专利名称：对摆摆杆型全可变气门正时机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对摆摆杆型全可变气门正时机构，是往复活塞式内燃机领域中驱动气门的机构之一，能够使气门的正时控制独立于升程的调节，即可连续调节气门持续开启时间而不改变气门升程，从而达到优化气门控制的目的。
背景技术：
内燃机的气门驱动采用连续可变气门正时可以提高内燃机气缸的充气率，提高功率和效率，降低气缸工作温度，降低内燃机的污染排放。内燃机的进气门驱动采用连续可变气门升程技术可以提高内燃机的进气效率，降低油耗，提高内燃机对油门的响应速度。简单改变凸轮轴与曲轴相位关系而不能改变凸轮的角度，使得凸轮角度只能够在低转速角度和高转速角度之间取一个中间固定值，这样在低转速时排气门提前开启，高压燃气过早泄漏，造成功率和扭矩损失；高转速时进气门持续开启时间不足，造成本应吸入的空气被气门提早关闭而阻挡在气缸外，降低了充气率。公开号CN1814992A名为连续可变气门正时配气机构活塞式内燃机的专利中，试图采用二根凸轮轴的相位改变来改变进气门的持续开启时间，但简单摇臂式的驱动作用合成器过于简单，使气门产生一个阶跃运动，增大了内燃机泵气损耗。从机械角度说，无论如何设计简单或者复杂的驱动作用合成器，气门运动的升程曲线不理想，不利于提高进气量，双凸轮的机构本身就复杂。公开号CNlO1149000A名为内燃机的可变气门驱动机构的专利中，气门的正时和升程是相互关联的，即气门打开的持续时间与气门打开的升程是成比例关系，但由此带来的问题是不能很好兼顾可变气门正时和可变气门升程这两种调节的优点。如简单放大最大气门开启持续时间，则在低转速时必降低气门升程，造成功率和扭矩损失。公开号CN101858233A名为包含变速摆机构的全可变气门正时的方法和机构的专利中，虽然可以做到连续可调气门持续开启时间，但是所示方法和机构部分部件应力比较大，磨损也比较大。磨损小的技术方案又相对而言比较复杂。因此需要一种体积相对较小结构相对简单而且满足功能需要的全可变气门正时机构，以在内燃机上实用化并改善内燃机气门的驱动。所有的摩擦接触最好是滚动摩擦和低阻力接触摩擦。
发明内容
本专利为改进上述不足作出新的解决方案，提供一种对摆摆杆型全可变气门正时机构，包含高角度凸轮，角度在250度以上；控制凸轮系统，可转动和平动；主动摆杆，中间部分和上端有滚轮；从动摆杆，一端固定于气缸盖且可转动，另一端面推动连接气门的滚轮摇臂；弹簧，一端固定于气缸盖，另一端接触所述从动摆杆的中间部分。所述对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述控制凸轮系统由凸轮体和偏心轮轴组成。
所述对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述主动摆杆的下端与所述从动摆杆的摆动端以轴连接，轴接处可转动。所述对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述主动摆杆的上端的滚轮与所述凸轮体的弧面紧密接触；中间的滚轮与所述高角度凸轮紧密接触。所述对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述控制凸轮系统的轴是所述从动摆杆的固定轴。
图1是示意图，示出了对摆摆杆型全可变气门正时机构各部件之间的位置和连接关系。图2是摆杆和控制凸轮系统示意图，示出了主动摆杆和从动摆杆的连接，控制凸轮系统由凸轮体和偏心轮轴构成。图3是机构改变正时原理示意图，示出了机构中的凸轮体的角向转动控制摆杆的转动。图4是机构保持气门升程原理示意图，示出了机构中凸轮体的偏心轮轴的复杂转动驱动控制凸轮系统的运动模式。图5是机构驱动气门的正时示意图，示出所述机构可以单独改变气门的正时而保
持气门升程。
具体实施例方式下面将参考附图来叙述一个例示性实施例。在这个实施例中省略了部分外围部件例如链条和液压管路，这些是公知的部件，省略其作用的叙述。参考附图1，是机构的右后视图，凸轮I的轴2固定在内燃机气缸盖上。凸轮I与主动摆杆7中间的滚轮14紧密接触。主动摆杆7上端的滚轮13与凸轮体8的弧面紧密接触。主动摆杆7下端通过二根轴与从动摆杆6的下端相连，从动摆杆6的上端的圆槽与轴5紧密接触，轴5固定在气缸盖上。弹簧3 —端固定在气缸盖上的固定装置4上，另一端接触从动摆杆6的侧面。从动摆杆6的摆动一端的端面与气门滚轮摇臂9的滚轮紧密接触，滚轮摇臂9 一端接触液压顶柱11，另一端与气门弹簧12配合驱动气门10。