CN103244230A - 车辆、发动机及其可变气门升程装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆、发动机及其可变气门升程装置。该可变气门升程装置包括气门机构、凸轮轴机构、摆臂机构和调节机构。其中气门机构的顶部设置有滚子摇臂，凸轮轴机构设在气门机构的上方，摆臂机构设在滚子摇臂与凸轮轴机构之间且由凸轮驱动摆臂机构绕摆臂机构的摆臂旋转轴线摆动。调节机构包括调节轴和驱动组件，调节轴的外面偏心地套设有偏心轮，驱动组件用于驱动调节轴绕调节轴的中心轴线转动，以便偏心轮驱动摆臂机构绕摆臂机构的调整旋转轴线转动。本发明的可变气门升程装置可以连续可变地调节气门升程，且结构简单、稳定性高。

Description

车辆、发动机及其可变气门升程装置

技术领域

本发明涉及汽车构造领域，尤其是涉及一种用于发动机的可变气门升程装置，以及包括其的发动机和包括该发动机的车辆。

背景技术

随着环境问题和能源问题越来越严峻，内燃机作为世界石油能源的主要“消费者”首当其冲受到特别的关注，内燃机是目前全世界应用最为广泛的动力机械，短时间内是不可替代的，所以如何使内燃机越来越清洁，并且经济性越来越好，是近些年全球各大汽车厂商努力追求的目标。

传统汽油发动机通过改变节气门调节进气量的大小来使发动机输出不同的功率和扭矩，在小负荷工况下，节气门开度很小，发动机进气量比较小，节气门后会产生很大的真空，这就是所说的泵气损失，泵气损失对发动机低速的影响非常大。

而且，传统发动机的配气相位一般基于某一固定工况范围，由发动机性能的局部优化而确定，在工作过程中固定不变，只是一开一关循环往复，气门运动规律完全由凸轮型线决定。

虽然，现有技术中也出现了一些采用可变气门升程技术的发动机，但是这些可变气门升程结构复杂，控制繁琐，且大多数为两段式，不能实现气门升程的连续可变，实用性较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于发动机的可变气门升程装置，该可变气门升程装置可以连续可变地调节气门升程，且结构简单、稳定性高。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述可变气门升程装置的发动机，该发动机的气门升程连续可变，从而提高了发动机的燃烧效率。

本发明的再一个目的在于提出一种具有上述发动机的车辆，该车辆的发动机燃烧效率高，从而车辆的动力性能好。

根据本发明第一方面实施例的用于发动机的可变气门升程装置，包括：气门机构，所述气门机构的顶部设置有滚子摇臂；凸轮轴机构，所述凸轮轴机构设在所述气门机构的上方，所述凸轮轴机构包括凸轮轴和套设在所述凸轮轴外面的凸轮；摆臂机构，所述摆臂机构设在所述滚子摇臂与所述凸轮轴机构之间且由所述凸轮驱动所述摆臂机构绕所述摆臂机构的摆臂旋转轴线摆动；以及调节机构，所述调节机构包括：调节轴，所述调节轴的外面套设有偏心轮，所述偏心轮的中心轴线与所述调节轴的中心轴线平行且彼此间隔开，所述偏心轮贴合在所述摆臂机构上；以及驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述调节轴绕所述调节轴的中心轴线转动，以便所述偏心轮驱动所述摆臂机构绕所述摆臂机构的调整旋转轴线转动，以连续可变地调节所述气门机构的升程；其中，所述摆臂旋转轴线与所述调整旋转轴线平行且彼此间隔开。

根据本发明实施例的用于发动机的可变气门升程装置，可以根据发动机的不同工况要求实现气门升程的连续可调，从而很好地解决了发动机在高速负荷工况和低速负荷工况对配气的要求，降低了低速负荷工况下的泵气损失和机械损失，同时还实现了气门升程的连续可变，进而提高了发动机的工作效率。

另外，根据本发明实施例的用于发动机的可变气门升程装置，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述摆臂机构包括：

