CN103925036B - 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调整齿轮；所述摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述调整齿轮上设有驱动部，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，调整齿轮绕自身的齿轮轴转动时带动驱动部围绕齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。本发明用于实现气门升程的连续可变。

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。具体表现为：在发动机不同转速下匹配合适的气门升程，低转速时系统使用较小的气门升程，这样有利于增加缸内气流的强度提高燃烧速度，减少充气时间，进而提高发动机的低速扭矩，降低燃油消耗，而高转速时使用更大的气门升程则可以显著提高充量系数，进而提升高转速时的功率输出。

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，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明的可变气门升程驱动装置包括第一气门和第二气门、与第一气门连接的第一气门连杆和与第二气门连接的第二气门连杆、与第一气门连杆连接的第一气门摇臂和与第二气门连杆连接的第二气门摇臂、以及驱动第一气门和第二气门打开或闭合的凸轮轴，在第一气门摇臂和凸轮轴之间设有第一摆臂和第一调整齿轮，在第二气门摇臂和凸轮轴之间设有第二摆臂和第二调整齿轮；所述第一摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述第二摆臂上设有第三旋转中心和第四旋转中心，所述第一调整齿轮上设有第一驱动部，所述第二调整齿轮上设有第二驱动部，凸轮轴转动时带动第一摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动第一气门连杆直线往复运动实现第一气门的打开或闭合，并且凸轮轴转动时带动第二摆臂围绕第三旋转中心摆动以驱动第二气门连杆直线往复运动实现第二气门的打开或闭合；第一调整齿轮绕自身的第一齿轮轴转动时带动第一驱动部围绕第一齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动，第二调整齿轮绕自身的第二齿轮轴转动时带动第二驱动部围绕第二齿轮轴转动以使第三旋转中心围绕第四旋转中心转动。

优选地，所述第二旋转中心和所述第一齿轮轴同轴设置，所述第四旋转中心和所述第二齿轮轴同轴设置。

进一步地，所述第一齿轮轴和所述第二齿轮轴同轴设置。

为简化系统结构，所述第一调整齿轮啮合有第一传动齿轮，所述第二调整齿轮啮合有第二传动齿轮，所述第一传动齿轮刚性连接在第一传动轴上，所述第二传动齿轮刚性连接在第二传动轴上，所述第二传动轴带动所述第一传动轴转动。

具体而言，所述第一传动轴套设在第二传动轴上，并通过径向延伸的定位销连接，且在第一传动轴上设有使定位销沿周向滑动的滑槽。

进一步地，所述第二传动齿轮和所述第二传动轴通过所述定位销连接。

具体而言，所述第一驱动部为与所述第一调整齿轮刚性连接的第一转动轴，所述第一旋转中心为第一通孔，所述第一转动轴设在第一通孔内；所述第二驱动部为与所述第二调整齿轮刚性连接的第二转动轴，所述第三旋转中心为第二通孔，所述第二转动轴设在第二通孔内。

进一步地，所述第一转动轴与所述第一调整齿轮一体成型，所述第二转动轴与所述第二调整齿轮一体成型。

其次，所述第二旋转中心为第三通孔，第三通孔内设有第一销轴，第一销轴上安装有与所述凸轮轴的凸轮配合的第一摆臂滚子；所述第四旋转中心为第四通孔，第四通孔内设有第二销轴，第二销轴上安装有与所述凸轮轴的凸轮配合的第二摆臂滚子。

优选地，所述凸轮轴支撑在轴承座上，轴承座上还设有安装孔，所述第一齿轮轴和所述第二齿轮轴穿设在安装孔内。

在本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置中，当第一旋转中心位于一个位置处时第一气门可以实现一种气门升程，当第一调整齿轮绕自身的第一齿轮轴转动时带动第一驱动部围绕第一齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。随着第一旋转中心围绕第二旋转中心转动，第一旋转中心相对第二旋转中心的周向位置随之改变，实现了第一气门变化的气门升程。同理当第三旋转中心位于一个位置处时第二气门可以实现一种气门升程，当第二调整齿轮绕自身的第二齿轮轴转动时带动第二驱动部围绕第二齿轮轴转动以使第三旋转中心围绕第四旋转中心转动。随着第三旋转中心围绕第四旋转中心转动，第三旋转中心相对第四旋转中心的周向位置随之改变，实现了第二气门变化的气门升程。因此本发明提供的气门升程驱动装置能够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，下面将对实施例描述中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。

