CN102678221A - 双连杆全可变气门正时和升程机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双连杆全可变气门正时和升程机构，是内燃机领域中驱动气门的机构之一，能够使气门的升程和正时独立控制，可连续调节气门持续开启时间和升程，从而达到优化气门控制的目的。现有技术的可变气门正时和升程机构不能够使气门的正时控制和升程控制分离，造成调节气门正时会对气门升程产生有害影响。本发明采用双连杆的方法，使调节气门正时和升程转换为调节支点在平面空间上一个面积不为零的区域中的位置，从而可以提供气门正时和升程近似的独立控制的能力，可以连续调节气门持续开启时间和升程，因此优化的气门控制。由三连杆结构简化而成的双连杆机构有三种应用形式，因此具有三种类似作用的机构。

Description

双连杆全可变气门正时和升程机构

技术领域

本发明涉及一种双连杆全可变气门正时和升程机构，是内燃机领域中驱动气门的机构之一，能够使气门的升程和正时独立控制，可连续调节气门持续开启时间和升程，从而达到优化气门控制的目的。 

背景技术

内燃机的气门驱动采用连续可变气门正时可以提高内燃机气缸的充气率，提高功率和效率，降低气缸工作温度，降低内燃机的污染排放。内燃机的进气门驱动采用连续可变气门升程技术可以提高内燃机的进气效率，降低油耗，提高内燃机对油门的响应速度。 

公开号CN101149000A名为内燃机的可变气门驱动机构的专利中，气门的正时和升程是相互关联的，即气门打开的持续时间与气门打开的升程是成比例关系，但由此带来的问题是不能很好兼顾可变气门正时和可变气门升程这两种调节的优点。 

如果能够将连续可变气门正时与升程结合在一切，并可以做到相对独立调节，那么将能够提高内燃机的实际使用效果。 

发明内容

本专利为改进上述不足作出新的解决方案，发本发明提供这样一种双连杆全可变气门正时和升程机构，包括：高角度凸轮轴，所含的凸轮角度对应曲轴角度可以满足内燃机最高转速时对气门持续开启时间的最佳要求；双连杆，由二根连杆相连，二者的静态角度可以受控改变，动态角度在所述高角凸轮推动下周期改变；平面支点机构，连接在所述双连杆中一根连杆端点上，可以控制此端点在所述双连杆运动平面上的一个面积大于零的区域中任意移动；摆杆，一端固定，另一端有弧面和突起，与所述双连杆中处与所述平面支点机构相连的连杆之外的另一个连杆相连，可以在摆动时推动气门打开和控制气门关闭；凸轮摆杆，一端固定，另一端有滚轮，滚轮与凸轮接触，同时与所述双连杆的连接点接触；弹簧，连接在所述双连杆上任意一个靠近双连杆连接点的位置，为全可变气门正时和升程机构提供回复力，弹簧的弹力方向与凸轮摆杆的方向垂直。 

附图说明

图1是示意图，示出了双连杆全可变气门正时和升程机构个部件之间的位置和连接关系。 

图2是另一个角度视图的示意图，示出了机构偏心轮轴与支点轴的连接。 

图3是平面支点区域绘制示意图，示出了气门保持最大升程时，连续可变持续开启时间的控制线的绘制方法，也就是最大等升程线。 

图4是平面支点区域绘制示意图，示出了最小全油门气门持续开启时间的控制点的绘制方法，以及等初始位置线的绘制。 

图5是平面支点区域绘制示意图，示出了最大正时点的绘制方法。 

图6是平面支点区域绘制示意图，示出了零升程曲线的绘制方法。 

图7是一种变形机构的示意图，示出了双连杆变冲程作用三种不同形式的综合体。 

具体实施方式

下面将参考附图来叙述一个例示性实施例。所有图中均未示出控制机构的驱动机构，也未示出凸轮轴的完整驱动机构，因此部分并不存在设计困难，使用公知的机械结构即可，凸轮的轴由通常的链条被曲轴所驱动，控制机构的驱动可使用液压或电机系统完成。 

参考附图1，凸轮摆杆7一段固定在偏心轮轴5上，另一端有滚轮，滚轮与凸轮轴1接触。连杆9和连杆10的一端以及滚轮11共同连接在一个支点轴上，此轴同时也连接在偏心轮连杆21上。连杆9距离连杆10较近的位置连接有弹簧3，弹簧的另一端固定在固定座4上，而固定座4是固定在气缸盖上的。凸轮摆杆7的一个侧面接触滚轮11，而连杆10的另一端连接在摆杆6上。摆杆6的一端固定在第一偏心轮轴5上，另一端是平滑的弧面和突起，弧面和接触滚轮13，滚轮13通过轴14与滚轮摇臂15相连。当摆杆6的突起接触滚轮13时就可以推动滚轮摇臂15，因为液压挺柱20是固定在气缸盖上的，因此气门19被打开。连杆9的另一端与偏心轮连杆12相连，偏心轮连杆12连接在第二偏心轮轴22上的偏心轮8。连杆9和10的在任意状态下的夹角皆小于180度。弹簧3的弹力方向与凸轮摆杆7的方向垂直。 

