CN110374707A - 一种连续可变升程装置、发动机及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续可变升程装置，包括气门机构、传动机构和调节机构；气门机构用于为发动机气缸配气，传动机构包括摇臂和凸轮；摇臂设于凸轮和气门机构之间，摇臂的第一端与调节机构连接，摇臂的第二端与气门机构接触配合，摇臂上设有滚轮，凸轮与滚轮滚动配合；调节机构包括摇臂座、摇臂调节座和设置在二者之间的弹性件；摇臂座用于支撑摇臂，摇臂调节座下方设有偏心轮，偏心轮转动时提供不同的偏心量，以连续可变地调节气门机构的升程。本发明还公开了含有该连续可变升程装置的发动机及汽车。本发明相对于现有技术，在实现连续可变升程的同时，还能够保证凸轮与滚轮始终保持贴合，具有结构简单、零部件少、可靠性高的优点。

Description

一种连续可变升程装置、发动机及汽车

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，尤其涉及一种连续可变升程装置、具有该连续可变升程装置的发动机及具有该发动机的汽车。

背景技术

车辆的发动机包括燃烧室，燃料在燃烧室中燃烧以产生动力。燃烧室设置有进气门和排气门。进气门用于供给含有燃料的气体混合物，排气门用于排出燃料废气。进气门和排气门通过连接于曲轴的气门升程装置来开启或关闭燃烧室。发动机负荷的调节通过控制节气门开度来实现，而气门开度由凸轮线型来控制，传统汽油发动机凸轮轴的凸轮型线是固定的，这就造成发动机的气门升程是固定不变的。因气门升程不可调节，使得发动机存在着较大的泵气损失，特别是在部分负荷的工况下，泵气损失更为严重，在很大程度的影响了发动机的性能，存在油耗高、泵气损失大、气流组织不合理等缺陷，因此实现发动机气门升程的连续可调性对改善发动机运转有很大的意义。

现有技术中也出现了一些能够实现发动机气门升程可变的方案，在整个工作过程中，根据发动机的运行工况，提供合适的气门升程，如中国发明专利201810493030.9公开了一种底置凸轮轴多杆连续可变气门机构，该底置凸轮轴多杆连续可变气门机构包括气门组件、凸轮、输出摇臂、传动杆、被控摇臂、主控轴和摇臂弹簧。被控摇臂的被控端由主控轴调节，摇臂弹簧提供弹簧力驱使被控摇臂的驱动端与凸轮时刻接触，凸轮通过被控摇臂、传动杆驱动输出摇臂摆动。该可变气门机构通过调节主控轴的相位，实现连续可变的气门升程曲线，实现底置凸轮轴式发动机低油耗、低排放、高动力输出，但上述连续可变气门机构采用双摇臂，存在组成零部件多、可靠性差、机构复杂、占用空间大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续可变升程装置、具有该连续可变升程装置的发动机及具有该发动机的汽车，用以克服现有技术中的连续可变升程装置组成零部件多、可靠性差、机构复杂、占用空间大等技术问题。

一种连续可变升程装置，包括气门机构、传动机构和调节机构；所述气门机构用于为发动机气缸配气；所述传动机构包括摇臂和凸轮；所述摇臂设于所述凸轮和所述气门机构之间，所述摇臂的第一端与所述调节机构连接，所述摇臂的第二端与所述气门机构接触配合，所述摇臂上设有滚轮，所述凸轮与所述滚轮滚动配合；所述调节机构包括摇臂座、摇臂调节座和设置在二者之间的弹性件；所述摇臂座用于支撑所述摇臂，所述摇臂调节座下方设有偏心轮，气门开启时，所述摇臂座压缩所述弹性件，至所述摇臂座与所述摇臂调节座贴合，通过所述偏心轮的转动来连续可变地调节所述气门机构的升程。