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第一气门1a和第二气门1b、与第一气门1a连接的第一气门连杆2a和与第二气门1b连接的第二气门连杆2b、与第一气门连杆2a连接的第一气门摇臂3a和与第二气门连杆2b连接的第二气门摇臂3b、以及驱动第一气门1a和第二气门1b打开或闭合的凸轮轴7，其中，在第一气门摇臂3a和凸轮轴7之间设有第一摆臂4a和第一调整齿轮5a，在第二气门摇臂5b和凸轮轴7之间设有第二摆臂4b和第二调整齿轮5b；第一摆臂4a上设有第一旋转中心41a和第二旋转中心42a，第二摆臂4b上设有第三旋转中心41b和第四旋转中心42b，第一调整齿轮5a上设有第一驱动部51a，第二调整齿轮5b上设有第二驱动部(被挡住，没有图示)，凸轮轴7转动时带动第一摆臂4a围绕第一旋转中心41a摆动以驱动第一气门连杆2a直线往复运动实现第一气门1a的打开或闭合，并且凸轮轴7转动时带动第二摆臂4b围绕第三旋转中心41b摆动以驱动第二气门连杆2b直线往复运动实现第二气门1b的打开或闭合；第一调整齿轮5a绕自身的第一齿轮轴52转动时带动第一驱动部51a围绕第一齿轮轴52转动以使第一旋转中心41a围绕第二旋转中心42a转动，第二调整齿轮5b绕自身的第二齿轮轴52转动时带动第二驱动部围绕第二齿轮轴52转动以使第三旋转中心41b围绕第四旋转中心42b转动。

这样在本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置中，当第一旋转中心位于一个位置处时第一气门可以实现一种气门升程，当第一调整齿轮绕自身的第一齿轮轴转动时带动第一驱动部围绕第一齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。随着第一旋转中心围绕第二旋转中心转动，第一旋转中心相对第二旋转中心的周向位置随之改变，实现了第一气门变化的气门升程。同理当第三旋转中心位于一个位置处时第二气门可以实现一种气门升程，当第二调整齿轮绕自身的第二齿轮轴转动时带动第二驱动部围绕第二齿轮轴转动以使第三旋转中心围绕第四旋转中心转动。随着第三旋转中心围绕第四旋转中心转动，第三旋转中心相对第四旋转中心的周向位置随之改变，实现了第二气门变化的气门升程。因此本发明提供的气门升程驱动装置能够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。

需要说明的是，本发明并不限于上述实施例中的两个气门，对于三个甚至更多个气门，气门升程的调节过程和上述第一气门和第二气门的气门升程的调节过程类似，本发明在此不作赘述。

从上面描述的第一旋转中心和第二旋转中心位置的调节过程可知，能够将第一旋转中心称为第一气门的气门升程的驱动中心，将第二旋转中心称为第一气门的气门升程的调整中心。同理，能够将第三旋转中心称为第二气门的气门升程的驱动中心，将第四旋转中心称为第二气门的气门升程的调整中心。因此本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置将驱动中心和调整中心都集成在摆臂上，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，由于第一旋转中心位置的调整是通过第一旋转中心围绕第二旋转中心转动实现的，第三旋转中心位置的调整是通过第三旋转中心围绕第四旋转中心转动实现的，因此我们可以在此调整过程中保持第二旋转中心和第四旋转中心的位置不变只是使第一旋转中心和第三旋转中心作平面运动，这样摆臂的运动形式简单，摆臂与其他相关零部件的装配关系也比较简单，从而降低了其对加工精度和装配精度的要求。

同理，能够将第一齿轮轴称为第一调整齿轮的转动部，并能够将第二齿轮轴称为第二调整齿轮的转动部，本发明采用第一调整齿轮来调整第一旋转中心的位置，第二调整齿轮来调整第三旋转中心的位置，可以很好地将转动部和驱动部均集成在调整齿轮上，相比于将转动部和驱动部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。