参考附图2，第一偏心轮轴5上有一个偏心轮16，连接一个偏心轮连杆21。偏心轮连杆21上的一个孔连接着支点轴17，轴17同时也连接着偏心轮连杆12，偏心轮连杆12连接第二偏心轮轴22上的偏心轮8。同时，第一偏心轮轴5固定摆杆6和凸轮摆杆7，使它们绕第一偏心轮轴5转动。 

参考附图1和2，偏心轮轴8和16的联合调节，使支点轴17在一个平面而非一条线上移动，从而改变了连杆9和10角度和空间位置。这种改变有二个效果，一是推动了摆杆6使其在未推动气门的运动初始位置发生变化；另一个效果是改变了连杆9和10的在运动初始位置时的夹角，夹角的变化导致凸轮1推动凸轮摆杆带动连杆9和10改变夹角的过程中摆杆6的摆动角度大小。于是对于摆杆而言，摆动的初始位置和摆动角度大小都可以调节，就可以相应调节气门的持续开启时间和升程。 

支点轴17的位置使用偏心轮轴来控制，控制方法也就是支点轴17位置所在区域的确定方法如下：

参考附图3，首先将凸轮1设定在最大推程的角度，调整摆杆6使滚轮摇臂15摆动，气门升程达到最大，并固定凸轮1和摆杆6。调整支点轴17至最高点位置，使连杆9不会与凸 轮摆杆7碰撞。此时以滚轮11的中心为弧线的中心，弧线中心到支点轴17的轴心为半径画一条弧线R1。这条弧线的意义是：当支点轴17在这条弧线上时，无论在弧线的何种位置，保证气门升程最大且不变。因此此条弧线R1称作最大等升程线。此时的连杆9和10也是处于最大工作角度，此角度小于180度。 

参考附图4，在附图3的基础上，保持支点轴17位置不变，调整凸轮1的角度，使凸轮摆杆7释放摆杆6。此时保持滚轮11与凸轮摆杆7的接触，移动连杆9的路线使支点轴17始终在弧线R1上，直至摆杆6到达设计的摆动角最左边的位置，就如附图4所示的例子。此时支点轴17所在的位置23，可见连杆9和10的初始角度改变了，因此气门的持续开启时间也变化了。以此时以滚轮11的中心为弧线的中心，弧线中心到支点轴17的轴心为半径画一条弧线R2，条弧线是等初始位置线。此线上，无论支点轴17如何调整，只要不超过位置23，就不会导致气门开启。 

参考附图5，在附图4的基础上，令支点轴17沿弧线R1移动，直至摆杆6恰好刚刚推动滚轮摇臂15的位置，并命名为位置18。位置18的意义是气门持续开启时间最长的支点调节位置，也就是最大正时点。 

参考附图6，在附图5的基础上，调整凸轮1角度，使凸轮1推动凸轮连杆至最低处。摆杆6的位置在刚刚推动滚轮摇臂15的位置，此时再以滚轮11的中心为弧线的中心，弧线中心到支点轴17的轴心为半径画一条弧线R3。R3意义在于此条弧线上的任何支点调节位置，气门的升程都是零，称作零升程曲线。零升程曲线R3与等初始位置线R2相较于位置24。位置24的意义在于当支点轴17位于此处时，气门升程最低，气门持续开启时间最短，称作零升程零正时点。这样曲线R1、曲线R2和位置18至位置24的线段，构成了本实施例机构的平面支点调节区域。可以这样总结，位置18是内燃机处于最大油门和最高转速的调节位置，位置23是内燃机处于最大油门和最低转速的调节位置，位置24是内燃机处于最小油门和最低转速的调节位置。平面支点调节区域的大小与摆杆6一端的弧面的长度有关系，通常为了减小摆杆6的尺寸和重量，按照附图3到5所绘制的近似的三角形区域已经可以满足气门正时和升程控制的需要，此区域外的调节位置可以废弃不用。 

根据附图3至6所描绘的支点轴17位置变化的区域的边界的性质，可以据此根据需要调节支点轴17的位置，从而达到控制气门持续开启时间和升程的目的。 

参考附图7，是一种更为一般的情况，是一种双连杆全可变气门正时和升程机构的变形机构，在权利要求1所述机构的基础上，在凸轮摆杆7和双连杆9和10的连接点之间增加一个第三连杆23。变形机构连接于同一个轴的三根连杆所构成的机构，以及去除任何一个连杆，可以构成作用相似的机构，即可以构成三种双连杆机构。本质上说，双连杆是一种变冲程作用的机构，三根连杆相连是三种不同形式的双连杆的综合体。比如，综合体去除连杆23而后另凸轮摆杆7直接接触连杆9和10的连接处，做必要的修改就构成附图1至附图6的机构；又如，将连杆10去除，另连杆23与9的连接处直接接触摆杆6，做必要的修改和参数调整就构成另一种双连杆机构；再如，将连杆9去除，加一个可调位置和角度的斜面，就可构成与实施例有相似作用的机构。 

