無極可變升程氣門搖臂機構及相應氣門裝置的制造方法
【專利摘要】一種無極可變升程氣門搖臂機構及相應氣門裝置，搖臂機構用于和氣門裝置的氣門桿聯動配合，控制氣門裝置的氣門通道的大小；該搖臂機構包括曲柄連桿組件、曲柄軸位置調節組件、氣門搖臂、搖臂驅動組件；曲柄連桿組件包括曲柄、曲柄軸、連桿及連桿復位拉簧；曲柄為一偏心輪，其偏心孔連接于曲柄軸上，曲柄軸的位置由曲柄軸位置調節組件無極調整；連桿為一偏心套，套在偏心輪外部；連桿復位拉簧一端連接連桿，另一端連接于一個固定點；氣門搖臂為一個以連桿的偏心部為中間支點的杠桿，氣門搖臂左端與氣門桿上端鉸接，右端與搖臂驅動組件驅動配合。本發明在頂置凸輪升程不變，氣門啟閉的時機與活塞曲柄的相位關系不變的條件下實現氣門升程無極可調。
【專利說明】
無極可變升程氣門搖臂機構及相應氣門裝置
技術領域
[0001]本發明涉及活塞式發動機配氣相位機構，具體涉及一種無極可變升程氣門搖臂機構及相應的氣門裝置。
【背景技術】
[0002]發動機的配氣相位機構負責向氣缸提供汽油燃燒做功所必須的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出，這一套動作可以看作是人體吸氣和呼氣的過程。從工作原理上講，配氣相位機構的主要功能是按照一定的時限來開啟和關閉各氣缸的進、排氣門，從而實現發動機氣缸換氣補給的整個過程。我們可以將發動機的氣門比作是一扇門，門開啟的大小和時間長短，決定了進出的人流量。門開啟的角度越大，開啟的時間越長，進出的人流量越大，反之亦然。同樣的道理用于發動機上，就產生了氣門升程和正時的概念。氣門升程就好像門開啟的角度，氣門正時就好像門開啟的時間。以立體的思維觀點看問題，角度加時間就是一個空間的大小，它也決定了在單位時間內的進、排氣量。可變氣門正時技術幾乎已成為當今發動機的標準配置，為了進一步挖掘傳統內燃機的潛力，工程人員又在此基礎上研發出可變氣門升程技術，當二者有效的結合起來時，則為發動機在各種工況和轉速下提供了更高的進、排氣效率。提升動力的同時，也降低了油耗水平。
[0003]可變氣門升程技術可以在發動機不同轉速下匹配合適的氣門升程，使得低轉速下扭矩充沛，而高轉速時馬力強勁。低轉速時系統使用較小的氣門升程，這樣有利于增加缸內紊流提高燃燒速度，增加發動機的低速扭矩，而高轉速時使用較大的氣門升程則可以顯著提高進氣量，進而提升高轉速時的功率輸出。
[0004]實現可變氣門升程的方法目前國際上有如下幾種典型的方式:
[0005 ] 1、本田 1-VTEC 技術。
[0006]本田的可變氣門升程系統的結構和工作原理是利用第三根搖臂和第三個凸輪實現氣門升程變化。當發動機在中、低轉速時，三根搖臂處于分離狀態，普通凸輪推動主搖臂和副搖臂來控制兩個進氣門的開閉，氣門升程較小。此時雖然中間凸輪也推動中間搖臂，但由于搖臂之間是分離的，所以兩邊的搖臂不受它控制，也不會影響氣門的開閉狀態。發動機達到某一個設定的轉速時，電腦即會指令電磁閥啟動液壓系統，推動搖臂內的小活塞，使三根搖臂鎖成一體，一起由高角度凸輪驅動，這時氣門的升程和開啟時間都相應的增大了，使得單位時間內的進氣量更大，發動機動力也更強。
[0007]本田的1-VTEC技術的缺陷在于:不可以連續調整，是一種兩段式可變氣門升程系統。
[0008]2、寶馬的 Valvetronic 技術。