需要进一步说明的是，由于第一气门由第一摆臂驱动，第二气门由第二摆臂驱动，而且第一摆臂的第一旋转中心通过第一调整齿轮调节，第二摆臂的第三旋转中心通过第二调整齿轮调节，这样在第一摆臂和第二摆臂的工作面相同的情况下，我们可以通过改变第一调整齿轮和第二调整齿轮的驱动方式实现第一气门和第二气门相同或不同的气门升程。下面就以不同气门升程为例介绍本发明的优选实施例。在优选实施例中只介绍不同之处，与上述实施例的共同之处不再重复。

首先，第二旋转中心和第一齿轮轴同轴设置，第四旋转中心和第二齿轮轴同轴设置。这样当第一调整齿轮围绕第一齿轮轴转动时，第一驱动部对第一摆臂施加驱动力时，该驱动力使第一摆臂也围绕第一齿轮轴转动，从而实现第一摆臂围绕第二旋转中心转动。这样仅使第一旋转中心42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。第四旋转中心和第二齿轮轴同轴设置达到的有益效果参照第二旋转中心和第一齿轮轴同轴设置的有益效果。

作为上述实施例的进一步改进，所述第一齿轮轴和所述第二齿轮轴同轴设置。即图2所示的第一齿轮轴和第二齿轮轴均为轴52。这样一方面是便于装配，另一方面可以实现第一摆臂的第二旋转中心和第二摆臂的第四旋转中心的同轴，控制起来更方便一些。其中轴52的固定方式有多种，例如，在用来支撑凸轮轴7的轴承座8上设置安装孔81，轴52穿设在安装孔81内。这样轴承座同时起到固定支撑凸轮轴和调整齿轮的作用，简化了系统的结构。

其次，第一调整齿轮5a啮合有第一传动齿轮6a，第二调整齿轮5b啮合有第二传动齿轮6b，第一传动齿轮6a刚性连接(例如过盈压装)在第一传动轴7a上，第二传动齿轮6b刚性连接在第二传动轴7b上，第二传动轴7b带动第一传动轴7a转动。这样达到的有益效果是只需第二传动轴7b连接驱动源，例如电机即可，减少零部件的数量。当然在本发明的其它实施例中，第一传动轴和第二传动轴也可以分别连接驱动源，那样更容易实现第一气门与第二气门不同的气门升程，使进气时产生涡流，提高发动机性能。

实现第一气门与第二气门不同气门升程的具体方法有多种，例如第一传动轴7a为空心轴且套设在第二传动轴7b上，并通过径向延伸的定位销9连接，且在第一传动轴7a上设有使定位销9沿周向滑动的滑槽71a。这样在第二传动轴转动时，由于定位销在滑槽中滑动实现了第一传动轴与第二传动轴的相对转动，使第一传动齿轮和第二传动齿轮产生了一定的相位差，因此第一摆臂上的第一旋转中心和第二摆臂上的第三旋转中心转过的角度不一致，第一气门与第二气门的气门升程也就不一致。通过滑槽不同长度的设置可以实现第一传动齿轮和第二传动齿轮相位差的大小。当然不发明并不限于此，也可以通过改变第一摆臂和第二摆臂的工作面的形状和尺寸或是第一旋转中心和第三旋转中心的初始位置来实现第一气门与第二气门不同的气门升程。

为简化系统结构，本发明实施例第二传动齿轮6b和第二传动轴7b通过定位销9连接。具体为将第二传动齿轮的轴向尺寸加长，并设计一段没有齿的区域，并在该区域沿径向开设通孔61b，将定位销穿设在该通孔61b内实现第二传动齿轮6b与第二传动轴7b的刚性连接。

