CN209212330U - 一种车辆发动机系统及可变气门升程装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆发动机系统及可变气门升程装置，该装置包括平行设置的主凸轮轴、摇臂轴和副凸轮轴；本实用新型所提供的可变气门升程装置可以分为两种模式，第一种模式为常态模式，该模式下摇臂仅受主凸轮轴上的主凸轮作用，在主凸轮与第一滚轮的作用下，摇臂带动气门上下运动，按照主凸轮的型线开启或者关闭气缸。第二种模式为变升程模式，该模式下，摇臂同时受到主凸轮和副凸轮的作用，在主凸轮线型和副凸轮线型的综合作用下，带动气门开启和关闭气缸；本实用新型所提供的可变气门升程装置可以根据发动机工况实现气门升程的调节，可以使发动机获得最佳的动力性能和燃油经济性。

Description

一种车辆发动机系统及可变气门升程装置

技术领域

本实用新型涉及发动机控制技术领域，特别涉及一种车辆发动机系统及可变气门升程装置。

背景技术

可变气门升程装置是内燃发动机不可缺少的重要部件之一。可变气门升程装置包括凸轮、摇臂和气门等主要部件。

可变气门升程装置工作原理具体如下：当发动机曲轴旋转时，凸轮也开始旋转，凸轮上偏圆心的凸出部分对应着摇臂，摇臂又对应着气门。当凸轮的突出部分转动至下方时，在下方的气门摇臂就会在压力作用下动作，然后将凸轮传递过来的力再传向气门。这时气门在压力的作用下向下运动，来完成打开气缸进气通道或者排气通道。

当凸轮的凸出部分经过半圈运动转向上方时，气门会在气门弹簧的反作用力下，向上升起，完成关闭进气通道或者排气通道。

实用新型内容

本实用新型提供一种可变气门升程装置，包括平行设置的主凸轮轴、摇臂轴和副凸轮轴；所述主凸轮轴上设置有主凸轮；所述摇臂轴上设有摇臂，所述摇臂上设置有第一滚轮、第二滚轮和气门；所述副凸轮轴上至少设置有一个副凸轮；所述可变气门升程装置还包括驱动部件，驱动所述副凸轮与所述第二滚轮分离或接触；

常态模式下，所述副凸轮与所述第二滚轮处于分离状态，所述气门仅在所述主凸轮和所述第一滚轮配合作用下动作；

变升程模式下，所述驱动部件驱动副凸轮与所述第二滚轮接触，所述气门在所述主凸轮与所述第一滚轮、所述副凸轮与所述第二滚轮的共同作用下动作。

本实用新型所提供的可变气门升程装置可以分为两种模式，第一种模式为常态模式，该模式下摇臂仅受主凸轮轴上的主凸轮作用，在主凸轮与第一滚轮的作用下，摇臂带动气门上下运动，按照主凸轮的型线开启或者关闭气缸。第二种模式为变升程模式，该模式下，摇臂同时受到主凸轮和副凸轮的作用，在主凸轮线型和副凸轮线型的综合作用下，带动气门开启和关闭气缸。

