发动机气门连续可变驱动机构

摘要

本发明公开了一种发动机气门连续可变驱动机构，包括气门顶部和具有凸轮的凸轮轴，还包括以下部件：控制轴，与所述凸轮轴平行安装；太阳齿轮，固定安装在控制轴上；输出凸轮，可转动地安装在控制轴上，并与所述气门顶部可操作连接；摇臂，可转动地安装在控制轴上；滚子，可转动地安装在摇臂上，并与凸轮轴上的凸轮相接触；行星齿轮，可转动地安装在摇臂上，并与所述太阳齿轮相啮合；弯臂，与行星齿轮固定连接，并与所述输出凸轮相接触。采用本发明的气门驱动机构后，可以取消发动机节气门，从而降低泵气损失和油耗，优化各个工况下的扭矩输出。本发明机构简单、元件重量尺寸小，控制范围大，调整方便，并且对原发动机缸盖的改动较小。

权利要求

1.一种发动机气门连续可变驱动机构，包括气门顶部(10)和具有凸轮的凸轮轴(1)，其特征是还包括以下部件：控制轴(4)，与所述凸轮轴(1)平行安装；

太阳齿轮(3)，固定安装在控制轴(4)上；

输出凸轮(9)，可转动地安装在控制轴(4)上，并与所述气门顶部(10)可操作连接；

摇臂(2)，可转动地安装在控制轴(4)上；

滚子(6)，可转动地安装在摇臂(2)上，并与凸轮轴(1)上的凸轮相接触；

行星齿轮(16)，可转动地安装在摇臂(2)上，并与所述太阳齿轮(3)相啮合；

弯臂(8)，与行星齿轮(16)固定连接，并与所述输出凸轮(9)相接触：所述摇臂(2)为U形构件，包括两个侧臂(21)，两个侧臂(21)的端部套在控制轴(4)上，还包括一根轴销(7)，轴销(7)的两端支承在所述两个侧臂(21)上，所述滚子(6)和行星齿轮(16)均安装在该轴销(7)上。

2.根据权利要求1所述的发动机气门连续可变驱动机构，其特征是：还包括一回位弹簧(5)与所述输出凸轮(9)相连接。

3.根据权利要求1所述的发动机气门连续可变驱动机构，其特征是：所述控制轴(4)上的太阳齿轮(3)和输出凸轮(9)也位于所述摇臂的两个侧臂(21)之间。

4.根据权利要求1所述的发动机气门连续可变驱动机构，其特征是：所述输出凸轮(9)的表面与气门顶部(10)直接接触。

5.根据权利要求1所述的发动机气门连续可变驱动机构，其特征是：还包括一摆臂(15)，摆臂(15)的中部可转动地安装一滚子轴承(14)，所述输出凸轮(9)的表面与该滚子轴承(14)相接触，摆臂(15)的一端与一液压间隙调节器(13)相连接，摆臂(15)的另一端与气门顶部相连接。

说明书

发动机气门连续可变驱动机构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于控制发动机气门开启和关闭的驱动机构。

背景技术

[0002] 发动机进、排气门的调整参数主要有三个：气门开启相位、气门开启持续期和气门升程。这三个参数对发动机的动力性、油耗和排放有重要的影响。在传统发动机上，三个特性参数在运行中不能改变，而在实际的发动机运行中，随着发动机转速和负荷的改变，对特性参数的最佳选择是不同的。目前可变凸轮轴相位机构已经得到了广泛的应用，国内上汽、吉利等厂家也有相应的产品。而气门升程和持续期连续可变的产品则很少，具有典型代表的是宝马公司的valvetronic机构。

[0003] 使用连续可变气门升程控制机构加上可变凸轮轴相位控制机构，便构成了全可变气门系统。实现无级地调节气门的升程、持续期与正时，可使进、排气门在最有利的重叠角范围内工作，使气缸的充气量保持在最佳状态。这样就可以不通过节气门进行量的调节，实现发动机的无节气门负荷控制，从而大大降低泵气损失，获得明显的节油效果，还能在全转速范围内优化最大扭矩，兼顾了低速大扭矩特性和高速高功率输出，从而提高汽油机动力性能。

