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弹簧电动凸轮驱动机构

阅读:340发布:2022-05-21

专利汇可以提供弹簧电动凸轮驱动机构专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种气 门 驱动机构,尤其是采用双 弹簧 电动 凸轮 气门驱动机构,其特征是,凸轮(201、201a)与 电动机 转子 或转子轴(206、206a)连结一起,组成电动凸轮;设置两组 气门弹簧 ,下气门弹簧(7)和上气门弹簧(7),下气门弹簧、电动凸轮与常规顶置式凸轮驱动机构安装方式相同,上气门弹簧与下气门弹簧成180度直接顶在凸轮上,或者通过 摇臂 与下气门弹簧成180度顶在凸轮上,气门弹簧、气门杆、摇臂和电动凸轮工作在受拍振动状态,弹簧 力 提供主要的气门开启和关闭的动力,电动力补充 能量 损失,控制气门打开和关闭的时间,通过电动机和弹簧共同作用,实现气门开启 相位 和开启 角 连续可调。,下面是弹簧电动凸轮驱动机构专利的具体信息内容。

1.一种气驱动机构,尤其是采用电磁驱动的气门驱动机构,其特征是,凸轮(201、
201a)与电动机转子或转子轴(206、206a)连结一起,组成电动凸轮;设置两组气门弹簧,下气门弹簧(7)和上气门弹簧(7),下气门弹簧、电动凸轮与常规顶置式凸轮驱动机构安装方式相同,上气门弹簧与下气门弹簧成180度直接顶在凸轮上,或者通过摇臂与下气门弹簧成180度顶在凸轮上,弹簧力提供主要的气门开启和关闭的动力,电动力补充能量损失,控制气门打开和关闭的时间,通过电动机和弹簧共同作用,实现气门开启相位和开启连续可调。
2.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,其中所用凸轮为单对端点凸轮(201a),即凸轮有一个高点(2013a)和一个低点(2014a),单对端点凸轮转一周,发动机转两转。
3.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,其中所用凸轮为三对端点凸轮,即凸轮有三个高点(2013)和三个低点(2014),凸轮的一对端点对应一个开闭周期,三对端点凸轮转一转,发动机转6转。
4.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,所用凸轮的每对端点设置两个等半径段,一个为最大半径等半径段(2013、2013a),一个为最小半径等半径段(2014、
2014a),最小半径等半径段的角度是最大半径的角度1倍至6倍,等径段总角度小于120度,尤其是当完全取消节气门时,等径段总角度小于30度。
5.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,电动凸轮采用多列三端点外转子电动凸轮(201),即多个三对端点凸轮并列固定在外转子式电动机的外转子上,或者多个三对端点凸轮与电动机外转子做为一个整体。
6. 根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,电动凸轮采用多列单对端点外转子电动凸轮(201a),即多个单对端点凸轮并列固定在外转子式电动机的外转子上,并且在外转子上设置平衡重
7.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,电动凸轮采用单列三对端点内转子电动凸轮,即三对端点凸轮(201)固定在内转子式电动机的内转子轴(206a)上。
8.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,电动凸轮采用单列单对端点内转子电动凸轮,即单对端点凸轮(201a)固定在内转子式电动机的内转子轴(206a)上,并且设置平衡重块。
9.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,气门驱动机构整体布局采用上、下布局,附加的摇臂(8a)在凸轮(2)的上方,附加的上气门弹簧(7a)在附加摇臂(8a)的上方,摇臂支点(802a)在一端,上气门弹簧和上摇臂的顶柱可以完全与下气门弹簧对称,上气门弹簧和上 摇臂的顶柱也可换位,如果下气门驱动为无摇臂安装,则上气门弹簧与凸轮之间也采用无摇臂驱动。
10.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,气门驱动机构整体布局采用低高度布局,上摇臂(8)采用中间支点(803)摇臂,摇臂的一端上设滚动轮(802)与凸轮(201)接触,摇臂的一端与上弹簧座(701)接触,弹簧和凸轮均在上摇臂下方,中间支点由可调顶柱(9)支撑,可调顶柱(9)在上摇臂(8)的上方。
11. 根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,电动凸轮气门驱动机构设置停机机构,停机机构采用增加上摇臂可调顶柱(9、9a),或设置可调上气门弹簧上座的方法实现,可调顶柱或可调上气门弹簧上座的驱动方式为液压式、电机丝杆式、停机杆式。
12.根据权利要求1所述的气门驱动机构,其特征是,停机杆式的驱动机构是,在上摇臂可调顶柱(9、9a)的上表面设置滑动斜面(901),设置一个上摇臂可调顶柱驱动杆,即停机杆(10),停机杆上有与可调顶柱的相配合的滑动斜面(1001)和凸起台阶(1002),利用电机和丝杆机构移动驱动杆,当发动机停机时,驱动杆凸起台阶离开可调顶柱,上气门弹簧作用减弱,气门处于关闭或小间隙开启状态,避免发动机在无电状态下气门与活塞碰撞,当发动机工作前,先启动电动机,先使凸轮处于关闭状态,停机杆将各缸的停机杆连结在一起,采用一套驱动机构控制。

