CN103912328B - 一种摆臂及具有该摆臂的可变气门升程驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆臂及具有该摆臂的可变气门升程驱动装置，涉及发动机部件，用来提高零部件的使用寿命，降低发动机的加工成本和燃油消耗量。所述摆臂包括摆臂本体，所述摆臂本体上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述摆臂围绕第一旋转中心摆动时驱动气门连杆直线往复运动以实现气门的打开或闭合，所述摆臂围绕第二旋转中心转动时调整所述第一旋转中心的位置。本发明用于实现气门升程的连续可变。

Description

一种摆臂及具有该摆臂的可变气门升程驱动装置

技术领域

本发明涉及发动机部件，尤其涉及一种摆臂及具有该摆臂的可变气门升程驱动装置。

背景技术

气门是发动机中的一个重要部件，用于向发动机内输入燃料并排出燃烧后的废气。在发动机领域中，气门升程指的是气门从刚刚打开到完全打开所运动的高度，也就是气门的开启高度。发动机中使用的凸轮轴的凸轮型线不同，所获得的气门升程也不同。传统发动机的气门升程是固定不变的，即其凸轮轴的凸轮型线只有一种，其升程设计是对发动机在全工况下的平衡性选择，因此该升程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响应，结果是发动机既得不到最佳的高速效率，也得不到最佳的低速扭矩，只是得到了在全工况下较为平衡的性能。

可变气门升程技术（VVL，variable valve lift）能够根据发动机的不同工况改变其气门升程，使发动机在高速区和低速区都能得到良好的响应，从而改善发动机的高速功率和低速扭矩。现有的可变气门升程技术按照其控制效果可分为分段可变气门升程和连续可变气门升程。与分段可变气门升程相比，连续可变气门升程可以更好地配合发动机的燃烧系统，具有一定的优越性。

现有的可变气门升程驱动装置中，大多是通过改变凸轮轴的凸轮型线来获得不同的气门升程。具体的做法是使用组合式的凸轮轴，该组合式凸轮轴上设有多个具有不同型线的凸轮，通过该组合式凸轮轴上的不同凸轮型线来驱动气门连杆往复运动，从而使气门升程可变。

但是在使用该可变气门升程驱动装置变换气门升程的过程中，凸轮轴、气门连杆等相关零部件均承受了不同程度的冲击载荷，降低了零部件的使用寿命。而且组合式的凸轮轴比传统的凸轮轴结构复杂、质量大，增加了发动机的加工成本和燃油消耗量。

发明内容

本发明实施例提供一种摆臂及具有该摆臂的可变气门升程驱动装置，以提高零部件的使用寿命，降低发动机的加工成本和燃油消耗量。

为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种摆臂。该摆臂包括摆臂本体，所述摆臂本体上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述摆臂围绕第一旋转中心摆动时驱动气门连杆直线往复运动以实现气门的打开与闭合，所述摆臂围绕第二旋转中心转动时调整所述第一旋转中心的位置。

具体而言，第一旋转中心为设在摆臂本体上的第一通孔，第二旋转中心为设在摆臂本体上的第二通孔。

为减轻摆臂重量并使摆臂受力平衡，所述摆臂本体包括两个相互间隔且对称设置的凸出部，第二通孔设置在该两个凸出部上。

而且第二通孔中设有第二旋转轴，两个所述凸出部之间设有滚子，滚子套设在第二旋转轴上，这样能够巧妙地使第二旋转中心的位置临时固定，以便驱动摆臂围绕第二旋转中心转动。

为了更好地对复位弹簧进行安装和设置，所述摆臂本体上设有能够容纳复位弹簧的凹槽，该复位弹簧带动摆臂围绕第一旋转中心摆动时复位。

其中，所述摆臂本体为中空结构，以便降低摆臂的重量同时提高摆臂的结构强度。而为了进一步提高摆臂的结构强度，可以在所述中空结构的侧壁上设有翻边筋。

所述摆臂本体上设有驱动气门连杆直线往复运动的工作部，工作部的数目为至少两个，且该至少两个工作部彼此间隔，这样该至少两个工作部可以与多个相应的气门摇臂相配合。

本发明实施例另一方面提供了一种可变气门升程驱动装置。该驱动装置包括气门、与气门连接的气门连杆、与气门连杆连接的气门摇臂以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴，在凸轮轴和气门摇臂之间设有如上所述的摆臂，所述摆臂连接有驱动部；凸轮轴转动时带动摆臂围绕其上的第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动并实现气门的打开或闭合，驱动部驱动摆臂围绕其上的第二旋转中心转动时调整所述第一旋转中心的位置。

