CN103256090A - 一种无级可变气门升程机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级可变气门升程机构，可以包括摇臂、气门、驱动凸轮和挺柱，还可以包括用于驱动挺柱移动的挺柱位移驱动装置；其中挺柱与摇臂采用活动连接方式，挺柱可以在挺柱位移驱动装置的驱动下沿着摇臂长度方向移动，使得挺柱与摇臂的相对位置发生改变，从而改变摇臂的动力臂和阻力臂，最终改变被摇臂推动的所述气门的升程，实现无级可变气门升程。本发明能够解决了目前气门升程机构提升发动机性能不完全以及结构复杂、造价昂贵的问题。

Description

一种无级可变气门升程机构

技术领域

本发明涉及发动机气门设计领域，特别是涉及一种无级可变气门升程机构。

背景技术

对于传统的汽油发动机来说，气门升程量是固定不变的，发动机负荷的调节是通过控制节气门开度来实现的。这样的控制办法使得发动机存在着较大的泵气损失，特别是在部分负荷下，泵气损失更为严重，会很大程度的影响发动机的性能。

因此为解决上述问题，后来出现了可变配气机构，主要包括有可变气门正时VVT和可变气门升程VVL，均对发动机性能和燃油经济性有很大的改善作用。其中可变气门升程VVL能够根据发动机工况，调整气门升程，从而兼顾行车过程中发动机的各种转速范围的输出性能，提高发动机的燃油经济性。目前能够实现VVL的有本田汽车公司的VTEC、TOYOTA的VVT-i、BMW的Valvetronic等。但是这些机构多数只有两级或三级升程可变，需要在凸轮轴上设计两套或三套凸轮系统，通过切换凸轮改变气门升程，且切换机构复杂，如VTEC和VVT-i。另外，虽然电子气门技术Valvetronic实现了无级可变气门升程，但其机构复杂，空间要求大，不易于目前发动机小型化、轻量化的发展趋势。再就是这几种VVL机构也不易对现有的baseline发动机进行改装升级以提升发动机的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种无级可变气门升程机构，解决了目前气门升程机构提升发动机性能不完全以及结构复杂、造价昂贵的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无级可变气门升程机构，包括：

摇臂；

气门，被所述摇臂推动；

驱动凸轮，作用于所述摇臂以推动所述气门；

挺柱，作为所述摇臂的支点，用于支撑所述摇臂；所述挺柱与所述摇臂采用活动连接方式，并且所述挺柱在驱动力作用下沿着所述摇臂长度方向移动；

挺柱位移驱动装置，用于驱动所述挺柱移动，使得所述挺柱与所述摇臂的相对位置发生改变，从而改变所述摇臂的动力臂和阻力臂，最终改变被所述摇臂推动的所述气门的升程。

可选地，所述摇臂上用于与所述挺柱连接的部位开设有导向槽，所述导向槽沿所述摇臂的长度方向延伸，所述挺柱的端部设置在所述导向槽内，并在所述导向槽内滑动。

可选地，所述气门位于所述摇臂的第一端底侧；所述驱动凸轮在所述摇臂上的作用点位于所述摇臂的顶部中间位置；所述挺柱位于所述摇臂的底侧，并且是位于所述摇臂的第二端至所述驱动凸轮作用在所述摇臂的作用点之间。

可选地，所述挺柱位移驱动装置是以电机为动力的机械传动装置。

可选地，所述驱动凸轮固定设置在凸轮轴上。

可选地，所述摇臂上设有滚子轴承，用于与所述驱动凸轮滑动接触。

可选地，当所述挺柱离所述摇臂的第二端端部最近时，所述气门的升程量最小；

当所述挺柱离所述驱动凸轮作用在所述摇臂上的作用点最近时，所述气门的升程量最大。

可选地，所述摇臂的支点到其驱动力作用线的垂直距离为动力臂，所述驱动力由所述驱动凸轮提供；

所述摇臂的支点到其阻力作用线的垂直距离为阻力臂，所述阻力由所述摇臂推动所述气门时产生。

本发明至少存在以下有益技术效果：

1）、本发明是利用驱动装置连续改变作为摇臂支点的挺柱的位置，从而使得摇臂的动力臂和阻力臂发生改变，最终改变与摇臂相接触的气门的升程量，结构原理简单，操控方便快捷，实现无级可变气门升程，并且能够兼顾不同发动机工况下不同气门升程要求，提升发动机性能及提高发动机燃油经济性；

2）、本发明结构简单，仅仅对摇臂和挺柱连接部位的结构进行改进，并添加简单的挺柱位移驱动装置，既可实现无级可变气门升程，易于对现有的发动机进行改装、升级性能，并且不会对原发动机结构造成太大影响，也不需对凸轮等进行重新设计，节约成本；

