CN101592048B - 发动机用连续可变气门升程系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机用连续可变气门升程系统，其可包括：固定到凸轮轴上的驱动凸轮；以预定距离与凸轮轴平行布置的控制轴；上部摇臂，其一端可旋转地连接到控制轴，并且其另一端可滑动地接触驱动凸轮并由驱动凸轮旋转；下部摇臂，其由上部摇臂选择性地推动并选择性地推动气门；摇臂从动件，其可滑动地连接到下部摇臂并接触上部摇臂，其中摇臂从动件传输上部摇臂的操作力至下部摇臂；和可变机构，其根据控制轴的旋转来改变摇臂从动件与上部摇臂间的接触点。

Description

发动机用连续可变气门升程系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年5月29日提交的第10-2008-0050074号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容为所有目的通过该引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种发动机用连续可变气门升程系统，具体涉及一种可根据凸轮轴的旋转来调节进气/排气阀打开/关闭时序和打开/关闭次数的发动机用连续可变气门升程系统。

背景技术

根据现有技术中的普通气门致动机构，气门升程一律是根据凸轮轴上所形成的驱动凸轮的轮廓形成的，但不可能改变气门升程和持续时间。因此，因为发动机是在固定的气门升程和持续时间下工作的，所以不可能通过改变气门升程和持续时间而改善发动机功率或减小燃料消耗。

因此，近年来，已经进行了研究，以开发可根据发动机驱动条件对气门升程、打开/闭合次数、和打开/闭合时序进行调节的气门致动机构。这些致动机构当中的一种是本申请人提出的连续可变气门升程系统(CVVL)。

因为连续可变气门升程系统可根据发动机的工作条件将进气/排气气门的打开/闭合时序和诸如气门升程之类气门操作调节至最优条件，，所以，能够在高速和高负载的条件下通过增加进气量来改善发动机功率，并能够在低速和低负载条件下通过使EGR效果或节流损失最小化而减少燃料消耗和废气。

然而，根据现有技术中的连续可变气门升程系统，要使用大量部件且组合结构被复杂化。此外，因为连续可变气门升程系统被设计成占据发动机汽缸头部中比凸轮轴高的上部空间，所以汽缸头部的总高度必须增加。

因此装配有连续可变气门升程系统的发动机的总体尺寸必须增加，使得在发动机舱内由发动机占据的空间增加，这使得难于设定其他装置的布局。

此外，有大量移动部件且操作机构相应复杂化，使得难于精确可靠地调节气门升程和持续时间，也难于保证安装有该系统的发动机的整个可变机构的充分的耐用性。

本发明的该背景技术中公开的信息，仅仅是为了增强对本发明的一般背景的理解，而不能当作承认或以任何形式暗示该信息形成了为本领域技术人员所已知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供一种发动机用连续可变气门升程系统，其具有减少了的部件数目且布置在汽缸头部凸轮轴下面的紧凑构造，以在具有改进的精度和可靠性的同时简化操作并易于保证耐用性，并且具体地，使得能够通过减小汽缸头部的总高度进而减小发动机的尺寸而改善在发动机舱中进行布局的自由性。

在本发明的一个方面中，发动机用连续可变气门升程系统可包括：固定到凸轮轴上的驱动凸轮；以预定距离与凸轮轴平行布置的控制轴；一端可旋转地连接到控制轴上且另一端可滑动地与驱动凸轮接触并由驱动凸轮旋转的上部摇臂；由上部摇臂选择性推动且选择性对气门进行推动的下部摇臂；可滑动地连接到下部摇臂并与上部摇臂接触的摇臂从动件，其中摇臂从动件将上部摇臂的操作力传输至下部摇臂；以及根据控制轴的旋转来改变摇臂从动件与上部摇臂之间的接触点的可变机构。

