一种内燃机气门升程可变装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种内燃机气门升程可变装置，包括凸轮、上摇臂、下摇臂、连动机构和气门单元。连动机构包括一中间摇臂和一连接杆，气门单元包括气门、气门导杆和预紧弹簧。中间摇臂在上下摇臂之间的平面摆动，既有上下移动，也有横向位移产生，进而使得气门的升程改变。本气门升程可变装置可以在较大范围内实现气门升程的连续调，而本装置结构简单，具有良好的线性输出和控制性能、并具有互换性。
【专利说明】一种内燃机气门升程可变装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及内燃机配气机构领域，尤其涉及一种气门升程可变装置。
【背景技术】
[0002]气门是内燃机的一种重要部件，气门的作用是专门负责向内燃机内输入空气并排出燃烧后的废气。通过调节气门的升程控制内燃机的工况。
[0003]请参阅图1，传统的气门升程机构包括凸轮10、凸台20和气门单元30，气门单元30包括弹簧301、气门导杆302和气门303。凸轮10为一带有型线轮廓的构件，凸轮10上表面为平面，凸轮10与凸台20滑动接触，凸台20安装在弹簧301上，弹簧301固定在气门导杆302上，气门导杆302套设在气门303的气门杆上。
[0004]凸轮轴带动凸轮10转动，凸轮I远离凸轮轴的一端型线轮廓与凸台20接触，并带动凸台20向下移动，19弹簧301受到压缩，推动气门303向下移动。凸轮10转动一周，气门完成一个升程。
[0005]由于凸轮10与凸台20的相对位置是固定的，凸轮10的型线也是固定的，这意味着气门配气相位及气门升程是固定的。为满足速度、负荷、动力性和排放性等多种内燃机工况对气门升程曲线的需要，传统固定的气门升程装置已经不能满足社会各界对高速度，低能耗，低排放的强烈呼声，内燃机气门升程装置需要随发动机实际工况可变。
[0006]为了满足对气门升程可变的需求，人们开发了气门升程可变装置。目前，主要的气门升程可变装置主要有i 一 VTEC系统、Valvetronic系统和VVEL系统。i 一 VTEC系统即智能可变气门正时及升程控制系统，它可以连续调节气门正时，且能调节气门升程，但其对气门升程的调节属于分段式，不能实现连续调节。而Valvetronic系统和VVEL系统是能实现连续调节的可变气门升程技术，但因其结构复杂并需要复杂的控制系统，使其造价昂贵，基本都应用于高档轿车，普及程度还远远不够。
[0007]由上可知，传统的气门升程机构不能对气门升程连续调节，而先进的连续调节可变气门升程技术又价格昂贵，不利于普及应用。因此，开发既能连续调节气门升程又经济实用的气门升程可变装置变得十分必要而迫切。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种内燃机气门升程可变装置。
[0009]一种内燃机气门升程可变装置包括凸轮、上摇臂、下摇臂、连动机构和气门单元。所述凸轮安装在内燃机凸轮轴上；所述上摇臂位于该凸轮的下方，其一端固定在内燃机的一定位轴上，且凸轮与上摇臂的上表面滑动接触；所述下摇臂位于上摇臂的下方，其一端固定在内燃机的另一定位轴上，另一端与气门单元接触；所述连动机构位于上摇臂和下摇臂之间，连动机构分别与上摇臂的下表面和下摇臂的上表面滑动接触。
[0010]本实用新型的气门升程可变装置实现气门升程的连续可变，且气门最大升程变化范围广，其结构简单，经济实用，便于批量生产，具有良好的线性控制性能、线性输出性能和互换性。
[0011]进一步地,所述连动机构包括交叉铰连接的连接杆和中间摇臂,所述连接杆的一端与上摇臂固定在同一轴上；所述中间摇臂的一端为圆弧端，其位于所述上摇臂的下表面和下摇臂的上表面之间并与二者滑动接触，其另一端具有安装孔以固定在内燃机上。
[0012]进一步地，所述上摇臂与凸轮的接触面为一内凹圆弧面。
[0013]进一步地，所述下摇臂由长杆和短杆垂直相接形成一“L”形结构，其长杆的一端开设安装孔，并通过该安装孔安装在内燃机一定位轴上；其短杆的一端与气门单元接触。
[0014]进一步地，所述气门单元包括气门和气门导杆，所述气门导杆套设在气门的气门杆上，所述下摇臂的短杆的一端与气门的气门杆接触。气门导杆为气门导向。
