CN101968000B - 一种连续可变气门升程装置及装配有该装置的配气机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种可根据发动机的不同工况，改变气门升程和气门正时的连续可变气门升程装置及装配有该装置的配气机构。该连续可变气门升程装置包括凸轮轴、摇臂轴、活动安装于摇臂轴上的可变摇臂，可变摇臂的滚子、气门挺柱与传统结构相同，摇臂轴在可变摇臂的旁侧位置固定有控制连杆，控制连杆的转动轴心偏心于摇臂轴的轴心，控制连杆的端部安装有滚子销轴，滚子安装在滚子销轴上，可变摇臂安装滚子一端的端部开有以所述凸轮的基圆的圆心为圆心的圆弧槽，滚子销轴的自由端可滑动地卡入可变摇臂端部的圆弧槽内；摇臂轴上还套有弹簧，弹簧的一端固定在摇臂轴上，另一端固定在可变摇臂顶部开设的卡槽上；摇臂轴还连接有可驱动摇臂轴转动的控制机构。
Description
技术领域
本发明属于汽车发动机制造技术领域，特别涉及到发动机的气门升程装置及装配有该装置的配气机构。
背景技术
随着石油资源的日益紧缺，改善发动机经济性显得更为紧迫，传统发动机气门升程是固定不变的，但发动机在不同转速下对进气量的需求是不同的，低速低负荷时只需要较小的进气量即可满足发动机动力输出的需要，而高速高负荷时就需要较大的进气量。为了兼顾各转速工况，有必要改变发动机气门升程的控制方式，以满足发动机在不同转速下的进气量需要，提高发动机的动力性，改善发动机的经济性以及减少污染物的排放。
发明内容
本发明的目的是提出一种可根据发动机的不同工况，改变气门升程和气门正时的连续可变气门升程装置及装配有该装置的配气机构，以满足发动机对不同负荷的要求。
本发明的连续可变气门升程装置包括凸轮轴、摇臂轴、活动安装于摇臂轴上的可变摇臂，所述可变摇臂的一端安装有滚子，另一端通过气门挺柱与气门连接，所述滚子与凸轮轴上的凸轮相抵，关键在于所述摇臂轴在可变摇臂的旁侧位置还固定安装有控制连杆，所述控制连杆的转动轴心偏心于摇臂轴的轴心，控制连杆的端部安装有滚子销轴，所述滚子安装在滚子销轴上，所述可变摇臂安装滚子一端的端部开有以所述凸轮的基圆的圆心为圆心的圆弧槽，所述滚子销轴的自由端可滑动地卡入可变摇臂端部的圆弧槽内；所述摇臂轴上还套有弹簧，所述弹簧的一端固定在摇臂轴上，另一端固定在可变摇臂顶部开设的卡槽上；所述摇臂轴还连接有可驱动摇臂轴转动的控制机构。
上述连续可变气门升程装置的工作原理如下：当摇臂轴在控制机构的驱动下转动一定角度时，控制连杆就会随着摇臂轴也转动一定角度，控制连杆端部的滚子销轴会沿着圆弧槽滑动，从而改变滚子相对凸轮的位置，这样当凸轮转动时，可变摇臂的运动时间就会改变，从而改变气门升程和气门正时。另外，因为圆弧槽是以所述凸轮基圆的圆心为圆心的，因此滚子与凸轮的距离并没有改变，这就保证了当凸轮的尖端运行到最高点时，气门仍然可以关闭到位。摇臂轴上套有的弹簧可以给可变摇臂的滚子一个朝向凸轮方向的力，在提供给可变摇臂复位所需的力的同时，保证摇臂的滚子与凸轮始终保持紧密贴合，使得气门开闭时刻准确。
所述控制机构可以由电机直接带动摇臂轴转动，但是那样控制不够精确，很难满足气门开闭时刻的时间精度要求。本发明的控制机构包括一个步进电机，所述步进电机的电机轴安装有蜗杆，所述摇臂轴的端部安装有与所述蜗杆配合的齿轮。步进电机与蜗杆配合，可以使控制过程更加准确，而且蜗杆具有自锁功能，可以防止摇臂轴自行转动。
