專利名稱：可變時(shí)間截面控制裝置的制作方法
可變時(shí)間截面控制裝置本發(fā)明適用于內(nèi)燃機(jī)流體節(jié)流控制領(lǐng)域，主要涉及可變時(shí)間截面控制裝置(本發(fā)明中所指的時(shí)間截面定義為=/ fdt，f為流體通道截面積，dt為時(shí)間微分元)，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的氣門有效相位、工作時(shí)間及有效升程進(jìn)行狀態(tài)控制，明顯解決低溫起動(dòng)性能存在的技術(shù)瓶頸，據(jù)此改善，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)及燃燒等技術(shù)參數(shù)，能使內(nèi)燃機(jī)獲得優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放性能等指標(biāo)。目前，內(nèi)燃機(jī)氣門控制機(jī)構(gòu)中大多采用固定的氣門定時(shí)、相位和升程，相應(yīng)的凸輪型線參數(shù)的確定通常采用折中設(shè)計(jì)方案。它僅代表了某些特定的有限的工況點(diǎn)上的優(yōu)化方案，而大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)均必須在速度與負(fù)荷寬廣的范圍內(nèi)工作，因而其不可能兼顧全域工況的綜合性能指標(biāo)，導(dǎo)致存在內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力性能不佳，由于要考慮低溫起動(dòng)性能，通常壓縮比要滿足低溫起動(dòng)的條件，使壓縮終了溫度達(dá)到及高于燃油的自然溫度，而在運(yùn)行時(shí)壓縮比就顯得過高，導(dǎo)致最高爆壓升高，使內(nèi)燃機(jī)的工作粗暴，帶來一系列不利影響，如機(jī)械負(fù)荷加大NOx，噪聲增大，有害氣體排放濃度增高，可靠性下降等等。 在眾多的試驗(yàn)研究工作中除了優(yōu)化進(jìn)、排通道及換氣機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)、采用4氣門技術(shù)、合理布置氣門位置，優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)等外，通過可變氣門相位、可變工作時(shí)間和可變升程來改善性能是一條重要途徑。在中外專利文獻(xiàn)中，有許多對(duì)氣門相位、工作時(shí)間及升程其中之一或全部加以改變的例子，包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式、電磁驅(qū)動(dòng)方式、液壓驅(qū)動(dòng)方式及其它混合方式等。與傳統(tǒng)氣門定時(shí)相比較，可變氣門定時(shí)(WT)機(jī)構(gòu)明顯改善內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能以及燃油經(jīng)濟(jì)性具有巨大潛力，經(jīng)濟(jì)性能改善16%左右，功率提高20%左右。內(nèi)燃機(jī)工作者已提出并實(shí)施了許多方案，旨在優(yōu)化流動(dòng)過程，改善流體動(dòng)態(tài)特性，但限于制造成本、運(yùn)行可靠性、機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性、系統(tǒng)的適用范圍等諸多因素，目前只有少數(shù)功能簡單的系統(tǒng)應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品中。Hara. S.的美國專利US5452694，“配氣相位改變裝置”；Haas M.的德國專利DE4404145，“配氣相位改變裝置”及Spath MJ.的美國專利US5431133，“氣門升程改變裝置”等的共同特點(diǎn)是在凸輪軸上為驅(qū)動(dòng)每個(gè)氣門配置了兩組或三組凸輪，分別對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)高、中、低速時(shí)的配氣要求，在實(shí)踐中可滿足部分要求，取得了良好的效果。但由于調(diào)節(jié)作用是分段式進(jìn)行的，因而其適應(yīng)性受到限制，不可能在全域工況范圍內(nèi)達(dá)到最佳、且需要增設(shè)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)用于完成從一個(gè)凸輪到另一個(gè)凸輪的過渡機(jī)構(gòu)及由于運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)增加而導(dǎo)致間隙變化而增設(shè)的間隙補(bǔ)償器，同時(shí)由于輸入量的不連續(xù)而影響性能輸出指標(biāo)。美國汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)第970251號(hào)(1997年)論文中，德國Berg M等人設(shè)計(jì)了“ A控制-機(jī)械全柔性氣門控制機(jī)構(gòu)”，其通過在氣門頂部附加一個(gè)三角形凸輪及牽引桿或挺柱機(jī)構(gòu)和鎖緊凸輪等，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣門升程、開啟時(shí)間和相位角連續(xù)調(diào)整。試驗(yàn)中取得了令人滿意的效果，同時(shí)，低速下噪聲明顯降低。但機(jī)構(gòu)及其控制較復(fù)雜其三角形凸輪及其驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的通用性較差，對(duì)確定幾何參數(shù)的機(jī)構(gòu)其控制模式不可能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；且由于附加機(jī)構(gòu)受力大且復(fù)雜，導(dǎo)致增設(shè)零部件磨損嚴(yán)重；驅(qū)動(dòng)耗功大；明顯影響該機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)效果的因素較多，它包括凸輪軸座和機(jī)油溫度以及內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)斜滑閥的調(diào)節(jié)作用的影響等負(fù)面因素。
