CN101560896A - 连续可变气门提升设备 - Google Patents

Abstract

一种连续可变气门提升设备，包括依靠往复运动而开启/关闭通道的气门、安装为能够趋向或远离气门往复运动的中心轴线而运动的控制轴、可枢转地配合到控制轴的可枢转靴、以及与凸轮插入部分的内壁取得接触并使可枢转靴枢转的驱动凸轮，可枢转靴包括为凹口或通孔外形的凸轮插入部分以及可滑动地接触气门的端部的滑动面，并且在枢转时使气门往复运动。从而，连续可变气门提升设备能够自由地调节气门的提升量和提升时间，而无需改变驱动凸轮和凸轮轴的位置，因而容易将其应用于现有发动机。

Description

连续可变气门提升设备

优先权要求

[0001]本申请要求于2008年4月14日在韩国知识产权局所提交的韩国专利申请10-2008-0034299的权益，并通过引用将该申请全文纳入本文。

技术领域

[0002]本发明涉及一种连续可变气门提升设备，其中取决于发动机的低/高速操作范围，气门同时具有可改变的提升时间和距离，本发明尤其涉及连续可变气门提升设备，其中将用于进行气门的可变提升的附加组件减到最小，从而提供更为简单的结构。

背景技术

[0003]就发动机而言，通过从曲柄轴所传输的旋转力使凸轮轴旋转，并且进气门和排气门通过凸轮轴的凸轮以规则的定时而上下往复运动。从而，将进气补充到燃烧室，然后将燃烧气体排出。在此过程中，使燃料-空气混合物压缩和爆炸而产生动力。

[0004]在此方式中，用于操作吸气和排气门的一系列元件诸如驱动凸轮、凸轮轴、挺杆、摇臂等被称为气门机构。

[0005]在传统技术中，将气门经过气门导管安装于汽缸盖的进气或排气口。将弹簧支撑板安装于汽缸盖体。将气门弹簧安装于弹簧支撑板和弹簧座圈之间。气门的挺杆安装为接触驱动凸轮。

[0006]以这种方式构造的普通的气门机构重复着这种操作：驱动凸轮旋转以推动气门挺杆开启气门并压缩气门弹簧，然后由气门弹簧的回复力关闭气门。

[0007]然而，这种普通的气门机构通过凸轮的运动而作单自由度的系统运动，因而不可能改变取决于诸如高速和低速发动机操作状况的发动机操作状况的气门机构。

[0008]为了解决这种问题，已经开发了各种连续可变气门提升设备，每种都适合根据发动机速度调节气门的提升时间和提升距离。然而，这些连续可变气门提升设备必须改变驱动凸轮和凸轮轴的位置，因而不可能容易地将它们应用到现有大量生产的发动机。

[0009]而且，这些连续可变气门提升设备设计为通过增大或减小气门的提升距离来调节气门的提升时间，因而不可能更有效地调节气门的提升时间。

[0010]此外，为了调节气门的提升距离和提升时间，这些连续可变气门提升设备除了配合到凸轮轴的驱动凸轮外还需要单独的可变凸轮，因而它们具有复杂的内部构造。

发明内容

[0011]本发明已经解决了现有技术的前述问题，因此本发明集中于连续可变气门提升设备，能够容易将其应用于现有大量生产的发动机，而无需改变驱动凸轮和凸轮轴的位置，并使诸如可变凸轮的附加组件最小化，从而使得可以简化和小型化内部构造。

[0012]根据本发明的一个方面，提供一种连续可变气门提升设备，其包括气门，该气门依靠往复运动而开启/关闭通道；控制轴，其安装为能够趋向或远离气门往复运动的中心轴线而运动；可枢转靴(pivotable shoe)，其可枢转地配合到控制轴，该可枢转靴包括为凹口或通孔外形的凸轮插入部分以及可滑动地接触气门的端部且在枢转时使气门往复运动的滑动面；以及驱动凸轮，其与凸轮插入部分的内壁取得接触，并使可枢转靴枢转。

[0013]此处，滑动面可以包括零提升部分、较低提升部分和较高提升部分，其中当滑动面与气门接触时，零提升部分不使摇臂枢转，而较低和较高提升部分以不同的距离提升气门。

