CN104373169B - 一种连续可变气门升程装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续可变气门升程装置，包括由凸轮推动的摆臂，摆臂上平行设有支撑轴及从动调节轴，支撑轴内可滑动设有主动调节轴，主动调节轴上凸设有圆柱销，支撑轴的侧壁上设有轴向槽，支撑轴上设有主动斜齿轮，主动斜齿轮上设有周向槽，圆柱销外端部位于周向槽内；从动调节轴的中部设有与主动斜齿轮啮合的从动斜齿轮，端部设有升程调节轮，升程调节轮的轮面与套设在支撑轴上的驱动摇臂的一端抵接，驱动摇臂的另一端与气门摇臂抵接。它有效地解决了现有技术的可变气门升程装置结构复杂、生产成本高的问题，同时也解决了现有技术的可变气门升程装置只能通过转动调节轴调节升程，在某些发动机上无法使用的问题。

Description

一种连续可变气门升程装置

技术领域

本发明涉及发动机气门技术领域，尤其是涉及一种连续可变气门升程装置。

背景技术

传统的汽油发动机的气门升程量是固定不变的，发动机负荷的调节通过控制节气门开度来实现，但这种的控制方式使得发动机存在着较大的泵气损失，特别是在部分负荷的工况下，泵气损失更为严重，在很大程度的影响了发动机的性能。目前，连续可变气门升程技术可以根据发动机的运行工况改变气门升程量，使得节气门始终处于较大开度的范围内，能有效的降低油耗和排放、提高发动机功率和扭矩。现有技术的可变可变气门升程装置一类是属于分级调整，这类装置气门升程能实现两级到三级的可调，不足之处在于只能部分提升发动机的性能；另一类可以实现气门升程的连续可变，但是机构复杂、生产成本很高。公开日为2009年6月17日，公开号为CN101457661A的专利文件公开了一种可变可变气门升程装置，包括驱动臂，凸轮轴的凸轮使所述驱动臂旋转；第一摇臂，所述第一摇臂由驱动臂操作，以通过第一摆臂驱动第一气门；第二摇臂，所述第二摇臂由驱动臂操作，以通过第二摆臂驱动第二气门；中间设备，所述中间设备将驱动臂的运动传递至第一摇臂和第二摇臂；以及控制轴，在所述控制轴上可旋转地布置驱动臂、第一摇臂、第二摇臂和中间设备。但该可变气门升程装置结构复杂、生产成本较高。公开日为2013年1月2日，公开号为CN102852584 A的专利文件公开了一种可变气门升程装置，包括第一摇臂，其第一端底侧与气门接触并能推动气门，第二端底侧由液压挺柱支撑；还包括用于推动第一摇臂以及被固定设置的驱动凸轮所驱动的第二摇臂，所述第二摇臂设置在偏心轮上，以偏心轮的中心为旋转中心；所述第二摇臂的旋转中心的位置改变，对应地所述动力臂和阻力臂的方向和大小、所述第二摇臂与水平面的夹角发生改变，再带动所述第一摇臂的转动量改变，最终改变与第一摇臂相接触的气门的升程。该可变气门升程装置虽然结构简单，但实用性较差。另外，上述两种结构的可变气门升程装置都是通过转动调节轴达到调节升程的目的，在某些发动机上受结构限制使用不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的连续可变气门升程装置，以解决目前可变气门升程装置结构复杂、生产成本高以及现有技术的可变气门升程装置只能通过转动调节轴调节升程，在某些发动机上无法使用的问题。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种连续可变气门升程装置，包括凸轮轴及固定在凸轮轴上的凸轮，还包括由凸轮推动的摆臂，摆臂的中部设有缺口，摆臂上设有穿过所述缺口且相互平行的第一轴孔及第二轴孔，第一轴孔内穿设有支撑轴，所述支撑轴呈管状，支撑轴内设有与支撑轴滑动配合的主动调节轴，主动调节轴上凸设有圆柱销，支撑轴的侧壁上沿支撑轴的长度方向设有轴向槽，支撑轴上设有主动斜齿轮，主动斜齿轮上沿周向设有周向槽，所述的圆柱销穿过支撑轴上的轴向槽，其外端部位于主动斜齿轮上的周向槽内；第二轴孔内设有从动调节轴，从动调节轴的中部设有从动斜齿轮，从动斜齿轮与所述的主动斜齿轮啮合且从动斜齿轮与主动斜齿轮均位于摆臂的缺口内，主动斜齿轮的厚度小于缺口的宽度；从动调节轴的端部设有升程调节轮，升程调节轮的轮面与套设在支撑轴上的驱动摇臂的一端抵接，驱动摇臂的另一端与气门摇臂抵接，气门摇臂的一端与气门组件抵接并推动气门下降，气门摇臂的另一端与液压挺柱连接。

