CN115013106B - 一种可变配气相位的发动机配气结构、发动机和汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车技术领域，公开了一种可变配气相位的发动机配气结构、发动机和汽车。该结构包括摇臂轴、晚关摇臂、进气摇臂和凸轮轴；晚关摇臂套设在摇臂轴上，进气摇臂与晚关摇臂并列布置且套设在摇臂轴上，进气摇臂上设有延伸部，晚关摇臂能与延伸部抵接，使进气摇臂延迟复位，并使发动机进气门延迟关闭；凸轮轴上设有相变凸轮，相变凸轮能驱动晚关摇臂与延伸部抵接。该结构占用空间小、控制方便灵活、气门升程精准、通用性强且可以实现发动机在气门正常关闭工作模式和气门延迟关闭工作模式之间的快速切换。

Description

一种可变配气相位的发动机配气结构、发动机和汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种可变配气相位的发动机配气结构、发动机和汽车。
背景技术
随着能源和环境问题的日益突出，有效利用燃料产生的能源来提高发动机的效率是人们一直以来关心的课题。为了改善发动机性能，提高热效率并降低有害物排放，发动机进、排气门的配气相位可调节技术已成为焦点。
可变配气技术可以通过改变气门开启关闭时刻实现米勒循环，在发动机运行的一定工况下，可以利用延迟进气门关闭的时间，使一部分已经进入气缸的气体重新进入进气歧管，并在涡轮增压的作用下保持一定的气压，以大大增加发动机的进气效率并降低泵吸损失。此举的目的是将实际上的压缩空气相对于进气减少，从而降低压缩比，造成膨胀比大于压缩比，减小发动机工作的最高爆发压力。与固定配气相位相比，可变配气相位则可以在发动机不同工作范围内的转速和负荷下，提供可变的气门开启、关闭时刻或升程，从而改善发动机进、排气性能，较好的满足发动机在高转速与低转速、大负荷与小负荷时动力性、经济性及废气排放的要求，整体提高发动机综合性能。
现有的可变配气相位的结构多为组合摇臂式、液压挺柱式及电磁阀式气门等，其中液压挺柱式通过挺柱伸缩等方式实现气门晚关，但其难以精准达到设计者要求的气门升程曲线且不适用于顶置式凸轮轴配气***；电磁阀式气门控制复杂、体积庞大，各缸分别设置电磁控制阀需有严格的时序，对控制***提出了很高要求；组合摇臂式在原有摇臂上面增加偏心轮以控制组合摇臂，由于缸盖内部空间本就紧凑有限，组合摇臂式安装十分困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变配气相位的发动机配气结构占用空间小、控制方便灵活、气门升程精准、通用性强且可以实现发动机在气门正常关闭工作模式和气门延迟关闭工作模式之间的快速切换。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种可变配气相位的发动机配气结构，包括：
摇臂轴，
晚关摇臂，套设在所述摇臂轴上，
进气摇臂，与所述晚关摇臂并列布置且套设在所述摇臂轴上，所述进气摇臂上设有延伸部，所述晚关摇臂能与所述延伸部抵接，使所述进气摇臂延迟复位，并使发动机进气门延迟关闭；
凸轮轴，与所述摇臂轴平行布置且所述凸轮轴上设有相变凸轮，所述相变凸轮能驱动所述晚关摇臂与所述延伸部抵接。
作为一种可变配气相位的发动机配气结构的优选方案，所述凸轮轴的周向上设有容纳槽，所述相变凸轮能伸出或缩入所述容纳槽；当所述相变凸轮伸出所述容纳槽时，所述相变凸轮驱动所述晚关摇臂转动，以使所述晚关摇臂与所述延伸部抵接；当所述相变凸轮缩入所述容纳槽时，所述相变凸轮停止驱动所述晚关摇臂转动。
作为一种可变配气相位的发动机配气结构的优选方案，所述相变凸轮包括工作端，连杆和活塞，所述连杆的一端连接所述工作端，另一端连接所述活塞，所述活塞能驱动所述工作端伸出或缩入所述容纳槽。
作为一种可变配气相位的发动机配气结构的优选方案，所述活塞被配置于活塞缸内，所述活塞缸上设有进液口和出液口，所述进液孔通入高压油驱动所述活塞运动，以使所述连杆驱动所述工作端伸出所述容纳槽。
作为一种可变配气相位的发动机配气结构的优选方案，所述相变凸轮还包括弹簧，所述弹簧套设在所述连杆上，所述弹簧一端与所述工作端连接，另一端与所述活塞缸的靠近所述工作端的一端相连接。
