CN203362251U - 汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构，它由摇臂组件、驱动组件、气门组件等组成。摇臂组件包括滑动摇臂、调节摇臂、支架和支架滚轮、复位弹簧；驱动组件包括步进电机、齿轮、调节曲轴。步进电机在发动机电脑板的控制下，由步进电机驱动调节曲轴实现对发动机气门升程和气门正时连续可变的控制。同为一个机构同时完成连续可变气门升程和正时的两项功能，有效改善发动机的进、排气条件，减少进、排气阻力，进一步降低发动机的功率损耗，又能充分发挥发动机的动力输出和降低油耗、降低排放的良好效果。本实用新型结构紧凑简单、成本低、效率高、使用寿命长，而且各种类型汽车发动机的进、排气系统都适用。

Description

汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，涉及一种汽车发动机连续可变气门升程机构。 

背景技术

为了提高汽车发动机的动力性、燃油经济性以及排放指标，在汽车发动机上采用分级可变气门升程和连续可变气门升程技术。从目前汽车市场上看，拥有汽车发动机连续可变气门升程技术的厂家并不多，而且他们的连续可变气门升程机构，在功能上普遍是随着气门升程幅度的增加，发动机进、排气的提前角和延迟角都在同等角度的随着增加，存在进、排气的提前角和延迟角未能和发动机的工况变化进行相应变化的缺陷，所以他们的连续可变气门升程机构，不论设置在发动机的进气系统或排气系统，都无法单独实现发动机在不同工况所需相应的配气相位技术要求。因此，他们不得不另增加设置一个连续可变气门正时机构，以配合连续可变气门升程机构，对汽车发动机进、排气的提前角和延迟角进行修正。产品结构比较复杂，成本高；同时也给维修保养带来困难，维修保养费用高。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑简单、成本低、性能可靠，又能充分发挥汽车发动机的动力输出和降低油耗、降低排放的汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构。 

本发明是通过下述的技术方案来实现：

汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构，包括驱动组件、摇臂组件、气门组件，摇臂组件和气门组件它们的组件数与发动机的缸数相匹配；与现有技术不同的是：所述的摇臂组件包括滑动摇臂，所述滑动摇臂分为摇臂大头和摇臂小头，摇臂大头为圆环状，摇臂小头设有小圆洞眼，摇臂小头的顶部还设有弧形滑动面；

所述左调节摇臂、右调节摇臂都分别设有调节摇臂大头和调节摇臂小头，大头为大圆环状，小头为小圆环状；调节摇臂大头通过其圆心作中线，分为上部分和下部分，用镙钉将上部分和下部分固定在一起；

所述支架为H型形状，在H型的两头分别设有对开的小圆洞眼，一头通过滑动摇臂小头销与滑动摇臂的小头相连接，另一头则通过支架滚轮轴与左调节摇臂的小头、右调节摇臂的小头、支架滚轮连接在一起；

所述复位弹簧的圈径大于滑动摇臂轴颈的直径，套在调节曲轴上，一头卡在调节曲轴轴承座的下部，另一头则卡在滑动摇臂的中部。

所述驱动组件的调节曲轴上设有主轴颈、滑动摇臂轴颈、左调节摇臂轴颈、右调节摇臂轴颈；所述的滑动摇臂轴颈设置在左调节摇臂轴颈和右调节摇臂轴颈两者之中间，与滑动摇臂的大头相连接；所述的左调节摇臂轴颈、右调节摇臂轴颈，分别与左调节摇臂和右调节摇臂的大头相连接；所述主轴颈、滑动摇臂轴颈、调节摇臂轴颈它们的数量与发动机的缸数相匹配；所述调节曲轴里还设置有贯通全轴的中心润滑油道，主轴颈、滑动摇臂轴颈、左调节摇臂轴颈、右调节摇臂轴颈，它们都分别设有对开的径向润滑油道，并且与中心润滑油道相通；所述中心润滑油道两头分别用金属圆球物堵油，润滑油从调节曲轴的一头主轴颈油道流进，从另一头的主轴颈油道回油。

所述气门组件的气门罩上面设有气门罩滚轮轴左轴承座和右轴承座，气门罩通过气门罩滚轮轴左轴承座和右轴承座连接气门罩滚轮轴，气门罩滚轮轴连接气门罩滚轮，气门罩则罩在气门间隙调整垫片、气门、气门弹簧之上。

