CN103912334B - 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，为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而发明。该可变气门升程驱动装置包括摆臂和摆臂调节机构，摆臂包括第一旋转中心和第二旋转中心，摆臂调节机构包括第一销轴、第二销轴、第一连接杆、第二连接杆；第一旋转中心连接第一销轴，且第一旋转中心与第一销轴同轴设置，第一销轴连接第一连接杆；第二旋转中心与第二销轴同轴设置，第二销轴固定不动，第一销轴和第二销轴连接第二连接杆；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实现气门的打开或闭合，摆臂调节机构驱动摆臂围绕其上的第二旋转中心转动时调整第一旋转中心的位置。本发明主要适用于发动机。

Description

可变气门升程驱动装置

技术领域

本发明涉及发动机部件，尤其涉及发动机内的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挺柱往复运动，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、气门挺柱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，本发明的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，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机构，摆臂包括第一旋转中心和第二旋转中心，摆臂调节机构包括第一销轴、第二销轴、第一连接杆、第二连接杆；所述第一旋转中心连接第一销轴，且第一旋转中心与第一销轴同轴设置，第一销轴连接第一连接杆；第二旋转中心与第二销轴同轴设置，第二销轴固定不动，第一销轴和第二销轴连接第二连接杆；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实现气门的打开或闭合，摆臂调节机构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，第一旋转中心为设在摆臂上的第一通孔，第一销轴安装在第一通孔内；第二旋转中心为设在摆臂上的第二通孔，第二通孔内安装有摆臂滚子，摆臂滚子与凸轮轴上的凸轮相接触。

进一步地，所述第一连接杆包括第一杆体、与第一杆体的端部垂直相连且朝第一杆体的同一侧延伸的两个侧臂、以及与第一杆体的中部垂直相连且朝第一杆体的另一相反侧延伸的中臂；

所述两个侧臂同轴地设有安装第一销轴的第一安装孔；所述中臂设有第二安装孔，第二安装孔安装有偏心轮，偏心轮的偏心轴连接有驱动机构。

进一步地，所述第二连接杆包括第二杆体，第二杆体上设有安装第一销轴的第三安装孔、以及安装第二销轴的第四安装孔，第二杆体能够围绕第二销轴摆动。

进一步地，所述驱动机构包括与所述偏心轴连接的蜗轮、与蜗轮啮合的蜗杆、以及与蜗杆连接的驱动源。

优选地，所述第一销轴的两端卡接有卡簧。

其中，第一销轴和所述第一通孔之间设有轴承。

优选地，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。

其中，所述第二销轴卡接有卡簧。

此外，还包括涨紧弹簧，涨紧弹簧的中间部分固定、两端接触摆臂，以使凸轮始终保持与摆臂滚子接触。

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，由于第二旋转中心与第二销轴同轴设置，且第二销轴固定不动，因此第一连接杆驱动第一销轴时带动摆臂围绕第二销轴转动，即实现摆臂调节机构驱动摆臂围绕其第二旋转中心转动，以调整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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的分解图；

图2为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的侧视图；

图3为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置中第一连接杆和第二连接杆的示意图。

附图标记：

10-凸轮轴，11-凸轮，20-摆臂，21-第一通孔，22-摆臂滚子，23-工作部， 30-第一连接杆，31-第一杆体，32-侧臂，320-第一安装孔，33-中臂，330-第二安装孔，40-第二连接杆，41-第二杆体，42-第三安装孔，43-第四安装孔， 50-第一销轴，51-轴承，52-卡簧，60-第二销轴，61-卡簧，70-气门、71-气门连杆，72-气门摇臂，73-气门摇臂滚子，80-偏心轴，81-偏心轮，82-蜗轮，83- 蜗杆，90-涨紧弹簧

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的一个示例性的分解图。参照图1，该可变气门升程驱动装置，包括气门70、与气门70连接的气门连杆71、与气门连杆71连接的气门摇臂72、以及驱动气门70打开或闭合的凸轮轴10，在气门摇臂72和凸轮轴10之间设有摆臂20和摆臂调节机构，摆臂20包括第一旋转中心和第二旋转中心，摆臂调节机构包括第一销轴50、第二销轴60、第一连接杆30、第二连接杆40；其中，第一旋转中心连接第一销轴50，且第一旋转中心与第一销轴50同轴设置，第一销轴50连接第一连接杆30和第二连接杆40；第二旋转中心与第二销轴60同轴设置，第二销轴 60固定不动，第二销轴60连接第二连接杆40。

