专利名称：驱动装置、具有该驱动装置的内燃机和使用该内燃机的车辆的制作方法
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。
背景技术：
欧洲专利公报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，以便对内燃机汽缸阀门的升程特性进行调整。这种驱动装置普遍适用于各种内燃机。尤其适用于设置在摩托车等小型内燃机狭小气门室的空间中，对其进、排气阀门的开闭相位和最大升程特性提供调整手段。此外，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、排气阀门实现连续调节开闭相位和最大升程的功能，更可以对多汽缸内燃机的汽缸阀门实行单独控制。为实现上述发明目的，根据本发明提供一种驱动装置，包括凸轮和中间部位铰接在摇臂轴上的摇臂，其中，所述驱动装置还包括支承在所述摇臂与所述凸轮之间的调节机构，所述调节机构包括设定部分和执行部分；并且所述摇臂包括至少一个第一工作曲面，所述第一工作曲面用于支承所述调节机构的执行部分，所述调节机构的所述设定部分可将所述执行部分设定在所述第一工作曲面的规定位置上。由于根据本发明的驱动装置通过设置调节机构增加了对内燃机汽缸阀门最大升程的调节，因此与现有技术中没有调节机构的驱动装置相比具有对汽缸阀门升程的调节能力；由于汽缸阀门的升程受由凸轮的升程和摇臂的结构参数等而形成的杠杆比(L2/L1)的影响，所以可以通过调整凸轮升程曲线参数、摇臂结构参数等达到改变阀门等驱动对象的升程特性的目的。
根据本发明的一个技术方案，所述第一工作曲面的形状满足如下条件:所述调节机构的所述设定部分使所述执行部分沿所述第一工作曲面移动时，所述执行部分始终抵靠在所述凸轮的基圆上且维持所述摇臂的转动角度为零的状态。由于本发明的驱动装置中摇臂的第一工作曲面的形状能够确保即使改变了调节机构的初始位置，也不会改变气门系统的初始间隙。根据本发明的一个技术方案，所述调节机构的所述设定部分为驱动轴和固定连接或铰接连接在所述驱动轴上的曲柄，所述调节机构的所述执行部分包括连杆，所述连杆的一端可移动地支承在所述第一工作曲面上，所述连杆的另一端与所述曲柄的另一端铰接，并且所述驱动轴通过所述曲柄可将所述连杆的由所述第一工作曲面支承的一端设定在所述第一工作曲面上的规定位置。优选地，所述摇臂轴兼用作所述驱动轴。根据本发明的一个技术方案，所述调节机构的所述设定部分为偏心轴，所述调节机构的所述执行部分包括连杆，所述连杆的一端可移动地支承在所述第一工作曲面上，所述连杆的另一端与所述偏心轴铰接，并且所述偏心轴可将所述连杆的由所述第一工作曲面支承的一端设定在所述第一工作曲面上的规定位置。由于本发明的驱动装置与现有技术相比只增加了一套驱动轴和曲柄连杆机构或者偏心轴和连杆机构，所以使用本发明时可以基本沿用内燃机的现有结构，对内燃机的结构改动较小。因此，在利用本发明对内燃机进行改造时花费的开发成本较小，即:能够以简单的结构和低廉的成本实现驱动对象的最大升程的连续可变。因此，使用本发明，可以基本上沿用内燃机汽缸阀门系统、凸轮轴系统和正时轮系现有结构的设计参数，从而可以大大节约开发成本。根据本发明的一个技术方案，所述连杆包括至少一个圆弧形的第三工作曲面和至少一个圆弧形的第四工作曲面，其中，所述第三工作曲面可移动地支承在所述第一工作曲面上，所述第四工作曲面可移动地抵靠在所述凸轮的工作曲面上。由于本发明的驱动装置中的调节机构的连杆包括圆弧形的第三工作曲面和圆弧形的第四工作曲面，所以，调节机构的由第一工作曲面支承的一端得以顺畅地在摇臂与凸轮之间移动。根据本发明的一个技术方案，所述连杆的位于所述摇臂和所述凸轮之间的一端设有滚轮，所述滚轮支承在所述第一工作曲面上，且所述滚轮抵靠在所述凸轮的工作曲面上，所述第一工作曲面为圆弧面，该圆弧面的曲率半径大致等于所述凸轮的基圆半径与所述滚轮的直径之和。由于本发明的驱动装置中的调节机构的连杆设有至少一个滚轮，所以至少能够部分地以滚动代替凸轮与调节机构之间以及调节机构与摇臂之间的滑动，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，能够减少摩擦损耗，提高传动效率，延长使用寿命。根据本发明的一个技术方案，所述连杆的位于所述摇臂和所述凸轮之间的一端设有至少一个第一滚轮和至少一个第二滚轮，其中，所述第一滚轮抵靠在所述凸轮的基圆上，所述第二滚轮支承在所述第一工作曲面，并且所述第一工作曲面为圆弧面，该圆弧面的曲率半径大致等于所述凸轮的基圆半径与所述第一滚轮的半径和所述第二滚轮的半径之和。由于本发明的驱动装置中的调节机构的连杆设有至少一个第一滚轮和至少一个第二滚轮，第一滚轮抵靠在凸轮的基圆上，第二滚轮支承在第一工作曲面上，并且第一工作曲面为圆弧面，该圆弧面的曲率半径大致等于凸轮的基圆半径与第一滚轮的半径和第二滚轮的半径之和，所以，能够以滚动代替凸轮与调节机构之间以及调节机构与摇臂之间的滑动，使得整个驱动装置的运动更加灵活顺畅，从而进一步提高了装置的工作可靠性和稳定性，能够进一步减少摩擦损耗，提高传动效率，延长使用寿命。