CN210087426U - 一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，包括驱动凸轮、摆臂和气门组件，所述摆臂一端铰接，另外一端作用到气门组件，所述驱动凸轮转动装配在一固定位置并作用于摆臂的两端中间位置，向摆臂施加压力，通过摆臂的杠杆作用控制气门开启，所述摆臂铰接在滑块上，所述滑块导向设置，并与一推动机构连接，所述推动机构驱动滑块和摆臂一同滑动，以使摆臂的铰接支点、摆臂与驱动凸轮的作用位置以及摆臂与气门组件的作用位置发生连续变化。本实用新型通过调整摆臂与驱动凸轮的相对位置，实现气门升程和气门打开时间角两者连续可变，提高了发动机的进排气效率，提升了发动机的经济学、动力性和排放性能。

Description

一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置

技术领域

本实用新型涉及一种发动机配气机构，具体涉及一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置。

背景技术

对于大多数发动机，其进排气门升程是固定不可变的，也就是凸轮轴的凸轮型线只有一种。这就造成了该升程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响应。传统发动机的气门升程——凸轮型线设计是对发动机在全工况下的平衡性选择，其结果是发动机既得不到最佳的高速效率，也得不到最佳的低速扭矩，使进气损失出现和燃油消耗过多。

可变气门升程(VVL)的采用，使发动机在高速区和低速区都能得到满足需求的气门升程,从而改善发动机高速功率和低速扭矩。现有的可变气门升程的实现包括两种结构形式，一种是采用多个凸轮来控制进气摇臂，切换至不同高度的凸轮实现气门的不同开度控制，这种气门升程变化只能通过凸轮的数量来控制，一般是两组凸轮或者三组凸轮，没办法做到气门升程的连续无级变化；另一种是通过液压单元直接驱动气门的开闭，这种方式能够实现气门升程的无级连续变化，但是液压单元的设置使得发动机机构结构更加复杂，需要对现有发动机气门结构进行较大的结构改动，并且工作没有凸轮和摇臂控制的机械结构可靠。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对现有可变气门升程技术，提供一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，包括驱动凸轮10、摆臂20和气门组件30，所述摆臂30一端铰接，另外一端作用到气门组件30，所述驱动凸轮10转动装配在一固定位置并作用于摆臂20的两端中间位置，向摆臂20施加压力，通过摆臂20的杠杆作用控制气门开启，所述摆臂20铰接在滑块40上，所述滑块40导向设置，并与一推动机构50连接，所述推动机构50 驱动滑块40和摆臂20一同滑动，以使摆臂20的铰接支点、摆臂20与驱动凸轮10的作用位置以及摆臂20与气门组件30的作用位置发生连续变化。

进一步的，所述滑块40导向装配于固定的滑槽80内。

进一步的，所述摆臂20端部通过转轴60与滑块40铰装，所述滑块40和摆臂20的铰装位置设置有将摆臂20始终作用于气门组件30上的第一弹簧70。

进一步的，同步动作的气门组件30对应的摆臂20通过同一转轴60装配在同一滑块40上。

在本实用新型的连续可变气门升程装置中优选的，所述推动机构50为凸轮机构，包括驱动滑块40在滑槽80内移动的控制凸轮51以及使滑块40始终接触控制凸轮51的第二弹簧53。

进一步的，所述第二弹簧53一端连接在滑块40上，另一端通过固定轴52 与滑槽80连接，控制凸轮51推动滑块40使第二弹簧53发生弹性变形，第二弹簧53产生的弹性作用力控制滑块40与控制凸轮51压紧接触。

在本实用新型的连续可变气门升程装置中优选的，所述推动机构50采用丝杆机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块机构、电动推杆或者液压推杆。

进一步的，所述摆臂20与驱动凸轮10的作用侧面相对摆臂20的滑动方向倾斜设置。

本实用新型通过改变驱动凸轮、摆臂以及气门组件之间构成的杠杆结构的位置变化实现气门升程的高灵敏和大范围的调节，通过驱动凸轮作用于摆臂，使摆臂以铰装支点做旋转摆动，摆臂末端与气门挺柱接触并下压，从而驱动气门打开；摆臂通过转轴与滑块铰接，通过推动机构推动滑块，从而使滑块在滑槽中来回运动，导致摆臂做整体运动，从而使摆臂的铰接支点、摆臂与驱动凸轮的作用位置以及摆臂与气门组件的作用位置三者发生变化，实现气门升程连续可变。

