可变气门升程系统、发动机及汽车的制作方法

本发明涉及汽车领域，具体涉及一种可变气门升程系统、发动机及汽车。

背景技术：

发动机的气门可以比作是一扇门，门开启的角度大小和时间长短，决定了进出的气流量。门开启的角度越大，开启的时间越长，进出的气流量越大，反之进出的气流量则越小。由此产生了气门升程和气门正时的概念，其中气门升程就好比门开启的角度(简称气门开度)，气门正时就好比门开启的时间。

其中，对于气门升程来说，汽车在低速行驶时，需要的发动机动力较小，因此进排气量要求较小，相应地需要较小的气门升程；汽车在高速行驶时，需要的发动机动力较大，因此对于进排气量要求较大，相应地需要较大的气门升程。

当前，各大生产商都推出了各自的可变气门升程技术，从机械结构来看，可变气门升程技术可以由可切换凸轮(例如本田的VTEC和保时捷的Varicam)和可切换中间传动机构(例如宝马的Valtronic和日产的VVEL)来实现。从气门升程的可变范围来看，可变气门升程技术包括有级可变和连续可变两种。

本田的VTEC、保时捷的Variocam Plus均采用可切换凸轮来实现气门升程两段式可变，其中，凸轮轴上有两组不同型线的凸轮，分别对应两组摇臂或两组挺杆。低速时低型线凸轮向气门传递动力、高型线凸轮不传递动力；高速时，高型线凸轮向气门传递动力，从而增加气门升程。

宝马的Valtronic、日产的VVEL采用可切换中间传动机构来实现气门升程连续可变，这两种系统的优点是可以实现气门升程的连续可变，缺点是可切换中间传动机构需要用一套控制和传动装置来驱动其工作，结构复杂，并且该控制和传动装置设于气缸外，占用了较大的空间，挤压了用于容纳气缸的空间，限制了气缸的选择范围，从而限制了发动机最大输出功率。

由此可见，现有的可变气门升程技术中，结构相对简单的气门升程系统 只能实现气门升程有级可变，而能实现气门升程连续可变的气门升程系统结构复杂，且需要占用较大的发动机的空间。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种能够实现连续可变的且结构简单的可变升程的气门装置。

为解决上述问题，本发明提供一种可变气门升程系统，包括：气门，具有气门头部和气门杆部；第一齿轮，所述第一齿轮具有柱状的内周面，所述内周面上设有第一螺旋齿；第二齿轮，套设于所述第一齿轮内、且与所述气门杆部同轴连接，所述第二齿轮具有柱状的外周面，所述外周面上设有与所述第一螺旋齿啮合的第二螺旋齿；驱动部，用于驱动所述第一齿轮转动，由所述第一齿轮的转动带动所述第二齿轮转动，从而推动所述气门沿轴向运动。

可选的，所述驱动部包括与所述第一齿轮同轴连接的转子磁圈，以及与所述转子磁圈同轴套设的定子线圈，所述定子线圈用于在通电后驱动所述转子磁圈转动。

可选的，所述转子磁圈为磁铁或磁钢。

可选的，所述驱动部还包括内转筒、外转筒，由内而外依次同轴套设于所述气门杆部外；所述内转筒、外转筒之间以可以沿轴向相对滑动、但不能相对转动的方式相互嵌套，所述内转筒用于可旋转地支撑在气缸盖上；所述外转筒固套于所述第一齿轮外，且在远离所述气门头部的一端设有上端盖；所述转子磁圈固套于所述内转筒或所述外转筒，并通过对应的转筒与所述第一齿轮连接。

可选的，所述转子磁圈固套于所述内转筒内，所述定子线圈套设于所述转子磁圈内。

可选的，所述驱动部还包括用于固定所述定子线圈的线圈架，以及固定所述线圈架的固定部。

可选的，所述固定部包括：第一固定件，连接于所述气门杆部上，所述气门杆部可相对于所述第一固定件沿轴向运动；第二固定件，连接所述第一 固定件和所述线圈架。

可选的，所述第一固定件为管状、套于所述气门杆部外，第二固定件为环状、且同轴地位于所述第一固定件的轴向一端；所述第一固定件、第二固定件中，其中一个具有面向另一个的插槽，另一个具有插设于所述插槽中的插条。

