CN101457661A - 可变气门升程装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机的可变气门升程装置，可以包括：驱动臂，凸轮轴的凸轮使所述驱动臂旋转；第一摇臂，所述第一摇臂由驱动臂操作，以通过第一摆臂驱动第一气门；第二摇臂，所述第二摇臂由驱动臂操作，以通过第二摆臂驱动第二气门；中间设备，所述中间设备将驱动臂的运动传递至第一摇臂和第二摇臂；以及控制轴，在所述控制轴上可旋转地布置驱动臂、第一摇臂、第二摇臂和中间设备。

Description

可变气门升程装置

与相关中请的相互参考

本申请要求于2007年12月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0131653的优先权和权益，其全部内容合并于此作为参考。

技术领域

本发明涉及车辆的发动机。更具体地说，本发明涉及发动机的可变气门升程装置。

背景技术

内燃机通过在燃烧室中在吸入该燃烧室的空气媒介中燃烧燃料产生能量。通过凸轮轴操作进气门以纳入空气，当进气门开放时空气被吸入燃烧室。此外，通过凸轮轴操作排气门，当排气门开放时燃烧气体从燃烧室排出。

进气门和排气门的最优操作依赖于发动机的转速。也就是说，气门的最优开/关正时或者最优升程依赖于发动机的转速。为了根据发动机的转速实现这种最优气门操作，对根据发动机速度实现不同气门升程的可变气门升程(VVL)装置进行了研究。

对于这种VVL装置，推荐的是在使用凸轮轴的扭矩驱动气门时能量损失最小化。此外，推荐的是对VVL装置进行对称设计，从而使其可以对称地安装在V型发动机中的两侧。

在背景技术这个部分中所揭示的以上信息仅用来增强对本发明背景技术的理解，因此，可能包含这样的信息：该信息并未构成已经被本国本领域普通技术人员所知的现有技术。

发明内容

本发明致力于提供一种可变气门升程(VVL)装置，其优点在于最小化的摩擦和能量损失以及增强的可控性和可装配性。

本发明的示例性实施方案提供发动机的VVL装置，其包括：驱动臂，凸轮轴的凸轮使所述驱动臂旋转；第一摇臂，所述第一摇臂由驱动臂操作，以通过第一摆臂驱动第一气门；第二摇臂，所述第二摇臂由驱动臂操作，以通过第二摆臂驱动第二气门；中间设备(mediatingdevice)，所述中间设备将驱动臂的运动传递至第一摇臂和第二摇臂；以及控制轴，在所述控制轴上可旋转地布置驱动臂、第一摇臂、第二摇臂和中间设备。

控制轴可以包括圆形凸轮，所述圆形凸轮离心地布置在控制轴的轴线上。在这种情况下，中间设备可以包括中间臂和驱动轴，所述中间臂从圆形本体延伸，所述圆形本体以驱动臂以及第一和第二摇臂之间的一个角度布置在圆形凸轮上，所述驱动轴与中间臂连接并且布置在驱动臂以及第一和第二摇臂之间。

在驱动轴上可以布置与第一摇臂接触的第一轴承、与第二摇臂接触的第二轴承以及与驱动臂接触的第三轴承。

第一摇臂的中间设备接触表面可以形成为和第二摇臂的中间设备接触表面具有不同的轮廓。

在驱动臂的凸轮接触部分可以布置滚子，从而使驱动臂通过所述滚子与凸轮接触。

根据本发明示例性实施方案的示例性VVL装置可以进一步包括第一柱塞和第二柱塞，所述第一柱塞由第一空程弹簧(lost motion spring)所支撑并且支撑第一摇臂，所述第二柱塞由第二空程弹簧所支撑并且支撑第二摇臂。

在第一摇臂处可以形成引向驱动轴的供油孔、引向第一柱塞的供油孔和引向第一摆臂的供油孔。在第二摇臂处可以形成引向驱动轴的供油孔、引向第二柱塞的供油孔和引向第二摆臂的供油孔。在驱动臂处可以形成引向驱动轴的供油孔和引向滚子的供油孔。

根据所述的示例性VVL装置，摩擦和能量损失得到最小化，且可控性和可装配性得到增强。

附图说明

图1是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的立体图。

图2是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的侧视图，用于显示它的操作。

图3是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的摇臂的侧视图。

图4是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的驱动臂的侧视图。

图5是显示可通过根据本发明示例性实施方案的VVL装置获得的气门正时和气门升程的图表。

<附图标记>

10：凸轮轴

120：HLA

15：凸轮

375：圆形凸轮

150、250、350：第一、第二和第三轴承

160、260：第一和第二中间臂

162：圆形本体

170、270：第一和第二摇臂

171、271：第一和第二突出体

175、275：第一和第二接触表面

180、280：第一和第二柱塞

182：空程弹簧

185、285：第一和第二摆臂

187：滚子轴承(roller bearing)

