CN101539041A - 一种新型的无级可变气门升程机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于汽车内燃机的新型的无级可变气门升程机构，所述的控制轴(2)上设置一个或多个偏心轮(1)，一级控制臂(3)套装在偏心轮(1)上，一级控制臂(3)另一端连接二级控制臂(7)，二级控制臂(7)安装在凸轮轴(16)上，凸轮轴(16)连接一级摇臂(5)，连接臂(9)一端连接一级摇臂(5)，另一端连接二级摇臂(11)，二级摇臂(11)通过三级摇臂辊子(14)与三级摇臂(12)贴合。本发明的无级可变气门升程机构，实用可行、可以快速响应、通过控制气门升程量来调节发动机负荷，从而更好的匹配不同负荷工况的需求，能有效降低发动机泵气损失，改善发动机性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车内燃机领域，更具体地说，是涉及新型的无级可变气门升程机构。
背景技术
对于传统的汽油发动机来说，气门升程量是固定不变的，发动机负荷的调节是通过控制节气门开度来实现的。这样的控制办法使得发动机存在着较大的泵气损失，特别是在部分负荷下，泵气损失更为严重，会很大程度的影响发动机的性能。因此，目前出现了一些取消使用节气门控制汽油发动机负荷的办法，连续可变气门升程技术就是其中一种。该技术通过调节气门升程量、气门开启关闭的持续时间和气门正时来满足发动机对不同负荷的要求，使得节气门始终处于较大开度的范围内，从而能有效的改善发动机的动力性、燃油经济性及排放等。
传统的发动机通过控制节气门开度来调节发动机负荷的办法，会造成较大的泵气损失，特别是在部分负荷下更大的泵气损失会对发动机动力性、燃油经济性和排放造成更为恶劣的影响，严重地影响了发动机的性能。而这种新型无级可变气门升程机构，结构简单易于布置，通过步进或伺服电机可以实现精确的进气量控制，
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种实用可行、可以快速响应、通过控制气门升程量来调节发动机负荷，从而更好的匹配不同负荷工况的需求，实现发动机动力性、燃油经济性和排放性能的整体改善的无级可变气门升程机构。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明为一种新型的无级可变气门升程机构，包括控制轴，油孔，气门，凸轮轴，凸轮，下轴承座，上轴承座，轴承盖，垫片，轴承座安装螺栓，轴承盖定位螺栓，长条板，其特征在于：所述的新型的无级可变气门升程机构还包括偏心轮，一级控制臂，一级摇臂滚子，一级摇臂，一级摇臂轴，二级控制臂，一级摇臂轴安装孔，二级摇臂，三级摇臂，三级摇臂辊子，所述的控制轴上设置一个或多个偏心轮，一级控制臂套装在偏心轮上，一级控制臂另一端连接二级控制臂，二级控制臂安装在凸轮轴上，凸轮轴连接一级摇臂，连接臂一端连接一级摇臂，另一端连接二级摇臂，二级摇臂通过三级摇臂辊子与三级摇臂贴合。
所述的控制轴与凸轮轴设置为平行布置的结构，一级摇臂通过突出于一级摇臂本体的一级摇臂滚子与控制轴表面贴合，一级控制臂与一级摇臂贴合。
所述的连接臂的一端的边沿部位通过销钉连接一级摇臂，另一端的边沿部位通过销钉连接二级摇臂。
所述的凸轮与所述凸轮轴设置为相对独立的部件，凸轮固定安装于凸轮轴上，并设置为可随凸轮轴一同绕凸轮轴旋转中心连续转动的结构。
所述的二级摇臂固定在凸轮轴上，并设置为可绕凸轮轴摆动的结构，其摆动中心与凸轮轴的旋转中心重合，并且其与凸轮轴之间设置为可以相对运动的结构。
所述的二级摇臂的二级摇臂驱动面设置为以二级摇臂旋转中心为圆心的圆弧面结构，所述的驱动面与驱动面之间为设置为平滑过渡的结构。
所述的控制轴通过电机驱动。
所述的控制轴和凸轮轴通过下轴承座、上轴承座和轴承盖安装在汽缸盖上，其中凸轮轴的安装轴颈为二级控制臂的外表面。
所述的复位弹簧的一端安装在二级摇臂上的卡槽内，其另一端由螺栓、螺母和卡板固定在长条板上，所述长条板由轴承座安装螺栓固定于上轴承座上。
所述的气门的升程量的变化范围设置在0mm到20mm之内。
采用本实用新型的技术方案，能得到以下的有益效果：
1、本发明的无级可变气门升程机构实用可行、可以快速响应、通过控制气门升程量来调节发动机负荷，从而更好的匹配不同负荷工况的需求；
2、气门的升程量连续可变、同时气门开启关闭的持续时间和气门正时也随之改变，从而有效降低发动机泵气损失，改善发动机性能；
