專利名稱：閥門調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到對發(fā)動機(如象內(nèi)燃發(fā)動機)的改進，特別是涉及到對內(nèi)燃發(fā)動機閥門(特指菌形閥門)運動機制的改進。
本發(fā)明還適用于其他采用閥門機構(gòu)的發(fā)動機和泵。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動機的可用扭矩主要取決于發(fā)動機的容積效率。對于往復(fù)式活塞發(fā)動機來說，這個效率就是對發(fā)動機在吸氣沖程期間吸進氣缸的空氣容積大小相對于氣缸掃氣容積的度量。
往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機的閥門定時在發(fā)動機的某些特定轉(zhuǎn)速下對發(fā)動機的容積效率有重要影響。發(fā)動機有固定的閥門定時，即活塞在上死點以前閥門按固定的曲軸轉(zhuǎn)角開啟，在上死點以后閥門按固定的曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)閉，該發(fā)動機在某一特定轉(zhuǎn)速下工作，才能達到最高的工作效率。在該轉(zhuǎn)速下，進、排氣閥門相對于活塞的位置固定同步，相互配合能發(fā)出最大扭矩。
很明顯，如果在一個寬廣的發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能給出最大扭矩當(dāng)然是最理想的。為了在高發(fā)動機轉(zhuǎn)速下能達到最大扭矩，理想的條件是進、排氣閥門應(yīng)該在盡可能大的活塞行程范圍內(nèi)都是開啟的，因為這樣可以有更多的時間讓氣進入氣缸和讓廢氣排出氣缸從而提高發(fā)動機的容積效率。然而，有多大的活塞行程或者進、排氣閥門能保持開啟多大的角度(或曲軸轉(zhuǎn)角)，這里面存在著若干限制因素。例如，為了增加閥門的開啟角度會使得進、排氣閥門的開啟角度同時增加，即所謂的閥門重疊，在高發(fā)動機轉(zhuǎn)速下閥門重疊是有利的因為它能增加扭矩輸出。然而，同一閥門重疊量雖然在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時能產(chǎn)生良好的扭矩，但在低轉(zhuǎn)速時卻會導(dǎo)致發(fā)動機工作不良和輸出扭矩降低。因此，總的說來，閥門早開和遲關(guān)是以低速扭矩為代價提高高速下的容積效率。相反，減小閥門重疊度雖然會提高發(fā)動機的低速扭矩但卻不能得到最好的高速容積效率。
因此，理想的情況是應(yīng)該設(shè)計這樣一種機構(gòu)，它能使得閥門的開啟和關(guān)閉定時按照發(fā)動機的轉(zhuǎn)速等運行參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以便在一個寬廣的發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能獲得最佳的扭矩。另外，發(fā)動機的其他參數(shù)，如象節(jié)流閥位置，齒輪的嚙合狀況等也可以用來改變閥門的開啟和關(guān)閉定時。
除了閥門定時以外，其他還有一些因素對往復(fù)式發(fā)動機菌形閥門的工作也有重要影響。首先，在閥門剛要打開之前，閥門驅(qū)動器應(yīng)向著閥門緩慢加速運動，以便減小并最后消除閥門與驅(qū)動器之間或者居于中間的挺桿與驅(qū)動器之間的間隙。這樣一來就可以保證閥門與驅(qū)動器不會以很大的速度和沖擊力互相碰撞。此后閥門就需要盡可能迅速地打開以便讓新鮮的空氣和燃油從進氣閥門流暢地進入氣缸，或者使氣缸中的廢氣從排氣閥門排出干凈。閥門一旦打開后，在它被迅速地關(guān)閉以前應(yīng)盡可能長時間地保持開啟。隨后該閥門應(yīng)盡可能輕柔地落座，保持開閉，直到重新開始下一次循環(huán)。由于這時閥門的運動不應(yīng)該有明顯地變化(比如過度地加速)，因此注意到在閥門運動軌跡上，大體上是成正弦曲線的運動是可以接受的。
對閥門的驅(qū)動和對它們運動狀態(tài)的控制過去都是通過采用凸輪軸來實現(xiàn)的。凸輪軸上有偏心的凸輪瓣，它將推動閥門，其中凸輪瓣的輪廓決定了閥門的運動特性。這種結(jié)構(gòu)存在的問題是當(dāng)凸輪軸快速旋轉(zhuǎn)時閥門是依靠閥門彈簧而與凸輪瓣的外表面保持接觸的，但當(dāng)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)加快時，閥門可能會由于慣性的作用而離開凸輪瓣的外表面。這一問題雖然可以通過增加閥門彈簧的強度而部分地得到解決，但是這會使得閥門開啟困難，并且凸輪瓣表面的磨損也會加快。
凸輪軸的另一個主要問題是不能改變凸輪瓣的輪廓形狀，因此改變閥門的運動特性非常困難。要改變閥門定時，凸輪軸就需要更換或進行加工，因此對于一個特定的凸輪瓣輪廓只能在一個狹窄的發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)得到最佳的扭矩特性。這就是為什么發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速時運行良好而在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)扭矩就顯得不足的原因之一。另外，在凸輪軸旋轉(zhuǎn)時由于閥門彈簧總是將閥門緊緊地壓在凸輪瓣上，因此沿著凸輪軸的長度方向會產(chǎn)生很大的扭力，該扭力有可能將凸輪軸損壞。
