉過一個角α2時,氣門相位滯后一個角β2。
與相位調節件4處于提前位置的情況相同,相位調節件4處于滯后位置時,滾輪31受到的是向左下方傾斜的導向槽41的約束,故在凸輪1的推動下,滾輪31在左下右上的方向上作往復運動,除此之外的情況均與上述相位調節件4處于中置和提前位置的情況相同,在此不再贅述。
圖9中的l2表示相位調節件4處于滯后位置時的氣門6的升程曲線,此時的氣門6在曲軸轉角為TQ1”的時刻開啟,在曲軸轉角為TQ0”的時刻升程達到最大,其最大升程為L2,在曲軸轉角為TQ2”的時刻關閉。
與升程調節元件4處于中置位置時相比,此時的杠桿比變小,因此,氣門6的最大升程L2<L0。
從以上給出的相位調節件4處于三個不同位置的例子中不難得出這樣的結論,氣門相位提前越多,氣門的最大升程越大;反之,氣門相位滯后越多,氣門的最大升程越小。
以上,以升程調節元件4處于中置位置、提前位置和滯后位置的情況為例,說明了根據本發明的裝置的工作原理。這里所說的中置位置、提前位置和滯后位置僅僅是為了便于進行說明而給出的例子,沒有任何特殊的意義。一旦確定了氣門系統的基準相位和轉動方向,則在相位的可調范圍內,與凸輪的轉動方向一致方向的調節就是朝滯后方向的調節,反之則是朝提前方向的調節。
下面就升程調節元件4的安裝位置與氣門的最大升程之間的關系進行說明。
圖10a、10b、10c是本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置與現有技術的區別的比較圖。圖10a表示現有技術,圖10b表示本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置,圖10c是本發明與現有技術的對比。
各圖中,P1表示凸輪軸11的轉動中心,P2表示第一傳遞件2轉動軸的轉動中心,P3A和P3R分別表示本發明的處于最大提前角位置和最大滯后角位置這兩個極限位置時第二傳遞組件3中的滾輪31的轉動中心,P3A’和P3R’分別表示第二傳遞組件3中的滾輪31被凸輪1推動而移動到最高點時其轉動中心的位置,P300A和P300R分別表示現有技術的處于最大提前角位置和最大滯后角位置這兩個極限位置的運動傳遞構件的轉動中心,P300A’和P300R’分別表示被凸輪推動而移動到最高點的運動傳遞構件的轉動中心,P4表示本發明的相位調節件4的轉動中心,P400表示現有技術中調節相位用的導向架的轉動中心,在現有技術中,如圖10a所示,P400與P1是重合的。
如圖10a、10b、10c所示,為了便于比較,假設本發明與現有技術中的凸輪、第一傳遞件等各相關尺寸都相同,且相位的調節范圍均為角φ。
在圖10a中,現有技術中的導向架的轉動中心P400與凸輪軸的轉動中心P1重合,運動傳遞構件可被設定在極限位置P300A和P300R之間(即角φ所對應的圓弧段P300AP300R的兩個端點),運動傳遞構件被凸輪推動所達到的最高位置的落點集合是以P400(P1)為圓心以凸輪的最大半徑與運動傳遞構件的半徑之和為半徑的圓弧段P300A’P300R’。由于運動傳遞構件被凸輪推動所運動的方向是遠離轉動中心P400的,所以其所達到的最高位置的落點集合即圓弧段P300A’P300R’勢必大于角φ所對應的圓弧段P300AP300R,即P300A’P300R’>P300AP300R。
如圖10b所示,本發明的相位調節件4的轉動中心P4設置在遠離凸輪軸11的轉動中心P1的位置上,且P1到P4的距離大于凸輪1的最大半徑R2與第二傳遞組件3的半徑R31之和。第二傳遞組件3可被設定在極限位置P3A和P3R之間,在相位的可調范圍內,第二傳遞組件3被凸輪1推動所達到的最高位置的落點集合是以P1為圓心以凸輪1的最大半徑R2與第二傳遞組件3的滾輪31半徑R31之和為半徑的圓弧段P3A’P3R’。由于第二傳遞組件3被凸輪1推動所運動的方向是向轉動中心P4靠攏的,所以其所達到的最高位置的落點集合即圓弧段P3A’P3R’勢必小于角φ所對應的圓弧段P3AP3R,即P3A’P3R’<P3AP3R。