在本发明的结构中，凸轮轴转动通过凸轮带动摆臂使其绕支撑轴转动，升程调节轮与从动斜齿轮固定在从动调节轴上；从动调节轴穿设在摆臂上随摆臂一起转动，并且可在摆臂上自由转动；驱动摇臂安装在支撑轴上，可绕支撑轴转动，并把升程调节轮的驱动力传递给气门摇臂，气门摇臂的一端与气门组件抵接并推动气门下降，气门的上升则由气门弹簧推动。主动调节轴穿设在支撑轴内，主动调节轴受圆柱销及支撑轴的限制，只能在支撑轴内轴向移动。主动斜齿轮安装在支撑轴上，主动斜齿轮在轴向上受圆柱销的限制，当主动调节轴在支撑轴内轴向移动时，主动斜齿轮跟随主动调节轴轴向移动。同时主动斜齿轮由于受到摆臂的限制，也随摆臂绕支撑轴做旋转运动。主动调节轴的轴向运动通过主动斜齿轮和从动斜齿轮转换为从动调节轴及升程调节轮的旋转运动，同时主动调节轴移动的距离与从动调节轴的转动角度相关，因此本发明的结构其气门升程是连续可调的。

升程调节轮的结构类似凸轮，其外轮廓设计成非正圆结构，当升程调节轮随从动调节轴旋转时，升程调节轮外轮廓与驱动摇臂的接触点发生改变，进而改变驱动摇臂与摆臂之间的夹角。当夹角较小时驱动气门摇臂的驱动摇臂有效外轮廓行程较小，即气门升程较小；反之，当夹角较大时驱动气门摇臂的驱动摇臂有效外轮廓行程较大，即气门升程加大。当使用步进电机等类似装置驱动主动调节轴轴向移动时，主动斜齿轮跟随主动调节轴轴向移动带动从动斜齿轮及升程调节轮旋转，升程调节轮推动驱动摇臂改变摆臂与驱动摇臂之间的夹角，从而达到连续改变气门升程的目的。这样，本发明通过一种简单的机构，解决目前可变气门升程装置结构复杂、生产成本高问题，另一方面，本发明是通过调节轴的轴向移动来连续改变气门升程大小的，解决了现有技术的可变气门升程装置只能通过转动调节轴调节气门升程，在某些发动机上无法使用的问题，提出了气门升程调节的一种全新思路。

作为优选，驱动摇臂呈竖向设置在支撑轴上，所述的气门摇臂呈横向设置，驱动摇臂的上端与升程调节轮抵接，驱动摇臂的下端与气门摇臂靠近气门的一端抵接。本发明驱动摇臂的长度方向与气门摇臂的长度方向大致垂直，这种结构可以提供较高的控制精度。

作为优选，驱动摇臂的上端与所述升程调节轮的抵接处设有接触平面，所述的升程调节轮上设有偏心弧面，升程调节轮上的偏心弧面与驱动摇臂上的接触平面抵接。升程调节轮上偏心弧面与驱动摇臂上的接触平面抵接，当升程调节轮转动时，升程调节轮转动中心至偏心弧面与驱动摇臂上的接触平面的接触点的距离发生改变，从而使驱动摇臂发生偏转，驱动摇臂与气门摇臂的接触点发生改变，从而改变气门的升程。这里所述的偏心弧面是指该弧面的圆心偏离升程调节轮的转动中心。

作为优选，从动斜齿轮的厚度大于主动斜齿轮的厚度，所述轴向槽的长度大于缺口宽度与主动斜齿轮厚度的差值。这样可以确保主动斜齿轮在整个缺口的宽度范围内移动，保证气门升程的调节量。通常从动斜齿轮的厚度与缺口宽度相适配，采用厚度较小的主动斜齿轮在缺口范围内轴向移动使从动斜齿轮转动从而带动升程调节轮转动，这种方式主动斜齿轮的体积小，相应的缺口宽度也最小，具有减少机构体积及加工成本的优势。

作为优选，主动斜齿轮与从动斜齿轮均为不完全齿轮，主动斜齿轮的齿面所对应的圆心角为60-120度，从动斜齿轮的齿面所对应的圆心角为120-240度。由于主动斜齿轮与从动斜齿轮无需360度转动，因此主动斜齿轮与从动斜齿轮采用不完全齿轮（即部分齿轮轮面无齿）可以降低加工成本，减轻重量。

作为优选，所述摆臂上与凸轮的抵接处设有滚轮，凸轮通过所述滚轮带动摆臂摆动。摆臂上与凸轮的抵接处采用滚轮可以减少摆臂与凸轮之间的磨损，提高产品的使用寿命。

作为优选，驱动摇臂与摆臂之间设有回位弹簧，所述的回位弹簧为扭簧。回位弹簧安装在摆臂与驱动摇臂上，在主动调节轴的调节过程中回位弹簧始终给予驱动摇臂反向作用力，保证驱动摇臂与升程调节轮始终接触，这样可以避免两者之间可能出现的接触冲击，大大降低运行噪音。