3、发动机的动力性、燃油经济性、排放明显比不采用连续可变气门升程机构的同排量发动机有相当的改善；
4、结构简单、紧凑，设计合理，发动机整体体积无需明显改变。
附图说明
下面对本说明书中各幅附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1是本发明的新型无级可变气门升程机构径向结构示意图；
图2是本发明的新型无级可变气门升程机构单汽缸部分正视结构示意图；
图3是本发明的新型无级可变气门升程机构单汽缸部分后视结构示意图；
图4是本发明的新型无级可变气门升程机构处于最小升程平衡位置的结构示意图；
图5是本发明的新型无级可变气门升程机构处于最大升程平衡位置的结构示意图；
图6是本发明各部件的分解结构示意图；
图7是本发明的二级控制臂的结构示意图；
图8是本发明的控制轴的结构示意图；
图9是本发明的新型无级可变气门升程机构单汽缸部分安装固定的分解示意图；
图10是本发明的气门升程曲线示意图；
图中标记为：1、偏心轮；2、控制轴；3、一级控制臂；4、一级摇臂辊子；5、一级摇臂；6、一级摇臂轴；7、二级控制臂；7a、销钉安装孔；7b、一级摇臂轴安装孔；7c、油槽；7d、凸轮轴安装轴颈面；7e、油孔；8、销钉；9、连接臂；10、销钉；11、二级摇臂；11a/11b、二级摇臂驱动面；11c、卡槽；12、三级摇臂；13、气门；14、三级摇臂辊子；15、液压挺柱；16、凸轮轴；17、凸轮；18、复位弹簧；19、销钉；20、下轴承座；21、上轴承座；22、轴承盖；23、垫片；24、轴承座安装螺栓；25、轴承盖定位螺栓；26、长条板；27、弹簧固定螺栓；28、螺母；29、卡板；30、定位销套；31、控制轴限位档块。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图所述，本发明为一种新型的无级可变气门升程机构，包括控制轴2，油孔7e，气门13，凸轮轴16，凸轮17，下轴承座20，上轴承座21，轴承盖22，垫片23，轴承座安装螺栓24，轴承盖定位螺栓25，长条板26，所述的新型的无级可变气门升程机构还包括偏心轮1，一级控制臂3，一级摇臂滚子4，一级摇臂5，一级摇臂轴6，二级控制臂7，一级摇臂轴安装孔7b，二级摇臂11，三级摇臂12，三级摇臂辊子14，所述的控制轴2上设置一个或多个偏心轮1，一级控制臂3套装在偏心轮1上，一级控制臂3另一端连接二级控制臂7，二级控制臂7安装在凸轮轴16上，凸轮轴16连接一级摇臂5，连接臂9一端连接一级摇臂5，另一端连接二级摇臂11，二级摇臂11通过三级摇臂辊子14与三级摇臂12贴合。
所述的控制轴2与凸轮轴16设置为平行布置的结构，一级摇臂5通过突出于一级摇臂5本体的一级摇臂滚子4与控制轴2表面贴合，一级控制臂3与一级摇臂5贴合。
所述的连接臂9的一端的边沿部位通过销钉8连接一级摇臂5，另一端的边沿部位通过销钉10连接二级摇臂11。
所述的凸轮17与所述凸轮轴16设置为相对独立的部件，凸轮17固定安装于凸轮轴16上，并设置为可随凸轮轴16一同绕凸轮轴16旋转中心连续转动的结构。
所述的二级摇臂11固定在凸轮轴16上，并设置为可绕凸轮轴16摆动的结构，其摆动中心与凸轮轴16的旋转中心重合，并且其与凸轮轴16之间设置为可以相对运动的结构。
所述的二级摇臂11的二级摇臂驱动面11b设置为以二级摇臂11旋转中心为圆心的圆弧面结构，所述的驱动面11b与驱动面11a之间为设置为平滑过渡的结构。
所述的控制轴2通过电机驱动。
所述的控制轴2和凸轮轴16通过下轴承座20、上轴承座21和轴承盖22安装在汽缸盖上，其中凸轮轴16的安装轴颈7d为二级控制臂7的外表面。
所述的复位弹簧18的一端安装在二级摇臂11上的卡槽11c内，其另一端由螺栓27、螺母28和卡板29固定在长条板26上，所述长条板26由轴承座安装螺栓24固定于上轴承座21上。
所述的气门13的升程量的变化范围设置在0mm到20mm之内。
本发明的工作原理如下：
在本发明的动力传递构件中，凸轮17固定在凸轮轴16上，并随着凸轮轴16一起转动，凸轮17的工作面和一级摇臂辊子4相接触；一级摇臂5安装在一级摇臂轴6上，可以在凸轮17的驱动下绕一级摇臂轴6作往复摆动；二级摇臂11安装在凸轮轴16上，并可以相对自由的绕凸轮轴16旋转；连接臂9的两端通过销钉8、销钉10分别和一级摇臂5以及二级摇臂11相连接；三级摇臂12安装在液压挺柱15上并直接驱动气门13开启，其通过三级摇臂辊子14和二级摇臂11的驱动面11a、11b相接触；所述驱动面11b为一段圆弧面，其圆弧中心为二级摇臂11的旋转中心；复位弹簧18一端固定，另一端安装在二级摇臂11上的卡槽11c内。
