内燃机进排气阀驱动装置的制造方法
内燃机进排气阀驱动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机进排气阀驱动装置，该装置包括驱动元件和进排气阀控制元件，所述进排气阀控制元件上设有支承面。
【背景技术】
[0002]对于内燃机而言，由于经常在部分负荷工况下运转，残余废气系数较高，故如何提高发动机燃烧工作稳定性，减小部分负荷时泵气损失，组织快速的燃烧过程，提高燃烧效率就极为重要。因此，在发动机部分负荷时希望通过较小的气门升程，提高进气压差，增加通过气门的气流速度，增加湍流强度，提高火焰传播速度和燃烧速度，组织快速的燃烧过程。而在发动机高速高负荷时需要采用较大的气门升程，以最大程度地减小流动阻力，提高气缸的填充系数，满足发动机高速时的动力性需求。
[0003]除了调节发动机的进气量需求外，还存在通过加大米勒循环的力度、加大内部EGR量、改变有效压缩比、改善燃烧效率、实现部分停缸、实现低温燃烧或HCCI燃烧以提高发动机的燃油经济性和降低尾气污染物的排放的需求，以及改善冷启动性能、实现大功率的发动机刹车等增加发动机的商品性等需求。这些需求都可以用可变气门升程技术来满足。
[0004]中国专利200910203761.6公开了一种驱动装置，该驱动装置用于内燃机进排气阀的驱动。该驱动装置采用了一个致动机构，致动机构包括一根连杆和一个曲柄。该致动机构能够将来自凸轮的运动传递给与致动机构配合工作的摇臂。通过调节致动机构中的连杆的初始位置，可以对内燃机进排气阀的升程进行调节。
[0005]显然，根据中国专利申请200910203761.6所公开的机构中，在开启内燃机进排气阀时，整个致动机构，即连杆处于运动状态。这将导致机构的运动惯量较大。对于内燃机而言，在运动的传递路径上任何一个部件或零件的运动惯量大，都意味着:系统摩擦阻力大，系统运动惯性大，导致驱动功率大，导致油耗的增加。
[0006]此外，根据中国专利申请200910203761.6所公开的驱动装置，虽然能够对内燃机进排气阀的升程进行调节，但是由于其采用了调节摇臂机构的杠杆比的方式，所以，其对升程的调节范围是有限的，特别是不能实现零升程的调节。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种内燃机进排气阀驱动装置，该装置在能够对内燃机进排气阀的升程进行0~100%之间的连续调节的前提下，减少内燃机进排气阀开启和关闭过程中参与运动的零件数。
[0008]为实现上述发明目的，根据本发明提供一种内燃机进排气阀驱动装置，包括调节元件；运动传输件；驱动元件；进排气阀控制元件，所述进排气阀控制元件具有支承面；所述调节元件的一端设置有工作曲面，其另一端设有铰接孔；所述运动传输件抵靠在所述调节元件的所述工作曲面、所述进排气阀控制元件的所述支承面和所述驱动元件上，并由所述驱动元件驱动。
[0009]根据本发明的一个方面，所述进排气阀控制元件为一个细长体，其一端设有连接件，另一端设有驱动工作面，在所述进排气阀控制元件两端之间的一侧上设有所述支承面。
[0010]根据本发明的一个方面，所述进排气阀控制元件包括驱动部分和调节部分，所述驱动部分和所述调节部分之间成0°?180°的夹角，所述调节部分上设置有所述支承面。
[0011]根据本发明的一个方面，所述进排气阀控制元件是一个致动柱，所述致动柱为一个中空圆柱体，其中设有隔壁，所述隔壁的上方设有所述支承面。
[0012]根据本发明的一个方面，所述工作面包括非驱动部分和驱动部分，所述非驱动部分为与所述铰接孔同心的圆弧面。
[0013]根据本发明的一个方面，所述驱动部分与所述非驱动部分圆滑过渡，并且所述驱动部分为到所述调节元件的所述铰接孔中心的距离大于所述非驱动部分的半径的曲面。
[0014]根据本发明的一个方面，所述支承面为与所述铰接孔同心的圆弧面。
[0015]根据本发明的一个方面，所述运动传输件是一根轴，其中部与驱动元件接触而两端与调节元件和进排气阀控制元件接触；或是一根中间带有凸起部分的轴，其中间的凸起部分与驱动元件抵靠而两端与调节元件和进排气阀控制元件接触；或是一根变直径轴，其两端各带一个直径相同的部分，两直径相同的部分与调节元件和控制元件接触，直径相同的部分之间的轴部分与驱动元件接触；或是一根变直径轴，其中间带一个凸起部分而两端各带一个直径相同成为一对的端部，中间的凸起部分与驱动元件接触，两端部与调节元件和控制元件接触。
[0016]根据本发明的一个方面，所述运动传输件是一个刚性体，其一端设有铰接孔，而另一端为圆形；或是一个刚性体，其两端分别设有铰接孔，其中一个铰接孔与一个滚轮相连；或是一个细长刚性体，其一端设有铰接孔，用于与一个滚轮相连。
[0017]由于在根据本发明的驱动装置中，调节元件的工作曲面中的非驱动部分为与调节元件一端的铰接孔同心的圆弧面，驱动部分为一个到铰接孔中心的距离大于非驱动部分的半径的曲面，控制元件的支承面也是与调节元件的上述铰接孔同心的圆弧面，因此，在驱动元件的驱动过程中，当运动传输件在上述两个同心的圆弧面所形成的通道中移动时，运动传输件回转中心相对于调节元件回转中心即铰接孔的中心的距离并没有发生变化，因此运动传输件不会使控制元件摆动，所以这时内燃机进排气阀没有升程，阀门并不开启；当运动传输件越过了非驱动部分与驱动部分的分界点时，受到驱动部分曲面的限制，运动传输件只能改变运动路线，向远离铰接孔的中心的方向运动，从而推动控制元件摆动而使进排气阀开启。由此可见，在驱动元件的驱动过程中，运动传输件所通过的圆弧通道越短，内燃机进排气阀的升程越大，当运动传输件完全不通过圆弧通道时，内燃机进排气阀的升程达到最大；反之，运动传输件所通过的圆弧通道越长，内燃机进排气阀的升程越小，当运动传输件所通过的圆弧通道足够长时，即使驱动元件已经完成最大驱动量运动传输件也不能接触到调节元件的工作曲面的驱动部分，控制元件完全不会受到运动传输件的推动。换句话说，此时将内燃机进排气阀的升程调节到了零。
[0018]显而易见的是，本发明的驱动装置只采用调节元件和运动传输件的相对位置的配合，便实现了对内燃机进排气阀的零升程调节。相对于现有技术中采用几个甚至于十几个零件实现该功能而言，结构非常简单，可靠。
