[发明专利]内燃机所用可变阀门升程装置

说明书

本申请是1991年12月3日提交的美国第07/800，920号申请的部份继续申请。

本发明涉及用提动阀芯式阀门导引气体流入或流出一个或多个气缸之内燃机。阀门尤其是进气阀提升之程度，可依阀门开合时间而改变，以便在不同的发动机转速下使发动机转矩最佳化。

进入及存在于内燃机中的气体之流动动态特性，是发动机运行的各种控制因素之一。大多数发动机均必须在一速度与负荷宽泛的范围上工作，要在比该范围一狭小部更宽的范围上达到优化的效益则有困难。为了简便、节约和耐用起见，大多数常规的4冲程发动机，均使用具备恒稳的相位(当阀门打开时)、工作时间(阀门保持开启多久)和升程(阀门提升离开阀座多远)之实践证明可取的固定式凸轮轴系统。这样就使某些设计折衷方案得以能被采纲实施。因此发动机速度低而其能力产生高转矩之发动机，通常在发动机速度较高时产生差的转矩，反之亦然。在底特律召开的美国汽车工程师学会(SAE)大会上提交的一篇论文(Hara、Kumagai和Matsumoto，1989年，SAE论文第89 0681号)中，这三位作者阐述了对一种定时与升程变化的发动机所作实验的结果：通过改变升程，在1600转/分时，转矩提高7％，在600转/分时则提高14％，进气阀升程改变产生出大多数明显的效果。

已有人提出并努力去实现许多方案，以优化流动过程。对流动动态特性的改进，通过三种分别而又有内在联系的过程来实现：可变的相位，可变的工作时间和可变的升程。众所周知，在低速时产生高转矩的发动机，在排气阀闭合时与进气阀开启时之间有较低的气门重叠。小的重叠使得废气与补充进来的新鲜气体几乎没有交流，限制着不受控的混合之量，这样就使操作稳定。然而，在高速时，气体的惯性要求有较多重叠时间以使气体交换。达致改变重叠最简单的方法，是把进气凸轮轴的定时或定相改换到曲轴及排气凸轮轴上。如果阀动作的相位改变，例如将该阀的开启提前至一较早的曲轴角度，那么，该阀的关闭也就提前了。在许多情况下，这会使能进入发动机的可燃气体量减少。为了克服这种状况，可以改变阀门动作的延续时间。在上例中，当发动机速度加快且阀门重叠加大(提早开启进气阀)时，进气阀保持开启的时间延长，使关闭迟滞。

阀门的峰值升程设计得在最大发动机速度时不产生明显压降地容纳气体的流动。这一点，对于进气过程而言比对排气过程更重要，活塞是在排气过程中将气体推出的。在发动机速度低于最大值时，通过阀隔板所进气体的速率，会产生较小的紊流，且可使转矩比阀门开启较小所产生的要低些。使阀门的升程随着发动机速度而改变，在发动机的整个运行范围上，转矩就可以提高。另外，在低速时减小阀门的升程，可以减少阀门系列的磨损，这要依设计方案而定。

在美国专利文献中，有对相位、工作时间及升程其中之一或全部加以改变之各种方法的许多例子。许多作者已认识到，发动机在一宽泛速度范围上的性能，可以在凸轮两个独立的形状之间为低速运转和高速运转提供一种开关装置的方式而加以改进。这种“接通或断开”式控制器，会在两个(或可能更多个)不同的发动机速度范围之间提供不同值的相位、工作时间及升程，结果就会使每一速度范围内的运行和效率得到改进。然而，在每一速度范围内，没有改变相位、工作时间和/或升程的装置。这种机构的一些例子见于朗格内克的第2,934,052号、米勒的第4,151,817号、图特洛特的第4,205,634号、Inoue及其他人的第4,970,997号以及罗莎的第5,113,813号等美国专利中。在美国汽车工程师学会(SAE)第890675号论文Inoue、Nagahiro、Ajiki和Kishi*等人，1989年)中，作者们指出，美国专利第4,970,997号中描述的可变阀门体系，比常规体系可能质量较大。对每一部件加以彻底的再设计会减小这一质量、

对所有这三个参项达致变动的另一方式，是应用一根轴向的可动凸轮轴，并在轴向上带一可变的形状。在此情况下，尽管为了使凸轮轴有一特定轴向位置而使所有这三个参数之间的关系重又固定，但不同值的相位、工作时间及升程之间的转换可以是平衡的。米勒的美国专利第3,618,574号和Komatsu与其他人的美国专利第5,080,055号中，描述了这类装置。