发动机可变进气门相异升程的装置.pdf

一种发动机可变进气门相异升程的装置，包括：阶梯轴套，能够旋转的设置在阶梯轴套内且一端的端部与阶梯轴套前端的端口部对齐，另一端的端部伸出阶梯轴套后端端口的芯部齿轮轴，固定的套在阶梯轴套外周的外凸轮组件，能够旋转的套在阶梯轴套外周并与位于阶梯轴套内的芯部齿轮轴固定连接的内凸轮组件，分别与伸出阶梯轴套的芯部齿轮轴这一端以及位于阶梯轴套该端的外凸轮组件中的外凸轮相结合的相角调整装置。本发明可变进气门相异升程方法及相关装置，使每个缸的一对进气凸轮可产生连续改变的相异角,从而使气门升程差发生改变而产生涡流和调整涡流,进而平衡缸内气体运动组织与进气流量系数之间的矛盾，同时实现对发动机性能的全面优化。

权利要求书一种发动机可变进气门相异升程的装置，其特征在于，包括：阶梯轴套（6），能够旋转的设置在阶梯轴套（6）内且一端的端部与所述的阶梯轴套（6）前端的端口部对齐，另一端的端部伸出阶梯轴套（6）后端端口的芯部齿轮轴（13），固定的套在阶梯轴套（6）外周的外凸轮组件（1），能够旋转的套在阶梯轴套（6）外周并与所述的位于阶梯轴套（6）内的芯部齿轮轴（13）固定连接的内凸轮组件（2），分别与伸出阶梯轴套（6）的芯部齿轮轴（13）这一端以及位于阶梯轴套（6）该端的外凸轮组件（1）中的外凸轮相结合的相角调整装置（3）。
根据权利要求1所述的发动机可变进气门相异升程的装置，其特征在于，所述的阶梯轴套（6）上形成有多个用于固定外凸轮组件（1）的销孔，所述的外凸轮组件（1）包括有前端部凸轮（5）、后端部凸轮（9）和一个以上的中部外轴凸轮（7），其中，所述的前端部凸轮（5）通过第一外轴定位销（4）和位于阶梯轴套（6）前端部上的销孔而固定在阶梯轴套（6）的前端口上，所述的后端部凸轮（9）通过第二外轴定位销（10）和位于阶梯轴套（6）后端部上的销孔而固定在阶梯轴套（6）的后端口上，所述的一个以上的中部外轴凸轮（7）是分别各通过一个第三外轴定位销（8）和位于阶梯轴套（6）两端之间的相应的销孔而固定在阶梯轴套（6）上。
根据权利要求2所述的发动机可变进气门相异升程的装置，其特征在于，所述的后端部凸轮（9）的后端一体形成有用于连接相角调整装置（3）的连接套（24），所述的连接套（24）的内周面上形成有右旋内齿。
根据权利要求2所述的发动机可变进气门相异升程的装置，其特征在于，所述的阶梯轴套（6）上，在位于前端部凸轮（5）和与该前端部凸轮（5）相邻的中部外轴凸轮（7）之间、相邻的两个中部外轴凸轮（7）之间以及所述的后端部凸轮（9）和与该后端部凸轮（9）相邻的中部外轴凸轮（7）之间均沿阶梯轴套（6）的圆周上形成有一个条形孔（23），在位于阶梯轴套（6）内的芯部齿轮轴（13）上在与所述的每一个条形孔（23）相对应处都形成有销孔，套在阶梯轴套（6）外周上的内凸轮组件（2）包括有与所述的条形孔（23）相同数量的内轴凸轮（11/15），每一个内轴凸轮（11/15）是通过一个内轴定位销（12/14）与所述的芯部齿轮轴（13）固定连接，所述的内轴定位销（12/14）贯穿阶梯轴套（6）上的条形孔（23），并能够沿所述的条形孔（23）和长度方向移动。
根据权利要求1所述的发动机可变进气门相异升程的装置，其特征在于，所述的伸出阶梯轴套（6）后端端口的芯部齿轮轴（13）的这部分上向外凸出的形成有用于与所述的相角调整装置（3）相结合的左旋齿轮（25），芯部齿轮轴（13）该部分的端口上通过螺栓固定连接有轴向定位板（16）。