[0019]根据本发明的驱动装置，就调节元件而言，在对内燃机进排气阀的升程进行调节时，调节元件围绕其回转中心----即设置于其一端的铰接孔摆动；而在调节过程结束后，调节元件相对于其回转中心是固定不动的，由此约束被驱动元件驱动的运动传输件的运动轨迹，从而实现内燃机进排气阀按照调节好的阀门升程工作。可以看出，在内燃机进排气阀工作时，根据本发明的驱动装置中参与运动的零件是运动传输件和进排气阀控制元件。参与运动的元件或零件数量远远小于现有技术中同类驱动装置。显然，由于参与运动的元件数量锐减，所以运动惯量自然小；参与运动的零件数少，驱动装置中的摩擦副少，所以摩擦阻力小，传动损失少。
[0020]与现有技术中的可变气门机构相比，根据本发明的驱动装置可以降低系统的运动惯量，降低传动损失，提高驱动效率，降低驱动能耗和驱动功率，从而间接地降低该部分的油耗。由于减少了系统的零件并降低了驱动功率，所以可以降低系统整体的制造成本。
[0021]由于根据本发明的驱动装置中，参与运动的零件数少，系统尺寸链短，所以可以提高系统精度和控制精度，使系统可靠性得到改善。
[0022]根据本发明，由于能够对进排气阀的最大升程在O到100%的范围内进行调节，所以能够在更加大范围的工况下对发动机的性能进行优化。例如，在部分负荷时，调节进气阀的最大升程，实现加强油气二次混合的功能；调节气门的最大升程，实现调节气缸有效压缩比、实现米勒循环和HCCI燃烧的功能；由于本发明的装置可以采用单独的凸轮而非整个凸轮轴进行最大升程的调节，所以在多进气阀的发动机中，可调 节各进气阀为不同的最大升程，实现加强缸内涡流强度的功能。因此可以更大幅度地改善内燃机的燃烧效率和热效率，从而更大幅度地降低污染物的排放、降低油耗。
[0023]另外，根据本发明，由于能够对进排气阀实现零升程的调节，即在内燃机的运转过程中，可以将进排气阀的最大升程调整至0~100%最大升程的任意位置(包括常闭状态的零升程)，所以，使用本发明的装置可以实现对内燃机进气量的调节，因此能够取代现有的节气门装置。此外，使用本发明的装置可以实现对内燃机排气量的调节，即实现内部EGR功能，因此能够取代现有的外部EGR装置。再有，由于本发明的装置是通过独立的凸轮而非整个凸轮轴进行最大升程的调节，所以在多缸机中，使用本发明的装置可以对部分气缸进行关闭阀门的操作，从而实现部分停缸的功能，因此还能够取代现有的部分停缸装置。另外，可以使用本发明的装置对发动机的全部气缸进行关闭阀门的操作，从而实现超大功率的发动机刹车功能，因此能够取代现有的发动机刹车装置、排气辅助刹车装置或涡流减速器等
目.ο
[0024]综上所述，根据本发明的内燃机进排气阀装置，不仅能够对节能减排做出大的贡献，而且还能取代现有的发动机和车辆的辅助装置，大大降低了发动机及车辆的总体成本。
【附图说明】
[0025]图1 (a)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的示意图；图1(b)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的工作原理和调节原理的示意图；图1 (C)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的升程曲线的示意图；图1 (d)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的立体图。
[0026]图2为表示根据本发明的另一个实施方式的示意图，其中表示控制元件由两部分组成； 图3为表示根据本发明另一个实施方式的意图，其中表示控制元件的两部分夹角为180。；
图4表示根据本发明的另一个实施方式，其中的调节元件为呈倒置的钩子形状的元件；
图5示意性表示根据本发明的驱动装置的另一个实施方式，其中驱动元件位于调节元件的另一侧；
图6表示在根据图5所示的实施方式中调节元件由两个部分组成；
图7表示图5所示实施方式中的调节元件的两个部分相互分布在一条直线上；
图8示意性表示根据本发明的驱动装置的另一个实施方式，其中驱动元件为与运动传输件抵靠的推杆，其运动方式为直线往复运动，而非像凸轮的转动；
图9示意性表示根据本发明的驱动装置的另一个实施方式，其中，与图1 (a)表示的实施方式的区别仅在于用致动柱取代控制元件对进排气阀进行驱动；
图10是根据本发明的另一个实施方式，其中表示了一种运动传输件的结构方式；
图11是根据本发明的另一种实施方式，其中表示了一种相对附图10所示的运动传输件的变形的结构方式；
图12是根据本发明的另一种实施方式，其中表示了另一种运动传输件的结构方式。
[0027]
【具体实施方式】
[0028]下面针对本发明【具体实施方式】的描述所涉及的水平、垂直、上、下、左、右均以附图，尤其是附图1 (a)中所示意性表示的【具体实施方式】而言。S卩，图1 (a)中的水平方向为描述中的水平方向，图1 (a)中的垂直方向为描述中的垂直方向，图1 (a)中向上的方向为描述中的上，图1 (a)中向下的方向为描述中的下。描述中的水平、垂直、上、下、左、右仅为方便清楚理解本发明的【具体实施方式】。
[0029]图1 (a)表示了一个根据本发明的内燃机进排气阀驱动装置的【具体实施方式】，图1(d)是示意性表示图1 (a)所示实施方式的立体图。在该实施方式中，进排气阀控制元件4是一个细长体。如图所示，根据本实施方式，进排气阀控制元件4是一个可以绕其一端转动的摇臂。进排气阀控制元件4的最右侧端部还设有一个连接件10。在本实施方式中，该连接件10是一个与设置于其下方的液压作用筒相配合的铰接球头。这是因为在本实施方式采用了液压作用筒来消除根据本发明的驱动装置中各个零件之间的间隙。当然可以想象，也可以用一个简单的回转铰链替代此处的液压作用筒。当使用回转铰链时，进排气阀控制元件4的右端部设置相应的铰接孔。根据本实施方式，进排气阀控制元件4的右端铰接在液压机构的铰接球头上。进排气阀控制元件4的上侧设有用于与运动传输件2相互配合工作的支承面7，支承面7是与调节元件I的回转中心15同心的半径为R2的圆弧面。
[0030]如图1 (a)所示，运动传输件2抵靠在进排气阀控制元件4的支承面7上，并能够在该支承面7上滚动。同时，在本实施方式中，驱动元件3是一个凸轮。凸轮的工作面也与运动传输件2相接触，并在工作过程中，即在凸轮转动的时候，驱动运动传输件2在支承面7相应地滚动。
[0031]根据本发明的这种实施方式，上述驱动元件3，即凸轮将其运动传递给运动传输件2，运动传输件2在调节元件I的配合下把凸轮的运动传递给进排气阀控制元件4，进排气阀控制元件4再将该运动传递给进排气阀。