上部摇臂的另一端可由弹性部件弹性地向驱动凸轮支撑。

上部摇臂的另一端可装配有辊子。

控制轴可设置在驱动凸轮与下部摇臂之间。

控制轴可固定到致动器上并由致动器致动，该致动器由控制单元控制以调节控制轴的旋转角度。

根据与摇臂从动件的接触对高升程和低升程加以决定的轮廓，可形成在上部摇臂的下表面上。

可变机构可包括：控制杆，其一端固定到控制轴上，其另一端通过控制轴的操作来推动摇臂从动件以改变摇臂从动件的接触点；以及弹性部件，其将摇臂从动件弹性支撑于控制杆。

弹性部件可包括：可变臂，其可旋转地连接到下部摇臂的一端并在与控制杆操作方向相反的方向上支撑摇臂从动件，下部摇臂的该一端可旋转地连接到气门。

摇臂从动件可以可旋转地连接到摇臂轴，且该摇臂轴连接到穿透下部摇臂形成的倾斜槽，以便允许摇臂轴通过控制轴的旋转而可滑动地沿该倾斜槽移动。

倾斜槽可以构造成其上部靠近将下部摇臂的一端和控制轴相连接的轴线对齐或与该轴线对齐，以便增加连接轴与控制轴间的相对距离从而形成高升程，下部摇臂的该一端可旋转地连接到气门。

倾斜槽的下部可以与将下部摇臂和控制轴进行连接的轴线偏移预定距离，以便减小连接轴和控制轴间的相对距离以形成低升程。

摇臂从动件可以是经轴承可旋转地绕摇臂轴装配的辊子。

可变机构可包括：控制杆，其一端固定到控制轴，其另一端与摇臂轴接触，以通过控制轴的操作来改变摇臂从动件的接触点，从而沿倾斜槽改变摇臂轴的位置；和弹性部件，其将摇臂轴弹性支撑于控制杆。

控制杆可与控制轴一体形成并具有与摇臂轴接触的弧形凸出表面。

弹性部件可包括可变臂，其可旋转地连接到下部摇臂的一端并在控制杆操作方向的相反方向上支撑摇臂轴。

可变臂可包括可伸缩地连接到下部摇臂一端的可移动部件，可移动部件的一端可旋转地绕摇臂轴装配，且弹性部件布置在下部摇臂的一端和可移动部件之间，以便向控制杆的凸出表面支撑可移动部件。

弧形保持部包括将控制杆保持在其中从而维持摇臂轴和控制杆间接触的接收部，该弧形保持部可在可移动部件的端部上形成，其中摇臂轴穿过弧形保持部，并相对于摇臂轴旋转。

本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点可从附图和具体实施方式中明显看出或在其中更详细地描述，附图包括在本说明书中并与具体实施方式一起解释本发明的某些原理。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性的发动机用连续可变气门升程系统的配置的示图。

图2是图1的透视图。

图3是示出从图1放大的下部摇臂内侧的投影图。

图4是图1的底侧透视图。

图5和图6是图解根据本发明的示例性高升程操作的正视图和透视图。

图7和图8是图解根据本发明的示例性低升程操作的正视图和透视图。

具体实施方式

下面详细参考本发明的各个实施方式，这些实施方式的实例在附图中示出并在下面描述。虽然本发明是结合示例性实施方式描述的，但可以理解本描述不是为了将本发明限制在这些示例性实施方式内。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式而且涵盖可包括在由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范畴之内的各种替换、修改、等价形式和其他实施方式。

参考图1到4，发动机用连续可变升程系统包括驱动凸轮10，控制轴20，上部摇臂30，下部摇臂40，摇臂从动件50，和可变机构。

驱动凸轮10在凸轮轴上形成，该凸轮轴在通过同步带或正时链与曲轴连接时旋转。控制轴20可旋转地设置在汽缸头部内预定位置处。上部摇臂30装配在控制轴20上并由驱动凸轮10旋转。当上部摇臂30旋转时，下部摇臂40被向下推动从而向下推动气门(进气/排气气门)。摇臂从动件50装配在下部摇臂40中并与上部摇臂30接触从而传输上部摇臂30的操作力至下部摇臂40。可变机构改变摇臂从动件50的位置。