190、290：第一和第二气门

300：驱动臂

310：滚子

360：中间设备

370：控制轴

380：驱动轴

θ：角度差

172、272：引向柱塞的供油孔

173、273：引向驱动轴的供油孔

174、274：引向摇臂的供油孔

302：引向驱动轴的供油孔

303：引向滚子的供油孔

具体实施方式

下文中将以附图为参考具体地描述本发明的示例性实施方案。

图1是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的立体图。

参考图1，根据本发明示例性实施方案的VVL装置通过凸轮轴10的凸轮15驱动具有可变气门升程的第一气门190和第二气门290。

根据本发明示例性实施方案的VVL装置包括：驱动臂300，凸轮轴10的凸轮15使所述驱动臂300旋转；第一摇臂170，所述第一摇臂由驱动臂300操作，以通过第一摆臂185驱动第一气门190；第二摇臂270，所述第二摇臂由驱动臂300操作，以通过第二摆臂285驱动第二气门290；中间设备360，所述中间设备将驱动臂300的运动传递至第一摇臂170和第二摇臂270；以及控制轴370，在所述控制轴上可旋转地布置驱动臂300、第一摇臂170、第二摇臂270和中间设备360。

在驱动臂300的凸轮接触部分布置滚子310，从而使驱动臂300通过所述滚子310与凸轮15接触。

控制轴370包括圆形凸轮375(参考图2)，所述圆形凸轮离心地布置在控制轴370的轴线上。

中间设备360包括第一中间臂160和驱动轴380(参考图2)，所述中间臂160从圆形本体162延伸(参考图2)，所述圆形本体以驱动臂300以及第一和第二摇臂170和270之间的一个角度布置在圆形凸轮375上，所述驱动轴380与第一中间臂160连接并且布置在驱动臂300以及第一和第二摇臂170和270之间。

在驱动轴380上布置与第一摇臂170接触的第一轴承150、与第二摇臂270接触的第二轴承250以及与驱动臂300接触的第三轴承350。

在第一中间臂160与第一、第二和第三轴承150、250和350相对的侧面上，第二中间臂260以与第一中间臂160对称的形状形成在控制轴370上。也就是说，驱动轴380使第一和第二中间臂160和260相互连接，所述第一和第二中间臂160和260可旋转地布置在控制轴370并且从所述控制轴370上突出。

当凸轮15通过凸轮轴10的旋转按压驱动臂300时，驱动臂300相应地按压中间设备360。从而，中间设备360按压第一和第二摇臂170和270，因此第一和第二摇臂170和270旋转。在第一和第二摇臂170和270旋转的时候，在第一和第二摇臂170和270底部的第一和第二突出体171和271(参考图2和图3)按压第一和第二摆臂185和285，从而使第一和第二气门190和290打开。

第一摇臂170由第一柱塞180所支撑，所述第一柱塞180由第一空程弹簧182(参考图2)所支撑。以同样的方式，第二摇臂270由第二柱塞280所支撑，所述第二柱塞280由第二空程弹簧(未示出)所支撑。

下文中将以图2为参考具体地描述根据本发明示例性实施方案的VVL装置的操作。

图2是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的侧视图，用于显示它的操作。

图2是从第一摇臂170看过去的侧视图，参考图2描述由第一摇臂170操作引起的第一气门190的操作。从以下描述中，由第二摇臂270操作引起的第二气门290的操作将变得显而易见。

首先，在凸轮轴10旋转时凸轮15按压驱动臂300。此时，由于凸轮15通过滚子310按压驱动臂300，凸轮15和驱动臂300之间的摩擦力被最小化。

被凸轮15按压的驱动臂300按压中间设备360。更具体地说，驱动臂300通过第三轴承350按压驱动轴380。因此，由于第三轴承350布置在驱动臂300和驱动轴380之间，驱动臂300和驱动轴380之间的摩擦力被最小化。

由于驱动轴380通过第一和第二中间臂160和260与控制轴370连接，驱动轴380在被驱动臂300按压的时候绕控制轴370旋转。

因此，驱动轴380按压第一摇臂170。此时，第一轴承150布置于驱动轴380与第一摇臂170接触的部分。以同样的方式，第二轴承270布置于驱动轴380与第二摇臂270接触的部分。因此，驱动轴380以及第一和第二摇臂170和270之间的摩擦力被最小化。

被驱动轴380按压的第一摇臂170绕控制轴370旋转。此时，在第一摇臂170底部的第一突出体171按压第一摆臂185。因此，第一摆臂185按压第一气门190，于是第一气门190打开，其中所述第一摆臂185的一个端部由液压间隙调节器(HLA)120支撑。