[0032]在图1(a)所示的根据本发明的这种实施方式中，调节元件I设置在驱动元件4之上方，即其回转中心15位于驱动元件4之上方。调节元件I的另一端上一图中所示的下端上一设有调节元件I的工作曲面5。如图1 (a)所示，调节元件I的工作曲面5至少由两部分组成，其中的一个部分是相对调节元件I的回转中心15等半径R1的非驱动部分8，其另一部分是相对回转中心15不等半径的驱动部分9，且驱动部分9到回转中心15的距离大于非驱动部分8的半径，驱动部分9与非驱动部分8是圆滑连接的，非驱动部分8与驱动部分9的分界点表示为Q。驱动部分9的形状可以根据内燃机的需要进行任意设计。调节元件I利用其工作曲面5上不同位置与运动传输件2相接触，从而形成对内燃机进排气阀的升程的调节。进排气阀的升程是由调节元件I进行调节的。显然，调节元件I上的工作曲面5的曲率变化，直接影响对进排气阀的升程的调节大小。
[0033]如图1 (a)所示，进排气阀控制元件4的最右侧端部还设有一个连接件10。在本实施方式中，该连接件10是一个与设置于其下方的液压作用筒相配合的铰接球头。这是因为在本实施方式采用了液压作用筒来消除根据本发明的驱动装置中各个零件之间的间隙。当然可以想象，也可以用一个简单的回转铰链替代此处的液压作用筒。当使用回转铰链时，进排气阀控制元件4的右端部设置相应的铰接孔。
[0034]下面结合图1 (a)对驱动机构的工作过程作详细说明。
[0035]在本实施方式中，以一个凸轮作为驱动元件3，对其驱动运动传输件2在驱动元件4的支承面7上进行往复运动的例子进行说明。
[0036]图1 (a)中的M表示电机，12表示电机轴上的蜗杆，13表示设在调节元件I上的与蜗杆配合的蜗轮部分，ECU表示电子控制单元。作为用于驱动调节元件I的机构的一个例子，本发明中由ECU发出的驱动指令，由电机M按照驱动指令驱动蜗杆12转动，使其带动蜗轮部分13转动，从而实现对调节元件I的位置调节的。
[0037]作为驱动元件3的凸轮具有基圆部分和升程曲线部分。在驱动元件3驱动运动传输件2进行往复运动的过程中，当驱动元件3的基圆部分接触运动传输件2时，驱动元件3的转动无法使运动传输件2产生位移。当驱动元件3的升程曲线部分与运动传输件2接触时，运动传输件2被驱动元件3驱动着向图示的左方向移动。在运动传输件2未接触到驱动部分9时，由于非驱动部分8和支承面7都是与调节元件I的回转中心15同轴心的圆弧面，因此不会使运动传输件2产生以回转中心15为轴心的径向运动，只会使运动传输件2产生以回转中心15为轴心的圆周运动，即，运动传输件2沿着调节元件I上非驱动部分8和支承面7形成的通道，被驱动元件3驱动着向图示的左方向移动，其中心的轨迹为如图1 (a)所示的半径为R的圆弧。因此 ，不能使驱动元件4产生向下的运动，所以不能驱动进排气阀的阀杆开启。进一步，在运动传输件2接触到驱动部分9时，由于驱动部分9到转动中心15的距离大于非驱动部分8的半径，所以驱动部分9使运动传输件2产生以回转中心15为轴心的径向运动，从而使之脱离半径为R的轨迹。因此，能使驱动元件4产生向下的运动，所以能驱动进排气阀的阀杆，使阀开启。
[0038]根据本发明的【具体实施方式】，运动传输件2可以有不同的形式。例如，运动传输件2至少可以有以下几种形式: (I)运动传输件2是一根轴，这根轴的中间部分与驱动元件
3接触，两端部分分别与调节元件I和控制元件4接触。当然，也可以是轴的两端与驱动元件3接触，而中间部分与调节元件I和控制元件4接触。
[0039](2)运动传输件2是一根中间带有凸起部分的轴，其中间的凸起部分与驱动元件3抵靠而两端分别与调节元件I和进排气阀控制元件4接触。
[0040](3)运动传输件2是一根变直径轴，其两端各带一个直径相同的部分，两直径相同的部分分别与调节元件I和控制元件4接触，直径相同的部分之间的轴部分与驱动元件3接触。
[0041](4)运动传输件2是一根变直径轴，其中间带一个凸起部分
而两端各带一个直径相同成为一对的端部，中间的凸起部分与驱动元件3接触，两端部分别与调节元件I和控制元件4接触，但在这种结构中，这种形式的运动传输件2与其他零件的连接关系和运动关系与上一种形式的相同。
[0042]下面结合图1 (b)和图1 (C)详细说明驱动机构对进排气阀的阀杆最大升程的调节过程。图1 (c)中竖轴Y表示进排气阀升程，横轴X表示曲轴转角。图1 (b)中用实线和虚线分别表示了调节元件I的原始位置和经过α角度调节后的位置。由驱动元件3的转动使运动传输件2产生的向左的最大位移量为L，当调节元件I在实线所示位置时，其与运动传输件2接触点为P1,当调节元件I转过α角度后在虚线所示位置时，其与用虚线表示的运动传输件2接触点为P2，使运动传输件2在垂直方向产生了距离为Hr的移动，由此使由运动传输件2驱动的进排气阀的阀杆行程产生了与距离Hr成一定比例的变化量Ην，从而实现了改变进排气阀的升程的目的。
[0043]在图1 (a)中，调节元件I与运动传输件2的接触点刚好落在工作曲面5的非驱动部分8和驱动部分9的交界点Q上，此时运动传输件2在复位弹簧的作用下抵靠在驱动元件3的基圆部分上。在调节元件I处于这样的位置时，驱动元件3的升程曲线部分的运动就可以全部通过运动传输件2传递给驱动元件4，从而使进排气阀产生最大的最大升程，此时进排气阀的升程曲线以图1 (c)中的Iq表示。
[0044]从图1 (a)所示的状态，由电机M按照E⑶发出的驱动指令，通过蜗杆12和蜗轮部分13使调节元件I顺时针转过一个相应的角度，使在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下运动传输件2与调节元件I的非驱动部分8上的点M相接触。在调节元件I处于这样的位置时，当驱动元件3驱动运动传输件2沿着控制元件4上的支承面7移动时，运动传输件2首先是沿着由调节元件I的非驱动部分8和控制元件4的支承面7所规定的路径移动，此时，运动传输件2只会产生以回转中心15为轴心的圆周运动，而不会产生以回转中心15为轴心的径向运动，就不能驱动进排气阀控制元件4产生向下的运动，所以不能驱动进排气阀进行开启。然后，当运动传输件2超过了调节元件I的非驱动部分8和驱动部分9的分界点Q而与驱动部分9相接触时，运动传输件2就会按照驱动部分9规定的路径偏离以回转中心15为轴心的圆周而产生径向运动，从而驱动控制元件4向下摆动而使进排气阀开启。在这一过程中，驱动元件3的升程曲线部分的运动只有一部分通过运动传输件2传递给控制元件4，从而使进排气阀的最大升程减小，此时进排气阀的升程曲线以图1 (c)中的Im表示。