所述的控制部件中，控制轴2可以由电机带动旋转，其上形成有偏心轮1，一级控制臂3一端套在偏心轮1上，另一端和二级控制臂7通过销钉19连接，二级控制臂7安装在凸轮轴16上，可以相对自由的绕凸轮轴16转动。随着控制轴2旋转位置的不同，偏心轮1的位置发生变化，从而经由一级控制臂3带动二级控制臂7绕凸轮轴16转动了一个角度。
在所述动力传递构件运动过程中，凸轮轴16带动凸轮17转动从而驱动一级摇臂5从平衡位置开始作往复摆动，并由连接臂9带动二级摇臂11也进行往复运动，二级摇臂11通过驱动面11a、11b将运动作用于三级摇臂12上，并驱动气门开启关闭，复位弹簧18在摇臂组从最大位置摆动回平衡位置的过程中提供相应的回复力，以保证一级摇臂辊子4与凸轮17工作面的接触。
在所述的新型无级可变气门机构中，所述一级摇臂轴6安装在二级控制臂7上，即所述动力传递构件和控制部件通过一级摇臂轴6相连接，因此，随着控制轴2转动位置的不同，将可以改变动力传递构件的运动传递情况，从而连续的改变气门升程量、气门开启关闭时间以及气门正时。
图4所示位置为机构处于最小升程位置的示意图。偏心轮1的位置如图所示，二级控制臂7受偏心轮1和一级控制臂3的作用位于图中所示位置。由于一级摇臂轴6安装在二级控制臂7上，因此动力传递构件位于图中所示位置。此时，二级摇臂11和三级摇臂辊子14接触在驱动面11b的中部。随着凸轮17的驱动，一级摇臂5、二级摇臂11将会顺时针摆动到最大位置，驱动面11b和三级摇臂辊子14的接触位置将会随之发生改变。由于驱动面11b为一段以二级摇臂11旋转中心为圆心的圆弧面，因此在驱动面11b与三级摇臂辊子14发生接触点改变的过程中，三级摇臂12并未发生运动。由于在该最小升程位置下二级摇臂11的最大摆动位置时其和三级摇臂辊子14接触的位置处于驱动面11a和11b的过渡点位置，因此在整个摆动过程中，三级摇臂12将不会发生运动，即气门13没有任何的升程量。
图5所示位置为机构处于最大升程位置的示意图。如图所示，偏心轮1的位置相对于图4所示位置发生了一定角度的旋转，二级控制臂7随着偏心轮1的位置变化发生了相应的一个角度的旋转，同时一级摇臂5、二级摇臂11、控制臂9在相对位置不变的情况下也因此一起绕凸轮轴中心转动了一个角度，这样二级摇臂11和辊子14的接触位置变化到了驱动面11a和11b的过渡点处。此时，在二级摇臂11从平衡位置向最大位置摆动的过程中，其和三级摇臂辊子14的接触位置在驱动面11a上变化，从而驱动三级摇臂12运动，此时气门13具有最大的升程量。
而在图4、图5所示极限位置中间的任一位置，随着二级摇臂11的摆动，其和三级摇臂辊子14的接触位置总是先经过驱动面11b的一段，再经过驱动面11a的一段。由于在位置改变的过程中，一级摇臂5、二级摇臂11、控制臂9之间的相对位置没变，因此二级摇臂11摆动的角度也没有发生变化。此时由于二级摇臂11对三级摇臂12的作用先经过了一段圆弧驱动面11b，因此气门13的升程量将小于最大升程，并且气门13的开启关闭时间也比最大升程量状态的要短。
具体的不同升程量状态下的气门升程曲线如图10所示，图中表示这一系列连续变化的气门升程曲线中的部分曲线，用以说明所述发明机构的气门升程特性。
一级摇臂5、二级摇臂11、三级摇臂12、连接臂9组成了动力传递构件，其能将凸轮17驱动一级摇臂5作往复摆动的作用变成气门13开启关闭作用；同时控制轴2、一级控制臂7和二级控制臂3组成的控制部件能够随着控制轴2旋转位置的不同来改变动力传递构件的运动传递情况，使得气门13升程量发生变化。
所述一级摇臂5通过辊子4和凸轮17工作面接触，并受其驱动绕一级摇臂轴6作往复摆动、所述连接臂9两端分别与一级摇臂5和二级摇臂11相连接、所述二级摇臂11下部驱动面11a、11b与三级摇臂12上的辊子14相接触，从而把凸轮17的作用传递给气门13。
所述控制轴2上形成有偏心轮1，所述一级控制臂3一端安装于偏心轮1上，另一端与所述二级控制臂7相连接，一级摇臂5的一级摇臂轴6安装在二级控制臂7上。
所述凸轮17、二级摇臂11、二级控制臂7与凸轮轴16为单独的部件并均安装在凸轮轴16上，所述凸轮17和凸轮轴16相固定，和凸轮轴16不存在相对运动，所述二级摇臂11、二级控制臂7均可以绕凸轮轴16相对自由的转动。
所述二级摇臂驱动面11a、11b为一段连续平滑的曲面，其中11b为一段圆弧面，该圆弧中心即为二级摇臂11的旋转中心。