本图示出来凸轮I驱动二个气门的结构，另一侧的驱动结构与途中零件标号所示的机构相同。参考附图2，是主动摆杆7、从动摆杆6和控制凸轮系统内部的示意图。控制凸轮系统由凸轮体8、偏心轮22和偏心轮的轴5组成。主动摆杆7下端的孔16与轴17连接，孔18与轴19连接.主动摆杆7中间部位有滚轮14，上部有滚轮13。滚轮13接触的是凸轮体8的曲面部分。凸轮体8内有花键齿23，对应轴5上的偏心轮22上的花键齿，偏心轮22上的花键齿和凸轮体8上的花键齿23沿角度方向同有旋转，使轴5在转动和轴向运动时候可以依靠旋转而成的螺旋令凸轮体8旋转。同时轴5上的花键齿22是加工在偏心轮上的，所以当轴5旋转时，凸轮体8会在轴5的横截面平面上有平移。偏心轮22的轴向长度小于凸轮体8，使得偏心轮22可以相对于凸轮体8在轴向有较大的移动距离，这个移动距离由斜花键齿23的螺距决定，使偏心轮22轴向移动时凸轮体8具有设计希望得到的转动角度。轴5固定于内燃机气缸盖上且与从动摆杆6的弧形槽20、从动变速摆杆15的弧形槽21紧密接触，突起24和25并不封闭从而使从动摆杆6通过轴5半固定在内燃机气缸盖上，同理从动摆杆15也是如此，因为正常工作时有气门滚轮摇臂和气门弹簧的支撑，因此摆杆具有完全的约束。突起24和25之间的距离以恰好能够允许轴5通过为宜。轴5的角向转动和轴向移动可分别控制，互不干扰，可由液压系统或电机系统完成。从动摆杆6和15在轴5的轴向也受到气缸盖的约束不可移动，因此处于二摆杆之间的凸轮体8也在轴5的轴向受到约束不可移动，因此轴5可以做轴向调整运动。主动摆杆7、从动摆杆6和15连接成一个可运动的整体，这个整体具有完全的约束，在凸轮和控制凸轮系统固定不动时具有固定的形状和位置，其左向约束由凸轮构成，右向和向上约束由轴5构成，向下约束由气门的滚轮摇臂9和气门弹簧12构成，转动约束由弹簧3和固定装置4构成。主动摆杆7含有二个滚轮，分别用于主动摆杆7与凸轮体8和凸轮I接触，减少了部件之间相互运动时的摩擦，降低了损耗。从动摆杆6和15与轴5的接触方式使润滑相对比较方便，可使用喷淋润滑油或者轴5空心腔提供润滑油的方式润滑。同样的润滑方式也可用于偏心轮22和凸轮体8之间的斜花键齿润滑。参考附图3,是机构调节气门正时的原理示意图。凸轮体8的转动推动主动摆杆7转动，从动摆杆6因此转动一个角度，机构从实线位置至虚线位置。当凸轮I推动主动摆杆7时，从动摆杆6在空转一个角度后才推动滚轮摇臂9，而凸轮I释放主动摆杆7时，从动摆杆6更快释放滚轮摇臂9并空转一个角度后才回到初始位置。因此这个调节动作后，气门的持续开启时间缩短了。因为凸轮体8的转动调节动作是连续无级别可调，因此气门的正时也是连续可调的。参考附图2和4，是机构调节气门正时时保持气门升程的原理。当凸轮I处于最大推程时是气门升程最大时，主动摆杆7和从动摆杆6的位置无论在任何调节状态下不变，因此要求凸轮体8有个复合运动，即从实线位置转动和平移到虚线位置，转动动作由轴5的轴向运动控制，而平移运动则由轴5的转动运动实现。偏心轮22的转动使凸轮体8的下部向右平移运动，凸轮体8的转动运动和平移运动的合成调节结果，凸轮体8产生围绕滚轮13的轴心转动的运动效果，从而使气门升程不变。凸轮体8的复合运动是在轴5的截面方向上，与轴向无关，因为凸轮体8已经由从动摆杆6和15在轴向约束而不可移动。此复合运动的驱动是由轴5的符合运动驱动的，轴5的复合运动时轴向和角向运动，因此从动摆杆6和15在轴5运动时不会产生牵连运动，等效于从动摆杆6和15固定在轴5上。同时参考附图2、3、4，保持气门升程不变的原理在于在凸轮I推动主动摆杆7过程中，主动摆杆7的滚轮13会产生一个相对于凸轮体8的上下移动，气门开启时滚轮13位置靠上，气门关闭时滚轮13位置靠下，因此可以调节主动摆杆7和滚轮13的横向位置和角度而不必改变最终的气门升程。同时，凸轮体8转动一个角度，使与滚轮13接触的曲面的大体方向改变，因此就主动摆杆7而言滚轮13这一端的运动方向会产生根本变化，低转速调节状态的从右边向左边，而高转速调节状态时完全相反。若将主动摆杆7看作杠杆，并将杠杆上运动速率最接近零的位置看作支点，可以看到主动摆杆7的支点在低转速调节状态是在杠杆内部，而在高转速调节状态则是在杠杆外部，即调节杠杆支点的方法不是直接调节支点位置，而是连续调节杠杆上一点的运动模式从而等效于杠杆的支点在连续移动，这样的方式可称作杠杆的虚拟支点技术。这种技术的优点是不必在形式上具有一个完整的杠杆，仅仅需要杠杆的一部分就可以，因此减小了杠杆整体长度；同时可以大范围改变杠杆支点的变化范围而不必延长杠杆长度。参考附图5，是机构所提供的连续可变气门正时的效果。