CN110857632A - 可变气门升程机构和发动机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种可变气门升程机构和发动机，包括摇臂、凸轮、液压挺柱和气门，所述液压挺柱和所述气门分别抵接在所述摇臂的两端，其中，还包括活动地设置在所述摇臂内与所述凸轮抵接的滚子组件、用于驱动所述滚子组件朝向所述气门运动的驱动件，以及用于为所述滚子组件朝向远离所述气门运动提供回复力的复位件，凸轮驱动滚子组件以使得摇臂围绕液压挺柱摆动，所述液压挺柱推动所述滚子组件运动。通过驱动装置的作用，将滚子组件在摇臂的长度方向内保持一定的动态平衡，通过改变滚子组件的位置，来改变受力点的位置，根据杠杆原理，不同滚子组件的位置对应不同的气门升程，可以实现连续改变气门升程的目的，满足不同的动力需求。

Description

可变气门升程机构和发动机

技术领域

本公开涉及发动机的气门控制领域，具体地，涉及一种可变气门升程机构和发动机。

背景技术

随着车辆应用的普及，车辆的节能环保问题也引起了社会的高度重视，因此，在动力系统设计时，要着重考虑降低燃油消耗和减少废气排放。

现有设计中配气机构用于驱动气门的开闭，气门的运动规律完全由凸轮形线控制，但由于凸轮形线单一，不能满足发动机不同工况对气门升程的要求，导致残余废气系数较高、燃烧不充分的问题，性价比较低。因此，如何使得气门升程的连续可变，以满足发动机在不同工况下的动力需求，提高发动机燃烧工作稳定性是亟待解决的技术问题。

发明内容

本公开的目的是提供一种能够结构简单的可变气门升程机构，能够满足发动机在不同工况下的动力要求。

为了实现上述目的，本公开提供一种可变气门升程机构，包括摇臂、凸轮、液压挺柱和气门，所述液压挺柱和所述气门分别抵接在所述摇臂的两端，其中，还包括活动地设置在所述摇臂内与所述凸轮抵接的滚子组件、用于用于驱动所述滚子组件在所述液压挺柱和所述气门之间往复运动的驱动装置，所述凸轮驱动所述滚子组件以使得所述摇臂围绕所述液压挺柱摆动，所述液压挺柱推动所述滚子组件运动。

可选地，所述驱动装置为设置在所述摇臂上的伸缩缸。

可选地，所述驱动装置包括用于驱动所述滚子组件朝向所述气门运动的驱动件，以及用于为所述滚子组件朝向远离所述气门运动提供回复力的复位件，其中，所述驱动件为设置在所述摇臂一端的液压缸，所述复位件为设置在所述摇臂另一端的弹性复位件，所述滚子组件位于所述液压缸和所述弹性复位件之间。

可选地，所述液压缸包括设置在所述摇臂一端的液压缸体和驱动杆，所述液压缸体具有朝向所述驱动杆开口的液压腔，所述驱动杆一端可伸缩地插入到所述液压腔内，另一端连接到所述滚子组件上。

可选地，所述摇臂包括矩形框架，所述滚子组件包括可沿所述矩形框架的长度方向滑动地设置在该矩形框架内的滚子保持架，以及可转动地设置在该滚子保持架内且与所述凸轮抵接的滚子，所述驱动杆连接在所述滚子保持架的一侧上且朝向所述液压腔延伸，所述弹性复位件设置在所述矩形框架内并朝向所述滚子保持架的另一侧延伸。

可选地，所述矩形框架沿所述长度方向延伸的两侧分别开设有滑槽，相应地，所述滚子保持架沿所述长度方向延伸的两侧分别朝向所述滑槽凸出延伸形成有导轨，该导轨可滑动地安装到所述滑槽内。

