CN103912333B - 一种可变气门升程驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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，在气门摇臂和凸轮轴之间设有摆臂和摆臂调节架，摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，凸轮轴转动时带动摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动实现气门的打开或闭合，摆臂调节架转动时带动摆臂围绕第二旋转中心转动以调节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：

本发明实施例提供了一种可变气门升程驱动装置，其包括气门、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，在气门摇臂和凸轮轴之间设有摆臂和摆臂调节架，摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，凸轮轴转动时带动摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动实现气门的打开或闭合，摆臂调节架转动时带动摆臂围绕第二旋转中心转动以调节第一旋转中心的位置。

具体而言，第一旋转中心为第一通孔，第一通孔内设有第一销轴以连接摆臂和摆臂调节架；第二旋转中心为第二通孔，第二通孔内设有第二销轴，第二销轴上设有与凸轮轴配合运动的摆臂滚子。

为了便于第一销轴和第一通孔的相对运动，所述第一销轴和所述第一通孔之间设有轴承。例如，所述轴承的数目为两个，且该两个轴承之间的第一销轴上套设有抵挡轴承的衬套，衬套能够防止轴承沿第一销轴进行轴向移动。此外，为了防止第一销轴的轴向蹿动，所述第一销轴的两端设有卡簧。

其中，为使摆臂调节架能够围绕第二销轴转动，所述第二销轴与所述摆臂调节架的转动中心同轴设置。

为了能够驱动摆臂调节架转动，所述摆臂调节架铰接有连杆，连杆上设有孔，孔内设有偏心轮，偏心轮的偏心轴连接有驱动机构。

本发明实施例中的摆臂调节架有多种实现形式，其中的一种实现形式为：所述摆臂调节架包括呈直线型的底臂、与底臂的端部垂直相连且朝底臂的同一侧延伸的两个侧臂、以及与底臂的中部垂直相连且朝底臂的另一相反侧延伸的中臂；两个侧臂上同轴地设有第一安装孔，摆臂调节架能够围绕第一安装孔转动，两个侧臂上还同轴地设有与所述第一通孔对应的第二安装孔，所述第一销轴也穿设在第二安装孔中；中臂上设有第三安装孔，摆臂调节架通过第三安装孔与所述连杆铰接。

所述第一安装孔内设有销钉，以便能够将摆臂调节架铰接在发动机的其他相关零部件上，例如铰接在发动机的盖体上，同时为了防止销钉的轴向蹿动，销钉的两端部设有卡簧。

本发明实施例中的连杆也有多种实现形式，其中的一种实现形式为：所述连杆包括杆体，杆体的一端设有所述孔、另一端设有叉部，所述中臂插入所述叉部的缝隙中，且叉部上设有与所述第三安装孔对应的第四安装孔。

对于本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置而言，凸轮轴转动时带动摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动实现气门的打开或闭合，摆臂调节架转动时带动摆臂围绕第二旋转中心转动以调节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，当通过摆臂调节架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为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的结构示意图；

图2为图1的分解结构示意图；

图3为本发明实施例中摆臂的结构示意图；

图4为本发明实施例中摆臂调节架的结构示意图；

图5为本发明实施例中连杆的结构示意图；

图6为本发明实施例中摆臂调节架和连杆连接后的示意图。

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。

图1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，图2为图1的分解结构示意图。如图1和图2所示，该可变气门升程驱动装置包括气门1、与气门1连接的气门连杆2、与气门连杆2连接的气门摇臂3、以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴4，在凸轮轴4和气门摇臂3之间设有摆臂5和摆臂调节架6，摆臂5上设有第一旋转中心51和第二旋转中心52，凸轮轴4转动时带动摆臂5围绕第一旋转中心51摆动以驱动气门连杆2直线往复运动实现气门1的打开或闭合，摆臂调节架6转动带动摆臂5围绕第二旋转中心52转动以调节第一旋转中心51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。

图3为本发明实施例中摆臂的结构示意图。如图3所示，本实施例中第一旋转中心51具体为第一通孔，第二旋转中心52具体为第二通孔，且第一通孔内设有第一销轴53以连接摆臂5和摆臂调节架6，第二通孔内设有第二销轴54，第二销轴54上设有与凸轮轴4配合运动的摆臂滚子56，凸轮轴4驱动摆臂滚子56以使摆臂5围绕第一销轴53摆动实现气门1的打开或闭合，摆臂调节架6转动带动摆臂5围绕第二销轴54转动以调节第一销轴53的位置。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，例如可以使摆臂与第一销轴一体成型，或者与第二销轴一体成型，在这种形式下，摆臂并不围绕与之一体成型的第一销轴或第二销轴转动，而是跟随其一起转动。