雖然曾經(jīng)試圖利用一些現(xiàn)有的裝置來解決上述問題，但沒有一個是完全令人滿意的。有一種裝置是在一根凸輪軸上有兩個用于進氣閥門的標(biāo)準(zhǔn)凸輪瓣和一個介于兩個標(biāo)準(zhǔn)進氣瓣之間的第三凸輪瓣。當(dāng)發(fā)動機以低于某轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，兩個進氣閥門由標(biāo)準(zhǔn)凸輪瓣驅(qū)動，而當(dāng)發(fā)動機加速到超過某一預(yù)定轉(zhuǎn)速后，一個銷釘便與閥門的驅(qū)動器相嚙合，使兩個閥門由第三凸輪瓣驅(qū)動，而該凸輪瓣有適合于高轉(zhuǎn)速的獨特的外部輪廓，能使進氣閥門開啟提早并保持較長的開啟時間。對于排氣閥門凸輪軸也可以采用相似的機構(gòu)。該系統(tǒng)的缺點是它不能使閥門的開啟和關(guān)閉定時在兩個預(yù)定的閥門運動特性之間變化，即只可能有兩種閥門開啟持續(xù)時間。這就使得發(fā)動機的扭矩輸出從低轉(zhuǎn)速到高轉(zhuǎn)速是呈“階梯”形變化，而不能實現(xiàn)在整個發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍都能獲得最大的扭矩輸出，僅僅是在兩個確定的轉(zhuǎn)速下達到最佳。
另一種改變閥門開啟和關(guān)閉角度的方法是使凸輪的轉(zhuǎn)速在單一轉(zhuǎn)速的某些部分上并不總是等于曲軸轉(zhuǎn)速的一半，而是隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而改變。例如，在低轉(zhuǎn)速時凸輪軸用曲軸轉(zhuǎn)速一半的標(biāo)準(zhǔn)速度旋轉(zhuǎn)。在高轉(zhuǎn)速時，一個安裝在凸輪軸上的機構(gòu)可使凸輪軸以低于曲軸轉(zhuǎn)速一半的速度旋轉(zhuǎn)，同時打開閥門并使它們保持開啟，從而保證閥門比低速時能在一個更寬的角度開啟。為了彌補丟失的時間(因為曲軸每轉(zhuǎn)二圈，凸輪軸必須均化一圈)，在旋轉(zhuǎn)的剩余部分凸輪軸必須以高于曲軸轉(zhuǎn)速一半的速度轉(zhuǎn)動，以保證閥門再開時是處在正確的位置上。很明顯，這個系統(tǒng)也是不理想的，它要采用一套復(fù)雜的機構(gòu)來改變在曲軸旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)速度。另外，由于凸輪瓣的輪廓形狀不能改變，因此閥門升程也不可能改變。
大多數(shù)閥門驅(qū)動機構(gòu)的另一個缺點是它們都包括了用于開啟閥門的凸輪軸，凸輪軸不僅制造困難而且容易磨損和損壞。
調(diào)節(jié)流閥頂部與閥門驅(qū)動器(搖臂或凸輪軸瓣)之間間隙的方法也存在缺點。由于需要在搖臂上增加間隙調(diào)節(jié)器，所以搖臂的慣量將會增加；如果采用墊片調(diào)節(jié)，則不僅將墊片放置到凸輪瓣下面有困難，而且還需要增加墊片定位元件，從而會使得閥門總成的長度增加而導(dǎo)致發(fā)動機尺寸增加。
發(fā)明簡介本發(fā)明的目的是至少要克服一個與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的缺點。
為此目的，本發(fā)明將提供一種可調(diào)整閥門運動特性的裝置。閥門的運動特性包括定時，如曲軸的轉(zhuǎn)角位置在上死點前閥門開始處的參考角度，開啟持續(xù)時間，如閥門保持開啟所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，在一定曲軸轉(zhuǎn)角位置升程或行程，速率及受力狀況。在一種形式中，調(diào)節(jié)是機械式操縱。在另一種形式中，調(diào)節(jié)器位于閥門驅(qū)動機構(gòu)和閥門之間。按照本發(fā)明所述的方法來調(diào)節(jié)流閥運動特性的優(yōu)點是可以從若干預(yù)定的特性中選擇所需要的發(fā)動機性能標(biāo)準(zhǔn)，以及選擇能達到這種標(biāo)準(zhǔn)的角度。例如，對閥門運動特性的調(diào)節(jié)可以選擇為提高發(fā)動機的輸出扭矩，或者選擇為提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。
也可以制造一種閥門驅(qū)動裝置，它能產(chǎn)生一個關(guān)于曲軸轉(zhuǎn)角的近似于正弦曲線的閥門升程運動并使得閥門的運動特性得以改變。
通常，閥門驅(qū)動機構(gòu)包括一個旋轉(zhuǎn)元件。
一般來說，調(diào)節(jié)器可以改變閥門的開啟角度和/或閥門的關(guān)閉角度及/或閥門升程，可以單獨地或聯(lián)合在一起地進行改變?？梢钥闯觯淖冮y門的升程及開啟持續(xù)時間是有利的。雖然這兩項也可以分開進行但發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時增加閥門升程和延長開啟持續(xù)時間更為有效。
很明顯，如果調(diào)節(jié)器能將閥門的開啟和關(guān)閉角度以及閥門升程聯(lián)合在一起協(xié)調(diào)地改變是可取的。
在另一種形式中，本發(fā)明提供的用于調(diào)節(jié)流閥運動特性的設(shè)備所包括的調(diào)節(jié)器是沿著一條非直線路徑移動來調(diào)節(jié)流閥運動的。
在另一種形式中，本發(fā)明提供的用于調(diào)節(jié)流閥運動特性設(shè)備中的調(diào)節(jié)裝置包括一個有導(dǎo)向路徑的板。
在另一種形式中，本發(fā)明提供的用于調(diào)節(jié)流閥運動特性的設(shè)備包括第一導(dǎo)向路徑和第二導(dǎo)向路徑，其中，閥門的運動特征由第一和第二導(dǎo)向路徑之間的形狀差和對中差來決定。