[0014]可枢转靴还可以包括提升启动部分，其设置在凸轮插入部分，其中位于较低提升部分的范围中的提升启动部分向内突出，并由驱动凸轮的凸轮鼻端启动而根据驱动凸轮的旋转来移动滑动面的零提升部分、较低提升部分和较高提升部分。

[0015]同时，连续可变气门提升设备还可以包括回复弹簧，其将弹性力施加到可枢转靴使得凸轮插入部分的内壁与驱动凸轮紧密接触。

[0016]而且，气门可以包括挺杆，挺杆具有在其端部接触滑动面的突出的弯曲面。

[0017]控制轴还可以沿着弯曲路径运动，从而具有与挺杆的弯曲面的曲率中心相等的曲率中心。

[0018]此外，连续可变气门提升设备还可以包括带有导向槽的轴承座。导向槽可以弯曲为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心相等的曲率中心，其中控制轴穿过导向槽而沿着导向槽滑动。

[0019]根据本发明，连续可变气门提升设备能够自由地调节气门的提升时间和提升距离，而无需改变驱动凸轮和凸轮轴的位置，因而容易将其应用于现有大量生产的发动机。而且，连续可变气门提升设备能够减小对于调节气门的提升时间和提升距离所必须的附加组件，因而使得内部构造紧凑而简单。

附图说明

[0020]通过结合附图所呈现的随后的详细描述将更为清楚地理解本发明的以上及其它目的、特征以及其它优点，在这些附图中：

[0021]图1为显示根据本发明的一个示例性实施例的处于较低提升状态的连续可变气门提升设备的结构的示意图；

[0022]图2显示用于根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备的可枢转靴；

[0023]图3为显示根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备的结构的示意图，该设备的气门处于较低提升状态；以及

[0024]图4与5为显示根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备的结构的示意图，该设备的气门处于较高提升状态。

具体实施方式

[0025]接下来，在此之后将参照附图及其所显示的示例性实施例更全面地描述本发明。在本发明随后的描述中，当会使本发明的主题相当不清楚时，将忽略对包含于本文的公知功能和组件的详细描述。

[0026]图1为显示根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备的结构的示意图，图2显示用于根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备的可枢转靴。

[0027]如图1所示，根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备包括依靠其纵向往复运动而开启或关闭通道的气门100、被控制以趋向或远离气门100往复运动的中心轴线而运动的控制轴200、在被枢转时可枢转地被配合到控制轴200并使气门100往复运动的可枢转靴300、以及使可枢转靴300相对于控制轴200而枢转的驱动凸轮400。

[0028]不同于普通的连续可变气门提升设备，根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备具有一个不同的特征，该特征在于驱动凸轮400安装于可枢转靴300的内侧而不是安装于其一侧，从而能够通过接触可枢转靴300的内侧而挤压可枢转靴300的外表面，使得整个设备能够制作得更为紧凑。

[0029]为了使这种配合结构成为可能，可枢转靴300大致在其中心部分提供有外形为在控制轴200的纵向方向上延伸的通孔的凸轮插入部分320。配置驱动凸轮400的外周以与凸轮插入孔320的部分内壁取得接触。在此方式中，因为通孔形成于可枢转靴300中，能够将施加驱动力的驱动凸轮400安装于可枢转靴300中，使得整个设备能够制作得更为紧凑。而且，因为带有通孔的组件所具有的转动惯量的值大于具有同样横截面而不带通孔的组件的转动惯量的值，所以增进了可枢转靴320的耐用度。

[0030]尽管该实施例已经描述了凸轮插入部分320仅以通孔的外形而形成，但是凸轮插入部分320的外形不限于通孔的外形。因而，只要凸轮插入部分320的内壁能够与驱动凸轮400的部分外周接触，就能够以任何外形替换凸轮插入部分320的外形。例如，凸轮插入部分320可以具有在控制轴200的纵向方向上的带有深度的凹口的外形。

[0031]在本发明的一个示例性实施例中，控制轴200能够可旋转地安装到轴承座600，如图1所示。而且，连续可变气门提升设备还可以包括回复弹簧500，其中回复弹簧500的一端连接到轴承座660，且回复弹簧500的另一端可滑动地配合到可枢转靴330。从而回复弹簧500将弹性力施加到可枢转靴300，使得无论可枢转靴300如何枢转，驱动凸轮400如何旋转，凸轮插入部分320的内壁总是与驱动凸轮400的部分外周接触。

