大功率内燃机可变气门装置的制作方法

1.本发明涉及内燃发动机技术，具体涉及一种大功率内燃机可变气门装置，尤其是四冲程大功率内燃发动机气门行程可变缓冲装置，该装置可根据燃烧排放实际需要随意改变进排气量使空燃比匹配达最佳状态，应用于内燃机凸轮通过传动链驱动气门行程，达到节能、环保的目的，进一步提高内燃机整体性能。


背景技术：

2.随着内燃发动机行业快速发展各项性能指标不断提高特别是第三代军用舰船发动机缸内最大爆发压力250bar 活塞运行速度每秒钏超过13米，成为市场主流。内燃机排温会进一步升高，对燃烧室关键零部件可靠性是更高挑战，特别是进排气阀，现有材料和生产工艺很难再提高耐高温性能。怎么样做好空燃比合理匹配，还要考虑怎样降低进排气阀关闭落座及燃烧爆炸冲击力，是我们搞发动机人主要研究课题之一。随着内燃机功率变化可随意调节进排量，与电子喷射燃油有机结合，使缸内充分燃烧达到降低排温、节能、增效、环保、安全可靠运行的目的，采用可变气门行程来调节进排气量。全球各大知名研发机构专院校，及内燃机制造企业等都投入大量人力物力进行研发的主要课题，如英国abb公司、德国海因斯曼公司，目前芬兰瓦锡兰公司，德国man公司都是已推出可变气门并已开始装机使用，但结构都比较复杂、成本高、可靠性也不好；7-8年前就推出液压电磁阀控制气门行程可变结构非常复杂，对电磁阀要求特高，可靠性不好，到目前仍未推广使用，我国也有多个高校和科研单位早以立项研发，进度也比较缓慢。如果有一套简单可靠气门行程可变装置，这将对发动机是一次革命性改变，为进一步提高发动机性能打好了关键基础。
3.现有气门的行程打开大小，往往完全是按凸轮轴、凸轮形线运行，不能随着内燃机功率变化，燃烧油量多少合理变化，进气量无法改变；内燃机大扭矩工作时，有燃烧不良，发动机冒黑烟造成进排气阀、活塞顶积碳严重，排气温度升高等问题。对此，申请人于2015年提出两项专利申请内燃发动机液压式气门升程调节缓冲装置（cn106321181b）和内燃发动机机械式气门升程调节缓冲装置（cn106321182），经过这几年实际平台试验，前二者装置都存在一些可靠性问题，
①
液压式问题，主要是由于柴油机工作频率高，气门挺杆液压油缸密封，长期使用很难保证一点不漏，再加上多缸同步也很难保证一致性，
②
机械式问题是：调整行程活塞铁块要与挺杆一起运动，平台试运行发现噪音大，零件磨损比较严重，对零件要求高，使用寿命，可靠性不高等缺陷。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服以上现有几种装置存在问题，提供一种结构更加简单且能可靠可变气门装置，同时也能保证多缸可变的同步性，经平台试验各项性能都达到设计要求，可靠性很高。
5.本发明提供一种内燃机可变气门装置，包括：气门组件、摇臂组件、挺杆组件以及连接至所述挺杆组件用于调节挺杆长度的调节伞齿轮组件；所述挺杆组包括下挺杆、上挺
杆以及位于上挺杆和下挺杆之间的活块，所述活块的一端通过螺纹连接至下挺杆；所述调节伞齿轮组件包括连接至下挺杆外周的平伞齿轮以及将所述平伞齿轮连接至齿轮传动单元的伞齿轮轴；中所述平伞齿轮带动下挺杆旋转进而调节下挺杆螺入所述活块的长度。
6.本发明中，借助齿轮的机械调节可以可靠地调节挺杆长度，而且不存在液压调节单元漏油问题。此外齿轮调节比现有推块调节，更加可靠。更重要的是，通过齿轮传动单元11可同步连接多个传动单元，从而可对多个气缸气门进行同步可变调整。由于大功率内燃机在使用时，不需要对每一次工作气门进行调整，这须在功率变化时调节进排气量，使空燃比得到有机匹配，达到最佳状态，内燃机平稳，运行时不须改变气门行程，这样传动齿轮工作量很小，工作时转速低，不磨损，无噪音，又不上下运动，只有上下挺杆和活块一起工作上下运动，采用齿轮带动螺纹旋转调节挺杆长度，精度高，多缸使用，同步性好，是一种即简单又可靠气门可变装置。
