一種連續可變氣門驅動裝置及其控制方法與流程
2023-05-10 22:07:52
本發明屬於汽車發動機氣門技術領域，特別涉及一種連續可變氣門驅動裝置及其控制方法。
背景技術：
傳統發動機氣門機構是將氣門升程及氣門持續開啟時間設計為定值，一般基於發動機某一狹小工況範圍的局部優化而確定，兼顧發動機低速時的穩定性和高速時的動力性，氣門運動規律完全由凸輪型線決定，只能保障發動機在某一特定轉速下才處於最佳配氣狀態。但傳統汽油發動機凸輪型線單一，不能根據發動機負荷情況而調整進氣量。傳統發動機配氣機構的氣門運行參數也是固定不變的，參數的確定取決於設計的工況點。因此傳統發動機的氣門機構導致發動機在低速和高速時的配氣狀態達不到最佳，降低了發動機的排放和做功效率。
現有的非連續可變氣門升程結構升程方式單一，不能實現發動機的大部分工況，節油效果不明顯。而現有的連續可變氣門升程技術零部件成本高，結構複雜，對各個零部件的可靠性要求高，發動機缸蓋設計的難度較大，特別是致動機構的結構更複雜，其調節過程不易控制，調節精度差。
中國專利申請號201210362385.7公開了一種連續可變氣門升程系統，利用偏心輪的轉動改變第二搖臂旋轉中心的位置，從而使得第二搖臂的動力臂L1和阻力臂L2方向和大小發生改變，最終改變與第一搖臂相接觸的氣門的升程量，結構原理簡單，操控方便快捷。但其縱向長度過長，在發動機內有限的空間中布置困難。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有可變氣門升程不能連續可變的缺陷，提供了一種連續可變氣門驅動裝置，實現氣門升程及氣門持續開啟時間柔性可調整。
本發明的另一個目的是氣門升程控制達到增強發動機進排氣效果。
本發明提供的技術方案為：
一種連續可變氣門驅動裝置，包括：
第一凸輪，其由發動機驅動旋轉；
第二凸輪，其與氣門挺杆相配合，能夠驅動氣門頂杆運動；
控制軸，其可旋轉支撐在殼體上；
偏心軸，所述控制軸固定在所述偏心軸的偏心位置上；
擺臂，其可旋轉套設在所述偏心軸上，所述擺臂相對於所述偏心軸可旋轉；
連杆，其一端與所述擺臂鉸接，另一端抵靠在所述第二凸輪的側面上；
所述第一凸輪旋轉驅動所述連杆運動，從而帶動第二凸輪擺動，以將氣門開啟或關閉；
驅動機構，其用於驅動所述控制軸旋轉，使擺臂相對於第二凸輪旋轉，以使氣門升程改變。
優選的是，所述驅動機構包括：
電機；
蝸杆，其與所述電機輸出軸同軸固定連接；
蝸輪，其與所述蝸杆嚙合，所述蝸輪固定在所述控制軸上。
優選的是，所述連杆包括：
第一桿體，其一端和所述擺臂的一端鉸接；
第二桿體，其垂直穿過所述第一桿體的另一端；
其中，所述第二桿體的一端抵靠在所述第二凸輪的上部。
優選的是，所述第二凸輪的上部設置有溝槽，所述第二桿體的一端設置滾輪，所述滾輪位於溝槽內。
優選的是，還包括：
第三凸輪，其與相鄰氣門挺杆相配合，能夠驅動相鄰氣門頂杆運動；所述擺臂位於所述第二凸輪和第三凸輪之間；
所述第二桿體的另一端抵靠在所述第三凸輪的上部。
優選的是，所述第三凸輪的上部設置有溝槽，所述第二桿體的另一端設置滾輪，其位於第三凸輪的溝槽內。
優選的是，所述連杆與擺臂的鉸接處設置有扭轉彈簧，以使連杆緊貼在第一凸輪上。
優選的是，所述控制軸還穿過所述第二凸輪，其相對於所述控制軸可自由旋轉。
一種連續可變氣門驅動裝置的控制方法，包括如下步驟：
步驟一、獲取當前車速v、發動機每分鐘轉數n、油門踏板開度以及發動機類型係數γ；
步驟二、令偏心軸108的中心位置在最低點時為初始位置，控制控制軸114旋轉，使其相對初始位置的旋轉的角度α滿足：
其中，對於自然吸氣發動機γ＝1，對於渦輪增壓發動機γ＝1.2。
本發明所述的有益效果是：本發明提供的連續可變氣門驅動裝置相對現有的連續可變氣門機構其結構較為簡單、穩定性好。作為一種新型連續可變氣門機構可方便裝配在發動機中實現氣門升程及開啟時間的連續可控，能保障動力傳遞快捷的同時還可提高系統的整體剛度和系統固有頻率。基於機構中採用滾子軸承的接觸方式更能有效降低系統傳動的噪音。因此本發明設計的連續可變氣門驅動裝置，有著重要的實際意義和應用前景。
附圖說明
圖1是本發明所述的連續可變氣門驅動裝置總體結構示意圖。
圖2是本發明所述的低氣門升程位置結構示意圖。
圖3是本發明所述的中高氣門升程位置結構示意圖。
圖4是本發明所述的可變的多連杆機構示意圖。
圖5是本發明所述的控制軸與偏心軸位置關係圖。
圖6是本發明所述的實現連續可變的氣門位移曲線。
圖7是本發明所述的第二凸輪升程型線圖。
圖8為本發明所述的連續可變氣門驅動裝置另一個視向的總體結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
