可变气门升程驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可变气门升程驱动装置，涉及发动机部件，用来提高零部件的使用寿命，降低发动机的加工成本和燃油消耗量。所述可变气门升程驱动装置包括气门、与气门连接的气门连杆、与气门连杆连接的气门摇臂、以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴，在气门摇臂和凸轮轴之间设有摆臂和调整齿轮；所述摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述调整齿轮上设有驱动部，凸轮轴转动时带动摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动实现气门的打开或闭合，调整齿轮绕自身的齿轮轴转动时带动驱动部围绕齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。本发明用于实现气门升程的连续可变。
【专利说明】可变气门升程驱动装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机部件，尤其涉及一种可变气门升程驱动装置。
【背景技术】
[0002]气门是发动机中的一个重要部件，用于向发动机内输入燃料并排出燃烧后的废气。在发动机领域中，气门升程指的是气门从刚刚打开到完全打开所运动的高度，也就是气门的开启高度。发动机中使用的凸轮轴的凸轮型线不同，所获得的气门升程也不同。传统发动机的气门升程是固定不变的，即其凸轮轴的凸轮型线只有一种，其升程设计是对发动机在全工况下的平衡性选择，因此该升程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响应，结果是发动机既得不到最佳的高速效率，也得不到最佳的低速扭矩，只是得到了在全工况下较为平衡的性能。
[0003]可变气门升程技术(VVL, variable valve lift)能够根据发动机的不同工况改变其气门升程，使发动机在高速区和低速区都能得到良好的响应，从而改善发动机的高速功率和低速扭矩。具体表现为:在发动机不同转速下匹配合适的气门升程，低转速时系统使用较小的气门升程，这样有利于增加缸内气流的强度提高燃烧速度，减少充气时间，进而提高发动机的低速扭矩，降低燃油消耗，而高转速时使用更大的气门升程则可以显著提高充量系数，进而提升高转速时的功率输出。
[0004]现有的可变气门升程技术按照其控制效果可分为分段可变气门升程和连续可变气门升程。与分段可变气门升程相比，连续可变气门升程可以更好地配合发动机的燃烧系统，具有一定的优越性。现有的可变气门升程驱动装置中，大多是通过改变凸轮轴的凸轮型线来获得不同的气门升程。具体的做法是使用组合式的凸轮轴，该组合式凸轮轴上设有多个具有不同型线的凸轮，通过该组合式凸轮轴上的不同凸轮型线来驱动气门连杆往复运动，从而使气门升程可变。
[0005]但是在使用该可变气门升程驱动装置变换气门升程的过程中，凸轮轴、气门连杆等相关零部件均承受了不同程度的冲击载荷，降低了零部件的使用寿命。而且组合式的凸轮轴比传统的凸轮轴结构复杂、质量大，增加了发动机的加工成本和燃油消耗量。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供一种可变气门升程驱动装置，以提高零部件的使用寿命，降低发动机的加工成本和燃油消耗量。
[0007]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0008]本发明提供的可变气门升程驱动装置包括气门、与气门连接的气门连杆、与气门连杆连接的气门摇臂、以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴，在气门摇臂和凸轮轴之间设有摆臂和调整齿轮；所述摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述调整齿轮上设有驱动部，凸轮轴转动时带动摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动实现气门的打开或闭合，调整齿轮绕自身的齿轮轴转动时带动驱动部围绕齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。
[0009]具体而言，所述驱动部为设在所述调整齿轮上的通孔和设在通孔内的转动轴，所述第一旋转中心为第一通孔，所述转动轴设在第一通孔内。
[0010]具体而言，第二旋转中心为第二通孔，第二通孔内设有销轴，销轴与所述调整齿轮的齿轮轴同轴设置，且所述销轴上安装有与所述凸轮配合的摆臂滚子。
[0011]优选地,所述调整齿轮为斜齿轮,斜齿轮啮合有传动齿轮,传动齿轮连接有驱动源。