根据本发明的一个技术方案，所述摇臂还包括至少一个与所述第一工作曲面相连的第二工作曲面，所述第二工作曲面用于支承所述调节机构的执行部分。根据本发明的一个技术方案，所述第二工作曲面的形状满足如下条件:与所述第一工作曲面配合而对所述凸轮运动的传递规律进行修正。由于本发明的驱动装置中包括与所述第一工作曲面相连的第二工作曲面，并且该第二工作曲面与第一工作曲面配合而对凸轮运动的传递规律进行修正，所以，通过对第二工作曲面进行适当的设计，能够根据内燃机的实际工况，加大对驱动对象的最大升程的调节范围和调节幅度。根据本发明的一个技术方案，所述调节机构中设有辅助所述连杆复位的弹簧。由于本发明的驱动装置中的调节机构设有辅助其复位的弹簧，所以能够更好地保证调节机构复位。根据本发明提供具有上述任意一个技术方案中所述的驱动装置的内燃机。由于本发明的内燃机具有本发明的驱动装置，所以，本发明的内燃机汽缸阀门可以实现最大升程的连续可变。根据本发明提供使用上述内燃机的车辆。由于本发明的车辆使用了本发明的内燃机，所以，能够根据工况的需要，通过调节内燃机汽缸阀门的最大升程，达到降低油耗，并减少排放，提高燃烧效率的效果。由于本发明的结构方案相对于本类内燃机的现有结构，只增加了用于对凸轮运动的传递规律进行修正的调节机构，因此不需要过多地增加结构空间，也不会导致结构庞大，所以本发明普遍适用于各种内燃机，尤其是能够适用于只具有比较小的内燃机空间的小型内燃机，如摩托车和微型汽车的内燃机。由于本发明增加的调节机构中参与阀门系统的往复运动和凸轮轴旋转运动的构件数少，因此不会大幅度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，也不易致使阀门系统的运动惯量和凸轮轴系统的转动惯量过多增加，并且不会增加正时轮系负担。因此，使用本发明，可以沿用内燃机阀门系统、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传递凸轮运动规律进行修正而达到调节汽缸阀门最大升程的效果的，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，其相对于现有技术的优势也非常明显。
图1是示意性地表示本发明第一实施例的驱动装置的立体图。图2是示意性地表示本发明第一实施例的驱动装置的主视图。
图3是本发明第一实施例的驱动装置中调节构件附近的局部放大图，是用于说明该调节构件对汽缸阀门最大升程的调节过程的示意图，其中，调节构件被设定在第一极限位置。图4是本发明第一实施例的驱动装置中调节构件附近的局部放大图，是用于说明该调节构件对汽缸阀门最大升程的调节过程的示意图，其中，调节构件被设定在中间位置。图5是本发明第一实施例的驱动装置中调节构件附近的局部放大图，是用于说明该调节构件对汽缸阀门最大升程的调节过程的示意图，其中，调节构件被设定在第二极限位置。图6是示意性地表示本发明第一实施例中汽缸阀门升程曲线的图。图7是示意性地表示本发明第二实施例的驱动装置的主视图。图8是示意性地表示本发明第二实施例的驱动装置的图，图8(a)为主视图，图8(b)为图8(a)的A-A剖视图。图9是示意性地表示本发明第一实施例的调节构件变形例的横断面图。图10是示意性地表示本发明第一实施例的又一个变形例的立体图。图11是示意性地表示本发明第一实施例的一个其他变形例的第二工作曲面附近的放大主视图。图12是示意性地表示本发明第三实施例的一个变形例的图，图12(a)为主视图，图12(b)为图12(a)的B-B剖视图。图13是示意性地表示本发明第三实施例的一个变形例的主视图。图14是示意性地表示本发明第三实施例的另一个变形例的主视图。
具体实施例方式第一实施例图1是示意性地表示根据本发明第一实施例的驱动装置的立体图。图2是示意性地表示根据本发明第一实施例的驱动装置的主视图。该驱动装置尤其适用于驱动内燃机汽缸阀门的开启、关闭运动。下面将结合附图，详细描述本发明的实施例。一、构成如图1和图2所示，在本实施例中，驱动装置具有一个凸轮I和一个摇臂3。凸轮I安装在凸轮轴13上。通过图中没有示出的其他动力装置驱动凸轮轴13，从而带动凸轮I转动。摇臂3在中部铰接支承在摇臂轴5上。驱动装置还具有与凸轮I配合工作的、整体上用附图标号2表示的调节机构。在传统的驱动装置中，凸轮轴带动凸轮转动，凸轮通过抵靠在其上的摇臂将其动力和运动传递给摇臂轴另一端被驱动的内燃机汽缸阀门，实现汽缸的进、排气。与这样的传统的驱动装置相比，本实施例在凸轮I和摇臂3之间加设了调节机构2，并且在摇臂3上设置了第一工作曲面9和第二工作曲面19。下面参照图2，主要就本实施例区别于现有技术的部分进行详细说明。首先，摇臂3在图2中是一个横长的构件。如图2中所示，摇臂3的中部铰接支承在摇臂轴5上，一侧的端部(图2中为左侧端部)抵靠在被驱动的构件，例如内燃机汽缸阀门14的上端部，在摇臂3的另一侧端部(图2中为右侧端部)设有第一工作曲面9和第二工作曲面19。关于该第一工作曲面9和第二工作曲面19的详细描述将在下文进行。接下来说明调节机构2。如图2所示，在本实施例中，调节机构2主要包括设定部分21和执行部分22。具体而言，调节机构2包括作为设定部分21的驱动轴12、曲柄4和作为执行部分22的连杆6，该调节机构2能够把来自凸轮I的动力连同其运动一起传递给与调节机构2配合工作的摇臂3。