CN106761999A - 一种连续可变摇臂式气门机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续可变摇臂式气门机构，包括：摇臂，其一端底侧与气门相接触并能够推动气门，另一端底侧由液压挺柱支撑；凸轮，其固定在凸轮轴上；滑块总成，其顶部与凸轮相接触，底部与摇臂相接触；驱动机构，其能够驱动所述滑块总成相对于摇臂移动，以改变相对于摇臂的位置，并能够将摇臂与滑块总成固定；所述滑块总成相对于摇臂位置的改变，相应的改变凸轮与滑块总成的接触位置，以及滑块总成与摇臂的接触位置，从而改变气门的升程。本发明的动力传递路线短、***刚度高，各部件运动惯性小、振动和噪声小，便于发动机总布置设计的连续可变气门机构。

Description

一种连续可变摇臂式气门机构

技术领域

本发明属于发动机进气***技术领域，特别涉及一种连续可变摇臂式气门机构。

背景技术

传统发动机气门机构的气门位移曲线是固定不变的，设计时需综合考虑发动机低速和高速时的工况，兼顾发动机在低负荷和高负荷时的整体工作性能。因此传统气门机构的固定气门升程导致了发动机在低速时的燃油经济性和高速时的动力性能达不到最佳效果。

连续可变气门机构根据发动机的不同工况而选择合理的气门升程和气门相位，使气门升程和相位始终处于理想状态。连续可变气门机构通过选择最佳的气门升程来控制进入气缸内的气体体积，兼顾到发动机低负荷时的燃油经济性和高负荷时的动力性。在低负荷时，利用较小的气门升程，减小充气过程中进排气的相互影响，使气门流过的气流速度较快，进而改善燃烧过程，达到有效控制排放；在高负荷时，利用较大的气门升程，提高充气效率，改善发动机的动力性。

相对市场上现有的连续可变气门机构，本发明要解决的技术问题是要提供一种连续可变摇臂式气门机构，其结构是基于传统指状滚子摇臂式气门机构改进而来的，其结构稳定性和工作特性好。该机构的动力传递路线短、***刚度高，各部件运动惯性小、振动和噪声小，便于发动机总布置设计的连续可变气门机构。

