CN115898585A - 电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构 - Google Patents

Abstract

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构属于往复活塞式内燃机技术领域，通过挺柱内设置一个电机(17)，电机(17)的转动带动升程调节套筒(14)发生转动，而升程调节套筒外圆(14)具有螺旋结构，转动的同时会升起或降落，最终使挺柱的有效高度发生改变，最终使配气机构中凸轮(4)实际打开气门(2)的时刻改变，而气门(2)的最大升程将增加或减小。通过挺柱内电机(17)的正向、反向及转过的角度的控制，实现了对气门升程曲线的改变。另外，改变调节阀(8)的角度，可以调整挺柱内液压油流出的速度，从而改变柱塞(5)下降的速度，调整了机构的缓冲速度。本发明解决了在内燃机工作时对气门升程的实时可变控制，只需要对液压挺柱进行改动，容易实现低成本、高可靠性的产品。

Description

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构

技术领域

本发明属于汽车用往复活塞式内燃机技术领域，具体涉及一种可变气门升程装置。

背景技术

车用往复活塞式内燃机，采用凸轮驱动气门的开启和关闭。然而传统的内燃机凸轮型线与配气传动机构的结构是固定的，这就导致气门升程曲线相对于内燃机曲轴转角的变化规律是固定不可变的，气门开启和关闭的时刻、最大升程也不会改变。而汽车用内燃机的工况范围变化比较大，转速范围比较广，从几百转到上万转。在这种条件下工作的内燃机，进排气流动特性随着转速的变化也发生了较大的改变。固定不变的气门升程曲线往往只是在内燃机运转的某个转速条件下的最优选择，只有在这个工况下能够达到最优的充气效率和排气性能，而在其它转速下这种气门升程曲线的进排气性能则会变差。从而使发动机在高速区或低速区不能得到良好响应，这种折衷的凸轮型线设计是对发动机在全工况下的平衡性选择。可变气门升程机构能够根据内燃机转速的变化，实现不同的气门升程规律，从而能够使发动机在高速区和低速区都能得到最佳进排气性能的气门升程，从而改善发动机高速功率和低速扭矩。现在也有一些液压驱动式可变气门升程机构，但是这些机构基于液压系统的特性，对于液压系统要求比较高，液压油的温度、品质发生变化时，直接会影响气门升程控制的准确性，在实现精确控制气门升程方面存在较高难度，本发明基于电控技术的发展，采用电机驱动式变长度挺柱实现气门升程的可变控制，降低了对驱动机构的驱动要求，能够实现更好的发动机性能。

发明内容

本发明提供一种电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，实现方式为在挺柱内设置一个电机，通过电机的转动带动升程调节套筒发生转动，而升程调节套筒外圆具有螺旋结构，转动的同时会升起或降落，最终使挺柱的有效高度发生改变，最终使配气机构中凸轮实际打开气门的时刻改变，而气门的最大升程将增加或减小。通过挺柱内电机的正向、反向及转过的角度的控制，实现了对气门升程曲线的改变。另外，机构还设置了缓冲调节阀，根据发动机转速的不同，改变调节阀的角度，可以调整挺柱内液压油流出的速度，从而改变柱塞下降的速度，最终改变了凸轮转动开始驱动摇臂下压挺柱上的柱塞开始，到气门挺柱缩短至起作用这段时间机构的缓冲速度。

有益效果：

1.本发明解决了在内燃机工作时对气门升程进行实时可变控制的需求。

2.本发明只需要对原有发动机的挺柱进行重新设计，无需对发动机其它结构进行增加成本且影响强度结构性的改动。

3.本发明减小了对驱动系统的驱动力需求。

4.本发明利用电机驱动挺柱发生长度的改变实现气门升程的增加或减小的控制，容易实现低成本、高可靠性的产品。

5.本发明应用广泛，适用于汽油、柴油、天然气、液化石油气等多种燃料的内燃机。

附图说明

图1为电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构处于气门最小升程时的装配示意图。

图2为电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构气门最大升程时工作位置图。

图3为电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构气门最大升程凸轮工作在基圆时机构的示意图。

图4为电机驱动式变长度挺柱装配放大图。

其中：1.气缸盖、2.气门、3.摇臂、4.凸轮、5.柱塞、6.缓冲弹簧、7.密封帽、8.缓冲调节阀、9.缓冲调节阀孔、10.缸盖进回油孔、11.挺柱外壳油孔、12.升程调节套筒竖油孔、13.升程调节套筒横油孔、14.升程调节套筒、15.电机法兰、16.电机轴、17.电机、18.挺柱外壳。

