一種可變氣門升程機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可變氣門升程機(jī)構(gòu)，包括上搖臂、中間搖臂、下?lián)u臂、氣門、連續(xù)調(diào)節(jié)裝置；由凸輪、上搖臂和中間搖臂組成第一組杠桿，由中間搖臂，下?lián)u臂和氣門組成第二組杠桿，共同構(gòu)成兩組杠桿；通過中間搖臂在上下?lián)u臂之間的橫向位移，兩組杠桿的放大作用改變，進(jìn)而氣門的最大升程改變。本可變氣門升程機(jī)構(gòu)，氣門的最大升程可以在較大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，而本機(jī)構(gòu)零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的線性控制性能、線性輸出性能和互換性。
【專利說明】一種可變氣門升程機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種可變氣門升程機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)凸輪軸與曲軸之間的相對(duì)轉(zhuǎn)角是固定的，凸輪軸上的凸輪型線也是固定的，這意味著氣門開啟相位，持續(xù)角以及氣門升程是固定不變的。為滿足高速大負(fù)荷動(dòng)力性與低速小負(fù)荷排放性這兩種極端工況對(duì)氣門參數(shù)的要求，傳統(tǒng)固定的設(shè)計(jì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間里被認(rèn)為是這兩種工況折衷的最好方案。但是，隨著社會(huì)各界對(duì)高速度，低能耗，低排放的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，氣門機(jī)構(gòu)勢(shì)必需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)工況做出相應(yīng)改變。
[0003]在汽油機(jī)上應(yīng)用可變氣門升程，可以增大進(jìn)氣管中節(jié)氣門的調(diào)節(jié)范圍，利用氣門升程調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，或者甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)節(jié)氣門負(fù)荷控制，大大地降低了泵氣損失，油耗也因此下降；在柴油機(jī)上應(yīng)用可變氣門升程，可增大低速工況的扭矩，但畢竟柴油機(jī)的負(fù)荷本身就是質(zhì)調(diào)節(jié)，在泵氣損失的減少上不如汽油機(jī)明顯。同時(shí)，可變氣門升程可以使得氣門的設(shè)計(jì)開啟截面減小，一方面有利于火花塞或者噴油器以及整個(gè)燃燒室的布置；另一方面強(qiáng)化了氣門附近的氣流擾動(dòng)，使得低氣門升程時(shí)的湍流強(qiáng)度比高升程時(shí)大，而滾流比相對(duì)減小，可變氣門升程有利于燃料與空氣的混合以及燃料的霧化，改善燃燒與冷起動(dòng)性。均質(zhì)混合氣壓燃技術(shù)(HCCI)作為當(dāng)前實(shí)現(xiàn)高效低排放的新途徑，其實(shí)現(xiàn)也離不開可變氣門技術(shù)。
[0004]目前已將可變氣門升程技術(shù)量產(chǎn)化的是本田使用的VTEC技術(shù)，該技術(shù)對(duì)減少HC的排放有顯著影響，但其對(duì)氣門升程的調(diào)節(jié)屬于分段式，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。而能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)的可變氣門升程技術(shù)有寶馬的Valvetronic系統(tǒng)和日產(chǎn)的VVEL系統(tǒng)，應(yīng)用這兩種技術(shù)的都是高檔轎車。雖然，可變氣門升程技術(shù)正逐漸地應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，但其普及程度遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可變氣門升程機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)氣門升程的連續(xù)可變，且氣門最大升程變化范圍廣，本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于批量生產(chǎn)，具有良好的線性控制性能、線性輸出性能和互換性。
