CN106640256A - 连续可变气门升程系统及具有该系统的汽车 - Google Patents

Abstract

一种连续可变气门升程系统及具有其的汽车，包括凸轮及驱动摆臂，凸轮上形成有凸轮型线，凸轮型线上形成有第一缓冲段及第一工作段；驱动摆臂与气门机构的接触面上形成有驱动摆臂型线，驱动摆臂型线依次形成有第一空行程段、第二缓冲段及第二工作段；气门升程曲线内设置有第二空行程段、第三缓冲段及第三工作段，驱动摆臂型线与气门机构的接触点均位于第一空行程段内，在任一气门升程曲线中，当凸轮型线转过一个完整的第一工作段时，气门升程曲线至少经历了与之对应的部分第二空行程段、完整的第三缓冲段及部分第三工作段。该系统能够使每一个气门升程均能够经历包括缓冲段在内的各工作段，减少气门冲击，保证气门的使用寿命及机构的稳定性。

Description

连续可变气门升程系统及具有该系统的汽车

技术领域

本发明涉及车辆发动机技术领域，特别是涉及一种连续可变气门升程系统及具有该系统的汽车。

背景技术

往复式内燃机在工作过程中，能够通过气门驱动机构定时开启和关闭气门，以使发动机能够有效吸入新鲜空气或可燃混合气及排除缸内燃烧的废气。传统的气门驱动机构在设计完成后，气门运动规律就固化下来，气门升程和气门开启的持续期不能根据发动机的实际运行情况进行调节。

车辆的发动机是全工况运行，在设计时就需要兼顾高负荷动力性及低负荷经济性。然而固定的气门运动规律使得发动机只能在某一特定的工况下处于最佳的状态，无法在大多的情况下兼顾动力性及经济性。

为了克服发动机的此种缺陷，可变气门升程系统正在越来越多地应用于发动机中。

图1所示为现有技术中可变气门升程系统的结构示意图，可变气门升程系统包括中间轴1、中间摆臂2、驱动摆臂3、凸轮4及气门机构5，中间摆臂2及驱动摆臂3均与中间轴1相连，中间摆臂2设置于凸轮4与驱动摆臂3之间，并与凸轮4接触，凸轮4能够驱动中间摆臂2，并带动驱动摆臂3摆动，驱动摆臂3下部与气门机构5接触，驱动摆臂3与气门机构5接触部位设置有驱动摆臂型面，中间摆臂2能够相对于中间轴1摆动，以改变中间摆臂2与驱动摆臂3之间的夹角。当中间摆臂2与驱动摆臂3之间的夹角发生改变时，驱动摆臂型面与气门机构5的接触点就会发生变化，气门升程就会发生改变。

在一个完整的升程曲线中，需要在气门开启及落座时间点附近设计有缓冲段，在缓冲段，气门升程的变化量较小，以此来减少开启以及落座的冲击，不可变的气门升程机构由于凸轮4的型线是确定的，因此可以保证在气门升程过程中具有缓冲段，但是在连续可变气门升程系统中，气门升程是有凸轮型面及驱动摆臂型面两者配合得到的，在调整气门升程时，气门机构5与驱动摆臂型面的接触点发生变化，因此就难以保证在每个气门升程中均具有缓冲段，这会减少发动机的寿命，增加成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种连续可变气门升程系统及具有该气门升程系统的汽车，该气门升程系统能够使每一个气门升程均能够经历包括缓冲段在内的各工作段，减少气门冲击，保证气门的使用寿命及机构的稳定性。