可选地，所述液压挺柱内形成有用于为所述液压缸提供液压油的供给油道，所述液压腔与所述供给油道连通。

可选地，所述液压挺柱包括设置在所述发动机缸盖上的壳体和设置在该壳体的内腔的柱体，所述摇臂的一端形成有与所述柱体上端配合连接的凹槽，其中，所述柱体内部形成有液压油道，所述发动机缸盖上形成有与所述液压油道连通的高压油道，所述液压油道中形成有隔板，该隔板将所述液压油道分为上液压油道和下液压油道，所述上液压油道形成所述供给油道且与所述凹槽连通，所述液压缸体的底壁开设有用于连通所述液压腔和所述凹槽的通孔，以使得所述液压腔与所述上液压油道连通，所述下液压油道的底壁形成有与所述内腔连通的下油口。

可选地，所述柱体与所述凹槽配合的上端外表面还形成有环形出油槽，该环形出油槽沿其周向上开设有多个与所述通孔连通的出油孔，以将所述上液压油道与所述液压腔连通。

可选地，所述柱体上形成有与所述上液压油道连通的第一上进油孔，以及与所述下液压油道连通的第一下进油孔，相应地，所述壳体上形成有与所述第一上进油孔和所述第一下进油孔分别一一对应连通的第二上进油孔和所述第二下进油孔，所述高压油道包括上油道和下油道，所述上油道连接到所述第二上进油孔以连通到所述上液压油道，所述下油道连接到所述第二下进油孔以连通到所述下液压油道。

可选地，所述柱体的外表面上形成有第一上环形油槽和第一下环形油槽，相应地，所述壳体的外表面形成有第二上环形油槽和第二下环形油槽，所述第一上环形油槽和所述第二上环形油槽的周向分别一一对应均匀间隔设置有多个所述第一上进油孔和多个所述第二上进油孔，所述第一下环形油槽和所述第二下环形油槽的周向分别一一对应均匀间隔设置有多个所述第一下进油孔和多个所述第二下进油孔，所述第一上环形油槽的槽宽大于所述第二上进油孔的孔径，且所述第一下环形油槽的槽宽大于所述第二下进油孔的孔径。

根据本公开的另一方面，还提供一种发动机，该发动机包括上述公开的可变气门升程机构。

本技术的有益效果是：通过驱动装置作用，将滚子组件在摇臂的长度方向内保持一定的动态平衡，通过改变滚子组件的位置，来改变受力点的位置，根据杠杆原理，不同滚子组件的位置对应不同的气门升程，当滚子组件朝向气门运动时，逐渐降低气门升程，远离气门运动时，气门升程逐渐升高，可以实现连续改变气门升程的目的，满足不同的动力需求。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开提供的可变气门升程机构的立体图；

图2是本公开提供的可变气门升程机构的局部剖视图(装配到发动机缸盖)；

图3是本公开提供的摇臂的结构图；

图4是本公开提供的滚子保持架的结构图(包含驱动杆)；

图5是本公开摇臂部分的装配剖视图；

图6是本公开提供的液压挺柱的纵剖图。

附图标记说明

1-摇臂，11-矩形框架，111-滑槽，12-凹槽，2-液压挺柱，21-壳体，210-内腔，211-第二上环形油槽，212-第二下环形油槽，22-柱体，220-球形凸起，221-第一上环形油槽，222-第一下环形油槽，223-环形出油槽，3-弹性复位件，4-滚子组件，41-滚子保持架，412-导轨，413-轴孔，42-滚子，5-液压缸，51-液压缸体，511-第一底壁，52-驱动杆，53-液压腔，6-发动机缸盖，7-液压油道，71-隔板，72-上液压油道，73-下液压油道，731-第二底壁，732-下油口，8-高压油道，81-上油道，82-下油道，10-第一上进油孔，20-第一下进油孔，30-第二上进油孔，40-第二下进油孔，50-出油孔，60-通孔。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指液压挺柱接近摇臂的一端为上，远离摇臂的一端为下，“内、外”是针对各部件的轮廓的内和外定义的。