发动机电脑板连接步进电机，步进电机通过安装在调节曲轴上的齿轮连接调节曲轴，调节曲轴上设有的左调节摇臂轴颈和右调节摇臂轴颈，分别与左调节摇臂和右调节摇臂的大头连接，调节曲轴上设有的滑动摇臂轴颈则与滑动摇臂的大头连接；支架一头通过滑动摇臂小头销连接滑动摇臂小头，支架的另一头则通过支架滚轮轴将左调节摇臂的小头、右调节摇臂的小头、支架滚轮连接在一起；复位弹簧套在调节曲轴上，一头卡在调节曲轴轴承座的下部，另一头则卡在滑动摇臂的中部，以适当的弹力，一是保证滑动摇臂小头的复位，二是保证支架滚轮随时紧贴凸轮轴的凸轮，避免产生敲击现象。

本发明通过驱动组件和摇臂组件来实现气门升程和气门正时的连续可变功能。发动机处于怠速或小油门低转速工况时，本机构不工作，由凸轮轴的凸轮来驱动摇臂组件，实现气门的开启和关闭，完成发动机的进、排气功能。这时，发动机气门升程的幅度以及进、排气的提前角和延迟角仍然停留在初始设置的位置上。当发动机处于中等油门和中等转速以上工况时，发动机电脑板启动步进电机，由步进电机驱动调节曲轴实现气门升程和正时的连续可变功能。这时，发动机气门升程的幅度以及进、排气的提前角和延迟角，都在随着发动机工况的变化而变化。因而，适应汽车发动机在不同工况所需的动力输出，同时提高汽车发动机的动力性、燃油经济性以及排放指标。

本发明的特点和优点：

1.采用曲轴摇臂结构，实现气门升程和气门正时的连续可变功能，而且气门升程量大，有效改善发动机的进、排气条件，减少进、排气阻力，进一步降低发动机的功率损耗，又能达到提高汽车发动机的动力输出和降低油耗、降低排放的良好效果。

2.结构紧凑简单，实现一个机构能同时完成发动机连续可变气门升程和连续可变气门正时的两项功能。

    3.气门开闭采用滚动装置，摩擦阻力小，既降低发动机的功率损耗，又能发挥发动机的动力输出。

    4.结构简单、成本低、效率高、使用寿命长。

附图说明

图1为发动机处于怠速或小油门低转速工况气门关闭状态时本机构的结构示意图； 

图2为发动机处于怠速或小油门低转速工况气门开启状态时本机构的结构示意图；

图3为发动机处于大油门高转速工况气门关闭状态时本机构的结构示意图；

图4为发动机处于大油门高转速工况气门开启状态时本机构的结构示意图；

    图5为本机构部分零部件的连接结构示意图；

图6为滑动摇臂的结构示意图；

    图7为调节摇臂的结构示意图；

图8为支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。 

实施例：

本发明是根据曲轴原理和三角形对角边原理来设计的，采用曲轴摇臂结构，实现发动机气门升程和气门正时的连续可变功能，而且各种类型汽车发动机的进气系统或排气系统都适用，本例以应用在汽车发动机的进气系统为例。