邁克爾.B.賴?yán)l(fā)明的中國專利號(hào)94193867.0，“內(nèi)燃機(jī)所用可變閥門的升程裝置”，以改變搖臂和指狀從動(dòng)件的樞軸位置來實(shí)現(xiàn)。樞軸及搖臂或指狀從動(dòng)件均有與該樞軸匹配的齒牙樞軸滾動(dòng)跨過一根固定齒條以改變閥門升程與凸輪升程的比率。調(diào)整間隙對(duì)于樞軸的所有位置均可是恒定的，或可隨樞軸的位置而改變。由樞軸支承導(dǎo)板與一個(gè)固定的齒條刻劃的樞軸運(yùn)動(dòng)軌跡，可為一環(huán)形或接近此環(huán)形的弧形。改變調(diào)節(jié)間隙與樞軸位置之間的關(guān)系產(chǎn)生出受控的相位變化及工作時(shí)間變化。該裝置附加零部件較多，機(jī)構(gòu)復(fù)雜等，存在以下缺陷由于依賴變動(dòng)搖臂某個(gè)支承點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)位移的縮小或放大，因而為克服氣門彈簧力搖臂的受力的大小將隨支承點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而變化，從而導(dǎo)致齒條的磨損不均勻，尤其是在氣門最大升程時(shí)磨損最為嚴(yán)重；由于搖臂傳動(dòng)比的變化引起閥門間隙隨之變化；對(duì)于確定的搖臂和驅(qū)動(dòng)凸輪，其搖臂傳動(dòng)比及閥門升程比率受限于零件的幾何參數(shù)，從而限制其調(diào)節(jié)作用范圍；由于附加零部件受力大、運(yùn)動(dòng)阻力大、傳動(dòng)環(huán)節(jié)多等而影響其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。可變氣門控制機(jī)構(gòu)的另一種實(shí)現(xiàn)方式是通過液壓系統(tǒng)來尋找最佳氣門控制策略，在此方法中，凸輪頂桿使密封的液壓油或經(jīng)過一個(gè)固定的小孔、或經(jīng)過一個(gè)受控小孔而流 出。對(duì)被動(dòng)式結(jié)構(gòu)方式而言，其結(jié)果是閥門在內(nèi)燃機(jī)低速時(shí)打開得不大或時(shí)間不長，而在高速時(shí)流出的液體又不足以使閥門的運(yùn)動(dòng)不同于常規(guī)系統(tǒng)。積極的控制方式可使升程和工作時(shí)間得到精確控制，其結(jié)果是由于單是閥門運(yùn)動(dòng)就足可控制進(jìn)氣過程，常規(guī)節(jié)流將被廢棄。此系統(tǒng)在美國汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)第930820號(hào)論文(Urata與其他人等)中描述過。該系統(tǒng)的缺陷包括閥門開啟工作可靠性較差，由于油液隨溫度而粘度變化導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)變動(dòng)，系統(tǒng)復(fù)雜。盡管安裝了該系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)顯示出低速時(shí)轉(zhuǎn)矩明顯改進(jìn)，安裝在汽車上燃料節(jié)省1%。然而機(jī)械系統(tǒng)對(duì)于一系列要求的優(yōu)勢是顯而易見的。以上列舉的專利及文獻(xiàn)所涉及的可變氣門定時(shí)機(jī)構(gòu)的共同之處是氣門的升程是絕對(duì)變化值(即是氣門實(shí)際運(yùn)動(dòng)位移)；引起最大升程變化的力仍然直接作用在氣門桿頂部，受力大、易磨損；由于增加的運(yùn)動(dòng)副在調(diào)節(jié)過程中將引起氣門間隙隨之變化，從而影響內(nèi)燃機(jī)性能；需要增設(shè)間隙補(bǔ)償器；機(jī)構(gòu)復(fù)雜、成本高。本發(fā)明的目的是提供可變時(shí)間截面控制裝置，該裝置可對(duì)內(nèi)燃機(jī)(特別是柴油機(jī))的排氣門開閉相位、工作時(shí)間、升程進(jìn)行控制，從而明顯改善內(nèi)燃機(jī)的低溫起動(dòng)性能，據(jù)此項(xiàng)改進(jìn)，可對(duì)內(nèi)燃機(jī)的燃燒室、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可降低燃料消耗；降低污染物排放；提高功率、扭矩；降低噪聲和振動(dòng)；使內(nèi)燃機(jī)在全速和全負(fù)荷范圍內(nèi)具有優(yōu)良的性能指標(biāo)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在常規(guī)內(nèi)燃機(jī)排氣門及氣門座圈處增設(shè)了節(jié)流控制閥和相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)等。節(jié)流控制閥與排氣門及氣門座圈有一公共軸線(注本文中的“公共軸線”等同于“軸線”)，排氣門可沿公共軸線上下(注本文中定義朝關(guān)閉門門方向的運(yùn)動(dòng)為“上”;朝開啟門門方向的運(yùn)動(dòng)為“下”)運(yùn)動(dòng)，節(jié)流控制閥也可沿公共軸線上下運(yùn)動(dòng)，排氣門與節(jié)流控制閥之間存在各自獨(dú)立的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于其相對(duì)位置的特殊性，使之
形成了在內(nèi)可控的柔性時(shí)間截面(對(duì)于氣門式內(nèi)燃機(jī)而言q=丨片供，f為流體