在另一種形式中，本發(fā)明提供的用于調(diào)節(jié)流閥間隙的設(shè)備是由一個機械控制式閥門驅(qū)動裝置來執(zhí)行的，它包括一個端部帶螺紋的閥門。
在一個優(yōu)選實施例中，用于調(diào)節(jié)流閥運動特性的裝置包括一個帶導(dǎo)向路徑的調(diào)節(jié)元件和一個可以轉(zhuǎn)動安裝的、至少有一個導(dǎo)向面的氣門驅(qū)動元件，其中，有一個銷沿著導(dǎo)向路徑和導(dǎo)向面移動，從而使可轉(zhuǎn)動安裝的驅(qū)動元件樞轉(zhuǎn)并驅(qū)動閥門。
通常，基本上按循環(huán)運動來驅(qū)動。
理想的情況是，調(diào)節(jié)元件的導(dǎo)向路徑與閥門驅(qū)動元件的導(dǎo)向面在它們的全長上不是平行并列的，即它們的路徑不同而至少在它們的部分長度上彼此偏離。當(dāng)銷釘沿著兩個路徑移動時，這種路徑差異就能使驅(qū)動元件產(chǎn)生運動。另外，銷釘和導(dǎo)向器的一種動態(tài)轉(zhuǎn)換可以考慮作為另一個實施例。優(yōu)選實施例現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的若干實施例加以說明，這些附圖是

圖1a-1d是表示本發(fā)明的調(diào)節(jié)器在不同裝配狀態(tài)下的示意圖；
圖2a是本發(fā)明的調(diào)節(jié)器和現(xiàn)有技術(shù)的閥門驅(qū)動機構(gòu)的側(cè)向示意圖；圖2b是本發(fā)明的非機械控制式閥門調(diào)節(jié)器和現(xiàn)有技術(shù)的閥門驅(qū)動機構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明調(diào)節(jié)器第一實施例的部分等軸側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明調(diào)節(jié)器第一實施例的全部等軸側(cè)視圖；圖5a和5b是本發(fā)明調(diào)節(jié)器第二實施例的側(cè)視圖；圖6a和6b是圖5a和5b所示調(diào)節(jié)器的側(cè)視圖；圖7是本發(fā)明調(diào)節(jié)器改變的閥門升程和開啟持續(xù)時間相對于曲軸轉(zhuǎn)角的極限變化曲線圖；圖8顯示了本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板的第一實例；圖9顯示了本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板的第二實例；圖10a-10d是本發(fā)明調(diào)節(jié)器的搖臂實例圖；圖11是本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板上的路徑的第一實例的側(cè)向示意圖；圖12是本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板輪廓表面的側(cè)向示意圖；圖13是本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板上的路徑的第二實例的側(cè)向示意圖；圖14是本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板上的路徑的示意圖；圖15a-15d是本發(fā)明調(diào)節(jié)器滑動銷的若干實例；圖16a-16d是本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板的若干實例；圖17a是本發(fā)明調(diào)節(jié)器導(dǎo)向板調(diào)節(jié)器的第一實例；圖17b是本發(fā)明調(diào)節(jié)裝置導(dǎo)向板調(diào)節(jié)器的第二實例；圖18a是本發(fā)明閥門間隙調(diào)整機構(gòu)的透視圖；圖18b是圖18a所示閥門間隙調(diào)整機構(gòu)的分解透視圖。
參照圖2a，2b，4，5a和5b，圖中所示的機構(gòu)10是用來調(diào)節(jié)菌形閥門1的運動特性的。機構(gòu)10包括一個驅(qū)動裝置，如閥門驅(qū)動曲軸12，它有一個曲柄銷13，用來向閥門1提供循環(huán)的位移運動和基本的驅(qū)動定時。該閥門曲軸12通常是由曲軸(圖中未畫出)通過皮帶、鏈條或齒輪驅(qū)動等公知裝置驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速為發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速的一半。機構(gòu)10一般都安裝在往復(fù)式四沖程發(fā)動機(圖中未畫出)的前部，它還包括一個固定在前部的樞轉(zhuǎn)軸14，可轉(zhuǎn)動地定位驅(qū)動閥門1的搖臂16。導(dǎo)向元件如導(dǎo)向板18，安裝在氣缸蓋上，可以在一定的位置范圍內(nèi)移動，比如從第一位置20移動到第二位置22，如圖1b，5a，5b，6a，6b和9所示。
曲柄銷13通過孔15與連桿24的一端相連接，連桿的另一端有一個滑動銷26，如圖1a-1d，2和3所示。當(dāng)閥門曲軸12旋轉(zhuǎn)時，連桿24使滑動銷26沿導(dǎo)向板18上的路徑25運動。導(dǎo)向板18并不隨滑動銷26的運動而運動，滑動銷26被約束在路徑25內(nèi)運動，還沿著搖臂16上的路徑28運動。通常每一個閥門1都有一個搖臂16，如果每個氣缸有兩個進氣閥門(或排氣閥門)那就應(yīng)該有兩個搖臂16。兩個搖臂16和導(dǎo)向板18可以共用一個圖4所示的連桿24和滑動銷26，對于每個缸發(fā)動機氣缸蓋中有4個閥門時，它可以同時驅(qū)動兩個閥門(進氣或排氣)。很明顯，每一個連桿和/或滑動銷能夠驅(qū)動的閥門數(shù)量并不限于每缸兩個進氣閥門/排氣閥門。在機械控制式閥門驅(qū)動的情況下，路徑28可以采用路徑的形式并有上下兩個輪廓表面，如圖1a，1b，2a，4，5a，5b，6a，6b，10a，10c，13和14所示，或者在用彈簧提供閥門關(guān)閉力的傳統(tǒng)閥門驅(qū)動的情況下也可以只有一個輪廓表面，如圖2b，10b和10d所示。