摆臂滚子56可以巧妙地将第二旋转中心52的位置临时固定，以便驱动摆臂5围绕第二旋转中心52转动。具体为将摆臂滚子56抵靠在与之接触的其他零部件上使摆臂滚子56固定不动，例如抵靠在凸轮轴4的凸轮上，然后驱动摆臂5转动以使第二销轴54相对于摆臂滚子56旋转，从而使摆臂5能够围绕第二旋转中心52旋转。在摆臂5围绕第二旋转中心52旋转的运动完成后，凸轮轴4转动，凸轮轴4上的凸轮的大端抵靠摆臂滚子56并使摆臂滚子56带动第二销轴54、再由第二销轴54带动摆臂5围绕第一旋转中心51摆动。

从图3可以看出，摆臂5具有两个工作部57，该两个工作部57彼此间隔。在实际使用中，该两个工作部57分别与相应气门摇臂的工作面相配合，因此可以仅使用一个这样的摆臂5而同时驱动两个气门摇臂3。其中，该两个工作部57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3配合后，能够驱动两个气门摇臂3产生不同程度的摆动，从而引起两个气门1的不同的升程。

其中，摆臂调节架6铰接在发动机的位置固定的零部件16上，例如铰接在发动机的盖体上，摆臂调节架6能够围绕铰接处转动，因此其转动中心即为该铰接处。本实施例中，第二销轴54与摆臂调节架6的转动中心同轴设置，因此摆臂调节架6能够围绕第二销轴54转动，从而调整第一销轴53即第一旋转中心的位置。

为使摆臂调节架能够绕其转动中心转动，如图2所示，摆臂调节架6铰接有连杆7，连杆7上设有孔72，孔72内设有偏心轮8，偏心轮8的偏心轴81连接有驱动机构。这样当驱动机构驱动偏心轴81转动时，偏心轴81带动偏心轮8一起转动，偏心轮8的转动带动连杆7做平面运动，从而使连杆7带动摆臂调节架6绕其转动中心转动。其中偏心轮8与孔72之间的接触为面接触，而不是线接触，因此与线接触相比面接触使得零件间的接触面积较大，零件的磨损较小，零件较难失效，因此可以使用较长的时间而不需要更换。

图4为本发明实施例中摆臂调节架的结构示意图。如图4所示，摆臂调节架6包括呈直线型的底臂61、与底臂61的端部垂直相连且朝底臂61的同一侧延伸的两个侧臂62、以及与底臂61的中部垂直相连且朝底臂61的另一相反侧延伸的中臂63。

两个侧臂62上同轴地设有第一安装孔64，通过插入在第一安装孔64内的销钉9能够将摆臂调节架6铰接在发动机的位置固定的零部件上，从而使摆臂调节架6能够围绕第一安装孔64转动，此时摆臂调节架6的铰接处即第一安装孔64或者销钉9成为摆臂调节架6的转动中心。其中，设在第一安装孔64内的销钉9的两端部设有卡簧13，卡簧13能够防止销钉9的轴向蹿动。

此外，两个侧臂62上还同轴地设有与第一通孔对应的第二安装孔65，第一销轴53也穿设在第二安装孔65中，这样将第一销轴53穿过第一通孔和第二安装孔65能够使摆臂5和摆臂调节架6连接起来。其中第一销轴53与第一通孔之间的配合为间隙配合，即摆臂5能够围绕第一销轴53自由转动，这样当摆臂调节架6绕其转动中心转动时能够带动第一销轴53转动，以改变摆臂5的第一旋转中心的位置。第一销轴53与第二安装孔65之间的配合为过盈配合，即摆臂调节架6不能相对于第一销轴53进行转动，当凸轮轴4上的凸轮的大端压迫摆臂滚子56时，摆臂滚子56并不绕着第二销轴54旋转，而是带动第二销轴54并进而带动摆臂5围绕第一销轴53转动，在凸轮的最大端越过摆臂滚子56后，凸轮的小端与摆臂滚子56脱离接触，从而使得摆臂5能够在复位弹簧的作用下绕第一销轴53回位。其中，虽然图2未示出复位弹簧的位置，但是本领域的技术人员能够根据复位弹簧所起的作用对其位置进行合理的设置，因此这里不再对其设置位置进行详细说明。

