专利名称：驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动装置，特别是一种用于调节内燃机进排气阀开启关闭的驱动 装置，尤其是用于调节摩托车以及微型汽车内燃机进排气阀开启关闭的驱动装置。
背景技术：
欧洲专利EP 1 672 183 Al公开了一种用于强制控制阀门装置的摇臂。其中，摇 臂的一端与一个调整装置相连接，该调整装置的一部分可以向外伸出从而调整摇臂的这个 端部的位置。在摇臂的中部设有一个摇臂滚轮，该滚轮的轴通过一个连接件与包覆在凸轮 外圆周上的滚轮的支承轴相连接。但是这种强制控制装置对于阀门的开启行程的调整是受 到限制的，即不能大幅度的调整阀门的行程。同时，这种装置也不能对阀门的开闭相位进行 调整。日本特开平5-98913中公开了一种用于控制内燃机进排气阀的装置。其中包括一 根摇臂，摇臂的一端与进排气阀顶杆的一端相连，而另一端与一个液压挺杆连接。摇臂的中 部设有一个滚轮。这种装置的不足在于其对进排气阀开闭相位和行程的调节只能通过凸轮 外圆周表面上各点的曲率半径的变化实现，由此导致调节幅度受到限制。日本特开平9-21305中公开了一种用于控制内燃机进排气阀的装置。其中也是采 用了摇臂并在摇臂的中部设置滚轮。但是，这种装置的缺点与上述现有技术中的缺点是一 样的，都是不能对进排气阀的开闭相位和行程做较大的调整，也不能对其进行精确的调整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驱动装置，以便对内燃机气缸进排气阀的开闭相位和 开启行程提供更精确、形成更大的调整。这种驱动装置尤其适用于设置在摩托车等小型发 动机狭小气门室的空间中，对其进气阀的开闭相位和开启行程提供更精确、范围更大的调 整。特别是可以在进排气凸轮轴同轴安装的配气机构中分别对进排气阀实现连续调节开关 相位和开启行程的功能。为实现上述发明目的，根据本发明提供一种驱动装置，包括凸轮，摇臂，其中，摇臂 的一端铰接支承，该驱动装置还包括用于调整摇臂位置的致动机构，致动机构支承在摇臂 与凸轮之间，摇臂包括第一工作曲面以支承致动机构。根据本发明，摇臂还包括第二工作曲面，用于支承阀杆并向阀杆传递摇臂的运动。根据本发明，致动机构包括至少一根连杆，其一端可移动地支承在摇臂的第一工 作曲面；曲柄，连杆的另一端与曲柄铰接连接，曲柄的另一端铰接支承在驱动轴上。根据本发明，连杆还包括第三工作曲面，第三工作曲面可移动地支承在摇臂的第 一工作曲面上并且抵靠在凸轮的外表面上。根据本发明，一方面，连杆还包括第一滚轮，该第一滚轮可转动地支承在连杆与摇 臂的第一工作曲面支撑的一端，并且可以在摇臂第一工作曲面滚动；第一滚轮的外表面抵 靠在凸轮的外表面。
根据本发明，另一方面，连杆还包括第一滚轮和第三滚轮，第一滚轮和第二滚轮可 转动地支承在连杆与摇臂的工作曲面支撑的一端，并且第一滚轮抵靠在凸轮的外表面上滚 动，第二滚轮可以在摇臂的工作曲面滚动。摇臂的第一工作曲面是一个向内凹陷的曲面。摇臂的一端通过铰接件可转动地铰接支承。凸轮相对于摇臂设置在与进排气阀相反的一侧。由于根据本发明的驱动装置通过致动机构增加了对内燃机气缸进排气阀的开启 行程的调节，因此与现有技术中没有致动机构的驱动装置相比具有对进排气阀相位和开 启升程的调节能力；由于阀门的行程是由凸轮的升程和摇臂的结构参数而形成的杠杆比 (L2/L1)等决定的，所以可以通过调整凸轮升程曲线参数、摇臂结构参数达到改变阀门升程 特性的目的。另外，由于采用了在摇臂中部通过连杆的工作曲面与摇臂的工作曲面以及与 凸轮相互配合运动的工作方式，可以对内燃机进排气阀的开关相位和开启行程进行精准、 大幅度的调整和控制。工作曲面为一个圆弧曲面，并且其曲率半径大致等于凸轮基圆半径 与连杆工作曲面曲率直径的和；通过致动机构的工作曲面与摇臂以及凸轮轴的工作曲面接 触位置的调整，可以达到对进排气阀的开闭相位和开启行程做灵活多变的调整的效果，并 且不会过多地增大驱动装置的体积。这是现有技术所不能的。