作为一种可变配气相位的发动机配气结构的优选方案，凸轮轴沿轴向开设有进液流道和与所述进液流道平行的出液流道，所述活塞缸的壁面开设有进液口和出液口，所述进液流道与所述进液口相连通，所述出液流道与所述出液口相连通。
作为一种可变配气相位的发动机配气结构的优选方案，所述凸轮轴的两端分别开设有进液管接头和排液管接头，所述进液管接头与所述进液流道相连通，所述排液管接头与所述出液流道相连通。
作为一种可变配气相位的发动机配气结构的优选方案，所述进液管接头与进液管连接，所述进液管能相对于所述液管接头转动，所述排液管接头与排液管连接，所述排液管能相对于所述排液管接头转动，所述进液管和所述排液管通过控制阀相连。
发动机，包括以上任一方案所述的可变配气相位的发动机配气结构。
一种汽车，包括上述方案所述的发动机。
有益效果：
通过晚关摇臂与延伸部抵接，使进气摇臂延迟复位，并进一步使发动机进气门延迟关闭，从而改善发动机进气性能，提升发动机的动力性和经济性；通过设置在凸轮轴上的相变凸轮驱动晚关摇臂实现与进气摇臂的延伸部抵接，实现进气门晚关，结构简单且控制方便；同时，通过控制相变凸轮的形状能够控制晚关摇臂下降行程，并进一步使进气摇臂的下降行程得到精确控制，实现对气门升程的精准控制；另外，当晚关摇臂未与延伸部抵接时，发动机处于气门正常关闭工作模式，当相变凸轮驱动晚关摇臂与延伸部抵接时，发动机处于气门延迟关闭工作模式，所以通过相变凸轮能轻松实现发动机在气门正常关闭工作模式和气门延迟关闭工作模式之间的快速切换。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可变配气相位的发动机配气结构的轴测图；
图2是图1在A处的局部放大图；
图3是本发明实施例提供的可变配气相位的发动机配气结构的主视图；
图4是图3在B处的局部放大图；
图5是本发明实施例提供的凸轮轴的相变凸轮处的局部剖视图；
图6是图5在C处的局部放大图；
图7是图6以D-D为截面的剖视图；
图8是本发明实施例提供的凸轮轴内流道处的局部剖视图；
图9是图8在E处的局部放大图；
图10是本发明实施例提供的控制阀的结构示意图。
图中：
100、摇臂轴；110、晚关摇臂；120、进气摇臂；121、延伸部；
200、凸轮轴；210、相变凸轮；211、工作端；212、连杆；213、活塞；214、活塞缸；2141、进液口；2142、出液口；215、弹簧；220、容纳槽；230、进液流道；240、出液流道；250、进液管接头；260、排液管接头；
310、进液管；320、排液管；
400、控制阀；410、回油孔；420、出油孔；430、进油孔；440、泄油孔；500、驱动齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
请参阅附图1-附图6，在本实施例中，涉及一种可变配气相位的发动机配气结构(以下简称“配气结构”)，具体包括：摇臂轴100、晚关摇臂110、进气摇臂120和凸轮轴200。其中晚关摇臂110套设在摇臂轴100上，进气摇臂120与晚关摇臂110并列布置且套设在摇臂轴100上，进气摇臂120上设有延伸部121，通过晚关摇臂110能与延伸部121抵接，使进气摇臂120延迟复位，并使发动机进气门延迟关闭；凸轮轴200上设有相变凸轮210，相变凸轮210能驱动晚关摇臂110与延伸部121抵接。通过晚关摇臂110与延伸部121抵接，使进气摇臂120延迟复位，并进一步使发动机进气门延迟关闭，能够改善发动机进气性能，提升发动机的动力性和经济性；另外，通过设置在凸轮轴200上的相变凸轮210驱动晚关摇臂110实现与进气摇臂120的延伸部121抵接，实现进气门晚关，结构简单且控制方便；同时，通过控制相变凸轮210的形状能够控制晚关摇臂110下降行程，并进一步使进气摇臂120的下降行程得到精确控制，实现对气门升程的精准控制；在发动机整体上，当晚关摇臂110未与延伸部121抵接时，发动机处于气门正常关闭工作模式，当相变凸轮210驱动晚关摇臂110与延伸部121抵接时，发动机处于气门延迟关闭工作模式，所以通过相变凸轮210能轻松实现发动机在气门正常关闭工作模式和气门延迟关闭工作模式之间的快速切换。
