专利名称：单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单顶置凸轮轴可变排量发动机的电磁气门停止装置，特别是涉及一种带有气门停止机构的停阀摇臂和电磁铁作动机构。
背景技术：
随着世界汽车工业的不断发展、汽车的拥有量越来越多，有关汽车的能源、污染和安全三大主题越显突出，特别是能源和污染问题已经影响到汽车工业的可持续发展，节能和控制汽车废气污染已经到了刻不容缓的时刻，进一步提高车用发动机的燃油经济性、减少其有害尾气的排放量已经成为二十一世纪发动机新技术开发的主旋律。
对车用汽油机来讲，改变发动机的输出功率是靠调节气门开度的方法来实现的，在中小负荷时，由于节气门开度小造成很大的泵气损失，发动机的工作效率变得很低，从车用汽油发动机的万有特性曲线可知发动机除全负荷工况外，负荷越大油耗越低；反之，负荷越小油耗越高，汽车实际行驶时，汽油发动机处于中小负荷工况下工作的时间约占80％，其功率利用率很低，燃油得不到有效的利用，同时由于燃烧效率低，有害气体CO、HC化合物的排放量很多；对于轿车等乘用车来讲，这种情况更为严重，因此、解决汽油机燃油经济性差和尾气污染大的技术关键在于设法降低其部分负荷下的泵气损失。为此采用发动机可变排量电控技术，在汽车部份负荷工况下，通过停止部份汽缸工作，以减小发动机工作排量的手段，可以有效地降低泵气损失和机械摩擦损失，提高其负荷率，使之在低油耗和低排放区域内工作。
对车用柴油机来讲，改变发动机的输出功率是靠质调节的方法来实现的，它没有汽油机发动机那样的泵气损失，其部份负荷的燃油经济性高，但是柴油机的有效效率等于机械效率乘以指示效率，因此柴油机的燃油消耗率也直接受到机械效率的影响，所以降低柴油机的摩擦损失和提高其机械效率是柴油机节油的关键。为此，采用部份停缸技术是减少气门驱动损失从而提高机械效率，减少油耗的有效手段。
中国专利CN96233186.4公布了可变排量发动机气门止动装置的一种电磁铁作动机构及其所操纵的一种停阀推杆机构，能根据发动机功率的需要，通过对停阀推杆的控制，停止进排气门运动，使一个或多个汽缸逐级停止工作，从而提高发动机工作汽缸的负荷率，改善其燃油经济性，降低汽车尾气中有害气体的排放量。上述装置的结构如图1和图2所示，其动作程序是，当发动机工况传感器采集到其工况变化信息时，输入单片微机进行数据处理发出动作指令后，电磁铁的电磁线圈(2)通电吸合，衔铁(1)带动衔铁拉杆(3)下行，经杠杆(4)反向，与杠杆联接的拨叉杆(9)带动拨动环(5)上行，停阀推杆的开合滑套(7)克服压缩弹簧(11)的弹力上行，开合滑体(10)上的止动钢球(6)进入开合滑套的内环槽(8)，而退出柱塞杆的外环槽，使开合滑体与柱塞杆的刚性联接被解除而呈柔性联接的推杆；在下置凸轮(17)的推动下，有导槽的柱塞杆(12)在开合滑体内作上下往复运动，在气门弹簧(15)的作用下气门(16)闭合，汽缸停止工作；当电磁线圈断电时，上述传动件反向运动，拨动环(5)下行，在压簧(11)的作用下开合滑套(7)下行，止动钢球(6)退出开合滑套内环槽(8)而进入柱塞杆外环槽，使开合滑体与柱塞杆呈刚性联接，在凸轮(17)的驱动下，经推杆(13)和气门摇臂(14)推动气门(16)开启，被停汽缸恢复工作。这种装置的气门停止机构设置在气门推杆上，一个停阀推杆需用一个电磁铁来控制，它只适用于下置凸轮轴式顶置气门发动机(OHV)。而对于大量的轿车用发动机多采用单顶置凸轮轴发动机(SOHC)，由于其配气机构无气门推杆，气门的运动是通过凸轮直接推动摇臂来进行的，所以上述实用新型完全不能应用于单顶置凸轮轴发动机。
发明内容