控制轴20以预定距离设置在驱动凸轮10下面，且控制轴20的一端连接到电机(通常被称为CVVL电机的步进电机)，其中，当发动机控制单元(ECU)确定驱动条件并调节电机的操作方向和操作角度时，控制轴20旋转。

上部摇臂30的一端装配在控制轴20上，同时上部摇臂30和控制轴20不影响彼此的旋转，使得控制轴20可相对于上部摇臂30自由地旋转。

与摇臂从动件50接触的上部摇臂30下表面形成为曲面，该曲面平滑地连接至形成为绕控制轴20所形成的圆形的那一端的周界。即，该曲面形状以及该一端的周界的部分形成接触轮廓31，接触轮廓31根据摇臂从动件50接触的点来改变推动下部摇臂40的量。

上部摇臂30的另一端装配有由铰轴连接的辊子32，并且该辊子32与驱动凸轮10接触。为保持辊子32和驱动凸轮10间的接触，设置有弹簧，该弹簧使上部摇臂30旋转以驱动凸轮10。弹簧可以是简单卷簧或两端延伸的卷簧，并可以设置在各种位置，使得相对于控制轴20推动或拉动上部摇臂30的另一端，且详细布置没有在图中示出。

当两个气门配成一对(使用两个进气气门和两个排气气门，这是大多发动机中使用的普通配置)时，在上部摇臂30上形成的摇臂从动件50的接触轮廓31在两个下部当中的每个上均形成，且辊子32设置在从多个轮廓之间的中部凸出的凸出部上。

该构造与在下部摇臂40中的相同，其中带有摇臂从动件50的下部摇臂40设置在每个气门1上方，且两个下部摇臂通过连接轴42连接。

下部摇臂40靠近上部摇臂30的下部设置，且下部摇臂40的一端由液压间隙调节器3(HLA)支撑且另一端与气门1的杆的顶端接触。

气门1提供有回位弹簧2以在操作(打开)后返回到初始位置。

倾斜槽41是穿透下部摇臂40形成的，摇臂轴60布置有均插到两个下部摇臂40的倾斜槽41中的两端，且摇臂从动件50可旋转地装配在摇臂轴60上。

摇臂轴60可在倾斜槽41中上下移动。

倾斜槽41形成为上部比下部进一步远离控制轴20的中央。

摇臂从动件50是一种辊子，且多个滚针轴承51设置在摇臂从动件50和摇臂轴60之间，使得摇臂从动件50保持以小的摩擦而滚动接触的同时自由旋转。

被设置以改变摇臂从动件50在倾斜槽41中的位置的可变机构，由装配在控制轴20上的控制杆70和装配在下部摇臂40的连接轴42的中部上的可变臂80组成。

控制杆70可以以各种方式形成，例如可以与控制轴20一体形成，或作为独立部件形成然后焊接。

作为选择，可以穿透控制杆70的上端部形成具有齿条的孔，且将控制轴20插入到该孔中以由齿条锁定。然而，当控制轴20由电机旋转时，控制轴20和控制杆70在影响彼此的旋转的同时应以相同的角度整体旋转。

可变臂80被设置以将摇臂轴60和下部摇臂40的连接轴42相连接。

可变臂80具有可旋转地装配在连接轴42上的固定端81和可旋转地装配在摇臂轴60上的可移动部件82，其中可移动部件82可通过固定端81而往复运动。

在本发明的各个实施方式中，可移动部件82可伸缩地连接到固定端81。因此，通过可移动部件82的往复运动，可变臂80的整个长度是可变的。

弹簧83布置在一端81和可移动部件82之间，使得弹簧83随可移动部件82被推入该一端81而被压缩，且压缩的弹簧施力将可移动部件82向外推。

弧形保持部84在可移动部件82的面向控制杆70的那一端上形成，且摇臂轴60设置在保持部84中使得它们能够相对彼此旋转。

控制杆70从控制轴20向下延伸，并在主体下部面向摇臂轴60的一侧具有弧形凸出表面71。凸出表面71通过保持部84的开口直接与摇臂轴60接触，从而在控制轴20旋转时推动摇臂轴60。