如图1至图6所示，本公开提供一种可变气门升程机构，包括摇臂1、凸轮、液压挺柱2和气门，液压挺柱2和气门分别抵接在摇臂1的两端，其中，还包括活动地设置在摇臂1内与凸轮抵接的滚子组件4、用于驱动滚子组件4朝在液压挺柱2和气门之间往复运动的驱动装置，凸轮驱动滚子组件4以使得摇臂1围绕液压挺柱2摆动，液压挺柱2推动滚子组件4运动。

具体地，摇臂1以液压挺柱2为支点，通过凸轮抵压在摇臂1内的滚子组件，驱动摇臂1围绕液压挺柱2做上下摆动，以实现摇臂1抵压气门，使得气门在气门导管内做往复运动。而在本实施方式中，进一步通过驱动件和弹性件的作用，将滚子组件4在摇臂1的长度方向内保持一定的动态平衡，通过改变滚子组件4的位置，来改变受力点的位置，根据杠杆原理，不同滚子组件4的位置对应不同的气门升程，可以实现连续改变气门升程的目的。当滚子组件4朝向气门运动时，逐渐降低气门升程，远离气门运动时，气门升程逐渐升高。

作为一种实施方式，驱动装置可以为设置在摇臂1上的伸缩缸。也即利用伸缩缸驱动滚子组件4在气门和液压挺柱2之间做往复运动，以实现气门升程的连续可变。

作为另一种实施方式，如图1所示，驱动装置包括用于驱动滚子组件4朝向气门运动的驱动件，以及用于为滚子组件朝向远离气门运动提供回复力的复位件，驱动件为设置在摇臂1一端的液压缸5，复位件为设置在摇臂1另一端的弹性复位件3，滚子组件4位于液压缸5和弹性复位件3之间。

也即，液压缸5通过克服弹性复位件3的弹性力以推动滚子组件4朝向气门运动，此时气门的升程连续变小；当液压缸5内的油压降低时，滚子组件4又能够在弹性复位件3的弹性回复力的作用下，实现滚子组件远离气门运动，气门在此过程中升程连续增大。换言之，根据发动机的不同工况，通过控制液压缸5内的油压，来实现滚子组件4在气门和液压挺柱2之间的位置的动态变化，通过改变受力点的位置，以实现气门的连续可变。

例如，在发动机小负荷时需要通过较小的气门升程，提高进气压差，从而产生较高的气流速度，增加湍流，提高火焰传播速度和燃烧速度，组织快速地燃烧过程，此时需要增大油压克服弹性力，使得气门升程变小。而在发动机高速高负荷时则应采用较大的气门升程，以最大程度地减小流动阻力，提高充量系数，满足发动机高速时的动力性需求，此时油压减小，使得弹性复位件3推动滚子组件4朝向远离气门的方向运动，提高气门升程。

具体地，如图4和图5所示，在本实施方式中，液压缸5包括设置在摇臂1一端的液压缸体51和驱动杆52，液压缸体51具有朝向驱动杆52开口的液压腔53，驱动杆52一端可伸缩地插入到液压腔53内，另一端连接到滚子组件4上。

通过液压腔53内的液压油克服弹性复位件3的弹性力推动驱动杆52朝向气门运动，驱动杆52因而能够带动滚子组件4的运动；并且滚子组件4能够在液压油油压降低后，由弹性复位件3的弹性回复力推动着朝向远离气门方向运动。其中，弹性复位件3可以为压缩弹簧、橡胶块或者气缸等，对此本公开不作限制。

更具体地，如图3至图5所示，在本实施方式中，摇臂1包括矩形框架11，滚子组件4包括可沿矩形框架11的长度方向滑动地设置在该矩形框架11内的滚子保持架41，以及可转动地设置在该滚子保持架41内且与凸轮抵接的滚子42，驱动杆52连接在滚子保持架41的一侧上且朝向液压腔53延伸，弹性复位件3设置在矩形框架11内并朝向滚子保持架41的另一侧延伸。