发明内容

本发明的目的在于通过对常规气门机构的改动实现升程连续可变，使其结构简单、对气门机构改动小。

本发明提供的技术方案为：

一种连续可变摇臂式气门机构，包括：

摇臂，其一端与气门相接触并能够推动气门，另一端由液压挺柱支撑；所述摇臂内设置有滑槽；所述摇臂内设置有一顶部敞开的空腔，所述空腔两侧壁上设置有圆弧形滑槽；

凸轮，其固定在凸轮轴上；

滑块总成，其设置在所述空腔内，所述滑块总成两侧设置有两个凸起，所述凸起与滑槽配合，以使所述滑块总成能够在所述空腔内滑动；所述滑块总成顶部与凸轮相接触；

扭簧，所述扭簧一端支撑在摇臂上，另一端压在滑块总成上端；

驱动机构，其能够驱动所述滑块总成在空腔内滑动，以改变相对于摇臂的位置，从而改变气门的升程。

优选的是，所述滑块总成包括：

支撑座，其底部与滑槽底部相接触；

滚子，其通过圆柱销可旋转的安装在所述支撑座顶部，所述滚子与凸轮相接触；所述圆柱销两端向外延伸以形成凸起。

优选的是，在所述凸轮轴上，位于凸轮前后两侧分别设有轴肩。

优选的是，所述驱动机构包括：

螺栓锁止器，其两端可旋转支撑在摇臂，所述螺栓锁止器中部设置有螺纹孔；

螺栓，其与所述螺纹孔配合，所述螺栓的前端与滑块总成可旋转连接，与使螺栓转动时带动滑块总成移动；

电机，用于驱动所述螺栓旋转。

优选的是，所述驱动机构包括电磁驱动器和永磁螺杆，所述永磁螺杆与所述滑块总成前端连接，以带动滑块总成移动。

优选的是，所述滑槽呈以凸轮轴中心为圆心的圆弧形。

优选的是，所述凸轮轴还与正时***连接，以调节相位。

优选的是，所述正时***包括：

叶片转子，其与所述凸轮轴固定连接；

链轮，其设置在所述叶片转子外周，能够带动所述叶片转子转动；

所述链轮与叶片转子之间能够调节相位差。

优选的是，所述扭簧为方框形，所述扭簧一端固定在滑块总成上，所述扭簧的两侧设置在所述滑槽内并且抵靠在所述滑槽的上表面上。

本发明的有益效果是：本发明提供的连续可变摇臂式气门机构，基于传统指状滚子摇臂式气门机构改进而来的，相对现有的连续可变气门机构其结构简单、稳定性好且易实现控制目标。该机构可方便装配在发动机中实现气门升程及相位的连续可控，且能保障动力传递快捷的同时还可有效降低***传动的噪音。因此本发明设计的连续可变摇臂式气门机构，有着重要的实际意义和应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的连续可变摇臂式气门机构总体结构示意图。

图2为本发明所述的滑块总成结构示意图。

图3为本发明所述的驱动机构结构示意图。

图4为本发明所述的轴肩结构示意图。

图5为本发明所述的气门升程随滑块总成角位移变化曲线示意图。

图6为本发明所述的正时***结构示意图。

图7为本发明所述的滑块总成安装位置示意图。

图8为本发明所述的摇臂半剖时其内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图7、图8所示，本发明提供了一种连续可变摇臂式气门机构，包括一摇臂110，其左端底面与气门120相接触，右端由液压挺柱130支撑。当摇臂110受到一个向下的力时，左端底面能够推动气门120开启。

凸轮140固定在凸轮轴150上，所述凸轮轴150支撑在气缸盖上，当凸轮轴150旋转时，能够带动凸轮140一同旋转。

所述摇臂110上设置有空腔，滑块总成160设置在空腔内。空腔的前后两个侧壁上设置在两个圆弧滑槽111。所述滑块总成160的两端设置有两个凸起，用于与圆弧滑槽111配合，使所述滑块总成160能够沿圆弧滑槽111滑动，滑块总成160的顶部与凸轮140相接触，底部与摇臂110内空腔底部相接触，当凸轮轴150带动凸轮140旋转时，凸轮140推动滑块总成160并带动摇臂110运动，实现气门的开启或关闭。由于滑块总成150能够在空腔内滑动，也就是能够改变凸轮140与滑块总成160的接触位置，从而改变力臂的长短，最终改变摇臂110的摆动角度，使气门的升程发生改变。

一并参阅图2，所述滑块总成160包括支撑座161，其底部与摇臂110内的空腔底部相接触，并且使支撑座161能够在空腔内滑动。在支撑座161上部设置有滚子162，其中心轴线通过圆柱销163与支撑座161可旋转连接。所述圆柱销163的两端向外延伸形成所述凸起，用于与圆弧滑槽111配合。所述滚子162与凸轮140相接触，使凸轮140推动滚子162运动，进而带动支撑座161和摇臂110运动，实现气门120的开启或关闭。所述摇臂110与支撑座161上端面之间设置有扭簧164，用于使支撑座161贴紧摇臂110内空腔的上表面。所述扭簧164为方框行，其一端与支撑座161固定，所述扭簧164的两侧分别设置在两个圆弧滑槽111内，并且抵靠在滑槽111的上表面上，通过滑槽111的上表面将扭簧164向下压，从而给支撑座161一个向下的力，使其下表面与摇臂110空腔的底面贴合。

所述摇臂110与滑块总成160之间设置有驱动机构170，用于使滑块总成160相对于摇臂110移动，以改变相对于摇臂110的位置，并能够将摇臂110与滑块总成160固定。

