CN105697088B - 连续可变气门打开持续时间装置及设有该装置的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续可变气门打开持续时间装置及设有该装置的发动机，所述连续可变气门打开持续时间装置包括凸轮轴；多个轮子，所述轮子安装于所述凸轮轴，轮键分别形成至所述轮子；多个凸轮部分，凸轮和凸轮键分别形成至所述凸轮部分，所述凸轮轴插入所述凸轮部分，所述凸轮部分相对于所述凸轮轴的相对相位角度是可变的；多个内支架，所述内支架与每个轮键及每个凸轮键连接；多个滑块罩，每个内支架能够旋转地插入所述滑块罩，且所述滑块罩构造成可围绕所述铰接支架旋转，该铰接支架连接至汽缸盖；以及控制部分，所述控制部分选择性地移动所述滑块罩以改变所述内支架的旋转中心的相对位置。

Description

连续可变气门打开持续时间装置及设有该装置的发动机
与相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月9日提交的韩国专利申请第10-2014-0175836号的优先权及权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种连续可变气门打开持续时间装置及设有该装置的发动机。更特别地，本发明涉及这样一种连续可变气门打开持续时间装置及设有该装置的发动机，所述连续可变气门打开持续时间装置可以以简单的构造根据发动机的工作状况来改变气门的打开持续时间。
背景技术
内燃机发动机通过使燃烧室中的燃料在吸入燃烧室内的空气媒介中燃烧而产生动力。进气门由凸轮轴操作用以吸入空气，在进气门打开的同时所述空气被引入至燃烧室中。此外，排气门通过凸轮轴而操作，在排气门打开的同时将燃烧气体从燃烧室排出。
进气门和排气门的最佳操作取决于发动机的转速。也就是说，这些气门的最佳升程或最佳打开/关闭正时取决于发动机的转速。为了获得这种取决于发动机转速的最佳气门操作，已经开始进行各种研究，例如多个凸轮和可以根据发动机转速而改变气门升程的连续可变气门升程(CVVL)的设计。
另外，为了获得这种取决于发动机的转速的最佳气门操作，已经开始进行关于根据发动机转速而能够进行各个气门正时操作的连续可变气门正时(CVVT)装置的研究。一般的CVVT可以改变具有固定气门打开持续时间的气门正时。
然而，一般的CVVL和CVVT具有复杂的结构并且制造成本也较高。
公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种连续可变气门打开持续时间装置及设有该装置的发动机，其可以以简单的构造根据发动机的工作状况来改变气门的打开持续时间。
根据本发明的各个方面，一种连续可变气门打开持续时间装置，可包括：凸轮轴；多个轮子，所述轮子安装于所述凸轮轴，轮键分别形成至所述轮子；多个凸轮部分，凸轮和凸轮键分别形成至所述凸轮部分，所述凸轮轴插入所述凸轮部分，所述凸轮部分相对于所述凸轮轴的相对相位角度是可变的；多个内支架，所述内支架与每个轮键及每个凸轮键连接；多个滑块罩，每个内支架可旋转地插入所述滑块罩，且所述滑块罩构造成可围绕所述铰接支架旋转，该铰接支架连接至汽缸盖；以及控制部分，所述控制部分选择性地移动所述滑块罩用以改变所述内支架的旋转中心的相对位置。
所述连续可变气门打开持续时间装置可进一步包括：第一销，轮键槽分别形成至所述第一销，每个轮键可滑动地插入所述轮键槽；以及第二销，凸轮键槽分别形成至所述第二销，每个凸轮键可滑动地插入所述凸轮键槽，其中，第一滑动销孔和所述第二滑动销孔可形成至所述内支架，第一销和所述第二销分别插入至所述第一滑动销孔和所述第二滑动销孔。
所述第一销和所述第二销可以圆柱体的形状形成；并且所述第一滑动销孔和所述第二滑动销孔可形成为用于使所述第一销和所述第二销在第一滑动销孔和第二滑动销孔内旋转。
所述第一销的所述轮键槽和所述第二销的所述凸轮键槽可以相反的方向形成。
所述第一滑动销孔和所述第二滑动销孔的一部分可是开放的用于使所述轮键和所述凸轮键的移动不会受到阻碍。
所述连续可变气门打开持续时间装置可进一步包括轴承，其插入到所述滑块罩与所述内支架之间。
所述滑块罩可通过滑块罩连接板连接。
所述控制部分可包括控制轴，并且轴孔可形成至所述罩连接板用于使所述控制轴插入所述轴孔，所述内支架的旋转中心可根据所述控制轴的移动而相对于凸轮轴的旋转中心改变。
所述控制部分可进一步包括：控制齿轮，其与所述控制轴连接；以及控制马达，其与所述控制齿轮啮合并选择性地使所述控制齿轮旋转。