[0045]从图1 (a)所示的状态，由电机M按照E⑶发出的驱动指令，通过蜗杆12和蜗轮部分13使调节元件I顺时针转过一个相应的角度，使在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下运动传输件2与调节元件I的非驱动部分8上的点N相接触。在驱动元件3的运转过程中，直到驱动元件3完成了其最大驱动量L，运动传输件2都只接触调节元件I的非驱动部分8，而不接触驱动部分9。此时，如上所述，运动传输件2只会产生以回转中;1_1、15为轴;L.、的圆周运动，而不会广生以回转中;L.、15为轴;L.、的径向运动，因此，运动传输件2不能驱动控制元件4产生向下的运动，所以不能驱动进排气阀开启。这时的进排气阀的升程为零，即进排气阀处于常闭状态，这就实现了进排气阀的零升程的调节，此时进排气阀的升程曲线以图1 (c)中的^点表示。
[0046]不难想象，当将调节元件I调整到使运动传输件2与调节元件I的接触点处于点M和点N之间的位置时(该调整同样是在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下进行的)，进排气阀的升程曲线将位于图1 (c)中的Im和I ,之间，同样，当将调节元件I调整到使运动传输件2与调节元件I的接触点处于点Q和点M之间的位置时(该调整同样是在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下进行的)，进排气阀的升程曲线将位于图1 (c)中的IjP Im之间。由此可见，根据本发明的驱动装置，可以实现对内燃机进排气阀的升程进行0~100%之间的不间断连续调节。
[0047]虽然上述说明的都是在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下进行调节元件I的位置调整，但这只是为了便于理解和说明而假定的条件，在实际应用中，对调节元件I的位置的调整是不受任何限制的，在发动机的运转过程中随时都可以进行调节元件I的位置调整。
[0048]综上所述，只要调整调节元件I的位置，根据本发明的装置就可以对进排气阀的最大升程进行大幅度的调节，调节范围为最大升程的O到100%。这就大大地扩大了发动机性能的优化空间，可以进一步降低油耗和污染物的排放。
[0049]由于能够对进排气阀实现零升程的调节，即在内燃机的运转过程中，可以将进排气阀的最大升程调整至0~100%最大升程的任意位置(包括常闭状态的零升程)，所以，使用本发明的装置可以实现对内燃机进气量的调节，因此能够取代现有的节气门装置。
[0050]此外，使用本发明的装置可以实现对内燃机排气量的调节，即实现内部EGR功能，因此能够取代现有的外部EGR装置。
[0051]再有，由于本发明的装置是通过独立的凸轮而非整个凸轮轴进行最大升程的调节，所以在多缸机中，使用本发明的装置可以对部分气缸进行关闭阀门的操作，从而实现部分停缸的功能，因此还能够取代现有的部分停缸装置。
[0052]另外，可以使用本发明的装置对发动机的全部气缸进行关闭阀门的操作，从而实现超大功率的发动机刹车功能，因此能够取代现有的发动机刹车装置、排气辅助刹车装置或涡流减速器等装置。
[0053]图2示意性表示了根据本发明的另一个实施方式。在本实施方式中，进排气阀控制元件4是一个叉状件，由两部分组成，即驱动部分14和调节部分13。从图中可以看出，驱动部分14和调节部分13相互成一个角度。在本实施方式中，进排气阀控制元件4的驱动部分14和调节部分13的相交处为进排气阀控制元件4的铰接支承点，并由此构成两个部分的回转中心。驱动部分14和调节部分13之间的夹角可以在0°?180°之间变化。在这种实施方式中，虽然驱动元件4包括两个部分，但是这两个部分只是为了叙述方便从功能上做的划分。实际上，根据本发明的驱动装置的工作原理，这两部分应该是刚性连接的或者说驱动元件4本身是一个由相互成一定角度的两个部分组成的刚性体。
[0054]在实际应用中，当驱动元件位于进排气阀的斜上方时，采用本实施方式的结构，可以减少对发动机的改动，降低成本。
[0055]图3中进一步示意性地表示了在根据本发明的这种实施方式中进排气阀 控制元件4的两个部分相互分布在一条直线上，即两者之间的夹角为180°。此时，根据本发明的驱动装置的工作原理和功能并未改变，只是构成该装置的部分零部件从图1 (a)和图1 (b)所示的图中上方变换到图3所示的下方。本实施方式与图1 (a)和图1 (b)所示实施方式相比，进排气阀控制元件4的形状发生了变化，即从一个细长体，变成一个中间带有支承铰接孔的细长体。
[0056]在实际应用中，当发动机采用中间支撑的摇臂时，采用本实施方式的结构，可以减少对发动机的改动，降低成本。
[0057]图4表示了根据本发明的另一个实施方式。在该实施方式中，用于调节内燃机进排气阀升程的调节元件I呈一个在图中倒置的钩子的形状。在这个实施方式中，用于与运动传输件2相互配合工作的工作曲面5设置在所述的钩子的内侧，并且调节元件I的回转中心也相应地设置在图中进排气阀控制元件4的下侧。在该实施方式中，实现本发明目的的工作原理没有变化，只是调节元件I的形状和位置与前述实施方式不同。
[0058]在实际应用中，当发动机上部空间有限时，采用本实施方式的结构，可以扩展发动机设计时的自由度。
[0059]图5至7表示了根据本发明的驱动装置的另一种实施方式。在该实施方式中，驱动元件3 (即凸轮)、调节元件I和运动传输件2的位置关系与图2至4表示的实施方式的位置相对垂直方向镜像对称。无论是驱动元件3相对调节元件I设置其左侧还是右侧，根据本发明的驱动装置的工作原理都没有变化。因此，构成该装置的各零部件的功能并未发生改变。
[0060]图8表示了根据本发明的另一种实施方式。其中，驱动元件3是一个能够往复移动的推杆。这根推杆直接与运动传输件2相接触并抵靠于其上。当推杆在图中左方向移动时，便推动运动传输件2向左移动，从而驱动进排气阀控制元件4向下摆动，最终推动内燃机进排气阀阀杆位移，打开进排气阀。随后，作用于推杆上的推力取消，进排气阀控制元件4在复位弹簧以及进排气阀上设置的弹簧的作用下，向图中右侧移动，恢复其初始位置。由此完成一个驱动循环。
[0061]图9表示了另一种实施方式。在本实施方式中，进排气阀控制元件4是一个设置在内燃机进排气阀的阀杆之上的致动柱或称之为机械挺柱。致动柱为一个中空的圆柱体。如图所示，该中空圆柱体中设有隔壁16，由此形成一个一端封闭的中空腔体17。该中空腔体17的上方设有用于支承运动传输件2的支承面7。如上所述，该支承面7也是与调节元件I的回转中心15同心的圆弧面。在本实施方式中，驱动装置的工作原理依然没有变化，只是进排气阀控制元件4的形状发生变化，即用一个致动柱替代了其他实施方式中所采用的细长体状。这种结构的优点在于结构进一步紧凑，占用空间小。
