CN110295967A - 连续可变气门升程装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续可变气门升程装置，包括驱动凸轮、摆臂部件、摇臂和推动单元；所述摇臂以固定支柱为支点固定铰装，其中一端与气门组件装配，所述摆臂部件滑动铰装，其中一端部紧贴摇臂，所述驱动凸轮转动装配在一固定位置并作用于摆臂部件上，控制摆臂部件向摇臂施加压力，通过摇臂的杠杆作用控制气门开启；所述推动单元驱动摆臂部件滑动，以调整摆臂部件的支点位置、驱动凸轮与摆臂部件之间的接触位置以及摆臂部件的端部与摇臂的接触位置。本发明通过调整摆臂部件与驱动凸轮的相对位置，实现气门升程和气门打开时间角两者连续可变，特别是实现发动机闭缸技术。

Description

连续可变气门升程装置

技术领域

本发明涉及一种发动机配气机构，具体涉及一种连续可变气门升程装置。

背景技术

对于大多数发动机，其进排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。传统发动机的气门升程——凸轮型线设计是对发动机在全工况下的平衡性选择，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，使进气损失出现和燃油消耗过多。

可变气门升程(VVL)的采用，使发动机在高速区和低速区都能得到满足需求的气门升程,从而改善发动机高速功率和低速扭矩。现有的可变气门升程的实现包括两种结构形式，一种是采用多个凸轮来控制进气摇臂，切换至不同高度的凸轮实现气门的不同开度控制，这种气门升程变化只能通过凸轮的数量来控制，一般是两组凸轮或者三组凸轮，没办法做到气门升程的连续无级变化；另一种是通过液压单元直接驱动气门的开闭，这种方式能够实现气门升程的无级连续变化，但是液压单元的设置使得发动机机构结构更加复杂，需要对现有发动机气门结构进行较大的结构改动，并且工作没有凸轮和摇臂控制的机械结构可靠。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有可变气门升程技术，提供一种连续可变气门升程装置。

本发明采用如下技术方案实现：

连续可变气门升程装置，包括驱动凸轮10、摆臂部件20、摇臂30和推动单元50；

所述摇臂30以固定支柱82为支点固定铰装，其中一端与气门组件70装配，所述摆臂部件20滑动铰装，其中一端部紧贴摇臂30，所述驱动凸轮10转动装配在一固定位置并作用于摆臂部件20上，控制摆臂部件20向摇臂30施加压力，通过摇臂30的杠杆作用控制气门开启；

所述推动单元50驱动摆臂部件20滑动，以调整摆臂部件20的支点位置、驱动凸轮10与摆臂部件20之间的接触位置以及摆臂部件20的端部与摇臂30的接触位置。

进一步的，所述摆臂部件20另一端部通过转轴60与滑块40固定铰装，所述滑块40滑动装配于滑槽81内，所述推动单元50驱动滑块40在滑槽81内来回移动。

进一步的，所述滑块40和摆臂部件20的铰装位置设置有将摆臂部件20始终压向摇臂30的弹簧90。

在本发明的连续可变气门升程装置中，所述推动单元50包括丝杆机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块机构、凸轮机构、电动推杆或者液压推杆。

进一步的，所述摆臂部件20包括摆臂21以及设置在摆臂21其中一端部的摆臂滚子22，所述摆臂21通过摆臂滚子22与摇臂30接触。

进一步的，所述摆臂部件20与驱动凸轮10的作用侧面相对摆臂部件20的滑动方向倾斜设置。

本发明中含有两个杠杆比例调节，可实现气门升程的高灵敏和大范围的调节，通过驱动凸轮作用于摆臂部件，使摆臂部件以铰装支点做旋转摆动，摆臂部件另一末端与摇臂接触，使摇臂以固定支柱为支点做旋转摆动，由于摇臂另一末端与气门挺柱连接，从而驱动气门打开；摆臂部件通过转轴与滑块铰接，通过推动单元来推动滑块，从而使滑块在滑槽中来回运动，导致摆臂部件做整体运动，从而使摆臂部件的支点、驱动凸轮与摆臂部件的接触点、以及摆臂部件与摇臂的接触点三者发生变化，实现气门升程和气门打开时间角两者连续可变。

由于摆臂部件与驱动凸轮的作用侧面相对于摆臂部件本身的移动方向为斜面，通过调整摆臂部件与驱动凸轮相对位置至两者之间的间隙超过驱动凸轮的升程，还可以实现发动机对应气门的缸体闭缸控制。

综上所述，本发明的连续可变气门升程装置在摇臂式气门机械结构的基础上增加了摆臂部件和推动单元，解决气门升程不可变或不能连续可变的缺点，使发动机在全转速范围内提供最佳的气门升程和气门打开时间角，整体还是以摇臂气门的机械结构，不需要大幅度改变现有发动机的气门结构，结构简单，并且机械结构成本较低，工作可靠，极大提高装配效率和维修便利性，并且本发明能实现各缸的气门独立调节，特别是发动机闭缸技术。提高发动机的进排气效率，提升了发动机的经济学、动力性和排放性能。

