CN107842408A - 一种可变气门升程机构、控制气门升程的方法及发动机 - Google Patents

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Abstract

一种可变气门升程机构，包括凸轮轴、气门桥和两个气门，所述气门之间连接有所述气门桥，还包括第一凸轮；第二凸轮，所述第一凸轮与所述第二凸轮的相位角不同，所述第一凸轮和两个所述第二凸轮均设置于所述凸轮轴上且分别作用于第一摇臂和两个第二摇臂的一端；第一活塞，其位于所述第一摇臂的另一端；第二活塞，其位于所述第一摇臂和两个所述第二摇臂的另一端，所述第一活塞和所述第二活塞选择性地作用于所述气门，使所述气门具有不同升程。本发明的第一摇臂和第二摇臂无需在发动机高低速转变的时候进行分离或合并，大大减小了可变升程机构的噪音，提高了用户体验，也减小了两个摇臂无法分离或合并而导致发动机失效的风险。

Description

一种可变气门升程机构、控制气门升程的方法及发动机
技术领域
本发明涉及气门操纵领域，尤其涉及一种可变气门升程机构、控制气门升程的方法及发动机。
背景技术
发动机中具有配气相位机构，负责向气缸提供汽油燃烧做功所必须的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出，其主要功能是按照一定的时限来开启和关闭各气缸的进、排气门，从而实现发动机气缸换气补给的整个过程。传统的汽油发动机的气门升程是固定不可变的，对发动机在全工况下做平衡性选择而进行设计，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，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。
有鉴于此，各国学者对气门升程结构进行了改进，现有技术提供了一种可变气门，其包括三个凸轮，其中高升程凸轮位于凸轮轴中间，两个低升程凸轮位于高升程凸轮的两侧，高升程凸轮连接于中间摇臂，两个低升程凸轮分别连接于主摇臂和副摇臂，主摇臂与中间摇臂之间设置有小活塞，小活塞能够将主摇臂与中间摇臂连接。当发动机在中、低转速时，三根摇臂处于分离状态，低升程凸轮推动主摇臂和副摇臂来控制两个进气门的开闭，气门升量较小。此时虽然中间的高升程凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间是分离的，所以两边的摇臂不受它控制，也不会影响气门的开闭状态。发动机达到某一个设定的转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由高升程凸轮驱动，这时气门的升程和开启时间都相应的增大了，使得单位时间内的进气量更大，发动机动力也更强。当发动机转速降到某一转速时，摇臂内的液压也随之降低，小活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。
然而，上述技术存在一些缺陷，其主要缺陷为，中间摇臂和两侧的摇臂需要在高低速转变的时候分离或合并，这一动作是由ECU(电子控制单元，Electronic Control Unit)控制摇臂内的小活塞来实现的，这样增加了机构的复杂性，在动作时会产生噪音，影响用户体验；其次要缺陷为，只有中间凸轮为高升程凸轮时，三个摇臂共同作用才可实现高气门升程的动作，中间凸轮与两侧的凸轮无法进行互换。
所以，需要一种可变气门升程机构、控制气门升程的方法及发动机，来解决发动机高低速转换时噪音大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可变气门升程机构、控制气门升程的方法及发动机，能够解决现有技术中发动机高低速转换时噪音大的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种可变气门升程机构，包括凸轮轴、气门桥和两个气门，所述气门之间连接有所述气门桥，还包括第一凸轮；第二凸轮，所述第一凸轮与所述第二凸轮的相位角不同，所述第一凸轮和两个所述第二凸轮均设置于所述凸轮轴上且分别作用于第一摇臂和两个第二摇臂的一端；第一活塞，其位于所述第一摇臂的另一端；第二活塞，其位于所述第一摇臂和两个所述第二摇臂的另一端，所述第一活塞和所述第二活塞选择性地作用于所述气门，使所述气门具有不同升程。
