移動搖臂軸式可變氣門定時機構的製作方法

2023-04-26 21:33:41 2

專利名稱：移動搖臂軸式可變氣門定時機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機的氣門機構，特別是涉及帶搖臂的頂置凸輪軸式單缸內燃機氣 門機構。
背景技術：
可變氣門正時(Variable Valve Timing,簡稱VVT)是內燃機節能減排的主要途 徑之一。目前，各主要汽車公司發布的新型汽油機產品，都將可變氣門技術作為新型汽油機 的主要技術標誌之一。雖然可變氣門的形式有多種，但是能夠廣泛應用到汽油機上的主要 還是變換凸輪型線的可變氣門機構。然而，受製造成本和機構複雜性的限制，目前國內外尚 沒有適合於中小排量單缸四衝程汽油機的可變氣門機構及其應用實例。中小排量的單缸四衝程汽油機其氣門機構結構形式主要採用單頂置凸輪軸 (SOHC)布置形式。若採用傳統的液壓驅動的可變氣門機構，除了改變氣門機構主要零部件 結構之外，還需額外增加一套液壓驅動機構，使可變氣門的驅動機構和控制機構變得非常 複雜和龐大，製造成本明顯增加，導致這種傳統的可變氣門機構難以在單缸四衝程汽油機 上推廣使用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種適用於單缸四衝程汽油機的可變氣門機構。該機構針 對單缸汽油機單頂置凸輪軸的結構特點，利用每個搖臂軸上僅控制一個搖臂的特點，採用 搖臂軸軸向移動的方式實現可變氣門定時。使可變氣門技術在具有單頂置凸輪軸的單缸汽 油機上得到使用。本發明的可變氣門定時機構由低速凸輪與低速搖臂、高速凸輪與高速搖臂、搖臂 軸、搖臂軸驅動機構、回位彈簧、氣門間隙調節螺釘和氣門組件組成。所述氣門組件由氣門、 氣門彈簧、氣門彈簧座和氣門座等組成。所述搖臂軸驅動機構和回位彈簧共同控制搖臂軸 的軸向位置；所述低速凸輪驅動低速搖臂，高速凸輪驅動高速搖臂，低速搖臂和高速搖臂繞 同一搖臂軸擺動；低速搖臂一端受低速凸輪驅動，另一端上固定氣門間隙調節螺釘；在低 速搖臂和高速搖臂相對的端面上加工有結合齒，低速搖臂和高速搖臂在工作中成分離和結 合兩種狀態。本發明的特徵在於高速搖臂與搖臂軸軸向固定，高速搖臂與低速搖臂在相對的端 面上設有結合齒，該高速搖臂可隨搖臂軸一起軸向移動，使高速搖臂與低速搖臂相互結合； 或在高速搖臂與低速搖臂相對的端面上還可分別設置銷孔和銷軸，通過銷孔和銷軸使高速 搖臂與低速搖臂相互結合。搖臂軸的一端設有回位彈簧，搖臂軸的另一端設有帶銜鐵的電 磁鐵，當電磁鐵通電時，電磁鐵通過銜鐵推動搖臂軸軸向移動，使高速搖臂與低速搖臂相互 結合；或在搖臂軸的一端，設置一套拉力繩索，當該拉力繩索受力時，拉動搖臂軸軸向移動， 使高速搖臂與低速搖臂相互結合。該可變氣門定時機構的結構特點及工作原理如下
本發明的高速凸輪具有較大的凸輪包角和升程，而低速凸輪的凸輪包角和升程較小。當低速搖臂和高速搖臂成分離狀態時，高速凸輪驅動高速搖臂繞搖臂軸空擺。此時氣門機 構的傳動過程為低速凸輪驅動低速搖臂繞搖臂軸擺動，低速搖臂又通過氣門間隙調節螺 釘使氣門開啟和關閉，即由低速凸輪驅動氣門運動。當低速搖臂和高速搖臂成結合狀態時，由於高速凸輪的升程大於低速凸輪，低速 凸輪與低速搖臂將不再產生接觸；此時氣門機構的傳動過程為高速凸輪驅動高速搖臂， 高速搖臂又帶動低速搖臂一同繞搖臂軸擺動，低速搖臂又通過氣門間隙調節螺釘使氣門開 啟和關閉，即由高速凸輪驅動氣門運動。本發明的低速搖臂的軸向位置是固定的；而高速搖臂軸向位置是可移動的，能隨 搖臂軸一起軸向移動。