连续可变气门持续时间装置和设置有该装置的发动机的制作方法

本申请要求于2017年12月12日提交的韩国专利申请第10-2017-0170389号的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。

本发明涉及一种连续可变气门持续时间装置和设置有该装置的发动机，更具体地，本发明涉及一种基于发动机的操作状况来改变气门的打开持续时间的连续可变气门持续时间装置和设置有该装置的发动机。

背景技术：

内燃机通过利用吸入燃烧室中的空气在燃烧室中燃烧燃料而产生动力。进气门由凸轮轴操作以吸入空气，并且当进气门打开时，空气被吸入或吸进燃烧室中。此外，排气门由凸轮轴操作，并且当排气门打开时，从燃烧室排出燃烧气体。

进气门和排气门的最佳操作取决于发动机的转速。换句话说，气门的最佳升程或最佳打开/关闭正时取决于发动机的转速。为了基于发动机的转速实现这种最佳的气门操作，已经对多个凸轮和能够基于发动机转速改变气门升程的连续可变气门升程(cvvl，continuousvariablevalvelift)的设计进行了研究。另外，为了实现基于发动机转速的这种最佳气门操作，已经对能够基于发动机转速实现不同的气门正时操作的连续可变气门正时(cvvt，continuouslyvariablevalvetiming)装置进行了研究。一般的cvvt可以用固定的气门打开持续时间来改变气门正时。然而，一般的cvvl和cvvt结构复杂，且制造成本昂贵。

本发明背景技术部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明背景的理解，并因此其可以包含不构成本国家中本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的各个方面提供了一种连续可变气门持续时间装置和设置有该装置的发动机，该装置可以基于发动机的操作状况以简化的结构改变气门的打开持续时间。

根据本发明的示例性实施例的连续可变气门持续时间装置可以包括：凸轮轴；凸轮单元，在凸轮单元上形成有凸轮，并且凸轮轴插入凸轮单元；内轮，该内轮被配置成将凸轮轴的旋转传递到凸轮单元；轮壳体，内轮可旋转地插入轮壳体中，并且在轮壳体上形成有与凸轮轴平行的壳体铰接孔；滑块，在滑块上形成有与凸轮轴平行的滑块铰接孔和滑块控制孔；铰接轴，该铰接轴插入壳体铰接孔和滑块铰接孔中；控制轴，在控制轴上形成有插入滑块控制孔中的偏心凸轮；以及控制器，该控制器被配置成选择性地旋转控制轴，以经由滑块使轮壳体与凸轮轴垂直地移动。

引导孔可以与凸轮轴垂直地形成在轮壳体上，并且连续可变气门持续时间装置还可以包括引导部分，该引导部分具有插入引导孔中的引导轴，以用于引导轮壳体的运动。引导部分还可以包括支撑引导轴的引导支架。第一滑孔和第二滑孔可以分别形成在内轮上，并且凸轮狭槽可以形成在凸轮单元上。连续可变气门持续时间装置还可以包括：滚子轮，该滚子轮连接到凸轮轴并可旋转地插入第一滑孔中；以及滚子凸轮，该滚子凸轮可滑动地插入凸轮狭槽中并可旋转地插入第二滑孔中。

滚子凸轮可包括：滚子凸轮本体，该滚子凸轮本体可滑动地插入凸轮狭槽中；凸轮头，该凸轮头可旋转地插入第二滑孔中；以及突起，该突起被形成为防止滚子凸轮被移除或收回。滚子轮可以包括：轮本体，该轮本体可滑动地连接到凸轮轴；以及轮头，该轮头可旋转地插入第一滑孔中。凸轮轴油孔可以沿凸轮轴的纵向方向形成在凸轮轴内，与凸轮轴油孔连通的本体油孔可以形成在滚子轮的轮本体上，并且与本体油孔连通的油槽可以形成在滚子轮的轮头上。

凸轮单元可以包括第一凸轮部分和第二凸轮部分，该第一凸轮部分和第二凸轮部分被布置成分别对应于气缸和相邻气缸，并且内轮可以包括第一内轮和第二内轮，该第一内轮和第二内轮被配置成将凸轮轴的旋转分别传递到第一凸轮部分和第二凸轮部分。第一内轮和第二内轮可以彼此可旋转地连接。连续可变气门持续时间装置还可以包括轴承，该轴承设置在轮壳体内并支撑第一内轮和第二内轮。

