一種連續可變氣門升程裝置的製作方法

2023-05-01 17:55:01

本發明涉及發動機氣門技術領域，尤其是涉及一種連續可變氣門升程裝置。

背景技術：
傳統的汽油發動機的氣門升程量是固定不變的，發動機負荷的調節通過控制節氣門開度來實現，但這種的控制方式使得發動機存在著較大的泵氣損失，特別是在部分負荷的工況下，泵氣損失更為嚴重，在很大程度的影響了發動機的性能。目前，連續可變氣門升程技術可以根據發動機的運行工況改變氣門升程量，使得節氣門始終處於較大開度的範圍內，能有效的降低油耗和排放、提高發動機功率和扭矩。現有技術的可變可變氣門升程裝置一類是屬於分級調整，這類裝置氣門升程能實現兩級到三級的可調，不足之處在於只能部分提升發動機的性能；另一類可以實現氣門升程的連續可變，但是機構複雜、生產成本很高。公開日為2009年6月17日，公開號為CN101457661A的專利文件公開了一種可變可變氣門升程裝置，包括驅動臂，凸輪軸的凸輪使所述驅動臂旋轉；第一搖臂，所述第一搖臂由驅動臂操作，以通過第一擺臂驅動第一氣門；第二搖臂，所述第二搖臂由驅動臂操作，以通過第二擺臂驅動第二氣門；中間設備，所述中間設備將驅動臂的運動傳遞至第一搖臂和第二搖臂；以及控制軸，在所述控制軸上可旋轉地布置驅動臂、第一搖臂、第二搖臂和中間設備。但該可變氣門升程裝置結構複雜、生產成本較高。公開日為2013年1月2日，公開號為CN102852584A的專利文件公開了一種可變氣門升程裝置，包括第一搖臂，其第一端底側與氣門接觸並能推動氣門，第二端底側由液壓挺柱支撐；還包括用於推動第一搖臂以及被固定設置的驅動凸輪所驅動的第二搖臂，所述第二搖臂設置在偏心輪上，以偏心輪的中心為旋轉中心；所述第二搖臂的旋轉中心的位置改變，對應地所述動力臂和阻力臂的方向和大小、所述第二搖臂與水平面的夾角發生改變，再帶動所述第一搖臂的轉動量改變，最終改變與第一搖臂相接觸的氣門的升程。該可變氣門升程裝置雖然結構簡單，但實用性較差。另外，上述兩種結構的可變氣門升程裝置都是通過轉動調節軸達到調節升程的目的，在某些發動機上受結構限制使用不便。

技術實現要素：
本發明的目的是提供一種新型的連續可變氣門升程裝置，以解決目前可變氣門升程裝置結構複雜、生產成本高以及現有技術的可變氣門升程裝置只能通過轉動調節軸調節升程，在某些發動機上無法使用的問題。本發明為解決上述技術問題採用的技術方案是，一種連續可變氣門升程裝置，包括凸輪軸及固定在凸輪軸上的凸輪，還包括由凸輪推動的擺臂，擺臂的中部設有缺口，擺臂上設有穿過所述缺口且相互平行的第一軸孔及第二軸孔，第一軸孔內穿設有支撐軸，所述支撐軸呈管狀，支撐軸內設有與支撐軸滑動配合的主動調節軸，主動調節軸上凸設有圓柱銷，支撐軸的側壁上沿支撐軸的長度方向設有軸向槽，支撐軸上設有主動斜齒輪，主動斜齒輪上沿周向設有周向槽，所述的圓柱銷穿過支撐軸上的軸向槽，其外端部位於主動斜齒輪上的周向槽內；第二軸孔內設有從動調節軸，從動調節軸的中部設有從動斜齒輪，從動斜齒輪與所述的主動斜齒輪嚙合且從動斜齒輪與主動斜齒輪均位於擺臂的缺口內，主動斜齒輪的厚度小於缺口的寬度；從動調節軸的端部設有升程調節輪，升程調節輪的輪面與套設在支撐軸上的驅動搖臂的一端抵接，驅動搖臂的另一端與氣門搖臂抵接，氣門搖臂的一端與氣門組件抵接並推動氣門下降，氣門搖臂的另一端與液壓挺柱連接。