下面详细说明本实施例的调节机构2的具体构成。连杆6的一端(图2中为左上端)通过销轴16与曲柄4铰接，曲柄4的另一端与作为调节机构2的设定部分21的控制轴12固定连接，控制轴12与图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置连接。当然，也可以根据需要，使曲柄4与图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置连接。连杆6的另一端(图2中为右下端)设有与控制轴12和销轴16大致平行的调节构件61，该调节构件61位于凸轮I与摇臂3之间，在该调节构件61上设有第三工作曲面611和第四工作曲面612，连杆6通过该第三工作曲面611支承在摇臂3的第一工作曲面9上，通过该第四工作曲面612抵靠在凸轮I的工作曲面10上。第三工作曲面611为与摇臂3的第一工作曲面9大致内切的圆弧面，第四工作曲面612为与凸轮I的基圆大致夕卜切的圆弧面，并且第三工作曲面611和第四工作曲面612的轴心相同，二者的曲率半径可以相同也可以不同，在二者曲率半径相同的情况下，调节构件61也可以形成为圆柱面。在图中未示出的提供动力的装置的带动下，控制轴12驱动与之固定连接的曲柄4转动，可使连杆6移动,从而将位于连杆6的由摇臂3支承的端部设定在摇臂3的第一工作曲面9上的规定位置。返回到摇臂3。摇臂3的第一工作曲面9为圆弧面，其曲率半径按照如下方式设计:当连杆6的调节构件61的第三工作曲面611抵靠在摇臂3的第一工作面9上且该调节构件61的第四工作曲面612抵靠在凸轮I的工作曲面10的基圆部分102上时，该第一工作曲面9与凸轮I的基圆大致同心，且该第一工作曲面9的曲率半径大致等于凸轮I的基圆半径与第三工作曲面611的曲率半径和第四工作曲面612的曲率半径之和。换言之，摇臂3、调节构件61和凸轮I的外形以及位置关系满足如下条件:在凸轮I的基圆部分102与摇臂3之间形成一个恰好供调节构件61通过的通道7，调节构件61的第三工作曲面611的曲率半径和第四工作曲面612的曲率半径之和大致等于该通道7的宽度。在这样的条件下，当调节构件61由驱动轴12驱动而沿摇臂3的第一工作曲面9移动而改变其初始位置的过程中，调节构件61能够在该通道7中顺畅地移动而不会对气门机构的零升程特性造成影响，即:驱动轴12对调节构件61的设定既不会使该调节构件61脱离凸轮I和摇臂3对它的约束，又不会推动摇臂3绕摇臂轴5转动。如上所述，第三工作曲面611与摇臂3的第一工作曲面9大致内切，第四工作曲面612与凸轮I的基圆大致外切，并且第三工作曲面611和第四工作曲面612的轴心相同，第三工作曲面611的曲率半径和第四工作曲面612的曲率半径之和大致等于通道7的宽度。摇臂3的第二工作曲面19与第一工作曲面9外切，以避免对凸轮I和气门机构中的其他零部件造成的撞击，并且第二工作曲面19是以销轴16的轴心为轴心的圆弧面上的一部分。如上所述，摇臂3的图2中左侧端部抵靠在被驱动的构件，例如内燃机汽缸阀门14的上端部，摇臂3的图2中右侧端部设有第一工作曲面9和第二工作曲面19。这样，通过内燃机汽缸阀门14的复位弹簧15，能够将摇臂3压向调节机构2的第三工作曲面611，使得调节机构2的第四工作曲面612能够抵靠在凸轮I上。由此，使得凸轮I通过调节机构2与摇臂3相互压紧并传递驱动力及凸轮I的运动，即在凸轮I转动时，凸轮I的工作曲面10顶住调节机构2的第四工作曲面612，调节机构2的第三工作曲面611顶住摇臂3上的第一工作曲面9或第二工作曲面19使得摇臂3跟随凸轮I的转动而绕摇臂轴5转动，从而摇臂3的左侧端部驱动汽缸阀门14开启、关闭，实现内燃机的进、排气。为了更好地保证调节构件61的复位，可以在连杆6与曲柄4或驱动轴12之间以及其他可能之处设置用于辅助调节构件61复位的弹簧(未图示)。此外，还可以在摇臂3的第二工作曲面19的末端设置调节构件61的限位部分33。上述借助于图2对本发明的调节机构2和摇臂3进行的具体描述仅仅是一个具体的实施例，本发明的调节机构2并不限定于该实施例，只要能够实现其功能，可以进行各种变更。例如，本实施例示意性地图示了控制轴12的位置，该控制轴12可以安装在内燃机汽缸盖上或内燃机的其他便于安装的位置上。此外，应当理解，在不需要大幅度调节汽缸阀门14的最大升程时，在摇臂3上不设置第二工作曲面19，只设置第一工作曲面9同样可以达到使汽缸阀门14的最大升程连续可变的效果。二、汽缸阀门最大升程的调节下面以图1和图2所示本发明第一实施例的驱动装置为例，参照图3至图6详细描述根据本发明的驱动装置如何调节汽缸阀门14的最大升程。图3至图5是根据本发明第一实施例的驱动装置中调节构件附近的局部放大图，是用于说明该调节构件对汽缸阀门最大升程的调节过程的示意图，其中，在图3中调节构件被设定在第一极限位置，在图4中调节构件被设定在中间位置，在图5中调节构件被设定在第二极限位置。图6是示意性地表示根据本发明第一实施例中汽缸阀门升程曲线的图。本发明的驱动装置对汽缸阀门14的最大升程的调节主要是通过改变调节机构2的执行部分22在摇臂3的第一工作曲面9上的初始位置而实现的。