摆臂框架，所述摆臂框架形成这样的型面，所述型面与所述滚子摇臂配合且所述型面构造成适于获得所需的气门升程；

第一滚子，所述第一滚子通过贯穿所述第一滚子的第一滚轴设在所述摆臂框架的一端，其中所述偏心轮贴合在所述第一滚子；

第二滚子，所述第二滚子通过贯穿所述第二滚子的第二滚轴设在所述摆臂框架的另一端，其中所述凸轮贴合在所述第二滚子上；以及

连杆，所述连杆的一端套设在所述第一滚轴上且所述连杆的所述一端相对所述第一滚轴可转动，所述连杆的另一端套设在所述凸轮轴上且所述连杆的所述另一端相对所述凸轮轴可转动。

根据本发明的一个实施例，所述摆臂框架、所述第一滚子、所述第二滚子、所述连杆以及所述偏心轮均为两个。

根据本发明的一个实施例，两个所述偏心轮的形状不同。因此，在调节轴转动时，两个偏心轮驱动相应摆臂机构摆动的角度不同，而摆臂机构上的型面可以是一致的，这样就实现了两个气门机构升程不同的目的，从而使油气混合物更加均匀，提高发动机的燃烧效率。

根据本发明的一个实施例，所述第一滚子的外周面上构造有环形的限位凹槽，其中所述偏心轮配合在所述限位凹槽内。

根据本发明的一个实施例，所述第一滚轴的两端设置有用于限制所述第一滚轴轴向移动的卡簧。

根据本发明的一个实施例，所述摆臂框架包括：

平行且彼此间隔开的第一壁和第二壁；

连接在所述第一壁底部和所述第二壁底部的连接壁，其中所述型面形成在所述连接壁的底面上；

第一加强结构，所述第一加强结构连接在所述第一壁与所述第二壁之间且邻近所述第一滚子；以及

第二加强结构，所述第二加强结构连接在所述第一壁与所述第二壁之间且邻近所述第二滚子。

根据本发明的一个实施例，所述驱动组件包括蜗轮、与所述蜗轮配合的蜗杆以及驱动器，所述蜗轮套设且固定在所述调节轴的外面，所述驱动器与所述蜗杆相连。

根据本发明第二方面实施例的发动机，包括根据本发明上述第一方面的用于发动机的可变气门升程装置。

根据本发明第三方面实施例的车辆，包括根据本发明上述第二方面的发动机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的用于发动机的可变气门升程装置的爆炸图；

图2是图1中所示的可变气门升程装置的侧视图；

图3是根据本发明一个实施例的摆臂机构的示意图，其中未示出连杆；

图4是图3中所示的摆臂机构的侧视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

发动机机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构以及各系统装配的基体。机体组主要由气缸体、缸盖、汽缸盖衬垫以及油底壳等组成，油底壳一般设在气缸体的底部，缸盖设在气缸体的顶部，汽缸盖衬垫设在气缸体的顶面与缸盖的底面之间，用于密封二者之间的间隙。

缸盖与活塞顶部和气缸一起形成燃烧室，燃烧室的顶部具有进气口和排气口，气门机构1穿设在缸盖内且封闭进气口和排气口。对于现有的一般发动机而言，多采用两进两出的气门机构1，少数也有采用一进一出或三进两出的气门机构1。

对同一发动机而言，一般都具有多种不同的工况，例如低速小负荷工况、高速大负荷工况等，当发动机处于低速小负荷工况下，发动机的动力和扭矩的输出相对较低，因此进入燃烧室内的空气可相对较少，而在发动机处于高速大负荷工况下，发动机的动力和扭矩的输出相对偏高，因此需要更多的空气进入燃烧室内以与更多的燃油燃烧。

本发明实施例的用于发动机的可变气门升程装置能够实现气门升程特别是进气门升程的连续可变，从而可根据发动机所处的不同工况来智能调节气门升程，保证燃烧室内的空气与燃油充分燃烧，提高发动机的动力性能和燃油经济性。