说明书全文

弹簧电动凸轮驱动机构

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种往复式发动机气门驱动机构,尤其是采用电磁驱动的气门驱动机构。

背景技术

[0002] 公知的往复式发动机气门在不同转速下有不同的最优气门正时,因此发展了多种可变正时、可变升程系统,主要有:(1)利用链齿轮的张紧方式改变凸轮相位、(2)液压叶片改变凸轮相位,(3)利用附加凸轮式,通过液压选择不同的凸轮来改变升程和相位,(4)调整摇臂顶杆来调整升程,(5)电磁式气门驱动,(6)液压驱动。其中前4种方案,是以发动机凸轮为基本动力的机构,得到了较大规模的实际运用,但还存在控制的灵活性不是足够的问题,电磁铁式和液压式控制最灵活,因此不断有各种电磁式方案和液压方案提出,为克服弹簧力,电磁铁一般选择EI式电磁铁,此类电磁铁在相同电流下大行程时,吸力小,近行程时,吸引力大,为了保证远行程的吸力,电流较大,整个电磁气气门系统的功耗很高,气门关闭过程中控制难度大,体积也难以满足要求;液压系统响应速度不够高,已经用于低速发动机,但难以用于高速发动机。发明内容
[0003] 本实用新型要解决的技术问题是,(1)以发动机凸轮为基本动力的可变气门驱动灵活性不够高的问题,(2)电磁铁式气门驱动系统,能耗高,控制难度高的问题,(3)液压系统驱动系统响应速度低的问题。
[0004] 具体技术方案为:凸轮与电动机转子连结一起,组成电动凸轮;设置两组气门弹簧,上气门弹簧和下气门弹簧,下气门弹簧、电动凸轮与常规顶置式凸轮驱动机构安装方式相同,上气门弹簧与下气门弹簧成180度直接顶在凸轮上,或者通过摇臂与下气门弹簧成180度顶在凸轮上,系统有三个稳定状态,气门半开,气门全开和气门全闭,其中气门半开是完全平衡位置,气门全开和气门全闭是半稳定状态,电动机驱动凸轮使气门离开全开或离开全闭时,弹簧驱动气门和凸轮和完全平衡位置运动,运动到完全平衡位置时,速度达到最大,弹簧阻止凸轮和气门,但凸轮和气门还继续运动,在不考虑阻力的情况下,系统运行到另一个半稳定状态,这样,气门弹簧、气门杆、摇臂和电动凸轮工作在受拍振动状态,弹簧力提供主要的气门开启和关闭的动力,电动力补充能量损失,控制气门打开和关闭的时间,通过电动机和弹簧共同作用,实现气门开启相位和开启连续可调。
[0005] 设计了两种凸轮形状,一类,单对端点凸轮,即凸轮有一个高点和一个低点,二,三对端点凸轮,即凸轮有三个高点和三个低点,凸轮的一对端点对应一个开闭周期,单对端点凸轮转一周,发动机转两转,三对端点凸轮转一周,发动机转6转。
[0006] 常规发动机气门打开角为曲轴转角的260度左右,凸轮升高角度为130度左右,以轴心为参考,半径最小且半径相等处为基圆,是气门关闭位置,凸轮基圆角为230度左右,在凸轮高点处无等半径段。本发明的凸轮的每对端点设置两个等半径段,一个为最大半径等半径段,一个为最小半径等半径段,最小半径的等半径段角度是最大半径的角度1倍至6倍,电凸轮在变半径段由弹簧和电动力共同驱动,而等径段仅由电动力驱动,凸轮工作在变速运动状态,由于变径段弹簧力的作用远大于电动力,其周期主要取决于弹簧和运动体系的周期,变化范围较小,增大最大半径等径段接触下气门顶柱或下气门摇臂时的运动速度,减小最小半径段接触下气门顶柱或下气门摇臂的运动速度,可减小气门打开角,反之可增大气门打开角,在总周期相同情况下,取较小等径段的角度,有利于减小等径段运动速度,减小电机绝对速度变化量,减小电机驱动力的要求,增大等径段角度有利于降低控制难度,但对电动力要求提高,等径段总角度小于120度,尤其是当完全取消节气门时,等径段总角度小于30度。
