專利名稱：偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于四沖程發動機配氣正時技術領域，主要提出一種四沖程發動機的偏心輪、凸輪式液壓氣門機構。
現在使用中的發動機配氣正時機構均采用將發動機曲軸2∶1減速的凸輪軸帶動搖臂、挺桿等一套復雜的機械結構控制氣門開啟機構完成配氣工作，根據凸輪軸和搖臂之間的位置變化，目前氣門機構主要采用的形式為；下置式凸輪，頂置式凸輪及下置式凸輪通過液壓挺桿傳遞等，以上結構為發動機目前常規使用技術，現有四沖程發動機由于機械傳遞位置特定，使得開啟氣門的搖臂、挺桿等不能分布在一片凸輪的周圍而只能采用多片凸輪軸的形式，從而使得凸輪軸的加工難度增加；由于機械位置的設置固定不易改變，一般只有根據發動機的用途按不同工況設計氣門開啟時間，一旦確定就不再改變，所以現有采用以上氣門機構的四沖程發動機的配氣開啟相位角基本上是不同的，目前情況下由于高科技的發展及電子技術的廣泛應用，雖然在發動機不同工況下能取出調整控制信號，但由于機械結構調整的難度很大，應用較為困難，目前國外在少數高級汽車上據調整信號對氣門配氣正時的調整形式有調整凸輪線形即可變凸輪等。上述由凸輪帶動搖臂、挺桿來確定氣門開啟的機構尚存在以下不足(1)、多片凸輪的凸輪軸制造工藝復雜，加工難度大且成本高；(2)、由于凸輪線形陡，搖臂易磨損、沖擊力大造成壽命較短；(3)、配氣系統傳動連接關系、易磨損造成間隙積累、噪音大(為發動機的主要噪音源)；(4)、配氣機構傳遞件多，并有一定體積，故設計安裝受到限制，造成發動機體積大、重量大、成本較高；(5)、氣門開啟時間完全受凸輪軸制約，不易隨工況變化而相應的改變配氣相位，加之凸輪磨損就會導致正時變化，降低配氣效率。另外現有機構不易于設置多氣門機構。
本發明提出的目的即在于改變現有的凸輪搖臂式機械機構，提出一種偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，從而使配氣控制可靠性提高且易于調整，并使其具有結構較為簡單、設計安裝自由方便的特點，其體積和重量都進一步合理適用，使用壽命得到延長。
本發明完成其上述任務所采取的技術方案是；在與發動機曲軸2∶1減速傳遞的大正時輪上同軸設置偏心輪，設置由主油缸和付油缸構成的具有微循環功能和內部油路排氣功能的液壓氣門機構，其中主油缸的主柱塞設置在偏心輪或凸輪的徑向平面外圍，軸心線穿過偏心輪的旋轉中心，在主油缸的主柱塞下止點與上止點之間缸壁上開置有控制氣門開啟位置用的正時泄荷孔，正時泄荷孔的泄荷油道與儲油池連通；用以在偏心輪旋轉到特定的角度即氣門需開始開啟時主柱塞頂端和正時泄荷孔平齊并能剛好封閉正時泄荷孔，裝有氣門桿和氣門彈簧的付油缸缸壁上開置有通過油路與儲油池相通的溢流孔，付油缸柱塞即付柱塞與氣門桿連接，在氣門至最大開度時付柱塞上端和溢流孔平齊并使溢流孔開始溢流，相應設置有對油路中損失的液壓油進行補償的具有單向閥的補償油道。
其對主油缸柱塞的驅動也可由凸輪來完成，即采取凸輪來取代偏心輪。
當采用的凸輪其線形使主柱塞開始運動的時間提前于氣門按配氣相位要求的開啟時間時，也即使特定氣門處在完全閉合至開啟這段時間內作用于主柱塞的這一段凸輪的外廓曲線相對于旋轉中心有變徑的外廓曲線時采用在主柱塞的上止點與下止點之間的主油缸缸壁上開置有正時泄荷孔的油路，以使主柱塞有一段空行程，利用正時泄荷孔的泄荷作用調整氣門配氣時間和位置。
當采用的凸輪其線型使主柱塞開始運動的時間與氣門按配氣相位要求的開啟時間對應時，也即特定氣門處在完全閉合至開始開啟這段時間內作用于主柱塞的這一段凸輪的外廓曲線相對旋轉中心而言為等徑的外廓曲線時主油缸缸壁為封閉結構，即采用不開置正時泄荷孔的油路。
為進一步提高氣門正時配氣的可調性，可設置氣門正時調整盤，其與偏心輪、凸輪同心安裝并可相對偏心輪、凸輪轉動一定角度，主油缸裝置在正時調整盤上，使氣門正時調整盤相對偏心輪、凸輪旋轉方向即順向或逆向轉過一個特定的角度，使主柱塞的軸線與偏心輪、凸輪最高點徑線重合的時間發生變化，從而改變打開氣門的配氣時間。