下面参考图1-图4详细描述根据本发明第一方面实施例的用于发动机的可变气门升程装置100。

如图1所示，根据本发明一个实施例的可变气门升程装置100，包括气门机构1、凸轮轴机构2、摆臂机构和调节机构。

气门机构1的顶部设置有滚子摇臂11，滚子摇臂11摆动可带动下方的气门机构1绕其自身的中心线作上下往复直线运动，从而打开或关闭燃烧室的进气口或排气口。

凸轮轴机构2设在气门机构1的上方，凸轮轴机构2包括凸轮轴21和套设在凸轮轴21外面的凸轮22。凸轮轴机构2可由发动机的曲轴驱动，凸轮轴机构2与曲轴可采用齿轮传动、链传动或带传动。

如图1和图2所示，摆臂机构设在滚子摇臂11和凸轮轴机构2之间且由凸轮22驱动摆臂机构绕摆臂机构的摆臂旋转轴线摆动。根据本发明的一个实施例，该摆臂旋转轴线可以是下面将要提到的第一滚轴33的中心轴线。

如图1和图2所示，调节机构包括调节轴41和驱动组件43，调节轴41的外面套设有偏心轮42，偏心轮42的外周面可以是圆环形面，偏心轮42可以通过键槽结构刚性固定至调节轴41上。偏心轮42的中心轴线与调节轴41的中心轴线平行且彼此间隔开，换言之，偏心轮42偏心地套设在调节轴41上。其中，偏心轮42贴合在摆臂机构上，偏心轮42用于驱动摆臂机构动作。

驱动组件43用于驱动调节轴41绕调节轴41的中心轴线转动，以便偏心轮42驱动摆臂机构绕摆臂机构的调整旋转轴线转动，以连续可变地调节气门机构1的升程。换言之，驱动组件43驱动调节轴41转动，调节轴41带动偏心轮42转动，偏心轮42驱动摆臂机构绕调整旋转轴线转动，从而连续可变地调节气门升程，提高发动机的燃烧效率，增加燃油经济性和动力性能。

其中，摆臂旋转轴线与调整旋转轴线平行且彼此间隔开。根据本发明的一个实施例，调整旋转轴线可以是凸轮轴21的中心轴线。

这里，需要说明的是，在本发明的描述中，如没有特殊说明，以气门机构1为进气门为例进行说明。当然，可以理解的是，该气门机构1也可为排气门，即该气门升程装置也可用于调节排气门的升程。

根据本发明实施例的用于发动机的可变气门升程装置，可以根据发动机的不同工况要求实现气门升程的连续可调，从而很好地解决了发动机在高速负荷工况和低速负荷工况对配气的要求，降低了低速负荷工况下的泵气损失和机械损失，同时还实现了气门升程的连续可变，进而提高了发动机的工作效率。

根据本发明的一个实施例，如图1、图3和图4所示，摆臂机构包括摆臂框架31、第一滚子32、第二滚子34和连杆36。其中摆臂框架31形成有这样的型面316，该型面316与滚子摇臂11配合且该型面316构造成适于获得所需的气门升程。

例如，型面316可以根据发动机的不同工况预先计算出型面316的线型，这样当发动机以某一工况运转时，型面316上具有适于与该工况下最适于驱动滚子摇臂11的线型部分，从而使得气门机构1的升程量适宜，保证燃烧室内进入充足且适宜的空气量，以便于燃油充分燃烧，提高发动机的动力输出和燃油经济性。

具体地，例如将型面316构造成具有零升程型面、小升程型面和大升程型面，这样可以根据发动机不同工况来调节型面316与滚子摇臂11的接触配合位置，从而改变气门升程，获得理想的升程量，进而提高发动机的动力性能和燃油经济性。

如图3和图4所示，第一滚子32通过贯穿第一滚子32的第一滚轴33设在摆臂框架31的一端，换言之，第一滚子32绕着第一滚轴33的中心轴线可旋转地设在摆臂框架31的一端，其中偏心轮42贴合在第一滚子32上。

如图3和图4所示，第二滚子34通过贯穿第二滚子34的第二滚轴35设在摆臂框架31的另一端，换言之，第二滚子34绕着第二滚轴35的中心轴线可旋转地设在摆臂框架31的另一端，其中凸轮22贴合在第二滚子34上。