根据权利要求1所述的发动机可变进气门相异升程的装置，其特征在于，所述的相角调整装置（3）包括有液压调整机构和通过环形连接架（26）与所述的液压调整机构固定连接并由液压调整机构驱动的内外齿套（17），其中，所述的内外齿套（17）的外周面上形成有用于与后端部凸轮（9）上的连接套（24）内的右旋内齿相啮合的右旋齿，所述的内外齿套（17）的内周面上形成有用于与芯部齿轮轴（13）上的左旋齿轮（25）相啮合的左旋齿。
根据权利要求6所述的发动机可变进气门相异升程的装置，其特征在于，所述的液压调整机构包括有：活塞（21）、一端与活塞（21）通过螺栓固定连接的活塞套杆（18）、液压筒体（20），以及分别连接在液压筒体（20）前后两端的前端盖（19）和后端盖（22），其中，所述的活塞（21）和活塞套杆（18）位于所述的液压筒体（20）内并只能沿液压筒体（20）的轴向移动，所述的活塞套杆（18）的另一端贯穿所述的前端盖（19）并通过环形连接架（26）与所述的内外齿套（17）固定连接，在所述的液压筒体（20）的筒壁上对应于所述的活塞（21）的前、后两端分别各开一个油孔（E/F），所述的芯部齿轮轴（13）具有左旋齿轮（25）的这一端依次贯穿所述的活塞套杆（18）的中心和活塞（21）的中心后通过螺栓与轴向定位板（16）固定连接，所述的轴向定位板（16）的外周边部嵌入在由所述的后端盖（22）与所述的液压筒体（20）之间所形成有凹槽内。

说明书发动机可变进气门相异升程的装置
技术领域
本发明涉及一种发动机。特别是涉及一种同一气缸两个进气门升程差可调的发动机可变进气门相异升程的装置。
背景技术
对于发动机，滚流和涡流同时存在更利于燃烧过程的组织。但是4气门发动机由于双进气道结构对称布置并且驱动进气门的两个凸轮型线几乎一致，如图1所示。两个进气门在同一时刻打开程度一样，以致同一时刻两个进气门进气速度及进气量相同，在缸体横截面方向旋转气流相互抵消，缸内空气的整体运动表现为单一纵向的滚流模式，几乎不存在涡流，这是造成混合气形成不良、恶化燃烧的一个重要因素。如采用切向气道或旋转气道获得涡流会使缸盖结构复杂，气流阻力增加。当一进气门打开，另一进气门关闭可产生较大涡流，采用滑动式可变进气结构、在进气歧管内分别设置阀门也能产生涡流、控制涡流，但均相当于减小或截断部分进气通道，影响了进气量。而本田发动机上采用三段式VTEC，用三个摇臂和三个凸轮驱动两个气门，通过主、次进气门升程曲线不同可产生涡流，促进燃烧。与上述机构类似的可变凸轮机构还有Mitsubishi公司的MIVEC机构及Porsche公司的Vario‑Cam等。但这些结构不管是两个进气凸轮升程同时变小还是其中的一个进气凸轮升程变小，得到较强的涡流相当于部分关闭两个气门或其中一个气门，这样却使流通能力比双进气门（或进气道）全开差，获得高的涡流强度是以牺牲进气流量为代价的，仅适用于低速情况，高速时进气流量不足，需两进气门全开保证进气流量，但是不存在涡流。为解决以上问题，发明专利内燃机进气门相异升程的装置及相关方法（ZL200510013859.7）提出了进气门相异升程技术，如图2所示。但由于发动机在不同的转速与负荷下对涡流运动和流通系数的要求各有侧重，进气门相异升程法却不能根据工况调整涡流。
目前发动机配气结构得到较强涡流的方法，实际是部分关闭两个气门或其中一个气门，或直接减小其中一个进气道的进气量，这样却使流通能力比双进气门（或进气道）全开差，获得高的涡流强度是以牺牲进气流量为代价的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够改善发动机缸内气体流动特性，实现对发动机性能全面优化的的发动机可变进气门相异升程的装置。