凸轮轴10转动时带动摆臂20围绕其第一旋转中心摆动可以驱动气门连杆71进行直线往复运动以实现气门70的打开或闭合，由于第二旋转中心与第二销轴60同轴设置，且第二销轴60固定不动，因此第一连接杆30驱动第一销轴50时带动摆臂20围绕第二销轴60转动，即实现摆臂调节机构驱动摆臂20围绕其第二旋转中心转动，以调整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。

上述提到的第二销轴固定不动可以为固定在发动机缸盖(图中未示)上，或者固定在凸轮轴的轴承座(图中未示)上，或者是其它固定于发动机内的结构，为了便于解释，下面的实施例中均以第二销轴固定在凸轮轴的轴承座上为例而进行说明。

另外，第二旋转中心和第二销轴也可以如上述所讲为同轴设置，但也可以不同轴，在本发明实施例中优选地将第二旋转中心和第二销轴同轴设置，这样便于优化设置气门升程量、摆臂的摆动角度等其它参数，以使摆臂的运动比较简单而灵活。补充说明的是，摆臂的摆动角度根据实际的应用情况而具体优化设定，因此在本发明实施中不对摆臂的摆动角度做具体的限定。

本发明实施例摆臂20的第一通孔21，该第一通孔21形成为第一旋转中心，第一销轴50可以通过间隙配合的方式安装在第一通孔21内；在图1所示的摆放状态下，摆臂20的顶部设有两个相互间隔且对称设置的凸出部，该两个凸出部同轴设有第二通孔，第二通孔安装摆臂滚子22，即摆臂滚子22安装在两个凸出部之间，该摆臂滚子22与凸轮轴10的凸轮11接触。摆臂20 的底部设有工作部23，工作部23(改为工作部，其他同)具有驱动气门连杆 71运动的驱动面，该驱动面包括与气门摇臂滚子73的外圆面相切的弧面、以及与弧面相切的平面。在VVL不工作的状态下(即气门连杆71在在静止状态下)，弧面与气门摇臂滚子73的外圆面接触，在VVL工作的状态下，平面与气门摇臂滚子73的外圆面接触。具体地，当驱动摆臂20围绕第一旋转中心摆动时，平面作用于气门连杆71使其以一定的高度作直线往复运动，从而驱动气门70以一定的升程打开或闭合，在此运动过程中第一旋转中心的位置不变，第二旋转中心围绕第一旋转中心摆动；当需要实现气门70的不同升程时，使摆臂20围绕第二旋转中心转动以调整第一旋转中心的位置。在该调整过程中，第二旋转中心的位置不变，第一旋转中心围绕第二旋转中心转动；调整完成后，再使摆臂20围绕第一旋转中心摆动，此时平面使气门连杆71 以另一种高度作直线往复运动，从而驱动气门70以另一种升程打开或闭合。这里应当明确，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。

根据凸轮11的工作原理可知，凸轮11的线型与气门70的升程量相关，在摆臂20与气门摇臂滚子73的接触位置不变的情况下，不同的凸轮11线型可以使气门具有不同的升程量。由于气门的升程量影响发动机的运行状态，而不同的发动机的结构可能不同，气门的升程量需要更具实际的情况来进行优化确定，因此本实施例不对气门的升程量做具体数值限定。

