CN106762008A - 一种连续可变气门驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续可变气门驱动装置，包括：第一凸轮，其固定在凸轮轴上；第二凸轮，其能够绕固定轴线旋转，所述第二凸轮底部的工作面与气门挺杆相配合，以驱动气门顶杆运动；摆臂，其套设在偏心轴上，以绕偏心轴旋转；连杆，其一端与所述摆臂铰接，另一端抵靠在所述第二凸轮的上部；所述第一凸轮与连杆的中部接触；驱动机构，其能够驱动所述偏心轴绕偏心轴线旋转，以改变偏心轴中心位置。本发明相对现有的连续可变气门机构其结构较为简单、稳定性好，可方便装配在发动机中实现气门升程及开启时间的连续可控，能保障动力传递快捷的同时还可提高系统的整体刚度和系统固有频率。本发明还提供了一种连续可变气门驱动装置的控制方法。

Description

一种连续可变气门驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车发动机气门技术领域，特别涉及一种连续可变气门驱动装置及其控制方法。

背景技术

传统发动机气门机构是将气门升程及气门持续开启时间设计为定值，一般基于发动机某一狭小工况范围的局部优化而确定，兼顾发动机低速时的稳定性和高速时的动力性，气门运动规律完全由凸轮型线决定，只能保障发动机在某一特定转速下才处于最佳配气状态。但传统汽油发动机凸轮型线单一，不能根据发动机负荷情况而调整进气量。传统发动机配气机构的气门运行参数也是固定不变的，参数的确定取决于设计的工况点。因此传统发动机的气门机构导致发动机在低速和高速时的配气状态达不到最佳，降低了发动机的排放和做功效率。

现有的非连续可变气门升程结构升程方式单一，不能实现发动机的大部分工况，节油效果不明显。而现有的连续可变气门升程技术零部件成本高，结构复杂，对各个零部件的可靠性要求高，发动机缸盖设计的难度较大，特别是致动机构的结构更复杂，其调节过程不易控制，调节精度差。

中国专利申请号201210362385.7公开了一种连续可变气门升程系统，利用偏心轮的转动改变第二摇臂旋转中心的位置，从而使得第二摇臂的动力臂L1和阻力臂L2方向和大小发生改变，最终改变与第一摇臂相接触的气门的升程量，结构原理简单，操控方便快捷。但其纵向长度过长，在发动机内有限的空间中布置困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有可变气门升程不能连续可变的缺陷，提供了一种连续可变气门驱动装置，实现气门升程及气门持续开启时间柔性可调整。

本发明的另一个目的是气门升程控制达到增强发动机进排气效果。

本发明提供的技术方案为：

一种连续可变气门驱动装置，包括：

第一凸轮，其由发动机驱动旋转；

第二凸轮，其与气门挺杆相配合，能够驱动气门顶杆运动；

控制轴，其可旋转支撑在壳体上；

偏心轴，所述控制轴固定在所述偏心轴的偏心位置上；

摆臂，其可旋转套设在所述偏心轴上，所述摆臂相对于所述偏心轴可旋转；

连杆，其一端与所述摆臂铰接，另一端抵靠在所述第二凸轮的侧面上；

所述第一凸轮旋转驱动所述连杆运动，从而带动第二凸轮摆动，以将气门开启或关闭；

驱动机构，其用于驱动所述控制轴旋转，使摆臂相对于第二凸轮旋转，以使气门升程改变。

优选的是，所述驱动机构包括：

电机；

蜗杆，其与所述电机输出轴同轴固定连接；

蜗轮，其与所述蜗杆啮合，所述蜗轮固定在所述控制轴上。

优选的是，所述连杆包括：

第一杆体，其一端和所述摆臂的一端铰接；

第二杆体，其垂直穿过所述第一杆体的另一端；

其中，所述第二杆体的一端抵靠在所述第二凸轮的上部。

优选的是，所述第二凸轮的上部设置有沟槽，所述第二杆体的一端设置滚轮，所述滚轮位于沟槽内。

优选的是，还包括：

第三凸轮，其与相邻气门挺杆相配合，能够驱动相邻气门顶杆运动；所述摆臂位于所述第二凸轮和第三凸轮之间；

所述第二杆体的另一端抵靠在所述第三凸轮的上部。

优选的是，所述第三凸轮的上部设置有沟槽，所述第二杆体的另一端设置滚轮，其位于第三凸轮的沟槽内。

优选的是，所述连杆与摆臂的铰接处设置有扭转弹簧，以使连杆紧贴在第一凸轮上。

优选的是，所述控制轴还穿过所述第二凸轮，其相对于所述控制轴可自由旋转。

一种连续可变气门驱动装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、获取当前车速v、发动机每分钟转数n、油门踏板开度以及发动机类型系数γ；