优选地，所述气门桥的两端均设置有执行销，当发动机高速运行时，所述第二活塞能够抵接于所述执行销，当所述发动机低速运行时，所述第一活塞能够抵接于所述气门桥的中部。
气门桥的作用是将第一摇臂或第二摇臂的运动规律，同步传递给两个气门，即将摇臂的上下摆动传递成两个气门的上下开闭运动。而设置执行销的目的是为了被推动而下移，从而打开气门。第一活塞能够作用于气门桥的中部，压迫气门桥，气门桥压迫两个执行销，两个执行销再压迫两个气门使其开启。第二活塞能够直接压迫于执行销，两个执行销再压迫两个气门使其开启。
优选地，所述第一凸轮的相位角小于所述第二凸轮的相位角。该设置使得第一凸轮是低升程凸轮，第二凸轮是高升程凸轮，根据发动机的转速来选择不同凸轮对应的活塞来动作，从而控制气门的开启程度。
优选地，所述第一凸轮的相位角大于所述第二凸轮的相位角。该设置中第一凸轮是高升程凸轮，第二凸轮是低升程凸轮。
优选地，所述第一活塞和所述第二活塞均由液压系统的动力元件驱动，所述液压系统由控制器控制。利用液压系统的动力元件以驱动第一活塞和第二活塞，更加稳定可靠，控制器作为液压系统的控制元件，能够根据发动机的转速进行判断，从而调节不同活塞的动作。
优选地，所述气门桥的两端均开设有阶梯孔，所述执行销与所述阶梯孔间隙配合。执行销安装在阶梯孔中，其形状为一凸台，间隙配合的设置能够防止执行销难以装配至阶梯孔内。
优选地，所述第一摇臂的所述另一端设置有凹槽和通孔，所述凹槽和所述通孔相连通，所述第一活塞的头部位于所述凹槽内，所述第一活塞的杆部位于所述通孔内。第一活塞设置于第一摇臂的另一端内，能够跟随第一摇臂的摆动而相对于气门桥上下运动，并且，其自身还可以在动力元件的驱动下相对于第一摇臂上下运动。
优选地，所述第二摇臂的所述另一端设置有凹槽和通孔，所述凹槽和所述通孔相连通，所述第二活塞的头部位于所述凹槽内，所述第二活塞的杆部位于所述通孔内。第二活塞的结构与第一活塞相同，第一活塞和第二活塞均通过同一个动力系统进行控制。
本发明还提供一种由上述可变气门升程机构控制气门升程的方法，包括如下步骤：
S1.当发动机低速运行时，伸长相位角较小的凸轮所对应的活塞，使得所述气门具有低升程；
S2.当发动机高速运行时，伸长相位角较大的凸轮所对应的活塞，使得所述气门具有高升程。
本发明还提供一种发动机，包括上述的可变气门升程机构。
本发明的有益效果：
1)由于第一摇臂和第二摇臂之间没有设置传统的小活塞，第一摇臂和第二摇臂是单独工作的，无需在发动机高低速转变的时候进行分离或合并，大大减小了可变升程机构的噪音，提高了用户体验，也减小了两个摇臂无法分离或合并而导致发动机失效的风险；
2)由于摇臂相互之间是独立的，分别由各自的活塞去驱动气门桥或执行销的动作，那么高升程凸轮和低升程凸轮之间可以互换，使得该机构的设置不单一；
3)本发明控制气门升程的方法，在发动机低速运行时，可以使用低气门升程的凸轮，使气门具有低升程，提高进气流速，避免气体的回流；在发动机高速运行时，可以使用高气门升程的凸轮，使气门具有高升程，保证进气充足。
附图说明
图1是本发明可变气门升程机构的整体结构图；
图2是本发明可变气门升程机构的主视图；
图3是图2的A-A剖视图。
图中，1、凸轮轴；2、气门桥；21、执行销；3、气门；4、第一凸轮；5、第二凸轮；6、第一摇臂；7、第二摇臂；8、第一活塞；9、第二活塞。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
参见图1和图2，本实施例提供一种可变气门升程机构，包括凸轮轴1、气门桥2和两个气门3，两个气门3之间连接有气门桥2，气门桥2的两端均设置有执行销21。
该可变气门升程机构还包括第一凸轮4和第二凸轮5，两个第二凸轮5位于第一凸轮4的两侧，第一凸轮4和两个第二凸轮5均设置于凸轮轴1上且分别作用于第一摇臂6和两个第二摇臂7的一端，第一摇臂6和两个第二摇臂7均固定于摇臂轴上。该机构还包括第一活塞8和第二活塞9，第一活塞8和两个第二活塞9分别设置于第一摇臂6和两个第二摇臂7的另一端，第一摇臂6和第二摇臂7的另一端能够相对于气门桥3进行近似直线的上下运动。