具体为:将调节机构2的执行部分22设定在摇臂3的第一工作曲面9上，使其在凸轮I工作期间沿第一工作曲面9和第二工作曲面19移动，对凸轮I的运动规律进行修正之后传递给汽缸阀门14。如上所述，连杆6的一端(图3中为左上端)通过销轴16与曲柄4铰接，曲柄4的另一端与控制轴12固定连接，控制轴12与图中没有示出的电机等提供动力的装置连接。由提供动力的装置提供动力，控制轴12通过曲柄4将连杆6及位于连杆6的由摇臂3支承的端部的调节构件61设定在摇臂3的第一工作曲面9上不同位置的动作称为对汽缸阀门14的最大升程的调节。注意，虽然在本实施例中，这样的调节动作是在凸轮I的基圆部分102与调节构件61接触期间进行的，但这只是为了便于说明而为，在实际应用中，可以随时进行，甚至是在内燃机不工作的时候也可以进行。调节构件61抵靠在摇臂3的第一工作曲面9上且可被控制轴12自由设置的区域成为调节区域，在以下的说明中将调节区域的最左侧位置称为第一极限位置PL1，将调节区域的最右侧位置称为第二极限位置PL2，将第一极限位置PL1和第二极限位置PL2之间的位置称为中间位置PM。调节构件61被控制轴12设置的位置称为调节构件61的初始位置。
首先，对调节构件61的初始位置在第一极限位置PL1时的情况进行说明。图3是表示本发明的驱动装置在调节机构2被控制轴12设定在第一极限位置PL1时凸轮1、调节构件61、摇臂3以及汽缸阀门14的运动状况。如图3(a)所示，在图中未示出的动力装置的驱动下，调节构件61被设定在图中第一工作曲面9的最左侧的第一极限位置PL115从该初始位置开始，凸轮I在凸轮轴13驱动下沿图3(a)中顺时针方向转动。在凸轮I的工作曲面10的基圆部分102与调节构件61上的第四工作曲面612接触移动期间，由于第一工作曲面9的曲率半径大致等于凸轮I的基圆半径与调节构件61的第三工作曲面611的曲率半径和第四工作曲面612的曲率半径之和，所以摇臂3保持静止状态，与之相对应，汽缸阀门14保持关闭状态。在该状态下，凸轮I继续沿顺时针方向转动。当如图3(b)所示，凸轮I的工作曲面10的提升部分101的起始点M开始与调节构件61上的第四工作曲面612接触时，第四工作曲面612开始受到该提升部分101对其向图中上方的推动，于是，调节构件61 —边保持第三工作曲面611与摇臂3的第一工作曲面9接触并且第四工作曲面612与凸轮I的工作曲面10接触的状态一边向图3(b)中上方移动，同时凸轮I的动力及其运动规律通过第四工作曲面612、第三工作曲面611和第一工作曲面9传递给摇臂3，使得摇臂3克服在另一端的汽缸阀门14的复位弹簧15通过汽缸阀门14传递过来的加载力和汽缸阀门零件的惯性力而开始绕摇臂轴5沿图3中逆时针方向转动，与之相对应，汽缸阀门14受到驱动而开始开启。在该状态下，凸轮I继续沿顺时针方向转动。当如图3(c)所示，凸轮I的提升部分101的桃尖顶点H抵靠在调节构件61的第四工作曲面612上时，摇臂3的第三工作曲面611大致位于第二极限位置PL2。换言之，在凸轮I达到其本身的最大提升量为止，调节构件61都是在摇臂3的第一工作曲面9上移动的。在此之后，当凸轮I继续沿顺时针方向转动，其提升部分101的桃尖顶点H与调节构件61的第四工作曲面612分离后，调节构件61在汽缸阀门14的复位弹簧15的主要作用以及未图示的复位弹簧的辅助作用下，沿摇臂3的第一工作曲面9返回到初始位置，即第一极限位置PL115因此，当调节构件61被设定在第一极限位置PL1时，与没有设置调节机构2的传统驱动装置的情况相同，调节构件61不对凸轮I的最大提升量进行调节，凸轮I的提升量完全传递给了摇臂3。此时的汽缸阀门升程曲线示意性地表示为图6中的Ip其次，对调节构件61的初始位置在中间位置Pm时的情况进行说明。图4是表示本发明的驱动装置在调节机构2被控制轴12置于中间位置Pm时凸轮1、调节构件61、摇臂3以及汽缸阀门14的运动状况。如图4(a)所示，根据工况的需要，在图中未示出的动力装置的驱动下，调节构件61被设定在图中第一工作曲面9上第一极限位置PL1和第二极限位置PL2之间的中间位置Pmi。从该初始位置开始，凸轮I在凸轮轴13驱动下沿图4(a)中顺时针方向转动。与初始位置在第一极限位置PL1时的情况相同，在凸轮I的工作曲面10的基圆部分102与调节构件61上的第四工作曲面612接触期间，由于第一工作曲面9的曲率半径大致等于凸轮I的基圆半径与调节构件61的第三工作曲面611的曲率半径和第四工作曲面612的曲率半径之和，所以摇臂3保持静止状态，与之相对应，汽缸阀门14保持关闭状态。在该状态下，凸轮I继续沿顺时针方向转动。当如图4(b)所示，凸轮I的工作曲面10的提升部分101的起始点M开始与调节构件61上的第四工作曲面612接触时，第四工作曲面612开始受到该提升部分101对其向图中上方的推动，于是，调节构件61 —边保持第三工作曲面611与摇臂3的第一工作曲面9接触并且第四工作曲面612与凸轮I的工作曲面10接触的状态一边向图4(b)中上方移动，同时凸轮I的动力及其运动规律通过第四工作曲面612、第三工作曲面611和第一工作曲面9传递给摇臂3，使得摇臂3克服在另一端的汽缸阀门14的复位弹簧15通过汽缸阀门14传递过来的加载力而开始绕摇臂轴5沿图4中逆时针方向转动，与之相对应，汽缸阀门14受到驱动而开始开启。