本发明所采用的技术方案是：一种发动机可变进气门相异升程的装置，包括：阶梯轴套，能够旋转的设置在阶梯轴套内且一端的端部与所述的阶梯轴套前端的端口部对齐，另一端的端部伸出阶梯轴套后端端口的芯部齿轮轴，固定的套在阶梯轴套外周的外凸轮组件，能够旋转的套在阶梯轴套外周并与所述的位于阶梯轴套内的芯部齿轮轴固定连接的内凸轮组件，分别与伸出阶梯轴套的芯部齿轮轴这一端以及位于阶梯轴套该端的外凸轮组件中的外凸轮相结合的相角调整装置。
所述的阶梯轴套上形成有多个用于固定外凸轮组件的销孔，所述的外凸轮组件包括有前端部凸轮、后端部凸轮和一个以上的中部外轴凸轮，其中，所述的前端部凸轮通过第一外轴定位销和位于阶梯轴套前端部上的销孔而固定在阶梯轴套的前端口上，所述的后端部凸轮通过第二外轴定位销和位于阶梯轴套后端部上的销孔而固定在阶梯轴套的后端口上，所述的一个以上的中部外轴凸轮是分别各通过一个第三外轴定位销和位于阶梯轴套两端之间的相应的销孔而固定在阶梯轴套上。
所述的后端部凸轮的后端一体形成有用于连接相角调整装置的连接套，所述的连接套的内周面上形成有右旋内齿。
所述的阶梯轴套上，在位于前端部凸轮和与该前端部凸轮相邻的中部外轴凸轮之间、相邻的两个中部外轴凸轮之间以及所述的后端部凸轮和与该后端部凸轮相邻的中部外轴凸轮之间均沿阶梯轴套的圆周上形成有一个条形孔，在位于阶梯轴套内的芯部齿轮轴上在与所述的每一个条形孔相对应处都形成有销孔，套在阶梯轴套外周上的内凸轮组件包括有与所述的条形孔相同数量的内轴凸轮，每一个内轴凸轮是通过一个内轴定位销与所述的芯部齿轮轴固定连接，所述的内轴定位销贯穿阶梯轴套上的条形孔，并能够沿所述的条形孔和长度方向移动。
所述的伸出阶梯轴套后端端口的芯部齿轮轴的这部分上向外凸出的形成有用于与所述的相角调整装置相结合的左旋齿轮，芯部齿轮轴该部分的端口上通过螺栓固定连接有轴向定位板。
所述的相角调整装置包括有液压调整机构和通过环形连接架与所述的液压调整机构固定连接并由液压调整机构驱动的内外齿套，其中，所述的内外齿套的外周面上形成有用于与后端部凸轮上的连接套内的右旋内齿相啮合的右旋齿，所述的内外齿套的内周面上形成有用于与芯部齿轮轴上的左旋齿轮相啮合的左旋齿。
所述的液压调整机构包括有：活塞、一端与活塞通过螺栓固定连接的活塞套杆、液压筒体，以及分别连接在液压筒体前后两端的前端盖和后端盖，其中，所述的活塞和活塞套杆位于所述的液压筒体内并只能沿液压筒体的轴向移动，所述的活塞套杆的另一端贯穿所述的前端盖并通过环形连接架与所述的内外齿套固定连接，在所述的液压筒体的筒壁上对应于所述的活塞的前、后两端分别各开一个油孔，所述的芯部齿轮轴具有左旋齿轮的这一端依次贯穿所述的活塞套杆的中心和活塞的中心后通过螺栓与轴向定位板固定连接，所述的轴向定位板的外周边部嵌入在由所述的后端盖与所述的液压筒体之间所形成有凹槽内。
本发明的发动机可变进气门相异升程的装置，可变进气门相异升程方法及相关装置，使每个缸的一对进气凸轮可产生连续改变的相异角,从而使气门升程差发生改变而产生涡流和调整涡流,进而平衡缸内气体运动组织与进气流量系数之间的矛盾，同时实现对发动机性能的全面优化。
附图说明
图1是现有的进气门相异升程的一种实施方式；
图2是现有的进气门相异升程的另一种实施方式；
图3是本发明的可变进气门相异升程的一种实施方式；
图4是本发明的可变进气门相异升程的另一种实施方式；
图5是本发明的发动机可变进气门相异升程的装置的整体结构示意图；
图6是本发明的外凸轮轴组件的外部结构示意图；
图7是本发明的外凸轮轴组件的内部结构示意图；
图8是本发明的内凸轮轴组件的结构示意图；
图9是本发明的相异角调整装置的结构示意图；
图10是图9的C－C断面结构示意图。