所述可变摇臂安装滚子一端的端部由两片相对的摇臂板构成，摇臂板上均开有以所述凸轮的基圆的圆心为圆心的圆弧槽，所述滚子安装于两片摇臂板之间。这样摇臂板可以对滚子形成一个限位作用，防止滚子沿滚子销轴的轴向运动。
所述摇臂轴、可变摇臂及控制连杆内开有互相连通的润滑油道，所述摇臂轴上开有进油孔，所述可变摇臂朝向滚子的位置开有与润滑油道连通的润滑孔，所述控制连杆朝向滚子销轴的位置开有与润滑油道连通的润滑孔。将进油孔与发动机的油道连接起来，通过内置油道就可以在工作时对易磨损的各部件进行润滑，延长其使用寿命。
所述可变摇臂至少有两个，所述控制连杆设置于相邻的两个可变摇臂之间，所述控制连杆的滚子销轴的两端可滑动地卡入两个可变摇臂端部的圆弧槽内。这样利用一个控制连杆就可以控制两个可变摇臂，可以降低成本。
目前凸轮轴顶置的四缸发动机最为广泛，为将上述连续可变气门升程装置应用于该种发动机，在连续可变气门升程装置中，所述控制连杆共有两个，每个控制连杆分别控制两个可变摇臂。
本发明的装配上述的连续可变气门升程装置的配气机构的结构如下：该配气机构利用所述连续可变气门升程装置中的摇臂轴作为进气摇臂轴，所述凸轮轴顶部旁侧还安装有排气摇臂轴，排气摇臂轴上活动安装有排气摇臂，所述排气摇臂的一端安装有滚子，另一端通过气门挺柱与排气门连接，所述滚子与凸轮轴上的排气凸轮相抵，所述进气摇臂轴上在对应于每个汽缸的位置均活动安装有一个普通摇臂和一个可变摇臂，其中第N汽缸和第N+1汽缸的两个可变摇臂相邻，所述N为大于零且小于发动机总汽缸数的奇数，每两个相邻的可变摇臂之间设置有一个控制连杆。这样每个气缸中的两个进气门中仅有一个气门可以实现气门升程的连续可变，对普通的凸轮轴顶置的四缸或六缸发动机稍稍改动即可实现，保证布置的紧凑性，节省发动机改型的成本。
本发明的连续可变气门升程装置及装配有该装置的配气机构结构简单、实现容易，气门的升程量可连续可变，同时随着气门升程的变化，气门开启和关闭的时间也随之变化，表现为在高速高负荷时提前开启气门，低速低负荷时延迟气门开启，可有效降低发动机的泵气损失，提高发动机的动力性，改善发动机的经济性以及减少污染物的排放。
附图说明
图1是本发明的连续可变气门升程装置的结构示意图；
图2是本发明的连续可变气门升程装置的分解结构示意图；
图3是本发明的连续可变气门升程装置的侧视图；
图4是本发明的连续可变气门升程装置中的摇臂轴及控制机构的结构示意图；
图5是本发明的连续可变气门升程装置的气门处于最大升程位置的结构示意图；
图6是本发明的连续可变气门升程装置的气门处于最小升程位置的结构示意图；
图7是本发明的连续可变气门升程装置的气门升程曲线示意图；
图8是本发明的装配有连续可变气门升程装置的配气机构的结构示意图。
图中标记为：摇臂轴1，摇臂柄1a，摇臂主轴1b，进油孔1c，过油孔1d、1e，摇臂轴油道1f，可变摇臂2，圆弧槽2a，卡槽2b，摇臂板2c，气门3，凸轮轴4，控制连杆5，连杆盖5a，连杆螺栓5b，连杆体5c，连杆大头端5d，连杆小头端5e，滚子长销轴6，摇臂轴轴承7，轴承螺栓7a，齿轮8，步进电机9，普通摇臂10，滚子11，蜗杆12，复位弹簧13，排气摇臂轴14，排气摇臂15，进气凸轮17，挺柱18。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。
实施例1：