[0009]BMff的Valvetroni c系統在傳統的配氣相位機構上增加了一根偏心軸，一個步進電機和中間推桿等部件，該系統借由步進電機的旋轉，再在一系列機械傳動后很巧妙的改變了進氣門升程的大小。當凸輪軸運轉時，凸輪會驅動中間推桿和搖臂來完成氣門的開啟和關閉。當電機工作時，蝸輪蝸桿機構會首先驅動偏心軸發生旋轉，然后中間推桿和搖臂會產生聯動，偏心軸旋轉的角度不同，最終凸輪軸通過中間推桿和搖臂頂動氣門產生的升程也會不同。
[0010]寶馬的Valvetronic技術的缺陷在于:是連續可調的可變氣門升程系統，但是增加的機構占用空間較大。
[0011]3、日產的VVEL技術。
[0012]英菲尼迪的VVEL系統的工作原理與BMW的Valvetronic類似，但在結構上稍有不同。VVEL系統使用一套螺套和螺桿的組合實現了氣門升程的連續可調。在系統工作時，電機通過ECU信號控制螺桿和螺套的相對位置，螺套則帶動搖臂、控制桿等部件，最終改變氣門升程的大小。搖臂通過偏心輪套在控制桿上，而控制桿可以在電機的帶動下旋轉一定角度。當發動機在高轉速或者大負荷時，電機帶動螺桿轉動，套在螺桿上的螺套也會產生相應的橫向移動，與螺套聯動的機構使得控制桿逆時針或順時針發生旋轉。由于搖臂套在控制桿的偏心輪上，因此搖臂的旋轉中心也會隨之上升或下降，從而達到改變氣門升程的目的。
[0013]日產的VVEL是連續可調的可變氣門升程系統，但是增加的機構占用空間較大，摩擦副較多損耗功率。
【發明內容】
[0014]本發明旨在提供一種實現氣門升程連續可調的配氣結構，采用與現有技術幾何原理完全不同的結構設計，克服現有技術的不足。
[0015]本發明的技術方案如下:
[0016]一種無極可變升程氣門搖臂機構，用于和氣門裝置的氣門桿聯動配合，控制氣門裝置的氣門通道的大小；其特征在于:該搖臂機構包括曲柄連桿組件、曲柄軸位置調節組件、氣門搖臂、搖臂驅動組件；曲柄連桿組件包括曲柄、曲柄軸、連桿及連桿復位拉簧；曲柄為一偏心輪，其偏心孔連接于曲柄軸上，曲柄軸的位置由所述曲柄軸位置調節組件無極調整;連桿為一偏心套，套在偏心輪外部;連桿復位拉簧一端連接連桿，另一端連接于一個固定點；氣門搖臂為一個以所述連桿的偏心部為中間支點的杠桿，氣門搖臂左端與所述氣門桿上端鉸接，右端與所述搖臂驅動組件驅動配合。
[0017]作為具體的技術方案:所述曲柄軸位置調節組件包括蝸輪及蝸桿，蝸輪設置于氣門桿右側的一個固定轉軸上，蝸桿與蝸輪外齒驅動配合。
[0018]作為具體的技術方案:所述搖臂驅動組件滾輪和凸輪，滾輪設置于氣門搖臂的右端，凸輪設置于氣門搖臂右端下方的一個固定轉軸上，凸輪與滾輪抵觸配合。
[0019]—種基于上述無極可變升程氣門搖臂機構的氣門裝置，其特征在于:還包括氣門座、氣門桿及氣門桿彈簧，所述氣門座的下部開設有連通側壁和底端的氣門通道，上部開設有彈簧槽，彈簧槽下端通過一個氣門桿過孔與氣門通道連通;所述氣門桿包括桿部、堵頭、彈簧頂板、搖臂鉸接塊，桿部的下端固定連接堵頭，上端固定連接彈簧頂板，中部穿設于氣門座的氣門桿過孔內，彈簧頂板的上端固定設置搖臂鉸接塊，所述氣門搖臂左端支點與搖臂鉸接塊鉸接;氣門桿彈簧設置于氣門座的彈簧槽內，向上抵頂彈簧頂板;堵頭隨桿部上下位移封堵或不同程度地打開氣門座氣門通道的下端開口。
[0020]發明提供了一種利用曲柄連桿作為杠桿鉸支點的氣門搖臂機構及相應的氣門裝置，通過調整曲柄軸心位置，控制曲柄連桿展開長度即搖臂中間支點變動幅度，進而改變氣門搖臂在凸輪頂推下圍繞中間支點的擺動幅度，實現氣門升程的變動。曲柄軸心位置的變動是由伺服電機等驅動蝸桿蝸輪轉動，帶動處于蝸輪軸偏心位置上的曲柄軸心移動實現的。曲柄連桿的展開是由凸輪頂推搖臂帶動的，回縮復位是靠一根拉簧拉動復位。本發明的有益效果是在頂置凸輪升程不變，氣門啟閉的時機與活塞曲柄的相位關系不變的條件下實現氣門升程無極可調。本發明結構簡單易于制造，與目前國際上實現可變氣門升程的各種方法明顯不同。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明實施例提供的氣門搖臂機械機構的構成示意圖。
