用於對置活塞發動機的可變配氣相位機構的製作方法

2023-05-24 08:03:22

本發明涉及一種內燃機的可變配氣相位機構，具體涉及一種對置活塞發動機的可變配氣相位機構，屬於內燃機結構技術領域。

背景技術：

隨著能源危機和環境壓力的加劇，發動機節能減排和輕量化成為其進一步改善的重要途徑。傳統四衝程發動機由於後處理設備的增加很難進一步改善，而對置活塞發動機具有熱效率、重量輕等特點，受到進一步關注。然而傳統的對置活塞發動機排放性能很差、且燃燒的組織也比較困難。對置活塞發動機結合當今的發動機技術如高壓噴射、渦輪增壓等技術，可以獲得很好的效果。

當今在乘用車上VVT技術(可變氣門正時技術)已經廣泛應用，而且有些車型也實現了進排氣門的雙VVT技術。而對置四衝程活塞發動機上僅有美國品納克Pinnacle公司研發的滑動缸套式可變配氣相位機構，該發動機進、排氣口設置在發動機中部，氣缸套為兩個，採用彈簧鎖緊，工作時通過撥叉式凸輪機構打開，再由彈簧回位鎖緊，其機構較為複雜，對潤滑與密封提出了更高的要求。該機構無法滿足對置二衝程發動機對掃氣過程的要求，因此不能在對置二衝程發動機上應用。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供了一種用於對置活塞發動機的可變配氣相位機構，該機構能夠確保對置活塞發動機在各種工況下的平均有效壓力和換氣特性達到最優，從而節約成本、提高系統可靠性。

一種用於對置活塞發動機的可變配氣相位機構，該機構包括氣缸套、進氣口滑動套、排氣口滑動套、進氣口連杆、可調曲柄和排氣口連杆；

所述氣缸套上沿軸向對稱設置有一組周向的進氣口和排氣口，每組進氣口和排氣口沿軸向的層數為兩層以上，所述氣缸套上的氣口層數對應相應的發動機轉速；進氣口和排氣口沿氣缸套的周向均勻設置，進氣口和排氣口的形狀為矩形，相鄰的兩層進氣口或排氣口之間形成隔擋筋；

所述進氣口滑動套和排氣口滑動套分別與氣缸套的外圓周面滑動配合，所述可調曲柄安裝在氣缸套上且位於進氣口和排氣口之間，進氣口連杆的兩端分別與可調曲柄和進氣口滑動套活動連接，排氣口連杆的兩端分別與可調曲柄和排氣口滑動套活動連接，可調曲柄、進氣口連杆和排氣口連杆構成曲柄連杆機構，通過外部機構轉動可調曲柄，可調曲柄帶動進氣口連杆和排氣口連杆使得進氣滑動套和排氣滑動套在氣缸套上滑動，從而實現氣缸套上不同檔位氣口層數的切換。

進一步地，所述不同檔位氣口層切換的原理是兩層氣口間的隔擋筋與進氣口滑動套和排氣口滑動套的作用下致使氣流不會從第二層氣口進入，從而實現不同檔位的切換。

進一步地，所述氣缸套上氣口層數和氣口高度依據不同發動機的缸徑、衝程和工作轉速條件對發動機的動力性指標和換氣特性指標進行優化後最終確定。

進一步地，在氣缸套另一側設置相同的曲柄連杆機構，以滿足配氣機構調節的靈活性和可靠性。

有益效果：

本發明利用可變配氣相位機構改變氣口高度實現對置活塞發動機的多檔位可調，通過相位的變換以適應不同的工況下對進氣質量的要求，最終優化換氣和燃燒過程，改善發動機性能。另外該配氣機構採用外置滑套(相對於氣缸)，減小對潤滑和密封的要求，具有較強的可靠性，可以使發動機適應於更多惡劣的工況條件。

附圖說明

圖1為本發明可變配氣相位機構簡圖(單層氣口打開)；

圖2為本發明可變配氣相位機構簡圖(雙層氣口打開)；

圖3為不同氣口(檔位)切換的原理圖；

圖4為可變配氣相位機構與發動機的裝配簡圖；

圖5為可變雙層氣口高度與固定氣口高度的平均有效壓力對比圖；

圖6為可變雙層氣口高度與固定氣口高度的掃氣效率對比圖。

其中，1-氣缸套、2-進氣口滑動套、3-排氣口滑動套、4-進氣口連杆、5-可調曲柄、6-排氣口連杆、7-隔擋筋

具體實施方式

下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。

如附圖1和2所示，本發明提供了一種用於對置活塞發動機的可變配氣相位機構，該機構包括氣缸套1、進氣口滑動套2、排氣口滑動套3、進氣口連杆4、可調曲柄5和排氣口連杆6；

氣缸套1上沿軸向對稱設置有一組周向的進氣口和排氣口，本實施例中，每組進氣口和排氣口沿軸向的層數為兩層；進氣口和排氣口沿氣缸套1的周向均勻設置，進氣口和排氣口的形狀為矩形，相鄰的兩層進氣口或排氣口之間形成隔擋筋7；

如附圖3所示，進氣口滑動套2和排氣口滑動套3分別與氣缸套1的外圓周面滑動配合，進氣滑動套2和排氣滑動套3分別套裝在氣缸套1的進氣側和排氣側，通過其運動配合第一層氣口和第二層氣口間的隔擋筋7，實現氣口的單/雙層氣口的切換。在進氣滑動套2和排氣滑動套3上分別有一個小凸臺上有一個鉸鏈孔，用於連接進氣口連杆4、排氣口連杆6。在氣缸套中部安裝有可轉動的可調曲柄5，可調曲柄5上設有鉸鏈孔，用於連接進氣口連杆4和排氣口連杆6另一側。通過轉動可調曲柄5，在進氣口連杆4和排氣口連杆6的帶動下，進氣滑動套2和排氣滑動套3在氣缸上滑動，分別實現進、排氣口的開啟和關閉。

由於單套機構的非對稱性，會導致滑動套受力不平衡，最終導致其不能在氣缸套上靈活滑動，在氣缸套另一側設置相同的曲柄連杆機構，以滿足配氣機構調節的靈活性和可靠性。

如附圖4所示，本發明的機構運用於對置活塞發動機上，氣缸套1的兩端分別對應一套曲柄連杆傳動機構。該機構通過可調曲柄5的轉動實現進、排氣口不同檔位的切換(單層氣口和多層氣口的切換)，以適應對置活塞發動機在不同工況下對進、排氣的要求，從而改善發動機的性能。

分別建立相同邊界條件下的配氣相位可變和配氣相位恆定的發動機仿真模型，進行仿真計算對比。由此得到兩種不同條件下發動機的平均有效壓力和掃氣效率的對比圖。

附圖5為配氣相位可變和配氣相位恆定的平均有效壓力的對比圖。從圖中可以看出，在1000rpm～6000rpm轉速下，配氣相位可變的平均有效壓力基本高於配氣相位恆定的平均有效壓力，而在4000rpm～6000rpm時，配氣相位可變的平均有效壓力顯著高於配氣相位恆定的平均有效壓力，最高可以提升11.8％。

附圖6為配氣相位可變和配氣相位恆定的掃氣效率對比圖。從圖中可以看出，在1000rpm～6000rpm轉速下，配氣相位可變的掃氣效率基本高於配氣相位恆定的掃氣效率，而在4000rpm～6000rpm時，配氣相位可變的掃氣效率顯著高於配氣相位恆定的掃氣效率，最高可以提升18.9％。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。