[0006]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種可變氣門升程機(jī)構(gòu)，包括上搖臂2、下?lián)u臂4、氣門5，所述上搖臂2的右端開有圓孔2-1，上搖臂2的上表面設(shè)置有凸輪1，上搖臂2的上表面與下表面均為平面，凸輪I的下表面與上搖臂2的上表面滑動(dòng)接觸；
[0008]所述下?lián)u臂4左端開有用于套在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋定位軸4-1上的孔，所述下?lián)u臂4的上表面為平面，所述下?lián)u臂4右端的下表面為圓弧面；
[0009]所述上搖臂2與下?lián)u臂4之間設(shè)置有中間搖臂3，所述中間搖臂3的右端開設(shè)有安裝孔3-1，左端設(shè)置有兩個(gè)上下對(duì)稱的滾輪3-2 ;所述滾輪3-2與上搖臂2的下表面、下?lián)u臂4的上平面滑動(dòng)接觸；[0010]所述氣門5位于下?lián)u臂4右端的下方，所述氣門5的氣門桿的端部與下?lián)u臂4右端的下表面圓弧面接觸；
[0011]所述可變氣門升程機(jī)構(gòu)，還包括一個(gè)連續(xù)調(diào)節(jié)裝置，該連續(xù)調(diào)節(jié)裝置由螺桿7、套在螺桿7上的螺套8和驅(qū)動(dòng)螺桿7轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)6組成；所述螺套8與中間搖臂3的右端的安裝孔3-1鉸接，當(dāng)螺套8橫向移動(dòng)，帶動(dòng)中間搖臂3橫向位移。
[0012]所述凸輪I為圓弧凸輪，基圓直徑為30mm,頂圓半徑為5mm,兩圓心之間的距離為18mm,貝U凸輪I頂圓頂點(diǎn)到基圓的距離為8mm ;凸輪I的厚度為12mm。
[0013]所述中間搖臂3的搖臂為兩塊夾板。
[0014]所述圓孔2-1的外圓與上搖臂2的上表面以圓角過渡連接。
[0015]所述下?lián)u臂4中部下方設(shè)有下圓孔4-2。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0017]( I)氣門升程可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)；
[0018](2)具有良好的線性輸出性能。氣門開啟時(shí)刻與關(guān)閉時(shí)刻與凸輪的型線保持一致，本機(jī)構(gòu)僅僅只是線性地放大(或縮小)凸輪的型線升程并映射到氣門升程上，不會(huì)影響氣門開啟時(shí)刻與關(guān)閉時(shí)刻。這有利于凸輪型線的設(shè)計(jì)，其線性輸出功能有利于確定任意時(shí)刻的氣門升程，簡(jiǎn)化控制策略，同時(shí)不影響氣門持續(xù)角，做到單獨(dú)改變氣門升程，與氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)配合使用時(shí)，控制測(cè)量相互獨(dú)立，不發(fā)生相互干擾，控制硬件可擴(kuò)展性強(qiáng)。
[0019](3)具有良好的線性控制性能，中間搖臂的位移量所引起的氣門升程增量是單調(diào)遞增的，且函數(shù)幾乎直線，特別是在較小的氣門最大升程控制范圍內(nèi)，線性程度更高，說明對(duì)于控制機(jī)構(gòu)只需控制中間搖臂勻速橫向移動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)氣門最大升程線性變化。具體可見實(shí)施方案。
[0020](4)具有良好的互換性。本機(jī)構(gòu)由兩組杠桿機(jī)構(gòu)(由凸輪、上搖臂和中間搖桿組成第一組杠桿；由中間搖臂，下?lián)u臂和氣門組成第二組杠桿)疊加而成，凸輪的型線，上搖臂長(zhǎng)度，下?lián)u臂長(zhǎng)度以及中間搖臂的長(zhǎng)度單獨(dú)變化都可以改變相應(yīng)杠桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，所以同一根上搖臂可以配合尺寸不同的其他部件構(gòu)成氣門最大升程控制范圍不同的可變氣門機(jī)構(gòu)。在生產(chǎn)中，只需調(diào)配設(shè)計(jì)參數(shù)不同的部件組裝在一起，組件之間就可以相互耦合，而且整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化系數(shù)發(fā)生改變，可以滿足設(shè)計(jì)參數(shù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。這有利于企業(yè)縮短研發(fā)周期，提聞生廣效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為中間搖臂3在不同橫向位置時(shí)氣門升程隨凸輪I轉(zhuǎn)角的曲線示意圖；