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所示，本发明所涉及的电机驱动式变长度挺柱装置安装在四冲程往复活塞式内燃机的气缸盖(1)上，主要由气门(2)、摇臂(3)、凸轮(4)、柱塞(5)、缓冲弹簧(6)、密封帽(7)、缓冲调节阀(8)、缓冲调节阀孔(9)、缸盖进回油孔(10)、挺柱外壳油孔(11)、升程调节套筒竖油孔(12)、升程调节套筒横油孔(13)、升程调节套筒(14)、电机法兰(15)、电机轴(16)、电机(17)、挺柱外壳(18)组成。

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，电机(17)通过电机法兰(15)与挺柱外壳(18)相连接。电机轴(16)与升程调节套筒(14)相连接，升程调节套筒(14)外侧具有螺旋结构，通过螺旋结构与挺柱外壳(18)相连接。升程调节套筒(14)上半部分圆柱与密封帽(7)的内圆紧密贴合，升程调节套筒(14)上半部分圆柱的长度满足机构在工作过程中始终处于密封帽(7)内部圆柱内圆内。

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构的柱塞(5)位于密封帽(7)内圆内，柱塞(5)内部设置有缓冲弹簧(6)，柱塞(5)下侧具有凸缘结构，柱塞(5)凸缘的外圆直径与升程调节套筒(14)上半部分圆柱直径相同，与密封帽(7)内部圆柱相配合，柱塞(5)下侧的凸缘直径大于密封帽(7)上方内孔的直径。

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构的密封帽(7)外圆设置螺纹，与挺柱外壳(18)相连接，密封帽(7)外圆螺纹最下端为圆柱结构，直径小于螺纹的内径，密封帽(7)外圆螺纹最下端的长度不超过挺柱外壳油孔(11)的上沿。

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构的柱塞(5)下侧凸缘结构的最上边缘与密封帽(7)上方内孔下边缘之间的距离大于内圆密封帽(7)下侧圆柱的最下边缘与升程调节套筒(14)外侧的螺旋结构的最上边缘距离，内圆密封帽(7)下侧圆柱的最下边缘与升程调节套筒(14)外侧的螺旋结构的最上边缘距离大于机构可以调整的最大高度。

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构电机(17)的电机轴(16)长度最短保证升程调节套筒(14)升至最高时仍旧处于升程调节套筒(14)内圆之内，电机(17)的电机轴(16)长度最长保证升程调节套筒(14)降至最低时与升程调节套筒(14)内圆上顶面仍有间隙并且电机轴(16)不能关闭升程调节套筒横油孔(13)。

电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构在气缸盖(1)上装有缓冲调节阀(8)，缓冲调节阀(8)开有缓冲调节阀孔(9)，气缸盖(1)上开有缸盖进回油孔(10)，缸盖进回油孔(10)与缓冲调节阀孔(9)相连通，缓冲调节阀孔(9)与挺柱外壳油孔(11)相连通，挺柱外壳油孔(11)与升程调节套筒横油孔(13)相连通，升程调节套筒横油孔(13)与升程调节套筒竖油孔(12)相连通，升程调节套筒竖油孔(12)与柱塞(5)内腔相连通。

如图1所示，当电机轴(16)转动某一个角度，带动升程调节套筒(14)转动，由于升程调节套筒(14)外侧具有螺旋结构，在螺旋结构作用下相对于挺柱外壳(18)向下移动一段距离。当凸轮(4)从基圆转过到升程位置时，开始驱动摇臂(3)转动。摇臂(3)在挺柱一侧开始下移，推动柱塞(5)压缩缓冲弹簧(6)，柱塞(5)下降过程中，处于内部的液压油受压缩作用，通过升程调节套筒竖油孔(12)进入升程调节套筒横油孔(13)，然后流经挺柱外壳油孔(11)，到达缓冲调节阀孔(9)，进入缸盖进回油孔(10)，流回发动机。这个过程中缓冲弹簧(6)的刚度和液压油的流回速度决定了柱塞(5)向下运动的速度，对整个机构的下移起到缓冲作用。而此时气门(2)并不能开启。当柱塞(5)下降到凸缘下表面与升程调节套筒(14)的上表面相贴合时，挺柱的整个高度不再减小，凸轮(4)继续转动时，由于挺柱端不再发生长度的改变，摇臂(3)在气门(2)端就会克服气门弹簧的预紧力开始下移，打开气门(2)。

当升程调节套筒(14)底面与电机法兰(15)相接触时，如图1所示位置，柱塞(5)下降最大位移，然后才会驱动气门(2)，所以配气机构气门(2)开启的最高升程处于最小。