在本發明的結構中，凸輪軸轉動通過凸輪帶動擺臂使其繞支撐軸轉動，升程調節輪與從動斜齒輪固定在從動調節軸上；從動調節軸穿設在擺臂上隨擺臂一起轉動，並且可在擺臂上自由轉動；驅動搖臂安裝在支撐軸上，可繞支撐軸轉動，並把升程調節輪的驅動力傳遞給氣門搖臂，氣門搖臂的一端與氣門組件抵接並推動氣門下降，氣門的上升則由氣門彈簧推動。主動調節軸穿設在支撐軸內，主動調節軸受圓柱銷及支撐軸的限制，只能在支撐軸內軸向移動。主動斜齒輪安裝在支撐軸上，主動斜齒輪在軸向上受圓柱銷的限制，當主動調節軸在支撐軸內軸向移動時，主動斜齒輪跟隨主動調節軸軸向移動。同時主動斜齒輪由於受到擺臂的限制，也隨擺臂繞支撐軸做旋轉運動。主動調節軸的軸向運動通過主動斜齒輪和從動斜齒輪轉換為從動調節軸及升程調節輪的旋轉運動，同時主動調節軸移動的距離與從動調節軸的轉動角度相關，因此本發明的結構其氣門升程是連續可調的。升程調節輪的結構類似凸輪，其外輪廓設計成非正圓結構，當升程調節輪隨從動調節軸旋轉時，升程調節輪外輪廓與驅動搖臂的接觸點發生改變，進而改變驅動搖臂與擺臂之間的夾角。當夾角較小時驅動氣門搖臂的驅動搖臂有效外輪廓行程較小，即氣門升程較小；反之，當夾角較大時驅動氣門搖臂的驅動搖臂有效外輪廓行程較大，即氣門升程加大。當使用步進電機等類似裝置驅動主動調節軸軸向移動時，主動斜齒輪跟隨主動調節軸軸向移動帶動從動斜齒輪及升程調節輪旋轉，升程調節輪推動驅動搖臂改變擺臂與驅動搖臂之間的夾角，從而達到連續改變氣門升程的目的。這樣，本發明通過一種簡單的機構，解決目前可變氣門升程裝置結構複雜、生產成本高問題，另一方面，本發明是通過調節軸的軸向移動來連續改變氣門升程大小的，解決了現有技術的可變氣門升程裝置只能通過轉動調節軸調節氣門升程，在某些發動機上無法使用的問題，提出了氣門升程調節的一種全新思路。作為優選，驅動搖臂呈豎向設置在支撐軸上，所述的氣門搖臂呈橫向設置，驅動搖臂的上端與升程調節輪抵接，驅動搖臂的下端與氣門搖臂靠近氣門的一端抵接。本發明驅動搖臂的長度方向與氣門搖臂的長度方向大致垂直，這種結構可以提供較高的控制精度。作為優選，驅動搖臂的上端與所述升程調節輪的抵接處設有接觸平面，所述的升程調節輪上設有偏心弧面，升程調節輪上的偏心弧面與驅動搖臂上的接觸平面抵接。升程調節輪上偏心弧面與驅動搖臂上的接觸平面抵接，當升程調節輪轉動時，升程調節輪轉動中心至偏心弧面與驅動搖臂上的接觸平面的接觸點的距離發生改變，從而使驅動搖臂發生偏轉，驅動搖臂與氣門搖臂的接觸點發生改變，從而改變氣門的升程。這裡所述的偏心弧面是指該弧面的圓心偏離升程調節輪的轉動中心。作為優選，從動斜齒輪的厚度大於主動斜齒輪的厚度，所述軸向槽的長度大於缺口寬度與主動斜齒輪厚度的差值。這樣可以確保主動斜齒輪在整個缺口的寬度範圍內移動，保證氣門升程的調節量。