本发明提供了一种连续可变气门升程系统，包括中间轴、调节摆臂、驱动摆臂、凸轮及气门机构，其中所述驱动摆臂的一端设置于所述中间轴上，并可绕所述中间轴转动，另一端驱动所述气门机构运动，所述调节摆臂与所述驱动摆臂夹角可变地设置于所述中间轴上，所述调节摆臂设置于所述凸轮及所述驱动摆臂之间，并分别与所述驱动摆臂及所述凸轮接触，所述凸轮上形成有凸轮型线，所述凸轮型线的最高点两侧分别形成有凸轮开启工作区间及凸轮闭合工作区间，在所述凸轮开启工作区间及所述凸轮闭合工作区间内均形成有第一缓冲段及第一工作段；

所述驱动摆臂与所述气门机构的接触面上形成有驱动摆臂型线，所述驱动摆臂型线依次形成有第一空行程段、第二缓冲段及第二工作段，所述第一空行程段为以所述中间轴为圆心的圆弧段，所述第二缓冲段形成于所述第一空行程段及所述第二工作段之间；

气门升程曲线由所述凸轮型线及所述驱动摆臂型线配合形成，所述气门升程曲线的最高点的两侧分别形成有气门开启工作区间及气门闭合工作区间，在所述气门开启工作区间及所述气门闭合工作区间内均设置有第二空行程段、第三缓冲段及第三工作段；

在最大气门升程至最小气门升程所对应的范围内，所述驱动摆臂型线与所述气门机构的接触点均位于所述第一空行程段内，在任一气门升程曲线中，当所述凸轮型线转过一个完整的所述第一工作段时，所述气门升程曲线至少经历了与之对应的部分第二空行程段、完整的第三缓冲段及部分第三工作段。

进一步地，所述凸轮型线内还包括第一过渡段，所述凸轮型线的最高点形成于所述第一过渡段内，所述凸轮型线内各工作段关于所述凸轮型线的最高点与基圆中心的连线对称，所述气门升程曲线还包括第二过渡段，所述气门升程曲线的最高点形成于所述第二过渡段内，所述气门升程曲线关于气门升程的最高点对应的横坐标所在的轴对称。

进一步地，所述凸轮型线的包角大于所述气门升程曲线的包角。

进一步地，在所述连续可变气门升程系统具有最大气门升程的情况下，当所述气门机构与所述驱动摆臂型线的接触点从初始位置移动到所述驱动摆臂的所述第二缓冲段的起始位置时，所述凸轮的凸轮轴转过20°。

进一步地，所述凸轮型线的第一缓冲段的角度为3-5°，所述凸轮型线的第一工作段对应的角度为75-77°。

进一步地，所述凸轮型线的第一工作段包括第一加速工作段及第一匀速工作段，所述第一加速工作段对应的角度为15-17°，所述气门升程曲线中的所述第三缓冲段对应的凸轮轴的转角落入所述凸轮型线的所述第一匀速工作段内。

进一步地，所述第一空行程段对应的角度为2.5-4.5°，所述第二缓冲段对应的角度为3-4°，所述第二工作段对应的角度为13-17°。

进一步地，所述中间摆臂型线的负曲率绝对值大于与其接触的所述气门机构中摇臂滚轮的半径。

进一步地，所述每一气门升程曲线从气门开启至气门关闭均依次经过一段匀速区间、一段加速区间、一段减速区间、一段加速区间及一段匀速区间，所述两个匀速区间分别于所述气门升程曲线的两个第三缓冲段相对应，所述两个加速区间分别于所述气门升程曲线的两个第三工作段相对应，所述减速区间与所述气门升程曲线的第二过渡段相对应。

本发明还提供了一种汽车，该汽车具有本发明所提供的连续可变气门升程系统。

综上所述，本发明实施例所提供的连续可变气门升程系统，结构简单，通过在控制轴上设置固定部，并将调节摆臂与固定部相连，通过旋转控制轴即可带动调节摆臂上下运动，使调节摆臂推动驱动摆臂发生一定程度的转动，以改变滚子摇臂与驱动曲面的接触点位置，继而改变气门的升程及气门开启的持续时间，使发动机在高负荷区域和低负荷区域可以采用不同的气门升程，兼顾动力性及燃油经济性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术中连续可变气门升程系统的结构的结构示意图。