如图2所示，当电机轴(16)反方向转动某一个角度时，升程调节套筒(14)向上移动一段距离，柱塞(5)下移的距离减小，摇臂(3)在气门(2)端驱动气门(2)打开的时刻提前，气门(2)开启的最高升程增加。当升程调节套筒(14)外圆的上表面与挺柱外壳(18)最下边缘贴合后，升程调节套筒(14)不能再向上移动，此时柱塞(5)下移的距离最小，挺柱的总体高度最长，配气机构气门(2)开启的最高升程处于最大。

如图3所示，当凸轮(4)处于基圆位置时，柱塞(5)在缓冲弹簧(6)和液压油的作用下上升，保证与摇臂(3)紧密贴合，摇臂(3)与气门(2)尾端紧密贴合。缓冲弹簧(6)和液压油的作用力不能打开气门(2)，只起到整个传动链没有间隙和缓冲的作用。

如图4所示，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构的缓冲调节阀(8)转动某一角度后，缓冲调节阀孔(9)与挺柱外壳油孔(11)之间的角度发生改变，液压油通过的有效截面积发生改变，液压油受到节流作用，流出缸盖进回油孔(10)的速度增加或减小，这会直接影响柱塞(5)下移的速度。所以通过控制缓冲调节阀(8)转过的角度，就可以调整柱塞(5)下移的缓冲速度。

Claims (8)

1.电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，由气缸盖(1)、气门(2)、摇臂(3)、凸轮(4)、柱塞(5)、缓冲弹簧(6)、密封帽(7)、缓冲调节阀(8)、缓冲调节阀孔(9)、缸盖进回油孔(10)、挺柱外壳油孔(11)、升程调节套筒竖油孔(12)、升程调节套筒横油孔(13)、升程调节套筒(14)、电机法兰(15)、电机轴(16)、电机(17)、挺柱外壳(18)组成。

2.按权利要求1所述，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，其特征在于电机(17)通过电机法兰(15)与挺柱外壳(18)相连接。电机轴(16)与升程调节套筒(14)相连接，升程调节套筒(14)外侧具有螺旋结构，升程调节套筒(14)外侧的螺旋结构与挺柱外壳(18)内侧的螺旋结构相连接。

3.按权利要求1所述，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，其特征在于升程调节套筒(14)上半部分圆柱与密封帽(7)内圆紧密贴合，升程调节套筒(14)上半部分圆柱的长度满足机构在工作过程中始终处于密封帽(7)内部圆柱内圆内。

4.按权利要求1所述，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，其特征在于柱塞(5)位于密封帽(7)内圆内，柱塞(5)内部设置有缓冲弹簧(6)，柱塞(5)下侧具有凸缘结构，柱塞(5)凸缘的外圆直径与升程调节套筒(14)上半部分圆柱直径相同，与密封帽(7)内部圆柱相配合，柱塞(5)下侧的凸缘直径大于密封帽(7)上方内孔的直径。

5.按权利要求1所述，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，其特征在于密封帽(7)外圆设置螺纹，与挺柱外壳(18)相连接，密封帽(7)外圆螺纹最下端为圆柱结构，直径小于螺纹的内径，密封帽(7)外圆螺纹最下端的长度不超过挺柱外壳油孔(11)的上沿。

6.按权利要求1所述，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，其特征在于柱塞(5)下侧凸缘结构的最上边缘与密封帽(7)上方内孔下边缘之间的距离大于内圆密封帽(7)下侧圆柱的最下边缘与升程调节套筒(14)外侧的螺旋结构的最上边缘距离，内圆密封帽(7)下侧圆柱的最下边缘与升程调节套筒(14)外侧的螺旋结构的最上边缘距离大于机构可以调整的最大高度。

7.按权利要求1所述，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，其特征在于电机(17)的电机轴(16)长度最短保证升程调节套筒(14)升至最高时仍旧处于升程调节套筒(14)内圆之内，电机(17)的电机轴(16)长度最长保证升程调节套筒(14)降至最低时与升程调节套筒(14)内圆上顶面仍有间隙并且电机轴(16)不能关闭升程调节套筒横油孔(13)。

8.按权利要求1所述，电机驱动式变长度挺柱可变气门升程机构，其特征在于气缸盖(1)上装有缓冲调节阀(8)，缓冲调节阀(8)开有缓冲调节阀孔(9)，气缸盖(1)上开有缸盖进回油孔(10)，缸盖进回油孔(10)与缓冲调节阀孔(9)相连通，缓冲调节阀孔(9)与挺柱外壳油孔(11)相连通，挺柱外壳油孔(11)与升程调节套筒横油孔(13)相连通，升程调节套筒横油孔(13)与升程调节套筒竖油孔(12)相连通，升程调节套筒竖油孔(12)与柱塞(5)内腔相连通。

Images