两个凸轮可以形成在第一凸轮部分和第二凸轮部分上，并且凸轮连接部分可以形成在凸轮之间，并且连续可变气门持续时间装置还可以包括凸轮盖，在该凸轮盖上可以形成有配置成支撑凸轮连接部分的凸轮支撑部分。多个轴颈可以形成在控制轴上，并且连续可变气门持续时间装置还可以包括配置成支撑多个轴颈的多个轴颈支架。

轴颈支架可以安装到凸轮盖。轴颈支架突起可以形成在多个轴颈支架中的至少一个上，并且连续可变气门持续时间装置还可以包括限位件(stopper，止动件)，该限位件连接到控制轴，以通过接触轴颈支架突起来限制控制轴的旋转。滑块连接孔可以形成在滑块上，铰接轴槽可以形成在铰接轴上。连续可变气门持续时间装置还可包括连接销，该连接销插入连接孔和铰接轴槽中，并被配置成防止铰接轴分离。在轮壳体上可以形成有控制轴孔，控制轴插入控制轴孔中。

根据本发明示例性实施例的发动机可以设置有该连续可变气门持续时间装置。如上所述，根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置可以基于发动机的操作状况以简化的结构来改变气门的打开持续时间。根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的尺寸可以减小，并因此气门机构的整个高度可以减小。由于连续可变气门持续时间装置在无需过多修改的前提下可应用于现有发动机，因此可提高生产率，并降低生产成本。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中将使本发明的目的、特征和优点更加明显，附图中：

图1是设置有根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的发动机的透视图；

图2是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的透视图；

图3是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的侧视图；

图4是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的细节图；

图5是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的局部细节图；

图6和图7是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的轮壳体的图；

图8和图9是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮和凸轮单元的图；

图10a至图10c是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的限位件的图；

图11和图12是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的图；

图13至图15是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的操作的图；

图16和图17是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的操作的图；

图18a和图18b是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的凸轮狭槽的图；以及

图19a至图19c是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的气门型线(valveprofile)的曲线图。

附图标记列表：

1：发动机

30：凸轮轴

32：凸轮轴油孔

34：凸轮轴孔

40：凸轮盖

46：凸轮支撑部分

50：限位件

60：滚子轮

62：轮本体

64：轮头

66：本体油孔

68：油槽

69：连通孔

70：凸轮单元

70a、70b：第一/第二凸轮部分

71、72：凸轮

74：凸轮狭槽

76：凸轮连接部分

80：内轮

82：滚子凸轮

82a：滚子凸轮本体

82b：滚子凸轮头

82c：突起

83：凸轮狭槽

84：第一内轮连接部分

85：第二内轮连接部分

86：第一滑孔

88：第二滑孔

90：轮壳体

92：壳体铰接孔

94：引导孔

96：控制轴孔

100：控制器

102：控制轴

104：偏心凸轮

106：轴颈

110：轴颈支架

111：轴颈支架突起

112：轴颈轴承

120：控制电机

130：引导部分

132：引导轴

134：引导支架

140：轴承

150：滑块

152：滑块铰接孔

154：滑块控制孔

156：滑块连接孔

160：铰接轴

162：铰接轴槽

164：连接销

200：气门

211-214：1-4气缸

具体实施方式

应当理解，这里使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料(例如，从石油之外的资源获得的燃料)车辆。

尽管将示例性实施例描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块来执行。另外，应当理解，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，并且处理器被具体被配置为执行所述模块以执行一个或多个过程，以下将进一步描述。

这里使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而并非旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时表明存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个所列出的相关联项目的任何和所有组合。

在下面的详细描述中，仅通过说明的方式示出和描述了本发明的某些示例性实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。为了清楚地描述本发明，将省略与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同或相似的元件将由相同的附图标记表示。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。

下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。图1是设置有根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的发动机的透视图，并且图2是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的透视图。

图3是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的侧视图，并且图4是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的细节图。图5是根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的局部细节图，并且图6和图7是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的轮壳体的图。

参照图1至图7，根据本发明示例性实施例的发动机1包括连续可变气门持续时间装置。在附图中，对于发动机形成有4个气缸211、212、213和214，但不限于此。

根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置包括：凸轮轴30；凸轮单元70，在凸轮单元上形成有凸轮71，并且凸轮轴30可以插入凸轮单元70中；内轮80，内轮被配置成将凸轮轴30的旋转传递到凸轮单元70；轮壳体90，内轮80可旋转地插入轮壳体中，并且在轮壳体上形成有平行于凸轮轴30的壳体铰接孔92；滑块150，在滑块上形成有平行于凸轮轴30的滑块铰接孔152和滑块控制孔154；铰接轴160，该铰接轴插入壳体铰接孔92和滑块铰接孔152中；控制轴102，在控制轴上形成有插入滑块控制孔154中的偏心凸轮104；以及控制器100，该控制器被配置为选择性地旋转控制轴102以经由滑块150使壳体90与凸轮轴30垂直地移动。