圖3為中間搖臂3控制規(guī)律示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0023]實(shí)施例
[0024]如圖1所示。本發(fā)明可變氣門升程機(jī)構(gòu)，包括上搖臂2、下?lián)u臂4、氣門5，所述上搖臂2的右端開有圓孔2-1，上搖臂2的上表面設(shè)置有凸輪1，上搖臂2的上表面與下表面均為平面，凸輪I的下表面與上搖臂2的上表面滑動(dòng)接觸；
[0025]所述下?lián)u臂4左端開有用于套在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋定位軸4-1上的孔，所述下?lián)u臂4的上表面為平面，所述下?lián)u臂4右端的下表面為圓弧面；
[0026]所述上搖臂2與下?lián)u臂4之間設(shè)置有中間搖臂3，所述中間搖臂3的右端開設(shè)有安裝孔3-1，左端設(shè)置有兩個(gè)上下對(duì)稱的滾輪3-2 ;所述滾輪3-2與上搖臂2的下表面、下?lián)u臂4的上平面滑動(dòng)接觸；
[0027]所述氣門5位于下?lián)u臂4右端的下方，所述氣門5的氣門桿的端部與下?lián)u臂4右端的下表面圓弧面接觸；
[0028]所述可變氣門升程機(jī)構(gòu)，還包括一個(gè)連續(xù)調(diào)節(jié)裝置，該連續(xù)調(diào)節(jié)裝置由螺桿7、套在螺桿7上的螺套8和驅(qū)動(dòng)螺桿7轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)6組成；所述螺套8與中間搖臂3的右端的安裝孔3-1鉸接，當(dāng)螺套8橫向移動(dòng)，帶動(dòng)中間搖臂3橫向位移。
[0029]所述凸輪I為圓弧凸輪，基圓直徑為30mm,頂圓半徑為5mm,兩圓心之間的距離為18mm,貝U凸輪I頂圓頂點(diǎn)到基圓的距離為8mm ;凸輪I的厚度為12mm。
[0030]所述中間搖臂3的搖臂為兩塊夾板。
[0031]所述圓孔2-1的外圓與上搖臂2的上表面以圓角過渡連接。
[0032]所述下?lián)u臂4中部下方設(shè)有下圓孔4-2。
[0033]所述可變氣門升程機(jī)構(gòu)的零部件設(shè)計(jì)及工作原理如下:
[0034]凸輪1:凸輪I為圓弧凸輪,基圓直徑為rl = 30mm,頂弧半徑為r2 = 5mm,兩圓心之間的距離為D2 = 18mm,則凸輪I頂圓頂點(diǎn)到基圓的最小距離為8mm，即理論上該凸輪I可為氣門提供的最大升程為8mm。半包角Θ = 62.5°，r = 81.33mm，凸輪I厚度為12mm。
[0035]上搖臂2:上搖臂2右端的圓孔2-1，可空套在定位軸上(圖中未示出)。上搖臂2(左端)的上表面為一平面，目的是在將凸輪I升程量轉(zhuǎn)化為中間搖臂3的下行分量過程中，保證凸輪I與其接觸平順，工作段與過渡段平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。在預(yù)留與凸輪I的輪廓面足夠的接觸長(zhǎng)度的前提下，縮小右端圓孔2-1與凸輪I中心的距離，所述圓孔2-1的外圓與上搖臂2的上表面以圓角過渡連接。此外，由于本機(jī)構(gòu)進(jìn)行升程調(diào)節(jié)時(shí)中間搖臂3必須在上搖臂2和下?lián)u臂4之間橫向移動(dòng)，與此同時(shí)，當(dāng)上搖臂2下行，中間搖臂3轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中與上搖臂2緊貼在一起并有相對(duì)滑移，上述移動(dòng)過程必須平滑，穩(wěn)定，否則會(huì)造成不必要的震動(dòng)，且影響中間搖臂3下行量的傳遞，最初改變氣門升程曲線，所以上搖臂2的下表面也為一平面(下?lián)u臂4的上表面也為一平面)。