本实用新型所提供的可变气门升程装置可以根据发动机工况实现气门升程的调节，可以使发动机获得最佳的动力性能和燃油经济性。

可选的，所述第一滚轮设置于所述摇臂轴且二者同轴，所述第二滚轮和所述气门设置于所述第一滚轮的两侧，并且所述第一滚轮和所述第二滚轮轴向平行。

可选的，所述驱动部件驱动所述副凸轮轴沿轴向往复运动，以实现所述副凸轮与所述第二滚轮的分离或接触。

可选的，所述副凸轮轴上还设置有支撑滚轮，常态模式下，所述第二滚轮可支撑配合于所述支撑滚轮的表面。

可选的，各所述副凸轮的基圆与所述支撑滚轮直径相等，当所述副凸轮运动至与所述支撑滚轮等径位置时，所述驱动部件驱动所述副凸轮轴轴向移动。

可选的，所述副凸轮的个数至少为两个，各所述副凸轮沿轴向依次布置于所述副凸轮轴；所述驱动部件驱动所述副凸轮轴至不同位置以实现不同所述副凸轮与所述第二滚轮接触配合。

可选的，各所述副凸轮布置于所述支撑滚轮的两侧。

可选的，还包括控制器，所述控制器根据发动机的运行工况控制驱动部件动作，以使所述副凸轮轴位于不同的轴向位置。

可选的，所述副凸轮轴与所述凸轮轴同步且同向转动。

此外，本实用新型提供了一种车辆发动机系统，包括发动机本体以及可变气门升程装置，所述可变气门升程装置为上述任一项所述的可变气门升程装置。

车辆发动机系统具有上述可变气门升程装置，其也具有可变气门升程装置的上述技术效果。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例中可变气门升程装置的结构示意图；

图2为图1所示可变气门升程装置的俯视图；

图3为图1所示可变气门升程装置的侧视图。

其中，图1至图3中附图标记和部件名称之间的一一对应关系如下所示：

主凸轮轴10、主凸轮11；

摇臂轴20、第一滚轮21、摇臂22、第二滚轮23；

副凸轮轴30、副凸轮31、副凸轮32、支撑滚轮33、驱动部件34；

气门40；

控制器50。

具体实施方式

如何提高发动机的动力性能是本领域内技术人员一直不断追求的目标。本文发现气门的开启程度与发动机运行工况之间具有一定的关系，发动机相同运行工况下，气门开启不同，发动机的动力性能是不同的，当然车辆的燃油经济性也不相同。但是现有技术中一旦凸轮恒定，不论发动机处于何种运行工况，气门的开启是相同的，这成为制约发动机性能提高的一重要因素。

也就是说，本文发现发动机的动力性能或燃油经济性与气门的开启具有直接的关系。如何控制气门的开启，进而提高发动机的动力性能或者燃油经济性是本文研究的重要问题。

在上述发现的基础上，本文对气门以及控制气门开启、关闭的机构进行了深入研究，并且提出了一种能够适应不同发动机运动工况的可变气门升程装置，进而大大提高了发动机的动力性能和燃油经济性，具体描述详见下文。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本实用新型一种实施例中可变气门升程装置的结构示意图；图2为图1所示可变气门升程装置的俯视图；图3为图1所示可变气门升程装置的侧视图。

本实用新型提供了一种可变气门升程装置，其主要作用是控制发动机气门的开启和关闭。可变气门升程装置包括平行设置的主凸轮轴10、摇臂轴20和副凸轮轴30，也就是说主凸轮轴10、摇臂轴20和副凸轮轴30三者的轴向平行，当然为了实现可变气门升程装置的上述功能，三者必然是不同轴。主凸轮轴10、摇臂轴20和副凸轮轴30之间的间距可以根据主凸轮轴10、副凸轮轴30上零部件的大小、位置选择合适间距，本文在此对于三者之间的距离不做具体限定。本领域内技术人员通过本文的描述显然可以对主凸轮轴10、副凸轮轴30和摇臂轴20之间的距离做合适选取。

主凸轮轴10和副凸轮轴30均为输入动力轴，主凸轮轴10和副凸轮轴30可以均有常规正时传动系统驱动，保持相同的旋转方向和速度，当然，主凸轮轴10和副凸轮轴30也可以由其他系统驱动，驱动主凸轮轴10和副凸轮轴30的动力部件本文不做详述。

其中，主凸轮轴10上设置有主凸轮11；摇臂轴20上设有摇臂22，摇臂22可以围绕其与摇臂轴20的连接点转动，例如摇臂22与摇臂轴20可以枢接或者铰接，驱动摇臂22，摇臂22可以围绕摇臂22与摇臂轴20的连接点转动。

摇臂22上设置有第一滚轮21、第二滚轮23和气门40。气门40的一端连接到摇臂22上，当然气门40的连接点、摇臂22与摇臂轴20的连接点非同一点。气门40与摇臂22的连接本文不做过多介绍，可以参考现有技术。

本实用新型中副凸轮轴30上至少设置有一个副凸轮，副凸轮可以为两个或者两个以上，各副凸轮的型线可以各不相同。图中给出了设置两个副凸轮：副凸轮31和副凸轮32。副凸轮设置的个数主要取决于气门控制精度。通常各副凸轮可以同轴设置。