进一步地，所述弹性件为弹簧。

进一步地，所述摇臂调节座具有弧形底部，所述弧形底部与所述偏心轮的外周相匹配。

进一步地，所述发动机气缸的缸盖上开设有安装口，所述摇臂调节座安装于所述安装口。

进一步地，所述传动机构包括为所述气门机构提供驱动力的凸轮轴，所述凸轮安装于所述凸轮轴上。

进一步地，所述传动机构还包括设置于所述摇臂座上的摇臂轴，所述摇臂的第一端连接于所述摇臂轴上，在所述凸轮与所述滚轮滚动作用时所述摇臂相对所述摇臂轴上下移动。

进一步地，所述气门机构包括气门、气门弹簧和安装在发动机燃烧室内的气门座圈，所述气门包括气门杆部和气门头部，所述气门弹簧套设于所述气门杆部上与所述摇臂接触的一端，气门关闭时所述气门头部与所述气门座圈接触。

进一步地，所述传动机构还包括电机和角度传感器，所述偏心轮在所述电机的驱动下旋转，所述角度传感器用于检测所述偏心轮的旋转角度。

相应地，本发明提供一种发动机，该发动机包括上述的连续可变升程装置。

相应地，本发明还提供一种汽车，该汽车包括上述的发动机。

实施本发明，具有如下有益效果：

(1)本发明的连续可变升程装置，通过偏心轮控制摇臂调节座来调节摇臂座的高度，可以根据发动机工况对升程进行连续调节，怠速及低负荷用较小的气门升程，可解决气体回流、倒吸等气体流动缺陷，减小泵气损失，中大负荷则采用较大的气门升程，实现在发动机的各工况下气体流动一直处于理想状态，从而可实现降低油耗，提高了发动机的动力性和经济性。

(2)本发明的连续可变升程装置，摇臂调节座内的弹簧在实现连续可变升程的同时，还能够保证凸轮与滚子始终保持贴合，进而消除气门开启过程中凸轮与滚子之间的冲击噪音。由于通过弹簧的弹簧力消除了凸轮与滚子之间的间隙，能够取消现有的连续可变升程装置中的液压挺柱，具有机构简单、可靠性好、零部件组成少以及制造成本低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的连续可变升程装置的结构示意图；

图2是本发明的连续可变升程装置在不同升程气门开启的效果示意图；

图3是本发明的连续可变升程装置在不同升程气门关闭的效果示意图；

其中，图中附图标记对应为：1-气门、2-气门弹簧、3-气门座圈、4-凸轮、5-凸轮轴、6-摇臂、61-滚轮、7-摇臂座、71-摇臂轴、8-摇臂调节座、9-弹性件、10-偏心轮、11-缸盖、L1-最大升程、L2-最小升程、L3-最大升程气门关闭时弹簧的伸长量、L4-最小升程气门关闭时弹簧的伸长量。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例中，参阅图1，提供了一种连续可变升程装置，包括气门机构、传动机构和调节机构；气门机构用于为发动机气缸配气；传动机构包括摇臂6和凸轮4；摇臂6设于凸轮4和气门机构之间，摇臂6的第一端与调节机构连接，摇臂6的第二端与气门机构接触配合，摇臂6与凸轮4接触的接触部设有滚轮61，凸轮4与滚轮61滚动配合；调节机构包括摇臂座7、摇臂调节座8和设置在二者之间的弹性件；摇臂座7用于支撑摇臂6，摇臂调节座8下方设有偏心轮10，气门开启时，摇臂座7压缩弹性件，至摇臂座7与摇臂调节座8贴合，通过偏心轮10的转动来连续可变地调节气门机构的升程。

