CN101503973A - 一种气门升程可调的发动机配气机构 - Google Patents

一种气门升程可调的发动机配气机构 Download PDF

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Abstract

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种气门升程可调的发动机配气机构。本发明包括设置在凸轮轴上的凸轮，所述的凸轮的下侧设有指型摇臂，凸轮与设置在指型摇臂上的轴承抵靠在一起并构成转动配合，指型摇臂的一端的下侧设置有位置上下可调的挺柱，另一端的下侧设置有气门，所述的指型摇臂可绕其与挺柱的配合处转动，气门的杆身上套设有复位弹簧。由于本发明中的挺柱的位置上下可调，且所述的指型摇臂可绕其与挺柱的配合处转动，所以指型摇臂的位置也将随着挺柱的调整而得到上下调节，而指型摇臂的位置决定了气门升程的大小，从而使得气门的升程得到了调节。本发明构造简单且运行稳定可靠。

Description

一种气门升程可调的发动机配气机构
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种气门升程可调的发动机配气机构。
背景技术
在传统的发动机配气机构中，气门的三个特性参数气门开启相位、气门开启持续角度和气门升程的数值在发动机的运行过程中固定不变。而随着发动机转速和负荷的改变，对配气机构的最佳特性需求是不同的，如为了提高发动机的功率，就要提早开启并推迟关闭进气门，同时需要提高进气门的升程；而为了提高发动机的低速扭矩，就需要较小的气门升程。近年来由于对汽车油耗和废气排放环保性的日益重视，也迫切需要一种气门升程可变的配气机构，以满足对发动机各种工况的不同需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种气门升程可调的发动机配气机构，其构造简单，运行稳定可靠，同时提高了发动机的功率，改善了燃油经济性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种气门升程可调的发动机配气机构，包括设置在凸轮轴上的凸轮，所述的凸轮的下侧设有指型摇臂，凸轮与设置在指型摇臂上的轴承抵靠在一起并构成转动配合，指型摇臂的一端的下侧设置有位置上下可调的挺柱，另一端的下侧设置有气门，所述的指型摇臂可绕其与挺柱的配合处转动，气门的杆身上套设有复位弹簧。
由上述技术方案可知，本发明中的挺柱的位置上下可调，且由于所述的指型摇臂可绕其与挺柱的配合处转动，所以指型摇臂的位置也将随着挺柱的调整而得到上下调节，而指型摇臂的位置决定了气门升程的大小，从而使得气门的升程得到了调节。由上述可知，本发明构造简单且运行稳定可靠。
附图说明
图1、2、3均是本发明的结构示意图；
图4是挺柱的结构示意图；
图5是偏心轴的结构示意图；
图6是驱动机构的结构示意图。
具体实施方式
如图1～3所示，一种气门升程可调的发动机配气机构，包括设置在凸轮轴10上的凸轮11，所述的凸轮11的下侧设有指型摇臂20，凸轮11与设置在指型摇臂20上的轴承抵靠在一起并构成转动配合，指型摇臂20的一端的下侧设置有位置上下可调的挺柱30，另一端的下侧设置有气门40，所述的指型摇臂20可绕其与挺柱30的配合处转动，气门40的杆身上套设有复位弹簧50。
工作时，盘状凸轮11随凸轮轴10而转动，由于指型摇臂20的一端的下侧设置有位置上下可调的挺柱30，且指型摇臂20可绕其与挺柱30的配合处转动，因此当凸轮11转动到以其向径最长的一端与指型摇臂20上的轴承抵靠在一起时，指型摇臂20也同时绕其与挺柱30的配合处转动，指型摇臂20的另一端随之向下压气门40，使气门以一定的升程开启；凸轮11继续转动，气门40则在复位弹簧50的作用下回复原位。
本发明中由于所述的挺柱30的位置上下可调，从而使得指型摇臂20的位置也可以随之上下调节，而指型摇臂20的位置直接决定了气门40的升程大小，因此本发明通过调节挺柱30的位置而使得气门40的升程得到了调节，从而满足了配气机构对发动机各种工况的不同需求。
指型摇臂20请参见现有技术。
作为本发明的优选方案，如图2、3、4所示，所述的挺柱30的顶部设置有凸部31，指型摇臂20的底端面上设置有与所述的凸部31相嵌合的凹部，所述的指型摇臂20可绕凸部31与凹部的嵌合处转动。
前述挺柱30和指型摇臂20的凹凸相嵌的配合方式，不但有利于整个配气机构的稳定运行，还简化了结构，提高了运行的可靠性。
