CN204663607U - 内燃机进排气阀驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种内燃机进排气阀驱动装置，包括凸轮（1），摇臂（2），其特征在于，还包括：水平调节机构（3），所述水平调节机构（3）包括水平调节件（4）和垂直限位件（5），所述水平调节件（4）可移动地位于垂直限位件（5）和摇臂（2）之间；和垂直调节机构（6），所述垂直调节机构（6）包括垂直调节件（9）和水平限位槽（7），所述垂直调节件（9）可相对移动地位于所述水平限位槽（7）中。

Description

内燃机进排气阀驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种内燃机进排气阀驱动装置，特别涉及一种具有可变内燃机进排气阀行程的驱动装置，该装置包括凸轮和摇臂。

背景技术

对于汽油机而言，由于经常在部分负荷工况下运转，残余废气系数较高，故如何提高发动机燃烧工作稳定性，减小部分负荷时泵气损失，组织快速的燃烧过程，提高燃烧效率就极为重要。因此，在发动机部分负荷时希望通过较小的气门升程，提高进气压差，增加通过气门的气流速度，增加湍流强度，提高火焰传播速度和燃烧速度，组织快速的燃烧过程。而在发动机高速高负荷时需要采用较大的气门升程，以最大程度地减小流动阻力，提高气缸的填充系数，满足发动机高速时的动力性需求。

除了调节发动机的进气量需求外，为了在汽油机或柴油机上实现米勒循环、实施内部EGR、改变有效压缩比、改善燃烧效率、实现部分停缸、实现低温燃烧或HCCI燃烧以提高发动机的燃油经济性和降低尾气污染物的排放的需求；改善冷启动性能、实现大功率的发动机刹车等增加发动机的商品性等需求都可以通过可变气门升程机构实现。关于这些应用另有文献论述，不再累述。

面对发动机节油和排放日益严格的要求，为了满足发动机在不同转速及扭矩下对气流控制的要求，对发动机不同工况进行优化从而改善发动机的节油和排放性能等需求出发，出现了如日本专利特开平11-107725，德国专利DE10123186，美国专利US5365895，日本专利特开2001-263015等可以进行将内燃机阀门的最大升程进行调节的机构的技术方案。

日本专利特开平2-221614中公开了一种在同一根凸轮轴上安装2个适用于不同工况的凸轮，例如一个是用于高速，另一个是用于低速。为了提高对不同工况的适应能力，在实际应用中也有安装3个凸轮的情况，在不同的工况切换使用不同的凸轮，属于不连续的气门升程可调机构。但是对于目前发动机日益复杂的控制需求，这种技术方案就难以满足了。

其中，日本专利特开平11-107725采用了4连杆式可变机构，用其中的一个节点作为驱动，用另一个节点作为调节，可以对发动机气门的升程进行不间断的连续调节。该结构的特点是针对挺杯式气门机构比较有效。但是由于采用了4连杆机构导致运动零件增多，使摩擦副增多，导致摩擦阻力加大。系统体积增大，使系统惯性增大，导致驱动功率增大。为了满足系统精度的要求，需要提高各个零部件的制造精度，导致较高的制造成本；由于系统的复杂性较高，也加大了实现系统可靠性目标的成本。

其中德国专利DE10123186是一种针对具有摇臂的气门系统的可变机构，也是连续可变的。其特点是在主摇臂上增加了一个副摇臂，由凸轮驱动原来的主摇臂改为凸轮直接驱动副摇臂，再由调节轴调节从副摇臂传递给主摇臂的运动量从而达到调节气门的升程，实现升程可变。该技术方案由于增加了副摇臂及其配件，不可避免的使系统运动零件增多，摩擦副增多，导致摩擦阻力加大。体积增大，使系统惯性增大，导致驱动功率增大。该系统同样也有着使零部件制造成本增加和实现系统可靠性目标的成本增加的问题。

日本专利特开2001-263015是一种针对具有摇臂的气门系统的可变机构，也是连续可变的。其特点是在摇臂和凸轮之间增加了两个副摇臂，这两个副摇臂通过一个具有螺旋齿的轴连接，通过推拉具有螺旋齿的轴来改变两个副摇臂之间的夹角，从而达到调节凸轮到主摇臂之间运动量的传递比例，实现气门升程的调节。该技术方案由于增加了两个副摇臂，同样不可避免的使系统运动零件增多，体积增大，导致系统惯性大，需要较大的驱动功率。特别是使用具有螺旋齿的轴来控制调节时，由于摩擦副众多，会使调节升程时所需要的功率大幅度增加，这会导致驱动系统体积的加大和成本的提高。另外，具有螺旋齿的轴和副摇臂的加工成本也是大大高于普通的摇臂和摇臂轴。该技术方案同样具有运动零件多，体积大，摩擦副多，摩擦阻力大，系统惯性大，需要较大的驱动功率和零部件制造成本高以及实现系统可靠性目标的成本高的问题。

