CN204572106U - 可变阀扬程机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型关于一种可变阀扬程机构，其设置于一引擎的一汽缸头中，该汽缸头具有一容置空间，容置一凸轮轴座。该可变阀扬程机构包括一凸轮轴、一偏心轴、一进气摇臂、一进气门阀以及一控制系统。所述凸轮轴设置于凸轮轴座上，套设有一进气凸轮，系以凸轮轴座作为枢转中心来旋转。偏心轴耦接一电动马达，可通过电动马达驱动调整偏心轴的偏心位置。因此，随着不同的引擎运转状态，利用偏心控制进气摇臂的方式，给予不同选择的汽门间隙大小，同时侦测偏心轴旋转角度，藉以回馈控制汽门的开启扬程，达到一种连续可变汽门正时，提升引擎性能及降低油耗与污染。

Description

可变阀扬程机构

技术领域

本实用新型关于一种可变阀扬程机构，尤指一种适用于机车引擎系统的可变阀扬程机构。

背景技术

近年来，由于世界各国环保法规的严格要求与能源危机的问题，因此各汽机车制造厂积极地研发低污染、低油耗与高性能的引擎。传统上固定汽门正时的引擎在各负载下将渐渐无法满足以上的需求。

因此，许多有关于可变汽门正时的相关专利纷纷出现，如中国台湾证书号186952、189156、189157、189158、189159、189109号皆揭露有一种可变阀扬程机构，使用复数凸轮轴在不同时机切换凸轮组，藉以调整进汽门阀与汽缸头入口的距离(亦即扬程)，其细节如下所述。

请参阅图5，系现有可变阀扬程机构的分解图。图中所出示的一种可变阀扬程机构主要由一凸轮轴935、一第一凸轮926、一第二凸轮934、一排气凸轮936、一摇臂轴916、一第一摇臂99、一第二摇臂913、一排气摇臂937以及一切换机构980所构成。

其中，第一凸轮926、第二凸轮934和排气凸轮936均设置于凸轮轴935上，而第一凸轮926和第二凸轮934具有不同的扬程，第一凸轮926的扬程较大，亦即阀作动时其进气量较大，而第二凸轮934的扬程较小，亦即阀作动时其进气量较小。第一摇臂99及第二摇臂913皆设置于摇臂轴916上，其中第一摇臂具有一第一顶出部991，用以与第一进气阀938连接；第二摇臂913具有一第二顶出部931，用以与第二进气阀939连接。切换机构980设置在第二摇臂913内，用以使第二摇臂913与第一摇臂99结合或分开，由一油压缸(图未示)、一活塞92、一弹性构件93以及一油压通路(图未示)所构成，其以一油封盖91封闭该油压缸。

然而，上述该技术通过二凸轮分别搭配二进气摇臂，并采用两段式的阀开启扬程的调整方式，其仅具备有复数阶段式可变汽门正时的功能，无法针对汽门相位(汽门开或关的角度)、汽门重迭角(汽门开启的角度)或汽门扬程(汽门关闭至开启的位移)进行连续性的切换汽门正时，故仍无法提供引擎最佳的马力输出。

实用新型内容

本实用新型的主要目的系在提供一种可变阀扬程机构，其用于一引擎上，利用偏心控制进气摇臂的方式，同时侦测一偏心轴旋转角度，藉以回馈控制汽门的开启扬程，达到一种连续可变汽门正时，提升引擎性能及降低油耗与污染。