如圖1、圖8所示，本發明提供了一種連續可變氣門驅動裝置，在第一凸輪101與挺杆115之間加裝一套可變的多連杆機構，挺杆115與氣門116相連接，第一凸輪101上設置有凸輪軸102，凸輪軸102在汽車發動機帶動下旋轉，進而帶動第一凸輪101旋轉。第一凸輪101驅動可變的多連杆機構運動，進而帶動挺杆115和氣門116上下移動，實現了氣門的開啟和閉合。通過可變的多連杆機構形狀的變化，實現了氣門升程及相位的連續可變。
如圖1-4所示，所述可變的多連杆機構包括連杆103，滾輪104，溝槽105，第二凸輪106，擺臂107，偏心軸108，銷109，扭轉彈簧110，電機111，蝸杆112，蝸輪113，控制軸114。
其中，凸輪軸102和控制軸114的位置是固定不變的，控制軸114和凸輪軸102支撐在汽缸蓋上。第二凸輪106的下部為其工作面，該工作面與挺杆115的上表面相配合，通過第二凸輪106的擺動實現挺杆115的上下移動。擺臂107與第二凸輪106的一端相鉸接，連杆103的頂部與擺臂107的頂部相鉸接，在鉸接點處設置有銷109，使連杆103能夠繞著銷109相對與擺臂107旋轉。
連杆103的下端設置有滾輪104，在第二凸輪106的左端設置有溝槽105，使滾輪104能夠在溝槽105內滑動，能夠減小滑動的摩擦力。溝槽105開置在第二凸輪106上表面的中心位置，利於保障可變的機械多杆機構在正常運轉時的穩定性。
偏心軸108從擺臂107上穿過，使擺臂107能夠繞著偏心軸108旋轉。控制軸114與偏心軸108固定連接，控制軸114與偏心軸108之間是通過花鍵連接，控制軸114的中心與偏心軸108的中心不重合。
當控制軸114轉動時，偏心軸108隨之轉動。而控制軸114是通過電機111帶動蝸杆112而驅動控制軸114一端上的蝸輪113實現轉動的。其蝸輪113的轉動角度是由發動機控制單元根據發動機工況來控制的。
偏心軸108與控制軸114採用非同心軸布置結構如圖5所示，偏心軸108與擺臂107採用同心軸布置結構。偏心軸108隨控制軸114轉動時，會改變偏心軸108與擺臂107的軸心位置，進而會改變擺臂107的偏轉位置，其再通過固定在擺臂107上端的銷109帶動連杆103發生位置偏轉。
當偏心軸108繞控制軸114以逆時針方向轉動時，即相當於偏心軸108的圓心點P繞控制軸114的圓心點C做圓周運動，其運動半徑為CP。當偏心軸108圓心位於點P1時，其對應的連續可變氣門驅動裝置處於低氣門升程位置，如圖2所示。當偏心軸108圓心位於點P2時，其對應的連續可變氣門驅動裝置處於中高氣門升程位置，如圖3所示。在偏心軸108圓心點P隨控制軸114圓心點C轉動的過程中，可變的多連杆機構位置發生改變，即生成對應不同的氣門升程位置，其對應的可變氣門升程和氣門持續開啟時間逐漸增大，形成連續可變的氣門位移曲線如圖6所示。
連杆103上端與擺臂107上端通過銷109連接，連杆103隨第一凸輪101轉動時繞銷109在一定範圍內擺動。當第一凸輪101的凸起沿順時針方向轉過連杆103接觸面時，連杆103在扭轉彈簧110的作用力下會隨第一凸輪101型線逐漸恢復初始位置。
第二凸輪106的凸輪型線如圖7所示，第二凸輪106型線上D點為凸輪基圓與凸輪升程的分界點如圖4所示。第二凸輪106型線上D點與挺杆115的接觸位置是由可變的多連杆機構位置控制的。當偏心軸108繞控制軸114轉動時，擺臂107會隨同心軸布置的偏心軸108擺動而改變初始位置，通過擺臂107上固定的銷109帶動連杆103和第二凸輪106發生位置偏轉，進而改變第二凸輪106型線上D點與挺杆115的接觸位置，即第二凸輪106型線上D點與挺杆115上端面的位置遠近。
第二凸輪106隨連杆103的偏轉運動而繞控制軸114在一定角度範圍內擺動時，第二凸輪106上D點越接近挺杆115上端面，則挺杆115上下運動幅度越大，氣門116的開啟深度越大。
當第二凸輪106型線上D點與挺杆115上端面位置接近或重疊時，在第二凸輪106通過可變的多連杆機構被第一凸輪101驅動時，由於第二凸輪106的型線特徵會使挺杆115產生較大的往復運動，即較大的氣門開啟深度。反之，當第二凸輪106型線上D點遠離挺杆115上端面位置時，第二凸輪106在擺動時會使挺杆115產生較小的往復運動，即較小的氣門開啟深度。從而實現連續可變氣門裝置的設計目標，以滿足發動機不同工況下採用不同的氣門升程和開啟時間。
本發明還提供了一種連續可變氣門驅動裝置的控制方法，並包括如下步驟：
步驟一、獲取當前車速v、發動機每分鐘轉數n、油門踏板開度以及發動機類型係數γ；
步驟二、令偏心軸108的中心位置在最低點時為初始位置，控制控制軸114旋轉，使其相對初始位置的旋轉的角度α滿足：
其中，對於自然吸氣發動機γ＝1，對於渦輪增壓發動機γ＝1.2。
通過上述布置，能夠使氣門升程達到最佳，從而使發動機處於最佳工作狀態。
作為一種優選的，在發動機出廠時對氣門升程進行一定的預調整，即先將控制軸114相對初始位置旋轉一定的角度，使發動機達到一個良好的初始狀態。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。