依據發動機工作過程，在偏心輪或凸輪的徑向平面外圍根據進、排氣時間要求可以適當角度依次設置一個或多個主油缸，以分別驅動相對應的付油缸柱塞動作使氣門開啟和關閉，進行進氣、排氣。
可設置一個偏心輪、凸輪，也可以一定角度同軸并排設置多個偏心輪、凸輪。
可與偏心輪、凸輪同心設置一個或多個氣門正時調整盤。
可在一個正時調整盤上按發動機的氣門工作順序以不同角度設置一個或多個主油缸。
可與一個主油缸配置一個或多個付油缸，主柱塞動作可同時帶動多個付住塞動作控制多個相同功用的氣門同時進氣或排氣。
可由一個付柱塞推動一個或同時推動多個氣門桿工作，達到多個相同功用的氣門同時進氣或排氣。
本發明氣門機構具有以下特點；(1)、本發明采用偏心輪、凸輪驅動的液壓傳動氣門機構，通過調整偏心輪、凸輪和氣門主柱塞的相對位置，采用偏心輪、凸輪和正時孔、溢流孔同時匹配控制，使配氣結構更加完善、可靠，并使氣門機構的正時可調性提高。
2、偏心輪、凸輪液壓傳動機構，使得一片偏心輪或凸輪即可控制多組氣門，結構較為簡單可靠，減小了整體結構的體積和重量，并且設計安裝自由方便，降低了制造和使用成本。
(3)、其結構設計減少了現有氣門機構的無用功率損耗及磨損，延長了配氣機構的使用壽命并減少維護保養的工作量。
(4)、可以方便的發展多氣門，根據液壓傳遞原理可以用一個主活塞控制兩個及兩個以上相同功用的氣門開閉，適應了發展多氣門的發展趨勢。
(5)、由于液壓傳遞過程中液體定時循環流動，減少了液體不循環而產生的積氣現象，使氣門可在惡劣的工作環境下(高溫、高頻、高速)都能可靠的工作。
本發明實施例給出以下附圖；附
圖1為本發明實施例1結構示意圖。
附圖2、3、4為配氣機構工作過程示意圖。
附圖5為單缸配置進排氣門的示意圖。
附圖6為單缸具有兩套進排氣門的示意圖。
附圖7為單缸具有兩套進排氣門的另一示意圖。
附圖8為多缸發動機時主油缸設置的示意圖。
附圖9為實施例2結構示意圖。
實施例1
如附圖1所示結構小正時輪2裝在曲軸3的輸出軸上，與大正時輪1相連，小正時輪2與大正時輪1的齒數比為1∶2，偏心輪28與大正時輪1裝在同一軸上，氣門正時調整盤29與偏心輪同心設置在大正時輪外圍，并可繞偏心輪中心“O”旋轉一定角度，主油缸23裝置在氣門正時調整盤29上其軸心線穿過偏心輪旋轉中心，在氣門正時調整盤上可根據發動機缸數情況裝適當數目的主油缸，也可同心并排安裝多個正時調整盤，主柱塞27在回位彈簧26作用下與偏心輪緊密貼合，主柱塞27下止點與上止點之間的主油缸缸壁上開置有控制氣門開啟位置用的正時泄荷孔25，正時泄荷孔25的泄荷油道22與油池24相連，用以在使偏心輪未旋轉至特定位置即氣門未到開始開啟時，偏心輪此時的旋轉使主柱塞的向上位移使壓力油從正時泄荷孔泄出至儲油池24，而不致使付柱塞13動作使氣門開始開啟，據四沖程發動機配氣原理，當偏心輪旋轉到一個特定的角度時氣門就開始打開，即在此角度下使主柱塞27頂端和正時泄荷孔平齊并能剛好將其封閉，主油缸23上部經主油路17與付油缸14上端相連，付油缸14中裝有氣門桿9，氣門彈簧12，氣門桿9與付柱塞13連接，付油缸缸壁上開置有與儲油池相通的溢流孔16，在氣門至最大開度時付柱塞上端與溢流孔平齊使溢流孔開始溢流，其作用是在付柱塞下行到氣門所需最大開度時，壓力油至溢流孔溢出至儲油池，付柱塞13及氣門復位彈簧12在此間達到平衡，相應在油路與儲油池24之間設置具有單向閥19的補償油道20，用以在主柱塞的回位力作用下管路中形成的負壓力使單向閥19打開向油路中補充由正時泄荷孔25和溢流孔16泄流掉的液壓油，由于主、付柱塞產生的吸油→溢油作用，使得油路產生了一種微循環(正常工作時即開啟氣門時不循環)，減少了存氣，實際上等于氣門每動作一次液壓油路就進行了一次排氣。