如图3所示，所述驱动机构170包括螺栓锁止器171，其两端可旋转支撑在摇臂110上，其中部设置有螺纹孔，螺杆172从所述螺纹孔内穿过，并与螺纹孔配合。

在支撑座161的右端设置有一铰接轴，螺杆172的前端通过十字轴万向节与铰接轴连接。螺杆172由电机173驱动旋转。所述电机173与螺杆172采用花键配合，使电机173输出的旋转运动能够传递给螺杆172，同时又能够使电机173的输出轴与螺杆172之间能够沿轴线移动。

当电机173带动螺杆172旋转时，螺杆172与螺纹孔的配合使螺杆从螺栓锁止器171前端伸出或缩回，通过十字轴万向节带动支撑座161在空腔内滑动。十字轴万向节与支撑座161可旋转连接，支撑座161不会随着螺杆172一起旋转，只会移动。所述电机173选用交流伺服电机，保障其工作时的稳定性和使用寿命。

当螺杆172不随电机173旋转时，由于螺杆172与螺栓锁止器171的配合，使螺杆172不会相对与螺栓锁止器171前后移动，进而能够起到将支撑座161固定在空腔内的作用。同时通过扭簧164将支撑座161压在圆弧滑槽上。

在另一实施例中，所述驱动机构170采用电磁驱动器，通过电磁作用使永磁螺杆前后移动，推动支撑座161在圆弧滑槽内滑动。利用电磁驱动器的正负极特性，可通过改变电磁驱动器的电磁方向来驱动永磁螺杆的移动方向，即改变支撑座161的滑移方向。

当连续可变摇臂式气门机构正常运转时，即凸轮140随凸轮轴150逆时针转动，凸轮140在转动过程中推动滑块总成160中的滚子162绕圆柱销163转动，进而带动内置有滑块总成160的摇臂110绕液压挺柱130上下摆动，随摇臂110的上下摆动实现气门120的开启和关闭。其中圆柱销163与滚子162同心，两端固定在滑块总成160的两侧。

当发动机维持在某一工况运转时，即气门升程和相位保持不变。此时该机构中的滑块总成160在摇臂110内的圆弧滑槽上的某一位置保持不变，也就是滚子162与凸轮140的接触位置不变，气门120随摇臂110的上下摆动时实现固定的气门升程和相位。

如图1所示的结构图中，滑块总成160所处位置为气门机构初始位置，即气门低升程位置。当滚子162随滑块总成160在摇臂110内滑槽上逆时针滑动时，滚子162与凸轮140接触位置改变，即凸轮140转动时与摇臂110的接触位置发生变化，促使摇臂110绕液压挺柱130的上下摆动幅度发生改变，从而实现连续可变的气门升程和相位，以满足发动机不同工况时的气门升程和正时。

滑块总成160在空腔内随螺杆伸缩滑动时，其滑槽的轨道变化是以凸轮轴150轴心为圆心，以凸轮轴150轴心到滚子162圆心的距离为半径的圆弧曲线，其范围由如图1所示滑块总成160的初始位置到其逆时针滑移约50度的圆弧。保障滑块总成160沿滑槽方向滑移时，滚子162与凸轮140基圆始终保持相切位置。

同时为防止滑块总成160滑移角度较大时，滚子162与凸轮140接触位置产生侧滑现象，影响摇臂110正常工作时的上下摆动。如图4所示，在凸轮轴150上，基于凸轮140的两侧布置两个凸轮轴轴肩151，其凸轮轴轴肩151位置正对应摇臂110的两侧圆弧，且凸轮轴轴肩151的外径与摇臂110两侧圆弧相切。凸轮轴轴肩151能有效避免滚子162与凸轮140之间出现侧滑现象。

滑块总成160在滑槽内从初始位置滑移到终端位置时，使摇臂110绕液压挺柱130的上下摆动幅度逐渐增大，实现连续可变的气门升程和相位，其气门升程随滑块总成160角位移变化曲线如图5所示。为保障该机构在初始位置时的气门升程较小，凸轮140设计时须采用较小的凸轮升程。

