CN108590800B - 一种机械式可变气门驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种机械式可变气门驱动机构，包括凸轮和齿轮，凸轮的外圆周表面设有第一型线和第二型线，齿轮内部套接柱塞套，并可绕柱塞套做旋转运动，当齿轮相对柱塞套升高时，第一型线与齿轮的顶端接触配合；当齿轮相对于柱塞套降低时，第二型线与柱塞套的顶端接触配合，柱塞套内部套接柱塞，柱塞底部固定连接气门套筒，气门套筒外部套接固定件，下方安装气门，气门中部设有气门弹簧，底部与连接气门座。本发明创造所述的机械式可变气门驱动机构，不需要在每一个工作循环下都对控制机构进行操作，而是在冲程需要改变的工况下才进行调整，控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

Description

一种机械式可变气门驱动机构

技术领域

本发明创造属于发动机领域，尤其是涉及一种机械式可变气门驱动机构。

背景技术

内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的排放法规与经济性指标。传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术控制排放，降低油耗。

可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者主要改变机械结构，因此结构简单，响应速度快，但是因为保留了凸轮，其气门只是相对可变，并不能任意可变。而无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程及持续期。就驱动方式来分，无凸轮配气技术分为电磁驱动、电气驱动、电机驱动、电液驱动等方式。相对于电磁驱动的能耗大，电气驱动的响应速度低及不稳定，电机驱动的系统复杂等缺点，电液驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度较快。然而它也有不可避免的缺点：高转速下液压系统流量不够，气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大。因此主要用于柴油机这种转速较低的发动机上，除此之外，还必须要采用昂贵的电液伺服系统及相对复杂的控制技术来精确的控制气门行程避免落座冲击，大大增加了发动机的成本。因此，需要针对发动机具体的用途来采用合适的可变气门技术。

已经公知的是，如发明专利(名称：多模式2冲程/4冲程内燃发动机；专利号：200880102440.0)中所描述的，通过将发动机冲程从4冲程运行切换到2冲程运行可以使得燃烧频率被翻倍,甚至在每一循环的输出功相同时也实现发动机功率的翻倍。由此，有必要针对上述需求，研究耗能低、结构简单而又灵活可变的气门机构，以实现2/4冲程互换功能。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种机械式可变气门驱动机构，通过改变凸轮型线与齿轮、柱塞套之间的配合规律，从而改变凸轮与气门之间的配合关系，最终实现2/4冲程的互换功能。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种机械式可变气门驱动机构,包括凸轮、柱塞套、齿轮、气门机构和柱塞，所述柱塞套底部驱动连接气门机构，内部套接所述柱塞，外部套接所述齿轮，所述齿轮外部连接控制杆，所述控制杆控制所述齿轮绕所述柱塞套做相对升降的旋转运动，所述凸轮的外圆周表面设有一对第一型线和一对第二型线，当所述齿轮相对所述柱塞套升高时，所述第一型线与所述齿轮的顶端接触配合；当所述齿轮相对于所述柱塞套降低时，所述第二型线与所述柱塞套的顶端接触配合。

进一步的，所述第一型线为双桃形，当所述第一型线与所述齿轮顶端接触配合时，所述凸轮每转一圈，所述第一型线驱动所述柱塞套两次。

进一步的，所述第二型线为单桃形，当所述第二型线与所述柱塞套顶端接触配合时，所述凸轮每转一圈，所述第二型线驱动所述柱塞套一次。

进一步的，所述齿轮、所述柱塞套和所述柱塞同轴。

进一步的，所述齿轮内回转表面设有斜槽，所述柱塞套外回转表面固定设有与所述斜槽配合的第一凸块。

进一步的，所述柱塞套内回转表面沿轴向设有第一凹槽，所述柱塞外回转表面固定设有与所述第一凹槽配合的第二凸块。

进一步的，所述固定件内回转表面沿轴向设有第二凹槽，所述气门套筒外回转表面固定设有与所述第二凹槽配合的第三凸块。

进一步的，所述控制杆上设有直齿轮。

进一步的，所述凸轮转速与发动机转速比为1:2。

进一步的，所述气门机构包括固定件、气门座、气门、气门弹簧和气门套筒，所述气门套筒顶部固定连接所述柱塞，外部套接所述固定件，下方安装所述气门，所述气门中部设有所述气门弹簧，底部与所述气门座配合连接。

相对于现有技术，本发明创造所述的机械式可变气门驱动机构具有以下优势：

(1)本发明创造所述的机械式可变气门驱动机构，不需要在每一个工作循环下都对控制机构进行操作，而是在冲程需要改变的工况下才进行调整，控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