[0062]在实际应用中，当发动机采用机械挺柱的进排气阀机构时，采用本实施方式的结构，可以减少对发动机的改动，降低成本。
[0063]图10是根据本发明的另一种实施方式。其中表示了运动传输件2是一个一端带有铰接孔，而另一端是与元件体本身成一体的一个直径变大的端部。在这个实施方式中，运动传输件2的铰接孔中设置有根据本发明的驱动元件3，在本实施方式中驱动元件3是一根偏心轴。在调节元件I被调整到预定位置以后，便在内燃机的工作过程中保持不动。在内燃机的工作过程中，当偏心轴转动时，带动整个运动传输件2运动。因为运动传输件2具有直径变大的一端位于调节元件I和控制元件4之间，在调节元件I不动的情况下，运动传输件2的运动便使得控制元件4随之运动。最终打开或关闭内燃机进排气阀。
[0064]图11表示了根据本发明的另一种实施方式。其基本结构与图10所示实施方式类似，只是运动传输件2的端部设置一个滚动体，以此替代图10所示实施方式中的直径变大的端部。这种结构的摩擦力显然更低。
[0065]图12表示了根据本发明的另一种实施方式。这种实施方式的结构与图8所示的实施方式类似，只是其中的运动传输件2的一端通过铰接与滚轮连接，而不是直接作用于滚轮之上。
【主权项】
1.一种内燃机进排气阀驱动装置，包括调节元件(I);运动传输件(2);驱动元件(3);进排气阀控制元件(4)，所述进排气阀控制元件(4)具有支承面(7);其特征在于，所述调节元件(I)的一端设置有工作曲面(5)，其另一端设有铰接孔(6);所述运动传输件(2)抵靠在所述调节元件(I)的所述工作曲面(5)、所述进排气阀控制元件(4)的所述支承面(7)和所述驱动元件(3 )上，并由所述驱动元件(3 )驱动。2.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述进排气阀控制元件(4)为一个细长体，其一端设有连接件(10)，另一端设有驱动工作面(11 )，在所述进排气阀控制元件(4)两端之间的一侧上设有所述支承面(7)。3.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述进排气阀控制元件(4)包括驱动部分(14)和调节部分(13)，所述驱动部分(14)和所述调节部分(13)之间成0°?180°的夹角，所述调节部分(13)上设置有所述支承面(7)。4.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述进排气阀控制元件(4)是一个致动柱，所述致动柱为一个中空圆柱体，其中设有隔壁，所述隔壁的上方设有所述支承面(7)。5.根据权利要求1至4之一所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述工作面(5)包括非驱动部分(8)和驱动部分(9)，所述非驱动部分(8)为与所述铰接孔(6)同心的圆弧面。6.根据权利要求5所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述驱动部分(9)与所述非驱动部分(8)圆滑过渡，并且所述驱动部分(9)为到所述调节元件(4)的所述铰接孔(6)中心的距离大于所述非驱动部分(8)的半径的曲面。7.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述支承面(7)为与所述铰接孔(6)同心的圆弧面。8.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述运动传输件(2)是一根轴，其中部与驱动元件(3)接触而两端与调节元件(I)和进排气阀控制元件(4)接触；或是一根中间带有凸起部分的轴，其中间的凸起部分与驱动元件(3)抵靠而两端与调节元件(I)和进排气阀控制元件(4 )接触；或是一根变直径轴，其两端各带一个直径相同的部分，两直径相同的部分与调节元件(I)和控制元件(4)接触，直径相同的部分之间的轴部分与驱动元件(3)接触；或是一根变直径轴，其中间带一个凸起部分而两端各带一个直径相同成为一对的端部，中间的凸起部分与驱动元件(3)接触，两端部与调节元件(I)和控制元件(4)接触。9.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述运动传输件(2)是一个刚性体，其一端设有铰接孔，而另一端为圆形；或是一个刚性体，其两端分别设有铰接孔，其中一个铰接孔与一个滚轮相连；或是一个细长刚性体，其一端设有铰接孔，用于与一个滚轮相连。
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机进排气阀驱动装置，包括调节元件（1）；运动传输件（2）；驱动元件（3）；进排气阀控制元件（4），所述进排气阀控制元件（4）具有支承面（7）；所述调节元件（1）的一端设置有工作曲面（5），其另一端设有铰接孔（6）；所述运动传输件（2）抵靠在所述调节元件（1）的所述工作曲面（5）、所述进排气阀控制元件（4）的所述支承面（7）和所述驱动元件（3）上，并由所述驱动元件（3）驱动。该装置在能够对内燃机进排气阀的升程进行0~100%之间的连续调节的前提下，以更少的参与运动的零件数实现内燃机进排气阀开启和关闭。
【IPC分类】F01L13/00, F01L1/344
【公开号】CN104895636
【申请号】CN201510101938
【发明人】杨鲁川, 武冠军
【申请人】常州嵘驰发动机技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月9日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机进排气阀驱动装置，该装置包括驱动元件和进排气阀控制元件，所述进排气阀控制元件上设有支承面。
【背景技术】
[0002]对于内燃机而言，由于经常在部分负荷工况下运转，残余废气系数较高，故如何提高发动机燃烧工作稳定性，减小部分负荷时泵气损失，组织快速的燃烧过程，提高燃烧效率就极为重要。因此，在发动机部分负荷时希望通过较小的气门升程，提高进气压差，增加通过气门的气流速度，增加湍流强度，提高火焰传播速度和燃烧速度，组织快速的燃烧过程。而在发动机高速高负荷时需要采用较大的气门升程，以最大程度地减小流动阻力，提高气缸的填充系数，满足发动机高速时的动力性需求。