[0036]中間搖桿:如上所述中間搖臂3的右端開設(shè)有安裝孔3-1，左端設(shè)置有兩個(gè)上下對(duì)稱的滾輪3-2 ;所述滾輪3-2與上搖臂2的下表面、下?lián)u臂4的上平面滑動(dòng)接觸；中間搖臂3的右端開設(shè)有安裝孔3-1可與連續(xù)調(diào)節(jié)裝置的螺套鉸接。兩個(gè)上下對(duì)稱的滾輪3-2 (下稱雙滾輪)則可以在連續(xù)調(diào)節(jié)氣門升程時(shí)將中間搖臂3與上搖臂2和下?lián)u臂4之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，大大減小連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所受的阻力。如果采用雙滾輪設(shè)計(jì)，則連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)停止，即中間搖臂3橫向位置不變時(shí)，中間搖臂3雙滾輪轉(zhuǎn)向相反，為保證中間搖臂3與上搖臂2和下?lián)u臂4之間為滾動(dòng)摩擦，減小機(jī)構(gòu)運(yùn)行阻力，所設(shè)計(jì)的雙滾輪之間的軸心之間距離大于兩個(gè)滾輪半徑之和，即兩個(gè)滾輪不接觸。
[0037]下?lián)u臂:如上所述下?lián)u臂4左端開有用于套在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋定位軸上的圓孔4-1，所述下?lián)u臂4的上表面為平面，所述下?lián)u臂4右端的下表面為圓弧面；發(fā)動(dòng)機(jī)為獲得更多的新鮮進(jìn)氣量，都采用四氣門布置的配氣機(jī)構(gòu)，以保證充量系數(shù)，增大有效功率和轉(zhuǎn)矩。下?lián)u臂4中部下方設(shè)有下圓孔4-2，可將同一氣缸的兩個(gè)進(jìn)氣門對(duì)應(yīng)的上搖臂2中部定位孔(圖中未示出)套在同一根傳動(dòng)軸上(圖中未示出)，即可省去另一進(jìn)氣門所對(duì)應(yīng)的可變氣門升程機(jī)構(gòu)的凸輪1、上搖臂2、中間搖臂3以及連續(xù)調(diào)節(jié)裝置。下?lián)u臂4與氣門5接觸部分的圓弧面，有利于氣門開啟與落座時(shí)的穩(wěn)定性，減少下?lián)u臂4與氣門5接觸面的摩擦。
[0038]氣門5的參數(shù)具體是，氣門5的氣門桿長(zhǎng)度L=105mm，氣門直徑Di=27mm，氣門桿直徑d=7mm，氣門盤直部厚度H=2.7mm。此外，本設(shè)計(jì)采用與一般發(fā)動(dòng)機(jī)相同的氣門錐角，45。。
[0039]連續(xù)調(diào)節(jié)裝置:如上所述連續(xù)調(diào)節(jié)裝置主要由螺桿7、螺套8和步進(jìn)電機(jī)6構(gòu)成。步進(jìn)電機(jī)6可以驅(qū)動(dòng)螺桿7旋轉(zhuǎn)使得套在螺桿7上的螺套8相對(duì)螺桿7橫向移動(dòng)。螺套8與中間搖臂3的安裝孔3-1鉸接，螺套8橫向移動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)中間搖臂3發(fā)生橫向位移。
[0040]本機(jī)構(gòu)裝配時(shí)，凸輪I左右對(duì)稱軸位于氣門5軸線左側(cè)20mm處，該位置是針對(duì)本機(jī)構(gòu)上述參數(shù)的運(yùn)動(dòng)仿真得出的最優(yōu)位置。
[0041]根據(jù)上述零部件設(shè)計(jì)，用UG運(yùn)動(dòng)仿真得到的結(jié)果如下:
[0042]如附圖2所示，以氣門5所在軸線為基準(zhǔn)，中間搖臂4的滾輪3-2軸線平面在氣門5左側(cè)則位移為正，右側(cè)則為負(fù)，中間搖臂3在不同橫向位置時(shí)氣門升程隨凸輪I轉(zhuǎn)角的曲線參見圖2。
[0043]不論中間搖臂3在何位置時(shí)，氣門5開啟的時(shí)亥IJ、完全開啟時(shí)刻以及關(guān)閉時(shí)刻都是對(duì)應(yīng)相同的，氣門5開啟時(shí)刻為114.375°凸輪I軸轉(zhuǎn)角，關(guān)閉時(shí)刻為249.375°凸輪I軸轉(zhuǎn)角，完全開啟時(shí)刻為193.125°凸輪I軸轉(zhuǎn)角，氣門5開啟持續(xù)角135°凸輪I軸轉(zhuǎn)角。中間搖臂3的位移范圍變成(-30，14)mm，而氣門5最大升程變化范圍變?yōu)?0.521，36.528)mm,即所述的可變氣門升程機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化系數(shù)為(0.065,4.566)。
