CN101900003A - 连续可变气门升程的内燃机配气机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种结构简单、成本低廉的连续可变气门升程的内燃机配气机构及其控制方法，以改善内燃机的输出和燃油消耗状况。该配气机构包括由凸轮轴带动的凸轮、由凸轮带动的摇臂、由摇臂控制的气门及带动气门回位的气门弹簧，所述摇臂的一端与凸轮抵靠并相切，摇臂的另一端与气门的顶端活动连接，关键在于该配气结构还设置有可在控制机构带动下沿摇臂长度方向移动的支撑部，所述摇臂的顶面为平滑的平面或弧面，所述支撑部的底部与摇臂顶面紧密接触。本发明的配气机构通过设置可在控制机构带动下沿摇臂长度方向移动的支撑部，可以连续改变气门及凸轮与支撑部的距离，从而可以连续改变气门的升程，实现改善内燃机的输出和燃油消耗状况的目的。

Description

连续可变气门升程的内燃机配气机构及其控制方法

技术领域

本发明属于内燃机制造技术领域，特别涉及到内燃机的配气机构及其控制方法。

背景技术

在往复式内燃机的配气***上，气门的升程一般是固定不可变的，但是内燃机特别是汽油机在不同的工况、不同的转速下运行时，对配气***的要求也不一样，例如说：低速时要求较小的气门升程，能产生更大的进气负压及更多的涡流，让空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的扭力输出；高速时要求较大的气门升程，让发动机的呼吸更顺畅，以获得高转速时强大的功率输出，这就需要有一套可变的气门升程与之相配合来满足不同工况下的需求，以达到提高输出和改善燃油消耗量的目的。

目前可改变气门升程的内燃机已经比较多，例如专利“发动机可变气门机构”(专利申请号：200410083212)所公开的可变气门机构具有一个切换机构用于将凸轮位移从第二摇臂传递给第一摇臂。凸轮轴被放置在摇臂轴的斜上方。第一邻接部分和第二邻接部分被放置在摇臂轴的上侧和凸轮轴的一侧之间的死区中。第一邻接部分沿着摇臂转动的方向和第一摇臂一起旋转移动。第二邻接部分和第二摇臂一起旋转移动。第二邻接部分从摇臂的旋转方向紧靠着第一邻接部分。在这样构造的切换元件中，第二摇臂的位移被传递给第一摇臂并减小了应力负担。该种方案的切换机构结构比较复杂，制造成本也较昂贵。

又例如专利“新型可变气门升程机构”(专利申请号：02222780.6)所公开的：新型可变气门升程机构，包括汽缸盖、凸轮、带动凸轮转动的凸轮轴、由凸轮带动的气门挺柱和由挺柱控制的气门。在凸轮轴上有一个高速凸轮和对称位于高速凸轮两边的两个低速凸轮。小挺柱的外凸台与大挺柱的内凸台之间安装复位弹簧，小挺柱柱塞位于大挺柱的液压腔内，小挺柱与高速凸轮接触配合；大挺柱柱塞位于汽缸盖的挺柱运行轨道内，大挺柱两端分别连接两个气门，大挺柱与两低速凸轮接触配合；液压腔通过液压油通道连通汽缸盖内的减压腔，液压油通道上安装有电磁阀。该种方案在高速和低速时分别使用不同的凸轮驱动气门挺柱，来改变配气相位和气门升程，结构非常复杂，制造成本较高。

发明内容

本发明的目的是提出一种结构简单、成本低廉的连续可变气门升程的内燃机配气机构及其控制方法，以改善内燃机的输出和燃油消耗状况。

本发明的连续可变气门升程的内燃机配气机构包括由凸轮轴带动的凸轮、由凸轮带动的摇臂、由摇臂控制的气门及带动气门回位的气门弹簧，所述摇臂的一端与凸轮抵靠并相切，摇臂的另一端与气门的顶端活动连接，关键在于该配气结构还设置有可在控制机构带动下沿摇臂长度方向移动的支撑部，所述摇臂的顶面为平滑的平面或弧面，所述支撑部的底部与摇臂顶面紧密接触。

在上述配气机构中，支撑部相当于一个支点，而摇臂在支撑部的作用下就相当于一个杠杆，杠杆的两端分别是凸轮和气门，根据杠杆的原理，杠杆的端部的升程同该端部与支点的距离成正比关系，也就是说：当支撑部位于摇臂接近气门的一端时，凸轮转动时得到的气门升程最小；当支撑部位于摇臂接近凸轮的一端时，凸轮转动时得到的气门升程最大。摇臂的顶面为平滑的平面或弧面，可以使得支撑部的移动线性连续，从而使得气门升程的调整也为线性连续。

