CN106545379A - 一种气门升程连续可变装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气门升程连续可变装置，包括与凸轮轴固定连接的驱动凸轮；套设在凸轮轴的偏心轴承，凸轮轴在偏心轴承内可绕自身轴线旋转；以预定距离与凸轮轴平行布置的固定轴；驱动摇臂，其第一端部可旋转地连接到固定轴，其第二端部可滑动地与滚轮摇臂接触，其臂身可滑动地与驱动凸轮接触，以使得根据偏心轴承的旋转而改变臂身与驱动凸轮间的接触点，进而使驱动凸轮推动驱动摇臂绕固定轴转动；气门，其与滚轮摇臂的第一接头连接，滚轮摇臂由第二端部推动并推动气门。本发明提供了精炼的结构来针对不同转速调节气门开启大小，以改变单位时间的进气量，实现发动机在不同转速负荷下的最佳动力性，从而提高燃油经济性。

Description

一种气门升程连续可变装置

技术领域

本发明涉及汽车发动机领域，特别是涉及一种气门升程连续可变装置。

背景技术

传统的汽油发动机的气门升程是固定不可变的。也就是凸轮轴的凸轮型线只有一种。这就造成了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。其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。

现有技术中，韩国现代轿车所开发的CVVT是一种通过电子液压控制系统改变凸轮轴打开进气门的时间早晚，从而控制所需的气门重叠角的技术。但实际上改变凸轮轴打开进气门时间早晚只能增加或者缩小气门开启时间，并不能有效改善气缸内单位时间的进气量。从数学角度上看，改变凸轮轴打开进气门的时间早晚是将分母和分子同时等比例放大，而这对于数字的扩大或缩小则没有任何改善，因此对于其发动机动力性的帮助并不显著。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种气门升程连续可变装置，针对不同转速调节气门开启大小，改变单位时间的进气量，实现发动机在不同转速负荷下的最佳动力性，从而提高燃油经济性。

本发明一个进一步的目的是要解决现有技术中连续可变气门升程机构结构复杂和零件繁多的问题。

特别地，本发明提供了一种气门升程连续可变装置，包括：驱动凸轮，其与凸轮轴固定连接；偏心轴承，其套设在所述凸轮轴的轴身，所述凸轮轴在所述偏心轴承内可绕所述凸轮轴的轴线自旋转；固定轴，其以预定距离与所述凸轮轴平行布置；驱动摇臂，包括第一端部、与所述第一端部相对的第二端部和连接所述第一端部与所述第二端部的臂身，所述第一端部可旋转地连接到所述固定轴，所述第二端部可滑动地与滚轮摇臂接触，所述臂身可滑动地与所述驱动凸轮接触，以使得根据所述偏心轴承的旋转而改变所述臂身与所述驱动凸轮间的接触点，进而使所述驱动凸轮推动所述驱动摇臂绕所述固定轴转动；气门，其与所述滚轮摇臂的第一接头连接，所述滚轮摇臂由所述第二端部推动并推动所述气门。

进一步地，所述第二端部的下表面形成根据与所述滚轮摇臂的接触来确定最大升程和最小升程的轮廓。

进一步地，包括驱动轴，在所述驱动轴的轴身设置了两个相互远离的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述偏心轴承齿形啮合。

进一步地，包括驱动电机，所述第二齿轮与所述驱动电机齿形啮合，以使得所述驱动轴将所述驱动电机的运动传递到所述偏心轴承。

进一步地，所述凸轮轴由曲轴通过传动装置驱动。

进一步地，包括第一液压元件，其设置在所述第一端部，所述第一液压元件将所述驱动摇臂支撑于所述驱动凸轮，以使得所述驱动摇臂的臂身与所述驱动凸轮保持接触。

进一步地，包括第二液压元件，其设置在与所述第一接头方向相反的第二接头，用于支撑所述滚轮摇臂。

进一步地，所述偏心轴承设置在气缸盖的凸轮轴承孔内，并在其使用面限位。

进一步地，所述偏心轴承设置在气缸盖的凸轮轴承孔内，并在其使用线限位。

进一步地，所述驱动轴控制所述偏心轴承转动，用于控制所述驱动凸轮远离或者靠近所述驱动摇臂，以使得所述第二端部与所述滚轮摇臂的接触点沿着所述第二端部下表面的轮廓移动。