為了使本發明與現有技術的區別更加直觀,在圖10c中同時示出了圖10a的現有技術和圖10b的本發明。從圖10c可以直觀地看出,本發明的圓弧段P3A’P3R’小于現有技術的圓弧段P300A’P300R’。由于兩圓弧段的長度與杠桿比的變化是正相關的關系,杠桿比的變化又與氣門的最大升程是正相關的關系,所以不難理解,本發明的杠桿比的變化范圍比現有技術的小。因此,本發明的氣門的最大升程變化要比現有技術的小。
綜上所述,利用根據本發明的裝置和利用現有技術中的裝置,在對氣門的相位進行同等調節的情況下,本發明的內燃機進排氣閥驅動裝置因進行相位調節而引起的氣門最大升程的改變較小。
此外,從圖10a、10b、10c中還可以得出這樣的結論:在本發明中,升程調節元件4的轉動中心P4距離以凸輪軸11的轉動中心P1為圓心、以凸輪1的最大半徑R2與第二傳遞組件3的滾輪31的半徑R31之和為半徑的圓弧越近,調節氣門的相位對氣門的最大升程產生的影響越小。而且當將升程調節元件4的轉動中心P4設置在以凸輪軸11的轉動中心P1為圓心、以凸輪1的轉動中心P1與相位調節件4的轉動中心P4之間的距離R4等于凸輪1的最大半徑R2與第二傳遞組件3的滾輪31的半徑R31之和為半徑的圓弧上時,在相位的可調范圍內,第二傳遞組件3的滾輪31的轉動中心P3被凸輪推動而沿導向槽41移動到最高位置的落點集合即圓弧段P3A’P3R’變為一個點。此時,無論將開啟相位調節到可調范圍內的任何位置,第二傳遞組件3的滾輪31的轉動中心P3在凸輪1的推動下最終都會位移至與調節元件4的轉動中心P4重合之處,最終杠桿比都是相同的。其結果是,任意開啟相位時的氣門的最大升程均為LMAX,到達最大升程的相位也是相同的。
圖11a和圖11b表示根據本發明的裝置的一種特殊實施方式,其中,圖11a是立體圖,圖11b是圖11a的局部剖視圖。在這種實施方式中,升程調節元件4的轉動中心P4設置在以凸輪軸11的轉動中心P1為圓心以R4為半徑的圓弧上。當凸輪1的最大半徑點Q0與滾輪31接觸時,第二傳遞組件3的轉動中心P3剛好移動到與調節元件4的轉動中心P4重合的位置。這種結果所實現的效果如上所述,即在這種結構中,在任意的開啟相位時,氣門的最大升程都是相同的,而且到達最大升程的相位也是相同的。
圖11a和圖11b所示的內燃機進排氣閥驅動裝置的升程曲線示意性地表示在圖12中。其中,m1、m0、m2分別表示升程調節元件4處于提前位置、中置位置、滯后位置時的升程曲線,θ1、θ0、θ2分別表示升程調節元件4處于提前位置、中置位置、滯后位置時的相位角,提前角β1=θ0-θ1,滯后角β2=θ2-θ0。TQ1、TQ0、TQ2分別表示升程調節元件4處于中置位置時的氣門的開啟相位、最大升程相位、關閉相位,TQ1’、TQ0’、TQ2’分別表示升程調節元件4處于提前位置時的氣門的開啟相位、最大升程相位、關閉相位,TQ1”、TQ0”、TQ2”分別表示升程調節元件4處于滯后位置時的氣門的開啟相位、最大升程相位、關閉相位,LMAX表示各升程曲線m1、m0、m2的最高點即最大升程。在本實施方式中,在任意的開啟相位時,氣門到達最大升程的相位都是相同的,即TQ0、TQ0’、TQ0”三點重合。也就是說,在這種實施方式中,氣門的最大升程不隨開啟相位的變化而變化。因此,實現了在任何開啟相位下均能保持最大升程不變的特殊效果。

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