气门桥2的作用是将第一摇臂6的运动规律，同步传递给两个执行销21，再传递至气门，即将摇臂的上下摆动传递成两个气门3的上下开闭运动。本实施例中气门桥2的两端均开设有阶梯孔，执行销21设置于阶梯孔内，执行销21与阶梯孔间隙配合，可以保证执行销顺利装配至阶梯孔内，并可以在阶梯孔内运动，这样，当第一活塞8抵接于气门桥2时，气门桥2压迫两个执行销21，两个执行销21再压迫两个气门3使其开启；当第二活塞9抵接于执行销21时，气门桥2不动作，执行销21能够在气门桥2的阶梯孔内上下运动。
在其他实施例中，执行销21还可以与气门桥2固定连接。这样，当第一活塞8抵接于气门桥2时，气门桥2连同执行销21一起向下运动，压迫于气门3使之开启；当第二活塞9抵接于执行销21时，气门桥2也会跟随执行销21向下运动，对气门2的作用力更加平稳。
第一凸轮4的相位角小于第二凸轮5的相位角，也就是说，第一凸轮4是低升程凸轮，第二凸轮5是高升程凸轮，根据发动机的转速来选择不同凸轮对应的活塞来动作，从而控制气门3的开启程度。
参见图3，第一摇臂6的另一端设置有凹槽和通孔，凹槽和通孔相连通，第一活塞8的头部位于凹槽内，第一活塞8的杆部位于通孔内。第一活塞8设置于第一摇臂6的另一端内，能够跟随第一摇臂6的摆动而相对于气门桥上下运动，并且，其自身还可以在动力元件的驱动下相对于第一摇臂6上下运动。同样，第二摇臂7的前述另一端也设置有凹槽和通孔，凹槽和通孔相连通，第二活塞9的头部位于凹槽内，第二活塞9的杆部位于通孔内。
当第一活塞8的头部位于第一摇臂6的凹槽槽底时，第一活塞8不与气门桥2的中心抵接；当第二活塞9的头部位于第二摇臂7的凹槽槽底时，第二活塞9不与执行销21抵接。这样，当第一摇臂6处于最接近气门桥2的位置时，若第一活塞8的头部处于远离气门桥2的极限位置，则第一活塞8的头部不会接触到气门桥2。只有当控制器驱动第一活塞8下移时，第一活塞8的头部会与气门桥2接触。
第一活塞8和两个第二活塞9的高度相同，优选由液压系统的动力元件驱动，液压系统由控制器即ECU控制。第一活塞8与第一摇臂6的凹槽内壁之间填充有液压油，第二活塞9与第二摇臂7的凹槽内壁之间填充有液压油。液压油作为液压系统的一部分，能够传递动力元件提供的动力。利用液压系统的动力元件以驱动第一活塞8和第二活塞9，更加稳定可靠，控制器作为液压系统的控制元件，能够根据发动机的转速进行判断，从而调节不同活塞的动作。
本实施例还提供一种采用上述可变气门升程机构控制气门升程的方法，当发动机低速运行时，第二活塞9不动作且不与执行销21接触，第一活塞8受液压油驱动伸长，在第一凸轮4的驱动下能够作用于气门桥2的中部，压迫气门桥2，气门桥2压迫两个执行销21，两个执行销21再压迫两个气门3使其开启，此时气门3具有低升程。当发动机高速运行时，第一活塞8不动作，第一活塞8与气门桥2不接触，两个第二活塞9受液压油驱动伸长，在第二凸轮5的驱动下抵接于两个执行销21，第二活塞9能够直接压迫于执行销21，两个执行销21再压迫两个气门3使其开启，此时气门3具有高升程。
本实施例还提供一种发动机，包括上述的可变气门升程机构。
实施例2
本实施例公开了一种可变气门升程机构及其控制气门升程的方法，为简便起见，仅描述实施例2与实施例1的区别点。区别之处在于：
第一凸轮4的相位角大于第二凸轮5的相位角，也就是说，第一凸轮4是高升程凸轮，第二凸轮5是低升程凸轮。
当发动机低速运行时，第一活塞8不动作，第一活塞8与气门桥2不接触，两个第二活塞9受液压油驱动伸长，在第二凸轮5的驱动下抵接于两个执行销21，第二活塞9能够直接压迫于执行销21，两个执行销21再压迫两个气门3使其开启，此时气门3具有低升程。当发动机高速运行时，第二活塞9不动作且不与执行销21接触，第一活塞8受液压油驱动伸长，在第一凸轮4的驱动下能够作用于气门桥2的中部，压迫气门桥2，气门桥2压迫两个执行销21，两个执行销21再压迫两个气门3使其开启，此时气门3具有高升程。
本实施例还提供一种发动机，包括本实施例中的可变气门升程机构。
