專利名稱：連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其控制方法。
背景技術(shù)：
在往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的配氣系統(tǒng)上，氣門的升程一般是固定不可變的，但是內(nèi)燃機(jī)特 別是汽油機(jī)在不同的工況、不同的轉(zhuǎn)速下運行時，對配氣系統(tǒng)的要求也不一樣，例如說低 速時要求較小的氣門升程，能產(chǎn)生更大的進(jìn)氣負(fù)壓及更多的渦流，讓空氣和燃油充分混合， 因而提高低轉(zhuǎn)速時的扭力輸出；高速時要求較大的氣門升程，讓發(fā)動機(jī)的呼吸更順暢，以獲 得高轉(zhuǎn)速時強(qiáng)大的功率輸出，這就需要有一套可變的氣門升程與之相配合來滿足不同工況 下的需求，以達(dá)到提高輸出和改善燃油消耗量的目的。目前可改變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)比較多，例如專利“發(fā)動機(jī)可變氣門機(jī)構(gòu)，，(專 利申請?zhí)?00410083212)所公開的可變氣門機(jī)構(gòu)具有一個切換機(jī)構(gòu)用于將凸輪位移從第 二搖臂傳遞給第一搖臂。凸輪軸被放置在搖臂軸的斜上方。第一鄰接部分和第二鄰接部分 被放置在搖臂軸的上側(cè)和凸輪軸的一側(cè)之間的死區(qū)中。第一鄰接部分沿著搖臂轉(zhuǎn)動的方向 和第一搖臂一起旋轉(zhuǎn)移動。第二鄰接部分和第二搖臂一起旋轉(zhuǎn)移動。第二鄰接部分從搖臂 的旋轉(zhuǎn)方向緊靠著第一鄰接部分。在這樣構(gòu)造的切換元件中，第二搖臂的位移被傳遞給第 一搖臂并減小了應(yīng)力負(fù)擔(dān)。該種方案的切換機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本也較昂貴。又例如專利“新型可變氣門升程機(jī)構(gòu)”(專利申請?zhí)?02222780. 6)所公開的新 型可變氣門升程機(jī)構(gòu)，包括汽缸蓋、凸輪、帶動凸輪轉(zhuǎn)動的凸輪軸、由凸輪帶動的氣門挺柱 和由挺柱控制的氣門。在凸輪軸上有一個高速凸輪和對稱位于高速凸輪兩邊的兩個低速凸 輪。小挺柱的外凸臺與大挺柱的內(nèi)凸臺之間安裝復(fù)位彈簧，小挺柱柱塞位于大挺柱的液壓 腔內(nèi)，小挺柱與高速凸輪接觸配合；大挺柱柱塞位于汽缸蓋的挺柱運行軌道內(nèi)，大挺柱兩端 分別連接兩個氣門，大挺柱與兩低速凸輪接觸配合；液壓腔通過液壓油通道連通汽缸蓋內(nèi) 的減壓腔，液壓油通道上安裝有電磁閥。該種方案在高速和低速時分別使用不同的凸輪驅(qū) 動氣門挺柱，來改變配氣相位和氣門升程，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，制造成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣 機(jī)構(gòu)及其控制方法，以改善內(nèi)燃機(jī)的輸出和燃油消耗狀況。本發(fā)明的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)包括由凸輪軸帶動的凸輪、由凸輪 帶動的搖臂、由搖臂控制的氣門及帶動氣門回位的氣門彈簧，所述搖臂的一端與凸輪抵靠 并相切，搖臂的另一端與氣門的頂端活動連接，關(guān)鍵在于該配氣結(jié)構(gòu)還設(shè)置有可在控制機(jī) 構(gòu)帶動下沿?fù)u臂長度方向移動的支撐部，所述搖臂的頂面為平滑的平面或弧面，所述支撐 部的底部與搖臂頂面緊密接觸。在上述配氣機(jī)構(gòu)中，支撐部相當(dāng)于一個支點，而搖臂在支撐部的作用下就相當(dāng)于 一個杠桿，杠桿的兩端分別是凸輪和氣門，根據(jù)杠桿的原理，杠桿的端部的升程同該端部與支點的距離成正比關(guān)系，也就是說當(dāng)支撐部位于搖臂接近氣門的一端時，凸輪轉(zhuǎn)動時得到 的氣門升程最?。划?dāng)支撐部位于搖臂接近凸輪的一端時，凸輪轉(zhuǎn)動時得到的氣門升程最大。 搖臂的頂面為平滑的平面或弧面，可以使得支撐部的移動線性連續(xù)，從而使得氣門升程的 調(diào)整也為線性連續(xù)。根據(jù)上述原理，得出本發(fā)明的配氣機(jī)構(gòu)的控制方法如下A 當(dāng)需要減少氣門升程時，利用控制機(jī)構(gòu)帶動支撐部沿?fù)u臂的頂面向氣門方向移 動；B:當(dāng)需要增大氣門升程時，利用控制機(jī)構(gòu)帶動支撐部沿?fù)u臂的頂面向凸輪方向移動。上述支撐部可以有多種形式，例如說所述搖臂上方設(shè)置有一個軸柱，所述軸柱安 裝有充作所述支撐部的滾子，所述軸柱利用步進(jìn)電機(jī)及水平傳動機(jī)構(gòu)帶動，沿?fù)u臂長度方 向做水平運動，所述搖臂的頂面為平面，所述滾子與搖臂的頂面緊密接觸。當(dāng)滾子在水平傳 動機(jī)構(gòu)的帶動下沿?fù)u臂頂面移動時，就會改變滾子距離凸輪及氣門的距離，從而達(dá)到調(diào)整 氣門升程的目的。上述水平傳動機(jī)構(gòu)可以利用固定于汽缸蓋上的兩根平行的絲杠來實現(xiàn)， 軸柱的兩端分別固定在兩個絲杠的螺母上，絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為螺母沿絲杠方向的直線移 動，從而會帶動軸柱及滾子沿?fù)u臂的長度方向移動。