其中，滚子保持架41大致与矩形框架11同形，并设置在矩形框架11内，驱动杆52和弹性复位件3分别位于滚子保持架41的两侧，且驱动杆52与滚子保持架41可以为一体结构，弹性复位件3连接在矩形框架11内，并与滚子保持架41抵接，这样，当驱动杆52克服弹性复位件3的弹性力时推动滚子保持架41移动时，滚子42的位置就相应改变，当液压腔53内的油压下降，小于弹性复位件3的回复力时，弹性复位件3则推动滚子保持架41朝向远离气门的方向运动。

另外，为了保持滚子保持架41沿长度方向水平移动，如图3和图5所示，在本实施方式中，矩形框架11沿长度方向延伸的两侧分别开设有滑槽111，相应地，滚子保持架41沿长度方向延伸的两侧分别朝向滑槽111凸出延伸形成有导轨412，该导轨412可滑动地安装到滑槽111内。也即，导轨412在滑槽111内的滑动，实现滚子组件4的运动。

并且在设置导轨412的两侧还分别开设有用于安装辊轴的轴孔413，滚子42安装到辊轴上，并通过凸轮驱动实现在滚子保持架41内的旋转。

如图2和图6所示，在本实施方式中，液压挺柱2内形成有用于为液压缸5提供液压油的供给油道，液压腔53与供给油道连通。也即，利用液压挺柱2提供液压油，结构简单，不占用空间，以提供推动滚子组件4运动的动力。

具体地，如图6所示，在本实施方式中，液压挺柱2包括设置在发动机缸盖6上的壳体21和设置在该壳体21的内腔210的柱体22，摇臂1的一端形成有与柱体22上端配合连接的凹槽12，其中，柱体22内部形成有液压油道7，发动机缸盖6上形成有与液压油道7连通的高压油道8，液压油道7中形成有隔板71，该隔板71将液压油道7分为上液压油道72和下液压油道73，上液压油道72形成供给油道且与凹槽12连通，液压缸体51的第一底壁511开设有用于连通液压腔53和凹槽12的通孔60，以使得液压腔52与上液压油道72连通，下液压油道73的第二底壁731形成有与内腔210连通的下油口732。

也即，发动机缸盖6内的高压油道8朝向液压油道7供给高压润滑油。工作过程中，高压油道8将润滑油分别供应到上液压油道72和下液压油道73，其中，上液压油道72限定上述供给油道，负责将高压油道8内的润滑油穿过凹槽12、通孔60通入到液压腔53内，由机油控制阀OCV根据车辆ECU的指令控制进入高压油道8内的油压，以使得液压腔53内的油压根据发动机工况的改变而改变，满足不同工况下的动力需求。而下液压油道73通过下油口732将润滑油通入到壳体21的内腔210，通过内部油压的变化改变柱体22的工作长度，从而起到自动调整气门间隙的作用。

换言之，本液压挺柱2通过上液压油道72构成供给油道，用于为液压腔53提供驱动液压油，并通过改变缸盖内的液压油油压，实现滚子组件4在摇臂1和气门之间的往复运动；而液压挺柱2又通过下液压油道73实现调节气门间隙的本身作用。

更具体地，为了导通高压油道8和液压油道7，在本实施方式中，柱体22上形成有与上液压油道72连通的第一上进油孔10，以及与下液压油道73连通的第一下进油孔20，相应地，壳体21上形成有与第一上进油孔10和第一下进油孔20分别一一对应连通的第二上进油孔30和第二下进油孔40，为了同时给上液压油道72和下液压油道73同时供油，高压油道8包括上油道81和下油道82，上油道81连接到第二上进油孔30以连通到上液压油道72，下油道82连接到第二下进油孔40以连通到下液压油道73。

这样，上油道81中的润滑油依次通过第二上进油孔30和第一上进油孔10，进入到上液压油道72；同样地，下油道82中的润滑油依次通过第二下进油孔40和第一下进油孔20进入到下液压油道73。