作为本发明的另一种优选方案，所述的挺柱30的部分柱身设置为弹簧状，其弹簧状柱身的刚度小于所述的复位弹簧50的刚度。
挺柱30的部分柱身设置为弹簧状，也即可以将挺柱30的上侧柱身设置为弹簧状，而下侧柱身设置为实体状；或者将挺柱30的下侧柱身设置为弹簧状，而上侧柱身设置为实体状；也可以将挺柱30的上下两侧的柱身设置为实体状，而上下两侧之间的中间部分设置为弹簧状。又由于挺柱30的弹簧状柱身的刚度小于所述的复位弹簧50的刚度，因此当凸轮11通过指型摇臂20驱动气门40动作时，指型摇臂20首先使得挺柱30的弹簧状部分的柱身被压缩，只在挺柱30的弹簧状部分的柱身达到无法被压缩的程度后，气门40才会动作，由此使得气门40的升程得到进一步的调节。
使挺柱30的位置上下可调有多种实现方案，比如采用齿轮齿条机构驱动挺柱30做上下运动，作为本发明的优选方案，参加图1～3、5，所述的挺柱30的上侧设置为弹簧状，挺柱30的下侧设置有贯穿柱身的孔32，孔32中穿设有偏心轴60，偏心轴60的一侧设有驱动其转动的驱动机构。
工作时驱动机构动作带动偏心轴60转动，偏心轴60通过与孔32的配合驱动挺柱30上下调节，不但构造简单，易于实现，而且运行安全可靠。
如图5所示，所述的偏心轴60的轴身呈圆柱状，圆柱状的轴身上均匀地设置有与所述的孔32相配合的偏心轮61，所述的偏心轮61的外径与孔32的内径相吻合。
所述的驱动机构也有多种实现方案，本发明中的驱动机构包括固定套设在偏心轴60上的蜗轮71，蜗轮71的旁侧设置有与其相配合的蜗杆72，蜗杆72的一端设有驱动其转动的电机73，参见图6所示。
进一步的，所述的蜗轮71上设置有角度位置传感器，角度位置传感器与ECU电连接，所述的ECU与电机73电连接。所述的蜗轮71与偏心轴60为键连接，所述的电机73为步进电机。
下面结合附图对本发明的运动过程作一下详细说明：
凸轮轴10安装在发动机的缸盖之上，挺柱30安装在发动机缸盖的导向孔中，偏心轴60贯穿在挺柱30的中间安装孔32中。挺柱30的上端安装有指型摇臂20，指型摇臂20的支点为设置在挺柱30顶端的凸部31。气门40上设有复位弹簧50，复位弹簧50起到回位和储存能量的作用。在偏心轴60的一端安装有蜗轮71，蜗轮71和偏心轴60之间采用键连接，所述的蜗轮71上安装有角度位置传感器，以起到监测偏心轴60相对于基准位置的偏转角度，蜗轮71和蜗杆72直接构成一对齿蜗传动副。所述的步进电机73可以控制蜗杆72的转动，蜗轮71和蜗杆72相配合使偏心轴60做旋转运动，从而实现了挺柱30的位置的上下可调。
当发动机的运行工况需要最小的气门升程时，ECU监测到相关数据并把指令发给步进电机73，步进电机73动作并带动蜗杆72转动，蜗轮71和蜗杆72配合从而把运动传递为偏心轴60的旋转运动，偏心轴60带动挺柱30下移，参见图2所示。当凸轮轴10旋转时，会把凸轮11的升程传递给指型摇臂20，因指型摇臂20的下侧设置有挺柱30，且挺柱30的部分柱身呈弹簧状，由于此弹簧状柱身的刚度小于压缩弹簧50的刚度，所以凸轮11会走过一段空的升程以实现挺柱30的弹簧状柱身的压缩行程，直到挺柱30的弹簧状柱身不能被压缩，然后指型摇臂20才会把凸轮11的升程传递给气门40，此时配气机构具有最小的气门升程。
当发动机的运行工况需要最大的气门升程时，ECU监测到相关数据并把指令发给步进电机73，最终带动偏心轴60的旋转运动，偏心轴60带动挺柱30上移，此时挺柱30的弹簧状柱身的压缩行程将会减小，参见图3所示。此时指型摇臂20在凸轮11的压力下作用于挺柱30，直至挺柱30的弹簧状的柱身已经被压缩并圈，而不能再被压缩，然后指型摇臂20则压迫气门40下移，从而使凸轮11的升程通过指型摇臂20传递到气门40上。由于此过程中挺柱30的压缩行程较小，因此凸轮11的升程将更多的转变为气门40的升程，从而使得气门的升程最大。
当发动机的运行工况需要较为适中的气门升程时，只需要通过步进电机73来调整偏心轮61的偏心量即可实现挺柱30位置的调节，从而实现气门40升程的可调性。在本发明中，偏心轮61的偏转角度设定为180度，从而可以保证非常精确的调控精度。
在发动机处于部分负荷工况下。可以通过调整偏心轮61的偏转角度来达到控制气缸内的进气量的要求，此时节气门可以完全打开，这样部分负荷下的截留损失就会大大较小。无节气门负荷运行工况不仅可以提高发动机的燃油经济性，在配合传统的可变气门正时的机构下可以实现提高怠速稳定性和低端扭矩的目的。