本实用新型中还将摆臂与驱动凸轮的作用侧面相对于摆臂和滑块本身的导向滑动方向设置为斜面，这样使得驱动凸轮的进休止角作用面相对于摆臂之间的间隙也会随着摆臂和滑块的导向滑动而发生变化，该间隙的变化导致驱动凸轮推动摆臂的作用角度发生变化，最终实现气门升程变化的同时气门打开时间角同步连续变化。甚至通过调整摆臂与驱动凸轮相对位置至两者之间的间隙超过驱动凸轮的升程，还可以实现发动机对应气门的缸体闭缸控制。

综上所述，本实用新型的连续可变气门升程装置是在摇臂式气门机械结构的基础上调整摆臂为滑动结构，适应发动机不同工况的气门升程和气门打开时间角同时连续可变，使发动机在全转速范围内提供最佳的气门升程和气门打开时间角，整体还是以摇臂气门的机械结构，不需要大幅度改变现有发动机的气门结构，结构简单，并且机械结构成本较低，工作可靠，同步动作的气门可通过同一转轴装配在同一滑块上，极大提高装配效率和维修便利性，不同动作的气门之间能实现各缸的气门独立调节，提高了发动机的进排气效率，提升了发动机的经济学、动力性和排放性能。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的气门升程装置的原理示意图。

图2为实施例中的气门升程装置的气门升程变大状态示意图。

图3为实施例中的气门升程装置的杠杆原理图。

图4为实施例中的滑块结构示意图。

图5为实施例中的摆臂与滑块的装配示意图。

图6为实施例中的整个气门升程装置的装配示意图。

图中标号：10-驱动凸轮，20-摆臂，30-气门组件，31-气门挺柱，32-气门， 40-滑块，50-推动机构，51-控制凸轮，52-固定轴，53-第二弹簧，60-转轴，70- 第一弹簧，80-滑槽。

具体实施方式

实施例

参见图1和图2，图示中的气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置为本实用新型的具体实施方案，具体包括驱动凸轮10、摆臂20、气门组件30、滑块40、推动机构50、转轴60、第一弹簧70和滑槽80。气门组件30包括气门挺柱31和气门32，分别安装在发动机各个气缸的进气口和排气口，常态下为关闭状态，通过下压气门组件30来打开气门。本实施例中的气门组件30采用的是摇臂式气门机械结构控制开启，其中摆臂20一端铰接作为杠杆支点，摆臂 20具有以该铰接点为中心进行摆动的旋转自由度，摆臂20的另一端直接作用在气门组件30的气门挺柱31顶部，驱动凸轮10作用在摆臂20的两端中间位置上方，驱动凸轮10推动摆臂20向下间歇摆动，通过摆臂20的杠杆作用将气门挺柱31向下压，进而推动下方的气门32向下移动，实现气门的开启，摆臂20 的摆动角度控制气门32的开启升程，也就是气门进气的开度。

以上摇臂式气门机械结构为现有常用的气门控制结构，本实施例通过将摆臂20移动设置，通过移动摆臂20的位置改变摆臂和驱动凸轮对气门组件的杠杆作用，实现气门的连续可变升程控制。

具体的，本实施例中的摆臂20的铰接安装在滑块40上，滑块40导向装配在固定的滑槽80内，这样摆臂20在相对滑块40摆动的同时整体随滑块40增加有一个滑动的直线自由度，滑块40推动机构50连接，通过推动机构50实现滑块40和摆臂20整体沿滑槽80往复直线滑动的驱动作用力。摆臂20的另一端是与气门挺柱31的顶面接触连接，而驱动凸轮10的安装位置相对摆臂20固定不动，摆臂20通过连续移动，使得摆臂20的铰接支点、摆臂20与驱动凸轮10的作用位置以及摆臂20与气门组件30的作用位置发生连续变化，控制气门升程连续可变。

摆臂20端部通过转轴60与滑块40铰装，在滑块40和摆臂20的铰装位置设置有将摆臂20始终作用于气门组件30上的第一弹簧70，第一弹簧70可采用套装在转轴60上并分别与摆臂20和滑块40连接的扭簧结构，通过扭簧的旋转扭矩实现摆臂20的端部始终接触在气门挺柱31上，但是扭簧施加的作用力应当要小于气门开启的弹簧复位作用力，即不能单纯通过第一弹簧70对摆臂20 施加的作用力而将气门直接打开。

