CN103032128A

CN103032128A - 一种新型可变气门升程机构

Info

Publication number: CN103032128A
Application number: CN2013100074053A
Authority: CN
Inventors: 孙凯; 阮登芳; 梁涛; 聂玉洁; 廖聪祥
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明的名称是一种新型可变气门升程机构，属于汽车发动机配气控制技术领域。主要由摇臂、摇臂轴、连接件、摇臂导轨、蜗轮、蜗杆、驱动电机、电控单元（ECU）等组成。通过蜗轮蜗杆和螺旋传动机构改变摇臂轴的位置，在凸轮和气门相对位置不变的情况下改变配气机构的摇臂比，实现气门升程的改变。机构能根据发动机的工况适时地调整气门升程，使发动机获得最佳的充气效率和最小的泵气损失，提高了发动机的经济性。功用的实现是通过机械传动方式，具有较高的运动稳定性和工作可靠性，能够精确地控制气门升程。在单独改变气门升程的同时，能保持发动机气门的正时和开启持续期不变。本发明具有加工制造方便、结构紧凑和运行可靠等特点。

Description

一种新型可变气门升程机构

技术领域

本发明的名称是一种新型可变气门升程机构，属于汽车发动机配气控制技术领域。

背景技术

节约能源，控制有害排放，已成为内燃机技术发展的主导方向。传统气门驱动系统具有一定局限性，其凸轮型线在出厂时即已经固定，无法在发动机运行过程中调节气门的升程，发动机的性能难以在各种工况下都达到最优。可变气门升程（Variable Valve Lift 简称VVL）机构能根据发动机的工况适时地调整气门升程，使发动机在各种工况条件下都能获得最佳的充气效率和最小的泵气损失，解决了高转速与低转速、大负荷与小负荷下发动机的动力性与经济性的矛盾，并可在一定程度上改善发动机的废气排放。目前，可变气门升程技术已成为提高发动机性能的关键技术之一。

目前将无极可变气门升程控制系统使用在量产车上的厂商主要有三家，分别是宝马，英菲尼迪和菲亚特。宝马的Valvetronic机构在进气凸轮轴和摇臂之间增加了中间摇杆，并且在凸轮轴与传统摇臂间加装了一根偏心凸轮轴。传动机构驱动偏心凸轮轴发生旋转。偏心凸轮轴旋转的角度不同，凸轮轴通过中间推杆和摇臂顶动气门产生不同的升程。其缺点主要是由于机构中利用扭转弹簧保持机构中各零件的紧密联接，扭转弹簧受到极限转速的限制，发动机获得高转速较为困难。英菲尼迪的工作原理与宝马的Valvetronic机构相似，保留了节气门，机构复杂，对极限性能提升的帮助较小。菲亚特取消了传统的凸轮轴机械传动方式，通过液压系统来完成对气门升程的调节，但液压系统的质量稳定性不高，同时对电控液压机构的可靠性提出了苛刻的要求。因此，有必要对现有的连续可变气门升程机构进行重新设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型机械式可变气门升程机构。机构在改变发动机气门升程时保持气门正时和开启持续期不变。机构功用的实现是是质量稳定性和工作可靠性，能够精确地控制气门升程;通过机械传动方式，具有较高的运动稳定性和工作可靠性，能够精确地控制气门升程。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

主要由凸轮1、挺柱2、摇臂3、摇臂轴4、气门5、调节螺钉6、导向块7、垫片8、连接件9、摇臂轴导轨10、传感器11、蜗轮12、推力角接触球轴承13、蜗杆14、驱动电机15、电控单元（ECU）16组成的一种新型可变气门升程机构。其特点在于：在保持凸轮1和气门5相对机体位置不变的条件下，通过使摇臂轴4沿摇臂轴导轨10横向移动来改变摇臂比，从而改变气门5的升程。

摇臂3与挺柱2接触一端的导向块7底面是平面，即在摇臂轴4发生横向移动时，摇臂3与凸轮1间的传动不受影响。机构中采用不同厚度的垫片8来实现气门间隙的调整；通过设计两颗调节螺钉6，保证机构在工作过程中时，导向块7与摇臂相对位置不变。摇臂3与气门5接触一端的底面是平面，在摇臂轴4移动时，气门间隙大小不变。通过上述摇臂3两端的独特设计，确保在改变气门升程时，机构具有良好的运动稳定性。

