双弹簧电动凸轮气门驱动机构的制作方法
【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，尤其是采用电磁力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:(I)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)电磁铁式气门驱动，(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，(I)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角连续可调。
[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I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块，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，减小泵气损失，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)