美国专利US5365895公开了一种用于内燃机的可变进排气阀升程装置，其阀门的最大升程也是连续可变的。该专利公开的技术方案采用改变摇臂摆动中心位置的方式来改变内燃机进排气阀的升程。根据该实用新型，采用齿轮齿条相互配合来改变摇臂的摆动中心位置，由此改变内燃机进排气阀升程。但是，齿轮齿条加工复杂，成本高。此外，采用齿轮齿条工作付时，调节机构所包含的零件多，从而导致调节机构结构复杂，除去制造加工的难度大外，工作可靠性也随之降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种内燃机进排气阀驱动装置，该装置能够在保持内燃机进排气阀的调节功能的前提下，以简单的结构实现对内燃机进排气阀升程的调节和控制。

为实现上述实用新型目的，根据本实用新型提供一种内燃机进排气阀驱动装置，包括凸轮，摇臂，还包括：

水平调节机构，所述水平调节机构包括水平调节件和垂直限位件，所述水平调节件可移动地位于垂直限位件和摇臂之间；和

垂直调节机构，所述垂直调节机构包括垂直调节件和水平限位槽，所述垂直调节件可相对移动地位于所述水平限位槽中。

根据本实用新型，所述凸轮位于所述摇臂的一侧，所述水平调节机构位于所述摇臂的另一侧。

根据本实用新型，所述垂直调节件为一个变直径圆柱体，其中部直径大于两端的直径，所述水平限位槽为一个设置在摇臂之中或之外的、封闭的或部分敞开的贯通槽，所述垂直调节件的中部可滚动地位于所述水平限位槽中。

根据本实用新型，当水平限位槽设置在摇臂之中时，所述摇臂为一个细长体，其一端设有驱动工作面一端设有用于支承滚轮的支承孔，所述垂直调节件可移动地位于所述水平限位槽中；

当水平限位槽设置在摇臂之外时，所述摇臂为一个细长体，其一端的下侧设有驱动工作面，其另一端设有用于支承所述滚轮的支承孔，所述滚轮与所述垂直调节件同轴设置，所述滚轮可滚动地抵靠在所述凸轮上，所述垂直调节件可移动地位于设置于摇臂之外的水平限位槽中。

所述垂直调节件为一个矩形体，其中设有通孔，所述水平限位槽为一个设置在摇臂之中或之外的、封闭的或部分敞开的贯通槽，所述矩形的垂直调节件可滑动地位于所述水平限位槽中。

根据本实用新型，所述摇臂为一个细长体，其一端的下侧设有驱动工作面，其另一端设有与凸轮接触的工作面，该另一端设有通孔，矩形的垂直调节件通过销轴可转动地支承于水平限位槽中。

根据本实用新型，所述摇臂上设有支承工作面，所述垂直限位件设有限位工作面，所述水平调节件分别所述支承工作面和所述限位工作面相接触地设置于所述支承工作面和所述限位工作面之间。

根据本实用新型，所述水平调节件为变直径圆柱体，且可移动地位于所述支承工作面和所述限位工作面之间。

根据本实用新型，所述支承工作面和所述限位工作面为相互平行的曲面。

根据本实用新型，所述水平限位槽为向着水平调节件方向弯曲的弧形槽。这种弧形槽将有效地避免摇臂与内燃机进排气阀阀杆之间在工作过程中出现的相对滑动。由于避免了滑动，因此摩擦副之间的磨损被有效降低，摩擦阻力减小或避免，因此降低或消除了摩擦功耗。

由于本发明采用了简单的相对滚动或滑动的运动副来调节和限制摇臂的位置以及运动，而不是像现有技术那样采用加工制造复杂的齿轮齿条实现调节，从而大大简化了驱动装置的结构。同时可以看出，本发明的滚动或滑动运动副结构比齿轮齿条结构简单，因此整个装置的工作可靠性高，故障率低。此外，根据本发明的装置的加工制造简单容易。