图2为本发明实施例中凸轮型线的结构示意图。

图3为本发明实施例中驱动摆臂型线的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的连续可变气门升程系统在最大气门升程时，气门升程、凸轮型线及驱动摆臂型线与凸轮轴转角的关系曲线示意图。

图5为本发明实施例提供的连续可变气门升程系统中凸轮型线及凸轮速度与凸轮轴转角的关系曲线示意图。

图6为本发明实施例提供的连续可变气门升程系统中多个气门升程的速度与凸轮轴转角的关系曲线示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本发明提供一种连续可变气门升程系统及具有该气门升程系统的汽车，该气门升程系统能够使每一个气门升程均能够经历包括缓冲段在内的各工作段，减少气门冲击，保证气门的使用寿命及机构的稳定性。

图2为本发明实施例中凸轮型线的结构示意图，图3为本发明实施例中驱动摆臂型线的结构示意图，图4为本发明实施例提供的连续可变气门升程系统在最大气门升程时，气门升程、凸轮型线及驱动摆臂型线与凸轮轴转角的关系曲线示意图。在图4中，横坐标表示凸轮轴的转角，纵坐标表示在凸轮轴转角转过相应角度时对应的气门升程、凸轮型线升程及驱动摆臂型线升程，为了便于图形上标号与文中工作段相对应，图4中由上向下第一排标号为驱动摆臂型线的标号，第二排标号为凸轮型线的标号，第三排为气门升程曲线的标号。如图2至图4所示，本发明实施例提供的连续可变气门升程系统可以具有多个气门升程曲线，该系统包括中间轴(见图1中1)、调节摆臂(见图1中2)、驱动摆臂(见图1中3)、凸轮(见图1中4)及气门机构(见图1中5)，其中驱动摆臂的一端设置于中间轴上，并可绕中间轴转动，驱动摆臂的另一端驱动气门机构运动，调节摆臂设置于中间轴上，并可绕中间轴摆动，以改变调节摆臂与驱动摆臂的夹角，调节摆臂设置于凸轮及驱动摆臂之间，并分别与驱动摆臂及凸轮接触，依据凸轮的旋转方向，凸轮上设置有凸轮型线10的起始点A、终止点B及形成最高点C，在凸轮型线10的最高点两侧分别形成有凸轮开启工作区间及凸轮闭合工作区间，在凸轮开启工作区间及凸轮闭合工作区间内均形成有第一缓冲段11及第一工作段12，在凸轮开启工作区间与凸轮闭合工作区间之间还设置有第一过渡段13。驱动摆臂与气门机构的接触面上形成有驱动摆臂型线20，驱动摆臂型线20依次形成有第一空行程段21、第二缓冲段22及第二工作段23。第一空行程段21为以中间轴的轴线O为圆心的圆弧段，第二缓冲段22形成于第一空行程段21与第二工作段23之间。气门升程曲线由凸轮型线10与驱动摆臂型线20配合形成，即凸轮的转动带动驱动摆臂的运动，驱动摆臂的运动驱动气门的开闭。气门升程曲线的最高点D两侧分别形成有气门开启工作区间及气门闭合工作区间，在气门开启工作区间及气门闭合工作区间内均设置有第二空行程段31、第三缓冲段32及第三工作段33，在气门开启工作区间及气门闭合工作区间之间还设置有第二过渡段34。在最大气门升程至最小气门升程所对应的范围内，驱动摆臂型线20与气门机构的接触点均位于第一空行程段21内。在任一气门升程曲线中，当凸轮型线10转过一个完整的第一工作段12时，气门升程曲线至少经历了与之对应的部分的第二空行程段31、完整的第三缓冲段32及部分的第三工作段33。