为了实现单顶置凸轮轴发动机的停缸控制，本实用新型提供一种适用于单顶置凸轮轴发动机(SOHC)的可变排量电磁气门停止装置，且结构简单、工作可靠、造价低廉、变缸切换速度快、不改变现有发动机的基本结构。
本实用新型的单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置(附图3-8)，包含有衔铁拉杆(27)和开口压板(33)的电磁铁作动机构及其安装架(25)，带有气门停止装置的停阀摇臂和摇臂复位扭簧(43)所构成。上述装置可由单个电磁铁操纵一个汽缸的进排气门相对应的停阀摇臂，其控制的停阀摇臂数量可以是1～4个；上述摇臂复位扭簧(43)套装在原发动机摇臂轴的压簧位置，扭簧的一端勾住摇臂靠气门杆(51)一方的下端，其另一端固定在汽缸盖上或电磁铁安装架(25)上。
上述的停阀摇臂有摇臂本体(40)、与摇臂本体的气门调整螺钉孔(44)螺纹相联的开合滑体(36)、气门间隙调整锁紧螺母(39)、有内环槽的开合滑套(37)、一端与气门杆(51)头部端面接触而另一端设置有外环槽(48)的柱塞杆(41)、可滑动地装在开合滑套外圆柱面的压簧(38)、置于开合滑体圆柱形内腔的内弹簧(42)、与开合滑体一个横截面上沿径向至少2个的均布通孔和开合滑套内环槽(46)或柱塞杆一端的外环槽(48)相配合的止动钢球(47)，开合滑体上部设有限制开合滑套行程的限位台阶。
上述电磁铁安装架(25)设置有左右二个杠杆铰链坐(24)，杠杆以铰链坐为支点，左右二个杠杆(28、29)与同一衔铁拉杆(27)铰接，装在铰链轴销(34)上的扭簧(30)压在杠杆上方、另一端固定在铰链坐的柱体上。
上述杠杆(28)的一端有螺柱相联接的开口压板(33)，其上设有半圆缺口，可让停阀摇臂的开合滑体上端圆柱体通过，开口压板的一侧设置有可转动的调整扁螺母(32)和定位插销(35)。
上述电磁铁的电磁线圈(20)上方有锥形孔止坐(21)，下方有磁轭圈(23)，外面有电磁铁壳体(19)，衔铁(22)的一端为锥形，衔铁拉杆(27)通过电磁铁定位发兰(26)中心孔与左右杠杆(28、29)铰接。
本实用新型针对单顶置凸轮轴发动机配气机构的结构特点，设计了独特的停阀摇臂和电磁铁作动机构，实现了使用单个电磁铁就可控制一个汽缸的多个气门摇臂。安装在汽油机或柴油机原摇臂的位置以取代原机摇臂，对现有结构的发动机不做改造即可应用，其气门间隙的调整是通过开合滑体下部螺纹(45)的上下旋动来实现的，开合滑体具有气门间隙调整螺钉的功能。
本实用新型的电磁气门停止装置可由单片微型计算机根据来自发动机工况检测传感器的信息，向电磁铁作动机构发出指令，令开合压板(33)向下运动，推动停阀摇臂上的开合滑套(37)下移至止动通孔位置，此时随着凸轮升程由小变大，位于柱塞杆外环槽(48)和开合滑体通孔内的止动钢球(47)被柱塞杆推入开合滑套内环槽(46)，凸轮(52)的升程变为柱塞杆压缩内弹簧(42)的行程，停阀摇臂呈柔性状态，从而切断了凸轮通过摇臂对气门的推动力。当进排气门都失去了摇臂的推动力后，汽缸被关闭而停止工作；当需要恢复汽缸工作时，电磁铁断电，停阀摇臂在弹簧力的作用下自动恢复为刚性以驱动气门工作。
本实用新型的单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置具有如下的优点和效果1.由于使用了一个电磁铁可以同时操纵同一汽缸的2～4个气门的停阀摇臂的设计，使得本实用新型发动机电磁气门停止装置的结构显得非常简单，机构的可靠性高，装置的使用寿命很长；特别是对单片微型计算机电子驱动系统的软硬件设计变得非常容易，使得整个发动机变排量电脑控制系统的制造成本很低，极大地增强了本装置的性价比。
