CN102071982B - 移动摇臂轴式可变气门定时机构 - Google Patents

Abstract

一种单缸内燃机移动摇臂轴式可变气门定时机构，其结构特点为摇臂轴与高速摇臂一起可沿摇臂轴轴线移动，并使高速摇臂与低速摇臂产生结合或分离。当高速摇臂与低速摇臂成结合状态时，高速凸轮驱动高速摇臂并带动低速摇臂一同摆动，使高速凸轮驱动气门开启和关闭，适用于内燃机高速大负荷工况；当高速摇臂与低速摇臂成分离状态时，低速凸轮驱动低速摇臂并使气门开启和关闭，适用于汽油机低速工况和小负荷工况。该可变气门定时机构结构简单，能显著提高内燃机的动力性和经济性，特别适合于单顶置凸轮轴式单缸四冲程内燃机。

Description

移动摇臂轴式可变气门定时机构

技术领域

本发明涉及内燃机的气门机构，特别是涉及带摇臂的顶置凸轮轴式单缸内燃机气门机构。 

背景技术

可变气门正时（Variable Valve Timing,简称VVT）是内燃机节能减排的主要途径之一。目前，各主要汽车公司发布的新型汽油机产品，都将可变气门技术作为新型汽油机的主要技术标志之一。虽然可变气门的形式有多种,但是能够广泛应用到汽油机上的主要还是变换凸轮型线的可变气门机构。然而，受制造成本和机构复杂性的限制，目前国内外尚没有适合于中小排量单缸四冲程汽油机的可变气门机构及其应用实例。

中小排量的单缸四冲程汽油机其气门机构结构形式主要采用单顶置凸轮轴（SOHC）布置形式。若采用传统的液压驱动的可变气门机构，除了改变气门机构主要零部件结构之外，还需额外增加一套液压驱动机构，使可变气门的驱动机构和控制机构变得非常复杂和庞大，制造成本明显增加，导致这种传统的可变气门机构难以在单缸四冲程汽油机上推广使用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于单缸四冲程汽油机的可变气门机构。该机构针对单缸汽油机单顶置凸轮轴的结构特点，利用每个摇臂轴上仅控制一个摇臂的特点，采用摇臂轴轴向移动的方式实现可变气门定时。使可变气门技术在具有单顶置凸轮轴的单缸汽油机上得到使用。

本发明的可变气门定时机构由低速凸轮与低速摇臂、高速凸轮与高速摇臂、摇臂轴、摇臂轴驱动机构、回位弹簧、气门间隙调节螺钉和气门组件组成。所述气门组件由气门、气门弹簧、气门弹簧座和气门座等组成。所述摇臂轴驱动机构和回位弹簧共同控制摇臂轴的轴向位置；所述低速凸轮驱动低速摇臂，高速凸轮驱动高速摇臂，低速摇臂和高速摇臂绕同一摇臂轴摆动；低速摇臂一端受低速凸轮驱动，另一端上固定气门间隙调节螺钉；在低速摇臂和高速摇臂相对的端面上加工有结合齿，低速摇臂和高速摇臂在工作中成分离和结合两种状态。

本发明的特征在于高速摇臂与摇臂轴轴向固定，高速摇臂与低速摇臂在相对的端面上设有结合齿，该高速摇臂可随摇臂轴一起轴向移动，使高速摇臂与低速摇臂相互结合；或在高速摇臂与低速摇臂相对的端面上还可分别设置销孔和销轴，通过销孔和销轴使高速摇臂与低速摇臂相互结合。摇臂轴的一端设有回位弹簧，摇臂轴的另一端设有带衔铁的电磁铁，当电磁铁通电时，电磁铁通过衔铁推动摇臂轴轴向移动，使高速摇臂与低速摇臂相互结合；或在摇臂轴的一端，设置一套拉力绳索，当该拉力绳索受力时，拉动摇臂轴轴向移动，使高速摇臂与低速摇臂相互结合。该可变气门定时机构的结构特点及工作原理如下：

本发明的高速凸轮具有较大的凸轮包角和升程，而低速凸轮的凸轮包角和升程较小。当低速摇臂和高速摇臂成分离状态时，高速凸轮驱动高速摇臂绕摇臂轴空摆。此时气门机构的传动过程为：低速凸轮驱动低速摇臂绕摇臂轴摆动，低速摇臂又通过气门间隙调节螺钉使气门开启和关闭，即由低速凸轮驱动气门运动。