如图1～4所示，本实施例的连续可变气门升程装置包括凸轮轴4、摇臂轴1、活动安装于摇臂轴1上的可变摇臂2，可变摇臂2的一端安装有滚子11，另一端通过气门挺柱18与气门3连接，滚子11与凸轮轴4上的凸轮17相抵，摇臂轴1在可变摇臂2的旁侧位置固定安装有控制连杆5，控制连杆5的转动轴心偏心于摇臂轴1的轴心，控制连杆5的端部安装有滚子销轴6，滚子11安装在滚子销轴6上；可变摇臂2安装滚子11一端的端部开有以凸轮17的基圆的圆心为圆心的圆弧槽2a，滚子销轴6的自由端可滑动地卡入可变摇臂2端部的圆弧槽2a内；摇臂轴1上还套有弹簧13，弹簧13的一端固定在摇臂轴1上，另一端固定在可变摇臂2靠近滚子11方向的顶部开设的卡槽2b上；摇臂轴1的端部安装有齿轮8，齿轮8与蜗杆12配合，蜗杆12安装于步进电机9的电机轴上。
上述可变摇臂2安装滚子11一端的端部由两片相对的摇臂板2c构成，两片摇臂板2c上均开有以凸轮轴4的凸轮17的基圆的圆心为圆心的圆弧槽2a，滚子11安装于两片摇臂板2c之间。这样摇臂板2c可以对滚子11形成一个轴向限位作用，防止滚子11沿滚子销轴6的轴向运动。
摇臂轴1包括摇臂主轴1b和用于安装控制连杆5的摇臂柄1a，摇臂柄1a的截面圆是摇臂主轴1b的截面圆的偏心圆，这样就保证了控制连杆5的转动轴心偏心于摇臂轴1的轴心。
控制连杆5由连杆盖5a、连杆体5c和连杆螺栓5b组成，连杆大头端5d连接到摇臂柄1a上，连杆小头端5e与滚子销轴6连接。
摇臂轴1、可变摇臂2及控制连杆5内开有互相连通的润滑油道，摇臂主轴1b上开有进油孔1c及过油孔1d、1e，摇臂轴1内的润滑油道1f通过过油孔1d、1e与可变摇臂2及控制连杆5内的润滑油道连通，可变摇臂2朝向滚子11的位置开有与润滑油道连通的润滑孔，控制连杆5朝向滚子销轴6的位置开有与润滑油道连通的润滑孔。通过内置油道，可以在工作时对易磨损的各部件进行润滑，延长其使用寿命。
上述可变摇臂2至少有两个，控制连杆5设置于相邻的两个可变摇臂2之间，控制连杆5的滚子销轴6的两端可滑动地卡入两个可变摇臂2端部的圆弧槽2a内。这样利用一个控制连杆5就可以控制两个可变摇臂2，可以降低成本。
上述连续可变气门升程装置的工作原理如下：步进电机9根据ECU提供的信号来控制转动，当摇臂轴1在步进电机9的驱动下转动一定角度时，控制连杆5就会随着摇臂轴1也转动一定角度，控制连杆5端部的滚子销轴6会沿着圆弧槽2a滑动，从而改变滚子11相对凸轮17的位置，这样当凸轮17转动时，可变摇臂2的运动时间就会改变，从而改变气门升程和气门正时。如图5、6所示，当滚子销轴6移动到圆弧槽2a的A端时，气门升程最大值为10mm，当滚子销轴6移动到圆弧槽2a的B端时，气门升程最大值为5mm，这样一个控制连杆5可使两个可变摇臂2实现连续可变摇臂比，从而实现连续可变气门升程，升程量的变化范围在5mm到10mm之内，同时随着气门升程的变化，气门开启和关闭的时间也随之变化，表现为在高速高负荷时提前开启气门，低速低负荷时延迟气门开启。具体的气门升程曲线如图7所示。