[0003]除了调节发动机的进气量需求外，还存在通过加大米勒循环的力度、加大内部EGR量、改变有效压缩比、改善燃烧效率、实现部分停缸、实现低温燃烧或HCCI燃烧以提高发动机的燃油经济性和降低尾气污染物的排放的需求，以及改善冷启动性能、实现大功率的发动机刹车等增加发动机的商品性等需求。这些需求都可以用可变气门升程技术来满足。
[0004]中国专利200910203761.6公开了一种驱动装置，该驱动装置用于内燃机进排气阀的驱动。该驱动装置采用了一个致动机构，致动机构包括一根连杆和一个曲柄。该致动机构能够将来自凸轮的运动传递给与致动机构配合工作的摇臂。通过调节致动机构中的连杆的初始位置，可以对内燃机进排气阀的升程进行调节。
[0005]显然，根据中国专利申请200910203761.6所公开的机构中，在开启内燃机进排气阀时，整个致动机构，即连杆处于运动状态。这将导致机构的运动惯量较大。对于内燃机而言，在运动的传递路径上任何一个部件或零件的运动惯量大，都意味着:系统摩擦阻力大，系统运动惯性大，导致驱动功率大，导致油耗的增加。
[0006]此外，根据中国专利申请200910203761.6所公开的驱动装置，虽然能够对内燃机进排气阀的升程进行调节，但是由于其采用了调节摇臂机构的杠杆比的方式，所以，其对升程的调节范围是有限的，特别是不能实现零升程的调节。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种内燃机进排气阀驱动装置，该装置在能够对内燃机进排气阀的升程进行0~100%之间的连续调节的前提下，减少内燃机进排气阀开启和关闭过程中参与运动的零件数。
[0008]为实现上述发明目的，根据本发明提供一种内燃机进排气阀驱动装置，包括调节元件；运动传输件；驱动元件；进排气阀控制元件，所述进排气阀控制元件具有支承面；所述调节元件的一端设置有工作曲面，其另一端设有铰接孔；所述运动传输件抵靠在所述调节元件的所述工作曲面、所述进排气阀控制元件的所述支承面和所述驱动元件上，并由所述驱动元件驱动。
[0009]根据本发明的一个方面，所述进排气阀控制元件为一个细长体，其一端设有连接件，另一端设有驱动工作面，在所述进排气阀控制元件两端之间的一侧上设有所述支承面。
[0010]根据本发明的一个方面，所述进排气阀控制元件包括驱动部分和调节部分，所述驱动部分和所述调节部分之间成0°?180°的夹角，所述调节部分上设置有所述支承面。
[0011]根据本发明的一个方面，所述进排气阀控制元件是一个致动柱，所述致动柱为一个中空圆柱体，其中设有隔壁，所述隔壁的上方设有所述支承面。
[0012]根据本发明的一个方面，所述工作面包括非驱动部分和驱动部分，所述非驱动部分为与所述铰接孔同心的圆弧面。
[0013]根据本发明的一个方面，所述驱动部分与所述非驱动部分圆滑过渡，并且所述驱动部分为到所述调节元件的所述铰接孔中心的距离大于所述非驱动部分的半径的曲面。
[0014]根据本发明的一个方面，所述支承面为与所述铰接孔同心的圆弧面。
[0015]根据本发明的一个方面，所述运动传输件是一根轴，其中部与驱动元件接触而两端与调节元件和进排气阀控制元件接触；或是一根中间带有凸起部分的轴，其中间的凸起部分与驱动元件抵靠而两端与调节元件和进排气阀控制元件接触；或是一根变直径轴，其两端各带一个直径相同的部分，两直径相同的部分与调节元件和控制元件接触，直径相同的部分之间的轴部分与驱动元件接触；或是一根变直径轴，其中间带一个凸起部分而两端各带一个直径相同成为一对的端部，中间的凸起部分与驱动元件接触，两端部与调节元件和控制元件接触。
[0016]根据本发明的一个方面，所述运动传输件是一个刚性体，其一端设有铰接孔，而另一端为圆形；或是一个刚性体，其两端分别设有铰接孔，其中一个铰接孔与一个滚轮相连；或是一个细长刚性体，其一端设有铰接孔，用于与一个滚轮相连。
[0017]由于在根据本发明的驱动装置中，调节元件的工作曲面中的非驱动部分为与调节元件一端的铰接孔同心的圆弧面，驱动部分为一个到铰接孔中心的距离大于非驱动部分的半径的曲面，控制元件的支承面也是与调节元件的上述铰接孔同心的圆弧面，因此，在驱动元件的驱动过程中，当运动传输件在上述两个同心的圆弧面所形成的通道中移动时，运动传输件回转中心相对于调节元件回转中心即铰接孔的中心的距离并没有发生变化，因此运动传输件不会使控制元件摆动，所以这时内燃机进排气阀没有升程，阀门并不开启；当运动传输件越过了非驱动部分与驱动部分的分界点时，受到驱动部分曲面的限制，运动传输件只能改变运动路线，向远离铰接孔的中心的方向运动，从而推动控制元件摆动而使进排气阀开启。由此可见，在驱动元件的驱动过程中，运动传输件所通过的圆弧通道越短，内燃机进排气阀的升程越大，当运动传输件完全不通过圆弧通道时，内燃机进排气阀的升程达到最大；反之，运动传输件所通过的圆弧通道越长，内燃机进排气阀的升程越小，当运动传输件所通过的圆弧通道足够长时，即使驱动元件已经完成最大驱动量运动传输件也不能接触到调节元件的工作曲面的驱动部分，控制元件完全不会受到运动传输件的推动。换句话说，此时将内燃机进排气阀的升程调节到了零。
[0018]显而易见的是，本发明的驱动装置只采用调节元件和运动传输件的相对位置的配合，便实现了对内燃机进排气阀的零升程调节。相对于现有技术中采用几个甚至于十几个零件实现该功能而言，结构非常简单，可靠。
[0019]根据本发明的驱动装置，就调节元件而言，在对内燃机进排气阀的升程进行调节时，调节元件围绕其回转中心----即设置于其一端的铰接孔摆动；而在调节过程结束后，调节元件相对于其回转中心是固定不动的，由此约束被驱动元件驱动的运动传输件的运动轨迹，从而实现内燃机进排气阀按照调节好的阀门升程工作。可以看出，在内燃机进排气阀工作时，根据本发明的驱动装置中参与运动的零件是运动传输件和进排气阀控制元件。参与运动的元件或零件数量远远小于现有技术中同类驱动装置。显然，由于参与运动的元件数量锐减，所以运动惯量自然小；参与运动的零件数少，驱动装置中的摩擦副少，所以摩擦阻力小，传动损失少。
[0020]与现有技术中的可变气门机构相比，根据本发明的驱动装置可以降低系统的运动惯量，降低传动损失，提高驱动效率，降低驱动能耗和驱动功率，从而间接地降低该部分的油耗。由于减少了系统的零件并降低了驱动功率，所以可以降低系统整体的制造成本。
