CN209838492U - 一种发动机摇臂式可变气门装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种发动机摇臂式可变气门装置，包括凸轮、电机、齿轮齿条传动、摇臂、连杆。发动机摇臂式可变气门装置固定在气缸盖上，当发动机转速变化时，通过电机驱动齿轮6进行相应角度的旋转，带动齿条4、齿条轴2、连杆7、滑块13做相同定量的平移运动，从而改变摇臂12的摇臂比，通过凸轮15的推动，实现气门19的升程连续可变，解决了发动机在不同工况下气门升程不能连续可变的问题，使得发动机在不同工况下，进排气充分，改善缸内燃烧环境，从而改善了发动机的燃油经济性以及排放特性。

Description

一种发动机摇臂式可变气门装置

技术领域

本实用新型涉及一种汽车发动机部件或设备，特别涉及一种发动机摇臂式可变气门装置。

背景技术

随着节能减排的国家标准逐渐严苛，发动机小型化成为达到要求的可行技术之一。发动机小型化技术核心是废气涡轮增压系统，汽油机直接喷射以及可变气门正时。其中发动机的可变气门正时主要作用是根据每一气缸的工作循环来控制气门的开闭时刻、持续时间以及气门的升程，从而可以改善燃烧过程，减少有害污染物的排放，提高发动机性能。

目前发动机主要采用了基于凸轮结构的可变正时技术以及无凸轮可变气门正时技术。主要类型分为机械式可变气门正时、电液式可变气门正时、电气式可变气门正时、电磁式可变气门正时。其中机械式以及电液式可变气门正时技术应用更为广泛。电液式可变气门正时机构存在响应滞后，落座速度快，冲击力大以及成本高的缺点。

鉴于此，有必要研究一种响应快且结构简单，成本适宜的可变气门机构，实现气门升程的连续变化。

实用新型内容

本实用新型提供了一种可实现连续可变气门升程的发动机摇臂式气门装置，结构简单，响应速度快，以解决现有技术的不足。

为解决上诉问题，本实用新型采用的是如下的方法实现的：

发动机摇臂式可变气门升程装置由缸盖1、齿条轴2、齿条轴支架a3、齿条4、齿轮轴5、齿轮6、连杆7、限位环台a8、上盖板9、限位环台b10、齿条轴支架b11、摇臂12、滑块13、电机支架14、凸轮15、凸轮轴16、推力弹簧17、气门弹簧18、气门19组成。

其中齿条轴支架a3、齿条轴支架b11、电机支架14通过螺栓固接在缸盖1上，齿条轴2与齿条轴支架a3、齿条轴支架b11上开设的圆孔通过键滑动连接；限位环台a8和限位环台b10固接于齿条轴2外表面，上盖板9和连杆7置于限位环台a8和限位环台b10之间，并通过螺栓相连；齿条轴2置于上盖板9和连杆7之间，间隙配合；齿条4固接在齿条轴2上，其上的矩形齿与齿轮6啮合；电机固接在电机支架14上，齿轮轴5一端与电机相连，一端与齿轮6固连。

滑块13一端置于连杆槽7001中并与之滑动配合，另一端置于摇臂槽1201并滑动配合；摇臂12右端连接推力弹簧17，左端与齿条轴支架b11一直保持滑动接触，左下端与气门19上端滑动接触，右下端与固接在凸轮轴16上的凸轮15滑动接触；推力弹簧17一端固接在摇臂12上，另一端固接在齿条轴支架a3上。