由于使用本发明时可以基本沿用发动机的现有结构，对发动机的结构改动较小， 所以在利用本发明对发动机进行改造时花费的开发成本较小。由于本发明的结构方案相对于本类发动机的现有结构，只增加了用于驱动摇臂运 动以达到调节阀门开关相位和升程的曲柄和连杆，并不需要过多地增加结构空间，不会导 致结构庞大，所以本发明能够应用于只具有比较小的发动机空间的小型发动机，如摩托车 和微型汽车的发动机。由于本发明增加的致动机构不参与阀门系统的往复运动和凸轮轴旋转运动，因此 不会增加阀门系统的运动惯量和凸轮轴系统的转动惯量，这样，即使增加了本系统，也不会 致使阀门系统的运动惯量和凸轮轴系统的转动惯量增加从而导致阀门的飞脱和反跳，并且 不会增加正时轮系的负担。因此，使用本发明，无需更改发动机阀门系统、凸轮轴系统和正 时轮系现有设计参数，从而可以节约开发成本。由于本发明根本上是对凸轮进行控制，所以具有既可以分别对单个凸轮实行独立 控制，也可以对多个凸轮的实行统一控制的特点，因此，与现行的控制凸轮轴的配气系统控 制技术相比，具有极高的灵活性，其相对于现有的技术优势非常明显。在根据本发明的优选实施例中，将致动机构中与摇臂以及凸轮轴的工作曲面接触 工作之间的滑动摩擦转变为滚动，其优点和效果是非常明显的，滚动摩擦使得整个驱动装 置的运动更加灵活顺畅，从而提高了装置的工作可靠性和稳定性。同时，还降低了能量消
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图1为表示根据本发明第一实施例的驱动装置驱动内燃机气缸阀杆处于开启工 作状态的示意图；图2为表示根据本发明第一实施例的驱动装置处于后置工作状态的示意图3为表示根据本发明第一实施例的驱动装置处于中置工作状态的示意图；图4为表示根据本发明第一实施例的驱动装置处于前置工作状态的示意图；图5是表示根据本发明第一实施例的驱动装置处于前置、中置和后置状态时阀门 的升程曲线图；图6为表示根据本发明第二实施例的驱动装置驱动内燃机气缸阀杆处于开启工 作状态的示意图；图7为表示根据本发明第三实施例的驱动装置驱动内燃机气缸阀杆处于开启工 作状态的示意图；图8为表示根据本发明第四实施例的驱动装置驱动内燃机气缸阀杆处于开启工 作状态的示意图；本发明中的前置或后置状态是针对凸轮轴的转动方向而言，各附图中箭头表示凸 轮轴的转动方向。
具体实施例方式图1示意性的表示了根据本发明的驱动装置的一个实施例。这种驱动装置尤其适 用于驱动内燃机气门阀杆的运动。在这个实施例中，所述的内燃机尤其是指摩托车的内燃 机。这种内燃机的气缸盖的特点是结构紧凑、安装空间小。下面将结合附图，详细描述本发 明的实施例。第一实施例如图1所示，在本实施例中，驱动装置具有一个凸轮1，凸轮1安装在凸轮驱动轴 13上。通过其他动力装置驱动凸轮驱动轴13，从而带动凸轮1转动。图中没有示出上述动 力装置。与凸轮1配合工作的是一个整体上用附图标号2表示的致动机构，该致动机构2 主要包括一根连杆6和一根曲柄4，该致动机构2能够将来自凸轮1的动力传递给与致动机 构2配合工作的摇臂3。在本实施例中，摇臂3是一个条形的板状件。摇臂3在图中的水平方向上延伸比 较长，而在竖直方向上比较窄。如图中所示，摇臂3左侧端部在被驱动的内燃机气缸阀杆14的复位弹簧15的作 用下通过第一工作曲面9将连杆6的第三工作曲面8抵靠在凸轮1的工作曲面(即，凸轮 1的外表面10)上，摇臂3的右侧由铰接件5，即，使得摇臂3能够以铰接件5为轴转动，优 选地，可以通过铰接件5将摇臂3的右侧铰接固定在汽缸盖上，也可以固定在汽缸的缸体或 其他固定位置，这样摇臂3就能够在支承销轴5的支撑下绕支承销轴5旋转。如图1所示，在摇臂3的另一侧(图中的上侧)上设有工作曲面9。工作曲面9的 曲率中心与凸轮1基圆的圆心位置相同；而且，工作曲面9的曲率半径大致等于与之配合的 凸轮1的基圆半径与连杆6的工作曲面的直径之和。