Claims (10)

1、一种气门升程可调的发动机配气机构，包括设置在凸轮轴(10)上的凸轮(11)，其特征在于：所述的凸轮(11)的下侧设有指型摇臂(20)，凸轮(11)与设置在指型摇臂(20)上的轴承抵靠在一起并构成转动配合，指型摇臂(20)的一端的下侧设置有位置上下可调的挺柱(30)，另一端的下侧设置有气门(40)，所述的指型摇臂(20)可绕其与挺柱(30)的配合处转动，气门(40)的杆身上套设有复位弹簧(50)。
2、根据权利要求1所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的挺柱(30)的顶部设置有凸部(31)，指型摇臂(20)的底端面上设置有与所述的凸部(31)相嵌合的凹部，所述的指型摇臂(20)可绕凸部(31)与凹部的嵌合处转动。
3、根据权利要求2所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的挺柱(30)的部分柱身设置为弹簧状，其弹簧状柱身的刚度小于所述的复位弹簧(50)的刚度。
4、根据权利要求3所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的挺柱(30)的上侧设置为弹簧状，挺柱(30)的下侧设置有贯穿柱身的孔(32)，孔(32)中穿设有偏心轴(60)，偏心轴(60)的一侧设有驱动其转动的驱动机构。
5、根据权利要求4所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的驱动机构包括固定套设在偏心轴(60)上的蜗轮(71)，蜗轮(71)的旁侧设置有与其相配合的蜗杆(72)，蜗杆(72)的一端设有驱动其转动的电机(73)。
6、根据权利要求5所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的偏心轴(60)的轴身呈圆柱状，圆柱状的轴身上均匀地设置有与所述的孔(32)相配合的偏心轮(61)，所述的偏心轮(61)的外径与孔(32)的内径相吻合。
7、根据权利要求5所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的蜗轮(71)上设置有角度位置传感器。
8、根据权利要求5所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的蜗轮(71)与偏心轴(60)为键连接。
9、根据权利要求5所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的电机(73)为步进电机。
10、根据权利要求7所述的气门升程可调的发动机配气机构，其特征在于：所述的角度位置传感器与ECU电连接，所述的ECU与电机(73)电连接。
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