图中
1：外凸轮组件                    2：内凸轮组件
3：相角调整装置                  4：第一外轴定位销
5：前端部凸轮                    6：阶梯轴套
7：中部外轴凸轮                  8：第三外轴定位销
9：后端部凸轮                    10：第二外轴定位销
11：内轴凸轮                     12：内轴定位销
13：芯部齿轮轴                   14：内轴定位销
15：内轴凸轮                     16：轴向定位板
17：内外齿套                     18：活塞套杆
19：前端盖                       20：液压筒体
21：活塞                         22：后端盖
23：条形孔                       24：连接套
25：左旋齿轮                     26：环形连接架
27：进气凸轮                     28：进气凸轮
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的发动机可变进气门相异升程的装置做出详细说明。
如图5所示，本发明的发动机可变进气门相异升程的装置，包括：阶梯轴套6，能够旋转的设置在阶梯轴套6内且一端的端部与所述的阶梯轴套6前端的端口部对齐，另一端的端部伸出阶梯轴套6后端端口的芯部齿轮轴13，固定的套在阶梯轴套6外周的外凸轮组件1，能够旋转的套在阶梯轴套6外周并与所述的位于阶梯轴套6内的芯部齿轮轴13固定连接的内凸轮组件2，分别与伸出阶梯轴套6的芯部齿轮轴13这一端以及位于阶梯轴套6该端的外凸轮组件1中的外凸轮相结合的相角调整装置3。
如图6、图7所示，所述的阶梯轴套6上形成有多个用于固定外凸轮组件1的销孔，所述的外凸轮组件1包括有前端部凸轮5、后端部凸轮9和一个以上的中部外轴凸轮7，其中，所述的前端部凸轮5通过第一外轴定位销4和位于阶梯轴套6前端部上的销孔而固定在阶梯轴套6的前端口上，所述的后端部凸轮9通过第二外轴定位销10和位于阶梯轴套6后端部上的销孔而固定在阶梯轴套6的后端口上，所述的一个以上的中部外轴凸轮7是分别各通过一个第三外轴定位销8和位于阶梯轴套6两端之间的相应的销孔而固定在阶梯轴套6上。
所述的后端部凸轮9的后端一体形成有用于连接相角调整装置3的连接套24，所述的连接套24的内周面上形成有右旋内齿轮。
如图8所示，所述的阶梯轴套6上，在位于前端部凸轮5和与该前端部凸轮5相邻的中部外轴凸轮7之间、相邻的两个中部外轴凸轮7之间以及所述的后端部凸轮9和与该后端部凸轮9相邻的中部外轴凸轮7之间均沿阶梯轴套6的圆周上形成有一个条形孔23，在位于阶梯轴套6内的芯部齿轮轴13上在与所述的每一个条形孔23相对应处都形成有销孔，套在阶梯轴套6外周上的内凸轮组件2包括有与所述的条形孔23相同数量的内轴凸轮11/15，每一个内轴凸轮11/5是通过一个内轴定位销12/14与所述的芯部齿轮轴13固定连接，即内轴定位销12/14可实现内轴凸轮组与芯部齿轮轴13的连接。所述的内轴定位销12/14贯穿阶梯轴套6上的条形孔23，并能够沿所述的条形孔23和长度方向移动。即，当芯部齿轮轴13与阶梯轴套6相对转动时，条形孔23为内轴定位销12/14提供转动量，以免芯部齿轮轴13与阶梯轴套6不能相对转动。