[0022]圖2為本發明實施例提供的氣門搖臂機械機構的曲柄連桿的示意圖。
[0023]圖3為本發明實施例提供的氣門搖臂機械機構的曲柄軸心位置調整過程的示意圖。
[0024]圖4為本發明實施例提供的氣門搖臂機械機構運作時，當凸輪轉動時，凸輪高程不斷增加推動搖臂擺動的示意圖。
[0025]圖5為本發明實施例提供的氣門搖臂機械機構運作時，凸輪的全部高程都會被轉化為氣門的開度的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，本實施例提供的氣門搖臂機構用于和氣門裝置的氣門桿聯動配合，控制氣門裝置的氣門通道的大小，整個氣門裝置包括氣門座1、氣門桿2、氣門桿彈簧3、氣門搖臂5、曲柄連桿6、蝸輪7、蝸桿8及凸輪9。
[0027]氣門座I的下部開設有連通側壁和底端的氣門通道，氣門座I的上部開設有彈簧槽，彈簧槽下端通過一個氣門桿過孔與氣門通道連通。氣門桿2包括桿部21、堵頭22、彈簧頂板23、搖臂鉸接塊24，桿部21的下端固定連接堵頭22，上端固定連接彈簧頂板23，中部穿設于氣門座I的氣門桿過孔內，彈簧頂板23的上端固定設置搖臂鉸接塊24。氣門桿彈簧3設置于氣門座I的彈簧槽內，向上抵頂彈簧頂板23。堵頭22隨桿部21上下位移時，封堵或打開氣門座I氣門通道的下端開口，并調節氣門通道的下端開口打開的大小。
[0028]結合圖2所示，曲柄連桿6包括曲柄61、曲柄軸62、連桿63及曲柄連桿復位拉簧64，與典型的曲柄連桿不同，本實施例中的曲柄61為一偏心輪，連桿63為一梨形(或類似形狀)的偏心套，套在偏心輪61外部。連桿復位拉簧64上端連接連桿63的下端，下端連接于一個固定點。蝸輪7設置于氣門桿2右側的一個固定轉軸上，蝸桿8與蝸輪7外緣驅動配合。蝸輪7上開設有一個偏心孔，曲柄軸62將曲柄61上的偏心孔和蝸輪7的偏心孔連接。
[0029]氣門搖臂5為一個中間支點相對較高、兩端支點相對較低的非直桿，中間支點與連桿63上端偏心部鉸接，左端支點與氣門桿2的搖臂鉸接塊24鉸接，右端支點設置滾輪并于與凸輪9抵觸配合，凸輪9設置于右端支點下方的一個固定轉軸上。
[0030]上述實施例提供的氣門搖臂機構，通過調整曲柄61軸心位置，控制曲柄連桿6展開長度即氣門搖臂5中間支點變動幅度，進而改變氣門搖臂5在凸輪9頂推下圍繞中間支點的擺動幅度，實現氣門升程的變動。曲柄61軸心位置的變動是由伺服電機驅動蝸桿8帶動蝸輪7轉動，帶動處于蝸輪軸偏心位置上的曲柄軸心移動實現的。曲柄連桿的展開是由凸輪9頂推氣門搖臂5帶動的，回縮復位是靠一根拉簧拉動復位。
[0031 ]具體的工作過程及原理說明如下:
[0032]結合圖3所示，附圖3表示了曲柄軸心位置調整的方法。當蝸桿轉動時帶動了蝸輪上偏心位置的曲柄軸61位移，實現曲柄軸心位置的無極調整。
[0033]結合圖4所示，當凸輪9轉動時，凸輪高程不斷增加推動氣門搖臂5擺動。由于氣門桿彈簧3的作用力大于連桿復位拉簧64作用力，氣門桿2不運動。此時，氣門搖臂5是以其與氣門桿的鉸點為支點擺動的，中間支點隨之移動并帶動曲柄連桿6展開，直至連桿63與曲柄61成一條直線。此刻是曲柄連桿6的一個死點位置，之后中間支點到曲柄軸心的距離就不會再變大。此點過后，凸輪9的剩余高程將推動氣門搖臂5打開氣門。可以看出，氣門打開的幅度將小于凸輪9的設計高程。