在上述兩種閥門驅(qū)動方法中，導(dǎo)向板18中的路徑25將滑動銷26約束在路徑25輪廓構(gòu)成的通路內(nèi)運動，從而使得搖臂16繞著樞轉(zhuǎn)軸14轉(zhuǎn)動。搖臂16轉(zhuǎn)動時其遠離樞轉(zhuǎn)軸14的叉形驅(qū)動臂32，它通過兩個擰在閥門桿上的螺母推壓在閥門1上，如圖5，18a和18b所示以及后面所述，從而使得閥門1按照路徑25和28輪廓形狀的差異被開啟和關(guān)閉。正是圖13和14所示的路徑輪廓差別使得搖臂16繞樞軸轉(zhuǎn)動。路徑28和25的輪廓形狀可以根據(jù)對閥門運動特性的不同要求而變化，由于各臺發(fā)動機的用途不同，對閥門運動特性的要求也不相同。因此不應(yīng)該企圖將導(dǎo)板18和搖臂16上各個路徑的輪廓形狀局限在本文所列舉實例的范圍以內(nèi)。
此外，閥門1可以用閥門系統(tǒng)100來代替，如圖2a和2b所示，其中，閥門系統(tǒng)100包括了可以用來調(diào)節(jié)流閥間隙的公知墊片和定位套結(jié)構(gòu)以及在閥門關(guān)閉時保證閥門與驅(qū)動器32保持接觸的閥門彈簧101，這種閥門系統(tǒng)可用于非機械控制式的或傳統(tǒng)形式的閥門驅(qū)動。機構(gòu)10也可以簡單地取代凸輪軸102作為閥門的驅(qū)動裝置。
機構(gòu)10的裝配零件可以在圖1a至1d中見到，其中，示出了連桿24通過曲柄銷13裝配到閥門曲軸12上，以及導(dǎo)向板18和搖臂16連接到滑動銷26。圖3示出了部分裝配在一起的調(diào)整機構(gòu)，從圖中可以看到組裝的閥門曲軸12、連桿24、滑動銷26和通常是處于固定位置的樞轉(zhuǎn)軸14之間的關(guān)系。樞軸14可以旋轉(zhuǎn)，在本實施例中還包括一個偏心部分11。組裝后的機構(gòu)10如圖4所示。其中兩塊導(dǎo)向板18可以滑動地套在搖臂軸14的偏心部分11上，兩個搖臂16可轉(zhuǎn)動地套在樞軸14上，使機構(gòu)10能驅(qū)動兩個進氣閥門或兩個排氣閥門。在這種情況下，導(dǎo)向板被安裝在導(dǎo)軌9內(nèi)的銷釘(圖中未畫出)約束住只能作直線滑動。
在運行時，閥門曲軸12以發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速一半的速度旋轉(zhuǎn)。連桿24的一端與閥門曲軸12上的曲柄銷13相連，另一端與滑動銷26相連?；瑒愉N26定位在導(dǎo)向板18的路徑25內(nèi)。當(dāng)閥門曲軸12旋轉(zhuǎn)時，滑動銷26被約束成沿導(dǎo)向板18的路徑25移動。導(dǎo)向板18可以從一個第一位置20移動到一個第二位置22以及這兩個位置之間的任何位置。如圖所示的導(dǎo)向路徑25的輪廓形狀確定了滑動銷26的運動軌跡?；瑒愉N26還沿著搖臂16的路徑28滑動，路徑28與路徑25輪廓形狀的差異使得搖臂16繞樞軸14來回擺動。閥門驅(qū)動件32安裝在搖臂16上，隨搖臂16一起運動，它與閥門1的端部相接觸，并將閥門推開和將閥門拉閉。在采用非機械控制式閥門驅(qū)動時，可用閥門彈簧使閥門1關(guān)閉。
在圖2a，2b，3和4的情況下，在第二個實例中，偏心調(diào)節(jié)軸30，如圖5a，5b，6a，6b，17a和17b所示，通過轉(zhuǎn)動搖臂軸14可以改變導(dǎo)向板18的位置。軸30有一個可以在開孔34內(nèi)轉(zhuǎn)動的偏心凸輪瓣31，它可使得導(dǎo)向板18從第一位置(這時的閥門運動特性如圖7中的曲線40a和40b所示，它適合低發(fā)動機轉(zhuǎn)速)移動到第二位置(這時的閥門運動特性適合高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，如圖7中曲線42a和42b所示)。導(dǎo)向板18的運動情況可以從圖5a和5b所示的閥門開啟位置比較圖看出。在圖5a中，調(diào)節(jié)軸30和瓣31將導(dǎo)向板18定位在第一位置20上。在圖5b中，調(diào)節(jié)軸30和瓣31將導(dǎo)向板18定位在第二位置22上，從而圖5b所示的大閥門開度大于從圖5a看到的最大閥門位置。軸30和瓣31在導(dǎo)向板的開孔34中的運轉(zhuǎn)情況如圖17a和17b所示，下面將要對此作更詳細的說明。
閥門的運動特性可以從圖7看出，其中曲線40a為表示由閥門曲軸12驅(qū)動的進氣閥門1的閥門升程(縱坐標(biāo))與發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角(橫坐標(biāo))的關(guān)系曲線，這時導(dǎo)向板18是在第一位置20上。導(dǎo)向板18在第一位置20時的排氣閥門運動特性如曲線40b所示。曲線42a表示當(dāng)導(dǎo)向板18在第二位置22時一個進氣閥門的運動特性。當(dāng)導(dǎo)向板18在第二位置22時的排氣閥門運動特性則如曲線42b所示。從圖7中可以看出，當(dāng)導(dǎo)向板18從第一位置20移動到第二位置22時，在閥門的升程、開啟持續(xù)時間和重疊度之間存在著明顯的差別。
出現(xiàn)這種運動特性差別的原因是當(dāng)導(dǎo)向板18在第一位置20時，路徑28的輪廓是處在這樣的位置上，即路徑25與路徑28之間的輪廓差別為最小，如圖5a，5b和8所示，對此下面還要討論。由于銷26偏離較小，因而閥門升程較低，這時銷的位置如圖8中的26a所示。