为了便于装配，保证液压挺柱2在任何装配条件下都能够使得高压润滑油连通，如图4所示，在本实施方式中，柱体22的外表面上形成有第一上环形油槽221和第一下环形油槽222，相应地，壳体21的外表面形成有第二上环形油槽211和第二下环形油槽212，第一上环形油槽221和第二上环形油槽211的周向分别一一对应均匀间隔设置有多个第一上进油孔10和多个第二上进油孔30，第一下环形油槽222和第二下环形凹槽212的周向分别一一对应均匀间隔设置有多个第一下进油孔20和多个第二下进油孔40，其中第一上环形油槽221的槽宽大于第二上进油孔30的孔径，且第一下环形油槽的槽宽大于第二下进油孔40的孔径。

当上油道81将液压油通入到上液压油道72内时，液压油先围绕壳体21上的第二上环形油槽211，先后通过多个第二上进油孔30而后进入到柱体22的第一上环形油槽221，围绕第二上环形油槽211流动，先后通过多个第一上进油孔10最终进入到上液压油道72，由上液压油道72将液压油导入到上述的液压腔53。同样地，下液压油道73的通油原理与上液压油道72相同，对此不再赘述。同时，使得第一上环形油槽和第一下环形油槽的槽宽均大于相应的油孔的孔径，能够保证柱体22在相对壳体21相对上下运动的过程中，能够将使柱体22的液压油道7与外部的高压油道8持续连通，保证液压油输入的通畅。

上述设置在壳体21和柱体22上的环形油槽也即为环形油道，液压油围绕环形油道流动，再从相应地油孔最终流入到液压油道7内，一方面，方便柱体22的安装，能够保证柱体22在任何装配条件下都能够导通油路，同时上述环形油槽在高度上具有一定的槽宽，还能够满足柱体22任何高度下油道的连通，另一方面，多个油孔的设置能够方便快速通油。

进一步地，如图2、图5和图6所示，为了将上液压油道72内的液压油导入到液压腔53内，在本实施方式中，柱体22与凹槽12配合的上端外表面还形成有环形出油槽223，该环形出油槽223沿其周向上开设有多个用于与凹槽12连通的出油孔50，以将上液压油道71与液压腔53连通。

这样，出油孔50使得柱体22的内外连通，也即将上液压油道72和凹槽12连通，上液压油道72的液压油从出油孔50流出，并围绕环形出油槽223流动，最终通过通孔60流入到液压腔53内。在流动的过程中，液压油还能够将柱体22的上端与凹槽12之间进行润滑。

另外，为方便摇臂1围绕柱体22转动，在本实施方式中，柱体22的上端形成为球形凸起220，相应地，凹槽12形成为与球形凸起220的球形凹槽。球头连接提供多角度的旋转，使得摇臂1转动得以平顺，减少震动。

本公开还提供一种发动机，包括上述公开的可变气门升程机构。当发动机在加速或者负载较大的时候，所需的动力要求较大，此时可以利用可变气门升程机构将气门升程提高；当发动机在部分负荷(如在高度公路上以一定的速度匀速行驶)，需要动力输出较小，因此可以通过降低气门升程实现。达到发动机节能减排的效果。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种可变气门升程机构，包括摇臂(1)、凸轮、液压挺柱(2)和气门，所述液压挺柱(2)和所述气门分别抵接在所述摇臂(1)的两端，其特征在于，还包括活动地设置在所述摇臂(1)内与所述凸轮抵接的滚子组件(4)、用于驱动所述滚子组件(4)在所述液压挺柱(2)和所述气门之间往复运动的驱动装置，所述凸轮驱动所述滚子组件(4)以使得所述摇臂(1)围绕所述液压挺柱(2)摆动，所述液压挺柱(2)推动所述滚子组件(4)运动。

2.根据权利要求1所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述驱动装置为设置在所述摇臂(1)上的伸缩缸。