齿条4为圆柱体，在轴线方向设有齿条孔4001，孔心线与齿条轴2的轴心线重合，并与齿条轴2间隙配合；在齿条4上端设有矩形齿，与齿轮6啮合。

连杆7一端为Y形结构，通过上盖板9、限位环台a8、限位环台b10以及螺栓固连在齿条轴2上，所述连杆另一端设有连杆槽7001，与滑块13滑动配合。

摇臂12上端面开设有摇臂槽1201，与滑块13滑动配合。

滑块13上半部分为一正方体，下半部分为一半球体。

本实用新型装置的工作过程如下：

发动机工作时，电机带动齿轮轴5运动从而带动固连在所述齿轮轴上的齿轮6旋转，固接在齿条轴2上的齿条4通过其上的矩形齿与齿轮6啮合而进行平移运动并带动齿条轴2沿其轴线方向进行同步平移运动；齿条轴2的平移运动带动固连在其上的连杆7沿齿条轴2的轴线方向进行平移运动；连杆7的平移运动带动连杆槽7001内的滑块13在摇臂槽1201中做平移运动，改变摇臂12的支点位置并可限制摇臂12的前后运动；摇臂12由于一端与齿条轴支架a3固接的推力弹簧17连接，一端与齿条轴支架b11存在面抵触，从而使摇臂12上下左右的运动都存在约束；摇臂12与固接在凸轮轴16上的凸轮15滑动接触，当凸轮15凸起部分旋转到与摇臂12接触时，推动摇臂12以滑块13所在摇臂槽1201内的位置为支点进行摆动，摇臂12与气门19上端滑动接触，当克服气门弹簧18的预紧力之后，摇臂12继而推动气门19开启；当凸轮15的最大凸起处旋转过与摇臂12的接触点时，摇臂12以此时滑块13所在摇臂槽1201内的位置为支点，进行回转摆动，继而实现气门19的关闭过程。

当发动机工况改变、气门19升程特性需要改变时，基于特定的判断原则，电机带动固接在齿轮轴5上的齿轮6转过指定的角度，通过与齿轮6啮合的齿条4的带动，与齿条4固连的齿条轴2在所述齿条轴的轴线方向进行一定量的平移运动，从而带动固连在齿条轴2上的连杆7进行同方向同步长的平移运动；由于滑块13与连杆槽7001滑动连接，因此通过连杆7的带动，滑块13在连杆槽7001内做上下运动的同时，随着连杆7的运动，在摇臂槽1201中做与连杆7相同的平移运动，此时，摇臂12的支点位置随着滑块13的一定量的移动变化而变化；当凸轮15运动到其凸起与摇臂12接触时，推动摇臂12以滑块13变化之后的位置为支点进行摆动，当摇臂12接触到气门19上端并克服气门弹簧18的预紧力之后，实现气门19的开启；当凸轮15旋转到凸起之后，摇臂12实现回摆动作，气门19回落；在凸轮15随凸轮轴16旋转的过程中，可以根据发动机的工况再次通过电机带动摇臂机构进行支点位置变换，电机带动齿轮6旋转至不同角度，从而带动齿条4、齿条轴2、连杆7、滑块13平移相同一定量的距离，实现滑块13下端半球体与摇臂12的摇臂槽1201接触支点位置改变，从而改变摇臂12的支点位置，改变其摇臂比，凸轮15驱动摇臂12摆动的幅度随之改变，进而实现气门19的升程连续耦合改变。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型所采用连续改变气门升程的是机械装置，对于发动机工况的变化反应灵敏，且装置简单，可减轻可变气门装置的质量。

本实用新型所述的发动机摇臂式可变气门装置采用了摇臂比(摇臂围绕一个支点进行摆动，支点左右两端距离之比)连续可变的结构，通过不同摇臂比时的摇臂推动气门开启，实现了气门升程连续可变。

本实用新型所述的发动机摇臂式可变气门装置采用了齿轮齿条传递动力，将电机的转动转化为平移运动，反应迅速，提高了运行可靠性。

附图说明

图1是发动机摇臂式可变气门装置的整体结构的主视图；

图2是发动机摇臂式可变气门装置所采用的齿条轴2的主视图；

图3是发动机摇臂式可变气门装置所采用的连杆7的主视图；

图4是发动机摇臂式可变气门装置所采用的摇臂12的俯视图；

图5是发动机摇臂式可变气门装置所采用的滑块13的主视图；

图6是发动机摇臂式可变气门装置所采用的齿条4的左视图；

图中：

缸盖1、齿条轴2、齿条轴支架a3、齿条4、齿轮轴5、齿轮6、连杆7、限位环台a8、上盖板9、限位环台b10、齿条轴支架b11、摇臂12、滑块13、电机支架14、凸轮15、凸轮轴16、推力弹簧17、气门弹簧18、气门19。

连杆槽7001、摇臂槽1201、齿条孔4001。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：

参阅图1、图2本实用新型所述的发动机摇臂式可变气门装置包括以下结构：缸盖1、齿条轴2、齿条轴支架a3、齿条4、齿轮轴5、齿轮6、连杆7、限位环台a8、上盖板9、限位环台b10、齿条轴支架b11、摇臂12、滑块13、电机支架14、凸轮15、凸轮轴16、推力弹簧17、气门弹簧18、气门19。

