本發(fā)明涉及活塞式內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及機械性的實時連續(xù)調(diào)節(jié)氣門升程和開啟持續(xù)期的機構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機為了連續(xù)穩(wěn)定工作，需每工作循環(huán)在配氣機構(gòu)的控制下進行工質(zhì)(氣體充量)更迭。傳統(tǒng)配氣機構(gòu)在發(fā)動機一經(jīng)制造，其氣門正時、升程及開啟持續(xù)期即已固化，進而導(dǎo)致工質(zhì)進出氣缸的過程相對固化。而發(fā)動機復(fù)雜的運行工況要求相對靈活的工質(zhì)控制，對于點燃式內(nèi)燃機，這一點尤其重要。

由于排放規(guī)范的要求，通常條件下，現(xiàn)有點燃式內(nèi)燃機采用節(jié)氣門控制工質(zhì)的量大體線性關(guān)系于燃油噴射量，從而在低負荷運行時，由于工質(zhì)太少，無法充滿氣缸，因而在吸氣沖程產(chǎn)生明顯的無法進行能量回收的氣缸內(nèi)真空度，亦即泵氣損失，導(dǎo)致油耗上升。

為解決此問題，現(xiàn)有點燃式內(nèi)燃機大量采用凸輪軸正時調(diào)節(jié)裝置，以改變配氣正時，但氣門升程及開啟持續(xù)期不變，雖然泵氣損失有一定降低，但在進氣沖程及壓縮沖程仍有明顯的流動損失，影響節(jié)油效果?，F(xiàn)有點燃式內(nèi)燃機還有采用兩級氣門升程切換裝置，在低負荷時使用一個較小的氣門升程和開啟持續(xù)期，高負荷時使用另一個較大的，其由于級數(shù)有限，泵氣損失的降低效果亦有限?，F(xiàn)有點燃式內(nèi)燃機還有采用廢氣再循環(huán)方法，通過燃燒過的廢氣占據(jù)缸內(nèi)容積來減小泵氣損失，但由于二氧化碳的惰性，和氧氣比份降低，很低負荷時燃燒穩(wěn)定性會受影響，從而限制了使用工況范圍。

如果配氣機構(gòu)可在控制系統(tǒng)的控制下，應(yīng)發(fā)動機工況的變化而無級調(diào)節(jié)氣門升程和開啟持續(xù)期，則工質(zhì)總可以較佳的時機及流通截面積進入氣缸，從而使氣缸內(nèi)真空度不會太大，亦即泵氣損失減小，最終最大程度提高低負荷時的燃油經(jīng)濟性。此外，當自然吸氣發(fā)動機運行于外特性時，連續(xù)調(diào)節(jié)氣門升程和開啟持續(xù)期還可在不同發(fā)動機轉(zhuǎn)速下最大程度的將工質(zhì)引入和保留在氣缸內(nèi)， 從而提升發(fā)動機扭矩和功率。因此，連續(xù)可調(diào)節(jié)氣門升程和開啟持續(xù)期技術(shù)可兼顧低負荷節(jié)油和動力性改善的技術(shù)效果。

正因如此，連續(xù)可調(diào)節(jié)氣門升程和開啟持續(xù)期技術(shù)是活塞式發(fā)動機領(lǐng)域的開發(fā)熱點之一，而其中機械類型的更由于相對低的成本、較好的可靠性和較為成熟的制造方式而備受重視。

但是，發(fā)動機在應(yīng)用機械式連續(xù)可調(diào)節(jié)氣門升程和開啟持續(xù)期技術(shù)時，往往希望機構(gòu)能利用現(xiàn)有的凸輪軸驅(qū)動系統(tǒng)，亦即機構(gòu)不要改變凸輪軸驅(qū)動軸線的位置，以盡量減少外圍部件的變動，不必大幅修改發(fā)動機生產(chǎn)線和裝配線，從而控制開發(fā)風險和制造成本；此外，在不同氣門開啟持續(xù)期時，機構(gòu)自身如能實現(xiàn)較為一致的開啟相位，這樣就不必對凸輪軸正時調(diào)節(jié)裝置提出過高的調(diào)節(jié)范圍要求和隨之而來的響應(yīng)速度要求；另外，機構(gòu)的整個傳動鏈應(yīng)盡量短，從而系統(tǒng)剛度高，有利于降低噪音、提高最大應(yīng)用轉(zhuǎn)速和工作穩(wěn)定性。而目前，罕見機構(gòu)能同時滿足這些要求，這也正是本發(fā)明針對解決的技術(shù)障礙，和要實現(xiàn)的獨特性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明公開了一種用于活塞式內(nèi)燃機的、可實時連續(xù)調(diào)節(jié)氣門升程和開啟持續(xù)期的機構(gòu)，其被布置在活塞式內(nèi)燃機上，設(shè)在凸輪軸驅(qū)動裝置及氣門總成的傳動裝置之間，機構(gòu)包括：