其中，所述驱动部连接在所述摆臂上的第一旋转中心处，以使摆臂围绕第二旋转中心转动的驱动力施加在第一旋转中心上，从而直接驱动第一旋转中心相对于第二旋转中心转过一定的角度，此时第二旋转中心的位置不变。

此外，所述驱动部具有旋转轴，该旋转轴与第二旋转中心同轴设置。当然，所述驱动部也可以不具有旋转轴，或者所述驱动部的旋转轴可以不与第二旋转中心同轴设置。

对于本发明实施例提供的摆臂而言，使摆臂围绕其第一旋转中心摆动可以驱动气门连杆进行直线往复运动以实现气门的打开与闭合，使摆臂围绕其第二旋转中心转动可以调整所述第一旋转中心的位置，这样当第一旋转中心位于一个位置处时可以实现一种气门升程，当调整第一旋转中心使其位于另一个不同位置处时可以实现另一种不同的气门升程，因此可以根据发动机的不同使用工况对气门升程进行改变。本发明实施例中实现可变气门升程的方式与现有技术中使用组合式凸轮轴实现可变气门升程的方式不同，不会由于变更具有不同型线的凸轮来驱动气门连杆运动而对凸轮轴、气门连杆等零部件产生冲击作用，延长了凸轮轴、气门连杆等相关零部件的使用寿命；而且由于不会在凸轮轴上设置多个具有不同型线的凸轮，因此与本发明实施例中的摆臂配合使用的凸轮轴结构简单、质量小，降低了发动机的加工成本和燃油消耗量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例1提供的摆臂的结构示意图；

图2为调整图1所示摆臂的第一旋转中心位置的示意图

图3为在图1所示摆臂中增加滚子后的示意图；

图4为本发明实施例2提供的摆臂的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。

本发明实施例提供的摆臂包括摆臂本体，摆臂本体上设有第一旋转中心和第二旋转中心，该摆臂围绕第一旋转中心摆动时驱动气门连杆直线往复运动以实现气门的打开与闭合，该摆臂围绕第二旋转中心转动时调整所述第一旋转中心的位置。这样当第一旋转中心位于一个位置处时可以实现一种气门升程，当调整第一旋转中心使其位于另一个不同位置处时可以实现另一种不同的气门升程，因此可以根据发动机的不同使用工况对气门升程进行改变。本发明实施例中实现可变气门升程的方式与现有技术中使用组合式凸轮轴实现可变气门升程的方式不同，不会由于变更具有不同型线的凸轮来驱动气门连杆运动而对凸轮轴、气门连杆等零部件产生冲击作用，延长了凸轮轴、气门连杆等相关零部件的使用寿命；而且由于不会在凸轮轴上设置多个具有不同型线的凸轮，因此与本发明实施例中的摆臂配合使用的凸轮轴结构简单、质量小，降低了发动机的加工成本和燃油消耗量。

下面结合附图来详细说明本发明提供的摆臂的优选实施例。

实施例1

图1为本发明实施例1提供的摆臂的结构示意图。如图1所示，摆臂包括摆臂本体1，摆臂本体1上设有第一旋转中心11和第二旋转中心12，本实施例中第一旋转中心11为第一通孔，第二旋转中心12为第二通孔。在图1所示的摆放状态下，摆臂本体1的底部还具有工作部2，该工作部2与气门摇臂的工作面相配合，当摆臂围绕第一旋转中心11摆动时驱动气门摇臂围绕其旋转轴进行相应的摆动，气门摇臂的摆动进而驱动气门连杆直线往复运动以实现气门的打开或闭合。需要说明的是，第一旋转中心和第二旋转中心的实现形式并不局限于通孔，也可以为与摆臂本体一体成型的旋转轴的形式，在这种实现形式下，摆臂本体并不围绕该一体成型的旋转轴转动，而是跟随其一起转动。