具体而言，第一驱动部51a为与第一调整齿轮5a刚性连接的第一转动轴，第一旋转中心41a为第一通孔，第一转动轴设在第一通孔内；第二驱动部为与第二调整齿轮5b刚性连接的第二转动轴，第三旋转中心41b为第二通孔，第二转动轴设在第二通孔内。也就是第一旋转中心和第一转动轴同轴设置，第二旋转中心和第二转动轴同轴设置。这样第一转动轴直接驱动第一摆臂4a的第一旋转中心41a相对于第一摆臂4a的第二旋转中心42a转过一定的角度，第二转动轴直接驱动第二摆臂4b的第三旋转中心41b相对于第一摆臂4b的第四旋转中心42b转过一定的角度，因此能够简便地控制摆臂上驱动中心和调整中心之间连线的角位移量，简化了结构和控制过程。其中第一转动轴与第一调整齿轮优选一体成型，第二转动轴与第二调整齿轮优选一体成型，以简化加工和装配工艺。由于第一转动轴和第一摆臂的驱动中心同轴设置，第二转动轴和第二摆臂的驱动中心同轴设置，因此第一摆臂便围绕第一转动轴转动实现第一气门的打开与关闭，第二摆臂便围绕第二转动轴转动实现第二气门的打开与关闭

此外，第二旋转中心42a为第三通孔，第三通孔内设有第一销轴，第一销轴上安装有与所述凸轮轴的凸轮配合的第一摆臂滚子43a；第四旋转中心42b为第四通孔，第四通孔内设有第二销轴，第二销轴上安装有与所述凸轮轴的凸轮配合的第二摆臂滚子43b。这样凸轮轴7的凸轮驱动第一摆臂滚子43a、第二摆臂滚子43b以使第一摆臂4a围绕第一转动轴摆动实现第一气门的打开或闭合，第二摆臂4b围绕第二转动轴摆动实现第二气门的打开或闭合。

如图1和图2所示，第一气门摇臂3a上还连接有液压挺柱10a，第二气门摇臂3b上还连接有液压挺柱10b，液压挺柱10a、10b能够使凸轮轴7上的凸轮与摆臂滚子43a、43b之间的接触、以及气门摇臂3a、3b与摆臂4a、4b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。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 (6)

1.一种可变气门升程驱动装置，包括第一气门和第二气门、与第一气门连接的第一气门连杆和与第二气门连接的第二气门连杆、与第一气门连杆连接的第一气门摇臂和与第二气门连杆连接的第二气门摇臂、以及驱动第一气门和第二气门打开或闭合的凸轮轴，其特征在于，在第一气门摇臂和凸轮轴之间设有第一摆臂和第一调整齿轮，在第二气门摇臂和凸轮轴之间设有第二摆臂和第二调整齿轮；所述第一摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述第二摆臂上设有第三旋转中心和第四旋转中心，所述第一调整齿轮上设有第一驱动部，所述第二调整齿轮上设有第二驱动部，凸轮轴转动时带动第一摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动第一气门连杆直线往复运动实现第一气门的打开或闭合，并且凸轮轴转动时带动第二摆臂围绕第三旋转中心摆动以驱动第二气门连杆直线往复运动实现第二气门的打开或闭合；

所述第一驱动部为与所述第一调整齿轮刚性连接的第一转动轴，所述第一旋转中心为第一通孔，所述第一转动轴设在第一通孔内；所述第二驱动部为与所述第二调整齿轮刚性连接的第二转动轴，所述第三旋转中心为第二通孔，所述第二转动轴设在第二通孔内；所述第二旋转中心和第一齿轮轴同轴设置，所述第四旋转中心和第二齿轮轴同轴设置；

第一调整齿轮绕自身的第一齿轮轴转动时带动第一驱动部围绕第一齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动，第二调整齿轮绕自身的第二齿轮轴转动时带动第二驱动部围绕第二齿轮轴转动以使第三旋转中心围绕第四旋转中心转动；所述第一调整齿轮啮合有第一传动齿轮，所述第二调整齿轮啮合有第二传动齿轮，所述第一传动齿轮刚性连接在第一传动轴上，所述第二传动齿轮刚性连接在第二传动轴上，所述第二传动轴带动所述第一传动轴转动。

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，所述第一齿轮轴和所述第二齿轮轴同轴设置。

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，所述第一传动轴套设在第二传动轴上，并通过径向延伸的定位销连接，且在第一传动轴上设有使定位销沿周向滑动的滑槽。

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，所述第二传动齿轮和所述第二传动轴通过所述定位销连接。

5.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，所述第一转动轴与所述第一调整齿轮一体成型，所述第二转动轴与所述第二调整齿轮一体成型。

6.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，所述凸轮轴支撑在轴承座上，轴承座上还设有安装孔，所述第一齿轮轴和所述第二齿轮轴穿设在安装孔内。