可选的，还包括气门导管，套设于所述第一固定件和所述气门杆部之间，所述气门杆部可相对于所述气门导管沿轴向滑动。

可选的，所述气门导管的外壁、所述第一固定件的内壁上，一个开设有容纳槽，另一个设有固定销，所述固定销插设于所述容纳槽中。

可选的，所述气门导管的内壁、所述气门杆部的外壁上，一个开设有沿轴向延伸的导向槽，另一个设有导向销；所述导向销插设于所述导向槽中，且可沿所述导向槽滑动。

可选的，所述气门导管的外壁上还设有第一定位凸台，用于支撑在气缸盖上；所述第一定位凸台沿轴向位于所述固定部和所述气门头部之间，还用于支撑所述固定部。

可选的，所述内转筒的内周面上还设有第二定位凸台，用于支撑所述转子磁圈；所述第一定位凸台与所述第二定位凸台沿径向具有间隙。

可选的，还包括复位弹簧，沿所述气门杆部的长度方向抵靠在所述第二齿轮和所述固定部之间。

可选的，所述复位弹簧通过弹簧座抵靠在所述第二齿轮上；还包括套设在所述气门杆部外的弹性瓦片，所述弹簧座套设在所述弹性瓦片外。

本发明还提供一种发动机，其包括上述任一项所述的可变气门升程系统。

本发明还提供一种汽车，其包括上述发动机。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

气门杆部外套设有同轴设置且传动连接的第一齿轮、第二齿轮，第一齿轮、第二齿轮通过螺旋齿啮合，第一齿轮可以转动、并通过相互啮合的螺旋齿将转动运动转化为第二齿轮的直线运动，然后通过第二齿轮带动气门沿轴 向运动，从而连续改变气门的升程以调节气门的开度，实现气门升程连续可变。

进一步，驱动部包括与第一齿轮同轴连接的转子磁圈，以及与转子磁圈同轴套设的定子线圈，通过电磁感应原理，当定子线圈通电时，能够驱动转子磁圈转动，进而带动第一齿轮转动，最终实现第二齿轮和气门的沿轴向运动。

附图说明

图1是本发明实施例的可变气门升程系统的立体剖视图；

图2是本发明实施例的可变气门升程系统安装于气缸盖上的剖视图；

图3示出了本发明实施例的可变气门升程系统中各部件的运动状态；

图4示出了气门、气门导管、内转筒以及固定部的立体分解图；

图5示出了固定部的立体分解图；

图6示出了套有气门导管、弹簧座以及弹性瓦片的气门的立体剖视图；

图7-图10示出了本发明实施例的可变气门升程系统的各个装配步骤。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种可变气门升程系统，参照图1并结合图2示，包括气门10、用于驱动气门10沿轴向运动的齿轮部件，以及用于驱动齿轮部件运动的驱动部30。

气门10具有气门头部11和气门杆部12。齿轮部件包括相互啮合的第一齿轮21和第二齿轮22，第一齿轮21具有柱状的内周面，且在内周面上设有第一螺旋齿21a；第二齿轮22同轴套设于第一齿轮21内、且与气门杆部12同轴连接，第二齿轮22具有柱状的外周面，并在外周面上设有与第一螺旋齿21a啮合的第二螺旋齿22a。

驱动部30用于驱动第一齿轮21转动，由第一齿轮21的转动带动第二齿 轮22转动、从而推动气门10沿轴向运动。

其中，第二齿轮22设于气门杆部12远离气门头部11的一端，并与气门杆部12的端部相互抵靠。在其他实施例中，第二齿轮22也可以固套于气门杆部12外。

如图2，气缸盖C上具有安装孔的安装座C1，本实施例的可变气门升程系统安装于安装座C1的安装孔内，气门头部11伸入进气道C2(或排气道)，设有凸轮S1的凸轮轴S位于第一齿轮21远离气门头部11的一端。