[0012]进一步地，所述凸轮轴支撑在轴承座上，轴承座上还设有安装孔，齿轮轴穿设在安装孔内。
[0013]进一步地，在齿轮轴与安装孔之间设有销钉，且销钉通过螺塞密封，螺塞上设有泄油孔。
[0014]为提高齿轮轴的润滑效果，在轴承座上位于所述安装孔的周围设有油道。
[0015]为使摆臂顺利回位，所述转动轴上设有回位弹簧，回位弹簧的一端与调整齿轮连接、另一端与摆臂连接。
[0016]进为使摆臂转动更平顺，所述转动轴和所述第一通孔之间设有轴承。
[0017]为简化加工和装配工艺，转动轴与调整齿轮一体成型。
[0018]对于本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置而言，当第一旋转中心位于一个位置处时可以实现一种气门升程，当调整齿轮绕自身的齿轮轴转动时带动驱动部围绕齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。随着第一旋转中心围绕第二旋转中心转动，第一旋转中心相对第二旋转中心的周向位置随之改变，因此实现了变化的气门升程，达到了气门升程驱动装置根据发动机的不同使用工况对气门升程进行改变的目的。本发明实施例中实现可变气门升程的方式与现有技术中使用组合式凸轮轴实现可变气门升程的方式不同，不会由于变更具有不同型线的凸轮来驱动气门连杆运动而对凸轮轴、气门连杆等零部件产生冲击作用，延长了凸轮轴、气门连杆等相关零部件的使用寿命；而且由于不会在凸轮轴上设置多个具有不同型线的凸轮，因此与本发明实施例中的摆臂配合使用的凸轮轴结构简单、质量小，降低了发动机的加工成本和燃油消耗量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0020]图1为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的结构示意图；
[0021]图2为图1的分解结构示意图；
[0022]图3为图2所示调整齿轮的结构示意图；
[0023]图4为图2所示摆臂的结构示意图；
[0024]图5为图2所示调整齿轮的主视图；
[0025]图6为图2所示轴承座的结构示意图；
[0026]图7为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的主视图；
[0027]图8为不同气门升程随曲轴转角的变化关系曲线图。【具体实施方式】
[0028]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。
[0029]图1为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的结构示意图，图2为图1的分解结构示意图。如图1和图2所示，该可变气门升程驱动装置包括气门1、与气门I连接的气门连杆2、与气门连杆2连接的气门摇臂3、以及驱动气门I打开或闭合的凸轮轴7，在气门摇臂3和凸轮轴7之间设有摆臂4和调整齿轮5 ;摆臂4上设有第一旋转中心42和第二旋转中心41，调整齿轮5上设有驱动部52，凸轮轴7转动时带动摆臂4围绕第一旋转中心42摆动以驱动气门连杆2直线往复运动实现气门I的打开或闭合，调整齿轮5绕自身的齿轮轴51转动时带动驱动部52围绕齿轮轴51转动以使第一旋转中心42围绕第二旋转中心41转动。
[0030]这样本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置中，当第一旋转中心位于一个位置处时可以实现一种气门升程，当调整齿轮绕自身的齿轮轴转动时带动驱动部围绕齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。随着第一旋转中心围绕第二旋转中心转动，第一旋转中心相对第二旋转中心的周向位置随之改变，因此实现了变化的气门升程，达到了气门升程驱动装置根据发动机的不同使用工况对气门升程进行改变的目的。本发明实施例中实现可变气门升程的方式与现有技术中使用组合式凸轮轴实现可变气门升程的方式不同，不会由于变更具有不同型线的凸轮来驱动气门连杆运动而对凸轮轴、气门连杆等零部件产生冲击作用，延长了凸轮轴、气门连杆等相关零部件的使用寿命；而且由于不会在凸轮轴上设置多个具有不同型线的凸轮，因此与本发明实施例中的摆臂配合使用的凸轮轴结构简单、质量小，降低了发动机的加工成本和燃油消耗量。
[0031]从上面描述的第一旋转中心位置的调节过程可知，能够将第一旋转中心称为气门升程的驱动中心，将第二旋转中心称为气门升程的调整中心，因此本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置将驱动中心和调整中心都集成在摆臂上，相比于将其驱动中心和调整中心设置于两个零部件上的结构而言，简化了结构，减少了零部件的使用数量。此外，由于第一旋转中心位置的调整是通过第一旋转中心围绕第二旋转中心转动实现的，因此我们可以在此调整过程中保持第二旋转中心的位置不变只是使第一旋转中心作平面运动，这样摆臂的运动形式简单，摆臂与其他相关零部件的装配关系也比较简单，从而降低了其对加工精度和装配精度的要求。