下面参考图5到8描述多个实施方式的操作。

图5和图6示出气门升程最大的高升程，其中控制轴20由电机顺时针旋转。

因此，随着控制杆70和控制轴20一起顺时针旋转，摇臂轴60向上推到倾斜槽41的上部，且摇臂从动件50向上移动到接触点“a”。点“a”是高升程操作起点位置。进一步，凸出表面71根据弧形更平滑地向上推动摇臂从动件50。

随着摇臂轴60沿倾斜槽41向上移动，距连接轴42的距离减小，并且，在可移动部件82插入到一端81中且弹簧83被压缩的同时可变臂80缩短。在该构造中，连接轴42和控制轴20间的相对距离增加。因此，连接轴42和控制轴20间的垂直距离也增加从而形成高升程模式。

随着驱动凸轮10在上面的位置旋转(驱动凸轮逆时针旋转)，辊子32向下移动，且上部摇臂30绕控制轴20的中心逆时针(向下)旋转。因此，向下推动摇臂从动件50，且下部摇臂40相应地被向下推动，结果，气门1被推动且进气/排气口打开。

摇臂轴从动件50和上部摇臂30间的接触点沿上部摇臂30的接触轮廓31向辊子32移动，其中摇臂从动件50的操作起点“a”位于最高位置。因此，在凸轮10旋转时的由上部摇臂30所推动的量达到最大，且下部摇臂40的操作量达到最大，使得实现气门升程最大的高升程。

图6和图7示出气门升程最小的低升程，其中控制轴20被电机从高升程位置逆时针旋转。

在控制轴20如上所述旋转之后，控制轴20不再支撑摇臂轴60，使得可移动部件82由已被压缩的弹簧83的恢复力从一端81中推出，并推动摇臂轴60。结果，摇臂轴60沿倾斜槽41向下移动。

因此，摇臂从动件50和上部摇臂30间的接触点“a”向下移动到点“b”。在该构造中，连接轴42和控制轴20间的相对距离减小。结果，连接轴42和控制轴20间的垂直距离也减小从而形成低升程模式。

因此，即使上部摇臂30向下旋转角度与驱动凸轮10的旋转角度相同，也能实现低升程，该低升程与图5和图6中的高升程相比，下部摇臂40的操作量最小。

因此，通过根据发动机工作条件的改变而适当改变控制轴20的旋转位置，发动机控制单元实现高升程和低升程间所需的气门升程。此外，气门持续时间是通过气门升程的变化而改变的。

如上所述，本发明可提供一种发动机用连续可变气门升程系统，其因为具有小的部件数目而能被简单地操作，并通过改善操作精度和可靠性而具有良好的制动性能。

此外，由于同样的原因而易于保持耐用性。

此外，因为该系统紧凑并设置在凸轮轴下面，所以可以通过减小汽缸头部的总高度而减小发动机的整个尺寸，并改善发动机舱的布局的自由性。

为了解释的便利和在所附的权利要求中准确限定，术语“上”，“向下”和“下”被用来参考图中所示特征的位置描述示例性实施方式中的这些特征。

已经为了图示和描述的目的给出了本发明的具体的示例性实施方式的前述描述。它们不是为了穷举或限制本发明于所公开的精确形式内，而显而易见的是在上面的教导之下许多修改和变化都是可能的。示例性实施方式的选择和描述是为了解释本发明的某些原理和它们的实际应用，因而使本领域技术人员能够做出和利用本发明的多个示例性实施方式及其各种替换和修改。旨在使本发明的范围由所附的权利要求及其等价形式限定。

Claims (19)