[0007] 根据凸轮形状和发动机特点,设计四类电动凸轮,一类是多列三端点外转子电动凸轮,即多个三对端点凸轮并列固定在外转子式电动机的外转子上,或者多个三对端点凸轮与电动机外转子做为一个整体,此类电动凸轮适合多气门高速发动机;二类是多列单对端点外转子电动凸轮,即多个单对端点凸轮并列固定在外转子式电动机的外转子上,并且在外转子上设置平衡重,此类电动凸轮适合多气门低速发动机;三类是单列三对端点内转子电动凸轮,即三对端点凸轮固定在内转子式电动机的内转子上,此类电动凸轮适合单气门高速发动机;四类是单列单对端点内转子电动凸轮,即单对端点凸轮固定在内转子式电动机的内转子轴上,并且设置平衡重块,此类电动凸轮适合单气门低速发动机。
[0008] 设计两类气门驱动机构整体布局,一类是,上、下布局,附加的摇臂在凸轮的上方,附加的上气门弹簧在附加摇臂的上方,上气门弹簧与凸轮之间采用相同类型的摇臂驱动,上气门弹簧和上摇臂的顶柱可以完全与下气门弹簧对称,上气门弹簧和上 摇臂的顶柱也可换位;如果下气门驱动为无摇臂安装,则上气门弹簧与凸轮之间也采用无摇臂驱动,二类是低高度布局,上摇臂采用中间支点摇臂,摇臂的一端上设滚动轮与凸轮接触,摇臂的一端与上弹簧座接接触,弹簧和凸轮均在上摇臂下方,中间支点由可调顶柱支撑,可调顶柱在上摇臂的上方。
[0009] 优化的双弹簧电动凸轮气门驱动机构设置停机机构,停机机构采用增加上摇臂可调顶柱,或设置可调上气门弹簧上座的方法实现,可调顶柱或可调上气门弹簧上座的驱动方式为液压式、电机加丝杆式、停机杆式;停机杆式的驱动机构是,在上摇臂可调顶柱的上表面设置滑动斜面,设置一个上摇臂可调顶柱驱动杆,即停机杆,停机杆上有与可调顶柱的相配合的滑动斜面和凸起台阶,利用电机和丝杆机构移动驱动杆,当发动机停机时,驱动杆凸起台阶离开可调顶柱,上气门弹簧作用减弱,气门处于关闭或小间隙开启状态,避免发动机在无电状态下气门与活塞碰撞,当发动机工作前,先启动电动机,先使凸轮处于关闭状态,再使驱动杆凸起台阶顶起可调顶柱,发动机处于工作状态,液压式和电机加丝杆式工作原理相似,结构更复杂,控制灵活,停机杆可以将各缸的停机杆连结在一起,采用一套驱动机构控制。
[0010] 本发明的有益效果为,利用双弹簧、凸轮和电动机的组合机构,双弹簧机构实现能量的回收,提供主要的气门开闭动力,比单纯电动驱动凸轮对电动机功率要求低,由于本结构为每个气缸的同类气门分别安装一套驱动机构,在双弹簧的作用下,气门动作速度快,控制灵活,气门开关相位和打开角可调,尤其是发动机工作在较低速的情况下,可以通过调整气门打开时间来调整进气量,减小气损失,在高速、低负荷下,也可以使部分气缸关闭,工作在气弹簧的状态,实现停缸功能。附图说明
[0011] 下面结合对本实用新型进一步说明
[0012] 图1是三对端点凸轮形状图,
[0013] 图2是单对端点凸轮形状图,
[0014] 图3是两列三对端点外转子电动凸轮结构图,
[0015] 图4是两列单对端点外转子电动凸轮结构图,
[0016] 图5是单列三对端点内转子电动凸轮结构图,
[0017] 图6是双弹簧电动凸轮气门驱动机构低高度布局图,
[0018] 图7是双弹簧电动凸轮气门驱动机构上、下布局图。