在本发明中，由于气门机构直接与驱动摆臂型面结合，因此，气门升程曲线直接由驱动摆臂型线20决定。本发明提供的连续可变气门升程系统首先通过将驱动摆臂型线20设置成第一空行程段21、第二缓冲段22及第二工作段23，并使第一空行程段21、第二缓冲段22及第二工作段23依次排列，在凸轮旋转的带动下，气门机构与驱动摆臂的接触点将沿驱动摆臂型线20做往复运动，以使气门升程曲线产生于第一空行程段21对应的两个第二空行程段31(即气门在气门机构与第一空行程段21接触时处于闭合状态)，与第二缓冲段22对应的两个第三缓冲段32，以及与第二工作段23对应的第二过渡段34及两个第三工作段33。

其次，通过将驱动摆臂型线20与气门机构的接触点限制在驱动摆臂型线20的第一空行程段21内移动，以保证任一气门升程曲线中，当凸轮型线10起始点A(见图2)及终止点B与中间摆臂接触时，气门均能够处于闭合状态。

最后，通过凸轮、中间摆臂、驱动摆臂及气门机构的配合，使本发明在任一气门升程曲线中，当凸轮型线10转过完整的第一工作段12时，气门升程曲线至少经历了与之对应的部分的第二空行程段31、完整的第三缓冲段32及部分的第三工作段33，也即，如图4所示，第三缓冲段32需要完整地落入凸轮型线10的第一工作段12内。以保证无论在任一气门升程曲线中，当凸轮经过一个完整的旋转周期时，可以使任一气门升程曲线均能够完整地经历包括第三缓冲段32在内的各工作段。

因此，本发明提供的连续可变气门升程系统能够通过凸轮型线10、驱动摆臂型线20的设置，以及凸轮、中间摆臂、驱动摆臂、气门机构位置上的配合，使通过该系统调整出的任一气门升程，均能够完整地经历包括缓冲段在内的各工作段。本发明提供的连续可变气门升程系统能够使每一个气门升程均能够经历包括缓冲段在内的各工作段，减少气门冲击，保证气门的使用寿命及机构的稳定性。

进一步地，图5为本发明实施例提供的连续可变气门升程系统中凸轮型线及凸轮速度与凸轮轴转角的关系曲线示意图，在图5中，横坐标表示凸轮轴转过的角度，纵坐标表示在凸轮轴转过一定角度时对应的凸轮型线升程及凸轮速度。如图2、图4及图5所示，为了保证气门经历了一个完整的气门升程曲线，即气门机构与驱动摆臂型线20的接触点经历了一个周期的往复运动后，气门机构与驱动摆臂型线20接触点的位置不会发生变化，防止气门升程在调整完毕后再次发生变化，凸轮型线的最高点形成于第一过渡段内，凸轮型线10的各工作段关于凸轮型线10的最高点与基圆中心O’的连线对称，同样地，气门升程曲线的最高点形成于第二过渡段内，气门升程曲线也关于气门升程的最高点对应的横坐标所在的轴对称，也即在气门升程曲线中，在开启工作区间内的第三缓冲段32与闭合工作区间内的第三缓冲段32对应的凸轮轴转角相同。

进一步地，如图4所示，在本实施例中，当连续可变气门升程系统具有最大气门升程的情况下，当气门机构与驱动摆臂型线20的接触点从初始位置移动到驱动摆臂型线20第二缓冲段22的起始位置时，凸轮轴转过20°，即凸轮轴转过20°时，气门升程曲线才开始进入开启区间内的第三缓冲段32，气门开启。可以理解地，当气门升程曲线经过在闭合区间内的第三缓冲段32的终点，气门闭合后，凸轮轴还要再旋转20°，才能使凸轮终止点B与中间摆臂接触。可以理解地，在其它气门升程对应的气门升程曲线中，凸轮轴要转过更大的角度后，气门才会开启，气门升程曲线才能进入开启区间的第三缓冲段32，当气门升程曲线经过在闭合区间内的第三缓冲段32的终点，气门闭合后，凸轮轴还要再旋转更大的角度才能使凸轮终止点B与中间摆臂接触。也即，在任一气门升程中，凸轮型线10的包角要大于气门升程曲线对应的包角。