具体地，气门持续时间指的是气门打开的持续时间，即，从气门打开到气门关闭的持续时间。凸轮轴30可以是进气凸轮轴或排气凸轮轴。引导孔94可以与凸轮轴30垂直地形成在轮壳体90上。连续可变气门持续时间装置还可以包括引导部分130，该引导部分具有插入引导孔94中的引导轴132，以引导轮壳体90的运动。引导部分130还可以包括引导支架134，该引导支架支撑引导轴132。控制器100可以包括控制马达120，该控制马达被配置成选择性地旋转控制轴102。

图8和图9是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮和凸轮单元的图，并且图10a至图10c是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的限位件的图。图11和图12是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的图。

参照图1至图12，第一滑孔86和第二滑孔88可以分别穿过内轮80而形成，并且凸轮狭槽74可以形成在凸轮单元70上。连续可变气门持续时间装置还可包括：滚子轮60，该滚子轮连接到凸轮轴30并且可旋转地插入第一滑孔86中；以及滚子凸轮82，该滚子凸轮可滑动地插入凸轮狭槽74中并且可旋转地插入第二滑孔88中。滚子凸轮82可包括：滚子凸轮本体82a，该滚子凸轮本体可滑动地插入凸轮狭槽74中；以及凸轮头82b，该凸轮头可旋转地插入第二滑孔88中。

突起82c可以形成滚子凸轮82上，以防止滚子凸轮82沿着凸轮轴30的纵向方向与内轮80分离。滚子轮60可包括：轮本体62，该轮本体可滑动地连接到凸轮轴30；以及轮头64，该轮头可旋转地插入第一滑孔86和轮本体62中。轮头64可以一体地形成。

另外，凸轮轴孔34可以形成凸轮轴30上，滚子轮60的轮本体62可以可移动地插入凸轮轴孔34中，并且轮头64可以可旋转地插入第一滑孔86中。凸轮轴油孔32可沿着凸轮轴30的纵向方向形成在该凸轮轴内，与凸轮轴油孔32连通的本体油孔66可以形成在滚子轮60的轮本体62上，并且与本体油孔66连通的油槽68(参见图13)可以形成于滚子轮60的轮头64。供应到凸轮轴油孔32的润滑剂可以通过本体油孔66、连通孔69和油槽68而被供应到内轮80。

凸轮单元70可以包括第一凸轮部分70a和第二凸轮部分70b，该第一凸轮部分和第二凸轮部分被布置成分别对应于气缸和相邻的气缸，例如第一气缸201和相邻的气缸202，并且内轮80可以包括第一内轮80a和第二内轮80b，该第一内轮和第二内轮被配置成分别将凸轮轴30的旋转传递到第一凸轮部分70a和第二凸轮部分70b。

连续可变气门持续时间装置还可以包括设置在轮壳体90内的轴承140，以用于支撑第一内轮80a和第二内轮80b。轴承140可以是滚针轴承，第一内轮80a和第二内轮80b可以设置在一个轮壳体90内，并且轴承140可以可旋转地支撑第一内轮80a和第二内轮80b。由于第一内轮80a和第二内轮80b可以设置在一个轮壳体90内，所以可以减少所以整体元件的数量，并由此可以提高生产率和制造经济性。

轮壳体90内的第一内轮80a和第二内轮80b可以彼此可旋转地连接。例如，第一内轮连接部分84和第二内轮连接部分85可以分别形成于第一内轮80a和第二内轮80b，并且第一内轮连接部分84和第二内轮连接部分85可以彼此连接。附图示出了第一内轮连接部分84和第二内轮连接部分85形成为凸形元件和凹形元件，然而，本发明不限于此。第一内轮80a和第二内轮80b可以通过可变连接结构彼此可旋转地连接。当第一内轮80a和第二内轮80b连接时，可以减少由于轴承、内轮、升降机等的制造公差所引起的松动或振动。