通道截面積；n為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速；dt為時(shí)間微分元W爐為曲軸轉(zhuǎn)角微分元)，即可獲得排氣有效相位、工作時(shí)間、有效升程在其運(yùn)動(dòng)過程中可變。
與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I)節(jié)流控制方便，驅(qū)動(dòng)消耗功率?。?)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉；3)氣門有效升程可分級(jí)變化；4)氣門開啟及關(guān)閉時(shí)間分級(jí)變化；5)據(jù)此對(duì)內(nèi)燃機(jī)其它參數(shù)優(yōu)化，工藝性好。本發(fā)明是通過排氣門與節(jié)流控制閥之間的獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式改變氣門相位、工作時(shí)間、有效升程。氣門及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仍保持原方式，增設(shè)了節(jié)流控制閥和相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)，其工作原理完全不同于現(xiàn)行的可變氣門定時(shí)機(jī)構(gòu)的原理，對(duì)于氣門式內(nèi)燃機(jī)，可在工 況內(nèi)實(shí)施分級(jí)控制排氣過程，有利于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部EGR，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)I)設(shè)計(jì)方案可應(yīng)用于傳統(tǒng)挺桿方式、頂置凸輪軸式及其它方式驅(qū)動(dòng)氣門式內(nèi)燃機(jī)；2)設(shè)計(jì)方案可應(yīng)用于每一氣缸單個(gè)進(jìn)氣門和/或排氣門，或每一氣缸多個(gè)進(jìn)氣門和/或排氣門；3)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，增加零件數(shù)少；4)節(jié)流閥與節(jié)流控制閥之間獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式柔性地改變氣門有效相位、工作時(shí)間、有效升程；5)低溫起動(dòng)性能可得到明顯改善，起動(dòng)耗功大幅度降低；由于低溫起動(dòng)的技術(shù)瓶頸被突破，從而其它相關(guān)性能得到大幅度的改善；6)噪聲和振動(dòng)可得到明顯改善；7)排放指標(biāo)可得到改善，便于EGR(廢氣再循環(huán))控制；8)部分負(fù)荷工況及額定工況均具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性能。以下以氣門式內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)控制為例設(shè)計(jì)附圖圖I是現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成結(jié)構(gòu)剖視簡圖；圖2是現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成M向視簡圖；圖3是現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成A-A旋轉(zhuǎn)剖視簡圖；圖4是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成B-B工作狀態(tài)旋轉(zhuǎn)剖視簡圖；圖5是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成結(jié)構(gòu)剖視簡圖；圖6是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成N向視簡圖；圖7是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過程中B-B旋轉(zhuǎn)剖視進(jìn)排氣門處結(jié)構(gòu)簡圖；圖8是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)減壓過程中B-B旋轉(zhuǎn)剖視進(jìn)排氣門處結(jié)構(gòu)簡圖；圖9是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成剖視結(jié)構(gòu)簡圖；

圖10是本發(fā)明的減壓節(jié)流控制構(gòu)件部件結(jié)構(gòu)簡圖；圖11是本發(fā)明的節(jié)流控制閥部件結(jié)構(gòu)簡圖；圖12是本發(fā)明的氣門有效升程AH等于氣門實(shí)際升程Hl時(shí)的曲線圖；圖13是本發(fā)明的氣門有效升程AH為0時(shí)的曲線圖；圖14是本發(fā)明的氣門有效升程AH=氣門實(shí)際升程H I-節(jié)流控制閥升程H2時(shí)的曲線圖。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