这样就可以在不改变汽缸阀门14提升量的零位的前提下，通过改变调节构件61的初始位置，能够改变汽缸阀门14的开关相位；通过改变变调节构件61的初始位置，能够改变凸轮I驱动摇臂3的驱动力臂L2，致使阀门系驱动摇臂3的杠杆比(L2/L1)(参见图2)发生了变化，从而实现了对内燃机汽缸阀门14的开关相位和最大升程的调节。在该状态下，凸轮I继续沿顺时针方向转动，当如图4(c)所示，位于凸轮I的提升部分101的起始点M与调节构件61的第四工作曲面612接触时，沿摇臂3的第一工作曲面9移动的调节构件61越过第二极限位置PL2,即调节构件61的第三工作曲面611与摇臂3的第一工作曲面9的接触点越过第二极限位置PL2,即调节构件61从支承在第一工作曲面9上的状态变为支承在第二工作曲面19上的状态。在本实施例中，由于第二工作曲面19是以更有效地减小对凸轮I升程的传递为目的而设计的，是一个以销轴16的轴心为轴心的圆弧面，所以，当第三工作曲面611与摇臂3的第一工作曲面9的接触点越过第二极限位置PL2后，随着凸轮I继续沿顺时针方向转动，凸轮I的提升部分101上的起始点M到桃尖顶点H之间的凸轮提升部分开始被摇臂3的第二工作曲面19部分地抵消。在此之后，当凸轮I继续沿顺时针方向转动，其桃尖顶点H与调节构件61的第四工作曲面612分离后，调节构件61在汽缸阀门14的复位弹簧15的主要作用以及未图示的复位弹簧的辅助作用下，沿摇臂3的第二工作曲面19返回到初始位置，即中间位置Pm。因此，即使凸轮I已将其本身的最大提升量发挥出来，但是摇臂3并不完全将凸轮I的最大提升量传递给摇臂3另一端的汽缸阀门14，这样，与调节构件61被设定在第一极限位置PL1时的情况相比，汽缸阀门14的最大升程变小。换句话说，由于第二工作曲面19是逐渐背离凸轮I的基圆的曲线，所以凸轮I的提升能力部分地被该背离的部分所抵消，使得汽缸阀门14开启的最大升程减小，从而实现了对汽缸阀门最大升程的调节。此时的汽缸阀门升程曲线示意性地表示为图6中的1M1。为了更加清楚地表示调节构件61对汽缸阀门14最大升程的调节效果，图6中示意性地示出了初始位置被设定在中间位置Pm左侧的中间位置Pm2和右侧的中间位置Pm3时的汽缸阀门升程曲线Ik和Iffi。从图6不难看出，随着调节构件61的初始位置逐渐远离第一极限位置PL1而接近第二极限位置PL2，汽缸阀门14的最大升程逐渐变小。接下来，对调节构件61的初始位置被设定在第二极限位置PL2时的情况进行说明。图5是表示本发明的驱动装置在调节机构2被控制轴12置于第二极限位置PL2时凸轮1、调节构件61、摇臂3以及汽缸阀门14的运动状况。如图5(a)所示，根据工况的需要，图中未示出的动力装置将调节构件61设定在第一工作曲面9上第二极限位置PL2。从该初始位置开始，凸轮I在凸轮轴13驱动下沿图5(a)中顺时针方向转动。与初始位置在第一极限位置PL1时的情况相同，在凸轮I的工作曲面10的基圆部分102与调节构件61上的第四工作曲面612接触期间，由于第一工作曲面611的曲率半径大致等于凸轮I的基圆半径与调节构件61的第三工作曲面611的曲率半径和第四工作曲面612的曲率半径之和，所以摇臂3保持静止状态，与之相对应，汽缸阀门14保持关闭状态。在该状态下，凸轮I继续沿顺时针方向转动。当如图5(b)所示，凸轮I的工作曲面10的提升部分101的起始点M开始与调节构件61上的第四工作曲面612接触时，第四工作曲面612开始受到该提升部分101对其向图中上方的推动。由于该第二极限位置PL2是摇臂3的第一工作曲面9和第二工作曲面19的转折点，二者在该位置外切，并且第二工作曲面19的轴心和销轴16的轴心重合，所以，即使受到凸轮I的推动，调节构件61也只是沿第二工作曲面19的切线方向移动而不推动摇臂3绕摇臂轴5转动，这样，就实现了不将凸轮I的运动向摇臂3传递的目的，也就达到了使包括摇臂3和被摇臂3驱动的构件例如汽缸阀门14 一直处于关闭状态的目的。因此，调节构件61被设定在第二极限位置PL2的情况是一种使汽缸阀门14的升程为零的情况。此时的汽缸阀门升程曲线实际上为零，但是为了便于与初始位置被设定在第一极限位置PL1或中间位置PM的情况进行比较，图6中示意性地将该调节构件61的初始位置被设定在第二极限位置PL2情况的升程曲线表示为点
I2O由此可见，只要对第一工作曲面9和第二工作曲面19的长度、形状及摇臂3、调节机构2和凸轮I的结构尺寸及其配置关系等进行适当的设计，通过改变调节构件61的初始位置，对凸轮I的运动传递规律进行修正，就能实现汽缸阀门14的升程大范围连续可变，包括升程为零的状态。这样，可以根据内燃机在不同工况下的需要，调节内燃机汽缸阀门的最大升程，提高燃烧效率，降低油耗和排放以及实现高效的发动机制动刹车功能。第二实施例下面参照图7说明根据本发明第二实施例的驱动装置。图7是示意性地表示根据本发明第二实施例的驱动装置的主视图。如图7所示，本实施例与第一实施例的构成基本相同，其区别仅在于用一个滚轮62实现了第一实施例中的调节构件61的功能。以下，仅对本实施例与第一实施例的区别进行说明而省略对其他部分的重复描述。