现有技术中通过双凸轮控制、月牙臂控制、主副摇臂调节等较复杂的方式调节摇臂高度，结构复杂、组成零部件多、占用空间大。本实施例中，气门开启时，根据发动机的不同工况，偏心轮10提供不同的偏心量，摇臂调节座8和摇臂座7根据不同的偏心量处于不同的高度，实现升程连续可调。在怠速及低负荷用较小的气门升程，可解决气体回流、倒吸等气体流动缺陷，减小泵气损失，中大负荷采用较大的气门升程，实现气体流动在发动机的各工况下一直处于理想状态，从而可实现降低油耗10％左右。偏心轮10偏心量的大小，决定了气门连续可调的范围。另外，气门关闭时依靠摇臂座7和摇臂调节座8之间的弹性件的张力作用，保证凸轮4与滚轮61保持贴合并消除间隙，防止气门开启过程中凸轮4对滚轮61的冲击。采用偏心轮10控制摇臂调节座8来实现气门升程连续可调，结构简单可靠、组成零部件较少、传动直接。

本实施例中，凸轮4安装于凸轮轴5上，凸轮轴5为气门机构提供驱动力。

本实施例中，传动机构还包括设置于摇臂座7上的摇臂轴71，摇臂6的第一端连接于摇臂轴71上，在凸轮4与滚轮61滚动作用时摇臂6相对摇臂轴71上下移动。摇臂6的移动可带动下方的气门机构作上下往复直线运动，从而打开或关闭燃烧室的进气口或排气口。

优选地，弹性件为弹簧9。一方面，采用弹簧9实现摇臂座7的高度可调节，另一方面，现有技术中的升程装置需要采用挺柱来补偿气门间隙，本实施例取消现有技术中的液压挺柱或杯式挺柱，气门升程调节过程中，摇臂6沿着摇臂轴71安装方向上下移动，通过弹簧9的张力可以保证凸轮4与滚轮61始终保持贴合，从而消除凸轮4与滚轮61的间隙，减少凸轮4与滚轮61之间的冲击噪音。

本实施例中，摇臂调节座8具有弧形底部，弧形底部与偏心轮10的外周相匹配，偏心轮10提供不同偏心量，从而调节了摇臂调节座8的高度。

本实施例中，发动机气缸的缸盖11上开设有安装口，摇臂调节座8安装于安装口。

本实施例中，气门机构包括气门1、气门弹簧2和安装在发动机燃烧室内的气门座圈3，气门1包括气门杆部和气门头部，气门弹簧2套设于气门杆部上与摇臂6接触的一端，气门关闭时气门头部与气门座圈3接触。

本实施例中，偏心轮10通过驱动电机驱动，并经角度传感器监控。驱动电机驱动偏心轮10旋转，使得偏心轮10提供不同的偏心量，摇臂调节座8根据施加的不同偏心量处于不同的高度。

本实施例的连续可变升程装置工作原理如下：参阅图1和图2，当偏心轮10偏心量最小部位支撑摇臂调节座8时，气门开启过程中凸轮4不断下压摇臂6上的滚轮61，摇臂座7压缩弹簧9直至摇臂座7与摇臂调节座8贴合，当摇臂座7、摇臂调节座8移动到最下限，凸轮4继续下压摇臂6上的滚轮61，气门弹簧2被压缩，气门开启，在这个过程中凸轮4与滚轮61的实际工作段减小，升程L2最小；当偏心轮10偏心量最大部位支撑摇臂调节座8时，气门开启过程中凸轮4不断下压摇臂6上的滚轮61，摇臂座7压缩弹簧9直至摇臂座7与摇臂调节座8贴合，当摇臂座7、摇臂调节座8移动到最上限，凸轮4继续下压摇臂6上的滚轮61，气门弹簧2被压缩，气门开启，在这个过程中凸轮4与滚轮61实际工作段增大，升程L1最大。

参阅图1和图3，气门关闭过程中凸轮4消除对摇臂6上滚轮61的施加压力，首先气门弹簧2的压缩消除，气门关闭，当凸轮4完全消除对滚轮61的施加压力时，摇臂座内弹簧9膨胀，摇臂座7与摇臂弹簧座8分离，最小升程气门关闭时弹簧的伸长量L4大于最大升程气门关闭时弹簧的伸长量L3，保证了各升程下气门关闭状态一致，在关闭过程中弹簧8的弹力保持凸轮4与滚轮61始终贴合。