步骤二、令偏心轴108的中心位置在最低点时为初始位置，控制控制轴114旋转，使其相对初始位置的旋转的角度α满足：

其中，对于自然吸气发动机γ＝1，对于涡轮增压发动机γ＝1.2。

本发明所述的有益效果是：本发明提供的连续可变气门驱动装置相对现有的连续可变气门机构其结构较为简单、稳定性好。作为一种新型连续可变气门机构可方便装配在发动机中实现气门升程及开启时间的连续可控，能保障动力传递快捷的同时还可提高系统的整体刚度和系统固有频率。基于机构中采用滚子轴承的接触方式更能有效降低系统传动的噪音。因此本发明设计的连续可变气门驱动装置，有着重要的实际意义和应用前景。

附图说明

图1是本发明所述的连续可变气门驱动装置总体结构示意图。

图2是本发明所述的低气门升程位置结构示意图。

图3是本发明所述的中高气门升程位置结构示意图。

图4是本发明所述的可变的多连杆机构示意图。

图5是本发明所述的控制轴与偏心轴位置关系图。

图6是本发明所述的实现连续可变的气门位移曲线。

图7是本发明所述的第二凸轮升程型线图。

图8为本发明所述的连续可变气门驱动装置另一个视向的总体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图8所示，本发明提供了一种连续可变气门驱动装置，在第一凸轮101与挺杆115之间加装一套可变的多连杆机构，挺杆115与气门116相连接，第一凸轮101上设置有凸轮轴102，凸轮轴102在汽车发动机带动下旋转，进而带动第一凸轮101旋转。第一凸轮101驱动可变的多连杆机构运动，进而带动挺杆115和气门116上下移动，实现了气门的开启和闭合。通过可变的多连杆机构形状的变化，实现了气门升程及相位的连续可变。

如图1-4所示，所述可变的多连杆机构包括连杆103，滚轮104，沟槽105，第二凸轮106，摆臂107，偏心轴108，销109，扭转弹簧110，电机111，蜗杆112，蜗轮113，控制轴114。

其中，凸轮轴102和控制轴114的位置是固定不变的，控制轴114和凸轮轴102支撑在汽缸盖上。第二凸轮106的下部为其工作面，该工作面与挺杆115的上表面相配合，通过第二凸轮106的摆动实现挺杆115的上下移动。摆臂107与第二凸轮106的一端相铰接，连杆103的顶部与摆臂107的顶部相铰接，在铰接点处设置有销109，使连杆103能够绕着销109相对与摆臂107旋转。

连杆103的下端设置有滚轮104，在第二凸轮106的左端设置有沟槽105，使滚轮104能够在沟槽105内滑动，能够减小滑动的摩擦力。沟槽105开置在第二凸轮106上表面的中心位置，利于保障可变的机械多杆机构在正常运转时的稳定性。

偏心轴108从摆臂107上穿过，使摆臂107能够绕着偏心轴108旋转。控制轴114与偏心轴108固定连接，控制轴114与偏心轴108之间是通过花键连接，控制轴114的中心与偏心轴108的中心不重合。

当控制轴114转动时，偏心轴108随之转动。而控制轴114是通过电机111带动蜗杆112而驱动控制轴114一端上的蜗轮113实现转动的。其蜗轮113的转动角度是由发动机控制单元根据发动机工况来控制的。

偏心轴108与控制轴114采用非同心轴布置结构如图5所示，偏心轴108与摆臂107采用同心轴布置结构。偏心轴108随控制轴114转动时，会改变偏心轴108与摆臂107的轴心位置，进而会改变摆臂107的偏转位置，其再通过固定在摆臂107上端的销109带动连杆103发生位置偏转。

当偏心轴108绕控制轴114以逆时针方向转动时，即相当于偏心轴108的圆心点P绕控制轴114的圆心点C做圆周运动，其运动半径为CP。当偏心轴108圆心位于点P1时，其对应的连续可变气门驱动装置处于低气门升程位置，如图2所示。当偏心轴108圆心位于点P2时，其对应的连续可变气门驱动装置处于中高气门升程位置，如图3所示。在偏心轴108圆心点P随控制轴114圆心点C转动的过程中，可变的多连杆机构位置发生改变，即生成对应不同的气门升程位置，其对应的可变气门升程和气门持续开启时间逐渐增大，形成连续可变的气门位移曲线如图6所示。

连杆103上端与摆臂107上端通过销109连接，连杆103随第一凸轮101转动时绕销109在一定范围内摆动。当第一凸轮101的凸起沿顺时针方向转过连杆103接触面时，连杆103在扭转弹簧110的作用力下会随第一凸轮101型线逐渐恢复初始位置。