根据上述原理，得出本发明的配气机构的控制方法如下：

A：当需要减少气门升程时，利用控制机构带动支撑部沿摇臂的顶面向气门方向移动；

B：当需要增大气门升程时，利用控制机构带动支撑部沿摇臂的顶面向凸轮方向移动。

上述支撑部可以有多种形式，例如说：所述摇臂上方设置有一个轴柱，所述轴柱安装有充作所述支撑部的滚子，所述轴柱利用步进电机及水平传动机构带动，沿摇臂长度方向做水平运动，所述摇臂的顶面为平面，所述滚子与摇臂的顶面紧密接触。当滚子在水平传动机构的带动下沿摇臂顶面移动时，就会改变滚子距离凸轮及气门的距离，从而达到调整气门升程的目的。上述水平传动机构可以利用固定于汽缸盖上的两根平行的丝杠来实现，轴柱的两端分别固定在两个丝杠的螺母上，丝杠的转动转化为螺母沿丝杠方向的直线移动，从而会带动轴柱及滚子沿摇臂的长度方向移动。

上述配气机构的控制方法如下：

A：当需要减少气门升程时，控制步进电机转动，通过传动机构带动轴柱及轴柱上的滚子沿摇臂的顶面向气门方向移动；

B：当需要增大气门升程时，控制步进电机转动，通过传动机构带动轴柱及轴柱上的滚子沿摇臂的顶面向凸轮方向移动。

上述传动机构较为复杂，为了节省成本，特别提出一种形式更为简单的支撑部：所述摇臂上方设置有一个利用步进电机带动的转轴，所述转轴通过滚轮支架安装有一个充作所述支撑部的滚子，摇臂的顶面为与所述滚子的运动轨迹相符的弧面，所述滚子与弧面紧密接触。当转轴转动时，就会带动滚子沿摇臂顶部的弧面移动，从而改变滚子距离凸轮及气门的距离，达到调整气门升程的目的。

上述配气机构的控制方法如下：

A：当需要减少气门升程时，控制步进电机转动，通过转轴带动滚子沿摇臂的顶面向气门方向移动；

B：当需要增大气门升程时，控制步进电机转动，通过转轴带动滚子沿摇臂的顶面向凸轮方向移动。

为了防止摇臂与气门脱离，摇臂与气门通过球连接副连接：所述摇臂与气门连接的一端设置有一球形凹槽，凹槽的底部安装有卡片；所述气门的顶端为球形连接部，所述球形连接部的底端设置有环形卡槽，所述气门的球形连接部伸入摇臂的球形凹槽内，所述卡片卡入球形连接部的环形卡槽。

所述摇臂的顶面两侧最好还设置有防止滚子脱出的挡边。

本发明的配气机构通过设置可在控制机构带动下沿摇臂长度方向移动的支撑部，可以连续改变气门及凸轮与支撑部的距离，从而可以连续改变气门的升程，实现改善内燃机的输出和燃油消耗状况的目的。

附图说明

图1是实施例1的配气机构在气门升程较小时的状态图；

图2是实施例1的配气机构在气门升程较大时的状态图；

图3是实施例1的配气机构的最小和最大两种状态的气门升程曲线图；

图4是实施例1的配气机构的摇臂的结构示意图；

图5是实施例1的配气机构的气门的结构示意图；

图6是实施例1的配气机构的摇臂与气门的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。

实施例1：

如图1、2所示，本实施例的连续可变气门升程的内燃机配气机构包括由凸轮轴带动的凸轮1、由凸轮1带动的摇臂2、由摇臂2控制的气门3及带动气门3回位的气门弹簧4，所述摇臂2的一端与凸轮1抵靠并相切，摇臂2的另一端与气门3的顶端活动连接，摇臂2上方设置有一个利用步进电机带动的转轴5，所述转轴5通过滚轮支架6安装有一个滚子7，摇臂2的顶面为与滚子7的运动轨迹相符的弧面8，所述弧面8与滚子7紧密接触。转轴5可以通过一个支架固定在汽缸盖的上方。(凸轮轴和步进电机在附图中未画出)