[0032]在其与安装控制轴200的一侧相对的一侧(也就是图1中其较低侧)，可枢转靴300还包括滑动地接触挺杆110的较高面的滑动面310。如图2所示，滑动面310被分为三部分，即，零提升部分a、较低提升部分b和较高提升部分c，其中当滑动面310的零提升部分与气门100接触时，零提升部分不对气门100提供提升，但是较低和较高提升部分b和c以不同的距离对气门100提供提升。

[0033]换句话说，气门100在滑动面310的零提升部分a内不下降，在较低提升部分b内以相对短的距离下降，而在较高提升部分c内以相对长的距离下降。此时，零提升部分a、较低提升部分b和较高提升部分c的长度和外形能够按照不同状况而适当地改变，这些状况例如在控制轴200和气门100之间的距离和角度、在控制轴200和驱动凸轮400之间的距离和角度以及气门100必须下降的设定距离，等等。

[0034]参照图2，可枢转靴300还包括轴孔350和360以及提升启动部分340。经过轴孔350，控制轴200配合到轴承座600。轴孔360用来将辊子330配合到可枢转靴300，如后所述。提升启动部分340被设置在较低提升部分b的范围内并从凸轮插入孔320的一个部分向内突出。提升启动部分340在较低提升状态和较高提升状态之间改变模式，如后详述。

[0035]而且，气门100的挺杆100在其与滑动面310取得接触的端部(也就是图1中其较高端部)具有较高的耐腐蚀性。在本发明的一个示例性实施例中，挺杆110的较高端面，即接触可枢转靴300的滑动面310的面，通过凸面加工(crowning)的机加工而具有球面半径。这种凸面加工用来避免由于使得驱动凸轮400和挺杆110之间的接触处于线接触和点接触之间而导致极端边棱(extreme edge)接触。

[0036]其中气门100带有在其端部具有突出面的挺杆110的这种构造广泛地用于传统的气门结构，因而将省略对其具体的描述。

[0037]控制轴200的功能是作为可枢转靴300的枢转中心。因而，通过移动控制轴200，改变可枢转靴300的枢转中心，从而调节气门100的提升距离。

[0038]此时，如果控制轴200的运动轨迹的法向矢量不平行于挺杆110的弯曲较高面的法向矢量，滑动面310与挺杆110的弯曲较高面隔开以及与之接触的操作就会重复进行，从而产生噪声以及对每个组件的破坏。为此原因，控制轴200构造为沿着与挺杆110的弯曲较高面的曲率中心具有同样曲率中心的弯曲路径而运动，从而允许挺杆110的弯曲较高面在全部时间都与可枢转靴300的滑动面310接触。通过这种构造，控制轴200的运动轨迹的法向矢量变为平行于挺杆110的弯曲较高面的法向矢量。

[0039]尽管控制轴200能够构造为独立地运动而无需单独的导向装置，但是在此情况下，存在控制轴200由于从外侧所施加的碰撞而偏离规则的路径的可能性。因而，如图1所示，控制轴200构造以配合到在轴承座600中所形成的导向槽610，从而可滑动地沿着导向槽610运动。导向槽610可以优选地以与挺杆110的弯曲较高面具有同样的曲率中心的弯曲外形而形成。

[0040]导向槽610的一端构造为大致定位在气门100往复运动的中心轴线附近或者其中心轴线上，且导向槽610的另一端从往复运动的中心轴线相对于驱动凸轮的旋转中心而偏移预定的角度。

[0041]在此之后，将说明较低提升和较高提升模式的操作。

[0042]图1与3为显示根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备的结构的示意图，该设备的气门处于较低提升状态。

[0043]如图1与3所示，在较低提升模式中，控制轴200位于附图中的导向槽610的左手端部。也就是说，控制轴200的旋转中心相对于驱动凸轮400的旋转中心从气门100往复运动的中心轴线偏移预定的角度。