上述配氣機(jī)構(gòu)的控制方法如下A 當(dāng)需要減少氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動軸柱及軸柱上 的滾子沿?fù)u臂的頂面向氣門方向移動；B:當(dāng)需要增大氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動軸柱及軸柱上 的滾子沿?fù)u臂的頂面向凸輪方向移動。上述傳動機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，為了節(jié)省成本，特別提出一種形式更為簡單的支撐部所 述搖臂上方設(shè)置有一個利用步進(jìn)電機(jī)帶動的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸通過滾輪支架安裝有一個充作 所述支撐部的滾子，搖臂的頂面為與所述滾子的運動軌跡相符的弧面，所述滾子與弧面緊 密接觸。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，就會帶動滾子沿?fù)u臂頂部的弧面移動，從而改變滾子距離凸輪及氣 門的距離，達(dá)到調(diào)整氣門升程的目的。上述配氣機(jī)構(gòu)的控制方法如下A 當(dāng)需要減少氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸帶動滾子沿?fù)u臂的頂面 向氣門方向移動；B:當(dāng)需要增大氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸帶動滾子沿?fù)u臂的頂面 向凸輪方向移動。為了防止搖臂與氣門脫離，搖臂與氣門通過球連接副連接所述搖臂與氣門連接 的一端設(shè)置有一球形凹槽，凹槽的底部安裝有卡片；所述氣門的頂端為球形連接部，所述球 形連接部的底端設(shè)置有環(huán)形卡槽，所述氣門的球形連接部伸入搖臂的球形凹槽內(nèi)，所述卡 片卡入球形連接部的環(huán)形卡槽。所述搖臂的頂面兩側(cè)最好還設(shè)置有防止?jié)L子脫出的擋邊。 本發(fā)明的配氣機(jī)構(gòu)通過設(shè)置可在控制機(jī)構(gòu)帶動下沿?fù)u臂長度方向移動的支撐部， 可以連續(xù)改變氣門及凸輪與支撐部的距離，從而可以連續(xù)改變氣門的升程，實現(xiàn)改善內(nèi)燃 機(jī)的輸出和燃油消耗狀況的目的。


圖1是實施例1的配氣機(jī)構(gòu)在氣門升程較小時的狀態(tài)圖；圖2是實施例1的配氣機(jī)構(gòu)在氣門升程較大時的狀態(tài)圖；圖3是實施例1的配氣機(jī)構(gòu)的最小和最大兩種狀態(tài)的氣門升程曲線圖；圖4是實施例1的配氣機(jī)構(gòu)的搖臂的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實施例1的配氣機(jī)構(gòu)的氣門的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是實施例1的配氣機(jī)構(gòu)的搖臂與氣門的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。實施例1 如圖1、2所示，本實施例的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)包括由凸輪軸帶 動的凸輪1、由凸輪1帶動的搖臂2、由搖臂2控制的氣門3及帶動氣門3回位的氣門彈簧 4，所述搖臂2的一端與凸輪1抵靠并相切，搖臂2的另一端與氣門3的頂端活動連接，搖臂 2上方設(shè)置有一個利用步進(jìn)電機(jī)帶動的轉(zhuǎn)軸5，所述轉(zhuǎn)軸5通過滾輪支架6安裝有一個滾子 7，搖臂2的頂面為與滾子7的運動軌跡相符的弧面8，所述弧面8與滾子7緊密接觸。轉(zhuǎn)軸 5可以通過一個支架固定在汽缸蓋的上方。(凸輪軸和步進(jìn)電機(jī)在附圖中未畫出)搖臂2的頂面的弧面8與滾子7的運動軌跡相符，即弧面8與轉(zhuǎn)軸5同心，這樣可 以確保轉(zhuǎn)軸5在轉(zhuǎn)動的過程中氣門3所處的基圓位置不變，因此可以通過對轉(zhuǎn)軸5的旋轉(zhuǎn) 來實現(xiàn)不同角度下氣門3的不同開度。本實施例的配氣機(jī)構(gòu)的控制方法如下A 如圖1所示，當(dāng)需要減少氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸5帶動滾子 7沿?fù)u臂的頂面8向氣門3方向移動；B 如圖2所示，當(dāng)需要增大氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸5帶動滾子 7沿?fù)u臂的頂面8向凸輪1方向移動。如圖3所示，分別為本實施例的配氣機(jī)構(gòu)的最小和最大兩種狀態(tài)的氣門升程曲線 圖。最小氣門升程的范圍為0 1mm，最大氣門升程的范圍為0 10mm，根據(jù)機(jī)構(gòu)零部件間 的尺寸及位置關(guān)系的不同，升程范圍亦可改變，由于本實施例中的凸輪是簡化的非規(guī)則凸 輪，所以得到的升程曲線坡度較大，可根據(jù)優(yōu)化凸輪的形狀以對該曲線進(jìn)行再優(yōu)化。如圖4、5、6所示，為了防止搖臂2與氣門3脫離，搖臂2與氣門3通過球連接副連 接所述搖臂2與氣門3連接的一端設(shè)置有一球形凹槽21，凹槽21的底部安裝有卡片22 ； 所述氣門3的頂端為球形連接部31，所述球形連接部31的底端設(shè)置有環(huán)形卡槽32，在連接 時，氣門的球形連接部31伸入搖臂的球形凹槽21內(nèi)，卡片22卡入球形連接部的環(huán)形卡槽 32內(nèi)。