为了能够使气门升程曲线中第三缓冲段32完整地落入凸轮型线10的第一工作段12内，在凸轮型线10中，第一工作段12对应的角度应尽可能的大，第一缓冲段11对应的角度应尽可能小，优选地，凸轮型线10上第一缓冲段11对应的角度为3-5°，第一工作段12对应的角度为75-77°。

进一步地，如图5所示，为了能够使气门升程曲线较为平稳，在凸轮型线10上第一工作段12又可以分为第一加速工作段121及第一匀速工作段122，二者的分割线在图2上用虚线标示，在第一加速工作段121，凸轮型线升程的速度(即凸轮型线升程对时间的导数)不断增加，在第一匀速工作段122，凸轮型线升程的速度尽量保持稳定。也即，凸轮型线升程的速度在一个完整的工作区间内，需要依次经过一段加速段、一段匀速段、一段减速度段(对应于第一过渡段13)、一段匀速段及一段加速段等几个过程。在本实施例中，第一加速工作段121对应的角度为15-17°。在本实施例中，如图4所示，当凸轮型线10的第一匀速工作段122与中间摆臂接触后，气门升程曲线才能进入第三缓冲段32，也即，在本实施例中，气门升程曲线中的第三缓冲段32对应的凸轮轴的转角应落入凸轮型线10的第一匀速工作段122内。

进一步地，如图3所示，在本发明中，气门机构相对于驱动摆臂型线20做一个往复运动，形成一个完整的气门升程曲线，其中，驱动摆臂型线20上的第一空行程段21与气门升程曲线的第二空行程段31相对应，驱动摆臂型线20上的第二缓冲段22与气门升程曲线的第三缓冲段32相对应，驱动摆臂型线20上的第二工作段与气门升程曲线的第三工作段33及第二过渡段34相对应，驱动摆臂型线20上各工作段对应的角度由驱动摆臂的长度及驱动摆臂与中间摆臂的夹角等多种因素决定，优选地，第一空行程段21对应的角度为2.5-4.5°，第二缓冲段22对应的角度为3-4°，第二工作段23对应的角度为13-17°。值得注意的是，中间摆臂型线的负曲率半径绝对值应大于与其接触的气门机构中的摇臂滚轮的半径，以确保任一气门升程曲线对应的整个中间摆臂型线的工作段，在凸轮的运动中均能够与气门机构中的摇臂滚轮接触。

图6为本发明实施例提供的连续可变气门升程系统中多个气门升程的速度与凸轮轴转角的关系曲线示意图，如图6所示，在本实施例中，每一气门升程曲线从气门开启至气门关闭均应一次经过一段匀速区间、一段加速区间、一段减速区间、一段加速区间及一段匀速区间，上述的各区间关于横坐标对称。在本发明中，两个匀速区间分别与气门升程曲线的两个第三缓冲段32相对应，两段加速区间分别与气门升程曲线的两个第三工作段33相对应，一段减速区间与气门升程曲线的第二过渡段34相对应。

综上所述，本发明提供的连续可变气门升程系统能够通过凸轮型线10、驱动摆臂型线20的设置，以及凸轮、中间摆臂、驱动摆臂、气门机构位置上的配合，使通过该系统调整出的任一气门升程，均能够完整地经历包括缓冲段在内的各工作段。本发明提供的连续可变气门升程系统能够使每一个气门升程均能够经历包括缓冲段在内的各工作段，减少气门冲击，保证气门的使用寿命及机构的稳定性。