当低速摇臂和高速摇臂成结合状态时，由于高速凸轮的升程大于低速凸轮，低速凸轮与低速摇臂将不再产生接触；此时气门机构的传动过程为：高速凸轮驱动高速摇臂，高速摇臂又带动低速摇臂一同绕摇臂轴摆动，低速摇臂又通过气门间隙调节螺钉使气门开启和关闭，即由高速凸轮驱动气门运动。

本发明的低速摇臂的轴向位置是固定的；而高速摇臂轴向位置是可移动的，能随摇臂轴一起轴向移动。当摇臂轴驱动机构给摇臂轴施加一个轴向力，摇臂轴带动高速摇臂克服回位弹簧力一起轴向移动，使低速摇臂和高速摇臂通过端面结合齿呈结合状态；当摇臂轴驱动机构撤销施加的轴向力后，在回位弹簧力的作用下，摇臂轴带动高速摇臂反向移动，使低速摇臂和高速摇臂成分离状态。

通过上述说明可以看出，本发明的可变气门机构是通过摇臂轴带动高速摇臂做轴向位移，使低速摇臂和高速摇臂相互结合，实现工作凸轮由低速凸轮切换为高速凸轮，从而实现可变气门正时的。对于进气摇臂轴来说，在压缩、做功和排气冲程时，进气门已关闭，进气摇臂轴上无径向载荷，进气摇臂轴能够容易实现轴向位移；同理，对于排气摇臂轴来说，在进气、压缩和做功冲程容易实现轴向位移。显然，本发明的可变气门机构特别适用于采用单顶置凸轮轴（SOHC）布置形式的单缸四冲程汽油机。

本发明的高速凸轮具有较大的凸轮包角和升程，适合汽油机高速大负荷工况；而低速凸轮的包角和升程较小，适合汽油机中低速和中小负荷工况。本发明的有益效果是：通过摇臂轴做轴向位移，使低速凸轮与高速凸轮之间实现切换，从而实现可变气门正时。汽油机在高速大负荷工况运行时，采用高速凸轮，提高了动力性能；而在中低速或中小负荷工况运行时，采用低速凸轮，减小了泵气损失，改善了燃油经济性和排放性能。

附图说明

图1为本发明的可变进气门正时机构示意图；

图2为图1在A--A方向的剖视图；

图3为本发明采用拉力绳索的可变进气门机构示意图。

图中：1为回位弹簧，2为排气凸轮，3为低速摇臂，4为低速进气凸轮，5为高速进气凸轮，6为片状弹簧，7为高速摇臂，8为低速摇臂端面结合齿，9为高速摇臂端面结合齿，10为进气摇臂轴，11为衔铁，12为电磁铁，13为轴向定位销，14为气门间隙调节螺钉，15为气门弹簧座，16为气门弹簧，17为进气门，18为进气门座，19为拉力绳索系。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的工作过程。

实施例1：

在图1和图2中各零部件的相互关系为：低速进气凸轮4驱动低速摇臂3，高速进气凸轮5驱动高速摇臂7，片状弹簧6在高速摇臂7上施加一定的弹力，使高速摇臂7与高速进气凸轮5始终保持接触；低速摇臂3和高速摇臂7在各自凸轮的驱动下可绕进气摇臂轴10摆动，高速摇臂7在进气摇臂轴10上的轴向位置由轴向定位销13确定；电磁铁12是摇臂轴驱动机构，其产生的电磁力推动衔铁11带动进气摇臂轴10向左移动；回位弹簧1呈压缩状态；低速摇臂3的轴向位置是固定的，其上端与低速进气凸轮4接触，下端固定气门间隙调节螺钉14，并控制进气门17的开启和关闭。

当电磁铁12不通电时，在回位弹簧1的弹力作用下，进气摇臂轴10位于右端，使高速摇臂7和低速摇臂3成分离状态。此时，低速进气凸轮4驱动低速摇臂3绕进气摇臂轴10摆动，并通过气门间隙调节螺钉14使进气门17开启和关闭；而高速进气凸轮5驱动高速摇臂7也绕进气摇臂轴10摆动，片状弹簧6使高速摇臂7始终保持与高速进气凸轮5接触，但高速进气凸轮5却对进气门17的运动不产生影响。在此状态下，是低速进气凸轮4驱动进气门17开启和关闭的。