图2为调整图1所示摆臂的第一旋转中心位置的示意图。如图2所示，实线绘制的摆臂为对第一旋转中心的位置调整之前的状态，虚线绘制的摆臂为对第一旋转中心的位置调整之后的状态。在实线绘制的摆臂放置状态下，当驱动摆臂围绕第一旋转中心11摆动时，工作部2作用于气门连杆使其以一定的高度作直线往复运动，从而驱动气门以一定的升程打开或闭合，在此运动过程中，第一旋转中心11的位置不变，第二旋转中心12围绕第一旋转中心11摆动；当需要实现气门的不同升程时，使摆臂围绕第二旋转中心12转动以调整第一旋转中心11的位置，调整后的位置如图2的虚线所示。在该调整过程中，第二旋转中心12的位置不变，第一旋转中心11围绕第二旋转中心12转动；调整完成后，再使摆臂围绕第一旋转中心11摆动，此时摆臂的工作部2使气门连杆以另一种高度作直线往复运动，从而驱动气门以另一种升程打开或闭合。图2仅仅示意了第一旋转中心的两个不同的调整位置，应当明确，第一旋转中心可以停留在任何位置处以适应发动机的不同工况需求，即可以实现连续可变的气门升程。

从上面描述的气门升程调节过程可知，能够将第一旋转中心称为气门升程的驱动中心，并能够将第二旋转中心称为气门升程的调整中心，因此本发明实施例提供的摆臂集成了气门升程的驱动中心和调整中心，相比于将其驱动中心和调整中心设置于两个零部件上的结构而言，简化了结构，减少了零部件的使用数量。此外，由于在调整第一旋转中心的位置时第二旋转中心的位置保持不变，因此相对于第二旋转中心的位置发生改变（例如，在调整第一旋转中心的位置时第二旋转中心作平面运动）而言，摆臂的运动形式简单，因此摆臂与其他相关零部件的装配关系也比较简单，从而降低了其加工精度和装配精度。

如图1所示，摆臂本体1包括两个相互间隔且对称设置的凸出部3，第二通孔设置在该两个凸出部3上。这样一是由于可以将两个凸出部之间的材料去除，因此减轻了摆臂的重量；二是设置了两个凸出部，能够分散并平衡穿设在第二通孔中的轴（即下文中的第二旋转轴）的受力，保证了摆臂围绕第二旋转中心旋转时的运动平稳性。需要注意的是，设在两个凸出部上的第二通孔具有同轴度的要求，例如可以将二者的同轴度限定在Φ0.1的范围内，以使气门升程的控制更加精确。

图3为在图1所示摆臂中增加滚子后的示意图。如图3所述，第二通孔中穿设有第二旋转轴4，两个凸出部3之间设有滚子5，滚子5套设在第二旋转轴4上。设置滚子之后，可以巧妙地将第二旋转中心的位置临时固定，以便驱动摆臂围绕第二旋转中心转动。具体为将滚子用力抵靠在与之接触的其他零部件上使滚子固定不动，例如抵靠在凸轮轴的凸轮上，然后驱动摆臂转动以使第二旋转轴相对于滚子旋转，从而使摆臂能够围绕第二旋转中心旋转。在摆臂围绕第二旋转中心旋转的运动完成后，使凸轮轴转动，凸轮轴上凸轮的大端抵靠滚子并使滚子带动第二旋转轴、再由第二旋转轴带动摆臂围绕第一旋转中心摆动。