2.由于使用了新型的停阀摇臂，使传统的气门摇臂具有了可停止气门运动的新功能，不需改变现有发动机的基本结构，只要将本装置的停阀摇臂替换原机摇臂即可。安装在气缸盖上的电磁铁作动机构与停阀摇臂相对独立，在电磁铁未通电时、停阀摇臂的工作状态同传统的摇臂一样，电磁铁作动机构则相对静止不动；当电磁铁通电吸合后，衔铁拉杆(27)带动开口压板(33)压下停阀摇臂上的开合滑套(37)，使摇臂呈柔性状态。因此电磁铁作动机构只是在吸合和释放的瞬间运动，其余时间均处于相对静止状态，所以各运动件很不容易疲劳和磨损。
3.由于本实用新型的结构特点，停阀摇臂的开合滑套(37)、柱塞杆(41)及止动钢球(47)在其圆周方向可以自由转动，其受力点在不断变化，使得停阀摇臂的受力零件磨损均匀，应力集中发生率大幅减少，极大地提高了停阀机构的使用寿命。
4.由于本实用新型的独特设计，用一个电磁铁可以同时控制2～4个停阀摇臂，因此也适用于三气门或四气门单顶置凸轮轴发动机；本装置的电磁铁作动机构的工作速度极快，且停阀摇臂的反应灵活，因此特别有利于采用单片微机进行自动控制，并可在其所有的工况和转速范围内进行灵活自如地停缸切换工作。
5.本实用新型的电磁气门停止装置可以应用在车用汽油机、柴油机和燃气发动机上。用于电子喷射汽油机时，它能在单片微型计算机的控制下，在发动机怠速、减速和中小负荷工况时按需停止一个或多个汽缸的工作，降低其泵气损失和机械摩擦损失，减小残余气体系数，提高燃烧效率；在停缸的同时切断被停汽缸的燃油喷射，发动机的节油率可达15-30％，同时可大幅度降低发动机尾气中CO、HC化合物含量达80％以上。
下面、再用实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。
图1是已有的可变排量发动机气门止动装置的结构示意图。
图2是图1的右视结构示意图。
图3是本实用新型电磁气门停止装置呈刚性状态的结构示意图。
图4是本实用新型电磁气门停止装置呈柔性停缸状态的结构示意图。
图5是本实用新型的停阀摇臂呈刚性状态的结构示意图。
图7是本实用新型的停阀摇臂呈柔性状态的结构示意图。
图6、8是图5、7的A向视图。
具体实施方式
本实用新型的一种单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置，如图3～8所示，由电磁铁作动机构、停阀摇臂和摇臂复位扭簧构成。上述装置可由单个电磁铁操纵一个汽缸的进排气门相对应的停阀摇臂，其控制的停阀摇臂数量可以是2～4个；上述摇臂复位扭簧(43)套装在原发动机摇臂轴的压簧位置，扭簧的一端勾住摇臂靠气门杆(51)一方的下端，其另一端固定在汽缸盖上或电磁铁安装架(25)上。
上述电磁铁作动机构有固定在安装架(25)上的电磁铁，电磁铁的衔铁拉杆(27)同时铰接有左右二个杠杆(28、29)，二杠杆以各自的铰链坐(24)为支点上下运动，杠杆的一端有与之螺柱(31)相联的开口压板(33)，开口压板的半园缺口中心与停阀摇臂的开合滑体中心相重合并位于开合滑套(37)的上方。
上述电磁铁有电磁线圈(20)，其上方有锥形孔止坐(21)，下方有磁轭圈(23)，外面有电磁铁壳体(19)，衔铁(22)的一端为锥形，与衔铁相联的拉杆(27)通过电磁铁定位发兰(26)中心孔与左右二杠杆(28、29)铰接，电磁铁安装固定在与发动机缸盖相联接的安装架(25)上。
上述杠杆的一端有与开口压板(33)以螺纹相联的螺杆(31)，在开口压板上设置有可自由转动的调整扁螺母(32)，与之相邻处有防止开口压板转动的定位插销(35)，安装架上设置有杠杆回位扭簧(30)，扭簧套装在铰链坐轴销(34)上，一端压在杠杆上、另一端固定在铰链坐(24)上。
