雙彈簧電動凸輪氣門驅動機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種往復式發動機氣門驅動機構，尤其是采用電磁力驅動的氣門驅動機構。
【背景技術】
[0002]公知的往復式發動機氣門在不同轉速下有不同的最優氣門正時，因此發展了多種可變正時、可變升程系統，主要有:(I)利用鏈齒輪的張緊方式改變凸輪相位、(2)液壓葉片改變凸輪相位，(3)利用附加凸輪式，通過液壓選擇不同的凸輪來改變升程和相位，(4)調整搖臂頂桿來調整升程，(5)電磁鐵式氣門驅動，(6)液壓驅動。其中前4種方案，是以發動機凸輪為基本動力的機構，得到了較大規模的實際運用，但還存在控制的靈活性不是足夠的問題，電磁鐵式和液壓式控制最靈活，因此不斷有各種電磁式方案和液壓方案提出，為克服彈簧力，電磁鐵一般選擇EI式電磁鐵，此類電磁鐵在相同電流下大行程時，吸力小，近行程時，吸引力大，為了保證遠行程的吸力，電流較大，整個電磁氣氣門系統的功耗很高，氣門關閉過程中控制難度大，體積也難以滿足要求；液壓系統響應速度不夠高，已經用于低速發動機，但難以用于高速發動機。
【發明內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是，(I)以發動機凸輪為基本動力的可變氣門驅動靈活性不夠高的問題，(2)電磁鐵式氣門驅動系統，能耗高，控制難度高的問題，(3)液壓系統驅動系統響應速度低的問題。
[0004]具體技術方案為:凸輪與電動機轉子連結一起，組成電動凸輪；設置兩組氣門彈簧，上氣門彈簧和下氣門彈簧，下氣門彈簧、電動凸輪與常規頂置式凸輪驅動機構安裝方式相同，上氣門彈簧與下氣門彈簧成180度直接頂在凸輪上，或者通過搖臂與下氣門彈簧成180度頂在凸輪上，系統有三個穩定狀態，氣門半開，氣門全開和氣門全閉，其中氣門半開是完全平衡位置，氣門全開和氣門全閉是半穩定狀態，電動機驅動凸輪使氣門離開全開或離開全閉時，彈簧驅動氣門和凸輪和完全平衡位置運動，運動到完全平衡位置時，速度達到最大，彈簧阻止凸輪和氣門，但凸輪和氣門還繼續運動，在不考慮阻力的情況下，系統運行到另一個半穩定狀態，這樣，氣門彈簧、氣門桿、搖臂和電動凸輪工作在受拍振動狀態，彈簧力提供主要的氣門開啟和關閉的動力，電動力補充能量損失，控制氣門打開和關閉的時間，通過電動機和彈簧共同作用，實現氣門開啟相位和開啟角連續可調。
[0005]設計了兩種凸輪形狀，一類，單對端點凸輪，即凸輪有一個高點和一個低點，二，三對端點凸輪，即凸輪有三個高點和三個低點，凸輪的一對端點對應一個開閉周期，單對端點凸輪轉一周，發動機轉兩轉，三對端點凸輪轉一周，發動機轉6轉。
[0006]常規發動機氣門打開角為曲軸轉角的260度左右，凸輪升高角度為130度左右，以軸心為參考，半徑最小且半徑相等處為基圓，是氣門關閉位置，凸輪基圓角為230度左右，在凸輪高點處無等半徑段。本發明的凸輪的每對端點設置兩個等半徑段，一個為最大半徑等半徑段，一個為最小半徑等半徑段，最小半徑的等半徑段角度是最大半徑的角度I倍至6倍，電凸輪在變半徑段由彈簧和電動力共同驅動，而等徑段僅由電動力驅動，凸輪工作在變速運動狀態，由于變徑段彈簧力的作用遠大于電動力，其周期主要取決于彈簧和運動體系的周期，變化范圍較小，增大最大半徑等徑段接觸下氣門頂柱或下氣門搖臂時的運動速度，減小最小半徑段接觸下氣門頂柱或下氣門搖臂的運動速度，可減小氣門打開角，反之可增大氣門打開角，在總周期相同情況下，取較小等徑段的角度，有利于減小等徑段運動速度，減小電機絕對速度變化量，減小電機驅動力的要求，增大等徑段角度有利于降低控制難度，但對電動力要求提高，等徑段總角度小于120度，尤其是當完全取消節氣門時，等徑段總角度小于30度。
[0007]根據凸輪形狀和發動機特點，設計四類電動凸輪，一類是多列三端點外轉子電動凸輪，即多個三對端點凸輪并列固定在外轉子式電動機的外轉子上，或者多個三對端點凸輪與電動機外轉子做為一個整體，此類電動凸輪適合多氣門高速發動機；二類是多列單對端點外轉子電動凸輪，即多個單對端點凸輪并列固定在外轉子式電動機的外轉子上，并且在外轉子上設置平衡重塊，此類電動凸輪適合多氣門低速發動機；三類是單列三對端點內轉子電動凸輪，即三對端點凸輪固定在內轉子式電動機的內轉子上，此類電動凸輪適合單氣門高速發動機；四類是單列單對端點內轉子電動凸輪，即單對端點凸輪固定在內轉子式電動機的內轉子軸上，并且設置平衡重塊，此類電動凸輪適合單氣門低速發動機。