尽管未图示，但可以推论得知能够在第一通孔中穿设第一旋转轴，从而使摆臂围绕第一旋转轴转动。不仅如此，在驱动摆臂围绕第二旋转中心转动时，可以将驱动力直接施加在该第一旋转轴上，这样仅使第一旋转中心和第二旋转中心之间连线转过一定的角度即可，因此能够简便地控制该连线的角位移量。

再次参见图1，在摆臂本体1上设有能够容纳复位弹簧的凹槽6，该复位弹簧带动摆臂围绕第一旋转中心摆动时复位。复位弹簧的具体实现形式可以为扭簧，扭簧的一端设置在凹槽6中，另一端固定在其他的零部件上，例如固定在驱动摆臂围绕第二旋转中心转动的驱动部上，该驱动部在摆臂围绕第一旋转中心摆动时保持位置不变。凸轮轴上凸轮的大端驱动摆臂在一个方向上转动（如逆时针方向），当凸轮的最大端转动越过滚子5之后，凸轮的小端与滚子5脱离接触，此时扭簧带动摆臂围绕第一旋转中心反方向转动（如顺时针方向），实现摆臂的复位。凹槽6使复位弹簧更容易固定在摆臂上，安装方便快捷，提高了摆臂的工作稳定性。

在实际的使用中，摆臂本体1为中空结构，该中空结构不仅能够减轻摆臂的重量，而且能够提高摆臂的整体强度。如图1所示，在该中空结构的侧壁上设有翻边筋7，该翻边筋能够进一步提高摆臂的结构强度和抗冲击能力。

实施例2

图4为本发明实施例2提供的摆臂的结构示意图。如图4所示，摆臂包括摆臂本体1，摆臂本体1上设有第一旋转中心11和第二旋转中心12，本实施例中第一旋转中心11为第一通孔，第二旋转中心12为第二通孔。与图1所示实施例不同的是，在图4所示的摆放状态下，摆臂本体1的底部具有两个工作部2，该两个工作部2彼此间隔。在应用中该两个工作部2分别与相应气门摇臂的工作面相配合，当摆臂围绕第一旋转中心11摆动时驱动气门摇臂围绕其旋转轴进行相应的摆动，气门摇臂的摆动进而驱动气门连杆直线往复运动以实现气门的打开与闭合。

通常而言，发动机的每个气缸都具有两个进气门和两个排气门，但也有三个进气门和两个排气门的结构。上述实施例1中的摆臂具有一个工作部，能够与一个进气门相互配合使用，因此对于两个进气门就需要使用两个这样的摆臂。而本实施例中的摆臂具有两个工作部，能够与两个进气门相互配合使用，因此对于两个进气门可以仅使用一个这样的摆臂，这节省了发动机零部件的使用数量，简化了结构。当然，对于具有三个或更多个进气门的气缸，也可以在摆臂上设置三个或更多个相应的工作部。

本实施例中，该两个工作部2的工作面可以具有不同的曲面形状，当具有不同曲面形状的两个工作面分别与相应的气门摇臂配合后，能够驱动两个气门摇臂产生不同程度的摆动，从而引起两个气门的不同的升程。

除上述区别之处外，本实施例中的摆臂结构和功能与上述实施例1中摆臂的结构和功能基本相同，即使存在细微的不同之处，本领域技术人员也可以依据本发明的精神以及相应的技术知识通过合理的推论得知，此处不再详述。

此外，本发明还提供了一种可变气门升程装置的实施例，该可变气门升程装置使用了上述实施例中描述的摆臂。

图5为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的结构示意图。如图5所示，该可变气门升程驱动装置包括气门51、与气门51连接的气门连杆52、与气门连杆52连接的气门摇臂53以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴54，在凸轮轴54和气门摇臂53之间设有摆臂56，摆臂56连接有驱动部55；凸轮轴54转动时带动摆臂56围绕其上的第一旋转中心11摆动以驱动气门连杆52直线往复运动并实现气门51的打开或闭合，驱动部55驱动摆臂56围绕其上的第二旋转中心12转动时调整第一旋转中心11的位置。