權(quán)利要求
一種連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，包括由凸輪軸帶動的凸輪、由凸輪帶動的搖臂、由搖臂控制的氣門及帶動氣門回位的氣門彈簧，所述搖臂的一端與凸輪抵靠并相切，搖臂的另一端與氣門的頂端活動連接，其特征在于該配氣結(jié)構(gòu)還設(shè)置有可在控制機(jī)構(gòu)帶動下沿?fù)u臂長度方向移動的支撐部，所述搖臂的頂面為平滑的平面或弧面，所述支撐部的底部與搖臂頂面緊密接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述搖臂 上方設(shè)置有一個利用步進(jìn)電機(jī)帶動的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸通過滾輪支架安裝有一個充作所述支 撐部的滾子，搖臂的頂面為與所述滾子的運動軌跡相符的弧面，所述滾子與弧面緊密接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述搖臂 上方設(shè)置有一個軸柱，所述軸柱安裝有充作所述支撐部的滾子，所述軸柱利用步進(jìn)電機(jī)及 水平傳動機(jī)構(gòu)帶動，沿?fù)u臂長度方向做水平運動，所述搖臂的頂面為平面，所述滾子與搖臂 的頂面緊密接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于 所述搖臂與氣門連接的一端設(shè)置有一球形凹槽，凹槽的底部安裝有卡片；所述氣門的頂端 為球形連接部，所述球形連接部的底端設(shè)置有環(huán)形卡槽，所述氣門的球形連接部伸入搖臂 的球形凹槽內(nèi)，所述卡片卡入球形連接部的環(huán)形卡槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 搖臂的頂面兩側(cè)設(shè)置有防止?jié)L子脫出的擋邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的控制方法，其特征在于A 當(dāng)需要減少氣門升程時，利用控制機(jī)構(gòu)帶動支撐部沿?fù)u臂的頂面向氣門方向移動；B 當(dāng)需要增大氣門升程時，利用控制機(jī)構(gòu)帶動支撐部沿?fù)u臂的頂面向凸輪方向移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的控制方法，其特征在 于包括如下步驟A 當(dāng)需要減少氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸帶動滾子沿?fù)u臂的頂面向氣 門方向移動；B:當(dāng)需要增大氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸帶動滾子沿?fù)u臂的頂面向凸 輪方向移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的控制方法，其特征在 于包括如下步驟A 當(dāng)需要減少氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動軸柱及軸柱上的滾 子沿?fù)u臂的頂面向氣門方向移動；B:當(dāng)需要增大氣門升程時，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動軸柱及軸柱上的滾 子沿?fù)u臂的頂面向凸輪方向移動。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的連續(xù)可變氣門升程的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)及其控制方法，以改善內(nèi)燃機(jī)的輸出和燃油消耗狀況。該配氣機(jī)構(gòu)包括由凸輪軸帶動的凸輪、由凸輪帶動的搖臂、由搖臂控制的氣門及帶動氣門回位的氣門彈簧，所述搖臂的一端與凸輪抵靠并相切，搖臂的另一端與氣門的頂端活動連接，關(guān)鍵在于該配氣結(jié)構(gòu)還設(shè)置有可在控制機(jī)構(gòu)帶動下沿?fù)u臂長度方向移動的支撐部，所述搖臂的頂面為平滑的平面或弧面，所述支撐部的底部與搖臂頂面緊密接觸。本發(fā)明的配氣機(jī)構(gòu)通過設(shè)置可在控制機(jī)構(gòu)帶動下沿?fù)u臂長度方向移動的支撐部，可以連續(xù)改變氣門及凸輪與支撐部的距離，從而可以連續(xù)改變氣門的升程，實現(xiàn)改善內(nèi)燃機(jī)的輸出和燃油消耗狀況的目的。
文檔編號F01L9/04GK101900003SQ20101023243
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者張俠 申請人:奇瑞汽車股份有限公司