1.一种发动机用连续可变气门升程系统，其包括：

固定到凸轮轴上的驱动凸轮；

以预定距离与所述凸轮轴平行布置的控制轴；

上部摇臂，其一端可旋转地连接到所述控制轴，并且其另一端可滑动地与所述驱动凸轮接触并由所述驱动凸轮旋转；

下部摇臂，其由所述上部摇臂选择性地推动并选择性推动气门；

摇臂从动件，其可滑动地连接到所述下部摇臂并接触所述上部摇臂，其中所述摇臂从动件传输所述上部摇臂的操作力至所述下部摇臂；以及

可变机构，其根据所述控制轴的旋转而改变所述摇臂从动件和所述上部摇臂间的接触点。

2.如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述上部摇臂的所述另一端由第一弹性部件向所述驱动凸轮弹性支撑。

3.如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述上部摇臂的所述另一端装配有辊子。

4.如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述控制轴布置在所述驱动凸轮和所述下部摇臂之间。

5.如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述控制轴固定到致动器上并由该致动器致动，所述致动器由控制单元控制以调节所述控制轴的旋转角度。

6.如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中在所述上部摇臂的下表面上形成根据与所述摇臂从动件的接触来确定高升程和低升程的轮廓。

7.如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述可变机构包括：

控制杆，其一端固定到所述控制轴上，并且其另一端通过所述控制轴的操作而推动所述摇臂从动件以改变所述摇臂从动件的所述接触点；以及

第二弹性部件，其将所述摇臂从动件弹性支撑于所述控制杆。

8.如权利要求7所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述第二弹性部件包括可变臂，该可变臂可旋转地连接到所述下部摇臂的一端并在与所述控制杆的操作方向相反的方向上支撑所述摇臂从动件，所述下部摇臂的所述一端可旋转地连接于所述气门。

9.如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述摇臂从动件可旋转地连接到摇臂轴，且所述摇臂轴连接到穿透所述下部摇臂形成的倾斜槽中，以便允许通过所述控制轴的所述旋转使所述摇臂轴沿所述倾斜槽可滑动地移动。

10.如权利要求9所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述倾斜槽被配置为使得其上部靠近将所述下部摇臂的一端和所述控制轴相连接的轴线或与该轴线对齐，以便增加连接轴和所述控制轴间的相对距离，从而形成高升程，所述下部摇臂的所述一端可旋转地连接到所述气门。

11.如权利要求10所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述倾斜槽的下部以预定距离与将所述下部摇臂的端部和所述控制轴相连接的所述轴线偏移，以便减小所述连接轴和所述控制轴间的所述相对距离从而形成低升程。

12.如权利要求9所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述摇臂从动件是辊子，该辊子通过轴承绕所述摇臂轴可旋转地装配。

13.如权利要求9所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述可变机构包括：

控制杆，其一端固定到所述控制轴上，并且其另一端接触所述摇臂轴，以通过所述控制轴的操作来改变所述摇臂从动件的所述接触点，从而沿所述倾斜槽改变所述摇臂轴的位置；以及

第二弹性部件，其将所述摇臂轴弹性支撑于所述控制杆。

14.如权利要求13所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述控制杆与所述控制轴整体形成并具有弧形凸出表面，该凸出表面与所述摇臂轴接触。

15.如权利要求13所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述第二弹性部件包括可变臂，该可变臂可旋转地连接到所述下部摇臂的一端，并在与所述控制杆操作方向相反的方向上弹性地支撑所述摇臂轴。

16.如权利要求15所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中所述可变臂包括：

可移动部件，其可伸缩地连接到所述下部摇臂的所述一端，所述可移动部件的一端绕所述摇臂轴可旋转地装配；以及

第三弹性部件，其设置在所述下部摇臂的所述一端和所述可移动部件之间，以便向所述控制杆的凸出表面支撑所述可移动部件。

17.如权利要求16所述的发动机用连续可变气门升程系统，其中弧形保持部包括接收部，所述接收部将控制杆保持在其中从而保持所述摇臂轴和控制杆之间的接触，所述弧形保持部在所述可移动部件的端部上形成，其中所述摇臂轴穿过所述弧形保持部并相对于摇臂轴旋转。

18.一种发动机，其包括如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统。

19.一种客车，其包括如权利要求1所述的发动机用连续可变气门升程系统。

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