本发明还提供了一种发动机，该发动机包括如上实施例中的连续可变升程装置。

本发明还提供了一种汽车，该汽车包括如上实施例中的发动机。

本发明的上述实施例，具有如下有益效果：

(1)本发明的连续可变升程装置，通过偏心轮控制摇臂调节座来调节摇臂座的高度，可以根据发动机工况对升程进行连续调节，怠速及低负荷用较小的气门升程，可解决气体回流、倒吸等气体流动缺陷，减小泵气损失，中大负荷则采用较大的气门升程，实现气体流动在发动机的各工况下一直处于理想状态，从而可实现降低油耗，提高了发动机的动力性和经济性。

(2)本发明的连续可变升程装置，摇臂调节座内的弹簧在实现连续可变升程的同时，还能够保证凸轮与滚子始终保持贴合，进而消除气门开启过程中凸轮与滚子之间的冲击噪音。由于通过弹簧的弹簧力消除了凸轮与滚子之间的间隙，能够取消现有的连续可变升程装置中的液压挺柱，具有机构简单、可靠性好、零部件组成少以及制造成本低的优点。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续可变升程装置，其特征在于，包括气门机构、传动机构和调节机构；

所述气门机构用于为发动机气缸配气；

所述传动机构包括摇臂(6)和凸轮(4)；所述摇臂(6)设于所述凸轮(4)和所述气门机构之间，所述摇臂(6)的第一端与所述调节机构连接，所述摇臂(6)的第二端与所述气门机构接触配合，所述摇臂(6)上设有滚轮(61)，所述凸轮(4)与所述滚轮(61)滚动配合；

所述调节机构包括摇臂座(7)、摇臂调节座(8)和设置在二者之间的弹性件；所述摇臂座(7)用于支撑所述摇臂(6)，所述摇臂调节座(8)下方设有偏心轮(10)，气门开启时，所述摇臂座(7)压缩所述弹性件，至所述摇臂座(7)与所述摇臂调节座(8)贴合，通过所述偏心轮(10)的转动来连续可变地调节所述气门机构的升程。

2.根据权利要求1所述的连续可变升程装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧(9)。

3.根据权利要求1所述的连续可变升程装置，其特征在于，所述摇臂调节座(8)具有弧形底部，所述弧形底部与所述偏心轮(10)的外周相匹配。

4.根据权利要求1所述的连续可变升程装置，其特征在于，所述发动机气缸的缸盖(11)上开设有安装口，所述摇臂调节座(8)安装于所述安装口。

5.根据权利要求1所述的连续可变升程装置，其特征在于，所述传动机构包括为所述气门机构提供驱动力的凸轮轴(5)，所述凸轮(4)安装于所述凸轮轴(5)上。

6.根据权利要求5所述的连续可变升程装置，其特征在于，所述传动机构还包括设置于所述摇臂座(7)上的摇臂轴(71)，所述摇臂(6)的第一端连接于所述摇臂轴(71)上，在所述凸轮(4)与所述滚轮(61)滚动作用时所述摇臂(6)相对所述摇臂轴(71)上下移动。

7.根据权利要求1所述的连续可变升程装置，其特征在于，所述气门机构包括气门(1)、气门弹簧(2)和安装在发动机燃烧室内的气门座圈(3)，所述气门(1)包括气门杆部和气门头部，所述气门弹簧(2)套设于所述气门杆部上与所述摇臂(6)接触的一端，气门关闭时所述气门头部与所述气门座圈(3)接触。

8.根据权利要求1所述的连续可变升程装置，其特征在于，所述传动机构还包括电机和角度传感器，所述偏心轮(10)在所述电机的驱动下旋转，所述角度传感器用于检测所述偏心轮(10)的旋转角度。

9.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的连续可变升程装置。

10.一种汽车，其特征在于，包括权利要求9所述的发动机。