如图1和图2所示，连杆36的一端套设在第一滚轴33上且连杆36的该一端相对第一滚轴33可转动，例如连杆36的该一端可形成有通孔，第一滚轴33与该一端的通孔可间隙配合。同样，连杆36的另一端套设在凸轮轴21上且连杆36的该另一端相对凸轮轴21可转动，例如连杆36的该另一端可形成有通孔，第一滚轴33与该另一端的通孔可间隙配合。

根据本发明的一个实施例，可变气门升程装置100具有两个摆臂框架31、两个第一滚子32、两个第二滚子34、两个连杆36以及两个偏心轮42，换言之，该实施例中的可变气门升程装置100适用于具有双进气口的气缸。当然，可以理解的是，在该实施例中，气门机构1、滚子摇臂11、第一滚轴33和第二滚轴35也对应为两个。

进一步，在该实施例中，两个偏心轮42的形状不同，因此，在调节轴41转动时，两个偏心轮42驱动相应摆臂机构摆动的角度不同，而摆臂机构上的型面316可以是一致的，这样就实现了两个气门机构1升程不同的目的，从而使油气混合物更加均匀，提高发动机的燃烧效率。

具体而言，由于两个偏心轮42的形状是不同的，因此每个气门机构1打开相应进气口的打开时刻、关闭时刻以及持续时间可以都是不同的。对于本领域的普通技术人员而言，可根据实际需要灵活设置两个偏心轮42的形状以便发动机获得更佳的燃烧效率。

如图1和图3所示，第一滚子32的外周面上构造有环形的限位凹槽321，其中偏心轮42配合在限位凹槽321内。由于调节轴41是可以固定在缸盖上的，因此通过偏心轮42与限位凹槽321的配合限位，实现了对摆臂机构的轴向限位，防止摆臂机构轴向自由移动。

根据本发明的一个实施例，第一滚轴33的两端设置有用于限制第一滚轴33轴向移动的卡簧。通过设置卡簧，实现了对第一滚轴33的轴向限位，防止第一滚轴33相对第一滚子32或摆臂框架31轴向移动。其中，这里的轴向指的是平行于第一滚轴33的中心轴线的方向。

如图3和图4所示，摆臂框架31包括第一壁311、第二壁312、连接壁313、第一加强结构314和第二加强结构315，其中第一壁311和第二壁312平行且彼此间隔开，连接壁313连接在第一壁311底部和第二壁312底部之间，其中所述型面316形成在所述连接壁313的底面上。摆臂框架31优选一体铸造成型，这样可以增加摆臂框架31的刚度与强度，提高摆臂框架31的寿命，同时简化制造工艺。

如图3所示，第一加强结构314连接在第一壁311与第二壁312之间且邻近第一滚子32，第二加强结构315连接在第一壁311与第二壁312之间且邻近第二滚子34。通过设置第一加强结构314和第二加强结构315可以大大增加摆臂框架31的整体强度，提高摆臂框架31的寿命。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，驱动组件43包括蜗轮431、与蜗轮431配合的蜗杆421以及驱动器，蜗轮431套设且固定在调节轴41的外面，驱动器与蜗杆421相连以驱动蜗杆421转动，驱动器可以是电机。

根据本发明一个实施例的可变气门升程装置100，如图1所示，凸轮轴21带动凸轮22绕着凸轮轴21的中心轴线旋转，凸轮22与第二滚子34配合且通过第二滚子34驱动摆臂机构整体绕着摆臂机构的摆臂旋转轴线（第一滚轴33的中心轴线）摆动，摆臂机构底部的型面316与滚子摇臂11配合且通过滚子摇臂11驱动气门机构1沿气门机构1的中心线上下往复运动。

当需要调节气门机构1的升程时，驱动电机工作驱动蜗杆421旋转，蜗杆421驱动蜗轮431转动，蜗轮431带动调节轴41绕着调节轴41的中心轴线转动一定角度，偏心轮42与调节轴41是偏心设置的，偏心轮42驱动摆臂机构绕着调整旋转轴线（凸轮轴21的中心轴线）转过一定角度，从而改变型面316与滚子摇臂11的接触配合位置，进而改变气门升程。