两个凸轮71和72可以成对地形成在第一凸轮部分70a和第二凸轮部分70b上，并且凸轮盖连接部分76可以形成在第一凸轮部分70a和第二凸轮部分70b中的每者的成对凸轮71和72之间。凸轮71和72可以被配置成旋转以由此打开气门200。连续可变气门正时装置还可以包括凸轮盖40，在该凸轮盖40上形成有凸轮支撑部分46，该凸轮支撑部分被配置成可旋转地支撑凸轮盖连接部分76。引导支架134可以连接到凸轮盖40，该凸轮盖可旋转地支撑形成有凸轮连接部分76的凸轮单元70。

多个轴颈106可以形成在控制轴102上，并且连续可变气门持续时间装置还可以包括配置成支撑多个轴颈106的多个轴颈支架110。由于轴颈支架110可以安装到凸轮盖40，所以可以更容易地进行组装和维护。轴颈支架突起111可以形成在多个轴颈支架110中的至少一个上，并且限位件50可以连接到控制轴102，以通过接触轴颈支架突起111来限制控制轴102的旋转。

滑块连接孔156可以穿过滑块150而形成，铰接轴槽162可以形成在铰接轴160上，并且连接销164可插入连接孔156和铰接轴槽162中，其被配置成防止铰接轴160分离。供控制轴102插入其中的控制轴孔96可以穿过轮壳体90而形成。

图13至图15是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的操作的图，并且图16和图17是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的操作的图。如图10b和图13所示，当凸轮轴30和凸轮单元70的旋转中心重合时，凸轮71和72以凸轮轴30的相同相位角旋转。根据发动机操作状态，ecu(发动机控制单元或电气控制单元)可以被配置成将控制信号传输到控制部分100，然后控制马达120可以被配置成使控制轴102旋转。

此外，经由滑块控制孔154与偏心凸轮104连接的滑块150可以推动或拉动轮壳体90，以使轮壳体90沿着引导轴132移动。如图10a或图10b、图14和图15所示，由于控制轴102的旋转，轮壳体90相对于凸轮轴30的相对位置可以改变。当轮壳体90相对于凸轮轴30的相对位置改变时，凸轮71和72相对于凸轮轴30转速的相对转速可以改变。

当滑动销60与凸轮轴30一起旋转时，销本体62可在凸轮轴孔34内滑动，销头64可在第一滑孔86内旋转，并且滚子凸轮82可在第二滑孔88内旋转且可在凸轮狭槽74内滑动。因此，凸轮71和72相对于凸轮轴30转速的相对转速可以改变。

当轮壳体90相对于凸轮轴30的旋转中心向一个方向(例如，第一方向)移动时，凸轮71和72的旋转速度比凸轮轴30从相位a到相位b以及从相位b到相位c的旋转速度快，然后凸轮71和72的旋转速度比凸轮轴30从相位c到相位d以及从相位d到相位a的旋转速度慢，如图16所示。当轮壳体90相对于凸轮轴30的旋转中心向相反方向(例如，与第一方向相反的第二方向)移动时，凸轮71和72的旋转速度比凸轮轴30从相位a到相位b以及从相位b到相位c的旋转速度慢，然后凸轮71和72的旋转速度比凸轮轴30从相位c到相位d以及从相位d到相位a的旋转速度快，如图17所示。

图18a至图18b是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的凸轮狭槽的图，并且图19a至图19c是示出了根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的气门型线的图。如图18a至18b所示，凸轮狭槽74可以形成为比凸轮71或72的位置更滞后(参见图18a至图18b的(74a))，或者凸轮狭槽74可以形成为比凸轮71或72的位置更提前(参见图18a至图18b的(74b))，或者凸轮狭槽74可以形成为与凸轮71或72的相位相同。利用上述构造，可以实现各种气门型线。尽管气门200的最大升程是恒定的，但凸轮71和72的转速相对于凸轮轴30的转速可以根据滑块壳体90的相对位置而改变，从而改变气门200的关闭和打开时间。换句话说，气门200开启的持续时间可以改变。

根据凸轮狭槽74的相对位置、气门200的安装角度等，气门的打开和关闭时间可以同时改变，如图19a所示。当气门200的打开时间恒定时，气门200的关闭时间可以滞后或提前，如图19b所示。当气门200的关闭时间恒定时，气门200的打开时间可以滞后或提前，如图19c所示。

如上所述，根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置可以以简化的构造实现各种气门持续时间。根据本发明示例性实施例的连续可变气门持续时间装置的尺寸可以减小，并因此气门机构的整个高度可以减小。由于连续可变气门持续时间装置可以在无需过多修改的前提下应用于现有发动机，因此可提高生产率并降低生产成本。

虽然已经结合目前被认为实际的示例性实施例的内容描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效布置。