當搖臂軸驅動機構給搖臂軸施加一個軸向力，搖臂軸帶動高速搖臂 克服回位彈簧力一起軸向移動，使低速搖臂和高速搖臂通過端面結合齒呈結合狀態；當搖 臂軸驅動機構撤銷施加的軸向力後，在回位彈簧力的作用下，搖臂軸帶動高速搖臂反向移 動，使低速搖臂和高速搖臂成分離狀態。通過上述說明可以看出，本發明的可變氣門機構是通過搖臂軸帶動高速搖臂做軸 向位移，使低速搖臂和高速搖臂相互結合，實現工作凸輪由低速凸輪切換為高速凸輪，從而 實現可變氣門正時的。對於進氣搖臂軸來說，在壓縮、做功和排氣衝程時，進氣門已關閉，進 氣搖臂軸上無徑向載荷，進氣搖臂軸能夠容易實現軸向位移；同理，對於排氣搖臂軸來說， 在進氣、壓縮和做功衝程容易實現軸向位移。顯然，本發明的可變氣門機構特別適用於採用 單頂置凸輪軸(SOHC)布置形式的單缸四衝程汽油機。本發明的高速凸輪具有較大的凸輪包角和升程，適合汽油機高速大負荷工況；而 低速凸輪的包角和升程較小，適合汽油機中低速和中小負荷工況。本發明的有益效果是通 過搖臂軸做軸向位移，使低速凸輪與高速凸輪之間實現切換，從而實現可變氣門正時。汽油 機在高速大負荷工況運行時，採用高速凸輪，提高了動力性能；而在中低速或中小負荷工況 運行時，採用低速凸輪，減小了泵氣損失，改善了燃油經濟性和排放性能。


圖1為本發明的可變進氣門正時機構示意圖； 圖2為圖1在A--A方向的剖視圖3為本發明採用拉力繩索的可變進氣門機構示意圖。圖中1為回位彈簧，2為排氣凸輪，3為低速搖臂，4為低速進氣凸輪，5為高速進 氣凸輪，6為片狀彈簧，7為高速搖臂，8為低速搖臂端面結合齒，9為高速搖臂端面結合齒， 10為進氣搖臂軸，11為銜鐵，12為電磁鐵，13為軸向定位銷，14為氣門間隙調節螺釘，15為 氣門彈簧座，16為氣門彈簧，17為進氣門，18為進氣門座，19為拉力繩索系。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的工作過程。實施例1
在圖1和圖2中各零部件的相互關係為低速進氣凸輪4驅動低速搖臂3，高速進氣凸 輪5驅動高速搖臂7，片狀彈簧6在高速搖臂7上施加一定的彈力，使高速搖臂7與高速進 氣凸輪5始終保持接觸；低速搖臂3和高速搖臂7在各自凸輪的驅動下可繞進氣搖臂軸10擺動，高速搖臂7在進氣搖臂軸10上的軸向位置由軸向定位銷13確定；電磁鐵12是搖臂 軸驅動機構，其產生的電磁力推動銜鐵11帶動進氣搖臂軸10向左移動；回位彈簧1呈壓縮 狀態；低速搖臂3的軸向位置是固定的，其上端與低速進氣凸輪4接觸，下端固定氣門間隙 調節螺釘14，並控制進氣門17的開啟和關閉。當電磁鐵12不通電時，在回位彈簧1的彈力作用下，進氣搖臂軸10位於右端，使 高速搖臂7和低速搖臂3成分離狀態。此時，低速進氣凸輪4驅動低速搖臂3繞進氣搖臂 軸10擺動，並通過氣門間隙調節螺釘14使進氣門17開啟和關閉；而高速進氣凸輪5驅動 高速搖臂7也繞進氣搖臂軸10擺動，片狀彈簧6使高速搖臂7始終保持與高速進氣凸輪5 接觸，但高速進氣凸輪5卻對進氣門17的運動不產生影響。在此狀態下，是低速進氣凸輪 4驅動進氣門17開啟和關閉的。當電磁鐵12通電時，銜鐵11在電磁力的作用下向左移動，並克服回位彈簧1的彈 力推動進氣搖臂軸10左移，進氣搖臂軸10又通過軸向定位銷13帶動高速搖臂7 —起向左 移動，使高速搖臂7和低速搖臂3通過搖臂端面結合齒8和9結合在一起。此時，氣門傳動 過程為高速進氣凸輪5驅動高速搖臂7，高速搖臂7又帶動低速搖臂3 —起在進氣搖臂軸 10上擺動，並最終通過氣門間隙調節螺釘14使進氣門17開啟和關閉。