所述控制轴2和凸轮轴16通过下轴承座20、上轴承座21和轴承盖22安装在汽缸盖上，其中凸轮轴16的安装轴颈7d为二级控制臂7的外表面。所述复位弹簧18的一端安装在二级摇臂11上的卡槽11c内，其提供所述动力传递构件回复到平衡位置所需的扭转力，其另一端由螺栓27、螺母28和卡板29固定在长条板26上，所述长条板26由轴承座安装螺栓24固定于上轴承座21上。
所述气门13的升程量可以在0mm到超过20mm的范围内连续变化，并且随着升程量的变化气门开启关闭时间及气门正时也随之变化，表现为较低升程量的情况下，所述气门13的开启关闭时间较短，升程的峰值时刻的相位有所提前。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1、一种新型的无级可变气门升程机构，包括控制轴(2)，油孔(7e)，气门(13)，凸轮轴(16)，凸轮(17)，下轴承座(20)，上轴承座(21)，轴承盖(22)，垫片(23)，轴承座安装螺栓(24)，轴承盖定位螺栓(25)，长条板(26)，其特征在于：所述的新型的无级可变气门升程机构还包括偏心轮(1)，一级控制臂(3)，一级摇臂滚子(4)，一级摇臂(5)，一级摇臂轴(6)，二级控制臂(7)，一级摇臂轴安装孔(7b)，二级摇臂(11)，三级摇臂(12)，三级摇臂辊子(14)，所述的控制轴(2)上设置一个或多个偏心轮(1)，一级控制臂(3)套装在偏心轮(1)上，一级控制臂(3)另一端连接二级控制臂(7)，二级控制臂(7)安装在凸轮轴(16)上，凸轮轴(16)连接一级摇臂(5)，连接臂(9)一端连接一级摇臂(5)，另一端连接二级摇臂(11)，二级摇臂(11)通过三级摇臂辊子(14)与三级摇臂(12)贴合。
2、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的控制轴(2)与凸轮轴(16)设置为平行布置的结构，一级摇臂(5)通过突出于一级摇臂(5)本体的一级摇臂滚子(4)与控制轴(2)表面贴合，一级控制臂(3)与一级摇臂(5)贴合。
3、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的连接臂(9)的一端的边沿部位通过销钉(8)连接一级摇臂(5)，另一端的边沿部位通过销钉(10)连接二级摇臂(11)。
4、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的凸轮(17)与所述凸轮轴(16)设置为相对独立的部件，凸轮(17)固定安装于凸轮轴(16)上，并设置为可随凸轮轴(16)一同绕凸轮轴(16)旋转中心连续转动的结构。
5、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的二级摇臂(11)固定在凸轮轴(16)上，并设置为可绕凸轮轴(16)摆动的结构，其摆动中心与凸轮轴(16)的旋转中心重合，并且其与凸轮轴(16)之间设置为可以相对运动的结构。
6、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的二级摇臂(11)的二级摇臂驱动面(11b)设置为以二级摇臂(11)旋转中心为圆心的圆弧面结构，所述的驱动面(11b)与驱动面(11a)之间为设置为平滑过渡的结构。
7、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的控制轴(2)通过电机驱动。
8、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的控制轴(2)和凸轮轴(16)通过下轴承座(20)、上轴承座(21)和轴承盖(22)安装在汽缸盖上，其中凸轮轴(16)的安装轴颈(7d)为二级控制臂(7)的外表面。
9、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的复位弹簧(18)的一端安装在二级摇臂(11)上的卡槽(11c)内，其另一端由螺栓(27)、螺母(28)和卡板(29)固定在长条板(26)上，所述长条板(26)由轴承座安装螺栓(24)固定于上轴承座(21)上。
10、按照权利要求1所述的新型的无级可变气门升程机构，其特征在于：所述的气门(13)的升程量的变化范围设置在0mm到20mm之内。
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