導(dǎo)向板18在第一位置20時閥門的開啟量最小，并跨越最小的角度，因此通常用于低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，在低轉(zhuǎn)速時過大的閥門重疊是不可取的，而加大渦流才是可取的。導(dǎo)向板18的第二位置22則用來獲得更大的閥門開啟重疊度和較高的閥門升程，如圖8中銷26b的位置所示。與圖5a中的閥門開啟延續(xù)期相比，圖5b有更長的閥門開啟延續(xù)期。這種安排適用于需要最大氣體流量的發(fā)動機高轉(zhuǎn)速工況。圖6a和6b分別顯示了導(dǎo)向板18在第一位置和第二位置的情況。在這兩種情況下閥門都是完全關(guān)閉的，即不論導(dǎo)向板18的位置如何，閥門均是有效地關(guān)閉著，如圖6a和6b中閥門的相等位置所示。導(dǎo)向板18位置間的差別可以清楚地通過圖6b中樞軸14與導(dǎo)向板18之間有一間隙看出，而在圖6a中則沒有。機構(gòu)10允許導(dǎo)向板18可以處在第一位置20和第二位置22之間的任何位置點上，從而可以將閥門的重疊度和/或開啟角度調(diào)整到閥門運動特性預(yù)定范圍內(nèi)的任何點上。這種調(diào)整的優(yōu)點是，為了獲得最大的容積效率可以根據(jù)發(fā)動機工作條件的變化隨時改變閥門的開啟角度和/或升程。
可以將導(dǎo)向板18中路徑25的輪廓形狀與搖臂16中路徑28的輪廓形狀之間的差異設(shè)計成能使閥門具有理想的運動特性。例如，當(dāng)采用的搖臂16有一條直線路徑28時，路徑25可以如圖11所示由四段組成，每一段有其專門的功能。A段是這樣的一個部分，在滑動銷26處在該段時閥門將關(guān)閉。當(dāng)銷26沿路徑25移動，而到達B段，這是一個過渡段，它將使銷26開始按照與A段的運動方向成一角度的方向運動，從而使得驅(qū)動器32以比較緩慢的速度與閥門(或閥門墊片)接觸，因為在閥門總成的頂端與驅(qū)動器之間通常都有一個小間隙。當(dāng)閥門的頂端與驅(qū)動器接觸后，滑動銷26進入路徑25的C段，這一段的斜度急劇增加，驅(qū)動器便很快將閥門推開。當(dāng)閥門開度達到最大時滑動銷26進入D段，這時閥門的開啟速度減小，閥門開始減速。在D段，滑動銷26到達它的行程終點，閥門曲軸12開始將滑動銷26沿D段反方向拉回，這時閥門將再次關(guān)閉。
圖12顯示了導(dǎo)向板輪廓表面的A-D段，它利用彈簧使閥門回到關(guān)閉位置，因此不需要有路徑的下半部分?；瑒愉N移動路徑的圖11和12中路徑50和51分別設(shè)計成，與一個具有基本上是呈直線路徑28的搖臂配合使用。
如果搖臂路徑與導(dǎo)向板路徑的形狀相同，搖臂與導(dǎo)向板就沒有相對運動，閥門也就不運動。因此，為了得到所需要的閥門運動，倘若搖臂或?qū)虬逯械囊粋€具有不同的輪廓。不論是導(dǎo)向板路徑還是搖臂路徑都可以設(shè)計成多種輪廓形狀。作為舉例，可以使用圖13中導(dǎo)向板路徑52的形狀，只要搖臂路徑53的形狀在正確的區(qū)域內(nèi)不同而驅(qū)動搖臂。在圖14中是將路徑25和28重疊起來以突出它們的輪廓形狀差，這種差異能使搖臂擺動并驅(qū)動閥門。
從圖13和14可以清楚地看出導(dǎo)向板路徑與搖臂路徑之間的差異，這種差異與閥門升程有關(guān)。圖13中的導(dǎo)向板路徑52可以如圖9所示作轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。可以看出，這種結(jié)構(gòu)可以加大路徑52和53之間的差異，因此它比圖14所示的直線調(diào)節(jié)能獲得更大的閥門升程。實現(xiàn)圖13所示的增加閥門升程并未要求路徑偏差有根本的加大，這對直線調(diào)節(jié)的導(dǎo)向板是必須的，其調(diào)節(jié)情況如圖8所示。對于任何路徑形，太大的路徑形偏差都是不可取的，因為這會導(dǎo)致路徑的輪廓表面磨損增加，從而使閥門運動特性發(fā)生改變。
本系統(tǒng)的一個優(yōu)點是，它通過改變路徑25和28的輪廓形狀差而形成的閥門運動曲線的頂部比圖7所示的更為方形化。
為了克服或減小路徑28與滑動銷26之間由于高接觸壓力引起的磨損，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以將滑動銷沿路徑28內(nèi)滑動的區(qū)段(即磨損段)做成非圓斷面來加以解決。
在圖15a中所示的耐磨部分60有與直路徑28直接接觸的滑動銷的上下表面。這些表面的輪廓形狀可以隨路徑的相對表面的形狀改變，例如，當(dāng)采用了圖10a所示的搖臂116的平路徑128時，該耐磨表面160也將是平直的，如耐磨表面60。另一方面，耐磨表面也可以是一個具有共同曲率中心的曲面，如圖15c中的耐磨表面360所示，它可與圖10c中的具有相同曲率半徑的相似曲面路徑328相配合。如果采用傳統(tǒng)的或非機械控制式閥門驅(qū)動機構(gòu)，則滑動銷只需要如圖15c和15d所示的單耐磨表面260和460就可以了，因為閥門彈簧可以保證它們與對應(yīng)的路徑表面28連續(xù)地接觸。
應(yīng)該注意到圖10a-10d，15a-15d和16a-16d所示的各實例應(yīng)分別配套在一起使用。搖臂116具有如圖10a所示的路徑128，它與圖15a所示的軸銷126以及圖16a所示的帶有路徑125的導(dǎo)向板118配合使用。這一配置所形成的調(diào)節(jié)裝置可用于機械控制式閥門驅(qū)動，其中導(dǎo)向板118為直線調(diào)節(jié)。
