CN103939171A - 一种发动机可变气门升程机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机可变气门升程机构，包括设在凸轮轴上的凸轮、定位安装在气缸盖中的液压挺柱、一端支撑在液压挺柱上的摆臂、与摆臂另一端连接的气门、设在摆臂中部的摆臂滚子、驱动装置、与驱动装置连接并在驱动装置的驱动下滑动的滑杆、定位安装在气缸盖内与滑杆配合的条形滑槽构件以及位于凸轮与摆臂之间的摇臂；所述摇臂由一端套在滑杆上并可相对滑杆旋转的支座、定位安装在支座另一端的滚轴以及连接在滚轴上并可相对滚轴在支座内旋转的摇臂滚子组成，所述摇臂滚子与凸轮和摆臂滚子配合，将凸轮的转动传递给摆臂滚子。该升程机构能改变气门的升程，实现较理想的配气，同时简化结构、提高可靠性并降低成本。

Description

一种发动机可变气门升程机构

技术领域

    本发明涉及一种发动机部件，具体涉及一种发动机可变气门升程机构。

背景技术

汽车发动机具有一个燃料燃烧产生动力的燃烧室，燃烧室装配有用于供给气体的进气门和用于排出燃烧过的气体的排气门。进气门和排气门通过连接到曲轴的气门升程装置来打开和关闭燃烧室，传统的发动机的进排气门的开启/关闭时刻以及升程是固定不变的，参见图1、图2，气门升程机构包括设在凸轮轴上的凸轮1、定位安装在气缸盖中的液压挺柱7、一端支撑在液压挺柱上的摆臂3、与摆臂另一端连接的气门4以及设在摆臂中部通过上下往复运动开启/关闭气门的摆臂滚子31，气门4的中部套有气门导管5，下端配合有气门座圈6，其中气门导管和气门座圈固定在气缸盖内，气门在气门导管内做往复运动。摆臂滚子与凸轮配合，凸轮轴旋转带动凸轮旋转，并传递给摆臂滚子，摆臂滚子以液压挺柱为支点上下往复运动带动摆臂转动，作用于气门，将运动传递给气门，实现气门的开闭；在这种机构中，气门升程取决于凸轮型线，即凸轮型线确定后，气门升程也确定了，气门升程不可变。

在发动机运行的全过程中，在不同的转速和不同的负荷条件下，最佳的气门开、闭时刻和升程是不同的。比如，发动机低速小负荷运转时，需要较小的气门重叠角和气门升程，因为低速气体流动惯性较小，气门升程过高不利于进气涡流的形成，较小的气门重叠角，有利于稳定燃烧状态，在这种状态下，最佳的配气状态是进气门延后开启，排气门提前关闭，气门升程较低。当发动机高速运转时，为提高发动机的功率输出，通常需要较高的气门升程，当发动机高负荷运转时，为提高扭矩输出，需要较大的气门重叠角。然而，传统的气门升程机构只能使发动机在某一特定工况下处于最佳的配气状态，对于其他工况，或者牺牲了性能，或者牺牲了油耗。为了解决这个矛盾，近年来可变气门正时（简称VVT）技术逐渐应用于汽车发动机中，这种技术通过改变进、排气门的开、闭时刻来实现气门正时的变化，从而改变气门重叠角以适应不同的工况，但可变气门升程（简称VVL）技术的工程化应用，发展非常缓慢，一方面由于现有的VVL技术过于复杂，可靠性不高，另一方面，其成本太高，不易被普通用户接受。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机可变气门升程机构，以改变气门的升程，实现较理想的配气，同时简化结构、提高可靠性并降低成本。

本发明所述的一种发动机可变气门升程机构，包括设在凸轮轴上的凸轮、定位安装在气缸盖中的液压挺柱、一端支撑在液压挺柱上的摆臂、与摆臂另一端连接的气门以及设在摆臂中部通过上下往复运动开启/关闭气门的摆臂滚子，还包括驱动装置、与驱动装置连接并在驱动装置的驱动下滑动的滑杆、定位安装在气缸盖内与滑杆配合的条形滑槽构件以及位于凸轮与摆臂之间的摇臂；所述摇臂由一端套在滑杆上并可相对滑杆旋转的支座、定位安装在支座另一端的滚轴以及连接在滚轴上并可相对滚轴在支座内旋转的摇臂滚子组成，所述摇臂滚子与凸轮和摆臂滚子配合，将凸轮的转动传递给摆臂滚子。