具体实施方式

[0019] 图1展示了三对端点凸轮的形状,为有三对端点的凸轮,图中(2011)为基础圆,(2012)为变半径段,(2013)为最大半径等径段,(2014)为最小半径等径段,取较小的等径段角度,最大半径等径段角度大于最小半径等径段,图中最大半径等径段为5度,最小半径等径段为15度。
[0020] 图2展示了单对端点凸轮的形状,为有对端点的凸轮图中(2011a)为基础圆,(2012a)为变半径段,(2013a)为最大半径等径段,(2014a)为最小半径等径段,取较小的等径段角度,最大半径等径段角度大于最小半径等径段,图中最大半径等径段为5度,最小半径等径段为15度。
[0021] 图3展示了两列三端点外转子电动凸轮的结构,其由两个三对端点凸轮(201)、凸轮轴(203)、平衡重(202)、内定子(205)、内定子轴(204)、外转子(207)构成,其中凸轮(201)、凸轮轴(203)和外转子(206)做成整体结构,三列三端点外转子电动凸轮,增加一个凸轮(201),不再说明。
[0022] 图4展示了两列单对端点外转子电动凸轮的结构,其由两个单对端点凸轮(201a)、凸轮轴(203)、平衡重(202)、内定子(205)、内定子轴(204)、外转子(207)构成,其中凸轮(201)、凸轮轴(203)、平衡重(202)和外转子(206)做成整体结构,三列单对端点外转子电动凸轮,增加一个凸轮(201a),不再说明。
[0023] 图5展示了单列三对端点内转子电动凸轮的结构,其由一个三对端点凸轮(201)、固定在内转子电动机(205a)的内转子轴(206a)上,构成单列三对端点内转子电动凸轮,将图5中的一个三对端点凸轮(201)换成一个单对端点凸轮(201a),单列单对端点内转子电动凸轮。
[0024] 图6展示了双弹簧电动凸轮气门驱动机构低高度布置的结构, 图中气门杆(1)安装在气门导管(4)中,下气门弹簧(3)、弹簧座(301)和气门(1)依靠弹簧力压装在一起,下摇臂(5)为侧支点摇臂,下摇臂支点(503)上安装液压顶柱(6),下摇臂气门杆推动头(502)顶在气门杆顶部,下摇臂中间设滚轮(501),下摇臂滚轮(501)顶在电动凸轮(2)上的凸轮(201)上,以上机构安装方式与常规发动机安装方式相同。气门上摇臂(8)为中间支点摇臂,上气门弹簧(7)的顶柱(701)顶在上摇臂的推动头(801)上,上摇臂的滚轮(802)顶在凸轮(201),上气门弹簧的顶柱(701)和凸轮(201) 在上摇臂的两端,并位于上摇臂的下方,在上,在上摇臂两边,上摇臂中间的支点(803)上安装可调整顶柱(9),可调整顶柱(9)上部设滑动斜面(901),停机杆(10)上设 滑动斜面(1001)和工作台阶(1002),停机杆(10)可左右移动,当工作台阶(1002)与可调顶柱(9)接触时,可调顶柱向下移动,上气门弹簧处于工作状态,当工作台阶(1002)离开可调顶柱(9)时,可调顶柱向上移动,上气门弹簧处于非工作状,停机状态,可使气门关闭,保护气门和活塞。
[0025] 图7展示了双弹簧电动凸轮气门驱动机构上、下布置的结构,图1展示了双弹簧电动凸轮气门驱动机构的结构,图中气门杆(1)安装在气门导管(4)中,下气门弹簧(3)、弹簧座(301)和气门(1)依靠弹簧力压装在一起,下摇臂(5)为侧支点摇臂,下摇臂支点(503)上安装液压顶柱(6),下摇臂气门杆推动头(502)顶在气门杆顶部,下摇臂中间设滚轮(501),下摇臂滚轮(501)顶在电动凸轮(2)上的凸轮(201)上,以上机构安装方式与常规发动机安装方式相同。气门上摇臂(8a)与下摇臂(5),结构相同,摇臂支点(803a)在摇臂一端,上摇臂的滚轮(802a)在中间,上气门弹簧(7)的顶柱(701a)顶在上摇臂的推动头(801a)上,上摇臂的滚轮(802a)顶在凸轮(201),上摇臂支点(803a)上安装可调整顶柱(9),可调整顶柱(9a)上部设滑动斜面(901),停机杆(10)上设 滑动斜面(1001)和工作台阶(1002),停机杆(10)可左右移动,当工作台阶(1002)与可调顶柱(9)接触时,可调顶柱向下移动,上气门弹簧处于工作状态,当工作台阶(1002)离开可调顶柱(9)时,可调顶柱向上移动,上气门弹簧处于非工作状,停机状态,可使气门关闭,保护气门和活塞。
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