同时参考附图3，气门升程图上可见气门升程与曲轴角度的对应关系，气门持续开启的时间从较低转速的虚线连续变化到较高转速的实线，气门的开启时间在提前方向提前一个角度，关闭时间在延迟方向延迟一个角度，因而气门持续开启的时间的可连续可调节，更加有利于降低内燃机低速时的漏气，减少内燃机高转速时的泵气损耗，增加气缸的充气率和提升功率。总体而言，本发明采用了杠杆的虚拟支点技术，利用控制凸轮系统多变的运动调节主动摆杆的一端的摆动，使这一端的摆动沿水平方向的分量得以连续调节，从主动摆杆整体的杠杆式摆动看来，杠杆所围绕的一个虚拟的支点连续移动了，从而改变了主动摆杆与从动摆杆的摆动速率，可连续改变气门持续开启的时间。上述叙述仅仅是用于解释本发明的例示性实施例，它不是排他的或将本发明限制与其公开的具体形式。本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明的范围内，可以做出各种改变以及其中的元素可用等同元素来替换。此外，可以做出很多修改以使特定情形或材料适用于本发明的主旨而不偏离实质范围。因此，本发明不限于作为构思实现本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明包括属于本发明范围的所有实施方式。在不偏离本发明的精神和范围内，本发明能够以具体解释和阐明的方式以外的其他方式实施。
权利要求
1.对摆摆杆型全可变气门正时机构，包含高角度凸轮，角度在250度以上；控制凸轮系统，可转动和平动；主动摆杆，中间部分和上端有滚轮；从动摆杆，一端固定于气缸盖且可转动，另一端面推动连接气门的滚轮摇臂；弹簧，一端固定于气缸盖，另一端接触所述从动摆杆的中间部分。
所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述控制凸轮系统由凸轮体和偏心轮轴组成。
所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述主动摆杆的下端与所述从动摆杆的摆动端以轴连接，轴接处可转动。
所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述主动摆杆的上端的滚轮与所述凸轮体的弧面紧密接触；中间的滚轮与所述高角度凸轮紧密接触。
所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征还在于所述控制凸轮系统的轴是所述从动摆杆的固定轴。
2.如权利要求1所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征在于所述主动摆杆同时连接二根从动摆杆，从动摆杆分别在主动摆杆的二侧。
3.如权利要求1所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征在于所述从动摆杆上端与所述控制凸轮的轴接触位置是半开放式连接。
4.如权利要求1所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征在于所述主动摆杆上端滚轮与所述控制凸轮的接触，控制凸轮同时是所述从动摆杆的固定轴。
5.如权利要求1所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征在于所述控制凸轮的轴上有偏心轮，偏心轮柱面上有斜花键齿，控制凸轮内孔壁上有相应的斜花键齿，偏心轮的轴向长度小于控制凸轮。
6.如权利要求1所述的对摆摆杆型全可变气门正时机构，其特征在于使用一种杠杆的虚拟支点技术，调节杠杆支点的方法是连续调节杠杆上一点的运动模式从而等效于杠杆的支点在连续移动。
全文摘要
本发明公开对摆摆杆型全可变气门正时机构，是一种往复活塞式内燃机的气门驱动和控制机构，可用于汽油机或者柴油机。现有技术中有可以实现气门持续开启时间连续变化而保持气门升程不变的技术，体积比较庞大，在一些场合应用受限制。本发明采用了对摆摆杆的技术，凸轮直接推动的摆杆含有二个滚轮，一个与控制凸轮的突出部分较平缓的曲面接触，另一个与凸轮接触。此摆杆推动另一个一端固定的摆杆。前者在控制凸轮转动时摆杆的二端摆动方向会相反，当反向速率差越大，气门持续开启时间短，反之则时间更长。整个机构较已有技术更加紧凑，机构内部部件应力比较小，更加适合内燃机的应用。
文档编号F01L1/34GK103046978SQ20111031264
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者朱譞晟 申请人:朱譞晟