第二凸轮106的凸轮型线如图7所示，第二凸轮106型线上D点为凸轮基圆与凸轮升程的分界点如图4所示。第二凸轮106型线上D点与挺杆115的接触位置是由可变的多连杆机构位置控制的。当偏心轴108绕控制轴114转动时，摆臂107会随同心轴布置的偏心轴108摆动而改变初始位置，通过摆臂107上固定的销109带动连杆103和第二凸轮106发生位置偏转，进而改变第二凸轮106型线上D点与挺杆115的接触位置，即第二凸轮106型线上D点与挺杆115上端面的位置远近。

第二凸轮106随连杆103的偏转运动而绕控制轴114在一定角度范围内摆动时，第二凸轮106上D点越接近挺杆115上端面，则挺杆115上下运动幅度越大，气门116的开启深度越大。

当第二凸轮106型线上D点与挺杆115上端面位置接近或重叠时，在第二凸轮106通过可变的多连杆机构被第一凸轮101驱动时，由于第二凸轮106的型线特征会使挺杆115产生较大的往复运动，即较大的气门开启深度。反之，当第二凸轮106型线上D点远离挺杆115上端面位置时，第二凸轮106在摆动时会使挺杆115产生较小的往复运动，即较小的气门开启深度。从而实现连续可变气门装置的设计目标，以满足发动机不同工况下采用不同的气门升程和开启时间。

本发明还提供了一种连续可变气门驱动装置的控制方法，并包括如下步骤：

步骤一、获取当前车速v、发动机每分钟转数n、油门踏板开度以及发动机类型系数γ；

步骤二、令偏心轴108的中心位置在最低点时为初始位置，控制控制轴114旋转，使其相对初始位置的旋转的角度α满足：

其中，对于自然吸气发动机γ＝1，对于涡轮增压发动机γ＝1.2。

通过上述布置，能够使气门升程达到最佳，从而使发动机处于最佳工作状态。

作为一种优选的，在发动机出厂时对气门升程进行一定的预调整，即先将控制轴114相对初始位置旋转一定的角度，使发动机达到一个良好的初始状态。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种连续可变气门驱动装置，其特征在于，包括：

第一凸轮，其由发动机驱动旋转；

第二凸轮，其与气门挺杆相配合，能够驱动气门顶杆运动；

控制轴，其可旋转支撑在壳体上；

偏心轴，所述控制轴固定在所述偏心轴的偏心位置上；

摆臂，其可旋转套设在所述偏心轴上，所述摆臂相对于所述偏心轴可旋转；

连杆，其一端与所述摆臂铰接，另一端抵靠在所述第二凸轮的侧面上；

所述第一凸轮旋转驱动所述连杆运动，从而带动第二凸轮摆动，以将气门开启或关闭；

驱动机构，其用于驱动所述控制轴旋转，使摆臂相对于第二凸轮旋转，以使气门升程改变。

2.根据权利要求1所述的连续可变气门驱动装置，其特征在于，所述驱动机构包括：

电机；

蜗杆，其与所述电机输出轴同轴固定连接；

蜗轮，其与所述蜗杆啮合，所述蜗轮固定在所述控制轴上。

3.根据权利要求1所述的连续可变气门驱动装置，其特征在于，所述连杆包括：

第一杆体，其一端和所述摆臂的一端铰接；

第二杆体，其垂直穿过所述第一杆体的另一端；

其中，所述第二杆体的一端抵靠在所述第二凸轮的上部。

4.根据权利要求3所述的连续可变气门驱动装置，其特征在于，所述第二凸轮的上部设置有沟槽，所述第二杆体的一端设置滚轮，所述滚轮位于沟槽内。

5.根据权利要求4所述的连续可变气门驱动装置，其特征在于，还包括：

第三凸轮，其与相邻气门挺杆相配合，能够驱动相邻气门顶杆运动；所述摆臂位于所述第二凸轮和第三凸轮之间；

所述第二杆体的另一端抵靠在所述第三凸轮的上部。

6.根据权利要求5所述的连续可变气门驱动装置，其特征在于，所述第三凸轮的上部设置有沟槽，所述第二杆体的另一端设置滚轮，其位于第三凸轮的沟槽内。

7.根据权利要求1所述的连续可变气门驱动装置，其特征在于，所述连杆与摆臂的铰接处设置有扭转弹簧，以使连杆紧贴在第一凸轮上。

8.根据权利要求2所述的连续可变气门驱动装置，其特征在于，所述控制轴还穿过所述第二凸轮，其相对于所述控制轴可自由旋转。

9.一种连续可变气门驱动装置的控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-8中任意一项所述的连续可变气门驱动装置，并包括如下步骤：

步骤一、获取当前车速v、发动机每分钟转数n、油门踏板开度以及发动机类型系数γ；

步骤二、令偏心轴108的中心位置在最低点时为初始位置，控制控制轴114旋转，使其相对初始位置的旋转的角度α满足：

其中，对于自然吸气发动机γ＝1，对于涡轮增压发动机γ＝1.2。