[0004] 现有的宝马valvetronic机构中，在凸轮轴与气门之间增加了中间杆，并且在缸盖上增加了偏心轴，在偏心轴上设计了偏心轴齿轮，回位弹簧使得中间杆的小滚轮与偏心轴齿轮始终保持接触、大滚轮与进气凸轮始终保持接触，这样中间杆的运动由凸轮轴与偏心轴共同控制。凸轮轴通过中间杆上的弧线驱动摇臂，进而控制气门运动。当偏心轴相位不变时，中间杆在进气凸轮轴的驱动下围绕某一个中心旋转，中间杆弧线发生作用的为弧线的某一段区域。当伺服电机通过涡轮蜗杆机构驱动偏心轴旋转一定角度后，中间杆旋转中心的位置就会发生变化，从而改变了中间杆弧线发生作用的区域，进而改变了气门升程。

[0005] 目前气门开启持续期-升程连续可变气门驱动机构存在重量大、尺寸大、转动惯量大、加工精度高等问题。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种小型化、驱动功率小的可变气门驱动机构，可实现气门开启持续期和升程大小的连续可调，从而起到动态调节气缸内进气量的作用。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种发动机气门连续可变驱动机构，包括气门顶部和具有凸轮的凸轮轴，还包括以下部件：控制轴，与所述凸轮轴平行安装；太阳齿轮，固定安装在控制轴上；输出凸轮，可转动地安装在控制轴上，并与所述气门顶部可操作连接；摇臂，可转动地安装在控制轴上；滚子，可转动地安装在摇臂上，并与凸轮轴上的凸轮相接触；行星齿轮，可转动地安装在摇臂上，并与所述太阳齿轮相啮合；弯臂，与行星齿轮固定连接，并与所述输出凸轮相接触。

[0008] 优选地，还包括一回位弹簧与所述输出凸轮相连接。

[0009] 进一步地，所述摇臂为U形构件，包括两个侧臂，两个侧臂的端部套在控制轴上，还包括一根轴销，轴销的两端支承在所述两个侧臂上，所述滚子和行星齿轮均安装在该轴销上。

[0010] 进一步地，所述控制轴上的太阳齿轮和输出凸轮也位于所述摇臂的两个侧臂之间。

[0011] 优选地，所述输出凸轮的表面与气门顶部直接接触。

[0012] 优选地，还包括一摆臂，摆臂的中部可转动地安装一滚子轴承，所述输出凸轮的表面与该滚子轴承相接触，摆臂的一端与一液压间隙调节器相连接，摆臂的另一端与气门顶部相连接。

[0013] 本发明的有益效果是，提出了一种气门开启持续期和升程连续可变的气门驱动机构，采用本发明的气门驱动机构后，可以取消发动机节气门，从而降低泵气损失和油耗，优化各个工况下的扭矩输出。本发明机构简单、元件重量尺寸小，控制范围大，调整方便，并且对原发动机缸盖的改动较小。

附图说明

[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0015] 图1是本发明发动机气门连续可变驱动机构第一种实施例的主视图。

[0016] 图2是本发明第一种实施例的立体图。

[0017] 图3是本发明可实现的一种气门升程曲线图。

[0018] 图4、图5是本发明发动机气门连续可变驱动机构的操作原理示意图。

[0019] 图6是本发明一种在多气门发动机上应用实施例的立体图。

[0020] 图7是本发明在滚子摆臂气门上的实用实施例。

[0021] 图中：1、凸轮轴 2、摇臂 3、太阳齿轮 4、控制轴 5、回位弹簧 6、滚子7、轴销 8、弯臂 9、输出凸轮 10、气门顶部 11、气门弹簧 12、气门13、液压间隙调节器14、滚子轴承 15、摆臂 16、行星齿轮 21、侧臂

