CN114412606A - 一种直线电机驱动的连续可变气门机构 - Google Patents

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苏岩
郎茂春
李小平
解方喜
金兆辉
姜北平
李盛成
王永珍
马家义
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L2013/10—Auxiliary actuators for variable valve timing
    • F01L2013/103—Electric motors

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Abstract

直线电机驱动的连续可变气门机构属于活塞往复式内燃机技术领域，提供一种可以根据不同需求而通过直线电机驱动的方式实现连续可变气门升程和正时的机构，具体实现方式是通过控制电机轴的行程大小和启停时刻从而改变气门升程和正时。本发明的结构简单，控制精度高，通过实时调节气门升程大小满足不同工况下对进气量的需求，使得内燃机在宽转速范围内保持高功率和热效率，也可以大范围调节气门正时，可满足大范围正负气门重叠角，对于HCCI、SI、多模式切换等发动机的适应性远超现在的应用传统凸轮轴驱动的可变气门技术的发动机。

Description

一种直线电机驱动的连续可变气门机构
技术领域
本发明属于活塞往复式内燃机技术领域，提供了一种由直线电机驱动的连续可变气门升程机构。
背景技术
对活塞往复式内燃机而言，其在不同转速等条件下需要不同的进气量以达到良好响应性。常规的可变升程机构，无法实现气门升程连续变化，使得其难以适应内燃机宽广的工况范围。其热效率在理想条件下是压缩比的函数，更高的压缩比能带来更高的。而连续可变气门升程机构，可灵活调节不同工况下的进气量，进而替代节气门降低泵气损失，提高内燃机热效率。
发明内容
本发明是提供一种可根据不同进气量需求，通过直线电机直接驱动的方式实时改变气门升程的连续可变气门升程机构。
本发明所采用的技术方案为：一种直线电机驱动的连续可变气门升程机构。其特征在于本装置包含：直线电机、螺栓、滑块、定位轴、摇臂、摇臂轴、气门、弹簧；直线电机的电机轴通过配合以及螺栓与滑块相连接，使其轴线平行于滑块运动方向；滑块通过其顶部平面和斜面与上方定位轴的容纳槽相配合，容纳槽容纳滑块的一部分并保证其只能沿电机轴线方向往复运动；滑块曲面与摇臂的滚轮接触，滑块运动使得摇臂绕摇臂销摆动；气门顶部设置与摇臂相接触。
本发明的工作原理和有益效果：
本发明为一种直线电机驱动的连续可变气门升程机构，包括直线电机、螺栓、滑块、定位轴、摇臂、摇臂轴、气门、弹簧；直线电机的电机轴沿轴线运动，推动与电机轴连接的滑块直线运动，滑块推动与之接触的摇臂滚轮，使摇臂绕定位销摆动，推动气门向下运动，通过电机轴的行程大小控制滑块运动距离，进而控制气门升程大小，实现连续可变气门升程，该机构简单，控制精度高，通过实时调节气门升程大小满足不同工况下对进气量的需求，使得内燃机在宽转速范围内保持高功率和热效率。
附图说明
图1为直线电机驱动的连续可变气门机构装配轴测图
图2为直线电机驱动的连续可变气门机构装配俯视图
图3为直线电机驱动的连续可变气门机构装配侧视图
图4为直线电机行程与气门升程关系图
图5为直线电机轴测图
图6为滑块正视图
图7为滑块轴测图
图8为定位轴轴测图
其中：1.直线电机2.电机轴3.螺栓4.滑块5.定位轴6.摇臂7.气门8.弹簧9.摇臂轴10.滚轮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案作进一步详细阐述：
如图1至图6所示，本发明由由直线电机(1)、螺栓(2)、滑块(3)、定位轴(4)、摇臂(5)、气门(6)、弹簧(7)、摇臂轴(8)、滚轮(9)构成。
在本发明中，在未做不同说明的情况下，发动机均指四冲程往复活塞式内燃发动机。
如图所示，滑块(3)中心孔分为2段阶梯孔，从前往后分别为第一阶梯孔和第二阶梯孔，第二阶梯孔的直径大于第一阶梯孔，同时所述第二阶梯孔的形状可与直线电机(1)的轴端部通过其配合面相配合，确定所述电机与所述滑块的相对位置，保证两者不会相对转动，同时使所述电机轴线与所述滑块运动方向平行。为了保证滑块(3)可沿所述电机轴轴向往复运动，所述电机轴端部设有一孔，其孔径与所述滑块第一阶梯孔孔径相同，通过内六角螺栓(2)将所述电机轴与所述滑块紧密连接，使与直线电机(1)相连的所述滑块可以沿所述电机轴轴向往复运动。
滑块(3)的顶部分别与定位轴(4)的容纳槽相配合，所述容纳槽用于容纳所述滑块的一部分，同时由于定位轴(4)安装于发动机机体上，其可对所述滑块进行滑动限位，这样当直线电机(1)推动或拉动所述滑块运动时，所述滑块仅可沿所述电机轴的轴向进行往复运动，而不会上下左右晃动。
滑块(3)的下部与滚轮(9)相接触，其下部由平面和1/4圆柱面构成，当直线电机(1)沿轴向向前推动所述滑块时，所述滑块下部的圆柱面部分将对所述滚轮施加向下的力，并通过带动摇臂(5)克服弹簧(7)绕摇臂轴(8)向下摆动，此时气门(6)被推开。当所述电机轴沿轴向向后拉动所述滑块时，所述弹簧通过所述摇臂带动所述滚轮沿着所述滑块的圆柱面绕所述摇臂轴向上摆动，直到所述滚轮与所述滑块下部的平面相接触时，所述摇臂停止向上摆动，所述气门随后落座。所述电机轴的行程应当小于所述滑块下部1/4圆柱面的半径R，这样可以避免所述滚轮脱离1/4圆柱面产生故障。
摇臂轴(8)穿过摇臂(5)孔，摇臂轴则固定于发动机机体上。当所述摇臂受到滑块(3)的压力大于弹簧(7)的力时，可以绕所述摇臂轴向下摆动，当所述摇臂受到滑块的压力小于所述弹簧的力时，其绕所述摇臂轴向上摆动。
为了缩减整个机构所占用的体积，将气门(6)和摇臂(5)的滚轮(9)安装于摇臂轴(8)的同一侧，为了避免滑块(3)与所述摇臂之间产生干涉，将所述滚轮放置于所述气门的外侧。所述摇臂将直线电机(1)的直线运动转换为所述气门的直线运动。当所述电机轴沿其轴线方向运动X距离时，所述气门运动距离为Y＝(R-(R2-X2)0.5)*(L1/L2)，通过编辑所述电机轴的速度曲线，可实现想要的气门升程曲线。当改变不同工况下所述电机轴的最大行程L时，对应的气门最大升程也改变，而这种调节不依赖于凸轮轴机构，是实时连续可变的，此时要保证所述电机轴的最大行程L不超过所述滑块下部1/4圆柱面的半径R。将所述直线电机与高精度的曲轴位置传感器相连，ECU通过控制所述电机轴的启停，可以精确控制所述气门的开启和关闭时刻，实现对气门正时的调节，在本发明的技术方案中，由于摆脱了凸轮轴结构，大大增加了气门正时的范围。

