专利名称：一种连续可变气门升程装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的气门控制系统，更具体的说，是涉及一种机械性改变 气门升程的连续可变气门升程装置，本发明还涉及这种连续可变气门升程装置 的控制方法。
背景技术：
发动机可变气门驱动技术的研究有100多年的历史。20世纪80年代末以来， 全球能源和环境问题日益突出，各国对提高燃油经济性和降低有害排放物的要 求日趋严格，因此大量的可变气门驱动机构应运而生。采用可变气门升程技术 可以使发动机在整个转速和负荷范围内获得良好的性能。有关该领域的专利以 日本和美国居多，应用该技术的发动机产品也越来越多，但是现有的专利或产
品所采用的可变气门升程装置大多都是升程两级可变的，即高的气门升程和低 的气门升程两种状态，不能适应发动机各种工况下对气门开启高度的需求。现 有的为数不多的气门升程连续可变装置，大都结构复杂，润滑条件差，制造成 本高，装配误差大；而且可变机构大多都布置在气门摇臂或挺杆的上方，不利 于发动机小型化的要求和发动机在整车的布置；同时因为机构复杂，产生的噪 声也将很大。
发明内容
本发明所要解决的技术方案是提供一种结构简单紧凑，实现简单，成本 低，可靠性高的，能控制气门升程可变的一种连续可变气门升程装置。 为解决以上的技术问题，本发明采用的技术方案是
本发明为一种连续可变气门升程装置，包括摇臂，凸轮轴，凸轮，气门， 所述的连续可变气门升程装置还包括摇臂圆弧凹槽，枢轴，滚子，销轴，滑杆， 控制臂，蜗杆，步进电机，所述的摇臂套装在枢轴上，滚子与摇臂表面接触， 滚子通过与其表面连接的销轴的滑杆连接，所述的控制臂一端为滑道，另一端 为蜗轮，滑杆与空心结构的滑道套装，蜗轮为带齿牙的结构，蜗轮与蜗杆连接， 蜗杆通过步进电机控制。
所述的摇臂与枢轴之间设置为可往复摆动的活动结构，所述的摇臂圆弧凹槽设置在摇臂底部的表面上，，所述的滚子与摇臂圆弧凹槽接触。
所述的摇臂上的圆弧形凹槽的圆弧圆心设置为与凸轮的基圆同心的结构。
所述的与滚子通过销轴连接的滑杆设置为两者之间的侧面之间呈H型的结 构，所述的滑杆与滑道套装的一端设置为长方体结构，所述的滑道设置为与滑 杆外表面配合的结构。
所述的控制臂的蜗轮中心与凸轮轴中心同轴，但彼此独立运动，没有联动 关系，控制臂可以设置在凸轮轴的轴承盖或缸盖上(图中未示出)，所述的凸轮 设置在凸轮轴上。
所述的控制臂的蜗轮设置为边沿设置出齿牙的圆盘结构。
所述的滑杆与滑道之间设置弹簧。
所述的步进电机通过发动机ECU控制。
本发明还提供一种连续可变气门升程装置的控制方法，所述的连续可变气 门升程装置的控制方法为
a) 所述的发动机ECU控制步进电机，步进电机带动蜗杆转动；
b) 所述的蜗杆带动控制臂上的蜗轮绕旋转中心转动，进而带动滚子沿摇臂 凹槽绕凸轮轴的中心移动；
C)所述的滚子沿着摇臂凹槽移动后，滚子相对摇臂凹槽的位置连续变化， 引起摇臂枢轴两侧摇臂比的连续变化，进而可以使气门升程连续变化。 采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果-
本发明结构简单紧凑，实现简单，成本低，可靠性高，能控制气门升程可 变；本发明用较少的零部件实现发动机气门升程随发动机转速和负荷的变化而 自动变化，其能以较大灵活性改变气门的升程特性。
下面对本说明书中各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明-
图1是本发明的连续可变气门升程装置的结构示意图2是图1所示的连续可变气门升程装置的分解结构示意图3是本发明的正视结构示意图4是本发明的摇臂圆弧槽的结构示意图5是本发明的高气门升程状态下的结构示意图；图6是发明的中气门升程状态下的结构示意图7是发明的低气门升程状态下的结构示意图8是本发明的气门升程变化时的气门正时状况示意图9是本发明的气门最大升程与滚子在摇臂上的位置关系示意图中标记为1、摇臂；la、摇臂圆弧凹槽；2、枢轴；3、滚子；4、销轴；
5、滑杆；6、弹簧；7、控制臂；7a、滑道；7b、蜗轮；8、凸轮轴；9、凸轮；
10、蜗杆；11、步进电机；12、气门。