3）、本发明摇臂上设有滚子轴承，使得与驱动凸轮之间的摩擦更小，操控效率更高；

4）、本发明的原理简单，采用杠杆原理；摇臂作为一个杠杆，挺柱作为支点，凸轮位置和气门位置是杠杆的两个活动端，通过挺柱位置的不断改变，从而改变两个活动端的力臂，最终实现气门升程量的无级可变。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图，其中能够看到导向槽；

图2同样为本发明实施例的结构示意图，其中不能看到导向槽；

图3为本发明实施例中摇臂与挺柱的配合示意图；

图4为本发明实施例的杠杆原理示意图；

其中：

1-驱动凸轮，2-摇臂，3-气门，4-挺柱，5-导向槽，6-挺柱驱动装置，7-凸轮轴，8-滚子轴承。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种无级可变气门升程机构，包括摇臂2。

气门3，气门3被摇臂2推动。

驱动凸轮1，作为驱动部件，作用于摇臂2以推动气门3；驱动凸轮1可以是固定设置在凸轮轴7上。

挺柱4，作为摇臂2的支点，用于支撑所述摇臂2，摇臂2的两端可以绕该支点转动。并且挺柱4与摇臂2采用活动连接方式，挺柱4可以在驱动力作用下沿着摇臂2长度方向移动。

挺柱位移驱动装置6（图1未示出），用于驱动挺柱4移动。

当挺柱4与摇臂2的相对位置发生改变时，即摇臂2的支点位置发生改变时，摇臂2的动力臂和阻力臂将发生改变，最终改变被摇臂2推动的所述气门3的升程。

本发明的结构原理简单，操控方便快捷，当挺柱4与摇臂2的相对位置连续改变时，即可实现无级可变气门升程，能够兼顾不同发动机工况下不同气门升程要求，提升发动机性能及提高发动机燃油经济性。

本发明的一个实施例中，挺柱4与摇臂2的具体结构和配合形式是如图1和图3中所示。其中摇臂2上用于与挺柱4连接的部位开设有导向槽5，导向槽5是沿摇臂2的长度方向延伸。挺柱4的对应端部设置在导向槽5内，所以挺柱4可以在挺柱位移驱动装置6的作用下在导向槽5内滑动。需要说明的是，在其他实施例中，上述的挺柱4与摇臂2的结构和配合方法还可以为其他多种，例如可以在摇臂2上与挺柱4连接的位置设置一个导轨，而在挺柱4对应端设有滑轮，也可改变挺柱4与摇臂2的相对位置。另外，本发明中挺柱位移驱动装置6也可以是多种结构形式，例如机械传动式，液压传动式等，甚至可以把挺柱位移驱动装置6与挺柱4设计为一体；本例中是优选该装置是以电机为动力的机械传动装置，具体结构不再赘述。

本发明结构简单，仅仅是对摇臂2和挺柱4连接部位的结构进行改进，并添加简单的挺柱位移驱动装置6，既可实现无级可变气门升程，易于对现有的发动机进行改装、升级性能，并且不会对原发动机结构造成太大影响，也不需对凸轮等进行重新设计，节约成本。

本发明的一个实施例中，本发明的各部件的位置关系以及整体结构形式是如图1、图2和图3所示。其中气门3位于摇臂2的第一端底侧。驱动凸轮1在摇臂2上的作用点位于摇臂2的顶部中间位置。挺柱4位于摇臂2的底侧，具体可以是位于摇臂2的第二端至驱动凸轮1作用在摇臂2的作用点之间。同样此处需要说明的是，在其他实施例中，上述的结构可以为其他布置方式，例如可以驱动凸轮1和气门3分别位于摇臂2两端，其中驱动凸轮1位于一端的顶部，气门3在另一端的底部，而挺柱4设计在摇臂2中间部位的底部，同样也是利用的杠杆原理，并且挺柱4位置的改变同样会影响两端的力臂，从而影响气门3升程量的大小。

本发明的一个实施例中，特别如图3所示，在摇臂2上驱动凸轮1的作用点处可以设有滚子轴承8，用于与驱动凸轮1滑动接触，使得与驱动凸轮2之间的摩擦更小，操控效率更高。

本发明的原理：

本发明是利用杠杆原理，提出了一种易于实现无级可变气门升程的机构。是通过改变传统的摇臂机构，在摇臂2上设计了一个导向槽5，将传统的摇臂2与挺柱4的单点固定配合，改为可移动配合，给挺柱4加装一个挺柱位移驱动装置6，可驱动挺柱4在摇臂2的导向槽5内移动，从而改变摇臂2支点，对同一凸轮轴7升程实现不同的气门升程。