[0015]进一步地，还包括预紧弹簧，所述预紧弹簧设置在气门的气门杆顶端。预紧弹簧可防止气门的抖动。
[0016]为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是现有的内燃机气门升程装置图。
[0018]图2是本实用新型的内燃机气门升程可变装置立体图。
[0019]图3是本实用新型内燃机气门升程可变装置主视图。
[0020]图4是本实用新型气门最大升程量UG运动仿真图。
【具体实施方式】
[0021]请参阅图2和图3，图2为本实用新型的内燃机气门升程可变装置立体图，图3为本实用新型的内燃机气门升程可变装置主视图。
[0022]本实用新型的内燃机气门升程可变装置包括凸轮1、上摇臂2、下摇臂4、连动机构3和气门单元5。所述凸轮I安装在内燃机凸轮轴上；所述上摇臂2位于该凸轮I的下方，其一端固定在内燃机的一轴上，且凸轮I与上摇臂2的上表面滑动接触；所述下摇臂4位于上摇臂2的下方，其一端固定在内燃机的另一轴上，另一端与气门单元5接触；所述连动机构3安装于上摇臂2和下摇臂4之间，连动机构3分别与上摇臂2的下表面和下摇臂4的上表面滑动接触。凸轮I带动上摇臂2转动，上摇臂2推动连动机构3移动，进而带动下摇臂4转动，下摇臂4顶紧气门单元5，气门单元5上下移动，从而实现对气门升程的控制。
[0023]具体地，所述凸轮I为有圆弧型线轮廓的的构件，其中心具有凸轮孔11，凸轮I通过凸轮孔11安装在凸轮轴上。凸轮I上远离凸轮孔11的一端为曲率最大的凸起端。
[0024]所述上摇臂2的一端开设安装孔21并通过其固定在内燃机一轴上，上摇臂2可绕安装孔21转动，上摇臂2的另一端的上表面为一内凹圆弧面，该内凹圆弧面与凸轮I远离凸轮孔11的凸起端滑动接触，上摇臂2的下表面为平面。在预留与凸轮I的轮廓面足够的接触长度的前提下，尽量缩小右端所述安装孔21与凸轮孔11的距离。
[0025]所述下摇臂4为由长杆和短杆垂直相接行程的一“L”形结构。下摇臂4的长杆的一端开设安装孔41，并通过该安装孔41安装在发动机缸盖定位轴上，其短杆的一端与气门单元接触。所述下摇臂4的上表面和下表面均为平面。
[0026]所述连动机构3包括连接杆31和中间摇臂32。所述连接杆31和中间摇臂32的中部通过安装孔311交叉铰连接。所述连接杆31的一端通过安装孔21与上摇臂2固定连接，所述中间摇臂32的一端为圆弧端，其位于上摇臂2的下表面和下摇臂4的上表面之间并与二者滑动接触。中间摇臂32的另一端开设有安装孔321并通过该孔安装固定在一轴上。
[0027]所述气门单元5包括气门51、气门导杆52和预紧弹簧53。气门单元5位于下摇臂4的下方，所述气门导杆52套设在气门51的气门杆上，气门51的气门杆顶端安装预紧弹簧53，下摇臂4短杆的一端嵌入该预紧弹簧53。气门导杆52为气门51导向，预紧弹簧53可防止气门51的抖动。
[0028]本实用新型的内燃机气门升程可变装置的工作原理为:
[0029]所述凸轮1、上摇臂2、连接杆31和中间摇臂32组成第一组杠杆。当凸轮I绕凸轮轴转动时，凸轮I远离凸轮孔11的一端与上摇臂2上表面贴紧滑动接触，凸轮I带动上摇臂2绕安装孔21转动，转动的上摇臂2与中间摇臂32的上表面贴紧并有相对滑动，中间摇臂32在上摇臂2的带动下产生运动，此时，中间摇臂32既有上下移动，也有横向位移产生，通过连接杆31的控制，其横向位移是连续变化的，实现中间摇臂32在上下摇臂之间的位移连续可变。第一组杠杆便将凸轮I的升程量转化为中间摇臂32的下行分量。第一组杠杆的转化系数大小取决于凸轮I的凸轮孔11到中间摇臂32左端圆弧的距离与凸轮孔11到上摇臂2安装孔21之间距离的比率。
[0030]所述中间摇臂32、下摇臂4和气门导杆52组成第二组杠杆。中间摇臂32的一端圆弧与下摇臂4上表面滑动接触，中间摇臂32推动下摇臂4绕安装孔41转动，转动的下摇臂4顶在气门51的气门杆上，气门51的气门杆在下摇臂4的推动下向下移动，带动气门51移动，控制气门51的升程。预紧弹簧可以防止气门51移动过程中产生抖动。第二组杠杆的转化系数大小取决于气门51到中间摇臂32左端圆弧的距离与气门51到下摇臂4安装孔41的距离的比率。
[0031]两组杠杆通过中间摇臂32耦合在一起，整个机构的转化系数取决于两组杠杆转化系数的乘积。