具体实施例方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及 的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及 工作原理等作进一步的详细说明
如附图1所示，本发明为一种连续可变气门升程装置，包括摇臂1，凸轮
轴8，凸轮9，气门12，所述的连续可变气门升程装置还包括摇臂圆弧凹槽la， 枢轴2，滚子3,销轴4，滑杆5,控制臂7，蜗杆IO，步进电机ll，所述的摇 臂1套装在枢轴2上，滚子3与摇臂1表面接触，滚子3通过与其表面连接的 销轴4的滑杆5连接，所述的控制臂7—端为滑道7a，另一端为蜗轮7b，滑杆 5与空心结构的滑道7a套装，蜗轮7b为带齿牙的结构，蜗轮7b与蜗杆10连接， 蜗杆10通过步进电机11控制。
所述的摇臂1与枢轴2之间设置为可往复摆动的活动结构，所述的摇臂圆 弧凹槽la设置在摇臂1底部的表面上，所述的滚子3与摇臂圆弧凹槽la接触。
所述的摇臂1上的圆弧形凹槽la的圆弧圆心设置为与凸轮9的基圆同心的 结构。
所述的与滚子3通过销轴4连接的滑杆5设置为两者之间的侧面之间呈H 型的结构，所述的滑杆5与滑道7a套装的一端设置为长方体结构，所述的滑道 7a设置为与滑杆5外表面配合的结构。
所述的控制臂7的蜗轮7b中心与凸轮轴8中心同轴，但彼此独立运动，没 有联动关系，控制臂7可以设置在凸轮轴8的轴承盖或缸盖上(图中未示出)； 所述的凸轮9设置在凸轮轴8上。
所述的控制臂7的蜗轮7b设置为边沿设置出齿牙的圆盘结构。所述的滑杆5与滑道7a之间设置弹簧6。 所述的步进电机11通过发动机ECU控制。
本发明还提供一种连续可变气门升程装置的控制方法，所述的连续可变气 门升程装置的控制方法为
a) 所述的发动机ECU控制步进电机ll，步进电机带动蜗杆10转动；
b) 所述的蜗杆10带动控制臂7上的蜗轮7b绕旋转中心转动，进而带动滚 子3沿摇臂凹槽la绕凸轮轴8的中心移动；
C)所述的滚子3沿着摇臂凹槽la移动后，滚子3相对摇臂凹槽la的位置 连续变化，引起摇臂枢轴2两侧摇臂比的连续变化，进而可以使气门升程连续 变化。
如附图1和附图2所示，凸轮9固定安装在凸轮轴8上；控制臂7由两部 分结构组成，滑道7a和蜗轮7b，控制臂7旋转中心与凸轮轴中心线同轴，但彼 此独立运动，没有联动关系。摇臂1旋转支撑于枢轴2上，摇臂1可以绕枢轴2 做往复摆动；滚子3通过销轴4旋转支撑于滑杆5上，滑杆5滑动连接于控制 臂7的滑轨7a上，这样由滚子3、销轴4、滑杆5组成的结构在凸轮9驱动下 可以沿控制臂7上的滑道7a整体滑动，从而滚子3可以驱动摇臂1绕枢轴2往 复摆动，进而驱动气门12开启，为了保证滚子3与凸轮9始终可靠接触，在滑 杆5和滑道7a之间设有弹簧6，气门12的关闭由气门弹簧(图中未示出)来实 现。
参照附图3所示，摇臂1上的圆弧形凹槽la的圆弧圆心与凸轮9的基圆同 心，这样无论滚子3在摇臂凹槽la上的任何地方，都可以保证凸轮9相对滚子 3在基圆位置时，气门都是关闭状态的；同时凹槽la对滚子3在其上的移动起 导向作用。
参照图5—图6，步进电机11的动作由发动机ECU来控制，通过蜗杆10带 动控制臂7上的蜗轮7b绕旋转中心做转动，进而带动滚子3沿着摇臂凹槽la 绕凸轮轴8的中心移动。滚子3相对摇臂凹槽la的位置连续变化，可以引起摇 臂枢轴2两侧摇臂比的连续变化，进而可以使气门升程连续变化，当滚子3在 摇臂凹槽la上的位置靠近枢轴2时，气门升程变大，同时由于凸轮9为逆时针 旋转，气门正时被推迟；反之，当滚子3在摇臂凹槽la上的位置远离枢轴2时，气门升程变小，气门正时被提前。
另外，适用于本发明的滚子3驱动装置，不仅限于上述步进电机形式。只 要是能使滚子3绕凸轮8的基圆圆心移动的驱动装置，就可以广泛适用。
图8是表示气门升程变化时的气门正时情况，如图所示，当滚子3在摇臂 凹槽la上的位置靠近枢轴2时，气门升程变大，同时可以推迟气门正时，反之， 气门正时气门正时随着气门升程的变小而提前。因此，当气门12是进气门时， 可以很好的适应发动机工作的需要，增大气门升程的同时推迟气门正时相位。 另外，也可以增加诸如VVT等控制机构，对气门正时进行动态调整，使得气门 正时在最佳状态。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不 受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进， 或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的 保护范围内。