参照图1至图5，本发明控制机构，主要由发动机电脑板1、步进电机2、步进电机2的转动轴外露部分设为螺旋杆，齿轮3、调节曲轴4，调节曲轴4上设置有主轴颈、滑动摇臂轴颈5、左调节摇臂轴颈6、右调节摇臂轴颈7，调节曲轴4里还设置有贯穿全轴的中心润滑油道，主轴颈、滑动摇臂轴颈5、左调节摇臂轴颈6、右调节摇臂轴颈7，它们都分别设有径向对开的润滑油道，并与中心润滑油道相通。中心润滑油道两头分别用金属圆球物堵油，润滑油从调节曲轴的一头主轴颈油道流进，从另一头的主轴颈油道回油，并且回油末端孔径比进油道孔径略小一些，这样既防止润滑油道产生气堵，又能使润滑油道有足够的油压，保证连接活动部位有良好的润滑条件，以延长零件的使用寿命。调节曲轴4的主要作用：一是用于调节气门升程和气门正时，二是滑动摇臂后座力的主撑轴，详见附图5；滑动摇臂8，滑动摇臂8分为摇臂大头和摇臂小头，摇臂大头为圆环状，摇臂小头设有小圆洞眼，摇臂小头的顶部还设有弧形滑动面，详见附图1至附图4、附图6。滑动摇臂小头销9、滑动摇臂小头销卡簧10，左调节摇臂11、右调节摇臂12、它们都分别设有调节摇臂大头和调节摇臂小头，大头为大圆环状，小头为小圆环状。调节摇臂大头通过其圆心作中线，分为上部分和下部分，用镙钉将上部分和下部分固定在一起，此设计主要是便于安装，详见附图7；支架13，支架13为H型形状，在H型的两头分别设有对开的小圆洞眼，详见附图8。支架滚轮轴14、支架滚轮15、支架滚轮轴卡簧16、复位弹簧17，复位弹簧17的圈径大于滑动摇臂轴颈的直径，主要是便于安装，详见附图5；凸轮18，凸轮18为椭圆形状，设为椭圆形状主要是有利于支架滚轮15在其椭圆周上平顺滚动。从它的形状看，似乎超出发动机配气相位所需的提前角和延迟角，实际上并没有超出，因为在设计滑动摇臂8小头顶部弧形滑动面的时侯，是结合凸轮18来计算其弧度的；气门罩19，气门罩19上设置有气门罩滚轮轴左轴承座20和右轴承座21，主要用于安装气门罩滚轮轴22和气门罩滚轮23，其次是使气门罩19起到定位的作用，详见附图1至附图4；气门罩滚轮轴卡簧24、气门间隙调整垫片25、气门26、气门弹簧27、调节曲轴轴承座28等组成。

它们零件之间的连接关系如附图1至附图5中所示，发动机电脑板1连接步进电机2，步进电机2的螺旋杆通过安装在调节曲轴4上的齿轮3连接调节曲轴4，调节曲轴4上设有的左调节摇臂轴颈6和右调节摇臂轴颈7，分别与左调节摇臂11的大头和右调节摇臂12的大头相连接；滑动摇臂8的大头与设置在调节曲轴4上的滑动摇臂轴颈5相连接，滑动摇臂8的小头则通过滑动摇臂小头销9与支架13的一头相连接，安装时用滑动摇臂小头销卡簧10锁定滑动摇臂小头销9。支架13的另一头通过支架滚轮轴14与左调节摇臂11的小头、右调节摇臂12的小头、支架滚轮15连接在一起，并用支架滚轮轴卡簧16锁定支架滚轮轴14。左调节摇臂11的小头和右调节摇臂12的小头分别置在支架13的H型两边，支架滚轮15则置在支架13的H型中间，使其滚动自如为宜；复位弹簧17套在调节曲轴4上，一头卡在调节曲轴轴承座28的下部，另一头则卡在滑动摇臂8的中部，以适当的弹力，一是保证滑动摇臂8小头的复位，二是保证支架滚轮15随时紧贴凸轮18，以避免产生敲击现象；气门罩滚轮23连接气门罩滚轮轴22，气门罩滚轮轴22则通过气门罩滚轮轴左轴承座20和右轴承座21连接气门罩19，并用气门罩滚轮轴卡簧24锁定气门罩滚轮轴22。气门罩19则罩在气门间隙调整垫片25、气门26、气门弹簧27之上。附图1至附图4中凸轮18右下角的箭头方向为凸轮18转动的方向，此转动方向为本控制机构适用于发动机的进气系统，反之则为本控制机构适用于发动机的排气系统。

当汽车发动机处于怠速或小油门低转速工况时，发动机电脑板1采集的信息，包括发动机转速、节气门开度、节气门气流速度、空气温度、散热水温度等，不符合设置的启动信息，发动机电脑板1不发出启动指令信号，步进电机2不转动，控制机构不工作，发动机的气门升程和气门正时仍然停留在初始设置的位置上。发动机运转时，作为主动的凸轮18转动超过基圆部分时即设置的凸出部分，凸轮18将动力顺序传递给支架滚轮15、支架滚轮轴14、支架13、滑动摇臂小头销9，于是滑动摇臂8小头被推开一定的距离，滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面就滑动挤压气门罩滚轮23。这时气门罩滚轮23一方面滚动，一方面挤压气门罩滚轮轴22，将动力又传递给气门罩滚轮轴左轴承座20和右轴承座21、气门罩19、气门间隙调整垫片25、气门26、从而克服气门弹簧27的弹力，气门26打开。这时，由于滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面只至中段挤压到气门罩滚轮23，所以气门26打开的升程幅度不大，详见附图2气门26的升程线表示。当凸轮18又转回到基圆部分时，动力传递消失，在气门弹簧27和复位弹簧17的双重作用下，滑动摇臂8小头又回到原来的位置上，滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面离开气门罩滚轮23，气门26关闭。只要发动机处于小油门低转速工况，气门的开闭就如此周而复始。