[0044]图1显示在较低提升模式中不存在提升的情况，其中滑动面310的零提升部分a与挺杆110的弯曲较高面接触。然而一旦驱动凸轮400顺时针旋转而使凸轮鼻端(cam lobe)410开始与在凸轮插入部分320的内壁所形成的提升启动部分340接触，凸轮鼻端410在附图中的向左的方向上推动可枢转靴300的启动部分340，因而可枢转靴300围绕控制轴200枢转。通过这种操作，可枢转靴300的零提升部分可滑动地沿着挺杆110的弯曲较高面在向左的方向上运动，因而较低提升部分b与挺杆110的弯曲较高面取得接触，如图3所示。从而，通过滑动面310的较低提升部分b而将挺杆110和气门100向下推动。

[0045]从而，当控制轴200位于附图中的导向槽610的左手端部时，即使在可枢转靴300的最大枢转处，挺杆110的弯曲较高面与滑动面310也仅在较低提升部分b内取得接触，因而气门100以相对短的距离下降。换句话说，当气门100在如图3所示的向下方向上运动时，气门100处于其略微开启通道的较低提升状态。

[0046]同时，如果凸轮鼻端410构造为与可枢转靴300直接接触，存在由于摩擦力而引起噪声或阻碍平稳旋转的可能性。这样，可枢转靴300可以优选地在其接触凸轮鼻端410的部分提供有辊子330。辊子300经过轴孔360配合到可枢转靴300。

[0047]图4与5为显示根据本发明的一个示例性实施例的连续可变气门提升设备的结构的示意图，该设备的气门处于较高提升状态。

[0048]如图4与5所示，控制轴200被控制以运动到附图中的导向槽610的右手端部。导向槽610的右手端部被定位在气门100往复运动的中心轴线上或其附近。

[0049]在如图1所示的连续可变气门提升设备的较低提升状态之后，当控制轴200被控制以向附图中的导向槽610的右手侧运动时，可枢转靴300相对于驱动凸轮400在顺时针方向上旋转。然而，挺杆110的弯曲较高面仍然位于较低提升部分b内，如图4所示。换句话说，即使当可枢转靴300相对于驱动凸轮400在顺时针方向上旋转时，通过滑动面310也能够将挺杆110和气门100向下推动。

[0050]较低提升部分b可以优选地形成为具有比零提升部分a的曲率更大的曲率，以便当通过驱动凸轮400的凸轮鼻端410在向左方向上推动提升启动部分340时，挺杆110的弯曲较高面能够依靠在滑动面310上并沿着滑动面310向较低提升部分b滑动，如后所述。

[0051]如图5所示，一旦驱动凸轮400顺时针旋转而使凸轮鼻端410与在凸轮插入部分320的内壁中形成的提升启动部分340开始接触时，凸轮鼻端410就在附图中的向左方向上推动可枢转靴300的启动部分340，因而可枢转靴300围绕控制轴200顺时针枢转。通过这种操作，可枢转靴300的较低提升部分b可滑动地沿着挺杆110的弯曲较高面在向左方向上运动，因而较高提升部分c与挺杆110的弯曲较高面取得接触。

[0052]从而，通过滑动面310的较高提升部分c而将挺杆110和气门100向下推动，如图5所示，因而挺杆110和气门100相比如图3所示的状态进一步下降了。换句话说，当气门100下降为如图5所示时，气门100处于其最大限度地开启通道的较高提升状态。

[0053]在此方式中，根据本发明的连续可变气门提升设备能够自由地调节气门100的提升量和提升时间，而无需使用单独的可变凸轮，使得其能够制作得紧凑而简单。

[0054]尽管本实施例仅描述了将挺杆110安装在气门100的较高端部并由可枢转靴300挤压其以开启/关闭气门100的结构，但是该结构可以改变为将摇臂安装在气门100的较高端部并由可枢转靴300挤压其以开启/关闭气门100的结构。

[0055]虽然参照具体显示的实施例和附图对本发明进行了描述，但是本发明并不限制于此。因而，能够对前述的实施例适当地修改和改变，并且这样的应用落在将由所附权利要求所限定的本发明的范围和精神之内。

Claims (20)