权利要求
1、一种连续可变气门升程装置，包括摇臂(1)，凸轮轴(8)，凸轮(9)，气门(12)，其特征在于所述的连续可变气门升程装置还包括摇臂圆弧凹槽(1a)，枢轴(2)，滚子(3)，销轴(4)，滑杆(5)，控制臂(7)，蜗杆(10)，步进电机(11)，所述的摇臂(1)套装在枢轴(2)上，滚子(3)与摇臂(1)表面接触，滚子(3)通过与其表面连接的销轴(4)的滑杆(5)连接，所述的控制臂(7)一端为滑道(7a)，另一端为蜗轮(7b)，滑杆(5)与空心结构的滑道(7a)套装，蜗轮(7b)为带齿牙的结构，蜗轮(7b)与蜗杆(10)连接，蜗杆(10)通过步进电机(11)控制。
2、 按照权利要求l所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述的摇 臂(1)与枢轴(2)之间设置为可往复摆动的活动结构，所述的摇臂圆弧凹槽(la)设置在摇臂(1)底部的表面上，，所述的滚子(3)与摇臂圆弧凹槽(la) 接触。
3、 按照权利要求1或2所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述 的摇臂(1)上的圆弧形凹槽(la)的圆弧圆心设置为与凸轮(9)的基圆同心 的结构。
4、 按照权利要求l所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述的与 滚子(3)通过销轴(4)连接的滑杆(5)设置为两者之间的侧面之间呈H型的 结构，所述的滑杆(5)与滑道(7a)套装的一端设置为长方体结构，所述的滑 道(7a)设置为与滑杆(5)外表面配合的结构。
5、 按照权利要求l所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述的控 制臂(7)的蜗轮(7b)中心与凸轮轴(8)中心同轴，但彼此独立运动，没有 联动关系，控制臂(7)可以设置在凸轮轴(8)的轴承盖或缸盖上(图中未示 出)，所述的凸轮(9)设置在凸轮轴(8)上。
6、 按照权利要求1或5所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述 的控制臂(7)的蜗轮(7b)设置为边沿设置出齿牙的圆盘结构。
7、 按照权利要求l所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述的滑 杆(5)与滑道(7a)之间设置弹簧(6)。
8、 按照权利要求l所述的连续可变气门升程装置，其特征在于所述的步 进电机(11)通过发动机ECU控制。
9、 一种连续可变气门升程装置的控制方法，其特征在于所述的连续可变 气门升程装置的控制方法为a) 所述的发动机ECU控制步进电机(11)，步进电机带动蜗杆(10)转动；b) 所述的蜗杆(10)带动控制臂(7)上的蜗轮(7b)绕旋转中心转动， 进而带动滚子(3)沿摇臂凹槽(la)绕凸轮轴(8)的中心移动；c) 所述的滚子(3)沿着摇臂凹槽(la)移动后，滚子(3)相对摇臂凹槽 (la)的位置连续变化，引起摇臂枢轴(2)两侧摇臂比的连续变化，进而可以使气门升程连续变化。
全文摘要
本发明提供一种应用于内燃机的气门控制系统的连续可变气门升程装置，本发明还涉及这种连续可变气门升程装置的控制方法，所述的连续可变气门升程装置的摇臂(1)套装在枢轴(2)上，滚子(3)与摇臂(1)表面接触，滚子(3)通过与其表面连接的销轴(4)的滑杆(5)连接，所述的控制臂(7)一端为滑道(7a)，另一端为蜗轮(7b)，滑杆(5)与空心结构的滑道(7a)套装，蜗轮(7b)为带齿牙的结构，蜗轮(7b)与蜗杆(10)连接，蜗杆(10)通过步进电机(11)控制。本发明的技术方案，结构简单紧凑，实现简单，成本低，可靠性高，能以较大灵活性改变气门的升程特性。
文档编号F01L13/00GK101581240SQ200910117200
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者胡耀华 申请人:奇瑞汽车股份有限公司