類似地，帶有路徑228的搖臂216(圖10b)與軸銷226(圖15b)及帶路徑225的導(dǎo)向板218(圖16b)配合工作，形成帶閥門的調(diào)節(jié)器，用于關(guān)閉閥門，其中導(dǎo)向板218也是直線調(diào)節(jié)。
帶有曲線路徑328的搖臂316(圖10c)與軸銷326(圖15c)及帶路徑325的導(dǎo)向板318(圖16c)配合工作，形成采用機械控制式閥門驅(qū)動的調(diào)節(jié)器，其中導(dǎo)向板318為轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。
帶有曲線路徑428的搖臂416(圖10d)與軸銷426(圖15d)及帶路徑425的導(dǎo)向板418(圖16d)配合工作，形成帶閥門的調(diào)節(jié)器，用于關(guān)閉閥門，其中導(dǎo)向板418也是轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。
圖17a顯示了導(dǎo)向板18位置調(diào)節(jié)器的一個實例，其中調(diào)節(jié)軸30位于導(dǎo)向板18的開孔34中。當(dāng)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)軸30時，軸上的偏心凸輪瓣31就推動導(dǎo)向板18作直線運動，如圖8所示。導(dǎo)向板18直線運動的距離由軸30的轉(zhuǎn)動量決定。這就使得導(dǎo)向板18可以調(diào)節(jié)到第一位置20與第二位置22之間的并包括兩個極限位置在內(nèi)的任何位置點上。
在圖17b中，軸30是可轉(zhuǎn)動地位于導(dǎo)向板618的開孔134中，導(dǎo)向板618安裝成繞點135可調(diào)節(jié)地轉(zhuǎn)動。當(dāng)軸30轉(zhuǎn)動時，偏心瓣31就迫使導(dǎo)向板618運動。由于導(dǎo)向板已被約束成樞轉(zhuǎn)，因此，軸30的轉(zhuǎn)動就使導(dǎo)向板618運動。同前面一樣，導(dǎo)向板618的轉(zhuǎn)動量可以通過軸30的轉(zhuǎn)動來控制。
有一種控制單元(圖中未畫出)可用來控制每一個機構(gòu)10中軸30的旋轉(zhuǎn)，它能將導(dǎo)向板定位在第一位置20與第二位置22之間的任何位置上。這種控制單元可以是一個簡單的通過轉(zhuǎn)動一根軸促使閥門開啟的裝置，或者是任何其他合適的驅(qū)動導(dǎo)向板的裝置。這類機構(gòu)通常是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時用來將點火定時提前的。在這種情況下閥門定時可以與點火定時一起調(diào)整或者獨立進行調(diào)整。
另外一個導(dǎo)向板的實例518如圖9所示。其中導(dǎo)向板518是安裝在一個可轉(zhuǎn)動的樞軸535上，因此調(diào)節(jié)流閥的運動特性可以通過將樞軸535(導(dǎo)向板518與它連成一體)轉(zhuǎn)動到圖中用虛線和箭頭表示的兩個位置之間的任何位置上，而不是像圖8中用箭頭表示的那樣進行直線調(diào)節(jié)。
還應(yīng)該注意到，在任何一個已經(jīng)舉過的實例中，例如用步進電動機，使導(dǎo)向板定位在第一位置20和第二位置22之間的某些不連續(xù)的定位點上。因此導(dǎo)向板的位置可以根據(jù)不同的參數(shù)要求呈階梯性變化，這些參數(shù)可能是發(fā)動機轉(zhuǎn)速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率，節(jié)流閥位置和定時齒輪位置等。因此，可以制訂一種模糊邏輯表，根據(jù)一套預(yù)先確定的參數(shù)將導(dǎo)向板定位在一系列最佳的位置上。
圖16a至16d顯示了另外一些不同型式的導(dǎo)向板。每一個導(dǎo)向板都將以這樣的方式安裝，即使得它的位置是可以控制的，以便使滑動銷的路徑位置也能得到控制。在圖16b和16d的非機械控制式結(jié)構(gòu)中，已沒有必要將路徑開成槽狀，其輪廓形狀可以采用輪廓125和325，彈簧力以傳統(tǒng)的方式作用到閥門上使閥門關(guān)閉，因此總是有壓力作用在輪廓125或325上以及各自的搖臂118或328的下側(cè)。采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，用閥門彈簧來關(guān)閉閥門目前已有大量的現(xiàn)有技術(shù)和資料可以利用，同時，這樣一來作往復(fù)運動的搖臂也可以做得較輕。
用于調(diào)節(jié)導(dǎo)向板位置的裝置實例如圖17a和17b所示。圖17a是關(guān)于一種利用在導(dǎo)向板18開孔34中的轉(zhuǎn)軸30對導(dǎo)向板進行直線位置調(diào)節(jié)的方法。當(dāng)軸30轉(zhuǎn)動時，軸上的瓣31便將導(dǎo)向板驅(qū)動到需要的位置上。開孔34的結(jié)構(gòu)可使導(dǎo)向板18作直線運動，因此孔的側(cè)壁大體上呈直線形狀。由于許多型號的發(fā)動機都采用若干個排成一列的菌形閥門，因此可以用一根帶多個凸形瓣31的轉(zhuǎn)軸30來同時驅(qū)動全部導(dǎo)向板。
圖17b顯示了另一實例，其中軸30可使導(dǎo)向板18轉(zhuǎn)動。帶有凸形瓣31的轉(zhuǎn)軸30在開孔134內(nèi)轉(zhuǎn)動而使導(dǎo)向板繞樞軸135轉(zhuǎn)動。如果導(dǎo)向板如圖9所示與樞軸安裝在一起，則當(dāng)軸30轉(zhuǎn)動時它便驅(qū)動導(dǎo)向板轉(zhuǎn)動，并使導(dǎo)向板路徑與搖臂路徑之間的差異加大或減小，從而對閥門的運動特性產(chǎn)生影響。由于開孔134的結(jié)構(gòu)設(shè)計是用來驅(qū)動導(dǎo)向板18轉(zhuǎn)動的，其側(cè)壁136比側(cè)壁137要長。