进一步，所述摇臂滚子通过滚针连接在滚轴上。

进一步，摆臂的一端通过可调控伸缩的液压挺柱头部支撑在液压挺柱上，所述摆臂以液压挺柱头部为支点上下往复运动。

进一步，所述条形滑槽构件的滑动行程限制滑杆运动，使摇臂滚子与凸轮及摆臂滚子中心成直线。

进一步，当所述摇臂滚子、凸轮及摆臂滚子中心成直线时，摆臂的一端通过被调控压缩的液压挺柱头部支撑在液压挺柱上，所述摆臂以液压挺柱头部为支点上下往复运动。

进一步，所述条形滑槽构件的滑动行程限制滑杆运动，使摇臂滚子、凸轮及摆臂滚子的中心构成三角形。

进一步，摆臂的一端通过当摇臂滚子、凸轮及摆臂滚子中心成三角形时被调控伸长的液压挺柱头部支撑在液压挺柱上，所述摆臂以液压挺柱头部为支点上下往复运动。

本发明通过驱动装置驱动滑杆在条形滑槽构件内移动，滑杆带动摇臂移动，使摇臂滚子中心相对于凸轮中心和摆臂滚子中心的位置发生变化，从而在传递过程中改变气门升程，液压挺柱在整个过程中根据摇臂滚子的位置通过液压挺柱头部动态的调节气门间隙，即当滑杆在条形滑槽构件一端时，摇臂滚子中心与凸轮中心、摆臂滚子中心基本处于同一直线上，液压挺柱头部被向下压缩，此时气门升程最高；当滑杆在条形滑槽构件另一端时，摇臂滚子中心远离凸轮中心与摆臂滚子中心的连线，液压挺柱头部向上运动以消除气门间隙，此时气门升程最低，在最高升程与最低升程之间可实现各种升程的切换。

本发明改变了气门升程，可在发动机低速小负荷运转时变为低升程，在发动机高速大负荷运转时变为高升程，在与VVT配合使用时，实现了较理想的配气，同时其结构简单、可靠性高，成本低。

附图说明

图1为传统的气门升程机构在气门处于关闭状态时的结构示意图。

图2为传统的气门升程机构在气门处于打开状态时的结构示意图。

图3为本发明在最高升程时气门处于关闭状态的结构示意图。

图4为本发明在最低升程时气门处于关闭状态的结构示意图。

图5为本发明中滑杆与条形滑槽构件、摇臂的结构示意图。

图6为软件模拟气门升程变化的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图3、图4、图5和图6所示的发动机可变气门升程机构，包括设在凸轮轴上的凸轮1、定位安装在气缸盖中的液压挺柱7、一端支撑在液压挺柱7的液压挺柱头部71上的摆臂3、与摆臂3另一端连接的气门4、设在摆臂3中部通过上下往复运动开启/关闭气门的摆臂滚子31、驱动装置、与驱动装置连接并在驱动装置的驱动下滑动的滑杆9、定位安装在气缸盖内与滑杆9配合的条形滑槽构件8以及位于凸轮1与摆臂3之间的摇臂2；摇臂2由一端套在滑杆9上并可相对滑杆9旋转的支座21、定位安装在支座21另一端的滚轴22以及通过滚针23连接在滚轴22上并可相对滚轴22在支座21内旋转的摇臂滚子24组成，摇臂滚子24与凸轮1和摆臂滚子31配合，将凸轮1的转动传递给摆臂滚子31；气门4的中部套有气门导管5，下端配合有气门座圈6，其中气门导管5和气门座圈6固定在气缸盖内，气门4在气门导管5内做往复运动；驱动装置可以是液压连续的（如液压缸），也可以是机械或电子的、有级的（如步进电机），其驱动方案由ECU（电子控制单元）在发动机负载、车速等的基础上进行控制，本领域普通技术人员可以实现。

