CN112282885A - 气门升程调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种气门升程调节系统，系统包括压杆(2)、升降组件(4)以及气门组件(1)，气门组件(1)的气门杆(1)以及升降组件(4)分别和压杆(2)的第一端以及第二端相连接，通过控制升降组件(4)进行升降，带动压杆(2)的第二端升降，凸轮(3)在转动时推动压杆(2)绕第二端转动，在压杆(2)的第二端的位置改变时，压杆(2)的第一端的升降范围改变，从而带动气门杆(101)的升降范围改变，气门杆(101)的升降范围改变则意味着气门组件(1)的升程范围改变了，从而仅仅利用简单的机械结构，通过升降组件(4)的运作就能够实现无极调节气门升程范围，降低了成本。

Description

气门升程调节系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种气门升程调节系统。

背景技术

为了迎合日益严格的排放和油耗法规，各种降低油耗的技术应运而生，例如可变压缩比技术、气门正时可变技术、气门升程可变技术等。

其中，气门升程可变技术指的是根据动力输出需求，调节气门的升程，在动力输出需求较低时，降低气门升程的最大值。

在实现本公开的过程中，发明人发现，本领域现有的无级可调的气门升程机构十分复杂，实现气门升程无级可调的成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种气门升程调节系统，以简单的结构实现了气门升程的无级可调，降低了成本。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明提供了一种气门升程调节系统，系统包括气门组件、压杆、凸轮以及升降组件，其中：

气门组件包括气门杆，气门杆的一端和压杆的第一端连接。

升降组件的顶端和压杆的第二端连接，升降组件被配置为升降时带动述压杆的第二端移动，不升降时固定压杆的第二端。

凸轮被设置为在转动时推动压杆绕第二端转动，从而使第一端带动气门杆移动，且凸轮对压杆的推动作用处位于第一端和第二端之间。

可选地，当升降组件的顶端移动至最高点时，凸轮在转动过程中一直保持和压杆相接触。

可选地，当升降组件的顶端移动至最高点，且凸轮转动至以凸轮的非凸起部和压杆相接触时，凸轮不对压杆施加压力。

可选地，当升降组件的顶端移动至最低点时，压杆保持不和凸轮相接触。

可选地，压杆上设置有可旋转的滚子，滚子被配置为由凸轮推动。

可选地，滚子在压杆上远离第一端而接近第二端。

可选地，系统还包括电子控制单元，电子控制单元被配置为：

获取当前油门开度、当前变速箱档位以及当前车速。

根据当前油门开度、当前变速箱档位以及当前车速确定动力需求等级。

根据动力需求等级确定对应的升降组件的顶端的目标位置，其中，当动力需求等级越高时，确定出的对应的升降组件的顶端的目标位置越高。

根据目标位置生成调节信号，其中调节信号中携带有目标位置。

将调节信号发送给升降组件，从而使升降组件的顶端根据接收到的调节信号移动至目标位置。

可选地，升降组件包括挺柱、步进电机以及组件外壳，其中：

挺柱可以上下移动地套设在组件外壳内部，挺柱的顶端和压杆的第二端连接，挺柱的一个侧面设置有齿条。

步进电机固定在组件外壳内部，步进电机中设置有齿轮，步进电机中设置的齿轮和挺柱的侧面设置的齿条相啮合。

升降组件被配置为接收调节信号，并利用调节信号控制步进电机中设置的齿轮转动，利用齿条带动挺柱上下移动，从而改变升降组件的顶端的位置。

可选地，气门组件还包括气门弹簧和气门导管，气门弹簧包括上限位片、弹性件和下限位片，其中：

气门杆可沿气门导管移动地设置在气门导管中。

气门弹簧套设在气门杆上，并设置在气门杆的顶端和气门导管之间。

上限位片和气门杆相连接，下限位片和气门导管相连接。

气门弹簧适于通过改变上限位片和下限位片之间的距离来压缩或拉伸弹性件。

可选地，气门还包括气门座，气门座和气门杆的底端相固定，系统被配置为当凸轮在转动过程中推动压杆时，压杆的第一端带动气门杆向下移动，从而带动气门座向下移动，并同时使气门弹簧中的弹性件压缩。

本发明提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明提供了一种气门升程调节系统，系统包括压杆、升降组件以及气门组件，气门组件的气门杆以及升降组件分别和压杆的第一端以及第二端相连接，通过控制升降组件进行升降，带动压杆的第二端升降，凸轮在转动时推动压杆绕第二端转动，在压杆的第二端的位置改变时，压杆的第一端的升降范围改变，从而仅仅利用简单的机械结构，通过升降组件的运作就能够实现无极调节气门升程范围，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的气门升程调节系统的一种结构图；