圖I是現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成結(jié)構(gòu)剖視簡圖，圖3是現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成A-A旋轉(zhuǎn)剖視簡圖。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成主要由氣門室蓋罩4,搖臂8，搖臂座9，搖臂軸10，氣門鎖夾11，氣門彈簧座12，氣門彈簧13，氣缸蓋構(gòu)件15、氣門導(dǎo)管16，進(jìn)氣門17，排氣門18，氣缸蓋19，氣門座20，進(jìn)氣通道14，排氣通道21等組成。來自凸輪傳遞到搖臂8的力作用在進(jìn)氣門17、排氣門18頂部，壓縮氣門彈簧13，開啟進(jìn)氣門17、排氣門18，由于壓差的存在，流體被強(qiáng)制在氣缸蓋19內(nèi)的進(jìn)氣通道14、排氣通道21內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)來自凸輪傳遞到搖臂8的作用力逐漸減少、撤除后，進(jìn)氣門17、排氣門18在氣門彈簧13力的作用下分別關(guān)閉，完成進(jìn)氣或排氣過程，由于各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)均已經(jīng)確定，因而進(jìn)、排氣門開啟和關(guān)閉的定時(shí)、相位和升程也已固定，其設(shè)計(jì)代表了某些特定工況點(diǎn)上兼顧綜合指標(biāo)的折中方案。圖I是現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成結(jié)構(gòu)剖視簡圖，圖2是現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成M向視簡圖。減壓機(jī)構(gòu)由減壓螺栓1，減壓軸2，減壓閥3，氣門室蓋罩4，減壓彈簧5，螺母6，操作手柄7等組成，減壓軸2上部有方，操作手柄7通過螺母6連接在一起，減壓螺栓I通過螺紋與減壓軸2連接在一起，減壓軸2下部成凸?fàn)?，減壓閥3下部成凹狀，彼此耦合，轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄7減壓螺栓I通過螺紋與減壓軸2 —體，在凹狀斜邊分力作 用下往下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)搖臂8，傳遞到排氣門18下行，排氣門18被打開，轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，此時(shí)無壓縮力阻力，便于提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度。圖4是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成工作狀態(tài)B-B旋轉(zhuǎn)剖視簡圖，圖5是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成結(jié)構(gòu)剖視簡圖；在主要由氣門室蓋罩4,搖臂8,搖臂座9,搖臂軸10,氣門鎖夾11，氣門彈簧座12，氣門彈簧13，氣缸蓋構(gòu)件15，氣門導(dǎo)管16，進(jìn)氣門17，排氣門18，氣缸蓋19，氣門座20，進(jìn)氣通道14，排氣通道21等組成的現(xiàn)行普遍采用的內(nèi)燃機(jī)缸蓋總成中增設(shè)了氣門室蓋罩36，節(jié)流控制閥22、銷23，節(jié)流控制閥構(gòu)件24，鎖緊螺母27，節(jié)流控制閥構(gòu)件28，彈簧29，彈簧壓緊螺帽30，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34等，氣門導(dǎo)管16，進(jìn)氣門17，排氣門18，節(jié)流控制閥22，氣門座20等安裝在同一軸線(即公共軸線)上；節(jié)流控制閥22底部與排氣門18的裙部配合，節(jié)流控制閥22外圓與排氣通道21內(nèi)壁及氣門座20內(nèi)孔配合；氣缸蓋19上的氣門導(dǎo)管16附近有一平行于氣門導(dǎo)管16軸線(公共軸線)的偏心孔38，節(jié)流控制閥構(gòu)件24從偏心孔38中穿過,節(jié)流控制閥構(gòu)件24和節(jié)流控制閥構(gòu)件28通過鎖緊螺母27連接在一起，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34通過節(jié)流控制閥構(gòu)件24來控制節(jié)流控制閥22 ；節(jié)流控制閥22受到來自彈簧29力的作用可沿軸線在排氣21內(nèi)壁及氣門座20內(nèi)作上下運(yùn)動(dòng)，節(jié)流控制閥22也可隨來自排氣門彈簧25力的作用向上運(yùn)動(dòng)；排氣門18可在來自搖臂8和排氣門彈簧25力的作用下沿氣門導(dǎo)管16軸線上下(開閉)運(yùn)動(dòng)；排氣門18、節(jié)流控制閥22相對(duì)于氣門導(dǎo)管16、排氣通道21和氣門座20內(nèi)孔存在獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成有效可變時(shí)間截面；排氣門18運(yùn)動(dòng)過程中，節(jié)流控制閥22上下運(yùn)動(dòng)可控制氣門18開閉的有效相位、工作時(shí)間、有效升程，其手動(dòng)或自動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式可以是機(jī)械方式、液壓或氣動(dòng)控制方式、電力電磁控制方式或其它方式。轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄7,分為三種位置狀態(tài),分別為減壓位置、起動(dòng)位置、工作位置。在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄7至工作位置，節(jié)流控制閥22、節(jié)流控制閥構(gòu)件24，鎖緊螺母27，節(jié)流控制閥構(gòu)件28組成的節(jié)流控制閥部件在減壓節(jié)流控制構(gòu)件34上設(shè)有的斜面41分力作用下提升至平臺(tái)42上。