由于在第一摆臂185布置滚子轴承187以与第一突出体171接触，第一摆臂185和第一突出体171之间的摩擦力被最小化。

为了使气门升程变化，通过以电机为例的致动器(未示出)使控制轴370旋转。从而，离心地固定至控制轴370的圆形凸轮375旋转，因此第一中间臂160升高或者降低。在图2中，第一轴承150的升高的位置用虚线表示。

当第一轴承150通过第一中间臂160的上升而升高时，第一摇臂170通过由第一空程弹簧182弹性支撑的第一柱塞的力保持与升高的第一轴承150接触。也就是说，在图2中第一摇臂170顺时针旋转。在这种情况下，形成于第一摇臂170底部的第一突出体171相应地顺时针旋转。

在此状态下当凸轮15按压驱动臂300的时候，第一摆臂185仅在第一摇臂170通过顺时针旋转的量反向旋转以后被驱动。从而，气门升程减小。在此情况下，气门正时也产生变化。

参考上述操作，由于气门升程可以根据控制轴370的旋转角度变化，气门升程可以通过根据本发明示例性实施方案的VVL装置连续地变化。

为了使气门升程变化，驱动轴380被升高或降低，在驱动轴380上布置第一、第二和第三轴承150、250和350。因此，在驱动轴380向上或者向下移动时，驱动轴380和驱动臂300之间的摩擦力以及驱动轴380和第一和第二摇臂170和270之间的摩擦力被最小化。

通过根据本发明示例性实施方案的VVL装置，在通过使控制轴370旋转而使驱动轴380升高时，只可能产生处于可以忽略水平的阻力。当驱动轴380降低时，可以只克服空程弹簧182的弹性。在这种情况下，由于第一摇臂170按压空程弹簧182而驱动轴380相对于第一摇臂170倾斜地移动，阻碍驱动轴380移动的阻力非常小。

因此，根据本发明示例性实施方案的VVL装置能够以容量非常小的致动器显示出较高的可控性，从而显示出较高的响应性。

此外，根据本发明示例性实施方案的VVL装置，第一和第二气门190和290可以以不同的气门升程驱动，以图3为参考具体描述这种情况。

图3是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的摇臂的侧视图。

为了描述的方便和更好的理解，在图3中第一和第二摇臂170和270以重叠的方式进行显示。

如图3中所示，第一摇臂170和第二摇臂270可以具有相同的基本形状。然而，第一摇臂170的中间设备接触表面175(下文中称为第一接触表面)形成为和第二摇臂270的中间设备接触表面275(下文中称为第二接触表面)具有不同的轮廓。

作为一个例子，第一摇臂170的第一接触表面175和第二摇臂270的第二接触表面275以平面形式形成，但在它们之间形成角度差θ。

在这种情况下，在第一和第二气门190和290以最大气门升程驱动的时候，第一和第二气门190和290的气门升程是相同的。然而，在气门升程变化的时候，第一和第二气门190和290可以具有不同的气门升程。

更具体的说，在通过旋转控制轴370而使驱动轴380升高以减小气门升程的时候，第一和第二摇臂170和270顺时针旋转并保持与驱动轴380接触。在这种情况下，第一摇臂170和第二摇臂270的旋转角度互不相同。因此，第一和第二气门190和290的气门升程变化变得不同。

在以上描述中，第一接触表面175和第二接触表面275被描述为仅仅具有角度差。然而，应该理解的是，本发明的范围并不仅限于此。

通过改变第一和第二接触表面175和275的厚度，气门190和290的最大气门升程也可以变得不同。此外，通过以不同的弯曲轮廓形成第一和第二接触表面175和275，对于控制轴370的旋转，气门升程变化的灵敏性可以变得不同。

第一和第二气门190和290可以具有不同气门升程，这个性质具有重要的结果。由于气门的不同气门升程，通过第一和第二气门190和290的进气量和空气流速变得不同，从而可以在燃烧室中引入进气的强烈漩涡。也就是说，如果气门可以获得不同的气门升程，则可以为了在燃烧室中得到更好的燃烧而对气门升程进行进一步的最优控制。

为了使摩擦力最小化，根据本发明示例性实施方案的VVL装置采用油润滑，这一点将以图4和图5为参考进行具体描述。

如上所述，图3是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的摇臂的侧视图。此外，图4是根据本发明示例性实施方案的VVL装置的驱动臂的侧视图。