本发明还提供了一种汽车，包括上述的连续可变气门升程系统，关于该汽车的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种连续可变气门升程系统，包括中间轴、调节摆臂、驱动摆臂、凸轮及气门机构，其中所述驱动摆臂的一端设置于所述中间轴上，并可绕所述中间轴转动，另一端驱动所述气门机构运动，所述调节摆臂与所述驱动摆臂夹角可变地设置于所述中间轴上，所述调节摆臂设置于所述凸轮及所述驱动摆臂之间，并分别与所述驱动摆臂及所述凸轮接触，其特征在于：所述凸轮上形成有凸轮型线，所述凸轮型线的最高点两侧分别形成有凸轮开启工作区间及凸轮闭合工作区间，在所述凸轮开启工作区间及所述凸轮闭合工作区间内均形成有第一缓冲段及第一工作段；

所述驱动摆臂与所述气门机构的接触面上形成有驱动摆臂型线，所述驱动摆臂型线依次形成有第一空行程段、第二缓冲段及第二工作段，所述第一空行程段为以所述中间轴为圆心的圆弧段，所述第二缓冲段形成于所述第一空行程段及所述第二工作段之间；

气门升程曲线由所述凸轮型线及所述驱动摆臂型线配合形成，所述气门升程曲线的最高点的两侧分别形成有气门开启工作区间及气门闭合工作区间，在所述气门开启工作区间及所述气门闭合工作区间内均设置有第二空行程段、第三缓冲段及第三工作段；

在最大气门升程至最小气门升程所对应的范围内，所述驱动摆臂型线与所述气门机构的接触点均位于所述第一空行程段内，在任一气门升程曲线中，当所述凸轮型线转过一个完整的所述第一工作段时，所述气门升程曲线至少经历了与之对应的部分第二空行程段、完整的第三缓冲段及部分第三工作段。

2.如权利要求1所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：所述凸轮型线内还包括第一过渡段，所述凸轮型线的最高点形成于所述第一过渡段内，所述凸轮型线内各工作段关于所述凸轮型线的最高点与基圆中心的连线对称，所述气门升程曲线还包括第二过渡段，所述气门升程曲线的最高点形成于所述第二过渡段内，所述气门升程曲线关于气门升程的最高点对应的横坐标所在的轴对称。

3.如权利要求2所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：所述凸轮型线的包角大于所述气门升程曲线的包角。

4.如权利要求3所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：在所述连续可变气门升程系统具有最大气门升程的情况下，当所述气门机构与所述驱动摆臂型线的接触点从初始位置移动到所述驱动摆臂的所述第二缓冲段的起始位置时，所述凸轮的凸轮轴转过20°。

5.如权利要求3所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：所述凸轮型线的第一缓冲段对应的角度为3-5°，所述凸轮型线的第一工作段对应的角度为75-77°。

6.如权利要求5所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：所述凸轮型线的第一工作段包括第一加速工作段及第一匀速工作段，所述第一加速工作段对应的角度为15-17°，所述气门升程曲线中的所述第三缓冲段对应的凸轮轴的转角落入所述凸轮型线的所述第一匀速工作段内。

7.如权利要求1或2所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：所述第一空行程段对应的角度为2.5-4.5°，所述第二缓冲段对应的角度为3-4°，所述第二工作段对应的角度为13-17°。

8.如权利要求1或2所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：所述中间摆臂型线的负曲率的绝对值大于与其接触的所述气门机构中摇臂滚轮的半径。

9.如权利要求2所述的连续可变气门升程系统，其特征在于：所述每一气门升程曲线从气门开启至气门关闭均依次经过一段匀速区间、一段加速区间、一段减速区间、一段加速区间及一段匀速区间，所述两个匀速区间分别于所述气门升程曲线的两个第三缓冲段相对应，所述两个加速区间分别于所述气门升程曲线的两个第三工作段相对应，所述减速区间与所述气门升程曲线的第二过渡段相对应。

10.一种汽车，其特征在于：包括如权利要求1至9任一项所述的连续可变气门升程系统。