上述停阀摇臂如图5、7所示的结构，其特点在于它是带有气门停止机构的气门摇臂。它有摇臂本体(40)和与其上的气门调整螺钉孔(44)螺纹相联的开合滑体(36)，筒形空腔里有内弹簧(42)和柱塞杆(41)的开合滑体，其外有开合滑套(37)、外弹簧(38)和气门间隙调整锁紧螺母(32)；有与开合滑体一个横截面上沿径向的均布通孔和开合滑套内环槽(46)或柱塞杆(41)一端的外环槽(48)相配合的止动钢球(47)；呈筒形空心圆柱体的开合滑体中部的一个横截面上沿径向设置有其直径大于筒壁厚度的4～6个均布圆柱形止动通孔，与其数量相同的止动钢球(47)可在通孔内滑动，开合滑体外圆柱面下端有与摇臂本体的气门间隙调整螺钉孔(44)相配合的螺纹(45)，其上部有限制开合滑套行程的限位台阶柱面。在其顶部有一中心小孔且沿直径方向设置有一条用于调整气门间隙的直通槽(49)，呈圆柱体的柱塞杆(41)一端设置有与止动钢球(47)的部份球面相吻合的外环槽(48)，柱塞杆可在开合滑体的空腔内上下滑动，呈球面的一端与气门杆头部端面接触并与气门杆的运动相配合。
本实用新型的电磁铁和停阀摇臂在发动机上的使用数量视其汽缸数按需确定。本电磁气门停止装置安装在单顶置凸轮轴汽油发动机或柴油发动机上，在单片微型计算机的控制下，根据发动机工况检测传感器，如节气门开度位置传感器，发动机转速传感器，空气流量传感器，水温传感器，车速传感器，档位传感器等采集到发动机工况的变化信息，输入单片微型计算机进行数据处理后发出控制指令。当需要停缸时、电磁铁通电吸合，衔铁(22)带动拉杆(27)上行，经杠杆反向、与杠杆一端的螺柱以螺纹相联的开口压板(33)向下运动，推动停阀摇臂上的开合滑套(37)克服压缩弹簧(38)下移，柱塞杆(41)在凸轮(52)的推动下上行时，将止动钢球(47)推入止动通孔和开合滑套的内环槽(46)，柱塞杆在开合滑体空腔内压缩内弹簧(42)作伸缩运动，从而切断摇臂对气门的推动力，停阀摇臂呈柔性状态，使进排气门关闭，被停止工作的汽缸变成一个空气弹簧，实现停缸；当电磁铁断电释放时，上述传动零件反向运动，扭簧(30)将杠杆和衔铁拉杆(27)复位，杠杆带动开口压板(33)上行，停阀摇臂上的开合滑套(37)失去了推动力，当凸轮(52)转到下死点位置时，压簧(38)推动开合滑套上行，止动钢球(47)退出开合滑套内环槽(46)，而进入开合滑体止动通孔和柱塞杆外环槽(48)内，使停阀摇臂上的停阀机构呈锁死的刚性状态。在凸轮的推动下，停阀摇臂推动进排气门工作，被停汽缸恢复做功。
本单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置的一个显著特点是采用了单个电磁铁可操纵多个气门的作动机构，即每个可控停缸的汽缸只需一个电磁铁来控制，如三缸发动机为3-2缸交替工作的二排量发动机，可用一个电磁铁控制；四缸发动机为4-3-2缸交替工作的三排量发动机，可用二个电磁铁控制；六缸发动机为6-5-4-3缸交替工作的四排量发动机，可用三个电磁铁控制；八缸发动机为8-7-6-5-4缸交替工作的五排量发动机，可用四个电磁铁控制等。也可根据具体需要只安排半数汽缸交替工作，由于本实用新型的独特结构，还可以根据需要灵活地安排停缸操作的控制模式，充分发挥本实用新型简单、灵活、可靠的结构和性能特性。
本实用新型单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置应用于电喷汽油发动机时，需要在停缸的同时切断燃油的喷射，并对燃油喷射量和点火提前角作适当调整；应用于传统柴油发动机或直喷式柴油发动机时，在停缸的同时切断柴油的喷射。