随滑块总成160的角位移变化，可实现气门升程的连续变化，但其相位变化范围也随之增大。为保障发动机的气门工作相位和活塞行程同步，必须缩小由滑块总成160滑移较大时产生的相位差。为缩小相位差，可通过安装在凸轮轴150一端的气门正时***来调节气门相位变化。

图6中，气门正时***是通过连接在曲轴链轮和凸轮轴链轮的链条带动的。叶片转子182连接在凸轮轴150上，且其为同心轴结构。链轮181和叶片转子182是相套在一起的，通过链轮181带动其同步转动，也就是凸轮轴150与链轮181的同步转动。当需改变气门相位时，通过链轮181与叶片转子182之间的油液压差驱动叶片转子182相对链轮181左右转动，即凸轮轴150随链轮181的左右转动。

例如，当滑块总成160在滑槽内逆时针方向滑移一定角度产生较大的气门相位差时。为保障气门工作相位和活塞行程同步，须通过气门正时***同时控制叶片转子182，以相同的逆时针方向转动凸轮轴150与滑块总成160滑移相对应的角度。

为满足发动机不同工况需求，可通过气门正时***控制叶片转子182的转动角度以达到调节气门正时的作用。当该机构作为发动机进气气门时，根据发动机工况需要增大气门重叠角时，须通过气门正时***控制叶片转子182以与滑块总成160滑移相同的逆时针方向转动较大的角度，或以与滑块总成160滑移相同的顺时针方向转动较小的角度。反之当根据发动机工况需要减小气门重叠角时，须通过气门正时***控制叶片转子182以与滑块总成160滑移相同的逆时针方向转动较小的角度，或以与滑块总成160滑移相同的顺时针方向转动较大的角度。所需气门重叠角的大小根据发动机工况由发动机ECU具体控制执行。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，包括：

摇臂，其一端与气门相接触并能够推动气门，另一端由液压挺柱支撑；所述摇臂内设置顶部敞开的空腔，所述空腔两侧壁上对称设置有圆弧形滑槽；

凸轮，其固定在凸轮轴上；

滑块总成，其设置在所述空腔内，所述滑块总成两侧设置有两个凸起，所述凸起与滑槽配合，以使所述滑块总成能够在所述空腔内滑动；所述滑块总成顶部与凸轮相接触；

扭簧，其设置在所述摇臂与滑块总成之间，为滑块总成施加一个向下的力；

驱动机构，其能够驱动所述滑块总成在空腔内滑动，以改变所述滑块相对于摇臂的位置，从而改变气门的升程。

2.根据权利要求1所述的连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，所述滑块总成包括：

支撑座，其底部与滑槽底部相接触；

滚子，其通过圆柱销可旋转的安装在所述支撑座顶部，所述滚子与凸轮相接触；所述圆柱销两端向外延伸以形成凸起。

3.根据权利要求1所述的连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，在所述凸轮轴上，位于凸轮前后两侧分别设有轴肩。

4.根据权利要求2所述的连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，所述驱动机构包括：

螺栓锁止器，其两端可旋转支撑在摇臂，所述螺栓锁止器中部设置有螺纹孔；

螺栓，其与所述螺纹孔配合，所述螺栓的前端与滑块总成可旋转连接，与使螺栓转动时带动滑块总成移动；

电机，用于驱动所述螺栓旋转。

5.根据权利要求4所述的连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，所述滑槽呈以凸轮轴中心为圆心的圆弧形。

6.根据权利要求5所述的连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，所述凸轮轴还与正时***连接，以调节相位。

7.根据权利要求6所述的连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，所述正时***包括：

叶片转子，其与所述凸轮轴固定连接；

链轮，其设置在所述叶片转子外周，能够带动所述叶片转子转动；

所述链轮与叶片转子之间能够调节相位差。

8.根据权利要求7所述的连续可变摇臂式气门机构，其特征在于，所述扭簧为方框形，所述扭簧一端固定在滑块总成上，所述扭簧的两侧设置在所述滑槽内并且抵靠在所述滑槽的上表面上。