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。

上述第一连接杆30具体结构可以为图1所示的包括第一杆体31、与第一杆体31的端部垂直相连且朝第一杆体31的同一侧延伸的两个侧臂32、以及与第一杆体31的中部垂直相连且朝第一杆体31的另一相反侧延伸的中臂33；其中，两个侧臂32同轴均设有第一安装孔320，第一销轴50可以通过间隙配合的方式安装在该第一安装孔320内；中臂33设有第二安装孔330，第二安装孔330安装有偏心轮81，偏心轮81的偏心轴80连接有驱动机构。不难看出，将第一销轴50安装在第一安装孔320后，第一销轴50与第一安装孔320 也为面接触，将偏心轮81安装在第二安装孔330后，偏心轮81与第二安装孔330为面接触，这种面接触的方式会使相接触的两零件之间的接触面积比较大，较好地减少相接触的两零件之间的磨损(即对于本发明实施例可以减小偏心轮81与第一连接杆30之间的磨损，以及减少第一连接杆30与第一销轴50之间的磨损)。

本发明实施例中的第二连接杆40具体结构可以为图1 所示的包括第二杆体41，第二杆体41上设有第三安装孔42、第一销轴50通过过盈配合的方式安装在第三安装孔42内；第二杆体41还设有第四安装孔43，第二销轴60可以通过间隙配合的方式安装在第四安装孔43内，且该第二杆体41能够围绕第二销轴60摆动。

从前文所述可以看出，第一销轴50和第二销轴60形成一个不可相对运动的结构，由于第二销轴60固定在凸轮轴10的轴承座上，因此该轴承座对第一销轴50的轴向进行定位，同时结合图3不难看出，这样摆臂20在偏心轮81和第一销轴50的共同作用下保证摆臂20与气门摇臂滚子73的相对位置不发生变化。

同时还需要说明的是，第一连接杆30和第一销轴50之间形成一个运动副，第二连接杆40和第二销轴60之间形成另一个运动副。不难看出，摆臂调节机构的该两个运动副结构均比较简单，而且运动副的数量相对较少，这样还比较有利于整个VVL驱动装置的结构强度。

驱动偏心轴80运动可以通过驱动源(例如电机)直接来驱动，但是为了保证偏心轮81能有足够大的动力来驱动第一连接杆30运动，可以在偏心轴 80与驱动源之间连接蜗轮蜗杆减速机构，即为图1所示，偏心轴80连接与蜗杆83啮合的蜗轮82，该蜗杆83连接驱动源(图中未示)。不过还可以使用其它本领域内技术人员所知的减速机构，同样可以达到相同的目的。

为了保证摆臂20与摆臂调节机构之间的连接稳定性，可以参照图1或2 所示，在第一销轴50的两端各卡接一个卡簧，且这个卡簧均抵靠在与各自相邻第二连接杆40上，通过卡簧限制第一销轴50的轴向窜动的方式来达到目的，以提高VVL驱动装置的结构稳定性。

摆臂20的第一通孔21与第一销轴50之间通过间隙配合的方式来实现摆臂20围绕第一销轴50的摆动，这种连接结构可参照图1所述的结构，在第一销轴50和第一通孔21之间设有轴承51(例如选用滚针轴承51)，该轴承 51与第一通孔21之间为间隙配合，与第一销轴50也为间隙配合。

上述轴承51的数目可以根据实际的情况而进行优化设置，本发明实施例中轴承51优选的数量轴承51的数目为两个，该两个轴承51之间的第一销轴 50上间隙配合衬套(图中未示)，该衬套可以限制轴承51的轴向运动。

为了进一步保证摆臂20与摆臂调节机构之间的连接稳定性，第二销轴60 可以类似于第一销轴50，在其两端个卡接一个卡簧，参照图1或2，位于该第二销轴60一端的卡簧抵靠在第二连接杆40上，位于第二销轴60另一端的卡簧抵靠在凸轮轴10的轴承座上，这样通过卡簧限制第二销轴60轴向窜动的方式来保证连接的稳定性，以进一步提高VVL驱动装置的结构稳定性。

从上述内容中还可以知道，摆臂20在凸轮轴10的驱动下做往复摆动，而为了在此过程中避免摆臂20发生飞脱的现象(即摆臂滚子22与凸轮11分离)，可以布置一个例如图1或图2所示的涨紧弹簧90，该涨紧弹簧90中间部分固定在发动机缸盖上、两端接触摆臂20，这样可以使摆臂滚子22始终与凸轮11保持接触。