通常從動斜齒輪的厚度與缺口寬度相適配，採用厚度較小的主動斜齒輪在缺口範圍內軸向移動使從動斜齒輪轉動從而帶動升程調節輪轉動，這種方式主動斜齒輪的體積小，相應的缺口寬度也最小，具有減少機構體積及加工成本的優勢。作為優選，主動斜齒輪與從動斜齒輪均為不完全齒輪，主動斜齒輪的齒面所對應的圓心角為60-120度，從動斜齒輪的齒面所對應的圓心角為120-240度。由於主動斜齒輪與從動斜齒輪無需360度轉動，因此主動斜齒輪與從動斜齒輪採用不完全齒輪（即部分齒輪輪面無齒）可以降低加工成本，減輕重量。作為優選，所述擺臂上與凸輪的抵接處設有滾輪，凸輪通過所述滾輪帶動擺臂擺動。擺臂上與凸輪的抵接處採用滾輪可以減少擺臂與凸輪之間的磨損，提高產品的使用壽命。作為優選，驅動搖臂與擺臂之間設有回位彈簧，所述的回位彈簧為扭簧。回位彈簧安裝在擺臂與驅動搖臂上，在主動調節軸的調節過程中回位彈簧始終給予驅動搖臂反向作用力，保證驅動搖臂與升程調節輪始終接觸，這樣可以避免兩者之間可能出現的接觸衝擊，大大降低運行噪音。作為優選，所述的升程調節輪為兩個，對稱設置在從動調節軸的兩端部，所述的驅動搖臂為兩個，對稱設置在擺臂的兩側的支撐軸上。雖然本發明的結構也適用於單個氣門，但採用對稱結構來同時調節兩個氣門可以使機構受力平衡，從而達到更好的效果。本發明的有益效果是，它有效地解決了現有技術的可變氣門升程裝置結構複雜、生產成本高的問題，同時也解決了現有技術的可變氣門升程裝置只能通過轉動調節軸調節升程，在某些發動機上無法使用的問題。本發明的可變氣門升程裝置結構簡單，控制精度高，提出了氣門升程調節的一種新思路，具有很高的實用價值。附圖說明圖1是本發明連續可變氣門升程裝置的一種整體結構示意圖；圖2是本發明連續可變氣門升程裝置的一種局部結構示意圖；圖3是本發明連續可變氣門升程裝置擺臂的一種結構示意圖；圖4是本發明連續可變氣門升程裝置主動調節軸的一種結構示意圖；圖5是本發明連續可變氣門升程裝置支撐軸的一種結構示意圖；圖6是本發明連續可變氣門升程裝置主動斜齒輪的一種結構示意圖；圖7是本發明連續可變氣門升程裝置從動調節軸、從動斜齒輪及升程調節輪的一種組合結構示意圖；圖8是本發明連續可變氣門升程裝置工作時的一種位置關係示意圖。圖中：1.凸輪軸，2.擺臂，3.驅動搖臂，4.主動調節軸，5.從動調節軸，6.支撐軸，7.主動斜齒輪，8.從動斜齒輪，9.升程調節輪，10.圓柱銷，11.氣門搖臂，12.回位彈簧，13.軸向槽，14.周向槽，15.缺口，16.第一軸孔，17.第二軸孔，18.滾輪。具體實施方式下面通過實施例，並結合附圖對本發明技術方案的具體實施方式作進一步的說明。實施例1在圖1所示的實施例1中，一種連續可變氣門升程裝置，包括凸輪軸1及固定在凸輪軸上的凸輪，還包括由凸輪推動的擺臂2，擺臂上與凸輪的抵接處設有滾輪18，凸輪通過所述滾輪帶動擺臂擺動。