为使第一销轴53和第一通孔之间具有更好的相对运动，如图2所示，在第一销轴53和第一通孔之间设有轴承14，该轴承可以选用滚针轴承，滚针轴承的径向厚度较小，适合于放置在第一销轴53与第一通孔之间的狭小空间内。但并不局限于此，如果空间允许，也可以使用其他形式的轴承，如圆珠滚子轴承等。具体而言，轴承14的数目为两个，该两个轴承均套在第一销轴53上且与第一销轴53间隙配合，因此为避免轴承14在第一销轴53上产生轴向运动，可以在该两个轴承14之间的第一销轴53上套设抵挡轴承14的衬套（未图示），应当清楚，滚针轴承的数目可以不局限于两个。此外，在第一销轴53的两端还设有卡簧13，卡簧13用于防止第一销轴53的轴向蹿动。

如图4所示，摆臂调节架6的中臂63上设有第三安装孔66，摆臂调节架6通过第三安装孔66与连杆7铰接。连杆7做平面运动时，能够带动摆臂调节架6绕第一安装孔64转动。

图5为本发明实施例中连杆的结构示意图，图6为本发明实施例中摆臂调节架与连杆连接后的示意图。如图5所示，连杆7包括杆体71，杆体71的一端设有所述孔72、另一端设有叉部73。如图6所示，摆臂调节架6的中臂63插入叉部73的缝隙中，且叉部73上设有与第三安装孔66对应的第四安装孔74，在第三安装孔66和第四安装孔74中插入连杆销钉10，就能够将摆臂调节架6和连杆7装配在一起。

再次参见图1和图2，与偏心轴81连接的所述驱动机构包括与偏心轴81连接的蜗轮11、与蜗轮11啮合的蜗杆12、以及与蜗杆12连接的驱动源，驱动源可以为电机，或者可以为电机以及与电机连接的变速机构，如减速器。驱动源驱动蜗杆12旋转，蜗杆12带动与之啮合的涡轮11转动，从而使涡轮11带动与之连接的偏心轴81转动，这样偏心轴81上的偏心轮8转动就能带动连杆7做平面运动。

如图1所示（图2中省略了液压挺柱的绘制），气门摇臂3上还连接有液压挺柱15，液压挺柱15能够使凸轮轴4上的凸轮与摆臂滚子56之间的接触、以及气门摇臂3与摆臂5的工作部57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。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，在气门摇臂和凸轮轴之间设有摆臂和摆臂调节架，摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，凸轮轴转动时带动摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动实现气门的打开或闭合，摆臂调节架转动时带动摆臂围绕第二旋转中心转动以调节第一旋转中心的位置；

所述第二旋转中心靠近所述摆臂一端设置，所述摆臂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所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，第一旋转中心为第一通孔，第一通孔内设有第一销轴以连接摆臂和摆臂调节架；第二旋转中心为第二通孔，第二通孔内设有第二销轴，第二销轴上设有与凸轮轴配合运动的摆臂滚子。

3.根据权利要求2所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述第二销轴与所述摆臂调节架的转动中心同轴设置。

4.根据权利要求2或3所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述摆臂调节架铰接有连杆，连杆上设有孔，孔内设有偏心轮，偏心轮的偏心轴连接有驱动机构。

5.根据权利要求4所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述摆臂调节架包括呈直线型的底臂、与底臂的端部垂直相连且朝底臂的同一侧延伸的两个侧臂、以及与底臂的中部垂直相连且朝底臂的另一相反侧延伸的中臂；

两个侧臂上同轴地设有第一安装孔，摆臂调节架能够围绕第一安装孔转动，两个侧臂上还同轴地设有与所述第一通孔对应的第二安装孔，所述第一销轴也穿设在第二安装孔中；

中臂上设有第三安装孔，摆臂调节架通过第三安装孔与所述连杆铰接。

6.根据权利要求5所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述连杆包括杆体，杆体的一端设有与所述偏心轮配合的所述孔、另一端设有叉部，所述中臂插入所述叉部的缝隙中，且叉部上设有与所述第三安装孔对应的第四安 装孔。

7.根据权利要求5所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述第一安装孔内设有销钉，销钉的两端部设有卡簧。

8.根据权利要求2或3所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述第一销轴和所述第一通孔之间设有轴承。

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，所述轴承的数目为两个，且该两个轴承之间的第一销轴上套设有抵挡轴承的衬套。

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，所述第一销轴的两端设有卡簧。