CN103925030B - 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，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气门、气门连杆、气门摇臂、以及凸轮轴，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，摆臂调节架上连接有第一销轴和第二销轴；第一旋转中心与第一销轴同轴设置，且所述第一旋转中心连接第一销轴，第二销轴固定不动；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，摆臂调节架围绕第二销轴转动时带动摆臂围绕第二旋转中心转动以调整第一旋转中心的位置。本发明主要适用于发动机。

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：

本发明实施例提供的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，摆臂调节架上连接有第一销轴和第二销轴；

第一旋转中心与第一销轴同轴设置，且所述第一旋转中心连接第一销轴，第二销轴固定不动；

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，摆臂调节架围绕第二销轴转动时带动摆臂围绕第二旋转中心转动以调整第一旋转中心的位置。

进一步地，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抵靠。

优选地，所述第二旋转中心与所述第二销轴同轴设置。

进一步地，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，第一安装孔固定安装第一销轴；两个侧臂上还同轴地设有与所述第二通孔对应的第二安装孔，第二安装孔安装第二销轴，摆臂调节架围绕第二销轴摆动；中臂抵靠有偏心轮，偏心轮的偏心轴连接有驱动机构。

其中，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。

进一步地，还包括复位弹簧，复位弹簧固定且抵靠于摆臂调节架上，以使偏心轮始终保持与摆臂调节架接触。

其中，所述摆臂调节架上设有限位凸台，复位弹簧抵靠于限位凸台上。

可选地，所述偏心轴和复位弹簧位于摆臂调节的同侧或两侧。

此外，所述摆臂、摆臂调节架、凸轮以及偏心轮的数目均为两个，两个摆臂上的摆臂滚子各自抵靠一个凸轮，两个摆臂调节架各自抵靠一个偏心轮。

可选地，两个所述偏心轮的型线不同。

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进行直线往复运动实现气门的打开或闭合，摆臂调节架围绕第二销轴转动时带动摆臂围绕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一种可变气门升程驱动装置的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的分解结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种可变气门升程驱动装置的结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为图4的分解结构示意图。

附图标记：

10-凸轮轴，11-凸轮，12-轴承座，20-摆臂，21-凸出部，22-摆臂滚子，23-工作部，200-第一通孔，210-第二通孔，30-摆臂调节架，31-底臂，32-侧臂，320-第一安装孔，321-第二安装孔，33-中臂，34-限位凸台，40-第一销轴，50-第二销轴，60-偏心轴，61-偏心轮，70-气门、71-气门连杆，72-气门摇臂，73-气门摇臂滚子，80-复位弹簧，90-液压挺柱

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。

本发明实施例提供的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，其中摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，摆臂调节架上连接有第一销轴和第二销轴；第一旋转中心与第一销轴同轴设置，且所述第一旋转中心连接第一销轴，第二销轴固定不动；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，摆臂调节架围绕第二销轴转动时带动摆臂围绕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上，或者是其它固定于发动机内的结构，为了便于解释，以下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。

下面结合附图来详细说明本发明提供的可变气门升程驱动装置的实施例。

实施例一

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结构图。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和摆臂调节架30，摆臂20上设有第一旋转中心和第二旋转中心，摆臂调节架30上连接图3所示的有第一销轴40和第二销轴50；第一旋转中心与第一销轴40同轴设置，且所述第一旋转中心连接第一销轴40，第二销轴50固定不动。其中在图1所示的摆放状态下，摆臂20的下部设有第一通孔200(可参照图6)，该第一通孔200形成前述的第一旋转中心，第一销轴40可以通过间隙配合的方式安装在第一通孔200内；摆臂20的上端设有两个相互间隔且对称设置的凸出部21，这两个凸出部21同轴设有第二通孔210(可参照图6)，该第二通孔210形成前述的第二旋转中心，且第二通孔210内安装摆臂滚子22，即摆臂滚子22安装在两个凸出部21之间，该摆臂滚子22与凸轮轴10上的凸轮11相抵靠。

具体地，凸轮轴10的转动使凸轮11的小端抵靠于摆臂滚子22上时，凸轮11拨动摆臂滚子22以使摆臂20围绕第一旋转中心(或第一销轴40)摆动。在摆臂20围绕第一旋转中心的摆动完成后，凸轮轴10的继续转动使凸轮11的大端抵靠于摆臂滚子22上，且摆臂滚子22在凸轮11的驱动下发生自转运动，此时摆臂调节架30围绕第二销轴50转动并带动摆臂20围绕第二旋转中心摆动。

在图1或图2所示的摆放状态下，摆臂20的下端还设有如图3所示的工作部23，工作部23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。

根据凸轮的工作原理可知，凸轮的型线与气门的升程量相关，在摆臂与气门摇臂滚子的接触位置不变的情况下，不同的凸轮型线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。

上述第二旋转中心与第二销轴50可以同轴设置，但也可以不同轴设置。而在本实施例中优选地将第二旋转中心和第二销轴50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，因此在本实施中不对摆臂的摆动角度做具体的限定。

本实施例中的摆臂调节架30具体结构可以参照图3所示的结构，包括呈直线型的底臂31、与底臂31的端部垂直相连且朝底臂31的同一侧延伸的两个侧臂32、以及与底臂31的中部垂直相连且朝底臂31的另一相反侧延伸的中臂33；两个侧臂32上同轴地设有第一安装孔320，第一安装孔320可通过过盈配合的方式固定安装第一销轴40；两个侧臂32上还同轴地设有与上述第二通孔210对应的第二安装孔321，第二安装孔321可通过间隙配合的方式安装第二销轴50，摆臂调节架30围绕第二销轴50摆动；在图1或图2的摆放状态下，中臂33的顶部抵靠有偏心轮61，偏心轮61的偏心轴60连接有驱动机构。