摇臂2的顶面的弧面8与滚子7的运动轨迹相符，即弧面8与转轴5同心，这样可以确保转轴5在转动的过程中气门3所处的基圆位置不变，因此可以通过对转轴5的旋转来实现不同角度下气门3的不同开度。

本实施例的配气机构的控制方法如下：

A：如图1所示，当需要减少气门升程时，控制步进电机转动，通过转轴5带动滚子7沿摇臂的顶面8向气门3方向移动；

B：如图2所示，当需要增大气门升程时，控制步进电机转动，通过转轴5带动滚子7沿摇臂的顶面8向凸轮1方向移动。

如图3所示，分别为本实施例的配气机构的最小和最大两种状态的气门升程曲线图。最小气门升程的范围为0～1mm，最大气门升程的范围为0～10mm，根据机构零部件间的尺寸及位置关系的不同，升程范围亦可改变，由于本实施例中的凸轮是简化的非规则凸轮，所以得到的升程曲线坡度较大，可根据优化凸轮的形状以对该曲线进行再优化。

如图4、5、6所示，为了防止摇臂2与气门3脱离，摇臂2与气门3通过球连接副连接：所述摇臂2与气门3连接的一端设置有一球形凹槽21，凹槽21的底部安装有卡片22；所述气门3的顶端为球形连接部31，所述球形连接部31的底端设置有环形卡槽32，在连接时，气门的球形连接部31伸入摇臂的球形凹槽21内，卡片22卡入球形连接部的环形卡槽32内。

Claims (8)

1.一种连续可变气门升程的内燃机配气机构，包括由凸轮轴带动的凸轮、由凸轮带动的摇臂、由摇臂控制的气门及带动气门回位的气门弹簧，所述摇臂的一端与凸轮抵靠并相切，摇臂的另一端与气门的顶端活动连接，其特征在于该配气结构还设置有可在控制机构带动下沿摇臂长度方向移动的支撑部，所述摇臂的顶面为平滑的平面或弧面，所述支撑部的底部与摇臂顶面紧密接触。

2.根据权利要求1所述的连续可变气门升程的内燃机配气机构，其特征在于所述摇臂上方设置有一个利用步进电机带动的转轴，所述转轴通过滚轮支架安装有一个充作所述支撑部的滚子，摇臂的顶面为与所述滚子的运动轨迹相符的弧面，所述滚子与弧面紧密接触。

3.根据权利要求1所述的连续可变气门升程的内燃机配气机构，其特征在于所述摇臂上方设置有一个轴柱，所述轴柱安装有充作所述支撑部的滚子，所述轴柱利用步进电机及水平传动机构带动，沿摇臂长度方向做水平运动，所述摇臂的顶面为平面，所述滚子与摇臂的顶面紧密接触。

4.根据权利要求1或2或3所述的连续可变气门升程的内燃机配气机构，其特征在于所述摇臂与气门连接的一端设置有一球形凹槽，凹槽的底部安装有卡片；所述气门的顶端为球形连接部，所述球形连接部的底端设置有环形卡槽，所述气门的球形连接部伸入摇臂的球形凹槽内，所述卡片卡入球形连接部的环形卡槽。

5.根据权利要求2或3所述的连续可变气门升程的内燃机配气机构，其特征在于所述摇臂的顶面两侧设置有防止滚子脱出的挡边。

6.根据权利要求1所述的连续可变气门升程的内燃机配气机构的控制方法，其特征在于

A：当需要减少气门升程时，利用控制机构带动支撑部沿摇臂的顶面向气门方向移动；

B：当需要增大气门升程时，利用控制机构带动支撑部沿摇臂的顶面向凸轮方向移动。

7.根据权利要求2所述的连续可变气门升程的内燃机配气机构的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

A：当需要减少气门升程时，控制步进电机转动，通过转轴带动滚子沿摇臂的顶面向气门方向移动；

B：当需要增大气门升程时，控制步进电机转动，通过转轴带动滚子沿摇臂的顶面向凸轮方向移动。

8.根据权利要求3所述的连续可变气门升程的内燃机配气机构的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

A：当需要减少气门升程时，控制步进电机转动，通过传动机构带动轴柱及轴柱上的滚子沿摇臂的顶面向气门方向移动；

B：当需要增大气门升程时，控制步进电机转动，通过传动机构带动轴柱及轴柱上的滚子沿摇臂的顶面向凸轮方向移动。

Images