如果凸轮轴S的位置一定、且凸轮S1的形状一定，那么，当凸轮轴S通过凸轮S1驱动气门10运动时，凸轮S1与气门头部11之间的距离D1决定了气门的开度。气门距离D1越大，则气门头部11伸入气缸内的距离D2越大、气门开度越大，单位时间内的进排气量变大；距离D1越小，则气门头部11伸入气缸内的距离D2越小、气门开度越小，单位时间内的进排气量变小。

本实施例中，凸轮S1与气门头部11之间的距离为第一齿轮21的轴向长度和气门10伸出第一齿轮21部分的长度之和。当第一齿轮21转动、并通过第二齿轮22驱动气门10做直线运动时，气门10伸出第一齿轮21部分的长度将伸长或缩短。具体地，当第一齿轮21转动并驱动气门10沿轴向朝向气缸运动时，气门10的开度变大，单位时间内的进排气量变大；当第一齿轮21转动并驱动气门10远离气缸运动时，气门10的开度变小，单位时间内的进排气量变小。

由此可见，当驱动部30驱动第一齿轮21转动时，通过相互啮合的螺旋齿的作用，第一齿轮21的转动能够转化为第二齿轮22的直线运动，并通过第二齿轮22带动气门10沿轴向运动，从而改变气门的开度，调节气门的升程。

继续参照图1并结合图3、图4所示，驱动部30包括与第一齿轮21同轴连接的转子磁圈31，以及与转子磁圈31同轴套设的定子线圈32，定子线圈32用于在通电后驱动转子磁圈31转动。定子线圈32通电后，转子磁圈31将在电磁感应作用下作旋转运动，从而将定子线圈32中的电能转化为转子磁圈31的机械能，进而通过转子磁圈31带动第一齿轮21转动。

其中，转子磁圈31可以是磁铁或磁钢，本实施例中采用磁钢。转子磁圈31可以直接与第一齿轮21连接，或者通过其他部件间接地与第一齿轮21连接。本实施例中采用第二种方式，即转子磁圈31与第一齿轮21间接连接。

具体地，继续参照图1、图2并结合图3、图4，驱动部30还包括内转筒33、外转筒34，由内而外依次同轴套设于气门杆部12外。内转筒33、外转筒34之间以可以沿轴向相对滑动、但不能相对转动的方式相互嵌套。内转筒33用于可旋转地支撑在气缸盖C上。

外转筒34固套于第一齿轮21外，且在远离气门头部11的一端设有上端盖34a，上端盖34a用于与凸轮轴S的凸轮S1接触，凸轮轴S带动凸轮S1转动时，凸轮S1推动上端盖34a沿轴向运动，进而带动气门10沿轴向运动。当装配至气缸盖C上后，内转筒33只能转动，不能沿轴向移动，因此当凸轮轴S的凸轮S1转动时，凸轮S1作用在上端盖34a上，并通过上端盖34a推动外转筒34以及第一齿轮21、第二齿轮22和气门10沿轴向运动，此时，外转筒34相对于内转筒33沿轴向滑动。

转子磁圈31固套于内转筒33、通过内转筒33和外转筒34与第一齿轮21连接。

其中，转子磁圈31、定子线圈32以及内转筒33之间只要满足相互同轴套设，且转子磁圈31与内转筒33连接、转子磁圈31与定子线圈32之间具有径向间隙即可。本实施例中，转子磁圈31固套于内转筒33内，定子线圈32套设于转子磁圈31内。这样可以减小整个气门系统的径向尺寸，使得整个系统的结构较为紧凑。

如图3，当定子线圈32通电时，由于电磁感应的作用，转子磁圈31将被驱动围绕其中心轴线作旋转运动(如图3中箭头R所示)，并依次带动内转筒33、外转筒34、第一齿轮21作同轴的旋转运动，然后由相互啮合的螺旋齿将第一齿轮21的旋转运动转化为第二齿轮22的沿轴向的直线运动(图3中箭头Y1所示)，最后由第二齿轮22带动气门10沿轴向作直线运动(图3中箭头Y2所示)，使得气门10伸出第一齿轮21的部分伸长或者缩短。