驱动偏心轴60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61能有足够大的动力来驱动摆臂调节架30运动，可以在偏心轴60与驱动源之间连接蜗轮蜗杆减速机构(图中未示)，偏心轴60连接与蜗杆啮合的蜗轮，该蜗杆连接驱动源。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。

从上述内容中可以知道，摆臂调节架30在偏心轮61的驱动下做往复摆动，而为了在此过程中避免摆臂调节架30与偏心轮61发生飞脱的现象(即摆臂调节架30与偏心轮61分离)，可以布置一个例如图1或图2所示的复位弹簧80，该复位弹簧80固定(例如固定于发动机缸盖上)且抵靠于摆臂调节架30上，这样可以使偏心轮61始终保持与摆臂调节架30接触。

为了保证复位弹簧80始终位于发动机内的一个固定位置，可以在图2所示的摆臂调节架30的中臂33底部设有限位凸台34，复位弹簧80的一端抵靠在该限位凸台34上。当然也可以在摆臂调节架30的中臂33底部设有凹槽，复位弹簧80的一端伸入并抵靠于该凹槽内。本实施例以及图中所示的结构也仅为举例说明，而不限于该实施例所述的结构。

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实施例，下面优选地以同一个可变气门升程(VVL)驱动装置驱动两个进气门或出气门为例来进一步地具体地说明：

在此情况下，作为本实施例可选的方案，前述提及的摆臂20、摆臂调节架30、凸轮11以及偏心轮61的数目均为两个，其中两个摆臂20上的摆臂滚子22各自抵靠一个凸轮11，两个摆臂调节架30各自抵靠一个偏心轮61。具体地，参照图2和图3，每个摆臂20通过第一销轴40支撑在摆臂调节架30上，且每个摆臂20上的摆臂滚子22抵靠凸轮11；每个摆臂调节架30通过第二销轴50支撑在凸轮轴10的轴承座12上，且每个摆臂调节架30的中臂33的顶部抵靠偏心轮61。其中，两个摆臂调节架30可以为图1所示的共同抵靠一个复位弹簧80，也可以各自抵靠一个复位弹簧，具体可以视实际应用情况而定。

上述两个摆臂20的上的工作部23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，而凸轮轴10上的两个凸轮11也具有相同的型线，这样在凸轮轴10同时驱动两个摆臂滚子22时，使两个气门70的升程量相同。

偏心轮61在转动时通过摆臂调节架30带动摆臂20绕第二销轴50(第二旋转中心)摆动一定角度，这时摆臂20上的工作部23的弧面与气门摇臂滚子73的接触位置发生改变。这样凸轮轴10转动时再次带动摆臂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。

如果上述提到的两个偏心轮61具有不同的型线，那么便可以使各自抵靠的摆臂调节架30在围绕第二销轴50的摆动时具有不同的摆动角度，在完成该动作后，两个摆臂调节架30各自与气门摇臂滚子73的接触位置不同，这样使得两个气门连杆71的直线运动行程，进而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。

实施例二

图4、图5及图6是本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的另一种示例性的结构图。本实施例与图1至图3所示的实施例一的区别在于：实施例一中的复位弹簧80和偏心轴60位于摆臂调节架30的同侧，实施例二中的复位弹簧80和偏心轴60位于摆臂调节架30的两侧。具体地，在图4或图5的摆放状态下，摆臂调节架30的中臂33远离底臂31的一端抵靠偏心轮61，摆臂调节架30的侧臂32的下端设有如图5或图6所示的限位凸台34，复位弹簧80抵靠于限位凸台34上。本实施例的此种布局可以使摆臂调节架30的受力比较平衡，即偏心轮61驱动摆臂调节架30的驱动力和复位弹簧80对摆臂调节架30的作用力位于摆臂调节架30的两侧，摆臂调节架30会由于受力均衡而比较灵活地绕第二销轴50转动。

当然除上述区别之处外，本实施例与上述实施例一即使存在细微的不同之处，本领域技术人员也可以依据相应的技术知识通过合理的推论得知，此处不再详述。

此外，如图1至图6所示，气门摇臂72上还连接有液压挺柱90，液压挺柱90能够使凸轮轴10上的凸轮11与摆臂滚子22之间的接触、以及气门摇臂滚子73与摆臂的工作部23之间的接触保持零间隙。

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架，摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，摆臂调节架上连接有第一销轴和第二销轴；

第一旋转中心与第一销轴同轴设置，且所述第一旋转中心连接第一销轴，第二销轴固定不动；

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，摆臂调节架围绕第二销轴转动时带动摆臂围绕第二旋转中心转动以调整第一旋转中心的位置。

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抵靠。

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，所述第二旋转中心与第二销轴同轴设置。

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，第一安装孔固定安装第一销轴；两个侧臂上还同轴地设有与所述第二通孔对应的第二安装孔，第二安装孔安装第二销轴，摆臂调节架围绕第二销轴摆动；

中臂抵靠有偏心轮，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5所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，还包括复位弹簧，复位弹簧固定且抵靠于摆臂调节架上，以使偏心轮始终保持与摆臂调节架接触。

7.根据权利要求6所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述摆臂调节架上设有限位凸台，复位弹簧抵靠于限位凸台上。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述偏心轴和复位弹簧位于摆臂调节架的同侧或两侧。

9.根据权利要求4-7中任一项所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述摆臂、摆臂调节架、凸轮以及偏心轮的数目均为两个，两个摆臂上的摆臂滚子各自抵靠一个凸轮，两个摆臂调节架各自抵靠一个偏心轮。

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，两个所述偏心轮的型线不同。