所述的伸出阶梯轴套6后端端口的芯部齿轮轴13的这部分上向外凸出的形成有用于与所述的相角调整装置3相结合的左旋齿轮25，芯部齿轮轴13该部分的端口上通过螺栓固定连接有轴向定位板16，可保证芯部齿轮轴13和与芯部齿轮轴13固定连接的内凸轮轴组件2轴向固定。
如图9所示，所述的相角调整装置3包括有液压调整机构和通过环形连接架26与所述的液压调整机构固定连接并由液压调整机构驱动的内外齿套17，其中，所述的内外齿套17的外周面上形成有用于与后端部凸轮9上的连接套24内的右旋内齿相啮合的右旋齿，使连接套24内的右旋内齿轮与内外齿套17外侧上的右旋齿做轴向移动，从而实现阶梯轴套6和固定连接在阶梯轴套6上的外凸轮轴组件的转动。所述的内外齿套17的内周面上形成有用于与芯部齿轮轴13上的左旋齿轮25相啮合的左旋齿。芯部齿轮轴13上左旋齿轮25结构与内外齿套17内的左旋齿做轴向相对移动，从而实现芯部齿轮轴13和固定在芯部齿轮轴13上的内凸轮轴组件2的转动。
所述的液压调整机构包括有：活塞21、一端与活塞21通过螺栓固定连接的活塞套杆18、液压筒体20，以及分别连接在液压筒体20前后两端的前端盖19和后端盖22，其中，所述的活塞21和活塞套杆18位于所述的液压筒体20内并只能沿液压筒体20的轴向移动，这是因为在液压筒体内形成有导向花键槽，在活塞套杆形成有花键结构，所以活塞套杆及内外齿套只轴向移但不转动。所述的活塞套杆18的另一端贯穿所述的前端盖19并通过环形连接架26与所述的内外齿套17固定连接，在所述的液压筒体20的筒壁上对应于所述的活塞21的前、后两端分别各开一个油孔E/F，所述的芯部齿轮轴13具有左旋齿轮25的这一端依次贯穿所述的活塞套杆18的中心和活塞21的中心后通过螺栓与轴向定位板16固定连接，所述的轴向定位板16的外周边部嵌入在由所述的后端盖22与所述的液压筒体20之间所形成有凹槽内。
如图10所示，内外齿套17与内凸轮轴组件、外凸轮轴组件、阶梯轴套6以及芯部齿轮轴13做相对轴向位移，实现每对进气凸轮相异角的调节，进而调节气门升程差，调整控制涡流。
因此，如图3、图4所示，通过本发明的发动机可变进气门相异升程的装置，实现了θ（称相异角）可调。
本发明的发动机可变进气门相异升程的装置相异角调整工作原理（参考图8）：液压油从E口进入液压调整机构，推动活塞带动活塞套杆向右移动，从而使内外齿套也向右移动，由于活塞套杆及内外齿套只能轴向移动不转动，而芯部齿轮轴左端连接轴向定位板，所以芯部齿轮轴不做轴向移动，因此，内外齿套内的左旋齿迫使芯部齿轮轴从左向右沿逆时针方向转动，即内凸轮轴组件与芯部齿轮轴一起做逆时针转动；而内外齿套外的右旋齿使外凸轮轴组件和阶梯轴套顺时针转动，从而使内凸轮轴组件与外凸轮轴组件之间就出现了夹角，此夹角即为后端部凸轮9与内轴凸轮15的相异角θ，内外齿套越向右移，相异角越大，同理，当液压油从F口进入时，推动内外齿套向左移动，其内外齿套内的左旋齿沿芯部齿轮轴向左移动，由于内外齿套内的左旋齿倾斜但不转动，迫使芯部齿轮轴从左向右按顺时针方向转动，即内凸轮轴组件做顺时针转动，而内外齿套外侧的右旋齿使外凸轮轴组件逆时针转动，使相异角逐渐减小。这样就可以根据工况调整进气凸轮相异角θ改变两进气凸轮升程差、进而改变气门升程差来调整涡流；由于与内凸轮轴组件固定连接的芯部齿轮轴上的左旋齿轮、外凸轮轴组件的端部凸轮9上连接套内的右旋齿、内外齿套内外侧的右旋齿及左旋齿相互始终保持啮合，在保持E口和F口进液压力相同时，内外齿套不能轴向移动，所以内凸轮轴组件和外凸轮轴组件不发生相对转动，这时相当于一根凸轮轴可同时转动。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。