根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的狀態(tài)參數(shù)(包括轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度及環(huán)境參數(shù)等)狀態(tài)，通過節(jié)流控制閥構(gòu)件28手動(dòng)或自動(dòng)控制節(jié)流控制閥22的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，節(jié)流控制閥22上下運(yùn)動(dòng)，可控制排氣門18開啟的有效相位、工作時(shí)間、有效升程；當(dāng)在額定負(fù)荷及超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，節(jié)流控制閥10底部不與氣門9裙部接觸，不起節(jié)流作用；當(dāng)?shù)陀陬~定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，節(jié)流控制閥22可沿軸線上下運(yùn)動(dòng)，以控制排氣門18開啟的有效時(shí)間截面，相應(yīng)控制排氣量。負(fù)荷大則有效時(shí)間截面大，反之則?。粚?duì)于內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)態(tài)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可分級(jí)手動(dòng)控制節(jié)流控制閥22的運(yùn)動(dòng)位置，或應(yīng)用其它方式控制節(jié)流控制閥22的運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)尋求最優(yōu)工作狀態(tài)，具有極大靈活性，可實(shí)現(xiàn)多模式運(yùn)行(起動(dòng)模式、經(jīng)濟(jì)模式、低排放模式、超負(fù)荷模式等)。對(duì)于多進(jìn)氣門、多排氣門內(nèi)燃機(jī)，在同一氣缸內(nèi)，可根據(jù)不同流體渦流強(qiáng)度及進(jìn)、排氣量的需要來控制各個(gè)節(jié)流控制閥22的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于多氣缸內(nèi)燃機(jī)同樣適用上述方案。本發(fā)明應(yīng)用于排氣門中，節(jié)流控制閥22在排氣過程中的位置直 接影響排氣阻力，通過控制殘余在氣缸內(nèi)的廢氣量，利用廢氣改善排氣品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)直接EGR控制；在低溫起動(dòng)過程中，控制節(jié)流控制閥22與排氣門18的有效時(shí)間截面積，將前一循環(huán)中一定量的未燃或已燃混合氣強(qiáng)制駐留在氣缸內(nèi)，明顯提高下一循環(huán)的壓縮溫度，使之滿足連續(xù)著火條件，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)順利。圖5是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成結(jié)構(gòu)剖視簡圖，圖6是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成N向視簡圖，圖10是本發(fā)明的減壓節(jié)流控制構(gòu)件部件結(jié)構(gòu)簡圖，減壓節(jié)流控制構(gòu)件部件由操作手柄7，螺栓31，彈簧32，平墊33，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34組成，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34安裝在氣門室蓋罩36內(nèi)孔上，銷35限制位置，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34上部有方，操作手柄7通過螺栓31，彈簧32，平墊33連接在一起，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部圓周上設(shè)有平臺(tái)40，斜面41，平臺(tái)42，扭動(dòng)操作手柄7轉(zhuǎn)動(dòng)減壓節(jié)流控制構(gòu)件34，提升節(jié)流控制閥構(gòu)件28上平臺(tái)47控制節(jié)流控制閥22運(yùn)動(dòng),節(jié)流控制閥構(gòu)件28運(yùn)動(dòng)軸線與減壓節(jié)流控制構(gòu)件34運(yùn)動(dòng)軸線平行。減壓節(jié)流控制構(gòu)件34下部圓周上設(shè)有減壓斜面44，轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄7，分為三種位置狀態(tài)，分別為減壓位置、起動(dòng)位置、工作位置。減壓位置時(shí)，減壓斜面44斜邊分力作用下往下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)搖臂8，傳遞到進(jìn)氣門17下行，進(jìn)氣門17被打開，轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，此時(shí)無壓縮力阻力，便于提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速。圖7是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過程中B-B旋轉(zhuǎn)剖視進(jìn)排氣門處結(jié)構(gòu)簡圖，來自搖臂8的力直接作用在進(jìn)氣門17，排氣門18頂部，通過氣門鎖夾11和進(jìn)氣門彈簧座12，氣門彈簧座26，壓縮進(jìn)氣門彈簧13，排氣門彈簧25，進(jìn)氣門17，排氣門18分別沿各自軸線向下運(yùn)動(dòng)(開啟氣門)；節(jié)流控制閥22受到來自彈簧29力的作用可沿軸線在排氣21內(nèi)壁及氣門座20內(nèi)作上下運(yùn)動(dòng)，節(jié)流控制閥22也可隨來自排氣門彈簧25力的作用向上運(yùn)動(dòng)，節(jié)流控制閥22可隨排氣門18沿公共軸線向上運(yùn)動(dòng)，節(jié)流控制閥22的位置由減壓節(jié)流控制構(gòu)件34控制，由于氣缸內(nèi)與外界存在氣壓差，廢氣流體被強(qiáng)制從氣缸經(jīng)氣缸蓋19內(nèi)的流體通道21排出，完成起動(dòng)時(shí)的換氣過程；當(dāng)來自搖臂8力逐漸減少、至撤除后，排氣門18在氣門彈簧25力的作用下逐漸關(guān)閉；關(guān)閉過程中節(jié)流控制閥22的環(huán)形筒底部在排氣門18的裙部向上運(yùn)動(dòng)力的作用下，復(fù)位到原起始位置，節(jié)流控制閥22也減壓節(jié)流控制構(gòu)件34控制下復(fù)位。轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄7，分為三種位置狀態(tài)，分別為減壓位置、起動(dòng)位置、工作位置。在起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，此時(shí)，節(jié)流控制閥22、節(jié)流控制閥構(gòu)件24，鎖緊螺母27，節(jié)流控制閥構(gòu)件28組成的節(jié)流控制閥部件在彈簧29力作用下向下運(yùn)動(dòng)，通過減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部設(shè)定的平臺(tái)40進(jìn)行限制其運(yùn)動(dòng)行程。排氣門18處的節(jié)流控制閥22的運(yùn)動(dòng)位置盡可能地增大排氣阻力，以便將前一循環(huán)中一定量的未燃或已燃混合氣駐留在氣缸內(nèi)，可改善下一個(gè)循環(huán)的著火條件環(huán)境，直至順利起動(dòng)。對(duì)于多氣缸內(nèi)燃機(jī)同樣適用上述方案。本發(fā)明在用于改善低溫起動(dòng)時(shí)，則可用低成本地實(shí)現(xiàn)它。在起動(dòng)過程中，將排氣機(jī)構(gòu)中的節(jié)流控制閥22根據(jù)環(huán)境參數(shù)設(shè)定在適當(dāng)位置，控制內(nèi)部EGR量，以達(dá)到最佳效果，使內(nèi)燃機(jī)順利起動(dòng)，起動(dòng)完畢后，將節(jié)流控制閥22控制在不起作用狀態(tài)(復(fù)位位置)。本發(fā)明由于突破了內(nèi)燃機(jī)低溫起動(dòng)的技術(shù)瓶頸，同時(shí)對(duì)其它性能指標(biāo)(如燃油消耗率、排放、噪聲、振動(dòng)等)帶來明顯改善。圖8是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)減壓過程中B-B旋轉(zhuǎn)剖視進(jìn)排氣門處結(jié)構(gòu)簡圖，圖10是本發(fā)明的減壓節(jié)流控制構(gòu)件部件結(jié)構(gòu)簡圖，減壓節(jié)流控制構(gòu)件部件由操作手柄7，螺栓31，彈 簧32，平墊33，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34組成，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34安裝在氣門室蓋罩36內(nèi)孔上，銷35限制位置，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34上部有方，操作手柄7通過螺栓31，彈簧32，平墊33連接在一起，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部圓周上設(shè)有平臺(tái)40，斜面41，平臺(tái)42，扭動(dòng)操作手柄7轉(zhuǎn)動(dòng)減壓節(jié)流控制構(gòu)件34，提升節(jié)流控制閥構(gòu)件28上平臺(tái)47控制節(jié)流控制閥22運(yùn)動(dòng),節(jié)流控制閥構(gòu)件28運(yùn)動(dòng)軸線與減壓節(jié)流控制構(gòu)件34運(yùn)動(dòng)軸線平行。減壓節(jié)流控制構(gòu)件34下部圓周上設(shè)有減壓斜面44，轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄7，分為三種位置狀態(tài)，分別為減壓位置、起動(dòng)位置、工作位置。減壓狀態(tài)時(shí)，減壓斜面44斜邊分力作用下往下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)搖臂8，傳遞到進(jìn)氣門17下行，進(jìn)氣門17被打開，轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，此時(shí)無壓縮力阻力，便于提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速，此時(shí)，節(jié)流控制閥22、節(jié)流控制閥構(gòu)件24，鎖緊螺母27，節(jié)流控制閥構(gòu)件28組成的節(jié)流控制閥部件在彈簧29力作用下向下運(yùn)動(dòng),通過減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部設(shè)定的平臺(tái)40進(jìn)行限制其運(yùn)動(dòng)行程。圖9是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋總成剖視結(jié)構(gòu)簡圖，主要由氣缸蓋構(gòu)件15，氣門導(dǎo)管16，氣缸蓋19，氣門座20，進(jìn)氣通道14，排氣通道21等組成，氣缸蓋19，氣缸蓋構(gòu)件15上設(shè)有偏心孔38，氣門導(dǎo)管16和氣門座20過盈配合安裝在氣缸蓋19，氣缸蓋19上氣門座圈20內(nèi)孔Dl小于氣缸蓋19上內(nèi)孔D2 ;氣缸蓋19，氣缸蓋構(gòu)件15可以制成一體，也可以分立。