图2为本发明实施例提供的气门升程调节系统的另一种结构图；

图3为本发明实施例提供的气门升程调节系统的升降组件的结构图。

图中的附图标记分别为：

1-气门组件；

101-气门杆；

102-气门弹簧；

1021-上限位片；

1022-弹性件；

1023-下限位片；

103-气门导管；

104-气门座；

2-压杆；

201-滚子；

3-凸轮；

4-升降组件；

401-挺柱；

402-步进电机；

403-组件外壳。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在对本申请实施方式作进一步地详细描述之前，本申请实施例中所涉及的方位名词，如“顶端”、“顶面”、“底面”、“侧面”，仅仅用来清楚地描述本申请实施例的气门升程调节系统的结构，并不具有限定本申请保护范围的意义。

在本领域现有技术中，气门升程可变技术一般都是通过为一组气门设置多根凸轮轴来实现，每根凸轮轴上的凸轮的角度不同，例如为一组气门设置一根高角度凸轮轴和低角度凸轮轴，高角度凸轮轴为气门配气时，气门的升程范围大，低角度凸轮轴为气门配气时，气门的升程范围小。但采用该种结构需要设置多根凸轮轴，结构复杂，制造成本较高。

有汽车厂商提出直接使用电子缸盖来代替传统机械缸盖，利用电子控制的方式直接调节节气门的升程范围，但是该技术研发成本高，且维修难度大。

本实施例提供了一种气门升程调节系统，以简单的结构实现了气门升程的无级可调，降低了成本。如图1所示，系统包括气门组件1、压杆2、凸轮3以及升降组件4，其中：

气门组件1包括气门杆101，气门杆101的一端和压杆2的第一端连接。

压杆2的界面呈矩形，具体可以为正方形。

压杆2的材质可以为合金钢。

具体的，气门杆101的顶端和压杆2的第一端连接，气门杆101的顶端指的是远离气缸的一端。而且，为了使压杆2的第一端在上下移动的过程中，气门杆101能够沿一条直线运动，气门杆101的顶端和压杆2的第一端之间可以用一个可转动的销轴来连接，例如相互铰接，使得气门杆101和压杆2之间的相对角度可以变化。

具体的，气门杆101呈圆柱形。

本发明实施例提供的气门升程调节系统可以用于发动机的进气门，也可以用于发动机的排气门。

进气门一般采用铬钢或镍铬钢制成，排气门一般采用硅铬钢制成。

其中，发动机可以是汽油发动机，也可以是柴油发动机。

对于汽油发动机来说，进气门是用于控制进气歧管中的空气和汽油的混合物通入气缸中的流量的装置，排气门是用于控制气缸中的废气通入排气歧管中的流量的装置。

对于采用普通的米勒循环的汽油发动机来说，进气门在气缸的进气冲程中保持开启，在气缸的其他三个冲程中保持关闭。

对于柴油发动机来说，进气门是用于控制进气歧管中的空气通入气缸中的流量的装置，排气门是用于控制气缸中的废气通入排气歧管中的流量的装置。

对于采用普通的迪赛尔循环的汽油发动机来说，进气门在气缸的进气冲程中保持开启，在气缸的其他三个冲程中保持关闭。

升降组件4的顶端和压杆2的第二端连接，升降组件4被配置为升降时带动压杆2的第二端移动，不升降时固定压杆2的第二端。

可以理解的是，升降组件4的升降指的是利用其内部结构，控制其顶端的升降，升降组件4的顶端在升降时能够带动压杆2的第二端上下移动。

在升降组件4的顶端升降的时候，压杆2的第一端和第二端均为可移动的自由端，但在升降组件4的顶端不升降的时候，能够将压杆2的第二端固定，此时压杆2只有第一端是自由端，压杆2可以绕第二端转动。

凸轮3被设置为在转动时推动压杆2绕第二端转动，从而使第一端带动气门杆101移动，且凸轮3对压杆2的推动作用处位于第一端和第二端之间。

具体的，凸轮3是作用就是利用其自身的转动来推动气门杆101，从而控制气门组件1的开闭，为发动机的气缸进行配气。

凸轮3被设置在凸轮轴上，凸轮轴上具有至少两个凸轮3。

每个气缸具有至少两个气门组件1，至多四个气门组件1，一个气门组件1对应于一个凸轮3，因此，每个气缸对应至少两个凸轮3，至多四个凸轮3。

凸轮轴是利用发动机曲轴带动的，气缸做功带动活塞连杆上下移动，活塞连杆的上下移动带动曲轴转动，曲轴和凸轮轴之间利用皮带连接，从而利用曲轴的旋转带动凸轮轴旋转。

凸轮3可采用碳钢或合金钢制成。

由于在升降组件4的顶端不升降时，能够将压杆2的第二端固定，且凸轮3对压杆2的推动作用处位于第一端和第二端之间，因此，此时凸轮3在转动时能够推动压杆2绕第二端转动，使压杆2第一端升降，从而带动气门杆101上下移动。