在上述實例中，當(dāng)導(dǎo)向板作直線或旋轉(zhuǎn)運動時搖臂就擺動?？梢院苋菀椎乜闯?，搖臂也可以作直線運動來回應(yīng)滑動銷在導(dǎo)向板路徑內(nèi)的運動。另外，導(dǎo)向板的位置也可以是固定的，所有的調(diào)節(jié)運動都可以只在搖臂上發(fā)生，即搖臂可以使其樞軸相對于導(dǎo)向板移動。這種安排的優(yōu)點是導(dǎo)向板被固定后所有的調(diào)節(jié)運動均由搖臂承擔(dān)從而使導(dǎo)向板的安裝大大簡化。
從已舉出的實例可以看出，導(dǎo)向板18從它的第一位置到第二位置的運動使得滑動銷26沿路徑25移動，從而不僅增加了閥門開啟所跨越的曲軸轉(zhuǎn)角，而且還同時增加了閥門升程。這些方面的組合所產(chǎn)生的結(jié)果是十分理想的，因為只要變換一個參數(shù)(例如導(dǎo)向板的運動)就可以改變閥門的兩個運動特性。發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速時增加閥門升程是可取的，因為這樣可以保證有最大的空氣量進入氣缸同時也能將廢氣從氣缸中排除干凈。然而可以看出在低速時，加大進氣渦流才是必須的，這將有助于燃油在空氣中的霧化。因為當(dāng)發(fā)動機在低速運行時，進入氣缸的空氣速度也較低，所以空氣經(jīng)進氣閥門進入氣缸不會產(chǎn)生很大的渦流。還可以看出，減小閥門升程及閥門的開啟持續(xù)期能加大進氣渦流，所以能增加燃油霧化程度而使低速扭矩提高。發(fā)動機在高速時，快速流動的空氣形成的渦流可以提供足夠的能量使燃油霧化，這時限制因素成了擠進氣缸的空氣量。本發(fā)明能保證只調(diào)整一個參數(shù)就能不僅調(diào)節(jié)流閥的開啟持續(xù)期，而且還能同時調(diào)節(jié)流閥升程。
閥門的運動特性也可以通過改變其他因素如像改變節(jié)流閥位置及選擇定時齒輪來加以改變。
應(yīng)該注意到，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升時增加閥門升程和開啟持續(xù)期并非是必不可少的，在某些工作環(huán)境下，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時減小進、排氣閥門的升程和開啟持續(xù)時間也許是可取的，對此本發(fā)明也能適用。
圖18a顯示了用于機械控制式閥門驅(qū)動的導(dǎo)向板418，它有兩個分叉420，每個分叉上都有一個驅(qū)動頭32。驅(qū)動器頭置于閥門1上端的上法蘭件422和下法蘭件424之間。閥門1有一段螺紋部分426，包括下法蘭件424的下螺母425擰在螺紋部分426上，如圖18b所示。包括上法蘭件422的上螺母428也擰在閥門1的螺紋部分426上。上法蘭件422與下法蘭件424之間的間隔可以用一個中間墊塊(圖中未畫出)來設(shè)定，將墊塊塞在上螺母428和下螺母425之間，墊塊的厚度將確定上法蘭件422與下法蘭件424之間的間隔距離。
在圖示的實例中，上法蘭件422包括一個隔離套423，它與下法蘭件424上的對應(yīng)隔離套427相接觸，從而保證了兩法蘭件之間有合適的間隔。通常，這個間隔的尺寸應(yīng)稍大于與上下法蘭件接觸的閥門驅(qū)動頭32的直徑，以便在法蘭件與驅(qū)動頭之間有一定的間隙。對于上下螺母應(yīng)該分別由鎖緊螺母(圖中未畫出)將它們定位。如果要調(diào)節(jié)流閥間隙可先擰下上鎖緊螺母(如果有的話)，接著取下帶上法蘭件422和隔離套423的上螺母428，用帶有尺寸合適的隔離套的法蘭件替換卸下來的上法蘭件422，然后重新將鎖緊螺母擰到閥門1的螺紋部分上。用這種方法調(diào)整閥門間隙既可以考慮到系統(tǒng)的磨損還不需要更換導(dǎo)向板418。隔離套423與上法蘭件可以做成一體也可以分開，下法蘭件424和隔離套427如果有必要也可以更換。
一種替代方案是，上螺母428和上法蘭件422可以利用上螺母428鎖緊在一固定的位置上，上下法蘭件之間的間隔可以通過調(diào)整上螺母428和上法蘭件422設(shè)定的位置來進行調(diào)節(jié)。
驅(qū)動頭32接觸表面的半徑保持不變是很重要的，因為這樣將能保證在閥門開啟和關(guān)閉時閥門間隙保持不變，搖臂16也可以自如地繞樞軸14轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)流閥運動特性的裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置包括一個運轉(zhuǎn)在閥門驅(qū)動機構(gòu)與閥門之間的調(diào)節(jié)器。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述的調(diào)節(jié)器可以改變閥門的開啟角和閥門的關(guān)閉角。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述的調(diào)節(jié)器可以改變閥門的升程。
5.按照權(quán)利要求2至4中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述的閥門驅(qū)動機構(gòu)包括一個能產(chǎn)生往復(fù)運動的旋轉(zhuǎn)元件。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述的旋轉(zhuǎn)元件包括一根曲軸。
7.按照前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述的調(diào)節(jié)器是機械式的。