圖10是本發(fā)明的減壓節(jié)流控制構(gòu)件部件結(jié)構(gòu)簡圖，圖8是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)減壓過程中B-B旋轉(zhuǎn)剖視進(jìn)排氣門處結(jié)構(gòu)簡圖，減壓節(jié)流控制構(gòu)件部件由操作手柄7，螺栓31，彈簧32，平墊33，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34組成，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34上部有方，操作手柄7通過螺栓31，彈簧32，平墊33連接在一起，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部圓周上設(shè)有平臺(tái)40，斜面41，平臺(tái)42，扭動(dòng)操作手柄7轉(zhuǎn)動(dòng)減壓節(jié)流控制構(gòu)件34，扭動(dòng)操作手柄7轉(zhuǎn)動(dòng)減壓節(jié)流控制構(gòu)件34，提升節(jié)流控制閥構(gòu)件28上平臺(tái)47控制節(jié)流控制閥22運(yùn)動(dòng)，節(jié)流控制閥構(gòu)件28運(yùn)動(dòng)軸線與減壓節(jié)流控制構(gòu)件34運(yùn)動(dòng)軸線平行。減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部圓周上設(shè)有減壓斜面44，平臺(tái)45。圖11是本發(fā)明的節(jié)流控制閥部件結(jié)構(gòu)簡圖，圖7是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過程中B-B旋轉(zhuǎn)剖視進(jìn)排氣門處結(jié)構(gòu)簡圖，節(jié)流控制閥部件主要由節(jié)流控制閥22、銷23，節(jié)流控制閥構(gòu)件24，鎖緊螺母27，節(jié)流控制閥構(gòu)件28等組成，節(jié)流控制閥22成環(huán)形圓筒狀，其內(nèi)圓周上內(nèi)突出一實(shí)體部分，用于與節(jié)流控制閥構(gòu)件24連接，節(jié)流控制閥構(gòu)件24為桿狀，節(jié)流控制閥22與節(jié)流控制閥構(gòu)件24通過銷23固定在一起，節(jié)流控制閥構(gòu)件24的一端為螺紋結(jié)構(gòu)，通過鎖緊螺母27把節(jié)流控制閥構(gòu)件28和節(jié)流控制閥構(gòu)件24鎖緊連接在一起，節(jié)流控制閥構(gòu)件28的一端為螺紋孔，與節(jié)流控制閥構(gòu)件24連接，另一端為沉孔46，彈簧29放置其內(nèi)，中部設(shè)有平臺(tái)47，彈簧29作用在節(jié)流控制閥構(gòu)件28推動(dòng)其下行。圖12 14所示，是本發(fā)明的氣門有效升程隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線圖，有效相位控制范圍為小G (0，0)，0為氣門開閉角；時(shí)間控制范圍t G (0，0/6n);有效升程AH =氣門實(shí)際升程H I-節(jié)流控制閥升程H2，有效升程控制范圍AH G (0，Hmax)，Hmax為排氣門18最大實(shí)際升程。圖12是本發(fā)明的氣門有效升程AH等于氣門實(shí)際升程Hl時(shí)的曲線圖，此時(shí)節(jié)流控制閥22升程H2為0，可控時(shí)間截面區(qū)域也為0，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在高負(fù)荷或超負(fù)荷狀態(tài)。此時(shí)節(jié)流控制閥22對(duì)有效相位、工作時(shí)間及有效升程不起控制作用。圖13是本發(fā)明的氣門有效升程AH為0時(shí)的曲線圖，此時(shí)節(jié)流控制閥22升程H2 等于排氣門18的實(shí)際升程H1，整個(gè)區(qū)間為可控時(shí)間截面區(qū)域，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在低負(fù)荷或低溫起動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)節(jié)流控制閥22對(duì)有效相位、工作時(shí)間、有效升程起控制作用。圖14是本發(fā)明的氣門有效升程AH=氣門實(shí)際升程Hl-節(jié)流控制閥升程H2時(shí)的曲線圖，此時(shí)AH大于0，9 ! ^ 9 ( 9 2區(qū)間內(nèi)上部面積為有效時(shí)間截面,其余為可控時(shí)間截面區(qū)域，節(jié)流控制閥22升程H2受節(jié)流控制閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I控制，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在中、低負(fù)荷狀態(tài)。此時(shí)節(jié)流控制閥22對(duì)有效相位、工作時(shí)間、有效升程起控制作用。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)排氣流體節(jié)流控制的可變時(shí)間截面控制裝置，其特征在于在主要由搖臂8，搖臂座9，搖臂軸10，氣門鎖夾11，氣門彈簧座12，氣門彈簧13，氣缸蓋構(gòu)件15、氣門導(dǎo)管16，進(jìn)氣門17，排氣門18，氣缸蓋19，氣門座20，進(jìn)氣通道14，排氣通道21等組成的現(xiàn)行內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中主要增設(shè)了節(jié)流控制閥22、銷23，節(jié)流控制閥構(gòu)件24，鎖緊螺母27，節(jié)流控制閥構(gòu)件28、彈簧29，彈簧壓緊螺帽30等，節(jié)流控制閥22安裝在氣缸蓋19內(nèi)的排氣通道21與氣門座20和排氣門17所形成的空間內(nèi)，節(jié)流控制閥22成環(huán)形圓筒狀，其運(yùn)動(dòng)軸線與氣門導(dǎo)管16軸線平行，通過控制排氣門18與節(jié)流控制閥22之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來控制排氣流體通道的截面積和排氣門周期性開啟及關(guān)閉的有效相位、工作時(shí)間、有效升程；增設(shè)了減壓節(jié)流控制構(gòu)件34，操作手柄7，扭動(dòng)操作手柄7 —定角度到相應(yīng)位置控制節(jié)流控制閥22的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變；