连杆6的一端(图7中为左上端)通过销轴16与曲柄4铰接，曲柄4的另一端与控制轴12固定连接，控制轴12与图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置连接。当然，也可以根据需要，使曲柄4与图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置连接。连杆6的另一端(图7中为右下端)设有与控制轴12和销轴16大致平行的滚轮轴63，该滚轮轴63上设有滚轮62，该滚轮62支承在摇臂3的第一工作曲面9上，并抵靠在凸轮I的工作曲面10上。在本实施例中，摇臂3的第一工作曲面9的曲率半径大致等于凸轮I的基圆半径与滚轮62的直径之和。这样，在图中未示出的提供动力的装置的驱动下，控制轴12驱动与之固定连接的曲柄4转动，可使连杆6移动，从而将位于连杆6的由摇臂3支承的端部的滚轮62设定在摇臂3的第一工作曲面9上的规定位置。通过设置滚轮62，将第一实施例中调节构件61与摇臂3和凸轮I之间的运动由滑动变为滚动，降低了缘于摩擦的传动损失以及零部件的磨损。
第三实施例下面参照图8说明根据本发明第三实施例的驱动装置。图8是示意性地表示根据本发明第二实施例的驱动装置的图，图8(a)为主视图，图8(b)为图8(a)的A-A剖视图。如图8所不,本实施例与第一实施例的构成基本相同,其区别主要在于用一个滚轮65和一对滚轮66、66实现了第一实施例中的调节构件61的功能。以下，仅对本实施例与第一实施例的区别进行说明而省略对其他部分的重复描述。连杆6的一端(图8中为左上端)通过销轴16与曲柄4铰接，曲柄4的另一端与控制轴12固定连接，控制轴12与图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置连接。当然，也可以根据需要，使曲柄4与图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置连接。连杆6的另一端(图8中为右下端)设有与控制轴12和销轴16大致平行的滚轮轴63，该滚轮轴63上设有滚轮65和在该滚轮65两侧与该滚轮65隔有适当距离设置的一对滚轮66、66，其中，滚轮65的直径大于滚轮66、66的直径。相应地,在摇臂3上与滚轮65对应之处开设横截面大致为矩形的凹槽31，凹槽31的深度大于滚轮65的半径与滚轮66的半径之差，并且凹槽31的宽度比滚轮65的厚度宽。在本实施例中，凹槽31的槽壁两侧的两个曲面是摇臂3的第一工作曲面9，滚轮65的外周面对应于第一实施例中的第四工作曲面612，滚轮66的外周面对应于第一实施例中的第三工作曲面611。这样，滚轮65抵靠在凸轮I的工作曲面10上，同时一对滚轮66、66分别支承在两个第一工作曲面9上。此外，在本实施例中，摇臂3的第一工作曲面9的曲率半径大致等于凸轮I的基圆半径与滚轮65的半径和滚轮66的半径之和。这样，在图中未示出的提供动力的装置的驱动下，控制轴12驱动与之固定连接的曲柄4转动，可使连杆6移动，从而将位于连杆6的由摇臂3支承的端部的滚轮66、66设定在摇臂3的两个第一工作曲面9上的规定位置。通过设置滚轮65和一对滚轮66、66，将第一实施例中调节构件61与摇臂3和凸轮I之间的运动由滑动分别变为滚轮65与凸轮I之间的滚动和滚轮66、66与摇臂3之间的滚动，与第二实施例相比进一步降低了缘于摩擦的传动损失以及零部件的磨损。各种变形例第一实施例的变形例在上述第一实施例中，调节构件61是与连杆6—体制成的。也可以将调节构件61和连杆6分体制成后进行固定连接，或分体制成后可相对转动地连接。此外，调节构件61可以为一个整体构件，也可以是一个具有第三工作曲面611的构件和一个具有第四工作曲面612的构件以同轴且相对的方式固定连接在一起组成的组合体构件。图9中示意性地示出了本发明第一实施例的调节构件的几种变形例的横断面的形状。此外，图10是示意性地表示本发明第一实施例的另一个变形例的立体图。如图10所示，调节机构2也可以包括一对连杆6，该一对连杆6相互平行地与销轴16铰接，S卩，一对连杆6铰接在销轴16上，将摇臂3夹在其间。在这种场合，调节构件61位于一对连杆6的另一端之间。同样地，调节构件61既可以与一对连杆6 —体制成，也可以分体制成后固定连接，或分体制成后可相对转动地连接。另外，在第一实施例中，摇臂3的第二工作曲面19与第一工作曲面9外切，并且是以销轴16的轴心为轴心的圆弧面上的一部分，但这只是以减小对凸轮I升程的传递为目的而设计的，该第二工作曲面19的形状可以根据需要进行任意设计。例如，当希望获得的最大升程比凸轮I本身能提供的最大升程还要大时，可以按照希望其提升的量将第二工作曲面19设计成如图11所示的与第一工作曲面9内切的形状。作为对比的参照，图11中用双点划线示出了第一工作曲面的延长线，用虚线示出了减小升程传递用的第二工作曲面。另外，在第一实施例中，也可以将曲柄4铰接在驱动轴12上，并由图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置驱动曲柄4。此外，也可以不设置驱动轴12，而将曲柄4固定连接在摇臂轴5上，并将摇臂轴5或曲柄4与图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置连接，换言之，用摇臂轴5取代驱动轴12对曲柄4进行驱动。