[0032]同理，能够将齿轮轴称为调整齿轮的转动部，本发明采用调整齿轮来调整第一旋转中心的位置，可以很好地将转动部和驱动部均集成在调整齿轮上，相比于将转动部和驱动部设置于两个零部件上的结构而言，简化了结构，减少了零部件的使用数量。
[0033]图3为本发明实施例中调整齿轮的结构示意图，图4为本发明实施例中摆臂的结构示意图。如图3和图4所示,本实施例中调整齿轮5上的驱动部为设在调整齿轮5上的通孔和设在通孔内的转动轴521，摆臂4的第一旋转中心42为第一通孔，转动轴521设在第一通孔内。也就是转动轴同时穿过调整齿轮上的通孔和摆臂上的第一通孔实现调整齿轮和摆臂的连接，即第一旋转中心42和转动轴521同轴设置。这样转动轴522直接驱动摆臂4的驱动中心42相对于摆臂4的调整中心41转过一定的角度，因此能够简便地控制驱动中心42和调整中心41之间连线的角位移量，简化了结构和控制过程。其中转动轴521优选与调整齿轮5 —体成型，一方面简化加工和装配工艺，另一方面避免转动轴自身的转动。同时为了使摆臂的转动更平顺，在所述转动轴和所述第一通孔之间设置了轴承21。
[0034]另外在上述实施例中，由于转动轴122和摆臂4的驱动中心42同轴设置，摆臂4便围绕转动轴122转动实现气门的打开与关闭。为了便于在凸轮轴上的凸轮的最大端越过摆臂后使摆臂顺利回位，如图3所示，本发明在转动轴521上设置回位弹簧522，回位弹簧522的一端与调整齿轮5连接、另一端与摆臂4连接。这样回位弹簧522带动摆臂4回位。回位弹簧的具体实现形式可以为扭簧，扭簧的一端插入如图4所示摆臂的凹槽45中，另一端插入图5所示调整齿轮5的安装孔55中。这样凸轮轴上凸轮的大端驱动摆臂在一个方向上转动，当凸轮的最大端转动越过摆臂之后，凸轮的小端与摆臂接触，此时扭簧带动摆臂围绕驱动中心反方向转动，实现摆臂的回位。凹槽45使回位弹簧522更容易固定在摆臂4上，安装方便快捷，提高了摆臂的工作稳定性。为了防止回位弹簧522发生轴向传动，本实施例还在转动轴521上且在回位弹簧522的两端设置了环形凸台523，以保证工作的稳定性。为了降低调整齿轮的重量，如图3和图5所示，本实施例在调整齿轮5上设置了弧形去重结构53和泄油槽54。一方面去重结构可以在保证强度的情况下减轻质量，另一方面泄油槽可以防止其在工作过程中存油，增加重量，影响系统工作的稳定性。
[0035]此外，如图4所示，第二旋转中心41为第二通孔，第二通孔内设有销轴，销轴与所述调整齿轮的齿轮轴同轴设置，且销轴上安装有与凸轮配合的摆臂滚子43。这样凸轮轴7驱动摆臂滚子43以使摆臂4围绕转动轴521摆动实现气门I的打开或闭合，调整齿轮转动带动摆臂围绕齿轮轴51转动以调节第一旋转中心42的位置。
[0036]其中，调整齿轮5为斜齿轮，斜齿轮啮合有传动齿轮6，传动齿轮6连接有未图示的驱动源。驱动源可以为电机，或者可以为电机以及与电机连接的变速机构，如减速器。驱动源驱动传动齿轮旋转，传动齿轮带动与之啮合的调整齿轮转动以实现摆臂的第一旋转中心位置的调整。当然在本发明的其它实施例中，调整齿轮也可以为结构更简单、更方便加工的直齿轮。
[0037]此外，凸轮轴7支撑在轴承座8上，轴承座8上还设有安装孔82，齿轮轴51穿设在安装孔82内。这样轴承座同时起到固定支撑凸轮轴和调整齿轮的作用，简化了系统的结构。
[0038]为提高齿轮轴的润滑效果，本实施例在轴承座上位于所述安装孔的周围设有油道，油道连接进油口 831和出油口 832，轴承座上设置独立的油道，润滑效果更好。
[0039]作为上述实施例的进一步改进，在齿轮轴51与安装孔82之间设有销钉81，且销钉82通过螺塞84密封，螺塞84上设有泄油孔。销钉可以更进一步固定齿轮轴，螺塞上的泄油孔可以泄掉齿轮轴的润滑油。
[0040]对于一个气缸有两个进气门，同时一个摆臂对应一个进气门而言，如果改变其中一个摆臂的工作面44的弧面的半径、弧长，以及平面的长度，便可以通过一个可变气门升程驱动装置实现两个不同气门升程的目的。
[0041]下面结合图7和图8，以一个具体的实施例介绍发动机在不同工况下，本发明的可变气门升程驱动装置的工作原理和工作过程。
[0042]图7为本发明实施例提供的可变气门升程驱动装置的主视图，图8为不同气门升程随曲轴转角的变化关系曲线图。从图7可以看出，本发明的可变气门升程驱动装置包括气门1、与气门I连接的气门连杆2、与气门连杆2连接的气门摇臂3、以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴7和设在气门摇臂3和凸轮轴7之间的摆臂4和调整齿轮5，调整齿轮5啮合有传动齿轮6，传动齿轮6连接有未图示的驱动源，如步进电机。图7所示共有四个转动中心A、B、C，摆臂4与气门摇臂3的接触点为E，转动中心A、B的连线AB与转动中心B、C的连线BC间的夹角为β。