铰接连接部分可形成至所述滑块罩连接板，所述铰接连接部分与所述铰接支架铰链连接。
所述轮子可通过连接销与所述凸轮轴连接。
根据本发明的各个方面，一种发动机可包括：凸轮轴；多个轮子，所述轮子安装至所述凸轮轴并对应于每个汽缸设置，轮键分别形成至所述轮子；多个凸轮部分，凸轮和凸轮键分别形成至所述凸轮部分并对应于每个汽缸设置，所述凸轮轴插入所述凸轮部分，凸轮部分相对于所述凸轮轴的相对相位角度是可变的；多个内支架，第一滑动销孔和第二滑动销孔分别形成至所述内支架，所述内支架与每个轮键及每个凸轮键连接；多个滑块罩，每个所述内支架可旋转地插入所述滑块罩，且所述滑块罩构造成可围绕铰接支架旋转，该铰接支架连接至汽缸盖；第一销，轮键槽分别形成至所述第一销，并且所述第一销可旋转地插入所述第一滑动销孔中，每个轮键可滑动地插入所述轮键槽；第二销，凸轮键槽分别与所述轮键槽相反地形成至所述第二销，并且所述第二销可旋转地插入所述第二滑动销孔中，每个凸轮键可滑动地插入所述凸轮键槽；以及控制部分，所述控制部分选择性地移动所述滑块罩以改变所述内支架的旋转中心的相对位置。
所述第一滑动销孔和第二滑动销孔的一部分可是开放的用于使所述轮键和所述凸轮键的移动不会受到阻碍。
所述发动机可进一步包括轴承，其插入到所述滑块罩与所述内支架之间。
所述滑块罩可通过滑块罩连接板连接。
所述控制部分可包括控制轴，轴孔可形成至所述罩连接板用于使所述控制轴插入所述轴孔，并且所述内支架的旋转中心可根据所述控制轴的移动而相对于凸轮轴的旋转中心改变。
所述控制部分可进一步地包括控制齿轮，其与所述控制轴连接；以及控制马达，其与所述控制齿轮啮合并选择性地旋转所述控制齿轮。
铰接连接部分可形成至所述滑块罩连接板，所述铰接连接部分与所述铰接支架铰链连接。
所述轮子可通过连接销与所述凸轮轴连接。
如上所述，根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置可以以简单的构造根据发动机的工作状况而改变气门的打开持续时间。
根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置可以减小尺寸，因此，气门机构的整个高度可以降低。
由于连续可变气门打开持续时间装置可以无需过多修改而应用于现有的发动机，因此可以提高生产率且可以降低生产成本。
本发明的方法和装置可以具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为设置有根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的发动机的立体图。
图2为根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的分解立体图。
图3为根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的局部分解立体图。
图4和图5为示出了根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的运行的视图。
图6和图7为示出了根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的凸轮的机械运动的视图。
图8为根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的气门升程特性(valve profile)的曲线图。
应当理解，附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种示例性特征的略微简化的画法。本发明所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记涉及本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
在下文的详细说明中，仅简单地通过图解来显示和描述本发明的某些示例性实施方案。
本领域技术人员将意识到，可以对所描述的实施方案进行各种不同方式的修改，所有这些修改将不脱离本发明的精神或范围。
将省略与说明无关的部件从而清楚描述本发明，在整个说明书中，相同或相似的元件将用相同的附图标记表示。
为清楚起见，在附图中而将层、膜、板、区域等的厚度进行了放大。
在整个说明书和权利要求书中，除非明确地相反描述，术语“包括”和变化形式例如“包含”或“具有”应被理解为暗示包含所述元件但是不排除任何其它元件。