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述節(jié)流控制閥22的一部分或全部制成環(huán)形圓筒狀，節(jié)流控制閥22外圓與排氣通道21內(nèi)壁及氣門座20內(nèi)孔39間隙配合，其底部與排氣門18的傘狀裙部接觸(配合)；
3.如權(quán)利要求I和2所述的裝置，其特征在于所述節(jié)流控制閥22成環(huán)形圓筒形狀，其內(nèi)圓周上內(nèi)突出一實(shí)體部分，用于與節(jié)流控制閥構(gòu)件24連接；
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于節(jié)流控制閥構(gòu)件24為桿狀，節(jié)流控制閥22與節(jié)流控制閥構(gòu)件24通過銷23固定在一起；節(jié)流控制閥22可沿氣門導(dǎo)管16軸線的平行軸線上下運(yùn)動(dòng)；
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于節(jié)流控制閥構(gòu)件24的一端為螺紋結(jié)構(gòu)，通過鎖緊螺母27把節(jié)流控制閥構(gòu)件28和節(jié)流控制閥構(gòu)件24鎖緊連接在一起；
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述氣缸蓋19、氣缸蓋構(gòu)件15上的氣門導(dǎo)管16附近有一平行于氣門導(dǎo)管16軸線的偏心孔38，節(jié)流控制閥構(gòu)件24從偏心孔38中穿過；
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述氣缸蓋19上氣門座圈20內(nèi)孔39的Dl小于氣缸蓋19上內(nèi)孔D2 ;氣門座圈20內(nèi)孔39的Dl與節(jié)流控制閥22外徑D3間隙配合；
8.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于減壓節(jié)流控制構(gòu)件34通過用鎖緊螺母27連接的節(jié)流控制閥構(gòu)件28和節(jié)流控制閥構(gòu)件24來控制節(jié)流控制閥22，節(jié)流控制閥構(gòu)件28的一端為螺紋孔，與節(jié)流控制閥構(gòu)件24連接，一端為沉孔46，彈簧29放置其內(nèi)，彈簧29作用在節(jié)流控制閥構(gòu)件28推動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求I和權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于減壓節(jié)流控制構(gòu)件34安裝在氣門室蓋罩36內(nèi)孔上，銷35限制位置，減壓節(jié)流控制構(gòu)件34下端圓周上設(shè)有斜坡44，扭動(dòng)操作手柄7轉(zhuǎn)動(dòng)減壓節(jié)流控制構(gòu)件34推動(dòng)進(jìn)氣門17下行，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)的減壓過程；
10.如權(quán)利要求I和求10所述的裝置，其特征在于減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部圓周上設(shè)有平臺(tái)40，平臺(tái)42，斜面41，扭動(dòng)操作手柄7轉(zhuǎn)動(dòng)減壓節(jié)流控制構(gòu)件34，提升節(jié)流控制閥構(gòu)件28上平臺(tái)47控制節(jié)流控制閥22運(yùn)動(dòng)，節(jié)流控制閥構(gòu)件28運(yùn)動(dòng)軸線與減壓節(jié)流控制構(gòu)件34運(yùn)動(dòng)軸線平行。減壓節(jié)流控制構(gòu)件34中部圓周上設(shè)有減壓斜面44，平臺(tái)45。
全文摘要
可變時(shí)間截面控制裝置能實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣流體節(jié)流控制，尤其是在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過程中。本發(fā)明主要由氣門、缸蓋及其內(nèi)部流體通道、節(jié)流控制閥部件、相應(yīng)控制機(jī)構(gòu)等組成。節(jié)流控制閥部件安裝在排氣道內(nèi)，氣門與節(jié)流控制閥部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下控制節(jié)流過程中的開/閉的有效相位、工作時(shí)間、有效升程，也可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷條件下進(jìn)行控制。具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低，操作方便，便于實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)EGR控制。應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)中，可明顯解決低溫起動(dòng)存在的技術(shù)瓶頸，基于此改善，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在全速全負(fù)荷工況具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力性能、低噪聲、低排放等指標(biāo)。
文檔編號(hào)F02D9/08GK102797532SQ20111013292
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者鄧國峰 申請人:鄧國峰