作为优选，所述的升程调节轮为两个，对称设置在从动调节轴的两端部，所述的驱动摇臂为两个，对称设置在摆臂的两侧的支撑轴上。虽然本发明的结构也适用于单个气门，但采用对称结构来同时调节两个气门可以使机构受力平衡，从而达到更好的效果。

本发明的有益效果是，它有效地解决了现有技术的可变气门升程装置结构复杂、生产成本高的问题，同时也解决了现有技术的可变气门升程装置只能通过转动调节轴调节升程，在某些发动机上无法使用的问题。本发明的可变气门升程装置结构简单，控制精度高，提出了气门升程调节的一种新思路，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明连续可变气门升程装置的一种整体结构示意图；

图2是本发明连续可变气门升程装置的一种局部结构示意图；

图3是本发明连续可变气门升程装置摆臂的一种结构示意图；

图4是本发明连续可变气门升程装置主动调节轴的一种结构示意图；

图5是本发明连续可变气门升程装置支撑轴的一种结构示意图；

图6是本发明连续可变气门升程装置主动斜齿轮的一种结构示意图；

图7是本发明连续可变气门升程装置从动调节轴、从动斜齿轮及升程调节轮的一种组合结构示意图；

图8是本发明连续可变气门升程装置工作时的一种位置关系示意图。

图中：1. 凸轮轴，2. 摆臂，3. 驱动摇臂，4. 主动调节轴，5. 从动调节轴，6. 支撑轴，7. 主动斜齿轮，8. 从动斜齿轮，9. 升程调节轮，10. 圆柱销，11. 气门摇臂，12. 回位弹簧，13. 轴向槽，14. 周向槽，15. 缺口，16. 第一轴孔，17. 第二轴孔，18. 滚轮。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。

实施例1

在图1所示的实施例1中，一种连续可变气门升程装置，包括凸轮轴1及固定在凸轮轴上的凸轮，还包括由凸轮推动的摆臂2，摆臂上与凸轮的抵接处设有滚轮18，凸轮通过所述滚轮带动摆臂摆动。摆臂的中部设有缺口15，摆臂上设有穿过所述缺口且相互平行的第一轴孔16及第二轴孔17（见图3），第一轴孔内穿设有支撑轴6，所述支撑轴呈管状（见图5），支撑轴内设有与支撑轴滑动配合的主动调节轴4，主动调节轴上凸设有圆柱销10（见图4），支撑轴的侧壁上沿支撑轴的长度方向设有轴向槽13，轴向槽的长度与缺口的宽度相当，支撑轴上设有主动斜齿轮7，主动斜齿轮上沿周向设有周向槽14（见图6），所述的圆柱销穿过支撑轴上的轴向槽，其外端部位于主动斜齿轮上的周向槽内（见图2）；第二轴孔内设有从动调节轴5，从动调节轴的中部设有从动斜齿轮8（见图7），从动斜齿轮与所述的主动斜齿轮啮合且从动斜齿轮与主动斜齿轮均位于摆臂的缺口内，主动斜齿轮的厚度小于缺口的宽度，从动斜齿轮的厚度与缺口的宽度相适配；主动斜齿轮与从动斜齿轮均为不完全齿轮，主动斜齿轮的齿面所对应的圆心角为60-120度，本实施例为90度，从动斜齿轮的齿面所对应的圆心角为120-240度，本实施例为180度；从动调节轴的端部设有升程调节轮9，所述的升程调节轮为两个，对称设置在从动调节轴的两端部，升程调节轮的轮面与套设在支撑轴上的驱动摇臂3的一端抵接，驱动摇臂的上端与所述升程调节轮的抵接处设有接触平面，所述的升程调节轮上设有偏心弧面，升程调节轮上的偏心弧面与驱动摇臂上的接触平面抵接。所述的驱动摇臂为两个，呈竖向对称设置在摆臂的两侧的支撑轴上，驱动摇臂与摆臂之间设有回位弹簧12，所述的回位弹簧为扭簧，所述的扭簧为两个，对称设置，扭簧的一端紧扣驱动摇臂，扭簧的另一端紧扣摆臂。所述的气门摇臂呈横向设置，驱动摇臂的上端与升程调节轮抵接，驱动摇臂的下端与气门摇臂11靠近气门的一端抵接。气门摇臂的一端与气门组件抵接并推动气门下降，气门摇臂的另一端与液压挺柱连接。

本发明的连续可变气门升程装置工作时，凸轮轴转动通过凸轮带动摆臂使其绕支撑轴转动，升程调节轮与从动斜齿轮固定在从动调节轴上，从动调节轴穿设在摆臂上随摆臂一起转动，驱动摇臂安装在支撑轴上，可绕支撑轴转动，并把升程调节轮的驱动力传递给气门摇臂，气门摇臂的一端与气门组件抵接并推动气门下降，从而实现正常的气门开闭过程。