8.按照前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述的閥門驅(qū)動機構(gòu)包括一個按圓柱面形狀運動的導(dǎo)向元件。
9.按照權(quán)利要求2-8中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，調(diào)節(jié)器包括一個導(dǎo)向元件，上面有一個用于接受滑動件的路徑。
10.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其中，導(dǎo)向元件可以從一個第一位置移動到一個第二位置，當(dāng)調(diào)節(jié)器在第一位置時，在導(dǎo)向元件導(dǎo)向路徑中的滑動件有一個運動軌跡，該軌跡與調(diào)節(jié)器在第二位置時滑動件的運動軌跡不同。
11.按照權(quán)利要求3-10中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，閥門相對于曲軸位置的開啟角度和關(guān)閉角度可以在兩個預(yù)先確定的角度之間變化。
12.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其中，在發(fā)動機的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)至少應(yīng)能選擇三種閥門的開啟和關(guān)閉角度。
13.一種用于調(diào)節(jié)流閥運動特性的裝置，包括一個調(diào)節(jié)器，該裝置按照一條非直線路徑的位移運動來調(diào)節(jié)流閥的運動。
14.按照權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述的調(diào)節(jié)器有一個導(dǎo)向元件和一個導(dǎo)向件，其中導(dǎo)向件既沿著導(dǎo)向元件的一條導(dǎo)向路徑運動，也沿著閥門驅(qū)動機構(gòu)的一條導(dǎo)向路徑運動，使閥門驅(qū)動機構(gòu)運動。
15.按照權(quán)利要求13所述的裝置，包括一個可繞樞軸轉(zhuǎn)動的搖臂，一個相對于樞軸可以調(diào)節(jié)的導(dǎo)向板，用于驅(qū)動導(dǎo)向件沿著搖臂路徑和導(dǎo)向板路徑運動的驅(qū)動裝置，其中，當(dāng)導(dǎo)向板在第一位置時的導(dǎo)向路徑差比導(dǎo)向板在第二位置時的導(dǎo)向路徑差小。
16.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，進氣閥門的運動特性獨立于排氣閥門的運動特性改變。
17.一種用于調(diào)節(jié)流閥運動特性裝置的調(diào)節(jié)裝置，包括一個有導(dǎo)向路徑的板。
18.按照權(quán)利要求17所述的裝置，包括一個閥門驅(qū)動器，它上面的導(dǎo)向路徑不同于調(diào)節(jié)器的導(dǎo)向路徑。
19.按照權(quán)利要求17所述的裝置，其中，調(diào)節(jié)器導(dǎo)向路徑對閥門驅(qū)動器導(dǎo)向路徑的偏移量決定了閥門驅(qū)動器的運動特性。
20.按照權(quán)利要求18所述的裝置，其中，改變調(diào)節(jié)器的位置就能改變調(diào)節(jié)器導(dǎo)向路徑與閥門驅(qū)動器導(dǎo)向路徑之間的對中狀況，從而可調(diào)節(jié)流閥的運動特性。
21.一種用于調(diào)節(jié)流閥運動特性的裝置，包括一個第一導(dǎo)向路徑和一個第二導(dǎo)向路徑，其中，閥門的運動特性取決于第一和第二導(dǎo)向路徑之間的形狀差異和/或?qū)χ胁町悺?br> 22.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，包括一個機械控制式閥門驅(qū)動機構(gòu)。
23.一個由機械控制式閥門驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的閥門間隙調(diào)整裝置還包括一個端部帶螺紋的閥門。
24.按照權(quán)利要求23所述的裝置，其中，閥門驅(qū)動機構(gòu)位于下法蘭件和上法蘭件之間，上法蘭件則擰在閥門的螺紋部分上。
25.按照權(quán)利要求24所述的裝置，其中，上法蘭部分和下法蘭部分是被墊塊分隔開的。
26.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，閥門驅(qū)動裝置上有一個半徑基本不變的閥門接觸表面。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)發(fā)動機閥門運動特性的裝置,包括一個能改變閥門的開啟和關(guān)閉角度以及能改變閥門升程的調(diào)節(jié)器,該裝置包括一個可從一個第一位置移動到一個第二位置的導(dǎo)向元件,該導(dǎo)向元件有一個用于接受閥門驅(qū)動機構(gòu)導(dǎo)向件的導(dǎo)向路徑,當(dāng)調(diào)節(jié)器在第一位置時導(dǎo)向路徑中導(dǎo)向件的運動軌跡與調(diào)節(jié)器在第二位置時導(dǎo)向件的運動軌跡是不同的。
文檔編號F01L1/20GK1251637SQ98803715
公開日2000年4月26日 申請日期1998年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月13日
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