本发明提供一种适。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的连续可变气门升程装置的结构示意图。

图2为实施例中的连续可变气门升程装置的最大升程状态示意图。

图3为实施例中的连续可变气门升程装置的闭缸状态示意图。

图4为实施例中的连续可变气门升程装置的杠杆原理图。

图中标号：10-驱动凸轮，20-摆臂部件，21-摆臂，22-摆臂滚子，30-摇臂，40-滑块，50-推动单元，60-转轴，70-气门组件，71-气门挺柱，72-气门，81-滑槽，82-固定支柱，90-弹簧。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的连续可变气门升程装置为本发明的具体实施方案，具体包括驱动凸轮10、摆臂部件20、摇臂30、滑块40、推动单元50、转轴60、气门组件70、滑槽81、固定支柱82和弹簧90。图示中的气门组件70采用的是摇臂式气门机械结构控制，其中摇臂30的中间位置以固定支柱82为支点铰装，整个摇臂30通过固定支柱82铰支在固定的位置，仅仅具有以固定支柱82为支点进行摆动的摆动自由度，摇臂30的第一端部紧贴在气门组件79的气门挺柱71上部，向上推动摇臂30的第二端部，通过杠杆作用，摇臂30的第一端部将气门挺柱71向下压，进而推动下方的气门72向下移动，实现气门的开启，摇臂30的摆动角度控制气门72的开启升程，也就是气门进气的开度。

以上摇臂式气门机械结构为现有常用的气门结构，本实施例旨在通过控制摇臂30的摆动角度实现气门的连续可变升程控制。

本实施例通过增加驱动凸轮10、摆臂部件20、滑块40和推动单元50与摇臂30配合，来解决以上问题。其中摆臂部件20一端通过滑块40滑动装配的同时与滑块40之间铰接装配，摆臂部件20整体随滑块40具有一个直线滑动自由度的同时还具有相对滑块40的一个摆动自由度，摆臂部件20的另一端则紧贴作用在摇臂30靠近第二端部的一段表面，摆臂部件20与摇臂30之间仅仅为接触，摆臂部件20的端部随着直线滑动会在摇臂30上改变与摇臂30的接触位置。

摆臂部件20具体包括摆臂21和摆臂滚子22，其中摆臂21其中一个端部通过转轴60与滑块40铰接装配，并在摆臂21与滑块40的铰装位置设置有将摆臂21始终压下摇臂30的弹簧90，弹簧90可采用套装在转轴60上并分别与摆臂21和滑块40连接的扭簧结构。在摆臂21的另外一个端部上转动装配摆臂滚子22，摆臂21通过摆臂滚子22与摇臂30实现滚动接触，降低了摆臂21作用在摇臂30上的磨损。弹簧90保证摆臂滚子22始终接触在气门挺柱71上，但是弹簧90施加的作用力应当要小于气门开启的弹簧复位作用力，弹簧90将摆臂部件20压在摇臂30上不能够将气门直接打开。

滑块40导向滑动装配于一个固定的滑槽81内，使滑块40仅仅具有一个沿滑槽81移动的直线自由度，滑块40在滑槽81内部移动的同时，还会带动摆臂部件20整体一同实现直线移动。滑块40同时与推动单元50连接，推动单元50提供滑块40在滑槽81内部往复滑动的驱动力。

推动单元50驱动滑块40直线往复移动，实际应用中可采用丝杆机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块机构、凸轮机构、电动推杆或者液压推杆。

驱动凸轮10提供摆臂部件20向摇臂30的压力。驱动凸轮10转动装配在一个固定位置，其凸轮面作用于摆臂部件20的中间位置，驱动凸轮10仅仅具有旋转自由度，位置相对摆臂部件20固定不动，通过驱动凸轮10的转动，利用凸轮面将摆臂21向上顶，推动摆臂21向上摆动，并最终向上推动摇臂30控制气门开启。气门的关闭则是在失去摆臂21和驱动凸轮10的下压作用力后，通过气门组件与发动机缸体之间安装的回位弹簧实现。

驱动凸轮10作用于摆臂部件20中间位置，摆臂部件20以末端为支点做摆动运动，摆臂部件20另一末端与摇臂30接触，使摇臂30以固定支柱82为支点做杠杆运动，由于摇臂30另一末端与气门挺柱71连接，从而驱动气门72打开和关闭。本实施例实现连续可变气门升程的原理是通过推动单元50驱动滑块40和摆臂部件20整体来回移动，以调整摆臂部件20的支点位置、驱动凸轮10与摆臂部件20之间的接触位置以及摆臂部件20的端部与摇臂30的接触位置，通过以上三个位置的改变，可以实现气门开启升程的连续变化。驱动凸轮10的动力可以由单独的动力单元驱动，也可以由发动机的输出轴同步传动驱动。