发动机处于小油门低转速工况时，虽然本机构不工作，但这个机构的设置仍然对发动机提高动力和扭矩创造了有利的条件：一、由于这时气门升程的幅度小，气门弹簧受压的行程短，气门弹簧产生的阻力小，从而降低了发动机低速运转时的功率损耗。二、由于这时气门打开的幅度小，使气门在进气时产生急旋气流，有利于燃油的充分雾化和燃烧，从而使发动机怠速稳定、降低油耗、提高发动机低转速的动力和扭矩。三、从附图1和附图2可知，进气门关闭时，支架滚轮15的圆心与凸轮18的圆心连线同在一条设定的中心线上，详见附图1凸轮18中的点划线表示。而气门打开至最大值时，支架滚轮15的圆心与凸轮18的圆心连线，与原设定的中心线落后了一定的角度，详见附图2凸轮18中的虚线表示，说明进气门打开的最大值更靠近于进气延迟角和气缸内负压容积最大值的活塞下点。因此，有利于降低发动机的进气阻力，提高进气速度，从而提高发动机的动力和扭矩。

当汽车发动机处于中等油门和中等转速以上工况时，发动机电脑板1采集的信息符合设置的启动信息，发动机电脑板1发出启动指令信号，步进电机2转动，由步进电机2的螺旋杆驱动安装在调节曲轴4上的齿轮3，从而推动调节曲轴4作反时针转动一定的角度，使设置在调节曲轴4上的左调节摇臂轴颈6和右调节摇臂轴颈7，分别带动安装在其上的左调节摇臂11的大头和右调节摇臂12的大头同时由高位向低位移动，使安装在左调节摇臂11和右调节摇臂12小头上的支架滚轮15，随着凸轮18转动的方向，并绕凸轮18一定的角度。当凸轮18未转到超过基圆部分时，凸轮18不向支架滚轮15传递动力，滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面仍未接触到气门罩滚轮23，气门26处于关闭状态，详见附图3。当凸轮18转到超过基圆部分时即设置的凸出部分，凸轮18将动力顺序传递给支架滚轮15、支架滚轮轴14、支架13、滑动摇臂小头销9、滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面、气门罩滚轮23、气门罩滚轮轴22、气门罩滚轮轴左轴承座20和右轴承座21、气门罩19、气门间隙调整垫片25、气门26、从而克服气门弹簧27的弹力，气门26打开。如发动机处于大油门高转速工况时，滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面直至尾端都挤压到气门罩滚轮23，这时气门26打开的升程幅度最大，详见附图4气门26的升程线表示。然而，发动机气门升程幅度大，进气量大，从而提高发动机的动力输出。

从附图1和附图3对比可知，进气门同为关闭状态。当发动机处于小油门低转速工况时，控制机构不工作，调节曲轴4不转动，左调节摇臂11和右调节摇臂12不推动支架滚轮15移位，支架滚轮15的圆心与凸轮18的圆心连线同在一条设定的中心线上，详见附图1凸轮18中的点划线表示，说明发动机的进气延迟角仍然停留在初始设置的位置上。当发动机处于大油门高转速工况时，由于控制机构工作，步进电机2驱动调节曲轴4作反时针转动一定的角度，左调节摇臂11和右调节摇臂12同时推动支架滚轮15移位，使支架滚轮15随着凸轮18转动的方向，并绕凸轮18一定的角度。这时，支架滚轮15的圆心与凸轮18的圆心连线，落后于原设定的中心线一定的角度，详见附图3凸轮18中的虚线表示，显然这时的进气延迟角比初始设置的进气延迟角大。说明发动机进气延迟角是随着发动机油门和转速的增加而增加，因而实现了发动机连续可变气门正时，利用了气流产生的充气效应，从使汽车发动机高速动力强劲，所以本机构起到了汽车发动机连续可变气门正时的控制作用。