采用上述两种实施例的可变气门升程机构及方法，在发动机低速运行时，可以使用低气门升程的凸轮，使气门具有低升程，提高进气流速，避免气体的回流；在发动机高速运行时，可以使用高气门升程的凸轮，使气门具有高升程，保证进气充足。能够大大减小了发动机转速改变时产生的噪音，提高了用户体验，也减小了两个摇臂无法分离或合并时，发动机出现故障的风险。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法流程和装置，但本发明并不局限于上述详细方法流程和装置，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法流程和装置才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各部件的等效替换及具体实施方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种可变气门升程机构，包括凸轮轴(1)、气门桥(2)和气门(3)，所述气门(3)之间连接有所述气门桥(2)，其特征在于，还包括：
第一凸轮(4)；
第二凸轮(5)，所述第一凸轮(4)与所述第二凸轮(5)的相位角不同，所述第一凸轮(4)和所述第二凸轮(5)均设置于所述凸轮轴(1)上且分别作用于第一摇臂(6)和第二摇臂(7)的一端；
第一活塞(8)，其位于所述第一摇臂(6)的另一端；
第二活塞(9)，其位于所述第二摇臂(7)的另一端，所述第一活塞(8)和所述第二活塞(9)选择性地作用于所述气门(3)，使所述气门(3)具有不同升程。
2.根据权利要求1所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述气门桥(2)的两端均设置有执行销(21)，所述第二活塞(9)能够抵接于所述执行销(21)，所述第一活塞(8)能够抵接于所述气门桥(2)的中部。
3.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述第一凸轮(4)的相位角小于所述第二凸轮(5)的相位角。
4.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述第一凸轮(4)的相位角大于所述第二凸轮(5)的相位角。
5.根据权利要求3或4所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述第一活塞(8)和所述第二活塞(9)均由液压系统的动力元件驱动，所述液压系统由控制器控制。
6.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述气门桥(2)的两端均开设有阶梯孔，所述执行销(21)与所述阶梯孔间隙配合。
7.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述第一摇臂(6)的所述另一端设置有凹槽和通孔，所述凹槽和所述通孔相连通，所述第一活塞(8)的头部位于所述凹槽内，所述第一活塞(8)的杆部位于所述通孔内。
8.根据权利要求2所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述第二摇臂(7)的所述另一端设置有凹槽和通孔，所述凹槽和所述通孔相连通，所述第二活塞(9)的头部位于所述凹槽内，所述第二活塞(9)的杆部位于所述通孔内。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述可变气门升程机构控制气门升程的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.当发动机低速运行时，伸长相位角较小的凸轮所对应的活塞，使得所述气门(3)具有低升程；
S2.当发动机高速运行时，伸长相位角较大的凸轮所对应的活塞，使得所述气门(3)具有高升程。
10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的可变气门升程机构。
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