凸輪軸(100)，其具有旋轉(zhuǎn)軸線(101)，及整周的凸輪廓面(102)；

控制軸(200)，其具有與凸輪軸旋轉(zhuǎn)軸線(101)平行的旋轉(zhuǎn)軸線(201)，及特殊的外輪廓面(202)；

擺臂(300)，其具有圓孔(301)，且該圓孔(301)的軸線與凸輪軸旋轉(zhuǎn)軸線(101)鉸接重合，擺臂(300)可繞凸輪軸旋轉(zhuǎn)軸線(101)往復(fù)擺動，擺臂(300)還具有與圓孔(301)的軸線不重合的旋轉(zhuǎn)軸心(302)，擺臂(300)還具有特殊外輪廓面(303)，該輪廓面(303)與氣門總成(700)的傳動裝置(600)接觸，以驅(qū)動氣門運動；

拉桿(400)，其近端有旋轉(zhuǎn)軸心(401)，且該軸心(401)與擺臂旋轉(zhuǎn)軸心(302)鉸接重合，拉桿(400)可繞擺臂旋轉(zhuǎn)軸心(302)往復(fù)擺動，拉桿(400)遠端在兩側(cè)各有一特殊輪廓面，其中第一廓面(402)與凸輪軸凸輪廓面(102) 接觸，第二廓面(403)與控制軸輪廓面(202)接觸；

彈性組件(500)，其作用于機構(gòu)，使各接觸點貼緊，使機構(gòu)運動狀態(tài)確定。

在上述機構(gòu)中，凸輪軸(100)由發(fā)動機正時系統(tǒng)驅(qū)動連續(xù)旋轉(zhuǎn)，控制軸(200)由控制系統(tǒng)通過傳動裝置旋轉(zhuǎn)并穩(wěn)定于某一相位。凸輪軸(100)通過凸輪廓面(102)與拉桿第一廓面(402)接觸作用，使其第二廓面(403)沿控制軸輪廓面(202)運動，從而驅(qū)動拉桿(400)拖動擺臂旋轉(zhuǎn)軸心(302)，形成擺臂(300)繞凸輪軸旋轉(zhuǎn)軸線(101)的往復(fù)擺動，進而通過擺臂輪廓面(303)經(jīng)氣門總成傳動裝置(600)驅(qū)動氣門總成(700)，形成氣門升程和開啟持續(xù)期。

由于擺臂輪廓面(303)由圓柱面(304)及函數(shù)型面(305)組成，且圓柱面(304)的軸線與擺臂圓孔(301)的軸線重合。在驅(qū)動氣門總成(700)及其傳動裝置(600)時，函數(shù)型面(305)的作用效果為形成升程和開啟持續(xù)期，而圓柱面(304)的作用效果為形成零升程和零開啟持續(xù)期，因而其在整個驅(qū)動過程中所占比例越大，則最終實現(xiàn)的氣門升程和開啟持續(xù)期就越小，甚至為零。

當控制系統(tǒng)通過傳動裝置旋轉(zhuǎn)控制軸(200)并穩(wěn)定于任一相位時，將通過外輪廓面(202)限制拉桿(400)的空間位置，進而調(diào)節(jié)擺臂(300)擺動的初始相位，即擺臂輪廓面(303)中的圓柱面(304)與氣門總成傳動裝置(600)的接觸點相位，亦即改變驅(qū)動過程中圓柱面(304)的作用效果所占的時間長度比例，從而改變了氣門升程的大小和開啟持續(xù)期的長短，且二者一一對應(yīng)。

因此，采用本發(fā)明所述機構(gòu)，可實現(xiàn)氣門升程何開啟持續(xù)期可連續(xù)調(diào)節(jié)，進而控制內(nèi)燃機運行時進入氣缸的工質(zhì)量，以達到降低泵氣損失、提升燃油經(jīng)濟性和動力性的作用，并且不需對原發(fā)動機的凸輪軸線位置做出改變，從而對正時系統(tǒng)等外圍件、及凸輪軸孔加工等生產(chǎn)線的影響控制在最小。在不同的開啟持續(xù)期，機構(gòu)開啟相位差別較小，現(xiàn)有凸輪軸正時裝置的調(diào)節(jié)能力和響應(yīng)速度已能滿足要求，不需重新開發(fā)。此外，機構(gòu)傳動鏈短，可以實現(xiàn)較高的系統(tǒng)剛度，對提高發(fā)動機應(yīng)用轉(zhuǎn)速上限、工作穩(wěn)定性和降低噪音有利。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機構(gòu)原理圖。

圖2是本發(fā)明的機構(gòu)的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖3是本發(fā)明的機構(gòu)的一個具體實施例的立體圖。