本发明的机构具有零件少，所需空间小，特别是运动零件少，摩擦副少，运动惯量小因而需要较小的驱动功率，零部件加工简单因而制造成本低，可靠性高的优点。由此，可以方便地安装在发动机上，有利于在发动机上的总体布局，加大了设计的自由度。同时，由于结构简单，能够有效地保证驱动装置可靠地运动和工作，能够有效地降低制造成本，并使得安装和维修更加简单和容易，并能够大大提高系统的可靠性。

附图说明

图1为表示根据本实用新型实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的示意图；

图2为表示根据本实用新型的另一个实施方式的立体示意图，其中表示了敞开式的水平限位槽；

图3为表示根据本实用新型另一个实施方式的立体示意图，其中表示设置于摇臂之外的水平限位槽；

图4示意性表示根据本实用新型的驱动装置的工作原理；

图5表示根据本实用新型另一个实施方式的驱动装置，其中包括矩形的垂直调节件。

图6是根据本实用新型的另一个实施方式，其中表示了水平限位槽在摇臂上的不同位置。

具体实施方式

下面针对本实用新型具体实施方式的描述所涉及的水平、垂直、上、下、左、右均以附图，尤其是附图1中所示意性表示的具体实施方式而言。即，图1中的水平方向为描述中的水平方向，图1中的垂直方向为描述中的垂直方向，图1中向上的方向为描述中的上，图1中向下的方向为描述中的下。描述中的水平、垂直、上、下、左、右仅为方便理解清楚理解本实用新型的具体实施方式。

图1示意性的表示了根据本实用新型的内燃机进排气阀驱动装置的一个实施方式。这种驱动装置尤其适用于驱动内燃机进排气阀阀杆的运动。

图1所示的内燃机进排气阀驱动装置包括凸轮1、摇臂2、水平调节机构3和垂直调节机构6。在图1所示的实施方式中，通过调节水平调节机构3中的水平调节件4在图中沿左右方向的移动距离控制内燃机进排气阀的升程大小。当调节结束后，水平调节件4的位置固定。此时，当凸轮1转动时，例如沿图1中逆时针方向转动时，将通过滚轮15带动摇臂2在图1中的右端以水平调节件4为支点向上摆动。而摇臂2的另一端，即带有工作面13的一端则在图中逆时针向下摆动，从而驱动阀杆16向下移动。在图1所示的根据本实用新型的实施方式中，摇臂2以水平调节件4为支点构成一个杠杆。水平调节件4的位置不同，造成杠杆臂长不同。最终导致凸轮1旋转角度所对应的阀杆16的行程不同，即内燃机进排气阀的升程不同。

在图1所示的实施方式中，摇臂2的一端可转动地支承有滚轮15，滚轮15与凸轮1滚动接触并由凸轮1驱动，其另一端通过工作面13与内燃机进排气阀阀杆16接触并驱动阀杆16。在此实施方式中，凸轮1与阀杆16位于摇臂2的同一侧，例如图1所示，位于摇臂2的下方。在图1所示的实施方式中，摇臂2的上方设置有水平调节机构3，摇臂2靠近凸轮1的一端附近设置有垂直调节机构6。

根据本实用新型的实施方式，水平调节结构3包括水平调节件4和垂直限位件5。垂直限位件5的作用在于限制水平调节件4在垂直方向的位置，即限制水平调节件4在垂直方向的任何位移，并允许其根据驱动指令在水平方向上位移。因此，在本实施方式中，垂直限位件5的位置是固定的。其下表面上设有限位工作面12。根据本实用新型，限位工作面12是一个平直的、沿水平方向设置的表面。而摇臂2上设有与之对应的支承工作面11。在根据本实用新型的装置处于非工作状态，也就是说没有驱动内燃机进排气阀工作时，支承工作面11和限位工作面12之间的距离是固定的。当然，当根据本实用新型的装置处于工作状态时，由于摇臂2在工作过程中是摆动的，所以上述支承工作面11和限位工作面12之间的距离是变化的。水平调节件4设置于支承工作面11和限位工作面12之间，当根据本实用新型的装置处于非工作状态时能够在与两个工作面相接触的条件下在两个工作面之间滚动或滑动，以便在限位工作面12配合支承工作面11的约束下，在图中没有表示的驱动机构的驱动下，沿着支承工作面11移动。水平调节件4的上述运动，最终实现对内燃机进排气阀升程的调节。