为达成上述目的，本实用新型的可变阀扬程机构改变传统进气摇臂的机构设计，提供一种包含连续可调进气门阀的控制系统，而该可变阀扬程机构设置于一引擎的一汽缸头中，该汽缸头具有一容置空间，容置一凸轮轴座。其中，本实用新型的可变阀扬程机构包括一凸轮轴、一偏心轴、一进气摇臂、一进气门阀以及一控制系统。所述凸轮轴设置于凸轮轴座上，套设有一进气凸轮，以该凸轮轴座作为枢转中心来旋转。偏心轴耦接一电动马达，可通过电动马达驱动调整偏心轴的偏心位置。而在偏心轴上套设有进气摇臂，其末端与进气凸轮相抵接，可随着凸轮的相位变化而有相对应的高低起伏。此外，进气门阀穿设于一位在容置空间内的进气门阀弹簧座中，作为汽缸头进气量的控制机构，包括一门阀部及一顶出部，顶出部与进气摇臂具有一可变量的汽门间隙，藉以控制进气门阀的进气量及进气时机。此外，所述控制系统包括一参数控制器、一马达控制器及一角度位置感知器。参数控制器接收引擎转速及油门的状态信息并电耦接马达控制器，可提供偏心轴偏心位置的初始期望值，而角度位置感知器侦测电动马达的相位变化，发出一回馈信号至与角度位置感知器电耦接的马达控制器，用以回授控制进气门阀的开启扬程，调整至最佳的汽门重迭角与扬程。

其中，当引擎于低转速时，可减少偏心轴的一垂直方向偏心距以提升汽门间隙，因此降低进气门阀的开启扬程。亦即，进气摇臂将会位于一低扬程位置，其与进气门阀之间存在较大的汽门间隙，使得顶出部较难以顶推进气门阀，而有较小的开启扬程。

换言之，当引擎于高转速时，可增加偏心轴的一垂直方向偏心距以降低汽门间隙，因此提升进气门阀的开启扬程。亦即，进气摇臂将会位于一高扬程位置，其与进气门阀之间存在较小的汽门间隙，使得顶出部较易于顶推进气门阀，而有较大的开启扬程。

所述可变阀扬程机构的偏心轴与凸轮轴可为平行设置。因此，在凸轮抵顶进气摇臂的过程中，若两者的转轴为平行排列时，较易掌控彼此的位置关系，可精准地控制汽门间隙。

所述进气摇臂可还包括一回复弹簧，确保进气摇臂一直抵顶进气阀门，减少该摇臂与阀门间作动撞击声。

以上概述与接下来的详细说明皆为示范性质是为了进一步说明本实用新型。而有关本实用新型的其它目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1系本实用新型较佳实施例的可变阀扬程机构的剖视图。

图2系本实用新型较佳实施例的可变阀扬程机构的分解图。

图3系本实用新型较佳实施例的可变阀扬程机构的控制系统流程图。

图4系本实用新型较佳实施例的可变阀扬程机构的阀开启扬程-曲轴旋转角度的关系图。

图5系现有可变阀扬程机构的分解图。

【符号说明】

1      引擎                      2     汽缸头

20     容置空间                 202   套管

201    凸轮轴座                 21    进气门阀弹簧座

22     排气门阀弹簧座           23    汽缸头盖

231    通孔                     3     凸轮轴

31     进气凸轮                 32    排气凸轮

40     电动马达                 41    偏心轴

411    偏心距                   42    摇臂轴

43     螺旋齿轮组               431   大螺旋齿轮

432    小螺旋齿轮               51    进气摇臂

510    进气摇臂                 511   回复弹簧

52     排气摇臂                 521   回复弹簧

60     汽门间隙                 601   高扬程位置

602    低扬程位置               61    进气门阀

611    门阀部                   612   顶出部

62     排气门阀                 621   门阀部

622    顶出部                   7     控制系统

71     参数控制器               72    马达控制器

73     角度位置感知器           91    油封盖

913    第二摇臂                 916   摇臂轴

92     活塞                     926   第一凸轮

93     弹性构件                 931   第二顶出部

934    第二凸轮                 935   凸轮轴

936    排气凸轮                 937   排气摇臂

938    第一进气阀               939   第二进气阀

980    切换机构                 99    第一摇臂

991    第一顶出部

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本实用新型，现结合附图描绘本实用新型的实施例。

请参阅图1及图2，系本实用新型较佳实施例的可变阀扬程机构的剖视图及分解图。图中出示一种可变阀扬程机构，设置于一引擎1的一汽缸头2中，该汽缸头2具有一容置空间20，容置一凸轮轴座201。该可变阀扬程机构包括：一凸轮轴3、一偏心轴41、一进气摇臂51、一进气门阀61及一控制系统7(图未示)。其中，可变阀扬程机构设置于引擎1的进气端，而在排气端则设有：一摇臂轴42、一排气摇臂52及一排气门阀62，其为传统阀扬程机构，用以控制汽缸头2排气时的汽门正时。