(2)本发明创造所述的机械式可变气门驱动机构，设置的控制杆，可以通过直线移动来控制齿轮的转动，从而使齿轮相对于柱塞套上下移动。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例处于4冲程工况下气门开启时的示意图；

图2是本发明实施例处于4冲程工况下气门关闭时的示意图；

图3是本发明实施例处于2冲程工况下气门开启时的示意图；

图4是本发明实施例处于2冲程工况下气门关闭时的示意图；

图5是本发明实施例中凸轮的主视图；

图6是本发明实施例中凸轮的侧视图；

图7是本发明实施例中凸轮的俯视图；

图8是图1中柱塞套与柱塞配合的俯视图；

图9是本发明实施例中齿轮的内部示意图；

图10是本发明实施例中齿轮与控制杆配合的示意图；

图11是图1中气门套筒与固定件配合的俯视图。

附图标记说明：

1-凸轮；11-第一型线；12-第二型线；2-柱塞套；21-第一凸块；3-齿轮；31-斜槽；4-固定件；5-气门座；6-气门；7-气门弹簧；8-气门套筒；9-柱塞；10-控制杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种机械式可变气门驱动机构，如图1至图11所示，包括凸轮1、柱塞套2、齿轮3、气门机构和柱塞9，所述柱塞套2底部驱动连接气门机构，内部套接所述柱塞9，外部套接所述齿轮3，所述齿轮3外部连接控制杆10，所述控制杆10控制所述齿轮3绕所述柱塞套2做相对升降的旋转运动，所述凸轮1的外圆周表面设有一对第一型线11和一对第二型线12，当所述齿轮3相对所述柱塞套2升高时，所述第一型线11与所述齿轮3的顶端接触配合；当所述齿轮3相对于所述柱塞套2降低时，所述第二型线12与所述柱塞套2的顶端接触配合。

所述第一型线11为双桃形，当所述第一型线11与所述齿轮3顶端接触配合时，所述凸轮1每转一圈，所述第一型线11驱动所述柱塞套2两次。

所述第二型线12为单桃形，当所述第二型线12与所述柱塞套2顶端接触配合时，所述凸轮1每转一圈，所述第二型线12驱动所述柱塞套2一次。

所述齿轮3、所述柱塞套2和所述柱塞9同轴，使齿轮3在控制杆10的作用下只能相对柱塞套2上下运动，有效防止驱动机构失效。

所述齿轮3内回转表面设有斜槽31，所述柱塞套2外回转表面固定设有与所述斜槽31配合的第一凸块21。

所述柱塞套2内回转表面沿轴向设有第一凹槽，所述柱塞9外回转表面固定设有与所述第一凹槽配合的第二凸块。

所述固定件4内回转表面沿轴向设有第二凹槽，所述气门套筒8外回转表面固定设有与所述第二凹槽配合的第三凸块。

所述控制杆10上设有直齿轮。

所述凸轮1转速与发动机转速比为1:2。

所述气门机构包括固定件4、气门座5、气门6、气门弹簧7和气门套筒8，所述气门套筒8顶部固定连接所述柱塞9，外部套接所述固定件4，下方安装所述气门6，所述气门6中部设有所述气门弹簧7，底部与所述气门座5配合连接。

一种机械式可变气门驱动机构的工作过程为：

如图8所示，由于所述柱塞套2内回转表面沿轴向设有第一凹槽，所述柱塞9外回转表面固定设有与所述第一凹槽配合的第二凸块，因此所述柱塞套2只能沿轴向方向运动，而不能绕自身轴线做旋转运动；

如图8至图10所示，由于所述齿轮3内回转表面设有斜槽31，所述柱塞套2外回转表面固定设有与所述斜槽31配合的第一凸块21，因此利用控制杆10的直线移动来控制所述齿轮3的转动过程中(见图10)，可以使所述柱塞套2相对于所述齿轮3向上或者向下移动。

如图11所示，由于所述固定件4内回转表面沿轴向设有第二凹槽，所述气门套筒8外回转表面固定设有与所述第二凹槽配合的第三凸块，因此所述气门套筒8以及固定于气门套筒8顶端的柱塞9只能沿轴向方向运动，而不能绕自身轴线做旋转运动；

在图1和图2中，利用控制杆10控制所述齿轮3的旋转，使所述齿轮3相对所述柱塞套2降低，所述第二型线12与所述柱塞套2顶端互相配合，所述柱塞套2与所述齿轮3、气门套筒8、气门6可构成一整体。所述第一型线11与所述齿轮3无接触，因此所述第一型线11的运动规律对所述齿轮3无影响。在图1中，所述第二型线12处于凸起状态，此时所述第二型线12对所述柱塞套2、气门6进行驱动，克服所述气门弹簧7的作用力使所述气门6远离所述气门座5，从而实现气门6的开启。在图2中，所述第二型线12处于基圆状态，此时所述第二型线12对所述柱塞套2以及气门6无驱动作用，因此气门6在所述气门弹簧7的预紧力作用下处于关闭状态。由于所述第二型线12为单桃形状，且所述凸轮1转速与发动机转速比为1:2，所以发动机每转二圈，所述凸轮1转一圈，所述第二型线12可驱动柱塞套2以及所述气门6一次，使发动机做功一次，因此为四冲程模式。