所有图中均未示出齿轮轴和偏心轮轴控制机构的驱动机构，也未示出凸轮轴的完整驱动机构，因此部分并不存在设计困难，使用公知的机械结构即可，凸轮的轴通常经过链条由曲轴所驱动，控制机构的驱动可使用液压或电机系统完成。 

总体而言，双连杆全可变气门正时和升程机构乃是利用双连杆在夹角不同时具有不同的改变往复运动行程的作用来工作的，同时支点杆的位置移动也会调节摆杆的初始位置，调节支点杆使之在一个面积不为零的区域中任意调节，从而达到近似的独立调节气门正时和升程的目的。双连杆的变冲程作用，可以构成三种相似的机构，都可以完成连续可变气门持续开启时间和升程的作用。 

上述叙述仅仅是用于解释本发明的例示性实施例，它不是排他的或将本发明限制与其公开的具体形式。本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明的范围内，可以做出各种改变以及其中的元素可用等同元素来替换。此外，可以做出很多修改以使特定情形或材料适用于本发明的主旨而不偏离实质范围。因此，本发明不限于作为构思实现本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明包括属于本发明范围的所有实施方式。在不偏离本发明的精神和范围内，本发明能够以具体解释和阐明的方式以外的其他方式实施。 

Claims (4)

1.一种双连杆全可变气门正时和升程机构，包括：高角度凸轮轴，所含的凸轮角度对应曲轴角度可以满足内燃机最高转速时对气门持续开启时间的最佳要求；双连杆，由二根连杆相连，二者的静态角度可以受控改变，动态角度在所述高角凸轮推动下周期改变；平面支点机构，连接在所述双连杆中一根连杆端点上，可以控制此端点在所述双连杆运动平面上的一个面积大于零的区域中任意移动；摆杆，一端固定，另一端有弧面和突起，与所述双连杆中的与所述平面支点机构相连的连杆之外的另一个连杆相连，可以在摆动时推动气门打开和控制气门关闭；凸轮摆杆，一端固定，另一端有滚轮，滚轮与凸轮接触，同时与所述双连杆的连接点接触；弹簧，连接在所述双连杆上任意一个靠近双连杆连接点的位置，为全可变气门正时和升程机构提供回复力，弹簧的弹力方向与双连杆任意一根连杆的方向近似垂直。

所述的一种双连杆全可变气门正时和升程机构，其特征在于所述凸轮摆杆、摆杆共轴。

2.如权利要求1所述的一种双连杆全可变气门正时和升程机构，其特征在于含有一种平面支点机构，含有：第一偏心轮轴，提供支点在半径方向上的移动；第二偏心轮轴，提供支点在角度方向上的移动；所述第一偏心轮轴和第二偏心轮轴所属的连杆，连接偏心轮轴和起支点作用的轴，支点轴连接所述双连杆。所述平面支点机构的特征在于，第一偏心轮轴的轴同时也是所述摆杆的固定轴，同时与凸轮摆杆共轴。

3.一种控制全可变气门正时和升程机构的控制方法，调整机构部件的位置，使支点在平面上描绘出一条最大等升程线，使在此线上支点无论如何运动气门升程最大且不变；调整机构部件的位置，使支点在平面上描绘出一条零升程线，使在此线上支点无论如何运动气门升程最小且不变；调整机构部件的位置，使支点在平面上描绘出一条等初始位置线，使在此线上支点无论如何调整所述摆杆的位置不变；调整机构部件的位置，使支点在平面上描绘出一个最大正时点，使支点在此点上时气门具有最大持续开启时间；零升程线与等初始位置线交于零升程零正时点；最大等升程线、等初始位置线、最大正时点与零升程零正时点的直线段构成一个面积大于零的平面区域，此区域内是支点变化的范围；控制如权利要求2所述的偏心轮轴一和偏心轮轴二的旋转角度，使支点位于所希望的所述平面区域内某一个点，即使气门具有某个升程和正时的位置。

4.一种双连杆全可变气门正时和升程机构的变形机构，在权利要求1所述机构的基础上，在凸轮摆杆和双连杆的连接点之间增加一个第三连杆。所述变形机构的特征在于连接于同一个轴的三根连杆所构成的机构，以及去除任何一个连杆，可以构成作用相似的机构，即可以构成三种双连杆机构。

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