在本实施例中，凸轮轴3设置于凸轮轴座201上，套设有一进气凸轮31及一排气凸轮32。而所述的进气凸轮31及一排气凸轮32分别抵顶进气摇臂51及排气摇臂52的末端边缘处，该进气摇臂51套设于电耦接一电动马达40的偏心轴41上，且在该偏心轴41上另套有一回复弹簧511，使得进气摇臂51一直抵顶该进气门阀61，达到开启及关闭进气阀门的作用；而排气摇臂52则设置于一摇臂轴42上，摇臂轴42穿设于凸轮轴座201的一套管202中，且在摇臂轴42上另套有一回复弹簧521，其功效同上所述。

其中，所述的凸轮轴3、偏心轴41及摇臂轴42皆为平行设置，因此，在进气凸轮31及一排气凸轮32分别抵顶进气摇臂51及排气摇臂52的过程中，若各转轴皆为平行排列时，较易掌控彼此的位置关系，可精准地控制顶推的距离，进而易于控制阀开启扬程。

接着，在引擎1的汽缸头2内固设有一进气门阀弹簧座21及一排气门阀弹簧座22，其座体外围以弹性材质制成，提供门阀开启后的回复力。在本实施例的进气侧，系将一进气门阀61穿设于进气门阀弹簧座21中，作为汽缸头2进气量的控制机构，包括一门阀部611及一顶出部612，该顶出部612与进气摇臂51具有一可变量的汽门间隙60，该汽门间隙60除了可作为控制阀开启扬程之外，也可做为热涨冷缩的控制余隙；而在排气侧，系将一排气门阀62穿设于排气门阀弹簧座22中，作为汽缸头2排气量的控制机构，包括一门阀部621及一顶出部622，顶出部622紧邻排气摇臂52，其间微小间隙，可做为在热涨冷缩时门阀能够完成关闭。

上述容置空间20以及汽缸头2内的零件结构以一汽缸头盖23包覆于其上，并以复数锁附件将其锁附于该汽缸头2上，而在本实施例中，汽缸头盖23具有一通孔231，系将偏心轴41穿设于其中，连接内部的进气摇臂51，并将电动马达40固定在汽缸头盖23上。此外，电动马达40与偏心轴41以一螺旋齿轮组43，包括一大螺旋齿轮431与一小螺旋齿轮432，在本实施例中为一正交螺旋齿轮组，将电动马达40所提供的枢转动能传递至偏心轴41上，用以调整偏心轴41轴心的所在位置。其中，本实施例所采用的螺旋齿轮组43除了能啮合带动偏心轴41轴心的作用外，同时兼具有防逆轮、防耗电过热的情况产生。亦即，当电动马达40驱动偏心轴41于适当的位置时，马达控制器72不通电给电动马达40，通过螺旋齿轮组43的自锁作用，使得偏心轴41固定不转动。

接着，请参阅图3，系本实用新型较佳实施例的可变阀扬程机构的控制系统流程图。如图所示，本实用新型可变阀扬程机构的控制系统7包括一参数控制器71、一马达控制器72、一角度位置感知器73、一电动马达40与一偏心轴41的偏心距411。参数控制器71电耦接马达控制器72，并依据油门开启度、引擎转速与引擎温度，计算出最佳期望位置给马达控制器72，用以控制与该电动马达40耦接的偏心轴41的轴心位置。请同时参阅图1，偏心轴41的轴心位置与原管径中心位置之间的垂直方向间距称之为偏心距411，偏心距411的距离大小与汽门间隙60、可变阀扬程息息相关。其中，当引擎于低转速时，系减少偏心轴41的一偏心距411以提升汽门间隙60，因此降低进气门阀61的开启扬程。反之，当引擎于高转速时，系增加偏心轴41的一偏心距411以降低汽门间隙60，因此提升进气门阀61的开启扬程。此外，本实施例更设有一角度位置感知器73，设置于大螺旋齿轮431的外表面上，侦测电动马达40的相位变化，发出一回馈信号至与角度位置感知器73电耦接的马达控制器72，用以回授控制进气门阀61的开启扬程。