请继续参阅附图5和附图6，凸轮轴200的周向上设有容纳槽220，相变凸轮210能伸出或缩入容纳槽220；当相变凸轮210伸出容纳槽220时，相变凸轮210驱动晚关摇臂110转动，以使晚关摇臂110与延伸部121抵接；当相变凸轮210缩入容纳槽220时，相变凸轮210停止驱动晚关摇臂110转动。在本实施例中，相变凸轮210能够相对于容纳槽220伸出或者缩入，当相变凸轮210伸出容纳槽220时，随着凸轮轴200的周向转动，相变凸轮210能驱动晚关摇臂110摆动，并使晚关摇臂110与延伸部121抵接，进一步使进气摇臂120延迟复位，此时，发动机处于气门延迟关闭工作模式。当相变凸轮210缩入容纳槽220时，相变凸轮210尽管随着凸轮轴200的周向转动，但相当于凸轮轴200的基圆与晚关摇臂110的相对运动，即相变凸轮210不能驱动晚关摇臂110摆动，自然也就无法进一步使晚关摇臂110与延伸部121抵接，此时，发动机处于气门正常关闭工作模式。所以通过控制相变凸轮210相对于凸轮轴200的相对位置，能方便切换发动机的两种工作模式。
作为优选，相变凸轮210包括工作端211，连杆212和活塞213，连杆212的一端连接工作端211，另一端连接活塞213，活塞213能驱动工作端211伸出或缩入容纳槽220。活塞能方便控制相变凸轮210的工作端211伸出或缩入容纳槽220，并进一步通过工作端211驱动晚关摇臂110摆动，使晚关摇臂110与延伸部121抵接，并最终使进气摇臂120延迟复位。
请进一步参阅附图5和附图6，相变凸轮210还包括弹簧215，弹簧215套设在连杆212上，弹簧215一端与工作端211连接，另一端与活塞缸214的靠近工作端211的一端相连接。当需要将发动机切换至气门延迟关闭工作模式时，活塞213将工作端211顶出容纳槽220，同时弹簧214受拉变形，当发动机切换至气门正常关闭工作模式时，活塞213向下运动，同时弹簧214恢复形变，将工作端211快速收回至容纳槽220内，加速工作端211复位到容纳槽220内。
请参阅附图7-附图9，在本实施例中，凸轮轴200沿轴向开设有进液流道230和与进液流道230平行的出液流道240，活塞缸214的壁面开设有进液口2141和出液口2142，进液流道230与进液口2141相连通，出液流道240与出液口2142相连通。通过进液流道230注入高压油，高压油通过进液口2141进入活塞缸214内，推动活塞213驱动工作端211伸出容纳槽220，使发动机处于气门延迟关闭工作模式。当发动机切换至气门正常关闭工作模式时，活塞缸214内的高压油从出液口2142泄出，并从出液流道240排出，活塞213复位。
可选地，凸轮轴200的两端分别开设有进液管接头250和排液管接头260，进液管接头250与进液流道230相连通，排液管接头260与出液流道240相连通。进液管接头250与进液管310连接，进液管310能相对于液管接头250转动，排液管接头260与排液管320连接，排液管320能相对于排液管接头260转动，进液管310和排液管320通过控制阀400相连。
作为优选，控制阀400为电磁阀，其中该电磁阀包括回油孔410、出油孔420、进油孔430和泄油孔440。
该配气结构的工作原理：从发动机曲轴传递过来的动力通过驱动齿轮500带动凸轮轴200转动，当进气门正常关闭时，控制电磁阀回油孔410与控制电磁阀泄油孔440相通，控制电磁阀回油孔410通过排液管320、排液管接头260、出液流道240、出液口2142与活塞缸214相通，此时油路中未形成高压(或高压油泄出)，相变凸轮210的工作端211在弹簧214的拉力下缩入在凸轮轴200内，晚关摇臂110仅与相变凸轮210的基圆区域相接触，晚关摇臂110在压紧弹簧的作用下保持初始位置对进气摇臂120不产生作用，进气摇臂120在进气凸轮的作用下摆动实现进气门的正常开启关闭。当配气机构切换至气门延迟关闭工作模式时，控制电磁阀回油孔410与控制电磁阀泄油孔440阻断，控制电磁阀出油孔420与控制电磁阀进油孔430相通，高压油通过进液管310、进液管接头250、进液流道230、进液口2141与活塞缸214的腔体形成高压，使活塞213推动相变凸轮210的工作端211外伸，随着凸轮轴200的转动，工作端211驱动晚关摇臂110克服压紧弹簧的弹力开始摆动，晚关摇臂110进气侧下行，当进气摇臂120气门侧的下降行程小于晚关摇臂110气门侧的下降行程时，晚关摇臂110压紧进气摇臂120的延伸部121，使进气摇臂120始终处于工作状态，实现进气门的晚关。