[0043]工况1:发动机高速全负荷工作
[0044]首先,在该工况下E⑶(electric control unit)电子控制单元确定转动中心C应处的位置，然后据此计算调整齿轮5应所处的位置并推断出步进电机需要转动的角度，再将该角度的信号传给步进电机，最后步进电机根据此信号转动以带动传动齿轮6，传动齿轮6带动调整齿轮5转动使转动中心C围绕转动中心B转动直至转动中心到达预定位置，此时角β为一较小角，例如125°。且此时摆臂4与气门摇臂3的接触点E在摆臂上靠左端的位置，因此可以获得图8所示的较大的气门升程I。在与可变气门正时系统的配合下，可使发动机在高速时达到较大扭矩。
[0045]工况2:发动机在低速全负荷工作
[0046]E⑶用相同的方法控制步进电机将调整齿轮3转到另一预定位置。此时连线AB与连线BC的夹角β增大，例如β为130°，接触点为E向右移动。因此获得的气门升程2相对于气门升程I有所下降，但气门开启和关闭时刻不变，所以在与可变气门正时系统的配合下，可使发动机在低速时得到较大扭矩。
[0047]工况3:发动机部分负荷工作
[0048]E⑶用相同的方法控制步进电机将调整齿轮3转到另一预定位置。此时连线AB与连线BC的夹角β继续增大，例如β为130° -160°，且在该角度范围内连续可变。接触点E继续向右移动。因此获得的气门升程3相对于气门升程2继续下降，但气门开启和关闭时刻不变，所以在与可变气门正时系统的配合下，可降低泵气损失，降低发动机油耗。
[0049]工况4:发动机怠速
[0050]E⑶用相同的方法控制步进电机将调整齿轮3转到另一预定位置。此时连线AB与连线BC的夹角β继续增大，例如β为160°。接触点E继续向右移动。因此获得的气门升程4相对于气门升程3继续下降，但气门开启和关闭时刻不变，所以在与可变气门正时系统的配合下，可使发动机怠速稳定性最好。
[0051]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种可变气门升程驱动装置，包括气门、与气门连接的气门连杆、与气门连杆连接的气门摇臂、以及驱动气门打开或闭合的凸轮轴，其特征在于，在气门摇臂和凸轮轴之间设有摆臂和调整齿轮；所述摆臂上设有第一旋转中心和第二旋转中心，所述调整齿轮上设有驱动部，凸轮轴转动时带动摆臂围绕第一旋转中心摆动以驱动气门连杆直线往复运动实现气门的打开或闭合，调整齿轮绕自身的齿轮轴转动时带动驱动部围绕齿轮轴转动以使第一旋转中心围绕第二旋转中心转动。
2.根据权利要求1所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述驱动部为设在所述调整齿轮上的通孔和设在通孔内的转动轴，所述第一旋转中心为第一通孔，所述转动轴设在第一通孔内。
3.根据权利要求1或2所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，第二旋转中心为第二通孔，第二通孔内设有销轴，销轴与所述调整齿轮的齿轮轴同轴设置，且所述销轴上安装有与所述凸轮配合的摆臂滚子。
4.根据权利要求1所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述调整齿轮为斜齿轮，斜齿轮啮合有传动齿轮，传动齿轮连接有驱动源。
5.根据权利要求1所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述凸轮轴支撑在轴承座上，轴承座上还设有安装孔，齿轮轴穿设在安装孔内。
6.根据权利要求5所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，在齿轮轴与安装孔之间设有销钉，且销钉通过螺塞密封，螺塞上设有泄油孔。
7.根据权利要求6所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，在轴承座上位于所述安装孔的周围设有油道。
8.根据权利要求2所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述转动轴上设有回位弹簧，回位弹簧的一端与调整齿轮连接、另一端与摆臂连接。
9.根据权利要求2所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，所述转动轴和所述第一通孔之间设有轴承。
10.根据权利要求9所述的可变气门升程驱动装置，其特征在于，转动轴与调整齿轮一体成型。
【文档编号】F01L13/00GK103925029SQ201310014309
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月15日 优先权日:2013年1月15日
【发明者】尹吉, 刘胜强, 林文, 刘涛, 王宁 申请人:长城汽车股份有限公司