气门通常包括用于向燃烧室内提供含油的气体混合物的进气门和用于排出燃烧后产生的废气的出气门，由于发动机内通常具有多个燃烧室，每个燃烧室内可以安装至少一个以上的进气门和/或一个以上的出气门，其中两个以上的进气门或出气门可以由同一个可变气门升程驱动装置来驱动，且两个以上进气门或出气门的升程可以相同或不同。为了可以使读者清楚地了解本发明，下面以同一个可变气门升程(VVL)驱动装置驱动两个升程量相同的进气门或出气门为例来进行具体地说明：

参照图1至图3，首先通过间隙配合的方式沿轴向依次在摆臂20的通孔 300内安装一个滚针轴承51、一个衬套、一个滚针轴承51，然后将第一销轴 50沿第一通孔21的一端压入两个滚针轴承51和衬套，并使第一销轴50的两端均伸出第一通孔21的两端，在第一销轴50两端伸出第一通孔21的部分通过间隙配合的方式安装在第一连接杆30的第一安装孔320内，第一连接杆30 的第二安装孔330安装偏心轴80，并使偏心轮81与与第二安装孔330面接触。在图1所示的摆放状态下，摆臂20的顶部设置一个摆臂滚子22、底部设置两个工作部23，两个工作部23上的具有相同的驱动面，即弧面的半径、弧长相同，平面的长度均相同，这样在凸轮轴10驱动摆臂滚子22时，可以同时使两个气门的升程量相同。

偏心轮81在转动时通过第一连接杆30带动摆臂20绕第二销轴60(第二旋转中心)摆动一定角度，这时两个工作部23的弧面与气门摇臂滚子73的接触位置发生改变。在凸轮轴10转动时带动摆臂20围绕其第一旋转中心摆动一定角度后，可以同时使两个气门的升程量同时增大或减小。不难再次看出，VVL驱动装置可以实现连续地可变气门升程，即可以根据发动机的不同工况来实现不同的气门的升程，比较有效地响应地发动机的各种工况。例如对于响应低速小负荷或高速大负荷工况而言，可以降低该工况下的泵气损失和机械损失。

如果改变上述其中一个工作部23的弧面的半径、弧长，以及平面的长度，便可以实现同一个可变气门升程(VVL)驱动装置两个升程量不相同的进气门或出气门。

以上，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机构，摆臂包括第一旋转中心和第二旋转中心，摆臂调节机构包括第一销轴、第二销轴、第一连接杆、第二连接杆；

所述第一旋转中心连接第一销轴，且第一旋转中心与第一销轴同轴设置，第一销轴连接第一连接杆和第二连接杆；第二旋转中心与第二销轴同轴设置，第二销轴固定不动，第二销轴连接第二连接杆；

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实现气门的打开或闭合，摆臂调节机构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；

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，第一旋转中心为设在摆臂上的第一通孔，第一销轴安装在第一通孔内；第二旋转中心为设在摆臂上的第二通孔，第二通孔内安装有摆臂滚子，摆臂滚子与凸轮轴上的凸轮相接触。

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，所述第一连接杆包括第一杆体、与第一杆体的端部垂直相连且朝第一杆体的同一侧延伸的两个侧臂、以及与第一杆体的中部垂直相连且朝第一杆体的另一相反侧延伸的中臂；

所述两个侧臂同轴地设有安装第一销轴的第一安装孔；所述中臂设有第二安装孔，第二安装孔安装有偏心轮，偏心轮的偏心轴连接有驱动机构。

4.根据权利要求3所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述第二连接杆包括第二杆体，第二杆体上设有安装第一销轴的第三安装孔、以及安装第二销轴的第四安装孔，第二杆体能够围绕第二销轴摆动。

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，所述驱动机构包括与所述偏心轴连接的蜗轮、与蜗轮啮合的蜗杆、以及与蜗杆连接的驱动源。

6.根据权利要求1-5任一项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卡接有卡簧。

7.根据权利要求2-5任一项所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，第一销轴和所述第一通孔之间设有轴承。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述第二销轴卡接有卡簧。

10.根据权利要求2-5中任一项所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，还包括涨紧弹簧，涨紧弹簧的中间部分固定、两端接触摆臂以使凸轮始终保持与摆臂滚子接触。