在图3和图4中，利用控制杆10控制所述齿轮3的旋转，使所述齿轮3相对所述柱塞套2升高，此时所述第一型线11与所述齿轮3顶端互相配合，所述齿轮3与所述柱塞套2、所述气门套筒8、气门6可构成一整体。所述第二型线12与所述齿轮3无接触，因此所述第二型线12的运动规律对所述齿轮3无影响。在图3中，所述第一型线11处于凸起状态，此时所述第一型线11对所述齿轮3、所述柱塞套2、气门6进行驱动，克服所述气门弹簧7的作用力使所述气门6远离所述气门座5，从而实现气门6的开启。在图4中，所述第一型线11处于基圆状态，此时所述第一型线11对所述齿轮3、所述柱塞套2、气门6无驱动作用，因此气门6在所述气门弹簧7的预紧力作用下处于关闭状态；由于所述第一型线11为双桃形状，且所述凸轮1转速与发动机转速比为1：2，所以发动机每转二圈，所述凸轮1转一圈，所述第一型线11可驱动所述齿轮3、柱塞套2以及所述气门6两次，使发动机做功两次，因此为二冲程模式。

值得注意的是，如果所述柱塞套2和所述柱塞9不仅能沿轴向运动而且还能绕自身轴线转动时，则会使所述控制杆10在控制齿轮3的转动过程中，出现所述齿轮3与所述柱塞套2、所述柱塞9一起同步转动，导致齿轮3不相对于所述柱塞套2上下运动，从而使机构失效。

综上，通过改变所述控制杆10的直线运动位移，可以改变凸轮1与所述齿轮3、所述柱塞套2之间的配合规律，最终改变所述气门6的运动规律，实现2/4冲程可变。本发明不需要在每一个工作循环下都对控制机构进行操作，而是在冲程需要改变的工况下才进行调整，控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：包括凸轮(1)、柱塞套(2)、齿轮(3)、气门机构和柱塞(9)，

所述柱塞套(2)底部驱动连接气门机构，内部套接所述柱塞(9)，外部套接所述齿轮(3)，所述齿轮(3)外部连接控制杆(10)，所述齿轮(3)内回转表面设有斜槽(31)，所述柱塞套(2)外回转表面固定设有与所述斜槽(31)配合的第一凸块(21)，所述控制杆(10)通过直线移动控制所述齿轮(3)绕所述柱塞套(2)做相对升降的旋转运动，

所述凸轮(1)的外圆周表面设有一对第一型线(11)和一对第二型线(12)，当所述齿轮(3)相对所述柱塞套(2)升高时，所述第一型线(11)与所述齿轮(3)的顶端接触配合；当所述齿轮(3)相对于所述柱塞套(2)降低时，所述第二型线(12)与所述柱塞套(2)的顶端接触配合。

2.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述第一型线(11)为双桃形，当所述第一型线(11)与所述齿轮(3)顶端接触配合时，所述凸轮(1)每转一圈，所述第一型线(11)驱动所述柱塞套(2)两次。

3.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述第二型线(12)为单桃形，当所述第二型线(12)与所述柱塞套(2)顶端接触配合时，所述凸轮(1)每转一圈，所述第二型线(12)驱动所述柱塞套(2)一次。

4.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述齿轮(3)、所述柱塞套(2)和所述柱塞(9)同轴。

5.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述气门机构包括固定件(4)、气门座(5)、气门(6)、气门弹簧(7)和气门套筒(8)，所述气门套筒(8)顶部固定连接所述柱塞(9)，外部套接所述固定件(4)，下方安装所述气门(6)，所述气门(6)中部设有所述气门弹簧(7)，底部与所述气门座(5)配合连接。

6.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述柱塞套(2)内回转表面沿轴向设有第一凹槽，所述柱塞(9)外回转表面固定设有与所述第一凹槽配合的第二凸块。

7.根据权利要求5所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述固定件(4)内回转表面沿轴向设有第二凹槽，所述气门套筒(8)外回转表面固定设有与所述第二凹槽配合的第三凸块。

8.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述控制杆(10)上设有直齿轮。

9.根据权利要求1所述的一种机械式可变气门驱动机构，其特征在于：所述凸轮(1)转速与发动机转速比为1:2。

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