换言之，请再次参阅图1，如图中以实线绘制的进气摇臂51所示，位于一高扬程位置601，其与进气门阀61之间存在较小的汽门间隙60，使得顶出部612较易于顶推进气门阀61，而有较大的开启扬程。反之，如图中以虚线绘制的进气摇臂510所示，位于一低扬程位置602，其与进气门阀61之间存在较大的汽门间隙60，使得顶出部612较难以顶推进气门阀611，而有较小的开启扬程。因此，通过驱动电动马达40微调偏心轴41的偏心距411，达到一种连续可变汽门正时，提升引擎性能及降低油耗与污染。

上述控制系统所达到的连续可变汽门正时，可参照图4所示，系本实用新型较佳实施例的可变阀扬程机构的阀开启扬程-曲轴旋转角度的关系图。纵轴坐标表示阀开启扬程，横轴坐标表示曲轴旋转角度。其中，本实用新型所采用四冲程引擎的工作原理依据汽缸内活塞移动的位置来区分，因此每隔180度依序到达一次上死点(T.D.C)或下死点(B.D.C)的位置，而由0度开始在每个区间内依序分为动力、排气、进气、压缩四个工作行程，而在本实用新型中所改良的可变阀扬程机构着重在进气行程的段区间内，达到连续可变汽门的重迭角与扬程。

其中，进气行程利用活塞在下移时产生的吸力，将进气歧管中原本静止的气体吸入汽缸之内。由于吸入的气体需要有加速的过程，同时还需要克服歧管内的摩擦阻力，所以在实际使用时，也会将进气门阀的开启正时略为提前，同时将排气门阀的关闭正时略为延后。此外，在本实施例中，强调利用偏心控制进气摇臂的方式，同时侦测偏心轴旋转角度，藉以回馈控制汽门的开启扬程。如图所示，进气区间内在不同的偏心距的情况下，可提供各种连续的阀开启扬程，并对应曲轴不同的旋转角度，可绘出连续可变的曲线关系图。因此，当引擎在低转速时，可降低阀开启扬程，以避免多余废气回流汽缸头，改善低流动速率的油气供应；随着转速的增加，进气摇臂被移动到高扬程位置，除了可增加进气量，获得充足的油气供应，同时重迭角的微幅增加也延长了进排气阀门同时开启的时间，马力因此获得提升，使得引擎性能更加强化，同时达到减少油耗、减少污染等优点。

虽然通过实施例描绘了本实用新型，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，就可使本实用新型有许多变形和变化，本实用新型的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种可变阀扬程机构，其特征在于，设置于一引擎的一汽缸头中，该汽缸头具有一容置空间，容置一凸轮轴座，该可变阀扬程机构包括；

一凸轮轴，设置于该凸轮轴座上，套设有一进气凸轮；

一偏心轴，耦接一电动马达；

一进气摇臂，套设于该偏心轴上，且与该进气凸轮相抵接；

一进气门阀，穿设于一位在该容置空间内的进气门阀弹簧座中，作为该汽缸头进气量的控制机构，包括一门阀部及一顶出部，该顶出部与该进气摇臂具有一可变量的汽门间隙；以及

一控制系统，包括一参数控制器、一马达控制器及一角度位置感知器，该参数控制器接收引擎及油门的状态信息并电耦接该马达控制器，而该角度位置感知器侦测该电动马达的相位变化，发出一回馈信号至与该角度位置感知器电耦接的该马达控制器，用以回授控制该进气门阀的开启扬程。

2.如权利要求1所述的可变阀扬程机构，其特征在于，当该引擎于低转速时，减少该偏心轴的一偏心距以提升该汽门间隙，因此降低该进气门阀的开启扬程。

3.如权利要求1所述的可变阀扬程机构，其特征在于，当该引擎于高转速时，增加该偏心轴的一偏心距以降低该汽门间隙，因此提升该进气门阀的开启扬程。

4.如权利要求1所述的可变阀扬程机构，其特征在于，该偏心轴与该凸轮轴平行设置。

5.如权利要求1所述的可变阀扬程机构，其特征在于，该进气摇臂还包括一回复弹簧。