[0032]根据上述零部件设计，利用UG运动仿真，得到了线性输出图形，如图4所示，气门51最大升程变化量在(0，32)_值域内接近一条直线，即在该区域内，气门最大升程量同中间摇臂32的位移的变化关系是接近线性的，气门升程不会由于中间摇臂32的控制误差而发生突变。较均匀的最大升程变化量使得中间摇臂32设定的横向移动速度较为均匀，有利于连续调节装置的控制。
[0033]由于一般发动机不需要超过32mm的最大气门升程，在确保最大升程的前提下，单独改变凸轮I的型线，或者改变上摇臂2、中间摇臂32或下摇臂4的长度都可以改变相应杠杆的转化系数，从而改变气门升程，但改变三者并不影响在一般工况内其良好的线性控制性能。
[0034]相对于现有技术，本实用新型的气门升程可变装置气门升程连续可调。气门升程可变装置包括两组杠杆，凸轮1、上摇臂2、连接杆31和中间摇臂32组成第一组杠杆，中间摇臂32、下摇臂4和气门51组成第二组杠杆。第一组杠杆将凸轮I的升程转化为中间摇臂32的下行分量，第二组杠杆将中间摇臂32的下行分量转化为气门升程，而两组杠杆通过中间摇臂32耦合在一起，实现气门升程的连续可调。
[0035]再者，本实用新型的气门升程可变装置具有良好的线性输出和控制性能。该装置的气门升程曲线与凸轮型线保持线性关系，气门升程可变装置仅能线性地放大或缩小凸轮型线的升程并映射到气门升程上，不会影响气门配气相位，有利于确定凸轮型线和气门升程曲线。中间摇臂32的位移量所引起的气门升程增量是单调递增的，特别是在气门最大升程较小时，线性程度更高，可简化控制策略，只需控制中间摇臂32匀速横向移动，即可实现对应气门最大升程线性变化，控制硬件可扩展性强。
[0036]进一步地，本实用新型的气门升程可变装置具有良好的互换性。该装置由两组杠杆通过中间摇臂32耦合在一起，凸轮型线、上摇臂2、中间摇臂32和下摇臂4长度的单独变化都可以改变相应杠杆的转化系数，从而改变气门升程。如同一上摇臂2可以配合尺寸不同的其他部件构成可调范围不同的气门升程可变装置。在生产中，只需调配设计参数不同的部件组装在一起，组件之间就可以相互耦合，组装出可调范围不同的气门升程可变装置，以满足设计参数不同的内燃机，有利于生产企业缩短研发周期，提高生产效率，实现与整机厂的同步开发。
[0037]本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。
【权利要求】
1.一种内燃机气门升程可变装置，其特征在于:包括凸轮、上摇臂、下摇臂、连动机构和气门单元，所述凸轮安装在内燃机凸轮轴上；所述上摇臂位于该凸轮的下方，其一端固定在内燃机的一定位轴上，且凸轮与上摇臂的上表面滑动接触；所述下摇臂位于上摇臂的下方，其一端固定在内燃机的另一定位轴上，另一端与气门单元接触；所述连动机构位于上摇臂和下摇臂之间，连动机构分别与上摇臂的下表面和下摇臂的上表面滑动接触。
2.根据权利要求1所述的内燃机气门升程可变装置，其特征在于:所述连动机构包括交叉铰连接的连接杆和中间摇臂，所述连接杆的一端与上摇臂固定在同一轴上；所述中间摇臂的一端为圆弧端，其位于所述上摇臂的下表面和下摇臂的上表面之间并与二者滑动接触，其另一端具有安装孔以固定在内燃机上。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机气门升程可变装置，其特征在于:所述上摇臂与凸轮的接触面为一内凹圆弧面。
4.根据权利要求1所述的内燃机气门升程可变装置，其特征在于:所述下摇臂由长杆和短杆垂直相接形成一“L”形结构，其长杆的一端开设安装孔，并通过该安装孔安装在内燃机一定位轴上；其短杆的一端与气门单元接触。
5.根据权利要求4所述的内燃机气门升程可变装置，其特征在于:所述气门单元包括气门和气门导杆，所述气门导杆套设在气门的气门杆上，所述下摇臂的短杆的一端与气门的气门杆接触。
6.根据权利要求5所述的内燃机气门升程可变装置，其特征在于:还包括预紧弹簧，所述预紧弹簧设置在气门的气门杆顶端。
【文档编号】F01L13/00GK204060839SQ201420490653
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】罗华欢, 肖国权, 莫东强, 陈刚, 傅文兰, 肖景胜, 邓剑雄, 陈冠华, 廉绍玲, 莫剑少, 王飞华, 卢啟棠, 植育胜 申请人:怀集登云汽配股份有限公司