本实施例还涉及一种发动机，该发动机包括上述的可变配气相位的发动机配气结构。
本实施例还涉及一种汽车，该汽车包含上述发动机。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变配气相位的发动机配气结构，其特征在于，包括：
摇臂轴(100)，
晚关摇臂(110)，套设在所述摇臂轴(100)上，
进气摇臂(120)，与所述晚关摇臂(110)并列布置且套设在所述摇臂轴(100)上，所述进气摇臂(120)上设有延伸部(121)，所述晚关摇臂(110)能与所述延伸部(121)抵接，使所述进气摇臂(120)延迟复位，并使发动机进气门延迟关闭；
凸轮轴(200)，与所述摇臂轴(100)平行布置且所述凸轮轴(200)上设有相变凸轮(210)，所述相变凸轮(210)能驱动所述晚关摇臂(110)与所述延伸部(121)抵接，所述凸轮轴(200)的周向上设有容纳槽(220)，所述相变凸轮(210)能伸出或缩入所述容纳槽(220)；当所述相变凸轮(210)伸出所述容纳槽(220)时，所述相变凸轮(210)驱动所述晚关摇臂(110)转动，以使所述晚关摇臂(110)与所述延伸部(121)抵接；当所述相变凸轮(210)缩入所述容纳槽(220)时，所述相变凸轮(210)停止驱动所述晚关摇臂(110)转动。
2.根据权利要求1所述的可变配气相位的发动机配气结构，其特征在于，所述相变凸轮(210)包括工作端(211)，连杆(212)和活塞(213)，所述连杆(212)的一端连接所述工作端(211)，另一端连接所述活塞(213)，所述活塞(213)能驱动所述工作端(211)伸出或缩入所述容纳槽(220)。
3.根据权利要求2所述的可变配气相位的发动机配气结构，其特征在于，所述活塞(213)被配置于活塞缸(214)内，所述活塞缸(214)上设有进液口(2141)和出液口(2142)，所述进液口(2141)通入高压油驱动所述活塞(213)运动，以使所述连杆(212)驱动所述工作端(211)伸出所述容纳槽(220)。
4.根据权利要求3所述的可变配气相位的发动机配气结构，其特征在于，所述相变凸轮(210)还包括弹簧(215)，所述弹簧(215)套设在所述连杆(212)上，所述弹簧(215)一端与所述工作端(211)连接，另一端与所述活塞缸(214)靠接所述工作端(211)的一端相连接。
5.根据权利要求4所述的可变配气相位的发动机配气结构，其特征在于，凸轮轴(200)沿轴向开设有进液流道(230)和与所述进液流道(230)平行的出液流道(240)，所述活塞缸(214)的壁面开设有进液口(2141)和出液口(2142)，所述进液流道(230)与所述进液口(2141)相连通，所述出液流道(240)与所述出液口(2142)相连通。
6.根据权利要求5所述的可变配气相位的发动机配气结构，其特征在于，所述凸轮轴(200)的两端分别开设有进液管接头(250)和排液管接头(260)，所述进液管接头(250)与所述进液流道(230)相连通，所述排液管接头(260)与所述出液流道(240)相连通。
7.根据权利要求6所述的可变配气相位的发动机配气结构，其特征在于，所述进液管接头(250)与进液管(310)连接，所述进液管(310)能相对于所述液管接头(250)转动，所述排液管接头(260)与排液管(320)连接，所述排液管(320)能相对于所述排液管接头(260)转动，所述进液管(310)和所述排液管(320)通过控制阀(400)相连。
8.发动机，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的可变配气相位的发动机配气结构。
9.一种汽车，其特征在于，包括权利要求8所述的发动机。
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