在一些可选的实施例中，如图1所示，当升降组件4的顶端移动至最高点，且凸轮3转动至以凸轮3的非凸起部和压杆2相接触时，凸轮3不对压杆2施加压力。

具体的，凸轮3上包括凸起部和非凸起部，凸起部用于推动压杆2，使得压杆2的第一端上下移动，非凸起部不用于推动压杆2，或者推动的幅度比凸起部要小很多。

可以理解的是，在气缸的压缩冲程和做功冲程中，气门组件1需要保持完全关闭，因此即使在升降组件4的顶端移动至最高点时，压杆2的第一端和气门组件1的气门杆101的顶端也有一段时间处于初始位置，初始位置指的是能够使气门组件1完全关闭的位置。

因此，为了在可改变气门组件1的升程范围的同时，保证气门组件1的正常运作，即使当升降组件4的顶端移动至最高点时，凸轮3在转动至以凸轮3的非凸起部和压杆2相接触时,凸轮3也是仅仅只和压杆2相接触，但不对压杆2施加压力，此时压杆2的第一端和气门组件1的气门杆101的顶端均处于初始位置，气门组件1完全关闭。

此时压杆2和气门杆101之间可以处于相互垂直的状态。

在一些可选的实施例中，如图2所示，当升降组件4的顶端移动至最低点时，压杆2保持不和凸轮3相接触。

可以理解的是，当升降组件4的顶端移动至最低点时，压杆2的第二端也移动到最低点，此时压杆2和凸轮3的距离最远，在凸轮3的转动过程中，压杆2始终保持和凸轮3相互分离。

此时车辆对发动机的动力需求最小，凸轮3处于空转状态，不控制气门组件1，和气门组件1对应的气缸处于闭缸状态，既不进气，也不排气。

在一些可选的实施例中，当升降组件4的顶端移动至最高点时，如图1所示，此时凸轮3在转动过程中一直保持和压杆2相接触。

此时驾驶员对发动机的动力需求最大，和气门组件1对应的气缸的气门组件的升程范围最大，气缸进气量最大，排气量也最大。

在一些可选的实施例中，压杆2上设置有可旋转的滚子201，滚子201被配置为由凸轮3推动。

可以理解的是，滚子201的轴设置在压杆2上。

在压杆2上设置滚子201，使得凸轮3在推动压杆2的过程中，凸轮3与压杆2之间变为滚动摩擦，摩擦力比滑动摩擦时的摩擦力小，减少了凸轮3在高速运转时由于凸轮3与压杆2之间的摩擦而损耗的能量，减少了对发动机输出的能量的浪费。

在一些可选的实施例中，滚子201在压杆2上远离第一端而接近第二端。

可以理解的是，将滚子201设置在压杆2上远离第一端而接近第二端的位置，也就是说，将凸轮3对压杆2的推动作用处设置在压杆2上远离第一端而接近第二端的位置，使得凸轮3在推动压杆2的过程中，压杆2第一端的升降范围更大，增大了气门组件1升程的可调范围。

下面对气门组件1的结构进行具体介绍：

在一些可选的实施例中，气门组件1还包括气门弹簧102和气门导管103，气门弹簧102包括上限位片1021、弹性件1022和下限位片1023，其中：

气门杆101可沿气门导管103移动地设置在气门导管103中。

气门导管103用于使气门杆101在上下移动时保持沿一条固定的线移动。

气门导管103的内壁可以涂覆一层润滑脂，从而减小气门杆101和气门导管103之间的摩擦力。

气门弹簧102套设在气门杆101上，并设置在气门杆101的顶端和气门导管103之间。

上限位片1021和气门杆101相连接，下限位片1023和气门导管103相连接。

具体的，上限位片1021可以和气门杆101焊接，下限位片1023可以和气门导管103焊接。

气门弹簧102适于通过改变上限位片1021和下限位片1023之间的距离来压缩或拉伸弹性件1022。

在一些可选的实施例中，气门1还包括气门座104，气门座104和气门杆101的底端相固定，系统被配置为当凸轮3在转动过程中推动压杆2时，压杆2的第一端带动气门杆101向下移动，从而带动气门座104向下移动，并同时使气门弹簧102中的弹性件1022压缩。