下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。
图1为设置有根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的发动机的立体图，图2为根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的分解立体图，图3为根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的局部分解立体图。
参考图1至图3，根据本发明的示例性实施方案的发动机包括：发动机汽缸体1以及汽缸盖10，该汽缸盖10设置在发动机汽缸体1上,并且连续可变气门打开持续时间装置安装至汽缸盖10。
连续可变气门打开持续时间装置包括凸轮轴30、多个轮子60、多个凸轮部分70、多个内支架80、多个滑块罩90以及控制部分100；所述轮子60安装至凸轮轴30，其中轮键62分别形成至多个轮子60；凸轮71和/或72以及凸轮键74分别形成至所述凸轮部分70，凸轮轴30插入至所述凸轮部分70中，所述凸轮部分70相对于凸轮轴30的相对相位角度是可变的；所述内支架80与每个轮键62及每个凸轮键74连接；每个内支架80可旋转地插入至所述滑块罩90并且所述滑块罩90构造成围绕铰接支架110(该铰接支架110连接至汽缸盖10)可旋转；所述控制部分100选择性地移动滑块罩90以便改变内支架80的旋转中心的相对位置。
凸轮轴30可以为进气凸轮轴和排气凸轮轴。
在附图中，凸轮71与凸轮72形成为一对，但是本发明并不限于此。
凸轮71和/或72接触并打开气门200。
发动机包括多个汽缸201、202、203以及204，多个轮子60和多个凸轮部分设置为分别对应于每个汽缸201、202、203以及204。
在附图中，发动机形成有4个汽缸，但是本发明并不限于此。
接合孔32形成至凸轮轴30且轮子孔66形成至每个轮子60。连接销64分别插入至接合孔32和轮子孔66中用于将轮子60与凸轮轴30连接。
连续可变气门打开持续时间装置进一步包括第一销82和第二销84，其中轮键槽81分别形成至该第一销82，每个轮键62可滑动地插入至该轮键槽81；所述凸轮键槽83分别形成至该第二销84，每个凸轮键74可滑动地插入至该凸轮键槽83。第一滑动销孔86和第二滑动销孔88形成至内支架80，其中第一销82和第二销84分别插入至所述第一滑动销孔86和第二滑动销孔88。
第一销82和第二销84以圆柱体的形状形成，且第一滑动销孔86和第二滑动销孔88形成为用于使第一销82和第二销84分别在第一滑动销孔86和第二滑动销孔88内旋转。由于第一销82、第二销84、第一滑动销孔86以及第二滑动销孔88以圆柱体的形状形成，因此可以提高耐磨性。
此外，由于第一销82、第二销84、第一滑动销孔86以及第二滑动销孔88的形状简单，因此可以提高生产率。
第一销82的轮键槽81和第二销84的凸轮键槽83以相反的方向形成。
第一滑动销孔86及第二滑动销孔88的一部分是开放的用于轮键62及凸轮键74的移动不会受到阻碍。
轴承92插入滑块罩90与内支架80之间。因此，可以容易地实现内支架80的旋转。
在附图中，轴承92绘制为滚针轴承，然而本发明并不限于此。相反，各种轴承(例如滚珠轴承、滚柱轴承等等)都可以应用于此。
通过滑块罩连接板94而将多个滑块罩90连接。因此，滑块罩90的位置可以由滑块罩连接板94控制，且滑块罩90可以稳固地组装。
图4和图5为示出了根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的运行的视图。
参考图1至图5，控制部分100包括控制轴102，轴孔96形成至罩连接板94用于使控制轴102插入至轴孔96，内支架80的旋转中心根据控制轴102的移动而相对于凸轮轴30的旋转中心改变。
控制部分100进一步包括控制齿轮104和控制马达108，所述控制齿轮104通过连接螺栓106而与控制轴102连接；所述控制马达108与控制齿轮104啮合并选择性地旋转控制齿轮104。
铰接连接部分98(该铰接连接部分98与铰接支架110铰链连接)形成至滑块罩连接板94，铰接支架110与铰接连接部分98通过铰接销114而可旋转地连接。铰接支架110通过铰接支架连接螺栓112连接至汽缸盖10。
参考图1至图6，将讨论根据本发明的各个方面的连续可变气门打开持续时间装置的操作。