这样就可以在不改变阀门提升量的零 位前提下，通过改变连杆6与凸轮1的工作曲面的接触位置，改变阀门杆14开关的相位；通 过改变连杆6与凸轮1的工作曲面的接触位置，致使阀门系的包括摇臂杠杆比(L1/L2)在 内的结构参数发生了变化，从而实现了对内燃机气缸阀杆的开关相位和开启行程的调节。如图1所示，摇臂3在图中左端的第二工作曲面18抵靠在内燃机气缸阀杆14的端部。通过图中所示的内燃机气缸阀杆14的复位弹簧15，能够将摇臂3压向致动机构2的 工作曲面8，使得致动机构2的第三工作曲面能够顶住凸轮1。由此，使得凸轮1通过致动 机构2与摇臂3相互压紧并传递驱动力，即在凸轮1转动时，通过致动机构2的第三工作曲 面8顶住摇臂3上的第一工作曲面9使得摇臂3跟随凸轮1的转动而摆动。摇臂3具有一定厚度，以便满足传递凸轮1所施加的动力所需的强度。摇臂3上 的工作曲面9以及与内燃机气缸阀杆14相配合的端部均具备传递所需动力必须的强度和 硬度。如图1所示，在根据本发明的驱动装置中的致动机构2中，曲柄4在图中的左侧的 一端通过连接销轴16与曲柄4铰接连接。曲柄4由驱动轴12可转动地支承，其中，驱动轴 12固定支承在发动机上或其他类似物上。在本实施例中，采用了曲柄4的结构，这只是一种具体实施方式
。根据本发明，也 可以采用诸如偏心轮等装置来完成曲柄4的功能。并且，曲柄4的另一端可以与连杆6的一端铰接，连杆6的另一端具有工作曲面8 以顶住曲面9和凸轮1。下面将详细描述根据本发明的驱动装置如何调整汽缸阀门的开启相位。图2描述了根据本发明驱动装置处于后置的工作状态时连杆与曲柄之间的角度。 如图2所示，当曲柄4沿图中逆时针方向以驱动轴12为轴心摆动一定的角度时，摇臂3的 工作曲面9与连杆6的工作曲面8相接触的点位于图中垂直线的左侧形成一个角度A，从而 形成进排气阀开关相位的后置。这种摆动便带动连杆6 —起向图中左侧移动，从而带动连 杆6上的第三工作曲面8运动，最终使连杆6的第三工作曲面8上沿图中所示向左方向运 动。与此同时，连杆6的第三工作曲面8与凸轮1的接触点也会位于图中铅垂线的左 侧，到达图中所示I点，使进排气阀开关相位改变。具体而言，当连杆6的第三工作曲8面受到凸轮1的作用力时，它会在第一工作曲 面9的约束下沿着第一工作曲面9运动，将摇臂3向下推，从而通过摇臂3顶开气缸阀杆 14，相比于图3所示的中置位置状态(曲柄4不进行摆动的状态)，如果凸轮1以顺时针方 向旋转，摇臂3将汽缸阀杆14下推的时间将会滞后、下推的幅度会变小，因此能够达到调整 汽缸阀杆14开闭相位和改变开启升程的目的。摇臂3的左端(即与内燃机气缸阀杆14的 上端相接触的端部)的运动轨迹由凸轮1的工作表面形状、以及摇臂3的工作曲面9的形 状一起确定。图3描述了根据本发明驱动装置处于中置的工作状态时连杆与曲柄之间的角度。 如图3所示，当曲柄4以驱动轴12为轴心沿顺时针方向摆动一定的角度时，从而使得摇臂 3的工作曲面9与连杆6的工作曲面8的接触点F、以及连杆6的工作曲面8与凸轮1的接 触点E均正好位于铅垂线上。此时，可以认为整个驱动装置处于中置位置状态。图4描述了根据本发明驱动装置处于前置的工作状态时连杆与曲柄之间的角度。 如图4所示，当曲柄4按顺时针方向继续摆动时，此时，摇臂3的工作曲面9与连杆6的工 作曲面8的接触点会沿着工作曲面9向右移动而位于图中铅垂线的右侧并形成一个角度B， 最终工作曲面9与连杆6的工作曲面8的接触点可以位于H点。与此同时，连杆6的第三工作曲面8与凸轮1的接触点也会位于图中铅垂线的右侧，到达图中所示G点，从而使进排气阀开关相位改变。具体而言，当连杆6的第三工作曲面8受到凸轮1的作用力时，它会在摇臂3的第 一工作曲面9的约束下沿着第一工作曲面9运动，将摇臂3向下推，从而通过摇臂3顶开气 缸阀杆14，相比于图3所示的中置位置状态，如果凸轮1以顺时针方向旋转，摇臂3将汽缸 阀杆14下推的时间将会提前、下推的幅度会变大，因此能够达到调整汽缸阀杆14开闭相位 和改变开启升程的目的。摇臂3的左端(即与内燃机气缸阀杆14的上端相接触的端部) 的运动轨迹由凸轮1的工作表面形状、以及摇臂3的工作曲面9的形状一起确定。