气门座104用于在处于最低点时密封住发动机进气歧管和气缸或者排气歧管和气缸之间的孔洞。

气门座104可以呈平面形、球形、或喇叭形，图1和图2中的气门座为喇叭形，适用于进气门，可减小进气阻力。

可以理解的是，弹性件1022具有一定的弹性系数k，弹性系数k和弹性件1022的形变长度x以及弹力F之间的关系如下：

F＝kx

而压杆2、气门杆101以及气门座104均具有一定的质量，因此在凸轮3不推动压杆2时，压杆2的一部分质量和气门杆101以及气门座104的全部质量作用在上限位片1021上，将上限位片1021下压，上限位片1021和下限位片1023之间的位置相互接近，压缩弹性件1022，此时弹性件1022和完全不受力的状态相比长度变短，在这种状态下，压杆2、气门杆101、气门座104以及弹性件1022之间形成一个完全受力平衡的状态，在这时，压杆2的第一端和气门杆101的顶端所处的位置就被称为初始位置。

在一些可选的实施例中，系统还包括电子控制单元5，电子控制单元5被配置为：

获取当前油门开度、当前变速箱档位以及当前车速。

根据当前油门开度、当前变速箱档位以及当前车速确定动力需求等级。

具体的，可以预先在电子控制单元5中存储一个当前油门开度、当前变速箱档位以及当前油门开度确定动力需求等级之间的对应关系表。在获取到当前油门开度、当前变速箱档位以及当前车速后，将当前油门开度、当前变速箱档位以及当前车速带入到关系表中，获取对应的动力需求等级。

当前油门开度和动力需求等级成正相关，油门开度越大，说明驾驶员对加速度的需求越高。其中油门开度可以指的是油门当前位置和油门不受力时处于的初始位置之间的角度差。

当前变速箱档位和动力需求等级成负相关，当前变速箱档位越低，说明需要更高的转速，则说明驾驶员对加速度的需求越高。

当前车速和动力需求等级成负相关，当前车速越低，说明驾驶员对加速度的需求越高。

根据动力需求等级确定对应的升降组件4的顶端的目标位置，其中，当动力需求等级越高时，确定出的对应的升降组件4的顶端的目标位置越高。

升降组件4的顶端的位置越高时，对应的压杆2第一端的升降范围越大，气门组件1的升程范围越大，发动机的进排气量越大。

根据目标位置生成调节信号，其中调节信号中携带有目标位置。

将调节信号发送给升降组件4，从而使升降组件4的顶端根据接收到的调节信号移动至目标位置。

具体的，电子控制单元5和升降组件4之间可以利用CAN总线连接。

下面对升降组件4的具体结构进行介绍：

如图3所示，升降组件4包括挺柱401、步进电机402以及组件外壳403，其中：

挺柱401可以上下移动地套设在组件外壳403内部，挺柱401的顶端和压杆2的第二端连接，挺柱401的一个侧面设置有齿条。

具体的，挺柱401具有一个顶面、一个底面以及四个侧面，齿条可以设置在任意一个侧面上，而且和挺柱401的侧棱平行。

步进电机402固定在组件外壳403内部，步进电机402中设置有齿轮，步进电机402中设置的齿轮和挺柱401的侧面设置的齿条相啮合。

具体的，组件外壳403的内腔具有五个面，包括一个底面和四个侧面，步进电机402设置在和挺柱401设置有齿条的侧面相对应的组件外壳内腔的侧面上。

步进电机402中设置的齿轮和挺柱401的侧面设置的齿条相啮合，形成齿轮齿条传动机构。

升降组件4被配置为接收调节信号，并利用调节信号控制步进电机402中设置的齿轮转动，利用齿条带动挺柱401上下移动，从而改变升降组件4的顶端的位置。

由于步进电机402固定在组件外壳403内部，而挺柱401可以上下移动地套设在组件外壳403内部，因此当步进电机402中设置的齿轮转动时，会驱动齿条上下移动，从而带动挺柱401上下移动。