具体如图4实施例的杠杆原理示意图所示。其中a为驱动凸轮1所在位置，b为摇臂2，c为气门3所在位置。图中L1表示驱动凸轮1的升程为0时，驱动凸轮1的力臂，即动力臂；本例中动力臂具体是摇臂2的支点到其驱动力作用线的垂直距离。L2表示驱动凸轮1的升程为0时，气门3的力臂，即阻力臂；本例中阻力臂具体是摇臂2的支点到其阻力作用线的垂直距离，其中阻力是由摇臂2推动所述气门3时产生。图中△LT是挺柱4的可移动范围，△HV是气门升程可变范围。

在驱动凸轮1转动某一个角度时，驱动凸轮1的升程是HC，在此条件下，当挺柱4位置不同时，所对应的气门3的升程HV不同。例如：当挺柱4位于最靠近驱动凸轮1的位置，驱动凸轮1的HC的升程量将使得气门3获得最大的气门升程HVmax，此时上述动力臂L1最小，即为图中的L1min；动力臂L2也最小，为图中的L2min；驱动凸轮1消耗的驱动力最大。所以特别是在发动机处于高速高负荷时，为了保证高功率的输出，此时需要气门3的升程大，最大程度减小流动阻力使混合气尽可能地充满气缸，以满足动力性需求。

当挺柱4位于远离驱动凸轮1的位置时，气门3将获得最小的气门升程，为图中的HVmin；此时上述动力臂L1最大，即为图中的L1max；动力臂L2也最大，为图中的L2max；驱动凸轮1消耗的驱动力最小。所以特别是在发动机处于低速低负荷时并不需要太大的进气量，此时需要气门3的升程小，凸轮消耗的驱动力少，可以提高发动机效能使发动机更加省油，排放更低。另外，本例中应该说明的一点是，无论挺柱4位于可变范围的任何位置，当驱动凸轮1位于基圆位置时，气门都能回复到原位，处于关闭状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无级可变气门升程机构，其特征在于，包括：

摇臂（2）；

气门（3），被所述摇臂（2）推动；

驱动凸轮（1），作用于所述摇臂（2）以推动所述气门（3）；

挺柱（4），作为所述摇臂（2）的支点，用于支撑所述摇臂（2）；所述挺柱（4）与所述摇臂（2）采用活动连接方式，并且所述挺柱（4）在驱动力作用下沿着所述摇臂（2）长度方向移动；

挺柱位移驱动装置（6），用于驱动所述挺柱（4）移动，使得所述挺柱（4）与所述摇臂（2）的相对位置发生改变，从而改变所述摇臂（2）的动力臂和阻力臂，最终改变被所述摇臂（2）推动的所述气门（3）的升程。

2.根据权利要求1所述的无级可变气门升程机构，其特征在于，所述摇臂（2）上用于与所述挺柱（4）连接的部位开设有导向槽（5），所述导向槽（5）沿所述摇臂（2）的长度方向延伸，所述挺柱（4）的端部设置在所述导向槽（5）内，并在所述导向槽（5）内滑动。

3.根据权利要求1所述的无级可变气门升程机构，其特征在于，所述气门（3）位于所述摇臂（2）的第一端底侧；所述驱动凸轮（1）在所述摇臂（2）上的作用点位于所述摇臂（2）的顶部中间位置；所述挺柱（4）位于所述摇臂（2）的底侧，并且是位于所述摇臂（2）的第二端至所述驱动凸轮（1）作用在所述摇臂（2）的作用点之间。

4.根据权利要求1所述的无级可变气门升程机构，其特征在于，所述挺柱位移驱动装置（6）是以电机为动力的机械传动装置。

5.根据权利要求1所述的无级可变气门升程机构，其特征在于，所述驱动凸轮（1）固定设置在凸轮轴（7）上。

6.根据权利要求1所述的无级可变气门升程机构，其特征在于，所述摇臂（2）上设有滚子轴承（8），用于与所述驱动凸轮（1）滑动接触。

7.根据权利要求1所述的无级可变气门升程机构，其特征在于，

当所述挺柱（4）离所述摇臂（2）的第二端端部最近时，所述气门（3）的升程量最小；

当所述挺柱（4）离所述驱动凸轮（1）作用在所述摇臂（2）上的作用点最近时，所述气门（3）的升程量最大。

8.根据权利要求1所述的无级可变气门升程机构，其特征在于，

所述摇臂（2）的支点到其驱动力作用线的垂直距离为动力臂，所述驱动力由所述驱动凸轮（1）提供；

所述摇臂（2）的支点到其阻力作用线的垂直距离为阻力臂，所述阻力由所述摇臂（2）推动所述气门（3）时产生。

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