[0008]設計兩類氣門驅動機構整體布局，一類是，上、下布局，附加的搖臂在凸輪的上方，附加的上氣門彈簧在附加搖臂的上方，上氣門彈簧與凸輪之間采用相同類型的搖臂驅動，上氣門彈簧和上搖臂的頂柱可以完全與下氣門彈簧對稱，上氣門彈簧和上搖臂的頂柱也可換位；如果下氣門驅動為無搖臂安裝，則上氣門彈簧與凸輪之間也采用無搖臂驅動，二類是低高度布局，上搖臂采用中間支點搖臂，搖臂的一端上設滾動輪與凸輪接觸，搖臂的一端與上彈簧座接接觸，彈簧和凸輪均在上搖臂下方，中間支點由可調頂柱支撐，可調頂柱在上搖臂的上方。
[0009]優化的雙彈簧電動凸輪氣門驅動機構設置停機機構，停機機構采用增加上搖臂可調頂柱，或設置可調上氣門彈簧上座的方法實現，可調頂柱或可調上氣門彈簧上座的驅動方式為液壓式、電機加絲桿式、停機桿式；停機桿式的驅動機構是，在上搖臂可調頂柱的上表面設置滑動斜面，設置一個上搖臂可調頂柱驅動桿，即停機桿，停機桿上有與可調頂柱的相配合的滑動斜面和凸起臺階，利用電機和絲桿機構移動驅動桿，當發動機停機時，驅動桿凸起臺階離開可調頂柱，上氣門彈簧作用減弱，氣門處于關閉或小間隙開啟狀態，避免發動機在無電狀態下氣門與活塞碰撞，當發動機工作前，先啟動電動機，先使凸輪處于關閉狀態，再使驅動桿凸起臺階頂起可調頂柱，發動機處于工作狀態，液壓式和電機加絲桿式工作原理相似，結構更復雜，控制靈活，停機桿可以將各缸的停機桿連結在一起，采用一套驅動機構控制。
[0010]本發明的有益效果為，利用雙彈簧、凸輪和電動機的組合機構，雙彈簧機構實現能量的回收，提供主要的氣門開閉動力，比單純電動驅動凸輪對電動機功率要求低，由于本結構為每個氣缸的同類氣門分別安裝一套驅動機構，在雙彈簧的作用下，氣門動作速度快，控制靈活，氣門開關相位和打開角可調，尤其是發動機工作在較低速的情況下，可以通過調整氣門打開時間來調整進氣量，減小泵氣損失，在高速、低負荷下，也可以使部分氣缸關閉，工作在氣彈簧的狀態，實現停缸功能。
【附圖說明】
[0011 ] 下面結合對本實用新型進一步說明
[0012]圖1是三對端點凸輪形狀圖，
[0013]圖2是單對端點凸輪形狀圖，
[0014]圖3是兩列三對端點外轉子電動凸輪結構圖，
[0015]圖4是兩列單對端點外轉子電動凸輪結構圖，
[0016]圖5是單列三對端點內轉子電動凸輪結構圖，
[0017]圖6是雙彈簧電動凸輪氣門驅動機構低高度布局圖，
[0018]圖7是雙彈簧電動凸輪氣門驅動機構上、下布局圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1展示了三對端點凸輪的形狀，為有三對端點的凸輪，圖中(2011)為基礎圓，(2012)為變半徑段，(2013)為最大半徑等徑段，(2014)為最小半徑等徑段，取較小的等徑段角度，最大半徑等徑段角度大于最小半徑等徑段，圖中最大半徑等徑段為5度，最小半徑等徑段為15度。
[0020]圖2展示了單對端點凸輪的形狀，為有對端點的凸輪圖中(2011a)為基礎圓，(2012a)為變半徑段，(2013a)為最大半徑等徑段，(2014a)為最小半徑等徑段，取較小的等徑段角度，最大半徑等徑段角度大于最小半徑等徑段，圖中最大半徑等徑段為5度，最小半徑等徑段為15度。
[0021]圖3展示了兩列三端點外轉子電動凸輪的結構，其由兩個三對端點凸輪(201)、凸輪軸(203)、平衡重(202)、內定子(205)、內定子軸(204)、外轉子(207)構成，其中凸輪(201)、凸輪軸(203)和外轉子(206)做成整體結構，三列三端點外轉子電動凸輪，增加一個凸輪(201)，不再說明。
[0022]圖4展示了兩列單對端點外轉子電動凸輪的結構，其由兩個單對端點凸輪(201a)、凸輪軸(203)、平衡重(202)、內定子(205)