本发明的驱动电机能够通过控制偏心轴承的转动位置来控制驱动凸轮的位置改变量，以使得驱动凸轮相对于驱动摇臂远离或者靠近。驱动凸轮位置的改变使得与其接触的驱动摇臂的位置也产生了相应的改变。由于驱动摇臂与滚轮摇臂接触，并通过接触点推动滚轮摇臂。当驱动摇臂位置发生改变后，该接触点的位置也发生改变，因此由驱动摇臂推动滚轮摇臂继而推动与滚轮摇臂连接的气门的位移也发生了改变。因此，通过控制偏心轴承的转动，发动机在不同转速负荷下能够方便快速地控制气门的位移，也就是控制起气门开启的大小，改变发动机单位时间的进气量，从而实现不同转速负荷下的最佳动力性，提高燃油经济性。

进一步地，本发明利用偏心凸轮的偏心特性，控制驱动凸轮在一定范围内的移动，继而通过驱动摇臂、滚轮摇臂控制气门的位移。其利用较少的机械零件和简单的机械结构实现了实时控制气门开启大小的目的，解决现有技术中连续可变气门升程机构结构复杂和零件繁多的问题。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的气门升程连续可变装置的示意图；

图2是图1所示气门升程连续可变装置的主视图。

图中各符号表示的含义：

1、驱动电机，2、驱动轴，201、第一齿轮，202、第二齿轮，3、驱动摇臂，4、第一液压元件，5、固定轴，6、滚轮摇臂，71、凸轮轴，72、驱动凸轮，8、偏心轴承，9、第二液压元件，10、气门。

具体实施方式

如图1所示，气门升程连续可变装置包括凸轮轴71、驱动凸轮72、偏心轴承8、驱动摇臂3、固定轴5。驱动凸轮72与凸轮轴71固定连接，并且可以设置多个驱动凸轮72。本实施例中，在凸轮轴71上设置有两个驱动凸轮72。偏心轴承8套设在凸轮轴71的轴身，与固定在凸轮轴71上的驱动凸轮72平行。该偏心轴承8有一端是齿形结构，所述齿形结构可以是全齿或者部分齿。相应地，所述齿形结构在偏心轴承8上的分布可以是圆或者不规则圆。本实施例中，偏心轴承8的圆形全齿结构。并且，所述凸轮轴71能够在所述偏心轴承8内部绕自身的凸轮轴71的轴线旋转，也就是说，凸轮轴71能够在所述偏心轴承8内部自旋转而不带动所述偏心轴承8。所述凸轮轴71由曲轴(图中未示出)通过传动装置(图中未示出)驱动，通常采用一对正时齿轮传动。

进一步地，以预定距离与所述凸轮轴71平行布置了固定轴5。在驱动摇臂3的第一端部开孔，该孔与所述固定轴5配合连接，以使得驱动摇臂3能够在第一端部绕所述固定轴5旋转。所述的预定距离能够保证所述驱动摇臂3的臂身与所述驱动凸轮72接触。

进一步地，所述驱动摇臂3的臂身可滑动地与所述驱动凸轮72接触。当驱动凸轮72随着凸轮轴71自旋转时，由于驱动凸轮72的特性，所述驱动摇臂3的臂身与所述驱动凸轮72的接触点从距驱动凸轮72转动中心的最远点到运动到最近点。随着接触点从该最远点到最近点，再从最近点到最远点，驱动摇臂3由驱动凸轮72推动绕着固定轴5来回摆动。

进一步地，所述驱动摇臂3具有与所述第一端部相对的第二端部，而所述驱动摇臂3的臂身连接该第一端部和该第二端部。该第二端部可滑动地与滚轮摇臂6接触。所述第二端部在其下表面形成的轮廓与滚轮摇臂6有接触点。随着驱动摇臂3由驱动凸轮72推动绕着固定轴5来回摆动的动作，第二端部与滚轮摇臂6的接触点在其下表面的轮廓线上移动。以此驱动摇臂3推动滚轮摇臂6移动。