如图5中的左侧所示，由于内支架80的旋转中心与凸轮轴30的旋转中心一致，因此不会发生凸轮71和72与凸轮轴30之间的相对旋转速度变化。换言之，凸轮71和72与凸轮轴30以相同的速度和相同的相位旋转。
根据发动机操作状态，发动机控制单元或电控制单元(ECU)将控制信号传递至控制部分100的马达108以改变滑块罩90的相对位置。
例如，如图4和图5中所示，当马达108旋转控制齿轮104用于使滑块罩90移动的时候，内支架80的旋转中心相对于凸轮轴30的旋转中心移动。因此，凸轮部分70的角加速度发生改变，从而使得气门200的打开持续时间发生改变。
如图5中的左侧所示，内支架80的旋转中心与凸轮轴30的旋转中心一致，“A”表示内支架80和凸轮轴30的旋转中心。
在此状态下，如果马达108使控制齿轮104旋转，那么滑块罩90与内支架80的相对位置改变。因此，如图5中的右侧所示，内支架80的旋转中心改变至B，那么内支架80的旋转中心相对于凸轮轴30的旋转中心发生改变。
图6和图7为示出了根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的凸轮的机械移动的视图。
如图6中所示，在凸轮71和72的相对旋转中心相对于凸轮轴30的旋转中心向下改变的情况下在凸轮轴30的相位角度持续改变的时候，从相位a至相位b及从相位b至相位c凸轮71和72的旋转速度与凸轮轴30的旋转速度相比相对更快，而从相位c至相位d及从相位d至相位a凸轮71和72的旋转速度与凸轮轴30的旋转速度相比相对更慢。换言之，气门打开持续时间改变。
如图7中所示，在凸轮71和72的相对旋转中心相对于凸轮轴30的旋转中心向上改变的情况下在凸轮轴30的相位角度不断地改变的时候，从相位a至相位b及从相位b至相位c凸轮71和72的旋转速度与凸轮轴30的旋转速度相比相对更慢，而从相位c至相位d及从相位d至相位a凸轮71和72的旋转速度与凸轮轴30的旋转速度相比相对更快。换言之，气门打开持续时间改变。
当轮子60与凸轮轴30一起旋转的时候，轮键62在轮键槽81之内可以滑动，第一销82及第二销84分别在第一滑动销孔86及第二滑动销孔88之内可以旋转，凸轮键74在凸轮键槽83之内可以滑动。因此，当内支架80与凸轮轴30的相对旋转中心改变的时候，凸轮71和72的相对旋转速度相对于凸轮轴30的旋转速度改变。
图8为根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置的气门升程特性的曲线图。
如图8中所示，虽然气门200的最大升程为恒定的，但是凸轮71和72的旋转速度根据滑块罩90的相对位置而相对于凸轮轴30的旋转速度发生改变，从而使得气门200的打开持续时间改变且可以实现不同的气门升程特性。
如图8中所示的示例，气门200的打开时间为恒定的而气门200的关闭时间是受控制的，但是本发明并不限于此。根据气门200的安装角度等等，可以实现各个气门打开持续时间。
ECU的根据发动机工作状态的控制信号的确定对本领域技术人员是显而易见的，因此将省略详细描述。
如上所述，根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置可以以简单的构造来根据发动机的工作状况而改变气门的打开持续时间。
根据本发明的示例性实施方案的连续可变气门打开持续时间装置可以减小尺寸，因此，气门机构的整个高度可以减小。
由于连续可变气门打开持续时间装置可以无需过多的改变而应用于现有的发动机，因此可以提高生产率且可以降低生产成本。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (18)

1.一种连续可变气门打开持续时间装置，包括：
凸轮轴；
多个轮子，所述轮子安装于所述凸轮轴，轮键分别形成至所述轮子；
多个凸轮部分，凸轮和凸轮键分别形成至所述凸轮部分，所述凸轮轴插入所述凸轮部分，所述凸轮部分相对于所述凸轮轴的相对相位角度是可变的；
多个内支架，所述内支架与每个轮键及每个凸轮键连接；
多个滑块罩，每个内支架能够旋转地插入所述滑块罩，且所述滑块罩构造成能够围绕连接至汽缸盖的铰接支架旋转；
控制部分，所述控制部分选择性地移动所述滑块罩用以改变所述内支架的旋转中心的相对位置；
第一销，轮键槽分别形成至所述第一销，每个轮键能够滑动地插入所述轮键槽；以及
第二销，凸轮键槽分别形成至所述第二销，每个凸轮键能够滑动地插入所述凸轮键槽，
其中，第一滑动销孔和第二滑动销孔形成至所述内支架，所述第一销和所述第二销分别插入至所述第一滑动销孔和所述第二滑动销孔。