工作時偏心輪28通過旋轉推動主柱塞27向上運動，這時因正時泄荷孔25的泄流作用，付柱塞13無動作(此時氣門18在氣門彈簧12的作用下閉合，當主柱塞行至正時泄荷孔并將其封閉時，管路中就產生壓強，付柱塞13在此壓強作用下向下運動，氣門18開始打開，當付柱塞上頂端運行到溢流孔時，因泄流付柱塞13與氣門彈簧力在此達到平衡，不再繼續下行，按設計此時氣門達到最大開度，當偏心輪繼續轉動，主柱塞在回位力作用下緊貼偏心輪開始下行，氣門也開始關閉。
由于溢流孔的泄流，油路中損失了一部分液壓油，當主柱塞下行到一定位置時(付柱塞上行至上至點時)，在回位力作用下管路中必形成一定的負壓，此時單向閥19發生作用補償油道20向油路中補充泄漏掉的液壓油，從而使主柱塞順利下行，當主柱塞行至主正時孔時，單向閥19失去作用，而改由正時泄荷孔直接從儲油池24處補充液壓油，使主柱塞回位更加可靠，并為下一個循環作好準備。
附圖1中僅給出一個氣門工作的結構示意，圖中大小正時輪1、2、曲柄3、連桿4、活塞5、缸體6、燃燒室8、缸頭10、火花塞11為現有發動機缸體的結構，與現有發動機缸體結構相同，沒有改動。
如附圖2、3、4所示結構，對通過偏心輪28、正時泄荷孔25、溢流孔16同時匹配控制氣門正時開啟的說明如圖設通過偏心輪28旋轉中心O沿最小半徑作射線OY′，主柱塞27軸心線Y通過偏心輪旋轉中心，當兩線重合時夾角為0°，當偏心輪28旋轉β角后，其主柱塞沿其軸心線方向上必被偏心輪帶動產生一個△Y位移，在偏心輪旋轉過程中△Y不時有增加或減少趨勢，從圖中可知每給定一個β角即確定了一個△Y值和它的變化趨勢，根據四沖程發動機配氣原理，規定好偏心輪28轉到一個特定夾角α時，氣門就開始打開，即只要在此角度下使主柱塞27頂端和正時泄荷孔25位置平齊并能剛好封閉時(此時△Y必須具有增加趨勢)即可達到按設計打開氣門的動作，同理，也可設計付油缸的氣門在偏心輪旋轉到一定角度時付柱塞開始泄流，氣門不再繼續打開(保持在一定位置上)，當繼續旋轉到偏心輪或凸輪(對稱軸)OY′與軸心線OY重合時，(此時位置是主柱塞最高點在△Y剛具有減小趨勢時則氣門在回位力作用下開始閉合，偏心輪或凸輪繼續旋轉就使氣門逐漸達到完全閉合的目的。
若在氣門剛好完全閉合時其夾角為α2，則α2－α1＝α為進氣或排氣配氣角度，此角度是與主柱塞開口位置與付柱塞與主柱塞直徑之比綜合而成的。
根據發動機工況或發動機的轉速變化，配氣相位也需相應改變，可使正時調整盤29相對偏心輪28旋轉即逆向或順向轉過一個相應的變化角α，從而使主柱塞的軸線與偏心輪最高點徑線重合的時間發生變化，從而改變打開氣門的配氣時間，正時調整盤可以一次調整后加以固定，也可按發動機工況要求由發動機調出控制信號而適時調整配氣正時。
其氣門配氣正時調整盤的裝置方式首先按現有四沖程發動機配氣原理，使主油缸以一定相互夾角固定在氣門配氣調整盤上，主柱塞軸心線與配氣正時調整盤的旋轉中心軸線相交且垂直，并使各主柱塞軸心線處在同一平面內，裝置時將這一整體固定在偏心輪的支撐上(或稱機體)，使主油缸其軸心線所形成的平面和偏心輪的徑向平面重合且兩者旋轉中心重合，其固定方式可采用滑槽即調整盤上有圓周方向的導向槽，或支撐體上有凹下的圓槽，調整盤有凸起的圓柱套管等，使配氣調整盤可相對偏心輪旋轉一定角度。
附圖5給出每個缸一套進、排氣門時的示意可采用一個偏心輪28，根據發動機每轉兩周偏心輪28轉一周時進氣門和排氣門各工作一次的特點，將進、排氣門的主油缸依次順序排列在偏心輪周圍的同一平面內，并使主柱塞軸線均通過偏心輪旋轉中心，則OY′與各柱塞軸心線形成了不同的夾角，氣門就可按設計好的時間依次打開和關閉，附圖示意的為一個氣門在閉合位置，一個氣門在打開位置。
也可設置兩個偏心輪，即將進、排氣偏心輪以一定角度同軸并排設置，分別驅動各自的主軸塞動作帶動付柱塞動作，同樣可按設計好的時間依次打開和關閉氣門。