擺臂的中部設有缺口15，擺臂上設有穿過所述缺口且相互平行的第一軸孔16及第二軸孔17（見圖3），第一軸孔內穿設有支撐軸6，所述支撐軸呈管狀（見圖5），支撐軸內設有與支撐軸滑動配合的主動調節軸4，主動調節軸上凸設有圓柱銷10（見圖4），支撐軸的側壁上沿支撐軸的長度方向設有軸向槽13，軸向槽的長度與缺口的寬度相當，支撐軸上設有主動斜齒輪7，主動斜齒輪上沿周向設有周向槽14（見圖6），所述的圓柱銷穿過支撐軸上的軸向槽，其外端部位於主動斜齒輪上的周向槽內（見圖2）；第二軸孔內設有從動調節軸5，從動調節軸的中部設有從動斜齒輪8（見圖7），從動斜齒輪與所述的主動斜齒輪嚙合且從動斜齒輪與主動斜齒輪均位於擺臂的缺口內，主動斜齒輪的厚度小於缺口的寬度，從動斜齒輪的厚度與缺口的寬度相適配；主動斜齒輪與從動斜齒輪均為不完全齒輪，主動斜齒輪的齒面所對應的圓心角為60-120度，本實施例為90度，從動斜齒輪的齒面所對應的圓心角為120-240度，本實施例為180度；從動調節軸的端部設有升程調節輪9，所述的升程調節輪為兩個，對稱設置在從動調節軸的兩端部，升程調節輪的輪面與套設在支撐軸上的驅動搖臂3的一端抵接，驅動搖臂的上端與所述升程調節輪的抵接處設有接觸平面，所述的升程調節輪上設有偏心弧面，升程調節輪上的偏心弧面與驅動搖臂上的接觸平面抵接。所述的驅動搖臂為兩個，呈豎向對稱設置在擺臂的兩側的支撐軸上，驅動搖臂與擺臂之間設有回位彈簧12，所述的回位彈簧為扭簧，所述的扭簧為兩個，對稱設置，扭簧的一端緊扣驅動搖臂，扭簧的另一端緊扣擺臂。所述的氣門搖臂呈橫向設置，驅動搖臂的上端與升程調節輪抵接，驅動搖臂的下端與氣門搖臂11靠近氣門的一端抵接。氣門搖臂的一端與氣門組件抵接並推動氣門下降，氣門搖臂的另一端與液壓挺柱連接。本發明的連續可變氣門升程裝置工作時，凸輪軸轉動通過凸輪帶動擺臂使其繞支撐軸轉動，升程調節輪與從動斜齒輪固定在從動調節軸上，從動調節軸穿設在擺臂上隨擺臂一起轉動，驅動搖臂安裝在支撐軸上，可繞支撐軸轉動，並把升程調節輪的驅動力傳遞給氣門搖臂，氣門搖臂的一端與氣門組件抵接並推動氣門下降，從而實現正常的氣門開閉過程。本發明的主動調節軸穿設在支撐軸內，主動調節軸受圓柱銷及支撐軸的限制，只能在支撐軸內軸向移動。主動斜齒輪安裝在支撐軸上，主動斜齒輪在軸向上受圓柱銷的限制，當主動調節軸在支撐軸內軸向移動時，主動斜齒輪跟隨主動調節軸軸向移動。同時主動斜齒輪由於受到擺臂的限制，也隨擺臂繞支撐軸做旋轉運動。升程調節輪的結構類似凸輪，其外輪廓設計成非正圓結構。當需要改變氣門的升程時，使用步進電機等類似裝置驅動主動調節軸軸向移動，主動調節軸的軸向運動通過主動斜齒輪和從動斜齒輪轉換為從動調節軸及升程調節輪的旋轉運動，當升程調節輪旋轉時，升程調節輪外輪廓與驅動搖臂的接觸點發生改變，進而改變驅動搖臂與擺臂之間的夾角。當夾角較小時驅動氣門搖臂的驅動搖臂有效外輪廓行程較小，即氣門升程較小；反之，當夾角較大時驅動氣門搖臂的驅動搖臂有效外輪廓行程較大，即氣門升程加大（見圖8，圖中顯示了較大的夾角Amax及較小的夾角Amin）。這樣，本發明通過一種簡單的機構，解決目前可變氣門升程裝置結構複雜、生產成本高問題，另一方面，本發明是通過調節軸的軸向移動來連續改變氣門升程大小的，解決了現有技術的氣門升程裝置只能通過轉動調節軸調節氣門升程，在某些發動機上無法使用的問題，提出了氣門升程調節的一種全新思路。