3.根据权利要求1所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述驱动装置包括用于驱动所述滚子组件(4)朝向所述气门运动的驱动件，以及用于为所述滚子组件(4)朝向远离所述气门运动提供回复力的复位件，其中，所述驱动件为设置在所述摇臂(1)一端的液压缸(5)，所述复位件为设置在所述摇臂另一端的弹性复位件(3)，所述滚子组件(4)位于所述液压缸(5)和所述弹性复位件(3)之间。

4.根据权利要求3所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述液压缸(5)包括设置在所述摇臂(1)一端的液压缸体(51)和驱动杆(52)，所述液压缸体(51)具有朝向所述驱动杆(52)开口的液压腔(53)，所述驱动杆(52)一端可伸缩地插入到所述液压腔(53)内，另一端连接到所述滚子组件(4)上。

5.根据权利要求4所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述摇臂(1)包括矩形框架(11)，所述滚子组件(4)包括可沿所述矩形框架(11)的长度方向滑动地设置在该矩形框架(11)内的滚子保持架(41)，以及可转动地设置在该滚子保持架(41)内且与所述凸轮抵接的滚子(42)，所述驱动杆(52)连接在所述滚子保持架(41)的一侧上且朝向所述液压腔(53)延伸，所述弹性复位件(3)设置在所述矩形框架(11)内并朝向所述滚子保持架(41)的另一侧延伸。

6.根据权利要求4或5所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述液压挺柱(2)内形成有用于为所述液压缸(5)提供液压油的供给油道，所述液压腔(53)与所述供给油道连通。

7.根据权利要求6所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述液压挺柱(2)包括设置在所述发动机缸盖(6)上的壳体(21)和设置在该壳体(21)的内腔(210)的柱体(22)，所述摇臂(1)的一端形成有与所述柱体(22)上端配合连接的凹槽(12)，其中，所述柱体(22)内部形成有液压油道(7)，所述发动机缸盖(6)上形成有与所述液压油道(7)连通的高压油道(8)，所述液压油道(7)中形成有隔板(71)，该隔板(71)将所述液压油道(7)分为上液压油道(72)和下液压油道(73)，所述上液压油道(72)形成所述供给油道且与所述凹槽(12)连通，所述液压缸体(51)的第一底壁(511)开设有用于连通所述液压腔(53)和所述凹槽(12)的通孔(60)，以使得所述液压腔(53)与所述上液压油道(72)连通，所述下液压油道(73)的第二底壁(731)形成有与所述内腔(210)连通的下油口(732)。

8.根据权利要求7所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述柱体(22)上形成有与所述上液压油道(72)连通的第一上进油孔(10)，以及与所述下液压油道(73)连通的第一下进油孔(20)，相应地，所述壳体(21)上形成有与所述第一上进油孔(10)和所述第一下进油孔(20)分别一一对应连通的第二上进油孔(30)和所述第二下进油孔(40)，所述高压油道(8)包括上油道(81)和下油道(82)，所述上油道(81)连接到所述第二上进油孔(30)以连通到所述上液压油道(72)，所述下油道(82)连接到所述第二下进油孔(40)以连通到所述下液压油道(73)。

9.根据权利要求8所述的可变气门升程机构，其特征在于，所述柱体(22)的外表面上形成有第一上环形油槽(221)和第一下环形油槽(222)，相应地，所述壳体(21)的外表面形成有第二上环形油槽(211)和第二下环形油槽(212)，所述第一上环形油槽(221)和所述第二上环形油槽(211)的周向分别一一对应均匀间隔设置有多个所述第一上进油孔(10)和多个所述第二上进油孔(30)，所述第一下环形油槽(222)和所述第二下环形油槽(212)的周向分别一一对应均匀间隔设置有多个所述第一下进油孔(20)和多个所述第二下进油孔(40)，所述第一上环形油槽(221)的槽宽大于所述第二上进油孔(30)的孔径，且所述第一下环形油槽(222)的槽宽大于所述第二下进油孔(40)的孔径。

10.一种发动机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任意一项所述的可变气门升程机构。

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