[0021]由于根据本发明的驱动装置中，参与运动的零件数少，系统尺寸链短，所以可以提高系统精度和控制精度，使系统可靠性得到改善。
[0022]根据本发明，由于能够对进排气阀的最大升程在O到100%的范围内进行调节，所以能够在更加大范围的工况下对发动机的性能进行优化。例如，在部分负荷时，调节进气阀的最大升程，实现加强油气二次混合的功能；调节气门的最大升程，实现调节气缸有效压缩比、实现米勒循环和HCCI燃烧的功能；由于本发明的装置可以采用单独的凸轮而非整个凸轮轴进行最大升程的调节，所以在多进气阀的发动机中，可调 节各进气阀为不同的最大升程，实现加强缸内涡流强度的功能。因此可以更大幅度地改善内燃机的燃烧效率和热效率，从而更大幅度地降低污染物的排放、降低油耗。
[0023]另外，根据本发明，由于能够对进排气阀实现零升程的调节，即在内燃机的运转过程中，可以将进排气阀的最大升程调整至0~100%最大升程的任意位置(包括常闭状态的零升程)，所以，使用本发明的装置可以实现对内燃机进气量的调节，因此能够取代现有的节气门装置。此外，使用本发明的装置可以实现对内燃机排气量的调节，即实现内部EGR功能，因此能够取代现有的外部EGR装置。再有，由于本发明的装置是通过独立的凸轮而非整个凸轮轴进行最大升程的调节，所以在多缸机中，使用本发明的装置可以对部分气缸进行关闭阀门的操作，从而实现部分停缸的功能，因此还能够取代现有的部分停缸装置。另外，可以使用本发明的装置对发动机的全部气缸进行关闭阀门的操作，从而实现超大功率的发动机刹车功能，因此能够取代现有的发动机刹车装置、排气辅助刹车装置或涡流减速器等
目.ο
[0024]综上所述，根据本发明的内燃机进排气阀装置，不仅能够对节能减排做出大的贡献，而且还能取代现有的发动机和车辆的辅助装置，大大降低了发动机及车辆的总体成本。
【附图说明】
[0025]图1 (a)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的示意图；图1(b)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的工作原理和调节原理的示意图；图1 (C)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的升程曲线的示意图；图1 (d)为表示根据本发明实施方式的内燃机进排气阀驱动装置的立体图。
[0026]图2为表示根据本发明的另一个实施方式的示意图，其中表示控制元件由两部分组成； 图3为表示根据本发明另一个实施方式的意图，其中表示控制元件的两部分夹角为180。；
图4表示根据本发明的另一个实施方式，其中的调节元件为呈倒置的钩子形状的元件；
图5示意性表示根据本发明的驱动装置的另一个实施方式，其中驱动元件位于调节元件的另一侧；
图6表示在根据图5所示的实施方式中调节元件由两个部分组成；
图7表示图5所示实施方式中的调节元件的两个部分相互分布在一条直线上；
图8示意性表示根据本发明的驱动装置的另一个实施方式，其中驱动元件为与运动传输件抵靠的推杆，其运动方式为直线往复运动，而非像凸轮的转动；
图9示意性表示根据本发明的驱动装置的另一个实施方式，其中，与图1 (a)表示的实施方式的区别仅在于用致动柱取代控制元件对进排气阀进行驱动；
图10是根据本发明的另一个实施方式，其中表示了一种运动传输件的结构方式；
图11是根据本发明的另一种实施方式，其中表示了一种相对附图10所示的运动传输件的变形的结构方式；
图12是根据本发明的另一种实施方式，其中表示了另一种运动传输件的结构方式。
[0027]
【具体实施方式】
[0028]下面针对本发明【具体实施方式】的描述所涉及的水平、垂直、上、下、左、右均以附图，尤其是附图1 (a)中所示意性表示的【具体实施方式】而言。S卩，图1 (a)中的水平方向为描述中的水平方向，图1 (a)中的垂直方向为描述中的垂直方向，图1 (a)中向上的方向为描述中的上，图1 (a)中向下的方向为描述中的下。描述中的水平、垂直、上、下、左、右仅为方便清楚理解本发明的【具体实施方式】。
[0029]图1 (a)表示了一个根据本发明的内燃机进排气阀驱动装置的【具体实施方式】，图1(d)是示意性表示图1 (a)所示实施方式的立体图。在该实施方式中，进排气阀控制元件4是一个细长体。如图所示，根据本实施方式，进排气阀控制元件4是一个可以绕其一端转动的摇臂。进排气阀控制元件4的最右侧端部还设有一个连接件10。在本实施方式中，该连接件10是一个与设置于其下方的液压作用筒相配合的铰接球头。这是因为在本实施方式采用了液压作用筒来消除根据本发明的驱动装置中各个零件之间的间隙。当然可以想象，也可以用一个简单的回转铰链替代此处的液压作用筒。当使用回转铰链时，进排气阀控制元件4的右端部设置相应的铰接孔。根据本实施方式，进排气阀控制元件4的右端铰接在液压机构的铰接球头上。进排气阀控制元件4的上侧设有用于与运动传输件2相互配合工作的支承面7，支承面7是与调节元件I的回转中心15同心的半径为R2的圆弧面。
[0030]如图1 (a)所示，运动传输件2抵靠在进排气阀控制元件4的支承面7上，并能够在该支承面7上滚动。同时，在本实施方式中，驱动元件3是一个凸轮。凸轮的工作面也与运动传输件2相接触，并在工作过程中，即在凸轮转动的时候，驱动运动传输件2在支承面7相应地滚动。
[0031]根据本发明的这种实施方式，上述驱动元件3，即凸轮将其运动传递给运动传输件2，运动传输件2在调节元件I的配合下把凸轮的运动传递给进排气阀控制元件4，进排气阀控制元件4再将该运动传递给进排气阀。
[0032]在图1(a)所示的根据本发明的这种实施方式中，调节元件I设置在驱动元件4之上方，即其回转中心15位于驱动元件4之上方。调节元件I的另一端上一图中所示的下端上一设有调节元件I的工作曲面5。如图1 (a)所示，调节元件I的工作曲面5至少由两部分组成，其中的一个部分是相对调节元件I的回转中心15等半径R1的非驱动部分8，其另一部分是相对回转中心15不等半径的驱动部分9，且驱动部分9到回转中心15的距离大于非驱动部分8的半径，驱动部分9与非驱动部分8是圆滑连接的，非驱动部分8与驱动部分9的分界点表示为Q。驱动部分9的形状可以根据内燃机的需要进行任意设计。调节元件I利用其工作曲面5上不同位置与运动传输件2相接触，从而形成对内燃机进排气阀的升程的调节。进排气阀的升程是由调节元件I进行调节的。显然，调节元件I上的工作曲面5的曲率变化，直接影响对进排气阀的升程的调节大小。