升降组件4的顶端可以是挺柱401的顶端，挺柱401的顶端可以和压杆2的第二端利用销轴连接，从而形成铰接，使得挺柱401和压杆2之间的形成的角度可以改变。

挺柱401和挺柱外壳403可以由合金钢制成。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供了一种气门升程调节系统，系统包括压杆2、升降组件4以及气门组件1，气门组件1的气门杆1以及升降组件4分别和压杆2的第一端以及第二端相连接，通过控制升降组件4进行升降，带动压杆2的第二端升降，凸轮3在转动时推动压杆2绕第二端转动，在压杆2的第二端的位置改变时，压杆2的第一端的升降范围改变，从而带动气门杆101的升降范围改变，气门杆101的升降范围改变则意味着气门组件1的升程范围改变了，从而仅仅利用简单的机械结构，通过升降组件4的运作就能够实现无极调节气门升程范围，降低了成本。

在本申请中，应该理解到，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气门升程调节系统，其特征在于，所述系统包括气门组件(1)、压杆(2)、凸轮(3)以及升降组件(4)，其中：

所述气门组件(1)包括气门杆(101)，所述气门杆(101)的一端和所述压杆(2)的第一端连接；

所述升降组件(4)的顶端和所述压杆(2)的第二端连接，所述升降组件(4)被配置为升降时带动所述压杆(2)的第二端移动，不升降时固定所述压杆(2)的第二端；

所述凸轮(3)被设置为在转动时推动所述压杆(2)绕所述第二端转动，从而使所述第一端带动所述气门杆(101)移动，且所述凸轮(3)对所述压杆(2)的推动作用处位于所述第一端和所述第二端之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述升降组件(4)的顶端移动至最高点时，所述凸轮(3)在转动过程中一直保持和所述压杆(2)相接触。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述升降组件(4)的顶端移动至最高点，且所述凸轮(3)转动至以所述凸轮(3)的非凸起部和所述压杆(2)相接触时，所述凸轮(3)不对所述压杆(2)施加压力。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述升降组件(4)的顶端移动至最低点时，所述压杆(2)保持不和所述凸轮(3)相接触。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压杆(2)上设置有可旋转的滚子(201)，所述滚子(201)被配置为由所述凸轮(3)推动。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述滚子(201)在所述压杆(2)上远离所述第一端而接近所述第二端。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电子控制单元(5)，所述电子控制单元(5)被配置为：

获取当前油门开度、当前变速箱档位以及当前车速；

根据所述当前油门开度、所述当前变速箱档位以及所述当前车速确定动力需求等级；

根据所述动力需求等级确定对应的所述升降组件(4)的顶端的目标位置，其中，当所述动力需求等级越高时，确定出的对应的所述升降组件(4)的顶端的目标位置越高；

根据所述目标位置生成调节信号，其中所述调节信号中携带有所述目标位置；

将所述调节信号发送给所述升降组件(4)，从而使所述升降组件(4)的顶端根据接收到的所述调节信号移动至所述目标位置。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述升降组件(4)包括挺柱(401)、步进电机(402)以及组件外壳(403)，其中：

所述挺柱(401)可以上下移动地套设在所述组件外壳(403)内部，所述挺柱(401)的顶端和所述压杆(2)的第二端连接，所述挺柱(401)的一个侧面设置有齿条；

所述步进电机(402)固定在所述组件外壳(403)内部，所述步进电机(402)中设置有齿轮，所述步进电机(402)中设置的齿轮和所述挺柱(401)的侧面设置的齿条相啮合；

所述升降组件(4)被配置为接收所述调节信号，并利用所述调节信号控制所述步进电机(402)中设置的齿轮转动，利用齿条带动所述挺柱(401)上下移动，从而改变所述升降组件(4)的顶端的位置。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气门组件(1)还包括气门弹簧(102)和气门导管(103)，所述气门弹簧(102)包括上限位片(1021)、弹性件(1022)和下限位片(1023)，其中：

所述气门杆(101)可沿所述气门导管(103)移动地设置在所述气门导管(103)中；

所述气门弹簧(102)套设在所述气门杆(101)上，并设置在所述气门杆(101)的顶端和所述气门导管(103)之间；

所述上限位片(1021)和所述气门杆(101)相连接，所述下限位片(1023)和所述气门导管(103)相连接；

所述气门弹簧(102)适于通过改变所述上限位片(1021)和所述下限位片(1023)之间的距离来压缩或拉伸所述弹性件(1022)。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述气门组件(1)还包括气门座(104)，所述气门座(104)和所述气门杆(101)的底端相固定，所述系统被配置为当所述凸轮(3)在转动过程中推动所述压杆(2)时，压杆(2)的第一端带动所述气门杆(101)向下移动，从而带动所述气门座(104)向下移动，并同时使所述气门弹簧(102)中的所述弹性件(1022)压缩。

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