滑块40导向滑动装配在固定设置的滑槽80内，滑槽80限定了滑块40的移动方向，推动机构50从滑槽80的另一端推动滑块40和摆臂20沿滑槽80移动，本实施例中的推动机构50为凸轮机构，包括驱动滑块40在滑槽80内推动控制凸轮51以及驱动滑块40始终接触控制凸轮51的第二弹簧53，其中滑块 40的端面与控制凸轮51的凸轮面作用，通过凸轮作用推动滑块40在滑槽80内部朝靠近驱动凸轮的方向移动，第二弹簧53一端挂接在滑块40与摆臂20铰接的转轴60上，随滑块40一同移动，另一端挂接在与滑槽80固定连接的固定轴 52上，相对另外一端固定不动，控制凸轮51推动滑块40移动的过程使第二弹簧53发生弹性变形，第二弹簧53产生的弹性作用力控制滑块40在控制凸轮转动至近休止角时与控制凸轮51压紧接触，带动滑块40回程移动。驱动凸轮10 和控制凸轮51的动力可以通过单独的动力单元控制，可以与发动机的输出轴同步传动连接。

推动机构50驱动滑块40直线往复移动，实际应用中还可采用丝杆机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块机构、电动推杆或者液压推杆等直线往复运动机构实现，本实施例在此不一一赘述。

驱动凸轮10提供摆臂20向气门挺柱31的下压力。驱动凸轮10转动装配在摆臂20上方的固定位置，其凸轮面作用于摆臂20两端的中间位置，驱动凸轮10仅仅具有旋转自由度，位置相对摆臂20固定不动，通过驱动凸轮10的转动，利用凸轮面将摆臂20向下推，推动摆臂20向下摆动，最终向下推动气门组件30使气门打开。气门组件30的关闭则是在失去摆臂20和驱动凸轮10的下压作用力后，通过气门组件与发动机缸体之间安装的回位弹簧实现。

驱动凸轮10作用于摆臂20中间位置，使摆臂20以其铰接点为支点做杠杆运动，由于摆臂20另一末端与气门挺柱31连接，从而驱动气门72打开和关闭。本实施例实现连续可变气门升程的原理是通过推动机构50驱动滑块40和摆臂 20整体来回移动，以调整摆臂20的铰接支点、摆臂20与驱动凸轮10的作用位置以及摆臂20与气门组件30的作用位置，通过以上三个位置的改变，整个杠杆作用的力臂发生变化，进而实现气门开启升程的连续变化。

图示中的驱动凸轮10位于摆臂20的上方，为了能够实现在控制气门升程变化的同时，调整变化气门升程对应的气门打开时间，本实施例将摆臂20与驱动凸轮10的作用侧面相对摆臂20和滑块40的滑动方向倾斜设置，这样在摆臂 20整体移动的时候，驱动凸轮10的凸轮面与摆臂20的作用侧面之间的间隙会发生变化，该间隙的变化直接转变为驱动凸轮10在摆臂20上的作用时间的变化，通过该间隙的变化，摆臂20控制气门打开时间角和气门关闭时间角同时也会发生变化。摆臂20移动过程中与驱动凸轮10之间的间隙为连续变化，所以气门打开时间角α也连续变化。具体的，为方便本实施例对气门打开时间控制的描述，这里所指的“气门打开时间角”指驱动凸轮10与摇臂20接触的推程角、远休止角和回程角之和，如图1中的α角；所指的“气门关闭时间角”指即驱动凸轮10转动360°后减去α角剩下的角度，在此角度状态下驱动凸轮10 不推动摇臂部件20。