在其他实施例中，转子磁圈只要能够与第一齿轮同轴连接即可，其可以 同轴地连接于内转筒、外转筒甚至第一齿轮。另外，如果可以允许较大的径向尺寸，则也可以将转子磁圈固套于内转筒外。或者，定子线圈也可以套设于转子磁圈外。

如图1并结合图3、图4所示，驱动部30还包括用于固定定子线圈32的线圈架35，以及固定线圈架35的固定部36。具体地，如图1、图4，固定部36包括连接于气门杆部12上的第一固定件361，以及连接第一固定件361和线圈架35的第二固定件362。其中，气门杆部12可滑动地设于第一固定件361上，可相对于第一固定件361沿轴向运动。

第一固定件361、第二固定件362的形状不作限制，只要能够实现第一固定件361连接于气门杆部12、第二固定件12连接第一固定件361和线圈架35即可。本实施例中，为了实现各部件之间的稳定连接，防止各部件之间发生沿径向的偏移，保证各部件之间相对运动的可靠性，设置第一固定件361为管状，第二固定件362为环状、且位于第一固定件361的轴向一端。并且，第二固定件362固套于线圈架35内。

如图4并结合图5所示，第一固定件361、第二固定件362中，其中一个具有面向另一个的插槽，另一个具有与插设于插槽中的插条。也就是说，第一固定件361、第二固定架362通过相互插设的方式实现连接。

如图5，第一固定件361具有面向第二固定件362的插槽361a，第二固定件362具有面向第一固定件361的插条362c，插条362c插设于插槽361a中。

第二固定件362包括环形的底盘362a，以及固套于底盘362a内周面的弧形的插接片362b，插接片362b具有两片，插条362c分别设于每片插接片362c的内周面。

在其他实施例中，插条和插槽的位置可以互换，即将插条设于第一固定件上，将插槽设于第二固定件上。或者，第一固定件、第二固定件也可以采用相互固定套设的方式、或者焊接的方式实现连接。

进一步地，继续参照图1并结合图4、图6-7所示，气门杆部12外套设有气门导管40，气门导管40套设于气门杆部12和第一固定件361之间。其 中，气门导管40与第一固定件361之间不能相对运动，气门杆部12可相对于气门导管40、固定部36沿轴向滑动。

如图2，当装配至气缸盖C时，气门导管40、固定件36固定地设于气缸盖C的安装座C1内，气门10的气门杆部12可沿气门导管40的轴向运动。

其中，为了保证气门导管40和第一固定件361之间的相互固定，两两之间分别通过销和槽相互连接。具体地，气门导管40的外壁、第一固定件361的内壁上，一个开设有容纳槽，另一个设有固定销，固定销插设于容纳槽中、且可沿容纳槽滑动。

如图4、图7，本实施例中，气门导管40的外壁上开设有沿轴向延伸的容纳槽40a，第一固定件361的内壁设有固定销361b(图4)。在其他实施例中，固定销和容纳槽的位置可以互换。

为了保证气门10只沿轴向运动、同时保证气门导管40与气门杆部12之间沿周向不发生相对转动，本实施例在气门导管40的内壁、气门杆部12的外壁上，一个开设有沿轴向延伸的导向槽，另一个设有导向销，导向销插设于导向槽中，且可沿导向槽滑动。

如图1、图4、图6并结合图7，本实施例中，气门导管40的内壁上开设有沿轴向延伸的导向槽40b(图4、图7)，气门杆部12的外壁上设有导向销12a(图1、图6)。

在其他实施例中，导向槽和导向销的位置也可以互换。

进一步地，继续参照图1并结合图4、图6所示，气门导管40的外壁上还设有第一定位凸台41。如图2，当装配至气缸盖C时，第一定位凸台41用于支撑在气缸盖C上。

如图1，第一定位凸台41沿轴向位于固定部36和气门头部11之间，还用于支撑固定部36。固定部36通过第一定位凸台41支撑在气缸盖C上。

如图1、图4所示，内转筒33的内周面上还设有第二定位凸台331，用于支撑转子磁圈31。内转筒33通过第二定位凸台331支撑于气缸盖C上。

由于气门导管40与气门10连接，不转动，则第一定位凸台41不转动， 由于内转筒33为转动件，则第二定位凸台331转动，因此，第一定位凸台41与第二定位凸台331沿径向应当具有间隙，也就是说，两者之间不接触，以免在运动时发生干涉。