图5所示的可变气门升程驱动装置还包括复位弹簧57。复位弹簧57的一端设在摆臂56的凹槽中，另一端设在驱动部55上，在摆臂56围绕第一旋转中心11转动时驱动部55位置不变。这样在凸轮轴54上的凸轮的最大端越过摆臂56后，复位弹簧57带动摆臂56回位。

其中如图5所示，驱动部55连接在摆臂56的第一旋转中心11处，这样驱动部55将驱动力直接施加在第一旋转中心11，以直接驱动第一旋转中心11相对于第二旋转中心12转过一定的角度，因此能够简便地控制第一旋转中心和第二旋转中心之间连线的角位移量。

此外，驱动部55还可以具有旋转轴（图5中被遮挡，未示出），且该旋转轴与第二旋转中心12同轴设置。这样当驱动部围绕其自身的旋转轴转动以对摆臂56施加驱动力时，该驱动力使摆臂56也围绕该旋转轴转动，从而实现摆臂56围绕第二旋转中心12转动。

驱动部55有多种实现形式，例如可以为齿轮机构或偏心轮机构等，驱动部55自身的旋转轴可以根据使用需要设置在齿轮机构或偏心轮机构的相应位置处。当然，驱动部55也可以不具有旋转轴，或者驱动部55的旋转轴可以不与摆臂56的第二旋转中心12同轴设置，能够达到驱动摆臂56围绕其第二旋转中心12转动以调整第一旋转中心11的位置这一目的即可。

如图5所示，气门摇臂53上还连接有液压挺柱58，液压挺柱58能够使凸轮轴54上的凸轮与摆臂56上的滚子之间的接触、以及气门摇臂53上的滚子与摆臂56的工作部之间的接触保持零间隙。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。例如，本发明各实施例中的内容可以相互应用，即可以将一个实施例中的内容应用到另一个实施例中而得到一个新的实施例，且该新的实施例也涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种摆臂，其特征在于，包括摆臂本体，所述摆臂本体上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述摆臂围绕第一旋转中心摆动时驱动气门连杆直线往复运动以实现气门的打开或闭合，所述摆臂围绕第二旋转中心转动时调整所述第一旋转中心的位置；

所述第二旋转中心靠近所述摆臂本体一端设置，所述摆臂本体另一端设有驱动气门连杆直线往复运动的工作部，所述第一旋转中心位于所述第二旋转中心和所述工作部之间。

2.根据权利要求1所述的摆臂，其特征在于，第一旋转中心为设在摆臂本体上的第一通孔，第二旋转中心为设在摆臂本体上的第二通孔。

3.根据权利要求2所述的摆臂，其特征在于，所述摆臂本体包括两个相互间隔且对称设置的凸出部，第二通孔设置在该两个凸出部上。

4.根据权利要求3所述的摆臂，其特征在于，第二通孔中设有第二旋转轴，两个所述凸出部之间设有滚子，滚子套设在第二旋转轴上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的摆臂，其特征在于，所述摆臂本体上设有能够容纳复位弹簧的凹槽，该复位弹簧带动摆臂围绕第一旋转中心摆动时复位。

6.根据权利要求5所述的摆臂，其特征在于，所述摆臂本体为中空结构，所述中空结构的侧壁上设有翻边筋。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的摆臂，其特征在于，所述摆臂本体上设有驱动气门连杆直线往复运动的工作部，工作部的数目为至少两个，且该至少两个工作部彼此间隔。

8.一种可变气门升程驱动装置，包括气门、与气门连接的气门连杆、与气门连杆连接的气门摇臂以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴，其特征在于，在凸轮轴和气门摇臂之间设有如权利要求1-7中任一项所述的摆臂，所述摆臂连接有驱动部；凸轮轴转动时带动摆臂围绕其上的第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动并实现气门的打开或闭合，驱动部驱动摆臂围绕其上的第二旋转中心转动时调整所述第一旋转中心的位置。

9.根据权利要求8所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述驱动部连接在所述第一旋转中心处。

10.根据权利要求9所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述驱动部具有旋转轴，该旋转轴与第二旋转中心同轴设置。