CN102278162A - 一种可变气门升程机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种可变气门升程机构，可以有效降低汽油机的比油耗以及提升发动机动力性能。该可变气门升程机构包括凸轮轴、安装于凸轮轴上的多个凸轮、与凸轮配合的气门挺柱，气门挺柱下方连接有气门，关键在于所述气门挺柱的顶部设置有可由发动机控制单元控制突出高度的柱塞，以使所述气门挺柱及气门的总长度可变。通过调节气门挺柱及气门的总长度，即可改变气门升程，具体的升程可以由发动机控制单元根据具体的发动机负荷状态来控制。本发明通过可变总长度的气门挺柱及气门组合，同时结合了具有中央凸轮和边缘凸轮的凸轮，实现了四种可变气门升程的控制效果，结构简单、控制方便，可以有效降低汽油机的比油耗以及提升发动机动力性能。
Description
技术领域
本发明属于汽车发动送机制造技术领域，特别涉及到一种可变气门升程机构。
背景技术
汽油机比柴油机的热效率低，其中一个很重要的原因是汽油机存在节气损失，尤其在部分负荷下，汽油机节流损失占发动机各种损失的比例更大，从而导致汽油机在部分负荷状态下较高的比油耗。为了降低汽油机的比油耗以及提升发动机动力性能，可变气门正时和可变气门升程越来越广泛地应用到汽油发动机上，尤其是一些连续可变气门升程技术，由于其可以代替节气门体而直接控制进气量，响应快，节油效果明显，但是这种结构较为复杂，成本高昂。另外也有一种低成本的结构简单的两段式可变气门升程，利用其小负荷下采用小升程，大负荷下采用大升程，在一定程度上降低了比油耗，但是效果往往不如连续可变气门升程效果明显。
发明内容
本发明的目的是提出一种结构简单、成本低、控制方便的可变气门升程机构，可以有效降低汽油机的比油耗以及提升发动机动力性能。
本发明的可变气门升程机构包括凸轮轴、安装于凸轮轴上的多个凸轮、与凸轮配合的气门挺柱，气门挺柱下方连接有气门，关键在于所述气门挺柱的顶部设置有可由发动机控制单元控制突出高度的柱塞，以使所述气门挺柱及气门的总长度可变。
通过调节气门挺柱及气门的总长度，即可改变气门升程，具体的升程可以由发动机控制单元根据具体的发动机负荷状态来控制，实施方便，且可以有效降低汽油机的比油耗以及提升发动机动力性能。
具体来说，所述气门挺柱的壳体上下两端开口，壳体的内部为第一空腔，所述第一空腔内安装有一个可沿气门挺柱轴向活动的柱塞，所述柱塞的下部与气门固接，柱塞还与一个第一弹簧的底部固接，所述第一弹簧的顶部固定于所述气门挺柱的壳体内；所述柱塞的顶部设置有一个侧部开口的第二空腔，所述第二空腔内安装有一个销钉和一个第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别与销钉、第二空腔的侧壁相抵；所述第一空腔的上部设置有一个侧壁开口的第三空腔，所述第三空腔的开口朝向第二空腔的开口，所述第三空腔的侧壁开有油孔，所述油孔通过缸盖内开设的油槽与缸盖油道相通，所述缸盖油道内设置有与发动机控制单元相连的电磁阀。
在具体工作中，发动机控制单元通过控制电磁阀的开闭，来控制第三空腔内的油压，当第三空腔内的机油施加给销钉的推力大于第二弹簧的弹力时，销钉即被压缩于第二空腔内，使得柱塞可在第一空腔内沿气门挺柱轴向活动，也就是说气门挺柱的壳体可以相对柱塞自由活动，这样就可以改变气门挺柱与气门总体长度，实现了改变气门升程的目的。第一弹簧可以起到协助柱塞复位的作用。
进一步地，所述第三空腔内设置有压力传感器，以精确控制其内部的机油压力变化，从而精确控制销钉的位置。
进一步地，所述第一空腔内设置有用于检测柱塞与第一空腔侧壁之间相对位移的位移传感器，以精确控制柱塞的伸出长度。
进一步地，所述第二空腔内设置有用于限制销钉缩入深度的限位凸台，以防止销钉过度缩入第二空腔内，使得第三空腔内的机油泄漏。
进一步地，所述每个凸轮均包括对应于柱塞位置的中央凸轮和对应于气门挺柱壳体的边缘凸轮，所述中央凸轮和边缘凸轮具有相同的基圆位置；所述中央凸轮具有中央桃尖，所述边缘凸轮具有边缘桃尖，且中央桃尖的高度小于边缘桃尖的高度。在工作过程中，当凸轮转到基圆位置时，如果需要大升程工作，可以控制销钉将平齐于气门挺柱顶面的柱塞锁紧，此时是边缘桃尖来与气门挺柱的顶面接触并起作用，因此为大升程；如果需要小升程工作，则无需锁紧柱塞，此时气门顶柱的壳体虽然和边缘凸轮接触，但是因为壳体与柱塞之间是可以相对自由活动的，因此壳体并不能驱动气门，只有中央凸轮通过柱塞来驱动气门，因此为小升程。