附圖6、7給出發動機每個缸具有兩個或兩個以上相同功用氣門的示意，可由付油缸柱塞同時帶動兩個或兩個以上氣門桿工作，即付柱塞13通過搖臂挺桿32帶動兩個氣門桿同時工作，其中31為搖臂軸，30為搖臂。達到兩個以上相同功用的氣門同時進氣、排氣的目的，也可由一個主油缸配置兩個或兩個以上的付油缸，每個付油缸推動一個氣門桿工作，主柱塞動作同時帶動兩個或兩個以上付柱塞動作控制相同功用的氣門同步關閉或開啟。
附圖8給出多個缸體時主油缸設置的示意；同單缸時相同，可將所有缸的所有氣門的主油缸均按需要的順序和規定的角度排列好，即能形成一個偏心輪控制多組氣門的目的，圖中給出分別布置4個氣門的一種形式，即為兩缸發動機的4個氣門的主柱塞，它們可以按次序分別驅動對應氣門達到發動機工作的目的。
當然也可以采用按所需角度同軸并排設置多個偏心輪，同樣方式在偏心輪的徑向平面外圍按所需角度同時設置幾個主油缸及主柱塞來驅動多個氣門達到使發動機工作的目的。
上述結構中的偏心輪可采取凸輪取代，其氣門控制機構同采用偏心輪時完全相同；當采用的凸輪其線型使主柱塞開始運動的時間提前于氣門按配氣相位要求的開啟時間，也即特定氣門處在完全閉合至開始開啟這段時間內作用于主柱塞的這一段凸輪的外廓曲線相對其旋轉中心而言有變徑的外廓曲線時仍采用在主柱塞的上止點與下止點之間的主油缸缸壁上開置正時泄荷孔的油路。
采用偏心輪和上述凸輪結構時，在主柱塞向下回位時若主柱塞的回位力較強，即回位力大于油路中產生的負壓力時，可以使主柱塞到達正時泄荷孔，這時由正時泄荷孔和溢流孔損失的液壓油可全部改由正時泄荷孔及油道吸入加以補充，這時主柱塞可以順利回到最低點而準備下一次開啟氣門的過程，在這種情況下可不設置單向閥補償油路。
附圖9給出采用凸輪結構時的另一種結構形式當采用的凸輪28其線型使主柱塞27開始運動的時間與氣門按配氣相位要求的開啟時間完全對應時，也即特定氣門處在完全閉合至開始開啟這段時間內作用于主柱塞的這一段凸輪的外廓曲線相對其旋轉中心而言為等徑的外廓曲線，采用在主油缸23缸壁上不開置正時泄荷孔的液壓氣門油路，即主油缸23的缸壁為封閉結構。此結構使得主柱塞27向上動作即產生壓力使付柱塞動作推動氣門開啟進氣或排氣，當凸輪軸旋轉時凸輪28和主柱塞27的接觸點一旦到達了剛過等半徑圓弧R處即推動主柱塞向上動作，主柱塞即推動付柱塞13開啟氣門，達到溢流孔16時付柱塞停止下行，溢流過后也即凸輪旋轉到最高點后，主柱塞在回位力作用下開始下行，付柱塞13在剛回到上止位時由于溢流掉的那部分體積使得主柱塞27繼續下行產生負壓力，這時單向閥19打開向油路補充液壓油，直至主柱塞達到最低點，然后凸輪繼續旋轉則開始下一次開啟氣門的動作。
與本發明所提出的偏心輪，凸輪原理相同，也可采用與大正時輪同軸設置曲柄連桿、偏心連桿、偏心槽結構，其余液壓氣門機構同上述結構相同，但采用這些結構時，整個氣門配氣機構將變得較為復雜，相應其精度、準確性也勢必受到影響。
權利要求
1.一種偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，本發明的特征是在與發動機曲軸(3)2∶1減速傳遞的大正時輪(1)上同軸設置偏心輪、凸輪(28)，設置由主油缸(23)和付油缸(14)構成的具有微循環功能和內部油路排氣功能的液壓氣門機構，其中主油缸(23)的主柱塞(27)設置在偏心輪、凸輪(28)的徑向平面外圍，主柱塞(27)的軸心線通過偏心輪、凸輪的旋轉中心；裝有氣門(18)和氣門彈簧(12)的付油缸(14)缸壁上開置有溢流孔(16)，付柱塞(13)與氣門桿(9)連接，在氣門至最大開度時付柱塞(13)上端和溢流孔(16)平齊并使溢流孔(16)開始溢流，油路設置有對泄流掉的液壓油進行補償的具有單向閥(19)的補償油道(20)。
2.根據權利要求1所述的的偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于采用偏心輪時在主油缸(23)缸壁上開置有控制氣門開啟位置用的正時泄荷孔(25)，正時泄荷孔(25)的泄荷油道與儲油池(24)連通。