由於高速進氣凸輪 5的升程大於低速進氣凸輪4的升程，低速搖臂3和高速搖臂7結合在一起後低速搖臂3便 不再與低速進氣凸輪4產生接觸，故低速進氣凸輪4對進氣門17的運動不再產生影響。在 此情況下，是高速進氣凸輪5驅動進氣門17開啟和關閉的。當電磁鐵12斷電後，銜鐵11上的軸向力消失，在回位彈簧力1的作用下，進氣搖 臂軸10帶動高速搖臂7反向移動，低速搖臂3和高速搖臂7又恢復為分離狀態，低速進氣 凸輪4恢復了對進氣門17的驅動作用，高速進氣凸輪5卻失去了對進氣門17的驅動作用。綜上所述本實施方案是通過電磁鐵12產生的電磁力，推動銜鐵11並帶動搖臂軸 10軸向移動，使低速搖臂3和高速搖臂7產生結合或分離，實現高速凸輪與低速凸輪之間的 切換，從而達到可變進氣門正時。實施例2:
在圖3中，拉力繩索系19是搖臂軸驅動機構。通過人工施加一定的作用力使繩索 系19中的繩索呈張緊狀態，繩索系19拉緊搖臂軸10並帶動高速搖臂7向左移動，使低速 搖臂3和高速搖臂7產生結合，工作凸輪即切換為高速進氣凸輪5。當繩索系19呈鬆弛狀 態時，回位彈簧1使搖臂軸10帶動高速搖臂7向右移動，低速搖臂3和高速搖臂7分離，工 作凸輪即切換為低速進氣凸輪4。從而實現可變進氣門正時。在圖1中，低速搖臂3和高速搖臂7是通過其端面結合齒8和9連接在一起的；低 速搖臂和高速搖臂也可以分別帶有銷孔和銷軸，採用銷孔和銷軸將高速搖臂和低速搖臂結
合在一起。同理，若在凸輪軸上設置低速排氣凸輪和高速排氣凸輪，採用可變進氣門正時相 同的方式，即可實現可變排氣門正時。依照上述方案，本技術領域的一般技術人員實施本發明並不困難。
權利要求
1.一種移動搖臂軸式可變氣門定時機構，包括低速凸輪與低速搖臂、高速凸輪與高速 搖臂、搖臂軸、搖臂軸驅動機構和氣門組件，其特徵在於高速搖臂與搖臂軸軸向固定，高速 搖臂可隨搖臂軸一起軸向移動，使高速搖臂與低速搖臂相互結合或分離。
2.根據權利要求1所述的移動搖臂軸式可變氣門定時機構，其特徵在於高速搖臂與低 速搖臂在相對的端面上設有結合齒，高速搖臂與低速搖臂通過該結合齒相互結合。
3.根據權利要求1、2所述的移動搖臂軸式可變氣門定時機構，其特徵在於高速搖臂與 低速搖臂在相對的端面上還可分別設置銷孔和銷軸，高速搖臂與低速搖臂通過該銷孔和銷 軸相互結合。
4.根據權利要求1、2、3所述的移動搖臂軸式可變氣門定時機構，其特徵在於搖臂軸的 一端設有回位彈簧，搖臂軸的另一端設有帶銜鐵的電磁鐵，當電磁鐵通電時，電磁鐵通過銜 鐵推動搖臂軸軸向移動，使高速搖臂與低速搖臂相互結合。
5.根據權利要求1所述的移動搖臂軸式可變氣門定時機構，其特徵在於在搖臂軸有回 位彈簧的一端，還可設置一套拉力繩索，該拉力繩索呈拉緊狀態時，拉動搖臂軸軸向移動， 使高速搖臂與低速搖臂相互結合。
全文摘要
一種單缸內燃機移動搖臂軸式可變氣門定時機構，其結構特點為搖臂軸與高速搖臂一起可沿搖臂軸軸線移動，並使高速搖臂與低速搖臂產生結合或分離。當高速搖臂與低速搖臂成結合狀態時，高速凸輪驅動高速搖臂並帶動低速搖臂一同擺動，使高速凸輪驅動氣門開啟和關閉，適用於內燃機高速大負荷工況；當高速搖臂與低速搖臂成分離狀態時，低速凸輪驅動低速搖臂並使氣門開啟和關閉，適用於汽油機低速工況和小負荷工況。該可變氣門定時機構結構簡單，能顯著提高內燃機的動力性和經濟性，特別適合於單頂置凸輪軸式單缸四衝程內燃機。
文檔編號F01L1/34GK102071982SQ20111004159
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者劉永田, 王志明, 謝宗法 申請人:山東大學