7.较佳的，所述内燃机可变气门装置还包括用于限制所述活块旋转的导向螺栓。
8.较佳的，所述调节伞齿轮组件还包括抵压所述平伞齿轮使之不能上下移动的竖伞齿轮。
9.较佳的，所述竖伞齿轮还抵压所述平伞齿轮从而不限制所述活块上下移动。
10.较佳的，所述内燃机可变气门装置还包括位于所述上挺杆和摇臂之间的气门缓冲装置。所述气门缓冲装置可包括缓冲弹簧、顶头和调节螺套。
11.本发明还提供一种多气缸内燃机可变气门装置，包括：多个气门组件、多个摇臂组件、多个挺杆组件以及连接至所述多个挺杆组件用于调节挺杆长度的多个调节伞齿轮组件；每个挺杆组包括下挺杆、上挺杆以及位于上挺杆和下挺杆之间的活块，所述活块的一端通过螺纹连接至下挺杆；每个调节伞齿轮组件包括连接至下挺杆外周的平伞齿轮以及将所述平伞齿轮连接至齿轮传动单元的伞齿轮轴，多缸伞齿轮轴均连接至同样齿轮传动单元；其中所述平伞齿轮带动下挺杆旋转进而调节下挺杆螺入所述活块的深度。
附图说明
12.图1为一种大功率内燃机可变气门装置（气门关闭时）结构示意图；图2为一种大功率内燃机可变气门装置（气门开启时）结构示意图；其中，1-内燃机机体；2-气缸盖；3-凸轮；4-滚轮；5-滚轮销；6-滚轮座；7-气门顶升机构壳体；8-下挺杆（中间段六角形）；9-滚轮座弹簧；10-平伞齿轮（内孔六角形）；11-齿轮传动单元； 12-伞齿轮轴；13-竖伞齿轮；14-活块；15-可变气门装置壳体；16-密封圈；17-挺杆套；18-密封圈；19-上挺杆；20-缓冲弹簧；21-顶头；22-调节螺套；23-摇臂座；24-摇臂轴；25-摇臂； 26-摇臂调节螺钉；27-气门锁夹；28-气门弹簧上座；29-气门弹簧；30-气门弹簧下座；31-气门；32-气门座；33-导向螺栓。
具体实施方式
13.以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
14.参见图1和图2，示出一种四冲程内燃发动机，可包括内燃机机体（例如柴油机体）1、气缸盖2、和可变气门装置。本发明的可变气门装置包括凸轮3、滚轮4、挺杆组件、摇臂组
件和气门组件。传动单元11、顶头21、挺杆套17、摇臂座23、摇臂轴24、摇臂25、摇臂调节螺钉26、气门锁夹27、气门弹簧上座28、气门弹簧29、气门弹簧下座30、气门31、气门座32、导向螺栓33。
15.凸轮3固定在凸轮轴（未图示）上，滚轮4用滚轮销5固定在滚轮座6上，滚轮座6安装在气门顶升机构壳体7内，气门顶升机构壳体7固定在柴油机机体1上。
16.挺杆组件包括下挺杆8、上挺杆19，以及位于上挺杆8和下挺杆19之间的活块14。下挺杆8安装在滚轮座6上以借助于滚轮4连接至凸轮3，滚轮座弹簧9安装在滚轮座6与可变气门装置壳体之间15之间，可变气门装置壳体15可固定在气门顶升机构壳体7上。
17.可变气门装置壳体15内设置活块14，活块14的下端通过螺纹连接的方式连接在下挺赶8的上端。活块14的上端固定有上挺杆19。上挺杆19的外周设置有挺杆套17，挺杆套17固定在气缸盖2和可变气门装置壳体15之间，即、挺杆套17的一端固定在气缸盖2上，另一端固定在可变气门装置壳体15上。在挺杆套17二端连接处设置密封圈16、18，防止漏油。上挺杆19可连接至摇臂组件。
18.摇臂组件可包括摇臂座23、摇臂轴24、摇臂25和摇臂调节螺钉26。摇臂座23固定在气缸盖2上，摇臂轴24固定在摇臂座23上；摇臂25安装在摇臂轴24上，摇臂调节螺钉26固定在摇臂25上。