3.根據權利要求1所述的的偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于；當采用的凸輪其線型使主柱塞(27)開始運動的時間提前于氣門按配氣相位要求的開啟時間時，也即特定氣門處在完全閉合至開始開啟這段時間內作用于主柱塞(27)的這一段凸輪(28)的外廓曲線相對其旋轉中心而言有變徑的外廓曲線時，主油缸(23)缸壁上開置有控制氣門開啟位置用的正時泄荷孔(25)。
4.根據權利要求1所述的的偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于當采用的凸輪其線型使主柱塞(27)開始運動的時間與氣門按配氣相位要求的開啟時間完全對應時，也即特定氣門處在完全閉合至開始開啟這段時間內作用于主柱塞(27)的這一段凸輪(28)的外廓曲線相對其旋轉中心而言為等徑的外廓曲線時，主油缸(23)的缸壁為封閉結構。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的的偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于可在偏心輪、凸輪(28)的徑向平面外圍根據進、排氣時間要求以適當角度依次設置一個或多個主油缸(23)，以分別驅動相對應的付油缸(14)柱塞(13)動作使氣門開啟關閉，進行排氣或進氣。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的的偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于；可設置有氣門正時調整盤(29)，其可為一個也可為同心設置的多個，其與偏心輪、凸輪(28)同心安裝并可相對偏心輪、凸輪(28)旋轉一定角度，主油缸(23)設置在氣門正時調整盤(29)上，通過氣門正時調整盤(29)相對偏心輪、凸輪(28)轉動一定角度，使主柱塞(27)的軸線與偏心輪、凸輪(28)最高點徑線重合的時間發生變化，從而調整打開氣門的配氣時間。
7.根據權利要求1或2或3或4所述的的偏心輪、(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于可以一定角度同軸并排設置兩個或兩個以上的偏心輪或凸輪(28)。
8.根據權利要求1或2或3或4所述的的偏心輪、(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于可由一個付柱塞(13)同時推動兩個或兩個以上的氣門桿(9)工作，使兩個或兩個以上的相同功用的氣門同時進氣或排氣。
9.根據權利要求1或2或3或4所述的的偏心輪、(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于；可由一個主油缸(23)配置有兩個或兩個以上的付油缸(14)，主柱塞(27)動作同時帶動兩個或兩個以上的付柱塞(13)動作控制兩個或兩個以上相同功用的氣門同時進氣或排氣。
10.根據權利要求1或2或3或4所述的的偏心輪(凸輪)式液壓氣門機構，其特征在于當主柱塞(27)的回位力大于主油路中產生的負壓力時，可由正時泄荷孔(25)和將其與儲油池(24)連通的油道取代單向閥(19)的補償油道(20)向主油路(17)補充液壓油。
全文摘要
本發明主要涉及一種四沖程發動機配氣機構，與大正時輪同軸設置偏心輪或凸輪，在其徑向外圍設置液壓機構的主油缸柱塞，主油缸有正時泄荷孔，副油缸設置有溢流孔，并設置有補償油道，與偏心輪或凸輪同心設置氣門正時調整盤并可相對其旋轉一定角度，主油缸設置在正時調整盤上。本發明配氣機構較為完善、可靠，并使正時調整性提高，結構設計較為簡單，減小了整體體積重量且設計安裝自由方便。
文檔編號F01L9/02GK1139178SQ9510751
公開日1997年1月1日 申請日期1995年6月23日 優先權日1995年6月23日
發明者張宇坤, 范亞雷 申請人:張宇坤, 范亞雷