本实用新型中的可变气门升程装置还包括驱动部件34，驱动部件34的主要作用为驱动副凸轮与第二滚轮23分离或接触。

常态模式下，副凸轮与第二滚轮23处于分离状态，气门40仅在主凸轮11和第一滚轮21配合作用下动作；也就是说，此时主凸轮11与第一滚轮21接触配合，受主凸轮11的型线的作用，第一滚轮21的位置改变进而带动摇臂22运动，从而实现摇臂22上连接的气门40上下运动，气门40向下运动打开气缸；气门40向上运动关闭气缸。

变升程模式下，驱动部件34驱动副凸轮与第二滚轮23接触，在主凸轮11与第一滚轮21、副凸轮与第二滚轮23的共同作用下动作。也就是说，控制器50可以根据发动机运行工况判断气缸的开启大小，进而选择合适的副凸轮与第二滚轮23接触配合，此时摇臂22的运动轨迹是综合主凸轮11与第一滚轮21、副凸轮与第二滚轮23共同作用实现的。

通过以上描述可知，本实用新型所提供的可变气门升程装置可以分为两种模式，第一种模式为常态模式，该模式下摇臂22仅受主凸轮轴10上的主凸轮11作用，在主凸轮11与第一滚轮21的作用下，摇臂22带动气门40上下运动，按照主凸轮11的型线开启或者关闭气缸。第二种模式为变升程模式，该模式下，摇臂22同时受到主凸轮11和副凸轮的作用，在主凸轮11线型和副凸轮线型的综合作用下，带动气门开启和关闭气缸。

本实用新型所提供的可变气门升程装置可以根据发动机工况实现气门升程的调节，可以使发动机获得最佳的动力性能和燃油经济性。

在一种具体实施方式中，第一滚轮21可以设置于摇臂轴20且二者同轴，第二滚轮23和气门40设置于第一滚轮21的两侧，并且第一滚轮21和第二滚轮23轴向平行。

该实施方式中兼顾第一滚轮21和第二滚轮23位置、摇臂22尺寸，在实现可变气门升程装置的上述功能的基础上，有利于实现结构的紧凑。

在转动轴上实现凸轮位置的变动，需要在转动轴上设置相应的结构，并且驱动部件34的安装、结构也相当复杂。为此，本文提供了一种结构简单且易于实现的具体实施方式。

在一种具体的实施方式中，驱动部件34可以驱动副凸轮轴30运动，以实现副凸轮与第二滚轮23的分离或接触。也就是说，驱动部件34驱动副凸轮轴30动作，通过改变副凸轮轴30的位置实现副凸轮与第二滚轮23的接触或分离。副凸轮轴30位置改变的方式很多，本文给出了一种优选的实施方式。

在一种优选的实施方式中，驱动部件34驱动副凸轮轴30沿轴向往复运动，以实现副凸轮与第二滚轮23的分离或接触。该实施方式中驱动部件34可以固定于其他固定副凸轮轴30的安装座上，直接驱动安装座动作即可，结构简单，且易于实施。

上述各实施例中，副凸轮轴30上可以进一步设置有支撑滚轮33，常态模式下，第二滚轮23可支撑配合于支撑滚轮33的表面。也就是说，常态模式下，当气门40处于最上端位置时，第二滚轮23可支撑于支撑滚轮33的表面，有利于机构的稳定性。

其中第一滚轮21、第二滚轮23和支撑滚轮33的外表面均为圆柱形。

上述实施例中，各副凸轮的基圆与支撑滚轮33直径相等，当副凸轮运动至与支撑滚轮33等径位置时，驱动部件34驱动副凸轮轴30轴向移动。这样有利于副凸轮轴30沿轴向顺畅运动，避免卡死，有利于提高机构动作可靠性。