19.气门组件包括气门锁夹27、气门弹簧上座28、气门弹簧29、气门弹簧下座30、气门31和气门座32。气门锁夹27固定在气门弹簧上座28上，气门弹簧29固定在气门弹簧上座28和气门弹簧下座30之间，气门弹簧下座30和气门导套固定在气缸盖2上，气门31安装气门导套的弹簧中，气门座32安装在气缸盖2上，气缸盖2固定在柴油机机体1上。
20.根据图1、和图2所示，工作时，凸轮3转动，带动滚轮4、滚轮销5、滚轮座6、下挺杆8、滚轮座弹簧9、活块14、上挺杆19等一起向上运动，顶起摇臂25的一头使其绕摇臂轴24转动，进而使摇臂25的另一头下压打开气门，完成进、排气工作。其中可以摇臂调节螺钉26设定气门31间隙。
21.本发明的可变气门装置还具有挺杆长度调节单元，当需要改变进、排气量时，挺杆长度调节单元可改变挺杆长度，进而改变气门开启行程。
22.具体是这样实现的：气门顶升机构壳体7内有键槽，内孔与滚轮座接触，可上下活动，不能左右旋转，由滚轮销5一端有凸出键与顶升机构键槽匹配上下移动，下挺杆8与滚轮座6是过渡匹配，存有间隙，下挺杆8可自由转动。下挺杆8中部的外周六角配合平伞齿轮10（内孔是六角形），下挺杆8可穿过平伞齿轮10的六角内孔并可自由上下活动。平伞齿轮10通过伞齿轮轴12连接至齿轮传动单元11。齿轮传动单元11固定在柴油机机体1上。通过齿轮传动单元11驱动平伞齿轮10从而可带动下挺杆8左右旋转。螺入或退出带有导向槽的活块14，活块槽里有导向螺栓33定位，不能左右旋转，只能上下移动，调节长度，竖伞齿轮13，连接到伞齿轮轴12上。伞齿轮轴连接11齿轮传动单元，这样由传动单元11带动伞齿轮轴12带动平伞齿轮、带动平伞齿轮10、带动下挺杆8旋转，拉推活块14达到调节整体挺杆长短的目的。
23.当内燃机需功率变化变动气门行程时，平伞齿轮10带动下挺杆8左右旋转，借助下挺杆8和活块14之间的螺纹连接调节下挺杆8螺入活块的深度，下挺杆螺丝与14活块连接，活块槽由33导向螺栓定位不能旋转，只能上下活动，下挺杆8，由平伞齿轮10带动旋转，下挺
杆8螺纹进入活块14，当齿轮正转下挺杆进入活块越深，挺杆整体就越短，反向就越长，由下挺杆8螺 入活块深度来调节挺杆长度，达到可变气门行程。
24.本发明中，借助齿轮的机械调节可以可靠地调节挺杆长度，而且不存在液压调节单元漏油问题。此外齿轮调节相对于现有推块调节，更加可靠，而且齿轮不易磨损。更重要的是，通过齿轮传动单元11可同步连接多个传动单元，从而可对多个缸的气门进行同步调整。目前高性能发动机空燃比匹配是全球相关所有企业都是在研究的主要课题，燃油量控制都是采用电子喷射得已解决，根据油量大小匹配空气量，还没有像本发明这样简单可靠装置，能使空燃比有机结合，随意可调，使燃料得到充分燃烧，达到节能环保，为发动机安全可靠运行提供保障。
25.此外，考虑到挺杆长度整体缩短，可能会造成气门间隙无限增大，进而造成气门落座粗暴冲击力增大而损坏气门。因此，在一个优选地实施方式中，在上挺杆19的上部还可增加一套气门缓冲装置。
26.参见图1，气门缓冲装置包括顶头21、调节螺套22、和缓冲弹簧20组成。工作时，上挺杆19推动缓冲弹簧20、顶头21和调节螺套22一起向上运动。当挺杆缩短时，预紧的缓冲弹簧20部分回复从而仍能顶住顶头21不松开（弹簧强度是顶不开气门的），当上挺杆19推动缓冲弹簧致顶头21肩夹碰到时，打开气门，调节螺套22留一定的空间余量，这样气门落座时弹簧起到了一定的缓冲作用。
27.同理，如果是多缸柴油机，只要在每个气缸上的都安装这样一套气门行程可变气门装置，把11齿轮传动单元中心齿轮轴连起来控制，就可以实现多缸柴油机气门行程的同步可变。