进一步地，所述凸轮包括进气凸轮和排气凸轮，其中进气凸轮对应每个汽缸均设置有第一进气凸轮和第二进气凸轮，排气凸轮对应每个汽缸均设置有第一排气凸轮和第二排气凸轮；其中第一进气凸轮和第一排气凸轮的中央桃尖的高度与基圆相同；第二进气凸轮和第二排气凸轮的中央桃尖的高度大于基圆的高度。这样在所有的凸轮中，一共出现了下述三种升程：1、基圆所对应的零升程；2、第二进气凸轮和第二排气凸轮的中央桃尖所对应的小升程；3、边缘凸轮所对应的大升程。第一进气凸轮控制第一进气门，第二进气凸轮控制第二进气门，第一排气凸轮控制第一排气门，第二排气凸轮控制第二排气门，这样将第一进气门、第一排气门分为第一组，将第二进气门、第二排气门分为第二组进行同时控制，就可以实现下表所述的四种升程组合：
在具体控制中，可以遵循下述规律：第二组的升程与发动机的负荷成正比，第二组的每种升程均对应第一组的两种升程，且在第二组的同一种升程状态中，第一组的升程与发动机的负荷成正比。即在组合1、2中，第二组的升程均采用零升程，第一组随着发动机负荷的增加而分别采用小升程和大升程；在组合3、4中，第二组的升程均采用大升程，第一组随着发动机负荷的增加而分别采用小升程和大升程。从而实现根据发动机不同负荷要求，组成四种不同的气门升程以满足进气量需求，有效降低汽油机的比油耗以及提升发动机动力性能。
例如说，在上述控制方法中，发动机在最小负荷状态时，电控单元控制第一进气门采用小升程，控制第二进气门采用零升程，控制第一排气门采用小升程，控制第二排气门采用零升程，即表中的组合1；发动机在最大负荷状态时，电控单元控制第一进气门、第二进气门、第一排气门、第二排气门均采用大升程，即表中的组合4。
本发明的可变气门升程机构通过可变总长度的气门挺柱及气门组合，同时结合了具有中央凸轮和边缘凸轮的凸轮，实现了四种可变气门升程的控制效果，结构简单、控制方便，可以有效降低汽油机的比油耗以及提升发动机动力性能。
附图说明
图1、图2是两种气门升程状态下的本发明的结构示意图。
图3、图4是本发明在两种气门升程状态下的气门挺柱的结构示意图。
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：
如图所示，本实施例的可变气门升程机构包括凸轮轴1、安装于凸轮轴上的多个凸轮2、与凸轮2配合的气门挺柱3，气门挺柱3下方连接有气门4，所述气门挺柱3的壳体31上下两端开口，壳体31的内部为第一空腔32，第一空腔32内安装有一个可沿气门挺柱轴向活动的柱塞5，柱塞5的下部与气门4固接，柱塞5还与一个第一弹簧6的底部固接，第一弹簧6的顶部固定于所述气门挺柱的壳体31内；柱塞5的顶部设置有一个侧部开口的第二空腔33，第二空腔33内安装有一个销钉34和一个第二弹簧35，第二弹簧35的两端分别与销钉34、第二空腔33的侧壁相抵；第一空腔32的上部设置有一个侧壁开口的第三空腔36，第三空腔36的开口朝向第二空腔的开口，所述第三空腔36的侧壁开有油孔37，油孔37通过缸盖内开设的油槽与缸盖油道相通，所述缸盖油道内设置有与发动机控制单元相连的电磁阀（图中未画出油槽、缸盖油道及电磁阀）。
上述每个凸轮2均包括对应于柱塞5位置的中央凸轮21和对应于气门挺柱壳体31的边缘凸轮22，中央凸轮21和边缘凸轮22具有相同的基圆位置；所述中央凸轮具有中央桃尖23、24，所述边缘凸轮22具有边缘桃尖25，且中央桃尖23、24的高度小于边缘桃尖25的高度。
具体来说，凸轮2包括有进气凸轮和排气凸轮，其中进气凸轮对应每个汽缸均设置有第一进气凸轮和第二进气凸轮，排气凸轮对应每个汽缸均设置有第一排气凸轮和第二排气凸轮；其中第一进气凸轮和第一排气凸轮的中央桃尖23的高度与基圆相同；第二进气凸轮和第二排气凸轮的中央桃尖24的高度大于基圆的高度。