根据图1所示的实施方式，在摇臂2靠近凸轮1的一端还设置有垂直调节机构6。在本实施方式中，垂直调节机构6包括设置在摇臂2上的一个贯通的水平限位槽7和位于该槽中的垂直调节件9。水平限位槽7的作用在于限制垂直调节件9在图1中水平方向上的位移。在本实施方式中，水平限位槽7为一个细长槽；而垂直调节件9为一个圆柱体，最好是变直径的圆柱体，例如一根台阶轴。垂直调节件9的大致中间部分、最好是直径最大的部分位于水平限位槽7中，并且其直径与水平限位槽7的宽度相匹配。因此，水平限位槽7与垂直调节件9不能在图中所示的水平方向上相对运动，只能在垂直方向相对运动。由于在根据本实用新型的实施方式的结构中，垂直调节件9的位置是固定的，所以水平限位槽7在图1中左右方向上的位置也是固定的。根据本实施方式，又由于水平限位槽7是一个开设在摇臂2上的细长槽，因此摇臂2在图1中水平方向上的位置由垂直调节件9限定。但由于水平限位槽7是一个细长槽，所以摇臂2可以在图中的垂直方向移动，即两者可以相对移动。根据本实用新型，水平限位槽7和垂直调节件9构成一个相互可动配合的运动副。由此实现对摇臂2在水平方向的定位，并允许其在垂直方向移动。附图中表示的是一个根据本实用新型的优选实施方式,根据水平限位槽7的功能可以在摇臂2上灵活设置其位置。在实现水平限位槽7的功能的前提下，甚至于可以不将水平限位槽7设置在摇臂2上，而是根据具体的结构条件设置在摇臂2之外。这种方式将在下面的实施方式中具体描述。

如图1所示，由于在摇臂2上设置水平限位槽7，所以使得摇臂2相应部位的机械强度降低。为此，可以如图所示地在摇臂2的下侧加设加强筋提高其强度。在图1所示的实施方式中，水平限位槽7是一个封闭的细长槽。这种结构的优点是整个摇臂2的强度相对较高。由此提高了驱动装置的可靠性。

图2以立体图的形式进一步表示了根据本实用新型的另一个具体实施方式。在该实施方式中，水平限位槽7被设置成一个局部敞开的贯通槽，即其上部是敞开的。当然，可以理解的是，也可以朝向图中所示向下的方向局部敞开。这种实施方式的结构的优点在于安装、维修方便。

图3示意性表示了根据本实用新型的另一个具体实施方式。如图3所示，其中的矩形体17示意性表示位于摇臂2之外的，即与摇臂2不是一体结构的、包含水平限位槽7的固定件。实际结构是否设置或包含该矩形体17并不重要，此处表示的是水平限位槽7设置于摇臂2之外的情况。在该实施方式中，由于水平限位槽7设置于摇臂2之外，所以使得制造工艺进一步简化，同时更有利于安装和维修。

根据本实施方式，滚轮15与垂直调节件9同轴设置。即滚轮15设置于中间，而垂直调节件9同轴地设置其两侧。这种结构进一步简化了根据本实用新型的内燃机进排气阀驱动装置的结构，使得根据本实用新型的装置结构更加紧凑、制造更加简单。同时由于水平限位槽7与摇臂2为两个零件，因此安装和维修更容易。

图4进一步示意性表示了根据本实用新型的实施方式的调节过程。如图4所示，水平调节件4的位置可以在图中未示出的驱动装置的驱动下沿图中水平方向移动，从而改变杠杆臂之比。同样，当凸轮1沿图中逆时针方向转动时，滚轮15也在水平限位槽7中移动。图中以虚线的方式表示了调节和运动时的不同状态和位置。图中还示意性地表示附加的复位弹簧。这种复位弹簧仅仅是一种优化的选择，而并非是必要的结构。

图5示意性表示了根据本实用新型的又一种具体实施方式。从图中可以清晰地看出，支承工作面11和限位工作面12不是平面，而是曲面。从图中可以看出，两个曲面彼此相互平行地设置。这样设置可以进一步增加设计自由度，以方便进行对内燃机进排气阀升程的设定。当然这种曲面即可如图中实线所示向上弯曲，也可以如图中虚线所示向下弯曲。

同样如图5右侧所示，垂直调节件9也可以是一个矩形件，其上设有通孔18。一个销轴20从通孔18中穿过对其提供支承。矩形件可以在销轴20上旋转，由此实现对摇臂2的运动约束。虽然图中没有表示但当然可以想象的是，当水平限位槽7设置在摇臂2上时，垂直调节件9依然也可以具有矩形的外形。