当电磁铁12通电时，衔铁11在电磁力的作用下向左移动，并克服回位弹簧1的弹力推动进气摇臂轴10左移，进气摇臂轴10又通过轴向定位销13带动高速摇臂7一起向左移动，使高速摇臂7和低速摇臂3通过摇臂端面结合齿8和9结合在一起。此时，气门传动过程为：高速进气凸轮5驱动高速摇臂7，高速摇臂7又带动低速摇臂3一起在进气摇臂轴10上摆动，并最终通过气门间隙调节螺钉14使进气门17开启和关闭。由于高速进气凸轮5的升程大于低速进气凸轮4的升程，低速摇臂3和高速摇臂7结合在一起后低速摇臂3便不再与低速进气凸轮4产生接触，故低速进气凸轮4对进气门17的运动不再产生影响。在此情况下，是高速进气凸轮5驱动进气门17开启和关闭的。

当电磁铁12断电后，衔铁11上的轴向力消失，在回位弹簧力1的作用下，进气摇臂轴10带动高速摇臂7反向移动，低速摇臂3和高速摇臂7又恢复为分离状态，低速进气凸轮4恢复了对进气门17的驱动作用，高速进气凸轮5却失去了对进气门17的驱动作用。

综上所述：本实施方案是通过电磁铁12产生的电磁力，推动衔铁11并带动摇臂轴10轴向移动，使低速摇臂3和高速摇臂7产生结合或分离，实现高速凸轮与低速凸轮之间的切换，从而达到可变进气门正时。

实施例2：

   在图3中，拉力绳索系19是摇臂轴驱动机构。通过人工施加一定的作用力使绳索系19中的绳索呈张紧状态，绳索系19拉紧摇臂轴10并带动高速摇臂7向左移动，使低速摇臂3和高速摇臂7产生结合，工作凸轮即切换为高速进气凸轮5。当绳索系19呈松弛状态时，回位弹簧1使摇臂轴10带动高速摇臂7向右移动，低速摇臂3和高速摇臂7分离，工作凸轮即切换为低速进气凸轮4。从而实现可变进气门正时。

在图1中，低速摇臂3和高速摇臂7是通过其端面结合齿8和9连接在一起的；低速摇臂和高速摇臂也可以分别带有销孔和销轴，采用销孔和销轴将高速摇臂和低速摇臂结合在一起。

同理，若在凸轮轴上设置低速排气凸轮和高速排气凸轮，采用可变进气门正时相同的方式，即可实现可变排气门正时。

依照上述方案，本技术领域的一般技术人员实施本发明并不困难。 

Claims (5)

1.一种移动摇臂轴式可变气门定时机构，包括低速凸轮与低速摇臂、高速凸轮与高速摇臂、摇臂轴、摇臂轴驱动机构和气门组件，其特征在于高速摇臂与摇臂轴轴向固定，高速摇臂可随摇臂轴一起轴向移动，使高速摇臂与低速摇臂相互结合或分离。

2.根据权利要求1所述的移动摇臂轴式可变气门定时机构，其特征在于高速摇臂与低速摇臂在相对的端面上设有结合齿，高速摇臂与低速摇臂通过该结合齿相互结合。

3.根据权利要求1所述的移动摇臂轴式可变气门定时机构，其特征在于高速摇臂与低速摇臂在相对的端面上还可分别设置销孔和销轴，高速摇臂与低速摇臂通过该销孔和销轴相互结合。

4.根据权利要求1所述的移动摇臂轴式可变气门定时机构，其特征在于摇臂轴的一端设有回位弹簧，摇臂轴的另一端设有带衔铁的电磁铁，当电磁铁通电时，电磁铁通过衔铁推动摇臂轴轴向移动，使高速摇臂与低速摇臂相互结合。

5.根据权利要求1所述的移动摇臂轴式可变气门定时机构，其特征在于在摇臂轴有回位弹簧的一端，还可设置一套拉力绳索，该拉力绳索呈拉紧状态时，拉动摇臂轴轴向移动，使高速摇臂与低速摇臂相互结合。

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