再有，还可以将曲柄4铰接在摇臂轴5上，并由图中没有示出的电机、液压机构、减速机构等提供动力的装置驱动曲柄4。第三实施例的变形例图12是不意性地表不本发明第三实施例的一个变形例的图，图12(a)为主视图，图12(b)为图12(a)的B-B剖视图。在上述第三实施例中，滚轮65的直径大于滚轮66、66的直径,相应地,在摇臂3上与滚轮65对应之处开设凹槽31。但这只不过是一个具体的实施方案，也可以如图12所示，滚轮66' >661的直径大于滚轮65'的直径,相应地,在摇臂3上与滚轮65'对应之处设置横截面大致为矩形的凸起32。在这种情况下，凸起32为摇臂3的第一工作曲面9，滚轮65;的外周面对应于第一实施例中的第三工作曲面611，滚轮66'的外周面对应于第一实施例中的第四工作曲面612。这样，滚轮65'支承在第一工作曲面9上，同时一对滚轮66'、66'抵靠在凸轮I的工作曲面10上。在该变形例中，与第三实施例同样，摇臂3的第一工作曲面9的曲率半径大致等于凸轮I的基圆半径与滚轮65'的半径和滚轮66'的半径之和。或者不在摇臂3上设置凸起或凹槽，而将突起或凹槽设置在凸轮I的工作曲面10上，相应地布置各滚轮，使它们分别抵靠在摇臂3和凸轮I上。这里，虽然没有图示，但是可以理解，在摇臂或凸轮足够薄的情况下，无需在其上设置避让与它们中的另一方抵靠的滚轮用的凹槽即可实现各滚轮分别与它们各自相抵靠。注意，无论在哪种方案中，摇臂3的第一工作曲面9的曲率半径都大致等于凸轮I的基圆半径与分别与摇臂3和凸轮I接触的两滚轮的半径之和。另外，图13是示意性地表示本发明第三实施例的一个变形例的主视图。在第三实施例中，滚轮65和一对滚轮66、66被设置在同一根滚轮轴63上。但是，也可以如图13所示，将滚轮65"和滚轮66"分别设置在两根大致平行的滚轮轴63、64上，并且该滚轮轴63、64均设置在连杆6上。其中，滚轮65"支承在摇臂3的第一工作曲面9上，滚轮66"抵靠在凸轮I的工作曲面10上。在这种情况下，摇臂3的第一工作曲面9的形状可以根据如下方式设计。在通过驱动轴12使调节机构2的滚轮65"沿摇臂3的第一工作曲面9移动而改变该滚轮65"的初始位置时，既能确保滚轮66"抵靠在凸轮I的基圆上又能确保摇臂3不会绕摇臂轴5转动。换言之，应当使该第一工作曲面9的形状与在驱动轴12驱动下滚轮66"抵靠在凸轮I的基圆上移动时滚轮65"的运动所形成的包络线一致。由于该包络线是根据调节机构2的各构成元素的尺寸及其配置关系等具体条件来确定的，所以，第一工作曲面9的形状不是唯一的。另外，滚轮65"抵靠在凸轮I的工作曲面10上，滚轮66"支承在摇臂3的第一工作曲面9上的情况也是同样的。而且，各滚轮的个数及其布局也可以根据需要任意设置。其他变形例在上述说明的本发明的各实施例中采用了曲柄4的结构，但这只是一种具体的实施例。根据本发明，也可以采用如图14所示的偏心轴20来替代驱动轴12和曲柄4的功能，在这种情况下，在偏心轴20的驱动部分201的驱动下，相当于第一实施例中的曲柄4的偏心轴20的偏心部分202带动连杆6移动。同样地，偏心轴20可以安装在内燃机汽缸盖上或内燃机的其他便于安装的位置上。优选采用将偏心轴20设置在摇臂轴5上。另外，在上述说明的本发明的各实施例中，摇臂3的第二工作曲面19是与第一工作曲面9相外切的圆弧面，但本发明并不限于这种结构，第二工作曲面19也可以根据需要进行各种变形设计。第二工作曲面19也可以是根据所希望得到的汽缸阀门14的最大升程特性曲线设计出来的任意曲面，这里所说的任意曲面包括各种曲面以及平面。以上参照附图对本发明的几种实施例进行了说明，本领域技术人员应当理解，本发明的第二实施例、第三实施例以及各种变形例的驱动装置也与第一实施例同样可以实现驱动对象的最大升程的连续可变，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内燃机的现有结构，只增加了用于对凸轮运动的传递规律进行修正的调节机构，因此不需要过多地增加结构空间，也不会导致结构庞大，所以本发明普遍适用于各种内燃机，尤其是能够适用于只具有比较小的内燃机空间的小型内燃机，如摩托车和微型汽车的内燃机。并且，由于本发明增加的调节机构中参与阀门系统的往复运动和凸轮轴旋转运动的构件数少，因此不会大幅度增加阀门系统的运动惯量和凸轮轴系统的转动惯量，并且不会增加正时轮系的负担。因此，使用本发明，可以沿用内燃机阀门系统、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传递凸轮运动规律进行修正而达到调节汽缸阀门最大升程的效果的，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