ECU根据条件判断发动机需要高升程时，ECU控制驱动装置带动滑杆9在条形滑槽构件8内沿靠近摆臂滚子31的方向滑动（即向右滑动），滑杆9滑动带动摇臂2向右移动，当摇臂滚子24的中心与凸轮1的中心及摆臂滚子31的中心在同一直线上时，滑杆9滑动到条形滑槽构件8的最右端（参见图3），液压挺柱7在凸轮1、摇臂2和摆臂3的作用力下，液压挺柱头部71处于缩短状态，气门升程为最高升程，摇臂滚子24与凸轮1和摆臂滚子31配合，凸轮轴旋转带动凸轮1旋转，凸轮1旋转通过摇臂滚子24传递给摆臂滚子31，摆臂滚子31以液压挺柱头部71为支点上下往复运动带动摆臂3转动，作用于气门4，将运动传递给气门4，实现气门的开闭。

ECU根据条件判断发动机需要低升程时，ECU控制驱动装置带动滑杆9在条形滑槽构件8内沿远离摆臂滚子31的方向滑动（即向左滑动），滑杆9滑动带动摇臂2向左移动，摇臂滚子24的中心与凸轮1的中心及摆臂滚子31的中心形成一个三角形；当滑杆9滑动到条形滑槽构件8的最左端（参见图4），由于摇臂2的移动导致在凸轮1的基圆与摇臂滚子24之间有了间隙，液压挺柱7会在液压力的作用下伸长液压挺柱头部71，消除此间隙，气门升程为最低升程，摇臂滚子24与凸轮1和摆臂滚子31配合，凸轮轴旋转带动凸轮1旋转，凸轮1旋转通过摇臂滚子24传递给摆臂滚子31，摆臂滚子31以液压挺柱头部71为支点上下往复运动带动摆臂3转动，作用于气门4，将运动传递给气门4，实现气门的开闭。

在最高升程与最低升程之间，通过滑杆9在条形滑槽构件8内滑动，可实现各种升程的切换。并且在一定范围内，气门升程可以实现连续的可变或有级可变（其依赖于驱动装置）。

Claims (7)

1.一种发动机可变气门升程机构，包括设在凸轮轴上的凸轮（1）、定位安装在气缸盖中的液压挺柱（7）、一端支撑在液压挺柱上的摆臂（3）、与摆臂另一端连接的气门（4）以及设在摆臂中部通过上下往复运动开启/关闭气门的摆臂滚子（31），其特征是：还包括驱动装置、与驱动装置连接并在驱动装置的驱动下滑动的滑杆（9）、定位安装在气缸盖内与滑杆配合的条形滑槽构件（8）以及位于凸轮与摆臂之间的摇臂（2）；所述摇臂（2）由一端套在滑杆上并可相对滑杆旋转的支座（21）、定位安装在支座另一端的滚轴（22）以及连接在滚轴上并可相对滚轴在支座内旋转的摇臂滚子（24）组成，所述摇臂滚子（24）与凸轮（1）和摆臂滚子（31）配合，将凸轮的转动传递给摆臂滚子。

2.根据权利要求1所述的一种发动机可变气门升程机构，其特征是：所述摇臂滚子（24）通过滚针（23）连接在滚轴（22）上。

3.根据权利要求1或2所述的一种发动机可变气门升程机构，其特征是：摆臂（3）的一端通过可调控伸缩的液压挺柱头部（71）支撑在液压挺柱（7）上，所述摆臂（3）以液压挺柱头部（71）为支点上下往复运动。

4.根据权利要求1或2所述的一种发动机可变气门升程机构，其特征是：所述条形滑槽构件（8）的滑动行程限制滑杆（9）运动，使摇臂滚子（24）与凸轮（1）及摆臂滚子（31）中心成直线。

5.根据权利要求4所述的一种发动机可变气门升程机构，其特征是：当所述摇臂滚子（24）、凸轮（1）及摆臂滚子（31）中心成直线时，摆臂（3）的一端通过被调控压缩的液压挺柱头部（71）支撑在液压挺柱（7）上，所述摆臂（3）以液压挺柱头部（71）为支点上下往复运动。

6.根据权利要求1或2所述的一种发动机可变气门升程机构，其特征是：所述条形滑槽构件（8）的滑动行程限制滑杆（9）运动，使摇臂滚子（24）、凸轮（1）及摆臂滚子（31）的中心构成三角形。

7.根据权利要求6所述的一种发动机可变气门升程机构，其特征是：当所述摇臂滚子（24）、凸轮（1）及摆臂滚子（31）中心成三角形时，所述摆臂（3）的一端通过被调控伸长的液压挺柱头部（71）支撑在液压挺柱（7）上，所述摆臂（3）以液压挺柱头部（71）为支点上下往复运动。