通过图2至4可以看出，借助于根据本发明的驱动装置，可以通过调节连杆上工作 曲面与凸轮轴和摇臂接触的位置，调节阀门的开关相位和开启升程。在上文的描述中，根据本发明的中置、前置和后置状态都是对内燃机气缸进排气 阀门开始开闭时间点和开启升程的调整状态，即在不同的状态下，将在不同的时间点开闭 进排气阀门和实现不同的阀门开启升程。图5示出了根据本发明的驱动装置在中置位置状 态、中置位置状态、后置位置状态下工作时汽缸阀门的开启升程与曲柄(曲轴)转角的曲线 关系。应当注意，图2至4中所示的凸轮与滚轮的接触点、以及滚轮与工作曲面的接触点 仅仅是具体的实例，根据实际应用的需求可以将这些接触点的位置设置于其他的位置来改 变阀杆的工作状态，而不仅局限于图2至4中所示的位置。在改变阀杆的工作状态时，阀门 的升程与曲柄(曲轴)转角的关系曲线也会发生相应的改变。第二实施例如图6所示，本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于曲柄4的另一端可以与 连杆6的一端铰接，连杆6的另一端可以装配一个支承销轴7，用于固定滚轮11。滚轮11 的外表面8顶住摇臂3的第一工作曲面9以及顶住凸轮1，即用滚轮11的外表面8来实现 第一实施例中连杆6的工作曲面8的功能。这样，当连杆6在凸轮1的作用下以连接销轴 16为轴心上下摆动时，滚轮11可以在随着凸轮1转动的同时在第一工作曲面9上滚动，进 而减少凸轮1、连杆6、以及摇臂3之间的摩擦，减小了部件的损耗速度。第三实施例本实施例与第二实施例基本相同，其区别在于曲柄4的另一端可以与连杆6的一 端铰接，连杆6的另一端可以装配一个支承销轴7，用于固定滚轮11和滚轮19。滚轮11的 外表面8顶住凸轮1，滚轮19的外表面17顶住摇臂3的第一工作曲面9。这样，当连杆6 在凸轮1的作用下以连接销轴16为轴心上下摆动时，滚轮11可以在随着凸轮1转动，同时 滚轮19在工作曲面9上绕支承销轴7滚动，即，通过由支承销轴7固定的两个滚轮实现了 相对于凸轮1和第一工作曲面9的滚动，从而进一步地减少滚轮11和凸轮1、滚轮19和摇 臂3之间的摩擦，减小了部件的损耗速度。此外，滚轮19和滚轮11也可以设置于连杆6端 部的不同支承销轴上。第四实施例本实施例与第二实施例基本相同，其区别在于摇臂3的右侧与放置于汽缸盖的液 压挺杆顶部，并与液压挺杆铰接。这样就可以利用液压挺杆调节间隙的功能来消除本发明 中由于部件装配误差、部件磨损和部件的因温度变化带来的尺寸变化而产生的系统间隙。在第二至第四实施例中，将致动机构中的圆柱形工作曲面改为滚轮是一种优选的方式，通过这种改变，能够将致动机构中与摇臂以及凸轮轴的工作曲面接触工作之间的滑 动摩擦转变为滚动，使得整个驱动装置的运动更加灵活顺畅，从而提高了装置的工作可靠 性和稳定性。第五实施例根据本发明的另一个特殊实施例(图中没有示出)，摇臂3上可以设有一个凹槽， 所述摇臂3的工作曲面9是这个凹槽的底。这样，滚轮19在这个凹槽中与摇臂3的工作曲 面9接触。这种实施方式能够使得致动机构2与摇臂3的工作更加稳定。本领域技术人员应当理解，本发明的第二至第五实施例的驱动装置同样可以有前 置、中置、后置三类位置状态；并且，在不相冲突的情况下，本发明各个实施例的技术特征可 以彼此结合，由此所产生的改变均在本发明的保护范围内，本文不再一一列举。综上所述，由于本发明的结构方案相对于本类发动机的现有结构，只增加了用于 驱动摇臂运动以达到调节阀门开关相位和升程的曲柄和连杆，因此不需要过多地增加结构 空间，也不会导致结构庞大，所以本发明能够应用于只具有比较小的发动机空间的小型发 动机，如摩托车和微型汽车的发动机。并且，由于本发明增加的致动机构不参与阀门系统的往复运动和凸轮轴旋转运 动，因此不会增加阀门系统的运动惯量和凸轮轴系统的转动惯量，这样，即使增加了本系 统，也不会致使阀门系统的运动惯量和凸轮轴系统的转动惯量增加从而导致阀门的飞脱和 反跳，并且不会增加正时轮系的负担。因此，使用本发明，无需更改发动机阀门系统、凸轮轴 系统和正时轮系现有设计参数，从而可以节约开发成本。此外，由于本发明根本上是对凸轮进行控制，所以具有既可以分别对单个凸轮实 行独立控制，也可以对多个凸轮的实行统一控制的特点，因此，与现行的控制凸轮轴的配气 系统控制技术相比，具有极高的灵活性，其相对于现有的技术优势也非常明显。