参阅图3、图4、图6，本实用新型所述的发动机摇臂式可变气门装置包括连杆槽7001、摇臂槽1201、齿条孔4001。

参阅图1、图3、图4：

齿条轴支架a3、齿条轴支架b11、电机支架14均用两个螺栓固定在缸盖1上；电机固接在电机支架14上，通过与之固连的齿轮轴5可以将动力传递到与齿轮轴5固接的齿轮6上；齿轮6的轴心线与齿轮轴5的轴心线重合，且齿轮6与齿条4上的矩形齿啮合以达到将动力传递到齿条4上的目的；与齿条4固接的齿条轴2的轴心线与齿轮轴5的轴心线垂直但不相交，且齿条轴2的轴线与齿条4的轴线重合，保证运动可靠性；

齿条轴2与齿条轴支架a3、齿条轴支架b11通过键滑动连接，限制所述齿条轴只能以其轴线方向进行平移运动；齿条轴2上固连了限位环台a8和限位环台b10，上盖板9和连杆7置于限位环台a8和限位环台b10之间，所述上盖板两侧分别设有一个圆孔，通过螺栓连接连杆7，将连杆7与齿条轴2连接；连杆7的轴线与齿条轴2的轴线垂直，以达到改变传递动力方向的目的；

滑块13上端与连杆7的连杆槽7001滑动配合，连杆槽7001的深度大于滑块13的总高度，避免产生干涉，下端与摇臂槽1201滑动配合，由于滑块13的位置只随连杆7的变化而变化，因而限制了摇臂12的前后移动，实现可靠地将连杆7的力传递到摇臂12上；摇臂12左端与齿条轴支架b11存在面接触，滑动接触，右端与固接在齿条轴支架a3的推力弹簧17固连，推力弹簧17具有一定的推力，推动摇臂12的左端平面与齿条轴支架b11保持滑动接触，齿条轴支架b11通过所述接触面对摇臂12产生一个反向推力，反向推力与推力弹簧17的推力共同保证摇臂12可以以一支点进行摆动并且不会上下与左右移动，摇臂12左下端与气门19的上端是滑动接触，右下端与固接在凸轮轴16上的凸轮15是滑动接触；

气门弹簧18安装在气门19周围，存在一定的预紧力，当气门上端受力小于弹簧预紧力时，带动气门19进行回位，并且可吸收振动和冲击能量。

参阅图2：

齿条轴2上固接限位环台a8和限位环台b10，上盖板9和连杆7置于限位环台a8和限位环台b10之间；齿条轴2左右两端分别设置有键槽，通过键连接分别与齿条轴支架a3与齿条轴支架b11滑动连接，为齿条轴2提供支撑并限制齿条轴2只能做沿其轴向的平移运动。

参阅图3：

连杆7的上端为一Y型结构，与上盖板9通过螺栓连接，以达到与齿条轴2固接的目的，中间是一圆柱体结构，与上端光滑连接，避免产生应力集中，在圆柱体下端底面中间开设了方形连杆槽7001，其深度大于滑块13的高度。

参阅图5：

滑块13上端为一正方体，其与连杆7的方形连杆槽7001相互滑动配合，滑块13的下端为一半球体，其与摇臂12的摇臂槽1201滑动接触，保证在摇臂槽1201内运动平顺。

参阅图6：

齿条4是一圆柱体形状，在其轴心线方向开设有齿条孔4001，其与齿条轴2间隙配合；在齿条4上端设有矩形齿，与齿轮6啮合以传递动力。

发动机摇臂式可变气门的工作原理：

发动机工作时，电机带动齿轮轴5运动从而带动固连在所述齿轮轴上的齿轮6旋转，固接在齿条轴2上的齿条4通过其上的矩形齿与齿轮6啮合而进行平移运动并带动齿条轴2沿其轴线方向进行同步平移运动；齿条轴2的平移运动带动固连在其上的连杆7沿齿条轴2的轴线方向进行平移运动；连杆7的平移运动带动连杆槽7001内的滑块13在摇臂槽1201中做平移运动，改变摇臂12的支点位置并可限制摇臂12的前后运动；摇臂12由于一端与齿条轴支架a3固接的推力弹簧17连接，一端与齿条轴支架b11存在面抵触，从而使摇臂12上下左右的运动都存在约束；摇臂12与固接在凸轮轴16上的凸轮15滑动接触，当凸轮15凸起部分旋转到与摇臂12接触时，推动摇臂12以滑块13所在摇臂槽1201内的位置为支点进行摆动，摇臂12与气门19上端滑动接触，当克服气门弹簧18的预紧力之后，摇臂12继而推动气门19开启；当凸轮15的最大凸起处旋转过与摇臂12的接触点时，摇臂12以此时滑块13所在摇臂槽1201内的位置为支点，进行回转摆动，继而实现气门19的关闭过程。