[0034]當凸輪9轉動過高程的極值點，高程不斷減小，氣門桿在氣門桿彈簧3的作用下逐漸回彈帶動氣門搖臂5反向擺動。此時氣門搖臂5擺動的動力由凸輪轉換為氣門桿彈簧3，支點變換到凸輪處。中間支點上的作用力不再指向曲柄連桿伸展的方向，連桿復位拉簧64開始將曲柄連桿拉出死點位置。隨著凸輪高程的不斷減小直至回零，氣門搖臂5和曲柄連桿也都回到初始位置。
[0035]結合圖2所示，當蝸桿8、蝸輪7調整曲柄軸心到最低點時，即使在氣門搖臂5和氣門桿2的初始位置也就是凸輪高程為零時，連桿63與曲柄61也是處在一條直線上。也就是說，凸輪9的全部高程都會被轉化為氣門的開度，如圖5所示。因此，在曲柄軸心由低到高的無極調整中，氣門的升程也可以不間斷地由大到小得到調整，而且這些調整與凸輪的升程、氣門的啟閉時機等因素無關。也就是與現有的活塞式發動機配氣機構有很好的相容性，非常易于推廣。
[0036]由上可見，本實施例提供的氣門搖臂機構具有以下特點:用曲柄連桿機構作為杠桿的鉸支點，該曲柄連桿機構的曲柄軸心位置可以無極變動；曲柄轉軸支點的變化是根據氣門開啟幅度的設計要求人為調整的自變量，而氣門開啟幅度則是它的因變量;無論怎樣調整曲柄轉軸的支點，氣門搖臂機構運行時，頂置凸輪升程不變;無論怎樣調整曲柄轉軸的支點，氣門搖臂機構運行時，氣門啟閉的時機與活塞曲柄的相位關系不變。
[0037]以上實施例僅為充分公開而非限制本發明，基于本發明創新主旨的、未經創造性勞動的等效技術特征的替換，應當屬于本申請揭露的范圍。
【主權項】
1.一種無極可變升程氣門搖臂機構，用于和氣門裝置的氣門桿聯動配合，控制氣門裝置的氣門通道的大小;其特征在于:該搖臂機構包括曲柄連桿組件、曲柄軸位置調節組件、氣門搖臂、搖臂驅動組件；曲柄連桿組件包括曲柄、曲柄軸、連桿及連桿復位拉簧；曲柄為一偏心輪，其偏心孔連接于曲柄軸上，曲柄軸的位置由所述曲柄軸位置調節組件無極調整;連桿為一偏心套，套在偏心輪外部;連桿復位拉簧一端連接連桿，另一端連接于一個固定點；氣門搖臂為一個以所述連桿的偏心部為中間支點的杠桿，氣門搖臂左端與所述氣門桿上端鉸接，右端與所述搖臂驅動組件驅動配合。2.根據權利要求1所述的無極可變升程氣門搖臂機構，其特征在于:所述曲柄軸位置調節組件包括蝸輪及蝸桿，蝸輪設置于氣門桿右側的一個固定轉軸上，蝸桿與蝸輪外齒驅動配合。3.根據權利要求1所述的無極可變升程氣門搖臂機構，其特征在于:所述搖臂驅動組件滾輪和凸輪，滾輪設置于氣門搖臂的右端，凸輪設置于氣門搖臂右端下方的一個固定轉軸上，凸輪與滾輪抵觸配合。4.一種基于權利要求1至3任意一項所述無極可變升程氣門搖臂機構的氣門裝置，其特征在于:還包括氣門座、氣門桿及氣門桿彈簧，所述氣門座的下部開設有連通側壁和底端的氣門通道，上部開設有彈簧槽，彈簧槽下端通過一個氣門桿過孔與氣門通道連通;所述氣門桿包括桿部、堵頭、彈簧頂板、搖臂鉸接塊，桿部的下端固定連接堵頭，上端固定連接彈簧頂板，中部穿設于氣門座的氣門桿過孔內，彈簧頂板的上端固定設置搖臂鉸接塊，所述氣門搖臂左端支點與搖臂鉸接塊鉸接;氣門桿彈簧設置于氣門座的彈簧槽內，向上抵頂彈簧頂板；堵頭隨桿部上下位移封堵或不同程度地打開氣門座氣門通道的下端開口。
【文檔編號】F01L13/00GK105909332SQ201610373993
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】蘇立群
【申請人】蘇立群