如图3中所示，在第一摇臂170处形成引向驱动轴380的供油孔173、引向第一柱塞180的供油孔172和引向第一摆臂185的供油孔174。

以类似的方式，在第二摇臂270处形成引向驱动轴380的供油孔273、引向第二柱塞280的供油孔272和引向第二摆臂285的供油孔274。

如图4中所示，在驱动臂300处形成引向驱动轴380的供油孔302和引向滚子310的供油孔303。

此外，在控制轴370的内侧形成用于供油的穿孔(未示出)，从所述穿孔将油供给至供油孔172、272、173、273、174、274、302和303。

因此，在通过使凸轮轴10旋转而驱动第一和第二气门190和290的时候，将油润滑应用于所有可能产生摩擦的活动部件，相应地在根据本发明示例性实施方案的VVL装置中，由摩擦产生的能量损失被最小化。

图5是显示可通过根据本发明示例性实施方案的VVL装置获得的气门正时和气门升程的图表。

如图5中所示，通过根据本发明示例性实施方案的VVL装置，可以实现不同的气门升程，气门正时的变化可以与气门升程的变化一起实现。此外，对于凸轮轴的反向旋转，也可以获得这种特征。

根据本发明示例性实施方案的VVL装置可以由V型发动机的两侧共用，因为VVL装置可以通过仅仅改变安装方向而安装在那里。因此，可以实现部件的共用，这是汽车工业的普遍目标。此外，所述VVL装置可以容易地模块化。此外，VVL装置的安装高度可以与凸轮轴的安装高度类似，可以实现高度可装配性。

虽然已经通过结合当前认为是实用的例示性实施方案来描述了本发明，但应该认识到的是，本发明并不是仅仅限制于所揭示的实施方案；相反地，本发明意在覆盖包括在所附的权利要求的精神和范畴之内的不同修改和等价形式。

Claims (10)

1、一种发动机的可变气门升程装置，包括：

驱动臂，凸轮轴的凸轮使所述驱动臂旋转；

第一摇臂，所述第一摇臂由驱动臂操作，以通过第一摆臂驱动第一气门；

第二摇臂，所述第二摇臂由驱动臂操作，以通过第二摆臂驱动第二气门；

中间设备，所述中间设备将驱动臂的运动传递至第一摇臂和第二摇臂；以及

控制轴，在所述控制轴上可旋转地布置所述的驱动臂、第一摇臂、第二摇臂和中间设备。

2、如权利要求1所述的可变气门升程装置，其中控制轴包括圆形凸轮，所述圆形凸轮离心地布置在控制轴的轴线上，以及

中间设备包括：

中间臂，所述中间臂从圆形本体延伸，所述圆形本体以驱动臂以及第一和第二摇臂之间的一个角度布置在圆形凸轮上；以及

驱动轴，所述驱动轴与中间臂连接并且布置在驱动臂以及第一和第二摇臂之间。

3、如权利要求2所述的可变气门升程装置，其中在驱动轴上布置与第一摇臂接触的第一轴承、与第二摇臂接触的第二轴承以及与驱动臂接触的第三轴承。

4、如权利要求2所述的可变气门升程装置，其中第一摇臂的中间设备接触表面形成为和第二摇臂的中间设备接触表面具有不同的轮廓。

5、如权利要求3所述的可变气门升程装置，其中第一摇臂的中间设备接触表面形成为和第二摇臂的中间设备接触表面具有不同的轮廓。

6、如权利要求2所述的可变气门升程装置，其中：在驱动臂的凸轮接触部分布置滚子，从而使驱动臂通过所述滚子与凸轮接触。

7、如权利要求2所述的可变气门升程装置，进一步包括：

第一柱塞，所述第一柱塞由第一空程弹簧所支撑并且支撑第一摇臂，以及

第二柱塞，所述第二柱塞由第二空程弹簧所支撑并且支撑第二摇臂。

8、如权利要求6所述的可变气门升程装置，其中：

第一柱塞由第一空程弹簧所支撑并且支撑第一摇臂，以及

第二柱塞由第二空程弹簧所支撑并且支撑第二摇臂。

9、如权利要求7所述的可变气门升程装置，其中：

在第一摇臂处形成引向驱动轴的供油孔、引向第一柱塞的供油孔和引向第一摆臂的供油孔；

在第二摇臂处形成引向驱动轴的供油孔、引向第二柱塞的供油孔和引向第二摆臂的供油孔；以及

在驱动臂处形成引向驱动轴的供油孔和引向滚子的供油孔。

10、如权利要求8所述的可变气门升程装置，其中：

在第一摇臂处形成引向驱动轴的供油孔、引向第一柱塞的供油孔和引向第一摆臂的供油孔；

在第二摇臂处形成引向驱动轴的供油孔、引向第二柱塞的供油孔和引向第二摆臂的供油孔；以及

在驱动臂处形成引向驱动轴的供油孔和引向滚子的供油孔。

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