Claims (10)

1.直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征是由由由直线电机(1)、螺栓(2)、滑块(3)、定位轴(4)、摇臂(5)、气门(6)、弹簧(7)、摇臂轴(8)、滚轮(9)构成。所述滑块中心孔分为2段阶梯孔，从前往后分别为第一阶梯孔和第二阶梯孔，第二阶梯孔的直径大于第一阶梯孔，所述第二阶梯孔的形状可与所述电机轴的轴端部通过其配合面相配合。所述电机轴端部设有一孔，其孔径与所述滑块第一阶梯孔孔径相同，通过所述螺栓将所述电机轴与所述滑块紧密连接。所述滑块的顶部分别与所述定位轴的容纳槽相配合，容纳槽用于容纳所述滑块的一部分，所述定位轴安装于发动机机体上。所述滑块的下部由平面和1/4圆柱面构成，与所述滚轮相接触。摇臂轴(8)穿过摇臂(5)孔，摇臂轴则固定于发动机机体上。
2.按权利要求1所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，直线电机(1)轴轴端开设一孔，所述轴端切削用于与滑块(3)配合。
3.按权利要求2所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，滑块(3)开设阶梯孔，第一阶梯孔与直线电机(1)轴孔孔径相同，通过螺栓(2)连接，第二阶梯孔与所述直线电机轴轴端配合定位。
4.按权利要求3所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，滑块(3)顶部由斜面和平面构成用于与定位轴(4)配合。
5.按权利要求4所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，定位轴(4)安装于发动机机体上，用于与滑块(3)顶部相配合。
6.按权利要求5所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，滑块(3)下部由平面和1/4圆柱面相切构成。
7.按权利要求6所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，滚轮(9)和气门(6)位于摇臂轴(8)的同一侧，滑块(3)位于所述滚轮的上方。
8.按权利要求7所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，直线电机(1)行程大小不得超过滑块(3)下部圆柱面的半径。
9.按权利要求8所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，气门升程曲线由直线电机(1)的速度曲线控制。
10.按权利要求9所述的直线电机驱动的连续可变气门机构，其特征在于，气门升程和正时通过直线电机行程和启停时刻控制。
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