圖4是本發(fā)明的機構(gòu)的一個具體實施例的主體分解圖。

圖5是本發(fā)明的機構(gòu)的一個具體實施例的拉桿(400)的分解圖。

圖6是本發(fā)明的機構(gòu)調(diào)節(jié)到小升程時的工作圖，其中(A)是氣門關(guān)閉時，(B)是氣門開啟到最大時。

圖7是本發(fā)明的機構(gòu)調(diào)節(jié)到大升程時的工作圖，其中(A)是氣門關(guān)閉時，(B)是氣門開啟到最大時。

圖8是本發(fā)明的機構(gòu)實現(xiàn)的氣門升程曲線圖。

附圖標記說明

100：凸輪軸

101：凸輪軸旋轉(zhuǎn)軸線

102：凸輪軸凸輪廓面

110：凸輪軸軸管

120：凸輪

200：控制軸

201：控制軸旋轉(zhuǎn)軸線

202：控制軸外輪廓面

300：擺臂

301：擺臂圓孔

302：擺臂旋轉(zhuǎn)軸心

303：擺臂外輪廓面

304：擺臂外輪廓面的圓柱面部分

305：擺臂外輪廓面的函數(shù)型面部分

310：擺臂體

320：銷釘

330：緊定螺釘

340：調(diào)節(jié)螺釘

400：拉桿

401：拉桿旋轉(zhuǎn)軸心

402：拉桿第一廓面

403：拉桿第二廓面

410：拉桿體

420：滾輪

430：滾針軸承

440：擋圈

450：銷

600：傳動裝置

700：氣門總成

710：氣門

具體實施方式

在汽油機上實施的一個具體案例如附圖2、3、4、5所示。

凸輪軸(100)由軸管(110)及兩片凸輪(120)緊配套裝而成，以軸管軸線為旋轉(zhuǎn)軸線(101)，由發(fā)動機正時系統(tǒng)驅(qū)動連續(xù)旋轉(zhuǎn)。兩片凸輪(120)具有相同的整周的凸輪廓面(102)。

控制軸(200)具有旋轉(zhuǎn)軸線(201)及特殊的輪廓面(202)，由未示出的控制機構(gòu)調(diào)節(jié)相位。

擺臂(300)由擺臂體(310)、銷釘(320)、緊定螺釘(330)及調(diào)節(jié)螺釘(340)裝配而成，置于兩片凸輪(120)中間。擺臂體(310)具有圓孔(301)，該圓孔(301)在公差范圍內(nèi)略大于凸輪軸管(110)外徑，擺臂體(310)以圓孔(301)鉸接在凸輪軸管(110)上。擺臂體(310)下端具有輪廓面(303)，與氣門(710)的傳動裝置(600)接觸。擺臂體(310)遠端與扭簧(500)接觸。通過擰緊緊定螺釘(330)和調(diào)節(jié)螺釘(340)將銷釘(320)緊固在擺臂體(310)上，并以銷釘(320)的軸線充當旋轉(zhuǎn)軸心(302)。

拉桿(400)由拉桿體(410)、銷(450)、擋圈(440)及對稱分布的一對滾針軸承(430)和一對滾輪(420)裝配而成。拉桿體(410)一端有小圓孔，其軸線為旋轉(zhuǎn)軸心(401)，通過該小圓孔將拉桿(400)鉸接在擺臂銷釘(320)上。拉桿體(410)另一端具有大圓孔和圓柱面(403)，且二者軸線重合。擋圈(440)及滾針軸承(430)置于大圓孔內(nèi)，一對滾輪(420)對稱置于大圓孔外，通過銷(450)將擋圈(440)、滾針軸承(430)及滾輪(420)串連，且銷(450) 與滾輪(420)緊配連接。滾輪(420)外圓柱面充當?shù)谝焕?402)，與凸輪軸凸輪(101)的廓面接觸；圓柱面(403)與控制軸輪廓面(202)接觸。

彈性組件(500)由扭簧充當，一端固定于缸蓋，另一端作用于擺臂體(310)，使機構(gòu)運動狀態(tài)確定。該件未在圖3、4、5中示出。

圖6、7簡要示出當控制軸(200)分別處在最小或最大升程相位時，凸輪(120)順時針旋轉(zhuǎn)約半周，將拉桿(400)由最近位置驅(qū)動至最遠，機構(gòu)對應(yīng)的狀態(tài)，可見，隨著控制軸(200)旋轉(zhuǎn)相位的調(diào)節(jié)，機構(gòu)可實現(xiàn)有很大不同的氣門升程，而控制軸(200)數(shù)個不同相位下的氣門升程曲線簇參見圖8。由圖8可見，不同的氣門升程一一對應(yīng)不同的開啟持續(xù)期，且當每一升程曲線的最大值增加，該點的相位單調(diào)推遲。

以上列舉具體實施例來詳細闡明本發(fā)明所述的連續(xù)可調(diào)節(jié)氣門升程及開啟持續(xù)期機構(gòu)。該個例僅供說明本發(fā)明的原理及其實施方式，而非對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明所述的機構(gòu)原理和組件范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可做出各種變形和改進。因此，所有等同的機構(gòu)方案均應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇并為本發(fā)明的各項權(quán)利要求所限定。