[发明专利]阀门调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及到对发动机(如象内燃发动机)的改进，特别是涉及到对内燃发动机阀门(特指菌形阀门)运动机制的改进。

本发明还适用于其他采用阀门机构的发动机和泵。

技术背景

内燃发动机的可用扭矩主要取决于发动机的容积效率。对于往复式活塞发动机来说，这个效率就是对发动机在吸气冲程期间吸进气缸的空气容积大小相对于气缸扫气容积的度量。

往复式内燃发动机的阀门定时在发动机的某些特定转速下对发动机的容积效率有重要影响。发动机有固定的阀门定时，即活塞在上死点以前阀门按固定的曲轴转角开启，在上死点以后阀门按固定的曲轴转角关闭，该发动机在某一特定转速下工作，才能达到最高的工作效率。在该转速下，进、排气阀门相对于活塞的位置固定同步，相互配合能发出最大扭矩。

很明显，如果在一个宽广的发动机转速范围内都能给出最大扭矩当然是最理想的。为了在高发动机转速下能达到最大扭矩，理想的条件是进、排气阀门应该在尽可能大的活塞行程范围内都是开启的，因为这样可以有更多的时间让气进入气缸和让废气排出气缸从而提高发动机的容积效率。然而，有多大的活塞行程或者进、排气阀门能保持开启多大的角度(或曲轴转角)，这里面存在着若干限制因素。例如，为了增加阀门的开启角度会使得进、排气阀门的开启角度同时增加，即所谓的阀门重叠，在高发动机转速下阀门重叠是有利的因为它能增加扭矩输出。然而，同一阀门重叠量虽然在发动机高转速时能产生良好的扭矩，但在低转速时却会导致发动机工作不良和输出扭矩降低。因此，总的说来，阀门早开和迟关是以低速扭矩为代价提高高速下的容积效率。相反，减小阀门重叠度虽然会提高发动机的低速扭矩但却不能得到最好的高速容积效率。

因此，理想的情况是应该设计这样一种机构，它能使得阀门的开启和关闭定时按照发动机的转速等运行参数进行调节，以便在一个宽广的发动机转速范围内都能获得最佳的扭矩。另外，发动机的其他参数，如象节流阀位置，齿轮的啮合状况等也可以用来改变阀门的开启和关闭定时。

除了阀门定时以外，其他还有一些因素对往复式发动机菌形阀门的工作也有重要影响。首先，在阀门刚要打开之前，阀门驱动器应向着阀门缓慢加速运动，以便减小并最后消除阀门与驱动器之间或者居于中间的挺杆与驱动器之间的间隙。这样一来就可以保证阀门与驱动器不会以很大的速度和冲击力互相碰撞。此后阀门就需要尽可能迅速地打开以便让新鲜的空气和燃油从进气阀门流畅地进入气缸，或者使气缸中的废气从排气阀门排出干净。阀门一旦打开后，在它被迅速地关闭以前应尽可能长时间地保持开启。随后该阀门应尽可能轻柔地落座，保持开闭，直到重新开始下一次循环。由于这时阀门的运动不应该有明显地变化(比如过度地加速)，因此注意到在阀门运动轨迹上，大体上是成正弦曲线的运动是可以接受的。

对阀门的驱动和对它们运动状态的控制过去都是通过采用凸轮轴来实现的。凸轮轴上有偏心的凸轮瓣，它将推动阀门，其中凸轮瓣的轮廓决定了阀门的运动特性。这种结构存在的问题是当凸轮轴快速旋转时阀门是依靠阀门弹簧而与凸轮瓣的外表面保持接触的，但当凸轮轴的旋转加快时，阀门可能会由于惯性的作用而离开凸轮瓣的外表面。这一问题虽然可以通过增加阀门弹簧的强度而部分地得到解决，但是这会使得阀门开启困难，并且凸轮瓣表面的磨损也会加快。

凸轮轴的另一个主要问题是不能改变凸轮瓣的轮廓形状，因此改变阀门的运动特性非常困难。要改变阀门定时，凸轮轴就需要更换或进行加工，因此对于一个特定的凸轮瓣轮廓只能在一个狭窄的发动机转速范围内得到最佳的扭矩特性。这就是为什么发动机在高转速时运行良好而在低转速范围内扭矩就显得不足的原因之一。另外，在凸轮轴旋转时由于阀门弹簧总是将阀门紧紧地压在凸轮瓣上，因此沿着凸轮轴的长度方向会产生很大的扭力，该扭力有可能将凸轮轴损坏。