在具体工作中，发动机控制单元通过控制电磁阀的开闭，来控制第三空腔36内的油压，当第三空腔36内的机油施加给销钉34的推力大于第二弹簧35的弹力时，销钉34即被压缩于第二空腔33内，使得柱塞5可在第一空腔32内沿气门挺柱轴向活动，也就是说气门挺柱的壳体31可以相对柱塞5自由活动，这样就可以改变气门挺柱3与气门4总体长度，实现了改变气门升程的目的。
在工作过程中，当凸轮2转到基圆位置时（即当凸轮2的基圆与气门挺柱3接触时），如果需要大升程工作，可以控制销钉34将平齐于气门挺柱顶面的柱塞5锁紧，此时是边缘桃尖25来与气门挺柱3的顶面接触并起作用，因此为大升程（如图3所示）；如果需要小升程工作，则无需锁紧柱塞5，此时气门顶柱的壳体31虽然和边缘凸轮25接触，但是因为壳体31与柱塞5之间是可以相对自由活动的，因此壳体31并不能驱动气门4，只有中央凸轮23、24通过柱塞5来驱动气门4，因此为小升程（如图4所示）。
第一弹簧6可以起到协助柱塞复位的作用。
在所有的凸轮中，一共出现了下述三种升程：1、基圆所对应的零升程；2、第二进气凸轮和第二排气凸轮的中央桃尖所对应的小升程；3、边缘凸轮所对应的大升程。第一进气凸轮控制第一进气门，第二进气凸轮控制第二进气门，第一排气凸轮控制第一排气门，第二排气凸轮控制第二排气门，这样将第一进气门、第一排气门分为第一组，将第二进气门、第二排气门分为第二组进行同时控制，就可以实现下表所述的四种升程组合，从而能根据发动机不同负荷要求，满足不同的进气量需求。其中图1为组合4状态，图2为组合2状态。
Claims (7)
1.一种可变气门升程机构，包括凸轮轴、安装于凸轮轴上的多个凸轮、与凸轮配合的气门挺柱，气门挺柱下方连接有气门，其特征在于所述气门挺柱的顶部设置有可由发动机控制单元控制突出高度的柱塞，以使所述气门挺柱及气门的总长度可变。
2.根据权利要求1所述的可变气门升程机构，其特征在于所述气门挺柱的壳体上下两端开口，壳体的内部为第一空腔，所述第一空腔内安装有一个可沿气门挺柱轴向活动的柱塞，所述柱塞的下部与气门固接，柱塞还与一个第一弹簧的底部固接，所述第一弹簧的顶部固定于所述气门挺柱的壳体内；所述柱塞的顶部设置有一个侧部开口的第二空腔，所述第二空腔内安装有一个销钉和一个第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别与销钉、第二空腔的侧壁相抵；所述第一空腔的上部设置有一个侧壁开口的第三空腔，所述第三空腔的开口朝向第二空腔的开口，所述第三空腔的侧壁开有油孔，所述油孔通过缸盖内开设的油槽与缸盖油道相通，所述缸盖油道内设置有与发动机控制单元相连的电磁阀。
3.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于所述第三空腔内设置有压力传感器。
4.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于所述第一空腔内设置有用于检测柱塞与第一空腔侧壁之间相对位移的位移传感器。
5.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于所述第二空腔内设置有用于限制销钉缩入深度的限位凸台。
6.根据权利要求2或3或4或5所述的可变气门升程机构，其特征在于所述每个凸轮均包括对应于柱塞位置的中央凸轮和对应于气门挺柱壳体的边缘凸轮，所述中央凸轮和边缘凸轮具有相同的基圆位置；所述中央凸轮具有中央桃尖，所述边缘凸轮具有边缘桃尖，且中央桃尖的高度小于边缘桃尖的高度。
7.根据权利要求6所述的可变气门升程机构，其特征在于所述凸轮包括进气凸轮和排气凸轮，其中进气凸轮对应每个汽缸均设置有第一进气凸轮和第二进气凸轮，排气凸轮对应每个汽缸均设置有第一排气凸轮和第二排气凸轮；其中第一进气凸轮和第一排气凸轮的中央桃尖的高度与基圆相同；第二进气凸轮和第二排气凸轮的中央桃尖的高度大于基圆的高度。
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- 2011-05-24 CN CN2011101352150A patent/CN102278162A/zh active Pending
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