如上文描述，副凸轮的个数可以至少为两个，各副凸轮沿轴向依次布置于副凸轮轴30；驱动部件34驱动副凸轮轴30至不同位置以实现不同副凸轮与第二滚轮23接触配合。

上述各实施例中，各副凸轮布置于支撑滚轮33的两侧。该布局方式有利于实现机构运动灵活性。

上述各实施例，可变气门升程装置可以还包括控制器50，控制器50根据发动机的运行工况控制驱动部件34动作，以使副凸轮轴30位于不同的轴向位置。具体地，控制器50的内部可以预存储有发动机运行工况与副凸轮轴30向位置的对应关系表，当发动机工作时，控制器50根据所获取的参数判断发动机处于何种运行工况，然后选取与该运行工况相对应的副凸轮轴30向位置，以发出控制命令与驱动部件34，使驱动部件34动作将副凸轮轴30驱动至该位置。

本实用新型中的副凸轮轴30与凸轮轴可以同步且同向转动。即副凸轮轴30与凸轮轴速度、转向相同。

此外，本实用新型一种车辆发动机系统，包括发动机本体以及可变气门升程装置，车辆发动机系统的可变气门升程装置为上述任一实施例所述的可变气门升程装置。

车辆发动机系统具有上述可变气门升程装置，其也具有可变气门升程装置的上述技术效果。

车辆发动机系统其它方面的资料请参考现有技术。

以上对本实用新型所提供的一种车辆发动机系统及可变气门升程装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可变气门升程装置，其特征在于，包括平行设置的主凸轮轴(10)、摇臂轴(20)和副凸轮轴(30)；所述主凸轮轴(10)上设置有主凸轮(11)；所述摇臂轴(20)上设有摇臂，所述摇臂上设置有第一滚轮(21)、第二滚轮(23)和气门(40)；所述副凸轮轴(30)上至少设置有一个副凸轮；所述可变气门升程装置还包括驱动部件(34)，驱动所述副凸轮与所述第二滚轮分离或接触；

常态模式下，所述副凸轮与所述第二滚轮(23)处于分离状态，所述气门仅在所述主凸轮和所述第一滚轮配合作用下动作；

变升程模式下，所述驱动部件(34)驱动副凸轮与所述第二滚轮(23)接触，所述气门(40)在所述主凸轮(11)与所述第一滚轮(21)、所述副凸轮与所述第二滚轮(23)的共同作用下动作。

2.如权利要求1所述的可变气门升程装置，其特征在于，所述第一滚轮(21)设置于所述摇臂轴(20)且二者同轴，所述第二滚轮(23)和所述气门(40)设置于所述第一滚轮(21)的两侧，并且所述第一滚轮(21)和所述第二滚轮(23)轴向平行。

3.如权利要求2所述的可变气门升程装置，其特征在于，所述驱动部件(34)驱动所述副凸轮轴(30)沿轴向往复运动，以实现所述副凸轮与所述第二滚轮(23)的分离或接触。

4.如权利要求3所述的可变气门升程装置，其特征在于，所述副凸轮轴(30)上还设置有支撑滚轮(33)，常态模式下，所述第二滚轮(23)可支撑配合于所述支撑滚轮(33)的表面。

5.如权利要求4所述的可变气门升程装置，其特征在于，各所述副凸轮的基圆与所述支撑滚轮(33)直径相等，当所述副凸轮运动至与所述支撑滚轮(33)等径位置时，所述驱动部件(34)驱动所述副凸轮轴(30)轴向移动。

6.如权利要求4至5任一项所述的可变气门升程装置，其特征在于，所述副凸轮的个数至少为两个，各所述副凸轮沿轴向依次布置于所述副凸轮轴(30)；所述驱动部件驱动所述副凸轮轴(30)至不同位置以实现不同所述副凸轮与所述第二滚轮(23)接触配合。

7.如权利要求6所述的可变气门升程装置，其特征在于，各所述副凸轮布置于所述支撑滚轮的两侧。

8.如权利要求3至5任一项所述的可变气门升程装置，其特征在于，还包括控制器(50)，所述控制器(50)根据发动机的运行工况控制驱动部件动作，以使所述副凸轮轴(30)位于不同的轴向位置。

9.如权利要求1至5任一项所述的可变气门升程装置，其特征在于，所述副凸轮轴(30)与所述凸轮轴同步且同向转动。

10.一种车辆发动机系统，包括发动机本体以及可变气门升程装置，其特征在于，所述可变气门升程装置为权利要求1至9任一项所述的可变气门升程装置。