如图8所示，本实施例的装配上述的连续可变气门升程装置的配气机构的结构如下：该配气机构利用所述连续可变气门升程装置中的摇臂轴1作为进气摇臂轴，摇臂轴1的端部安装有齿轮8；凸轮轴(图中未画出)顶部旁侧还安装有排气摇臂轴14，排气摇臂轴14上活动安装有排气摇臂15，与传统的排气方式相同，排气摇臂15的一端安装有滚子，另一端通过气门挺柱与排气门连接，所述滚子与凸轮轴上的排气凸轮相抵，进气摇臂轴1、排气摇臂轴14通过摇臂轴轴承7、轴承螺栓7a固定，关键在于进气摇臂轴1上在对应于每个汽缸的位置均活动安装有一个普通摇臂10和一个可变摇臂2，其中第一缸和第二缸的两个可变摇臂2相邻，第三缸和第四缸的两个可变摇臂2相邻，每两个相邻的可变摇臂2之间设置有一个控制连杆5。这样每个气缸的两个进气门中仅有一个气门可以实现气门升程的连续可变，对普通的凸轮轴顶置的四缸发动机稍稍改动即可实现，保证布置的紧凑性，节省发动机改型的成本。
Claims (7)
1.一种连续可变气门升程装置，包括凸轮轴、摇臂轴、活动安装于摇臂轴上的可变摇臂，所述可变摇臂的一端安装有滚子，另一端通过气门挺柱与气门连接，所述滚子与凸轮轴上的凸轮相抵，其特征在于所述摇臂轴在可变摇臂的旁侧位置还固定安装有控制连杆，所述控制连杆的转动轴心偏心于摇臂轴的轴心，控制连杆的端部安装有滚子销轴，所述滚子安装在滚子销轴上，所述可变摇臂安装滚子一端的端部开有以所述凸轮的基圆的圆心为圆心的圆弧槽，所述滚子销轴的自由端可滑动地卡入可变摇臂端部的圆弧槽内；所述摇臂轴上还套有弹簧，所述弹簧的一端固定在摇臂轴上，另一端固定在可变摇臂顶部开设的卡槽上；所述摇臂轴还连接有可驱动摇臂轴转动的控制机构。
2.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述控制机构包括一个步进电机，所述步进电机的电机轴安装有蜗杆，所述摇臂轴的端部安装有与所述蜗杆配合的齿轮。
3.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述可变摇臂安装滚子一端的端部由两片相对的摇臂板构成，摇臂板上均开有以所述凸轮的基圆的圆心为圆心的圆弧槽，所述滚子安装于两片摇臂板之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述摇臂轴、可变摇臂及控制连杆内开有互相连通的润滑油道，所述摇臂轴上开有进油孔，所述可变摇臂朝向滚子的位置开有与润滑油道连通的润滑孔，所述控制连杆朝向滚子销轴的位置开有与润滑油道连通的润滑孔。
5.根据权利要求1或2或3所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述可变摇臂至少有两个，所述控制连杆设置于相邻的两个可变摇臂之间，所述控制连杆的滚子销轴的两端可滑动地卡入两个可变摇臂端部的圆弧槽内。
6.根据权利要求5所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述控制连杆共有两个，每个控制连杆分别控制两个可变摇臂。
7.一种装配有权利要求5所述的连续可变气门升程装置的配气机构，利用所述连续可变气门升程装置中的摇臂轴作为进气摇臂轴，所述凸轮轴顶部旁侧还安装有排气摇臂轴，排气摇臂轴上活动安装有排气摇臂，所述排气摇臂的一端安装有滚子，另一端通过气门挺柱与排气门连接，所述滚子与凸轮轴上的排气凸轮相抵，其特征在于所述进气摇臂轴上在对应于每个汽缸的位置均活动安装有一个普通摇臂和一个可变摇臂，其中第N汽缸和第N+1汽缸的两个可变摇臂相邻，所述N为大于零且小于发动机总汽缸数的奇数，每两个相邻的可变摇臂之间设置有一个控制连杆。
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