1、一种连续可变气门提升设备，其包括：

气门，其通过其往复运动而开启或关闭通道；

控制轴，其构造为被控制以趋向或远离气门往复运动的中心轴线而运动；

可枢转靴，其可枢转地配合到控制轴，可枢转靴包括：

凸轮插入部分，其形式为凹口或通孔的外形；以及

滑动面，其可滑动地接触气门的端部部分，且在可枢转靴被枢转时使气门往复运动；以及

驱动凸轮，其包括凸轮鼻端，其中驱动凸轮被设置在凸轮插入部分中，接触凸轮插入部分的内壁，并使可枢转靴围绕控制轴枢转。

2、如权利要求1所述的连续可变气门提升设备，其中在可枢转靴的外部圆周上所形成的滑动面依次包括零提升部分、较低提升部分和较高提升部分，零提升部分不使可枢转靴枢转，而较低和较高提升部分根据可枢转靴的枢转和驱动凸轮的旋转而以不同的距离提升气门。

3、如权利要求2所述的连续可变气门提升设备，其中可枢转靴还包括提升启动部分，其设置在凸轮插入部分，位于较低提升部分的范围中的提升启动部分向内突出，并由驱动凸轮的凸轮鼻端启动而根据驱动凸轮的旋转来移动滑动面的零提升部分、较低提升部分和较高提升部分。

4、如权利要求3所述的连续可变气门提升设备，其中气门包括挺杆，挺杆具有在其端部接触滑动面的突出的弯曲面。

5、如权利要求4所述的连续可变气门提升设备，其中控制轴沿着构造为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心大致相等的曲率中心的路径运动。

6、如权利要求5所述的连续可变气门提升设备，还包括带有导向槽的轴承座，导向槽构造为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心相等的曲率中心，其中配合到可枢转靴的控制轴穿过导向槽而被控制以沿着导向槽滑动。

7、如权利要求6所述的连续可变气门提升设备，其中导向槽的一端构造为大致定位在气门往复运动的中心轴线附近或者其中心轴线上，且导向槽的另一端构造为以预定的距离从往复运动的中心轴线隔开。

8、如权利要求1所述的连续可变气门提升设备，还包括回复弹簧，其将弹性力施加到可枢转靴使得凸轮插入部分的内壁与驱动凸轮紧密接触。

9、如权利要求8所述的连续可变气门提升设备，其中气门包括挺杆，挺杆具有在其端部接触滑动面的突出的弯曲面。

10、如权利要求9所述的连续可变气门提升设备，其中控制轴沿着构造为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心大致相等的曲率中心的路径运动。

11、如权利要求9所述的连续可变气门提升设备，还包括带有导向槽的轴承座，导向槽构造为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心大致相等的曲率中心，其中配合到可枢转靴的控制轴穿过导向槽而被控制以沿着导向槽滑动。

12、如权利要求11所述的连续可变气门提升设备，其中导向槽的一端构造为大致定位在气门往复运动的中心轴线附近或者其中心轴线上，且导向槽的另一端构造为以预定的距离从往复运动的中心轴线隔开。

13、如权利要求11所述的连续可变气门提升设备，其中回复弹簧的一端连接到轴承座，且回复弹簧的另一端可滑动地配合到可枢转靴。

14、如权利要求1所述的连续可变气门提升设备，其中气门包括挺杆，挺杆具有在其端部接触滑动面的突出的弯曲面。

15、如权利要求14所述的连续可变气门提升设备，其中控制轴沿着构造为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心相等的曲率中心的路径运动。

16、如权利要求15所述的连续可变气门提升设备，还包括带有导向槽的轴承座，导向槽构造为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心大致相等的曲率中心，其中配合到可枢转靴的控制轴穿过导向槽而被控制以沿着导向槽滑动。

17、如权利要求3所述的连续可变气门提升设备，其中驱动凸轮大致被设置在气门往复运动的中心轴线上，且气门包括挺杆，挺杆具有在其端部接触滑动面的突出的弯曲面。

18、如权利要求17所述的连续可变气门提升设备，还包括带有导向槽的轴承座，导向槽构造为具有与挺杆的弯曲面的曲率中心大致相等的曲率中心，其中配合到可枢转靴的控制轴穿过导向槽而被控制以沿着导向槽滑动。

19、如权利要求18所述的连续可变气门提升设备，其中导向槽的一端构造为大致定位在气门往复运动的中心轴线附近或者其中心轴线上，且导向槽的另一端构造为以预定的角度相对于驱动凸轮而远离往复运动的中心轴线。

20、如权利要求19所述的连续可变气门提升设备，其中回复弹簧的一端连接到轴承座，且回复弹簧的另一端可滑动地配合到可枢转靴。

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