本实施例通过调整摆臂20移动的同时，实现与驱动凸轮10之间相对位置的变化，实现气门升程和气门打开时间角α两者同时连续可变。在图1中，气门处于正常状态下，此时发动机正常工作，既不需要增大气门开度增加进气量，也不需要减小气门开度减少进气量，此时摆臂20与驱动凸轮10的凸轮面的近休止角之间保持一定间隙Δ，该间隙Δ小于驱动凸轮10的升程，并且摆臂20 倾斜一定角度与气门挺柱31接触，当驱动凸轮10连续转动通过推程角、远休止角和回程角接触到摆臂20后，推动摆臂20间隙打开气门组件，实现发动机气缸的正常进排气。如图2和图3所示，在推动机构50推动滑块40和摆臂20 向驱动凸轮侧方向移动的过程中，摆臂20与驱动凸轮10的进休止角之间的间隙Δ会越来越小，导致气门打开时间角α越来越大，并且驱动凸轮10作用在摆臂20上的力臂L1以及摆臂20作用在气门挺柱31上的力臂L2发生变化，根据杠杆作用的原理，使发动机的气门升程H变大ΔH，随着气门升程增加，气门打开时间角α也变大，有利于在转速和负荷越来越高情况下增加气门的进气量。本实用新型中摆臂20与驱动凸轮10之间的间隙Δ为连续变化，所以气门打开时间角α也随之连续变化。

反向移动摆臂20则可实现气门升程和气门打开时间角α连续变小，设置可设定气门升程和气门打开时间角均为零，即对应气门的发动机气缸闭缸技术，此时，不管驱动凸轮10旋转至何种角度位置，驱动凸轮10的凸轮面均不会与摆臂20接触，气门打开时间角α为0，对应的气门关闭时间角为360°，此状态下，驱动凸轮无法使气门打开，实现发动机气缸闭缸。

本实施例可以分别安装在气缸的进气门和排气门上，对于同步动作的气门组件，通过同一转轴60装配在同一滑块40上，滑块40的结构如图4所示，滑块40一侧上设置有对应多个摆臂20的安装位置，所有的摆臂20通过同一根转轴60一同铰装在滑块40上，如图5所示，转轴60与每个摆臂20之间对应装配第一弹簧70，在转轴60的两端位置挂装两组第二弹簧53与固定的滑槽连接，将滑块40与滑块另一侧与推动机构50的控制凸轮接触，如图6所示，实现推动机构50的控制凸轮推动滑块40带动连接的所有摆臂20一同调整。转轴60 采用单根形式，将各个零件组成总成，从而方便以总成形式安装进滑槽80中，装配效率极高。

实际应用中也可以采用液压推杆或者电动推杆等单独推动机构，对各缸气门摆臂对应的滑块进行独立的运动控制

以上仅为本实用新型的较佳实施方式，凡依本实用新型要求范围所做的均为变化与修饰，皆应属本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，包括驱动凸轮(10)、摆臂(20)和气门组件(30)，所述摆臂(30)一端铰接，另外一端作用到气门组件(30)，所述驱动凸轮(10)转动装配在一固定位置并作用于摆臂(20)的两端中间位置，向摆臂(20)施加压力，通过摆臂(20)的杠杆作用控制气门开启，其特征在于：

所述摆臂(20)铰接在滑块(40)上，所述滑块(40)导向设置，并与一推动机构(50)连接，所述推动机构(50)驱动滑块(40)和摆臂(20)一同滑动，以使摆臂(20)的铰接支点、摆臂(20)与驱动凸轮(10)的作用位置以及摆臂(20)与气门组件(30)的作用位置发生连续变化。

2.根据权利要求1所述的一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，所述滑块(40)导向装配于固定的滑槽(80)内。

3.根据权利要求2所述的一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，所述摆臂(20)端部通过转轴(60)与滑块(40)铰装，所述滑块(40)和摆臂(20)的铰装位置设置有将摆臂(20)始终作用于气门组件(30)上的第一弹簧(70)。

4.根据权利要求3所述的一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，同步动作的气门组件(30)对应的摆臂(20)通过同一转轴(60)装配在同一滑块(40)上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，所述推动机构(50)为凸轮机构，包括驱动滑块(40)在滑槽(80)内移动的控制凸轮(51)以及使滑块(40)始终接触控制凸轮(51)的第二弹簧(53)。

6.根据权利要求5所述的一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，所述第二弹簧(53)一端连接在滑块(40)上，另一端通过固定轴(52)与滑槽(80)连接，控制凸轮(51)推动滑块(40)使第二弹簧(53)发生弹性变形，第二弹簧(53)产生的弹性作用力控制滑块(40)与控制凸轮(51)压紧接触。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，所述推动机构(50)采用丝杆机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块机构、电动推杆或者液压推杆。

8.根据权利要求1所述的一种气门升程和气门打开时间同时可变的气门升程装置，所述摆臂(20)与驱动凸轮(10)的作用侧面相对摆臂(20)的滑动方向倾斜设置。

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