1.一种驱动装置，包括凸轮(I)和中间部位铰接在摇臂轴(5)上的摇臂(3)，其特征为， 所述驱动装置还包括支承在所述摇臂(3)与所述凸轮(I)之间的调节机构(2)，所述调节机构(2)包括设定部分(21)和执行部分(22)； 并且所述摇臂(3)包括至少一个第一工作曲面(9)， 所述调节机构(2)的所述设定部分(21)可将所述执行部分(22)设定在所述第一工作曲面(9)的规定位置 上， 所述调节机构(2)的所述执行部分(22)支承在所述摇臂(3)上且抵靠在所述凸轮(I)上。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征为， 所述第一工作曲面(9)的形状满足如下条件:所述调节机构(2)的所述设定部分(21)使所述执行部分(22)沿所述第一工作曲面(9)移动时，所述执行部分(22)始终抵靠在所述凸轮(I)的基圆上且维持所述摇臂(3)的转动角度为零的状态。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征为， 所述调节机构(2)的所述设定部分(21)为驱动轴(12)和固定连接或铰接连接在所述驱动轴(12)上的曲柄(4)， 所述调节机构(2)的所述执行部分(22)包括连杆￠)，所述连杆￠)的一端可移动地支承在所述第一工作曲面(9)上，所述连杆￠)的另一端与所述曲柄(4)的另一端铰接， 并且所述驱动轴(12)通过所述曲柄(4)可将所述连杆(6)的由所述第一工作曲面(9)支承的一端设定在所述第一工作曲面(9)上的规定位置。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征为， 所述摇臂轴(5)兼用作所述驱动轴(12)。
5.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征为， 所述调节机构(2)的所述设定部分(21)为偏心轴(20)， 所述调节机构(2)的所述执行部分(22)包括连杆￠)，所述连杆￠)的一端可移动地支承在所述第一工作曲面(9)上，所述连杆￠)的另一端与所述偏心轴(20)铰接， 并且所述偏心轴(20)可将所述连杆￠)的由所述第一工作曲面(9)支承的一端设定在所述第一工作曲面(9)上的规定位置。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的驱动装置，其特征为， 所述连杆(6)包括至少一个圆弧形的第三工作曲面(611)和至少一个圆弧形的第四工作曲面(612)，其中，所述第三工作曲面(611)可移动地支承在所述第一工作曲面(9)上，所述第四工作曲面(612)可移动地抵靠在所述凸轮(I)的工作曲面(10)上。
7.根据权利要求3至5中任意一项所述的驱动装置，其特征为， 所述连杆出)的位于所述摇臂(3)和所述凸轮(I)之间的一端设有滚轮(62)，所述滚轮(62)支承在所述第一工作曲面(9)上，且所述滚轮￠2)抵靠在所述凸轮(I)的工作曲面(10)上， 所述第一工作曲面(9)为圆弧面，该圆弧面的曲率半径大致等于所述凸轮(I)的基圆半径与所述滚轮￠2)的直径之和。
8.根据权利要求3至5中任意一项所述的驱动装置，其特征为，所述连杆(6)的位于所述摇臂(3)和所述凸轮(I)之间的一端设有至少一个第一滚轮(65、65^ ,66,66')和至少一个第二滚轮(65、65' ,66,66')，其中，所述第一滚轮(65、65'、66、66')抵靠在所述凸轮(I)的基圆上，所述第二滚轮(65、65'、66、66')支承在所述第一工作曲面(9)， 并且所述第一工作曲面(9)为圆弧面，该圆弧面的曲率半径大致等于所述凸轮(I)的基圆半径与所述第一滚轮(65、65'、66、66')的半径和所述第二滚轮(65、65'、66、66')的半径之和。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的驱动装置，其特征为， 所述摇臂(3)还包括至少一个与所述第一工作曲面(9)相连的第二工作曲面(19)，所述第二工作曲面(19)用于支承所述调节机构(2)的执行部分(22)。
10.根据权利要求9所述的驱动装置，其特征为， 所述第二工作曲面的形状满足如下条件:与所述第一工作曲面(9)配合而对所述凸轮(I)运动的传递规律进行修正。
11.根据权利要求3至10中任意一项所述的驱动装置，其特征为， 所述调节机构(2)中设有辅助所述连杆(6)复位的弹簧。
12.一种内燃机，其特征为， 其具有权利要求1至11中任意一项所述的驱动装置。
13.—种车辆，其特征为， 其使用权利要求12所述的内燃机。
全文摘要
本发明提供一种驱动装置，包括凸轮(1)和中间部铰接支承在摇臂轴(5)上的摇臂(3)，该驱动装置还包括支承在凸轮(1)与摇臂(3)之间的调节机构(2)，摇臂(3)包括第一工作曲面(9)和与之相连的第二工作曲面(19)，其中，第一工作曲面(9)和第二工作曲面(19)用于对汽缸阀门(14)等驱动对象的最大升程进行调节。由于驱动装置通过调节机构(2)增加了驱动对象的最大升程的调节，汽缸阀门(14)的升程实现了连续可变，特别是，由于第二工作曲面(19)能够对所传递的凸轮(1)的运动规律进行大幅度的修正，所以本发明的驱动装置能够对驱动对象的最大升程进行大幅度的调节。
文档编号F01L13/00GK103161543SQ20111041364
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者武冠军 申请人:常州嵘驰发动机技术有限公司