下面简单描述根据本发明第二方面实施例的发动机。

根据本发明一个实施例的发动机，包括根据本发明上述第一方面实施例的用于发动机的可变气门升程装置100。

需要说明的是，根据本发明实施例的发动机的其他机构例如曲柄连杆机构、缸体、缸盖、油底壳等均已为现有技术，且为本领域的普通技术人员所熟知，因此这里不再一一详细描述。

下面简单描述根据本发明第三方面实施例的车辆。

根据本发明一个实施例的车辆，包括根据本发明上述第二方面实施例的发动机。

根据本发明一个实施例的车辆可以是汽车、客车、卡车、货车等。

需要说明的是，根据本发明一个实施例的车辆的其他结构例如变速器、差速器、减速器等均已为现有技术，且为本领域的普通技术人员所熟知，因此这里不再一一详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，包括：

气门机构，所述气门机构的顶部设置有滚子摇臂；

凸轮轴机构，所述凸轮轴机构设在所述气门机构的上方，所述凸轮轴机构包括凸轮轴和套设在所述凸轮轴外面的凸轮；

摆臂机构，所述摆臂机构设在所述滚子摇臂与所述凸轮轴机构之间且由所述凸轮驱动所述摆臂机构绕所述摆臂机构的摆臂旋转轴线摆动；以及

调节机构，所述调节机构包括：

调节轴，所述调节轴的外面套设有偏心轮，所述偏心轮的中心轴线与所述调节轴的中心轴线平行且彼此间隔开，所述偏心轮贴合在所述摆臂机构上；以及

驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述调节轴绕所述调节轴的中心轴线转动，以便所述偏心轮驱动所述摆臂机构绕所述摆臂机构的调整旋转轴线转动，以连续可变地调节所述气门机构的升程；

其中，所述摆臂旋转轴线与所述调整旋转轴线平行且彼此间隔开。

2.根据权利要求1所述的用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，所述摆臂机构包括：

摆臂框架，所述摆臂框架形成这样的型面，所述型面与所述滚子摇臂配合且所述型面构造成适于获得所需的气门升程；

第一滚子，所述第一滚子通过贯穿所述第一滚子的第一滚轴设在所述摆臂框架的一端，其中所述偏心轮贴合在所述第一滚子；

第二滚子，所述第二滚子通过贯穿所述第二滚子的第二滚轴设在所述摆臂框架的另一端，其中所述凸轮贴合在所述第二滚子上；以及

连杆，所述连杆的一端套设在所述第一滚轴上且所述连杆的所述一端相对所述第一滚轴可转动，所述连杆的另一端套设在所述凸轮轴上且所述连杆的所述另一端相对所述凸轮轴可转动。

3.根据权利要求2所述的用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，所述摆臂框架、所述第一滚子、所述第二滚子、所述连杆以及所述偏心轮均为两个。

4.根据权利要求3所述的用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，两个所述偏心轮的形状不同。

5.根据权利要求2所述的用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，所述第一滚子的外周面上构造有环形的限位凹槽，其中所述偏心轮配合在所述限位凹槽内。

6.根据权利要求2所述的用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，所述第一滚轴的两端设置有用于限制所述第一滚轴轴向移动的卡簧。

7.根据权利要求2所述的用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，所述摆臂框架包括：

平行且彼此间隔开的第一壁和第二壁；

连接在所述第一壁底部和所述第二壁底部的连接壁，其中所述型面形成在所述连接壁的底面上；

第一加强结构，所述第一加强结构连接在所述第一壁与所述第二壁之间且邻近所述第一滚子；以及

第二加强结构，所述第二加强结构连接在所述第一壁与所述第二壁之间且邻近所述第二滚子。

8.根据权利要求2所述的用于发动机的可变气门升程装置，其特征在于，所述驱动组件包括蜗轮、与所述蜗轮配合的蜗杆以及驱动器，所述蜗轮套设且固定在所述调节轴的外面，所述驱动器与所述蜗杆相连。

9.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的用于发动机的可变气门升程装置。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的发动机。

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