图示中的驱动凸轮10位于摆臂21的下方，为了能够实现在控制气门升程变化的同时，调整变化气门升程对应的气门打开时间，本实施例将摆臂部件20与驱动凸轮10的作用侧面相对摆臂部件20的滑动方向倾斜设置，这样在摆臂部件20整体移动的时候，驱动凸轮10的凸轮面与摆臂部件20的作用侧面之间的间隙会发生变化，进而转变为驱动凸轮10在摆臂部件20上的作用时间的变化，通过该间隙的变化，对应气门打开时间角和气门关闭时间角的变化。摆臂部件20移动过程中与驱动凸轮10之间的间隙为连续变化，所以气门打开时间角α也连续变化。为方便本实施例对气门打开时间控制的描述，这里所指的“气门打开时间角”指驱动凸轮10与摇臂部件20接触的推程角、远休止角和回程角之和，如图1中的α角；所指的“气门关闭时间角”指驱动凸轮10不推动摇臂部件20的近休止角，如图1中的β角，其中α+β＝360°。

本实施例通过调整摆臂部件20移动的同时，实现与驱动凸轮10之间相对位置的变化，实现气门升程和气门打开时间角α两者同时连续可变。在图1中，气门处于正常状态下，此时发动机正常工作，既不需要增大气门开度增加进气量，也不需要减小气门开度减少进气量，此时摆臂部件20与驱动凸轮10的凸轮面的近休止角之间设置一定间隙，该间隙小于凸轮的升程，并且摆臂部件20相对摇臂30倾斜一定角度，弹簧90使摆臂部件20的摆臂滚子与摇臂30紧贴接触，使摆臂部件20与驱动凸轮10的进休止角之间保持间隙。如图2和图4所示，在推动单元50推动滑块40和摆臂部件20向驱动凸轮侧方向移动的过程中，摆臂部件20与驱动凸轮10的进休止角之间的间隙会越来越小，导致气门打开时间角α越来越大，并且驱动凸轮10作用在摆臂部件20上的力臂L1以及摆臂部件20作用在摇臂30上的力臂L3变小，根据杠杆作用的原理，使发动机的气门升程H变大，随着气门升程增加，气门打开时间角α也变大，有利于在转速和负荷越来越高情况下增加气门的进气量。

如图3和图4所示，还可设定气门升程和气门打开时间角均为零，即对应气门的发动机气缸闭缸技术。在推动单元50推动滑块40和摆臂部件20向远离驱动凸轮方向移动的过程中，在杠杆放大比例最小时，即气门升程最小状态，此时摆臂部件20与驱动凸轮10的进休止角之间的间隙等于或者超过驱动凸轮的升程，此时，不管驱动凸轮10旋转至何种角度位置，驱动凸轮10的凸轮面均不会与摆臂部件20接触，对应的气门关闭时间角β为360°，此状态下，驱动凸轮无法使气门72打开，实现对应气门的发动机气缸闭缸。

本实施例在实际的发动机应用上，推动单元50可采用液压调节单元，可对每个气门对应的滑块40实现独立的线性运动，实现各气缸独立的气门调节。如对四缸发动机中两缸的气门滑块40调节至最小气门升程，其余两缸调节至合适气门升程，从而实现发动机闭缸技术。

以上仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明要求范围所做的均为变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (6)

1.连续可变气门升程装置，其特征在于：包括驱动凸轮(10)、摆臂部件(20)、摇臂(30)和推动单元(50)；

所述摇臂(30)以固定支柱(82)为支点固定铰装，其中一端与气门组件(70)装配，所述摆臂部件(20)滑动铰装，其中一端部紧贴摇臂(30)，所述驱动凸轮(10)转动装配在一固定位置并作用于摆臂部件(20)上，控制摆臂部件(20)向摇臂(30)施加压力，通过摇臂(30)的杠杆作用控制气门开启；

所述推动单元(50)驱动摆臂部件(20)滑动，以调整摆臂部件(20)的支点位置、驱动凸轮(10)与摆臂部件(20)之间的接触位置以及摆臂部件(20)的端部与摇臂(30)的接触位置。

2.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，所述摆臂部件(20)另一端部通过转轴(60)与滑块(40)固定铰装，所述滑块(40)滑动装配于滑槽(81)内，所述推动单元(50)驱动滑块(40)在滑槽(81)内来回移动。

3.根据权利要求2所述的连续可变气门升程装置，所述滑块(40)和摆臂部件(20)的铰装位置设置有将摆臂部件(20)始终压向摇臂(30)的弹簧(90)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的连续可变气门升程装置，所述推动单元(50)采用丝杆机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块机构、凸轮机构、电动推杆或者液压推杆。

5.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，所述摆臂部件(20)包括摆臂(21)以及设置在摆臂(21)其中一端部的摆臂滚子(22)，所述摆臂(21)通过摆臂滚子(22)与摇臂(30)接触。

6.根据权利要求1所述的连续可变气门升程装置，所述摆臂部件(20)与驱动凸轮(10)的作用侧面相对摆臂部件(20)的滑动方向倾斜设置。