进一步地，包括气门10。所述气门10的一端连接到滚轮摇臂6的第一接头。随着驱动摇臂3通过第二端部推动滚轮摇臂6移动，同时推动了与滚轮摇臂6第一接头连接的气门10移动。并且在所述第一接头相对的第二接头位置设置了第二液压元件9，用于支撑所述滚轮摇臂6。当滚轮摇臂6被驱动摇臂3推动移动后，由于第二接头处受到第二液压元件9的支撑，因此第一接头处的气门10受到滚轮摇臂6的压力，随着滚轮摇臂6一起上下往复运动，实现发动机的气门10的开闭。气门10上升的位移为气门升程。并且，所述第二液压元件9具有补偿气门10的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声的作用，以使气门10开启和关闭得更快，减小进、排气阻力，改善发动机的性能。

进一步地，包括设置在驱动摇臂3的第一端部的第一液压元件4。该第一液压元件4用于将所述驱动摇臂3支撑与驱动凸轮72，以使得驱动摇臂3的臂身始终与驱动凸轮72保持接触。

进一步地，所述第一液压元件4和第二液压元件9是弹簧或者其他液压元件。

进一步地，为了驱动偏心轴承8转动，设置了驱动电机1和驱动轴2。在驱动轴2的两端设置了两个相互远离的第一齿轮201和第二齿轮202。驱动电机1通过第二齿轮202带动驱动轴2转动，而驱动轴2通过第一齿轮201将转动传递到偏心轴承8。驱动电机1可以设置多个蜗杆与驱动轴2设置的多个第二齿轮202蜗轮蜗杆配合，或者驱动电机1与驱动轴2的第二齿轮202齿轮配合。在本实施例中，驱动电机1设置了一个蜗杆与述第二齿轮202的涡轮配合。驱动轴2的第一齿轮201与偏心轴承8齿形配合，相应的，第一齿轮201的齿形结构可以是全齿或者部分齿，可以是圆或者不规则圆。本实施例中，第一齿轮201为圆形全齿结构。

进一步地，驱动电机1带动驱动轴2转动继而带动偏心轴承8转动，以使得偏心轴承8带动位于偏心轴承8内的凸轮轴71转动一定角度。实现控制所述驱动凸轮72的转动中心与所述驱动摇臂3的距离增加或者减少。由于第一液压元件4的高度可以自行调节，以使得驱动摇臂3能够始终接触驱动凸轮72。当驱动凸轮72的转动中心与驱动摇臂3的距离发生变化后，驱动摇臂3的第二端部与滚轮摇臂6的接触点也发生移动。由于该第二端部推动滚轮摇臂6继而推动气门10上下运动，于是当该接触点在该第二端部的轮廓处发生移动后，相应的摇臂比发生变化，气门10上升位移的气门升程发生变化。并且气门升程在最大升程和最小升程的区间内变化，以适应发动机的转速变化。因此，所述第二端部的下表面形成根据与所述滚轮摇臂6的接触来确定最大升程和最小升程的轮廓。气门升程的变化改变了单位时间的进气量，通过发动机控制单元(ECU)的控制实现发动机在不同转速负荷下的最佳动力性，从而提高燃油经济性。

进一步地，为了防止偏心轴承8在工作中产生轴向窜动和齿轮啮合产生的轴向力，偏心轴承8安装在气缸盖的凸轮轴71的轴承孔内，并在其使用面或者使用线限位。本实施例中，所述偏心轴承8在其周向设置挡边结构使其在使用面限位。另外，所述偏心轴承8还可以在其周向设置锥面结构使其在使用线限位。这样既能限制偏心轴承8的轴向窜动，又能使其自由转动。

如图1所示，在本实施例中气门升程连续可变装置的工作过程如下。

当驱动电机1不工作时，偏心轴承8固定不动。凸轮轴71由曲轴(图中未示出)通过传动装置(图中未示出)驱动，带动了固定在凸轮轴71上的驱动凸轮72绕所述凸轮轴71轴线旋转。由于驱动摇臂3与驱动凸轮72的轮廓线接触，随着驱动凸轮72转动，所述驱动摇臂3的臂身与所述驱动凸轮72的接触点从距驱动凸轮72转动中心的最远点到运动到最近点。随着接触点从该最远点到最近点，再从最近点到最远点，驱动摇臂3由驱动凸轮72推动绕着固定轴5来回摆动。驱动摇臂3的第二端部在其下表面形成的轮廓与滚轮摇臂6有接触点。随着驱动摇臂3由驱动凸轮72推动绕着固定轴5来回摆动的动作，第二端部与滚轮摇臂6的接触点在其下表面的轮廓线上移动。以此驱动摇臂3推动滚轮摇臂6移动。当滚轮摇臂6被驱动摇臂3推动移动后，由于滚轮摇臂6的第二接头处受到第二液压元件9的支撑，因此第一接头处的气门10受到滚轮摇臂6的压力，随着滚轮摇臂6一起上下往复运动，实现发动机气门10的开闭。