具体实施方式

[0022] 如图1、图2所示，在本发明的第一种实施例中，凸轮轴1位于气门12的上方，凸轮轴1可由发动机带动旋转，在凸轮轴1的下面设有一根控制轴4，控制轴4与凸轮轴1平行安装。控制轴4上固定安装一太阳齿轮3，太阳齿轮3可由控制轴4带动转动；控制轴4上还安装一输出凸轮9，输出凸轮9可绕控制轴4的轴线转动，输出凸轮9的下表面与气门顶部10相接触。气门顶部10可以是与气门12相连接的机械或液压挺柱，当气门顶部10在输出凸轮9的带动下上下运动时，可以带动气门12关闭或开启，气门弹簧11用于使气门12复位。

[0023] 在控制轴4上还安装一摇臂2，摇臂2为U形构件，它的两个侧臂21的端部活套在控制轴4上，可绕控制轴4转动，控制轴上的太阳齿轮3和输出凸轮9也位于这两个侧臂21之间。两个侧臂21之间还连着一根轴销7，轴销7的两端分别支承在两个侧臂21上。在轴销7上安装一个可以转动的滚子6和一个行星齿轮16，其中滚子6与凸轮轴1上的凸轮相接触；行星齿轮16与太阳齿轮3相啮合。一个具有光滑表面曲线的弯臂8与行星齿轮16固定连接，可与行星齿轮16一同绕轴销7转动，弯臂8的光滑表面与输出凸轮9相接触。

[0024] 当凸轮轴1转动时，使滚子6上下运动，同时带动摇臂2、行星齿轮16以控制轴4为圆心上下摆动，与行星齿轮16固连的弯臂8又会带动输出凸轮9转动，从而带动气门12开启或关闭。与输出凸轮9相连接的回位弹簧5可以为输出凸轮9、摇臂2提供向上的回复力。

[0025] 通过转动控制轴4并带动太阳齿轮3同心旋转，可以调整行星齿轮16与太阳齿轮3的啮合位置，从而改变与行星齿轮16固连的弯臂8的运动轨迹，再通过输出凸轮9、气门顶部10传递到气门12上，从而改变气门升程。对应于太阳齿轮的每一个位置(或控制轴的转角)，行星齿轮的运动轨迹是固定的，气门升程和气门持续期也是固定的。连续调节控制轴4的转角，即可连续改变气门升程，如图3所示，气门开启持续期也随着气门升程的增大而增大。图4表示在某一特定的控制轴转角下，输出凸轮转过一个β角，使气门产生一个高升程，气门由关闭状态a变为开启状态b，其中的α和α’表示以控制轴4的圆心为基点，行星齿轮的圆心和凸轮轴1的圆心之间的夹角，α为气门在关闭状态，α’为气门在开启状态。图5则表示在另一特定的控制轴转角下，输出凸轮同样转过一个β角，但仅使气门产生一个低升程，气门由关闭状态c变为开启状态d。

[0026] 图6是本发明在多气门发动机上应用的实施例，在销轴7上安装两个行星齿轮和两个弯臂8，相应地，在控制轴4上安装两个太阳齿轮和两个输出凸轮9，这样就可以同时控制两个气门的开关。

[0027] 在上述实施例中，输出凸轮与气门顶部直接接触，输出凸轮9所输出的运动轨迹直接产生气门的上下运动。

[0028] 输出凸轮9也可以以间接的方式来操作气门12。如图7所示，在一种摆臂气门中，摆臂15的中部安装一个可以转动的滚子轴承14，输出凸轮9的表面与该滚子轴承14相接触，摆臂15的一端与气门顶部相连接，另一端被一液压间隙调节器13所支撑。这样，当输出凸轮9转动时，也会间接带动气门12开启或关闭。

[0029] 本发明可实现气门开启持续期和升程大小按预先设定的变化规律在0和最大值之间连续可调。控制轴可由一驱动装置来驱动，该驱动装置包括测量旋转角度的转角传感器和旋转控制轴的执行器，执行器可以是直流电机，也可以是液压电磁阀通过液压来旋转。本发明结构简单，元件较少，可以减少生产成本，并且本发明的摩擦损失较小，可以同时改变气门开启持续期与气门升程，提高了发动机的燃油经济性和动力性能。