从附图2和附图4对比可知，进气门同为开启状态。当发动机处于小油门低转速工况时，控制机构不工作，步进电机2不驱动调节曲轴4转动，滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面只至中段挤压到气门罩滚轮23，所以气门26打开的升程幅度不大，详见附图2气门26的升程线表示。当发动机处于大油门高转速工况时，控制机构工作，步进电机2驱动调节曲轴4转动，滑动摇臂8小头顶部的弧形滑动面直至尾端都挤压到气门罩滚轮23，所以气门26打开的升程幅度最大，详见附图4气门26的升程线表示。由此可知，进气门升程的幅度是随着发动机油门和转速的增加而增加，因而实现了发动机连续可变气门升程，适应汽车发动机在不同工况所需的动力输出，所以本机构起到了汽车发动机连续可变气门升程的控制作用。

综合上述，本机构能自行以连续可变气门正时配合连续可变气门升程，对发动机的进气提前角和延迟角进行同步互补修正，同为一个机构同时实现两项功能，既是汽车发动机连续可变气门升程机构，又是汽车发动机连续可变气门正时机构。然而，结构紧凑简单、成本低、效率高，既充分发挥汽车发动机的动力输出，又能达到降低油耗、降低排放的良好效果。

Claims (3)

1.汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构，包括驱动组件、摇臂组件、气门组件，摇臂组件和气门组件它们的组件数与发动机的缸数相匹配；其特征在于：所述的摇臂组件包括滑动摇臂（8），所述滑动摇臂（8）分为摇臂大头和摇臂小头，摇臂大头为圆环状，摇臂小头设有小圆洞眼，摇臂小头的顶部还设有弧形滑动面；

左调节摇臂（11）、右调节摇臂（12），所述左调节摇臂（11）、右调节摇臂（12）都分别设有调节摇臂大头和调节摇臂小头，大头为大圆环状，小头为小圆环状；调节摇臂大头通过其圆心作中线，分为上部分和下部分，用镙钉将上部分和下部分固定在一起；

支架（13），所述支架（13）为H型形状，在H型的两头分别设有对开的小圆洞眼，一头通过滑动摇臂小头销（9）与滑动摇臂（8）的小头相连接，另一头则通过支架滚轮轴（14）与左调节摇臂（11）的小头、右调节摇臂（12）的小头、支架滚轮（15）连接在一起；

复位弹簧（17），所述复位弹簧（17）的圈径大于滑动摇臂轴颈的直径，套在调节曲轴（4）上，一头卡在调节曲轴轴承座（28）的下部，另一头则卡在滑动摇臂（8）的中部。

2.根据权利要求1所述的汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构，其特征在于：所述驱动组件的调节曲轴（4）上设有主轴颈、滑动摇臂轴颈（5）、左调节摇臂轴颈（6）、右调节摇臂轴颈（7）；所述的滑动摇臂轴颈（5）设置在左调节摇臂轴颈（6）和右调节摇臂轴颈（7）两者之中间，与滑动摇臂（8）的大头相连接；所述的左调节摇臂轴颈（6）、右调节摇臂轴颈（7），分别与左调节摇臂（11）和右调节摇臂（12）的大头相连接；所述主轴颈、滑动摇臂轴颈、调节摇臂轴颈它们的数量与发动机的缸数相匹配；所述调节曲轴（4）里还设置有贯通全轴的中心润滑油道，主轴颈、滑动摇臂轴颈（5）、左调节摇臂轴颈（6）、右调节摇臂轴颈（7），它们都分别设有对开的径向润滑油道，并且与中心润滑油道相通；所述中心润滑油道两头分别用金属圆球物堵油，润滑油从调节曲轴（4）的一头主轴颈油道流进，从另一头的主轴颈油道回油。

3.  根据权利要求1所述的汽车发动机连续可变气门升程和正时二合一机构，其特征在于：所述气门组件的气门罩（19）上面设有气门罩滚轮轴左轴承座（20）和右轴承座（21），气门罩（19）通过气门罩滚轮轴左轴承座（20）和右轴承座（21）连接气门罩滚轮轴（22），气门罩滚轮轴（22）连接气门罩滚轮（23）。

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