本实用新型的结构独特，可以保证车用发动机在怠速、减速和部分负荷工况时实现汽缸间歇工作的灵活切换，并能在发动机的一个工作循环内完成切换工作，即几十分之一秒内完成；可满足工况变换复杂的城市车辆的行驶需要，由于怠速和减速正是造成车辆油耗增加和尾气排放恶化的真凶，所以实现车辆在怠速和减速工况下的停缸工作，对改善其燃油经济性和减少尾气排放对城市空气的污染有着重大的现实意义。
权利要求1.一种单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置，其特征在于包含有衔铁拉杆(27)和开口压板(33)的电磁铁作动机构及其安装架(25)，带有气门停止装置的停阀摇臂和摇臂复位扭簧(43)所构成；其特征在于上述装置可由单个电磁铁操纵一个汽缸的进排气门相对应的停阀摇臂，其控制的停阀摇臂数量可以是1～4个；上述摇臂复位扭簧(43)套装在原发动机摇臂轴的压簧位置，扭簧的一端勾住摇臂靠气门杆(51)一方的下端，其另一端固定在汽缸盖上或电磁铁安装架(25)上。
2.如权利要求1所述的单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置，其特征在于所述的停阀摇臂有摇臂本体(40)、与摇臂本体的气门调整螺钉孔(44)螺纹相联的开合滑体(36)、气门间隙调整锁紧螺母(39)、有内环槽的开合滑套(37)、一端与气门杆(51)头部端面接触而另一端设置有外环槽(48)的柱塞杆(41)、可滑动地装在开合滑套外圆柱面的压簧(38)、置于开合滑体圆柱形内腔的内弹簧(42)、与开合滑体一个横截面上沿径向至少2个的均布通孔和开合滑套内环槽(46)或柱塞杆一端的外环槽(48)相配合的止动钢球(47)，开合滑体上部设有限制开合滑套行程的限位台阶。
3.如权利要求1所述的单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置，其特征在于所说的电磁铁安装架(25)设置有左右二个杠杆铰链坐(24)，杠杆以铰链坐为支点，左右二个杠杆(28、29)与同一衔铁拉杆(27)铰接，装在铰链轴销(34)上的扭簧(30)压在杠杆上方、另一端固定在铰链坐的柱体上。
4.如权利要求3所述的单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置，其特征在于所说的杠杆(28)一端有螺柱相联接的开口压板(33)，其上设有半圆缺口，可让停阀摇臂的开合滑体上端圆柱体通过，开口压板的一侧设置有可转动的调整扁螺母(32)和定位插销(35)。
5.如权利要求1所述的单顶置凸轮轴发动机电磁气门停止装置，其特征在于所说的电磁铁的电磁线圈(20)上方有锥形孔止坐(21)，下方有磁轭圈(23)，外面有电磁铁壳体(19)，衔铁(22)的一端为锥形，衔铁拉杆(27)通过电磁铁定位发兰(26)中心孔与左右杠杆(28、29)铰接。
专利摘要本实用新型涉及一种单顶置凸轮轴发动机的电磁气门停止装置，包括有衔铁拉杆(27)和开口压板(33)的电磁铁作动机构及其安装架(25)，带有气门停止机构的停阀摇臂及其复位扭簧(43)。电磁铁吸合时，拉杆(27)上行并带动开口压板(33)推动开合滑套(37)下行，凸轮推动摇臂本体(40)并迫使柱塞杆(41)上行，使止动钢球(47)进入开合滑套内环槽(46)，摇臂失去对气门的推动力呈柔性停缸状态；反之呈刚性工作状态。且单个电磁铁可控制一个汽缸的进排气门，装置工作可靠、寿命长，在微电脑控制下能通过关闭部分汽缸实现发动机可变汽缸工作之功能，达到有效降低油耗和尾气污染之目的。
文档编号F01L31/00GK2746125SQ20042003338
公开日2005年12月14日 申请日期2004年3月25日 优先权日2004年3月25日
发明者周晓仪 申请人:周晓仪