摇臂轴导轨10位置固定，与连接件9之间为移动副连接。摇臂轴4嵌入连接件9中的部分与连接件9之间属于过盈配合，保证了摇臂轴4不能发生纵向和垂直方向的运动，只能通过连接件9带动摇臂轴4作横向移动。蜗轮12中心钻有螺纹孔，连接件9螺纹杆端与蜗轮12之间是属于具有自锁功用的螺旋传动。蜗轮12两端轮毂与推力角接触球轴承13内圈属于过盈配合，推力角接触球轴承13对蜗轮12有轴向和径向定位作用，使得蜗轮12只能相对于机体发生转动，而不能有任何方向的移动。驱动电机15输出端与蜗杆14固定连接。在摇臂导轨内装有传感器11，能够实时地将摇臂轴4在摇臂轴导轨上所处的位置反馈给电控单元（ECU）16。

本发明与现有技术相比具有以下特点：（1）利用蜗轮蜗杆传动和螺旋传动具有的自锁功能来保证摇臂轴位置的锁死，即当驱动电机停止工作时，摇臂轴在摇臂导轨上的位置固定，机构的升程保持不变；（2）利用蜗杆单级传动可获得较大的传动比、传动平稳、噪声小等优点，使传动机构具有较高的稳定性和工作可靠性；（3）机构通过改变摇臂比的方式实现气门升程的变化，能保持发动机的气门正时和开启持续期不变。

附图说明

图1为本发明机构示意图，图2为导轨和螺旋传动部分结构示意图，图3为挺柱-摇臂-气门机构结构示意图，图4为机构所能实现的升程曲线与基本升程曲线的比较。

其中：

1-凸轮；2-挺柱；3-摇臂；4-摇臂轴；5-气门；6-调节螺钉；7-导向块；8-垫片；9-连接件；10-摇臂导轨；11-传感器；12-蜗轮；13-推力角接触球轴承；14-蜗杆；15-驱动电机；16-电控单元（ECU）。

具体实施方式

以下结合说明书附图中的图1、图2、图3、图4对本发明具体实施进行详细说明。

本发明主要由凸轮1、挺柱2、摇臂3、摇臂轴4、气门5、调节螺钉6、导向块7、垫片8、连接件9、摇臂轴导轨10、传感器11、蜗轮12、推力角接触球轴承13、蜗杆14、驱动电机15、电控单元（ECU）16组成。通过摇臂轴4在摇臂轴导轨10上的左右移动来改变配气机构的摇臂比，摇臂3与挺柱2和气门5的接触面均为平面，在摇臂轴4发生横向移动时，摇臂两端传动受影响较小，在保持气门正时和开启持续期不变的条件下，单独改变气门5的升程，其气门升程—曲轴转角曲线上各曲轴转角对应的升程按比例放大。

本发明的工作过程如下：在发动机正常工作过程中，当工况发生变化时，电控单元ECU根据来自发动机的功率、转速及摇臂轴4位置等传感器11的信号，按照一定的控制策略对驱动电机15发出动作信号，使其带动蜗杆14转动，蜗轮12随之发生转动，通过推力角接触球轴承13的定位和蜗轮12与连接件9之间螺旋传动的作用，使连接件9带动摇臂轴4移动，从而使气门5的升程发生变化。电控单元ECU根据传感器11反馈的信号，判断驱动电机15的动作电位，进而使摇臂轴4处在合理的位置，达到发动机所需气门5的升程与工况的最佳参数匹配。当摇臂轴4达到所需最佳位置时，驱动电机15停止工作，由于机构具有自锁功能，摇臂轴4位置固定不变，气门5的升程曲线保持不变。

Claims

1.一种新型可变气门升程机构，主要由凸轮1、挺柱2、摇臂3、摇臂轴4、气门5、调节螺钉6、导向块7、垫片8、连接件9、摇臂轴导轨10、传感器11、蜗轮12、推力角接触球轴承13、蜗杆14、驱动电机15、电控单元（ECU）16等组成，其特征在于：在保持凸轮1和气门5相对于机体位置不变的条件下，通过使摇臂轴4沿摇臂轴导轨10横向移动来改变摇臂比，从而改变气门5的升程。

2.如权利要求1所述新型可变气门升程机构，其特征在于，摇臂3与挺柱2和气门5的接触面均为平面，在摇臂轴4发生横向移动时，摇臂3与凸轮1和气门5间的传动不受影响，从而保证在改变气门升程时，机构具有良好的运动稳定性且气门正时不变。