[0044]將凸輪I旋轉(zhuǎn)至193.125°，即氣門5完全開啟時(shí)凸輪I所在位置，使凸輪I頂圓與上搖臂2接觸則上搖臂2下行量達(dá)到最大。此時(shí)將中間搖臂3橫向移動(dòng)至下?lián)u臂4上側(cè)面右端，保持凸輪(或兩個(gè)凸輪)與上搖臂2和下?lián)u臂4接觸。此時(shí)氣門5達(dá)到升程最小的全開位置，驅(qū)動(dòng)中間搖臂4使其從右至左移動(dòng)，得到氣門5全開位置升程變化量，即不同工況下氣門最大升程相對(duì)升程最小的氣門全開位置的最大升程變化量。
[0045]如附圖3所示，氣門5最大升程變化量在(0，25) mm值域內(nèi)接近一條直線，意味著在該區(qū)間內(nèi)隨著中間搖臂3左移，氣門5最大升程變化是接近線性的，則氣門5最大升程不會(huì)由于中間搖臂3的控制誤差而發(fā)生突變，這大大降低了對(duì)中間搖臂3移動(dòng)精度的要求。而較均勻的最大升程變化量使得中間搖臂3設(shè)定的橫向移動(dòng)速度較為均勻，有利于連續(xù)調(diào)節(jié)裝置的控制。而25mm的最大氣門升程變化較大，但是一般發(fā)動(dòng)機(jī)并不需要超過25mm的最大氣門升程，可以作為本機(jī)構(gòu)的可拓展的控制范圍，并不影響在一般工作工況內(nèi)其良好的線性控制性能。
[0046]如上所述便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0047]上述實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可變氣門升程機(jī)構(gòu)，包括上搖臂、下?lián)u臂、氣門、其特征在于: 所述上搖臂的右端開有圓孔，上搖臂的上表面設(shè)置有凸輪，上搖臂的上表面與下表面均為平面，凸輪的下表面與上搖臂的上表面滑動(dòng)接觸； 所述下?lián)u臂左端開有用于套在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋定位軸上的孔，所述下?lián)u臂的上表面為平面，所述下?lián)u臂右端的下表面為圓弧面； 所述上搖臂與下?lián)u臂之間設(shè)置有中間搖臂，所述中間搖臂的右端開設(shè)有安裝孔，左端設(shè)置有兩個(gè)上下對(duì)稱的滾輪；所述滾輪與上搖臂的下表面、下?lián)u臂的上平面滑動(dòng)接觸； 所述氣門位于下?lián)u臂右端的下方，所述氣門的氣門桿的端部與下?lián)u臂右端的下表面圓弧面接觸； 所述可變氣門升程機(jī)構(gòu)，還包括一個(gè)連續(xù)調(diào)節(jié)裝置，該連續(xù)調(diào)節(jié)裝置由螺桿、套在螺桿上的螺套和驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)組成；所述螺套與中間搖臂3的右端的安裝孔鉸接，當(dāng)螺套橫向移動(dòng)，帶動(dòng)中間搖臂橫向位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門升程機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述凸輪為圓弧凸輪，基圓直徑為30mm,頂圓半徑為5mm,兩圓心之間的距離為18mm,則凸輪頂圓頂點(diǎn)到基圓的距離為8mm;凸輪的厚度為12mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門升程機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述中間搖臂的搖臂為兩塊夾板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門升程機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述圓孔的外圓與上搖臂的上表面以圓角過渡連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門升程機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述下?lián)u臂中部下方設(shè)有下圓孔。
【文檔編號(hào)】F01L13/00GK103850744SQ201310711223
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】肖國(guó)權(quán), 梁榮光, 王惜慧, 郭明林 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)