当驱动电机1工作时。发动机转速发生变化，为实现该转速下的最佳发动机性能，ECU控制驱动电机1工作，并通过驱动轴2将动作传递到偏心轴承8，使得偏心轴承8转动一定的角度。并带动凸轮轴71跟随偏心轴承8进行位移，实现控制所述驱动凸轮72的转动中心与所述驱动摇臂3的距离增加或者减少。由于第一液压元件4的高度可以自行调节，以使得驱动摇臂3能够始终接触驱动凸轮72。当驱动凸轮72的转动中心与驱动摇臂3的距离发生变化后，驱动摇臂3的第二端部与滚轮摇臂6的接触点也发生移动。由于该第二端部推动滚轮摇臂6继而推动气门10上下运动，于是当该接触点在该第二端部的轮廓处发生移动后，最终使得整个配气机构的布置发生变化，摇臂比也发生变化，气门10上升位移的气门升程发生变化。气门升程在最大升程和最小升程的区间内变化，以适应发动机的转速变化。气门升程的变化改变了单位时间的进气量，通过发动机控制单元(ECU)的控制实现发动机在不同转速负荷下的最佳动力性，从而提高燃油经济性。

由于整个机构为蜗轮蜗杆、齿轮齿轮配合，所以调节方式为无极调节。其利用较少的机械零件和简单的机械结构实现了实时控制气门10开启大小的目的，解决现有技术中连续可变气门升程机构结构复杂和零件繁多的问题。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种气门升程连续可变装置，包括：

驱动凸轮，其与凸轮轴固定连接；

偏心轴承，其套设在所述凸轮轴的轴身，所述凸轮轴在所述偏心轴承内可绕所述凸轮轴的轴线自旋转；

固定轴，其以预定距离与所述凸轮轴平行布置；

驱动摇臂，包括第一端部、与所述第一端部相对的第二端部和连接所述第一端部与所述第二端部的臂身，所述第一端部可旋转地连接到所述固定轴，所述第二端部可滑动地与滚轮摇臂接触，所述臂身可滑动地与所述驱动凸轮接触，以使得根据所述偏心轴承的旋转而改变所述臂身与所述驱动凸轮间的接触点，进而使所述驱动凸轮推动所述驱动摇臂绕所述固定轴转动；

气门，其与所述滚轮摇臂的第一接头连接，所述滚轮摇臂由所述第二端部推动并推动所述气门。

2.根据权利要求1所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，所述第二端部的下表面形成根据与所述滚轮摇臂的接触来确定最大升程和最小升程的轮廓。

3.根据权利要求1所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，包括驱动轴，在所述驱动轴的轴身设置了两个相互远离的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述偏心轴承齿形啮合。

4.根据权利要求3所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，包括驱动电机，所述第二齿轮与所述驱动电机齿形啮合，以使得所述驱动轴将所述驱动电机的运动传递到所述偏心轴承。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，所述凸轮轴由曲轴通过传动装置驱动。

6.根据权利要求1所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，包括第一液压元件，其设置在所述第一端部，所述第一液压元件将所述驱动摇臂支撑于所述驱动凸轮，以使得所述驱动摇臂的臂身与所述驱动凸轮保持接触。

7.根据权利要求1所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，包括第二液压元件，其设置在与所述第一接头方向相反的第二接头，用于支撑所述滚轮摇臂。

8.根据权利要求1所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，所述偏心轴承设置在气缸盖的凸轮轴承孔内，并在其使用面限位。

9.根据权利要求1所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，所述偏心轴承设置在气缸盖的凸轮轴承孔内，并在其使用线限位。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的气门升程连续可变装置，其特征在于，所述驱动轴控制所述偏心轴承转动，用于控制所述驱动凸轮远离或者靠近所述驱动摇臂，以使得所述第二端部与所述滚轮摇臂的接触点沿着所述第二端部下表面的轮廓移动。