权利要求
一种驱动装置，包括凸轮(1)，摇臂(3)，其特征在于，所述摇臂(3)的一端铰接支承，且所述驱动装置还包括致动机构(2)，所述致动机构(2)支承在所述摇臂(3)与所述凸轮(1)之间，所述摇臂(3)包括第一工作曲面(9)，其中，所述第一工作曲面(9)用于支承所述致动机构(2)。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述摇臂(3)还包括第二工作曲面 (18)，所述第二工作曲面(18)用于支承阀杆(14)并向阀杆(14)传递所述摇臂(3)的运动。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述致动机构(2)包括至少一根连杆 (6)，其一端可移动地支承在所述摇臂(3)的第一工作曲面(9)上；曲柄(4)，所述连杆(6) 的另一端与所述曲柄(4)铰接连接，所述曲柄(4)的另一端铰接支承在驱动轴(12)上。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述连杆(6)还包括第三工作曲面 (8)，所述第三工作曲面(8)可移动地支承在所述摇臂(3)的第一工作曲面(9)并且抵靠在 所述凸轮(1)的外表面(10)上。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，所述第一工作曲面(9)的曲率半径近 似等于所述凸轮(1)的基圆半径与所述连杆(6)的第三工作曲面(8)的直径之和。
6 根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述连杆(6)还包括第一滚轮(11)， 所述第一滚轮(11)可转动地支承在所述连杆(6)与所述摇臂(3)的第一工作曲面(9)支 撑的一端并且可以在所述摇臂(3)的第一工作曲面(9)滚动；所述第一滚轮(11)的外表面 ⑶抵靠在凸轮⑴的外表面(10)。
7.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述连杆(6)还包括第一滚轮(11) 和第三滚轮(19)，所述第一滚轮(11)和所述第二滚轮(19)可转动地支承在所述连杆(6) 与所述摇臂(3)的工作曲面(9)支撑的一端，并且所述第一滚轮(11)抵靠在凸轮(1)的外 表面(10)上滚动，所述第二滚轮可以在所述摇臂(3)的工作曲面(9)滚动。
8.根据权利要求1至7之一所述的驱动装置，其特征在于，所述摇臂(3)的第一工作曲 面(9)是一个向内凹陷的曲面。
9.根据上述权利要求之一所述的驱动装置，其特征在于，所述摇臂(3)的一端通过铰 接件(5)可转动地铰接支承。
10.根据权利要求1至7之一所述的驱动装置，其特征在于，所述凸轮(1)相对于所述 摇臂(3)设置在与阀杆(14)相反的一侧。
全文摘要
本发明提供一种驱动装置，包括凸轮，摇臂，其中，所述摇臂的一端通过铰接件铰接支承，该驱动装置还包括用于调整摇臂位置的致动机构，所述致动机构支承在所述摇臂与所述凸轮之间，所述摇臂包括第一工作曲面以支承所述致动机构。由于驱动装置通过致动机构增加了对内燃机气缸进排气阀的开启相位和开启行程的调节，因此对进排气阀开启调节能力更大；由于阀门的行程是由凸轮的升程和摇臂的结构参数等决定的，所以可以通过调整凸轮升程曲线参数、摇臂结构参数达到改变阀门升程特性；可以通过调节连杆上工作曲面与凸轮轴和摇臂接触的位置，调节阀门的开关相位和开启升程。
文档编号F01L13/00GK101922325SQ20091020376
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者杨鲁川 申请人:杨鲁川