2.根据权利要求1所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中
所述第一销和所述第二销以圆柱体的形状形成；并且
所述第一滑动销孔和所述第二滑动销孔形成为用于使所述第一销和所述第二销在第一滑动销孔和第二滑动销孔内旋转。
3.根据权利要求2所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中
所述第一销的所述轮键槽和所述第二销的所述凸轮键槽以相反的方向形成。
4.根据权利要求3所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中，所述第一滑动销孔和所述第二滑动销孔的一部分是开放的用于使所述轮键和所述凸轮键的移动不会受到阻碍。
5.根据权利要求1所述的连续可变气门打开持续时间装置，进一步包括：
轴承，其插入到所述滑块罩与所述内支架之间。
6.根据权利要求1所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中，所述滑块罩通过滑块罩连接板连接。
7.根据权利要求6所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中，所述控制部分包括控制轴，并且
轴孔形成至所述罩连接板用于使所述控制轴插入所述轴孔，
所述内支架的旋转中心根据所述控制轴的移动而相对于凸轮轴的旋转中心改变。
8.根据权利要求7所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中，所述控制部分进一步包括：
控制齿轮，其与所述控制轴连接；以及
控制马达，其与所述控制齿轮啮合并选择性地使所述控制齿轮旋转。
9.根据权利要求7所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中，铰接连接部分形成至所述滑块罩连接板，所述铰接连接部分与所述铰接支架铰链连接。
10.据权利要求1所述的连续可变气门打开持续时间装置，其中，所述轮子通过连接销与所述凸轮轴连接。
11.一种发动机，包括：
凸轮轴；
多个轮子，所述轮子安装至所述凸轮轴并对应于每个汽缸设置，轮键分别形成至所述轮子；
多个凸轮部分，凸轮和凸轮键分别形成至所述凸轮部分并对应于每个汽缸设置，所述凸轮轴插入所述凸轮部分，凸轮部分相对于所述凸轮轴的相对相位角度是可变的；
多个内支架，第一滑动销孔和第二滑动销孔分别形成至所述内支架，所述内支架与每个轮键及每个凸轮键连接；
多个滑块罩，每个所述内支架能够旋转地插入所述滑块罩，且所述滑块罩构造成能够围绕铰接支架旋转，该铰接支架连接至汽缸盖；
第一销，轮键槽分别形成至所述第一销，并且所述第一销能够旋转地插入所述第一滑动销孔中，每个轮键能够滑动地插入所述轮键槽；
第二销，凸轮键槽分别与所述轮键槽相反地形成至所述第二销，并且所述第二销能够旋转地插入所述第二滑动销孔中，每个凸轮键能够滑动地插入所述凸轮键槽；以及
控制部分，所述控制部分选择性地移动所述滑块罩以改变所述内支架的旋转中心的相对位置。
12.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述第一滑动销孔和第二滑动销孔的一部分是开放的用于使所述轮键和所述凸轮键的移动不会受到阻碍。
13.根据权利要求11所述的发动机，进一步包括：
轴承，其插入到所述滑块罩与所述内支架之间。
14.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述滑块罩通过滑块罩连接板连接。
15.根据权利要求14所述的发动机，其中，所述控制部分包括控制轴，
轴孔形成至所述罩连接板用于使所述控制轴插入所述轴孔，
所述内支架的旋转中心根据所述控制轴的移动而相对于凸轮轴的旋转中心改变。
16.根据权利要求15所述的发动机，其中所述控制部分进一步地包括：
控制齿轮，其与所述控制轴连接；以及
控制马达，其与所述控制齿轮啮合并选择性地旋转所述控制齿轮。
17.根据权利要求15所述的发动机，其中，铰接连接部分形成至所述滑块罩连接板，所述铰接连接部分与所述铰接支架铰链连接。
18.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述轮子通过连接销与所述凸轮轴连接。
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