当发动机工况改变、气门19升程特性需要改变时，基于特定的判断原则，电机带动固接在齿轮轴5上的齿轮6转过指定的角度，通过与齿轮6啮合的齿条4的带动，与齿条4固连的齿条轴2在所述齿条轴的轴线方向进行一定量的平移运动，从而带动固连在齿条轴2上的连杆7进行同方向同步长的平移运动；由于滑块13与连杆槽7001滑动连接，因此通过连杆7的带动，滑块13在连杆槽7001内做上下运动的同时，随着连杆7的运动，在摇臂槽1201中做与连杆7相同的平移运动，此时，摇臂12的支点位置随着滑块13的一定量的移动变化而变化；当凸轮15运动到其凸起与摇臂12接触时，推动摇臂12以滑块13变化之后的位置为支点进行摆动，当摇臂12接触到气门19上端并克服气门弹簧18的预紧力之后，实现气门19的开启；当凸轮15旋转到凸起之后，摇臂12实现回摆动作，气门19回落；在凸轮15随凸轮轴16旋转的过程中，可以根据发动机的工况再次通过电机带动摇臂机构进行支点位置变换，电机带动齿轮6旋转至不同角度，从而带动齿条4、齿条轴2、连杆7、滑块13平移相同一定量的距离，实现滑块13下端半球体与摇臂12的摇臂槽1201接触支点位置改变，从而改变摇臂12的支点位置，改变其摇臂比，凸轮15驱动摇臂12摆动的幅度随之改变，进而实现气门19的升程连续耦合改变。

Claims (5)

1.一种发动机摇臂式可变气门装置，其特征在于缸盖(1)、齿条轴(2)、齿条轴支架a(3)、齿条(4)、齿轮轴(5)、齿轮(6)、连杆(7)、限位环台a(8)、上盖板(9)、限位环台b(10)、齿条轴支架b(11)、摇臂(12)、滑块(13)、电机支架(14)、凸轮(15)、凸轮轴(16)、推力弹簧(17)、气门弹簧(18)、气门(19)组成；

其中齿条轴支架a(3)、齿条轴支架b(11)、电机支架(14)通过螺栓固接在缸盖(1)上，齿条轴(2)与齿条轴支架a(3)、齿条轴支架b(11)上开设的圆孔通过键滑动连接；限位环台a(8)和限位环台b(10)固接于齿条轴(2)外表面，上盖板(9)和连杆(7)置于限位环台a(8)和限位环台b(10)之间，并通过螺栓相连；齿条轴(2)置于上盖板(9)和连杆(7)之间，间隙配合；齿条(4)固接在齿条轴(2)上，其上的矩形齿与齿轮(6)啮合；电机固接在电机支架(14)上，齿轮轴(5)一端与电机相连，一端与齿轮(6)固连；

滑块(13)一端置于连杆槽(7001)中并与之滑动配合，另一端置于摇臂槽(1201)并滑动配合；摇臂(12)右端连接推力弹簧(17)，左端与齿条轴支架b(11)一直保持滑动接触，左下端与气门(19)上端滑动接触，右下端与固接在凸轮轴(16)上的凸轮(15)滑动接触；推力弹簧(17)一端固接在摇臂(12)上，另一端固接在齿条轴支架a(3)上。

2.按权利要求1所述的一种发动机摇臂式可变气门装置，其特征在于所述的齿条(4)为圆柱体，在轴线方向设有齿条孔(4001)，孔心线与齿条轴(2)的轴心线重合，并与齿条轴(2)间隙配合；在齿条(4)上端设有矩形齿，与齿轮(6)啮合。

3.按权利要求1所述的一种发动机摇臂式可变气门装置，其特征在于所述的连杆(7)一端为Y形结构，通过上盖板(9)、限位环台a(8)、限位环台b(10)以及螺栓固连在齿条轴(2)上；连杆(7)另一端设有连杆槽(7001)，与滑块(13)滑动配合。

4.按权利要求1所述的一种发动机摇臂式可变气门装置，其特征在于所述的摇臂(12)上端面开设有摇臂槽(1201)，与滑块(13)滑动配合。

5.按权利要求1所述的一种发动机摇臂式可变气门装置，其特征在于所述的滑块(13)上半部分为一正方体，下半部分为一半球体。