本实施例中，第一定位凸台41和第二定位凸台331沿径向位于同一平面上，且沿径向具有微小的间隙。由此，通过第一定位凸台、第二定位凸台、内转筒、外转筒以及上端盖围成一个相对封闭的空间，以容纳第一齿轮、第二齿轮以及转子磁圈、定子线圈、固定部等部件。这样，整个气门系统形成一个独立的组装件，而不会在运输或销售过程中使得各部件发生分离。

当装配至气缸盖C上时，第二定位凸台331支撑于气缸盖上，其与气缸盖C的接触面之间填充润滑油，以使得第二定凸台331能够随着内转筒33相对于气缸盖C转动。

进一步地，继续参照图1，本实施例的可变气门升程系统还包括复位弹簧51，该复位弹簧51在沿气门杆部12的长度方向抵靠在第二齿轮22和固定部36之间。当第一齿轮21驱动第二齿轮22远离上端盖34a运动时，复位弹簧51被压缩，并用于向第二齿轮22提供回复力，以驱动第二齿轮22反向运动。

其中，第一固定件361与线圈架35之间具有间隔，以用于容纳复位弹簧51。也就是说，复位弹簧51沿径向位于第一固定件361和线圈架35之间，其面向气门头部11的一端抵靠在第二固定件362上。这样不会对定子线圈和转子磁钢之间造成干涉，并且，第一固定件361和线圈架35可以对复位弹簧51的变形起到导向作用，防止复位弹簧51在变形过程中偏离中心轴线。

如图1并结合图6所示，复位弹簧51通过弹簧座52抵靠在第二齿轮22上。其中，气门杆部12外还套设有弹性瓦片53，弹簧座52套设在弹性瓦片53外。如图6，气门杆部12的外周面上设有环形的卡槽12b，弹性瓦片53为两片，分别卡设于卡槽12b内，在安装弹簧座52时，弹性瓦片53压缩变形、并卡入弹簧座52的中心孔内，然后通过弹性力抵靠在弹簧座52的内壁上，以将弹簧座52固定。

另外，复位弹簧51的另一端也通过另一弹簧座地设在第二固定件362上。

在其他实施例中，弹簧座52也可以直接焊接在气门杆部上。下面介绍本 实施例的可变气门升程系统的装配方法，其中图7-图10示出了该可变气门升程系统的各个装配步骤。

第一步，如图7，将气门导管40安装至气门杆部12外；

第二步，如图8，将固套有转子磁圈31和第二定位凸台331的内转筒33套至气门导管40外，并使得第一定位凸台41和第二定位凸台331沿径向处于同一平面；

第三步，如图9所示，将固套有线圈架35和线圈32的固定部36(图9b)套入气门导管40和转子磁圈31之间(图9a)，并使得第二固定件362支撑于第一定位凸台41上(图9中未示出第一定位凸台)；

第四步，如图10，将复位弹簧53(图10b)套入第一固定件361和线圈架35之间(图10a)，然后将弹性瓦片53以及弹簧座52装至气门杆部12，使得复位弹簧51沿轴向的两端分别抵靠在弹簧座52和第二固定件362之间。

第五步，如图1，将第二齿轮22套设于气门杆部12远离气门头部11的一端，并将固套有外转筒34的第一齿轮21旋入第二齿轮22。装配完成。

需要注意的是，本实施例中，各个相互“固套”的部件，例如外转筒和第一齿轮、内转筒和转子磁圈、内转筒和第二定位凸台、第二固定件和线圈架之间，都可以通过粘接、焊接或过盈配合的方式实现彼此之间的固定套设。

本发明实施例还提供一种发动机，其包括上述可变气门升程系统。

本发明实施例还提供一种汽车，其包括上述发动机。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。