从附图5还可以看到，在该实施方式中，摇臂2与凸轮1接近的一端上没有设置滚轮15，而是代之以一个工作面19。工作面19直接抵靠在凸轮1上。在本实施方式中，当凸轮1转动时，直接通过摇臂2上的工作面19驱动摇臂2运动。这种结构无疑更为简单，因此制造成本更低，安装和维修更加方便，工作的可靠性也相应地更高。

如图6所示是根据本实用新型的另一个优选实施方式。在该实施方式中，将水平限位槽7和与之配合的垂直调节件9设置在图中的左侧，即靠近内燃机进排气阀阀杆的一侧。在这个实施方式中，根据本实用新型的驱动装置的工作原理和调节原理与上面描述的其他实施方式是相同的，区别在于水平限位槽7在摇臂2上的位置不同。由此可见，水平限位槽7可以根据需要设置在摇臂2上的不同位置，但其所实现的作用和功能与前述实施方式相同。

根据本实用新型的另一个实施方式，无论是根据图1或图6所示的设置在摇臂2上的水平限位槽7，还是根据图3或4所示的设置在摇臂2之外的水平限位槽7，都是一个弧形槽。即，槽的内壁为弯曲的弧线，并且相对的内壁相互平行地弯曲。这种弯曲的弧形槽，可以避免在根据本实用新型的驱动装置工作时，摇臂2与进排气阀的阀杆16之间出现滑动。由于避免了滑动，因此有效地降低了磨损。这将有效地延长根据本实用新型的装置的工作寿命。

Claims (10)

1.一种内燃机进排气阀驱动装置，包括凸轮（1），摇臂（2），其特征在于，还包括：

水平调节机构（3），所述水平调节机构（3）包括水平调节件（4）和垂直限位件（5），所述水平调节件（4）可移动地位于垂直限位件（5）和摇臂（2）之间；和

垂直调节机构（6），所述垂直调节机构（6）包括垂直调节件（9）和水平限位槽（7），所述垂直调节件（9）可相对移动地位于所述水平限位槽（7）中。

2.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述凸轮（1）位于所述摇臂（2）的一侧，所述水平调节机构（3）位于所述摇臂（2）的另一侧。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述垂直调节件（9）为一个变直径圆柱体，其中部直径大于两端的直径，所述水平限位槽（7）为一个设置在摇臂（2）之中或之外的、封闭的或部分敞开的贯通槽，所述垂直调节件（9）的中部可滚动地位于所述水平限位槽（7）中。

4.根据权利要求3所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，当水平限位槽（7）设置在摇臂（2）之中时，所述摇臂（2）为一个细长体，其一端设有驱动工作面（13），其另一端设有用于支承滚轮（15）的支承孔（14），所述垂直调节件（9）可相对移动地位于所述水平限位槽（7）中；

当水平限位槽（7）设置在摇臂（2）之外时，所述摇臂（2）为一个细长体，其一端的下侧设有驱动工作面（13），其另一端设有用于支承所述滚轮（15）的支承孔（14），所述滚轮（15）与所述垂直调节件（9）同轴设置，所述滚轮（15）可滚动地抵靠在所述凸轮（1）上，所述垂直调节件（9）可移动地位于设置于摇臂（2）之外的水平限位槽（7）中。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述垂直调节件（9）为一个矩形体，其中设有通孔（18），所述水平限位槽（7）为一个设置在摇臂（2）之中或之外的、封闭的或部分敞开的贯通槽，所述矩形的垂直调节件（9）可相对滑动地位于所述水平限位槽（7）中。

6.根据权利要求5所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述摇臂（2）为一个细长体，其一端的下侧设有驱动工作面（13），其另一端设有与凸轮（1）接触的工作面(19)，该另一端设有通孔（18），矩形的垂直调节件（9）通过销轴（20）可转动地支承于水平限位槽（7）中。

7.根据权利要求1或2所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述摇臂（2）上设有支承工作面（11），所述垂直限位件（5）设有限位工作面（12），在所述驱动装置处于非工作状态时，所述支承工作面（11）以恒定的间距与所述限位工作面（12）相对设置。

8.根据权利要求7所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述水平调节件（4）为变直径圆柱体，且可移动地位于所述支承工作面（11）和所述限位工作面（12）之间。

9.根据权利要求7所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述支承工作面（11）和所述限位工作面（12）为相互平行的曲面。

10.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述水平限位槽（7）为向着水平调节件（4）方向弯曲的弧形槽。