本发明的主动调节轴穿设在支撑轴内，主动调节轴受圆柱销及支撑轴的限制，只能在支撑轴内轴向移动。主动斜齿轮安装在支撑轴上，主动斜齿轮在轴向上受圆柱销的限制，当主动调节轴在支撑轴内轴向移动时，主动斜齿轮跟随主动调节轴轴向移动。同时主动斜齿轮由于受到摆臂的限制，也随摆臂绕支撑轴做旋转运动。升程调节轮的结构类似凸轮，其外轮廓设计成非正圆结构。当需要改变气门的升程时，使用步进电机等类似装置驱动主动调节轴轴向移动，主动调节轴的轴向运动通过主动斜齿轮和从动斜齿轮转换为从动调节轴及升程调节轮的旋转运动，当升程调节轮旋转时，升程调节轮外轮廓与驱动摇臂的接触点发生改变，进而改变驱动摇臂与摆臂之间的夹角。当夹角较小时驱动气门摇臂的驱动摇臂有效外轮廓行程较小，即气门升程较小；反之，当夹角较大时驱动气门摇臂的驱动摇臂有效外轮廓行程较大，即气门升程加大（见图8，图中显示了较大的夹角Amax及较小的夹角Amin）。这样，本发明通过一种简单的机构，解决目前可变气门升程装置结构复杂、生产成本高问题，另一方面，本发明是通过调节轴的轴向移动来连续改变气门升程大小的，解决了现有技术的气门升程装置只能通过转动调节轴调节气门升程，在某些发动机上无法使用的问题，提出了气门升程调节的一种全新思路。

Claims (7)

1.一种连续可变气门升程装置，包括凸轮轴（1）及固定在凸轮轴上的凸轮，其特征在于，还包括由凸轮推动的摆臂（2），摆臂的中部设有缺口（15），摆臂上设有穿过所述缺口且相互平行的第一轴孔（16）及第二轴孔（17），第一轴孔内穿设有支撑轴（6），所述支撑轴呈管状，支撑轴内设有与支撑轴滑动配合的主动调节轴（4），主动调节轴上凸设有圆柱销（10），支撑轴的侧壁上沿支撑轴的长度方向设有轴向槽（13），支撑轴上设有主动斜齿轮（7），主动斜齿轮上沿周向设有周向槽（14），所述的圆柱销穿过支撑轴上的轴向槽，其外端部位于主动斜齿轮上的周向槽内；第二轴孔内设有从动调节轴（5），从动调节轴的中部设有从动斜齿轮（8），从动斜齿轮与所述的主动斜齿轮啮合且从动斜齿轮与主动斜齿轮均位于摆臂的缺口内，主动斜齿轮的厚度小于缺口的宽度；从动调节轴的端部设有升程调节轮（9），升程调节轮的轮面与套设在支撑轴上的驱动摇臂（3）的一端抵接，驱动摇臂的另一端与气门摇臂（11）抵接，气门摇臂的一端与气门组件抵接并推动气门下降，气门摇臂的另一端与液压挺柱连接；所述的驱动摇臂呈竖向设置在支撑轴上，所述的气门摇臂呈横向设置，驱动摇臂的上端与升程调节轮抵接，驱动摇臂的下端与气门摇臂靠近气门的一端抵接；驱动摇臂的上端与所述升程调节轮的抵接处设有接触平面，所述的升程调节轮上设有偏心弧面，升程调节轮上的偏心弧面与驱动摇臂上的接触平面抵接。

2.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，其特征在于，从动斜齿轮的厚度大于主动斜齿轮的厚度，所述轴向槽的长度大于缺口宽度与主动斜齿轮厚度的差值。

3.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，其特征在于，主动斜齿轮与从动斜齿轮均为不完全齿轮，主动斜齿轮的齿面所对应的圆心角为60-120度，从动斜齿轮的齿面所对应的圆心角为120-240度。

4.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，其特征在于，所述摆臂上与凸轮的抵接处设有滚轮（18），凸轮通过所述滚轮带动摆臂摆动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的连续可变气门升程装置，其特征在于，驱动摇臂与摆臂之间设有回位弹簧（12），所述的回位弹簧为扭簧。

6.根据权利要求1-4任一项所述的连续可变气门升程装置，其特征在于，升程调节轮为两个，对称设置在从动调节轴的两端部，驱动摇臂为两个，对称设置在摆臂的两侧的支撑轴上。

7.根据权利要求6所述的连续可变气门升程装置，其特征在于，摆臂的两侧的驱动摇臂与摆臂之间均设有回位弹簧，所述的回位弹簧为扭簧。