[0033]如图1 (a)所示，进排气阀控制元件4的最右侧端部还设有一个连接件10。在本实施方式中，该连接件10是一个与设置于其下方的液压作用筒相配合的铰接球头。这是因为在本实施方式采用了液压作用筒来消除根据本发明的驱动装置中各个零件之间的间隙。当然可以想象，也可以用一个简单的回转铰链替代此处的液压作用筒。当使用回转铰链时，进排气阀控制元件4的右端部设置相应的铰接孔。
[0034]下面结合图1 (a)对驱动机构的工作过程作详细说明。
[0035]在本实施方式中，以一个凸轮作为驱动元件3，对其驱动运动传输件2在驱动元件4的支承面7上进行往复运动的例子进行说明。
[0036]图1 (a)中的M表示电机，12表示电机轴上的蜗杆，13表示设在调节元件I上的与蜗杆配合的蜗轮部分，ECU表示电子控制单元。作为用于驱动调节元件I的机构的一个例子，本发明中由ECU发出的驱动指令，由电机M按照驱动指令驱动蜗杆12转动，使其带动蜗轮部分13转动，从而实现对调节元件I的位置调节的。
[0037]作为驱动元件3的凸轮具有基圆部分和升程曲线部分。在驱动元件3驱动运动传输件2进行往复运动的过程中，当驱动元件3的基圆部分接触运动传输件2时，驱动元件3的转动无法使运动传输件2产生位移。当驱动元件3的升程曲线部分与运动传输件2接触时，运动传输件2被驱动元件3驱动着向图示的左方向移动。在运动传输件2未接触到驱动部分9时，由于非驱动部分8和支承面7都是与调节元件I的回转中心15同轴心的圆弧面，因此不会使运动传输件2产生以回转中心15为轴心的径向运动，只会使运动传输件2产生以回转中心15为轴心的圆周运动，即，运动传输件2沿着调节元件I上非驱动部分8和支承面7形成的通道，被驱动元件3驱动着向图示的左方向移动，其中心的轨迹为如图1 (a)所示的半径为R的圆弧。因此 ，不能使驱动元件4产生向下的运动，所以不能驱动进排气阀的阀杆开启。进一步，在运动传输件2接触到驱动部分9时，由于驱动部分9到转动中心15的距离大于非驱动部分8的半径，所以驱动部分9使运动传输件2产生以回转中心15为轴心的径向运动，从而使之脱离半径为R的轨迹。因此，能使驱动元件4产生向下的运动，所以能驱动进排气阀的阀杆，使阀开启。
[0038]根据本发明的【具体实施方式】，运动传输件2可以有不同的形式。例如，运动传输件2至少可以有以下几种形式: (I)运动传输件2是一根轴，这根轴的中间部分与驱动元件
3接触，两端部分分别与调节元件I和控制元件4接触。当然，也可以是轴的两端与驱动元件3接触，而中间部分与调节元件I和控制元件4接触。
[0039](2)运动传输件2是一根中间带有凸起部分的轴，其中间的凸起部分与驱动元件3抵靠而两端分别与调节元件I和进排气阀控制元件4接触。
[0040](3)运动传输件2是一根变直径轴，其两端各带一个直径相同的部分，两直径相同的部分分别与调节元件I和控制元件4接触，直径相同的部分之间的轴部分与驱动元件3接触。
[0041](4)运动传输件2是一根变直径轴，其中间带一个凸起部分
而两端各带一个直径相同成为一对的端部，中间的凸起部分与驱动元件3接触，两端部分别与调节元件I和控制元件4接触，但在这种结构中，这种形式的运动传输件2与其他零件的连接关系和运动关系与上一种形式的相同。
[0042]下面结合图1 (b)和图1 (C)详细说明驱动机构对进排气阀的阀杆最大升程的调节过程。图1 (c)中竖轴Y表示进排气阀升程，横轴X表示曲轴转角。图1 (b)中用实线和虚线分别表示了调节元件I的原始位置和经过α角度调节后的位置。由驱动元件3的转动使运动传输件2产生的向左的最大位移量为L，当调节元件I在实线所示位置时，其与运动传输件2接触点为P1,当调节元件I转过α角度后在虚线所示位置时，其与用虚线表示的运动传输件2接触点为P2，使运动传输件2在垂直方向产生了距离为Hr的移动，由此使由运动传输件2驱动的进排气阀的阀杆行程产生了与距离Hr成一定比例的变化量Ην，从而实现了改变进排气阀的升程的目的。
[0043]在图1 (a)中，调节元件I与运动传输件2的接触点刚好落在工作曲面5的非驱动部分8和驱动部分9的交界点Q上，此时运动传输件2在复位弹簧的作用下抵靠在驱动元件3的基圆部分上。在调节元件I处于这样的位置时，驱动元件3的升程曲线部分的运动就可以全部通过运动传输件2传递给驱动元件4，从而使进排气阀产生最大的最大升程，此时进排气阀的升程曲线以图1 (c)中的Iq表示。
[0044]从图1 (a)所示的状态，由电机M按照E⑶发出的驱动指令，通过蜗杆12和蜗轮部分13使调节元件I顺时针转过一个相应的角度，使在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下运动传输件2与调节元件I的非驱动部分8上的点M相接触。在调节元件I处于这样的位置时，当驱动元件3驱动运动传输件2沿着控制元件4上的支承面7移动时，运动传输件2首先是沿着由调节元件I的非驱动部分8和控制元件4的支承面7所规定的路径移动，此时，运动传输件2只会产生以回转中心15为轴心的圆周运动，而不会产生以回转中心15为轴心的径向运动，就不能驱动进排气阀控制元件4产生向下的运动，所以不能驱动进排气阀进行开启。然后，当运动传输件2超过了调节元件I的非驱动部分8和驱动部分9的分界点Q而与驱动部分9相接触时，运动传输件2就会按照驱动部分9规定的路径偏离以回转中心15为轴心的圆周而产生径向运动，从而驱动控制元件4向下摆动而使进排气阀开启。在这一过程中，驱动元件3的升程曲线部分的运动只有一部分通过运动传输件2传递给控制元件4，从而使进排气阀的最大升程减小，此时进排气阀的升程曲线以图1 (c)中的Im表示。
[0045]从图1 (a)所示的状态，由电机M按照E⑶发出的驱动指令，通过蜗杆12和蜗轮部分13使调节元件I顺时针转过一个相应的角度，使在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下运动传输件2与调节元件I的非驱动部分8上的点N相接触。在驱动元件3的运转过程中，直到驱动元件3完成了其最大驱动量L，运动传输件2都只接触调节元件I的非驱动部分8，而不接触驱动部分9。此时，如上所述，运动传输件2只会产生以回转中;1_1、15为轴;L.、的圆周运动，而不会广生以回转中;L.、15为轴;L.、的径向运动，因此，运动传输件2不能驱动控制元件4产生向下的运动，所以不能驱动进排气阀开启。这时的进排气阀的升程为零，即进排气阀处于常闭状态，这就实现了进排气阀的零升程的调节，此时进排气阀的升程曲线以图1 (c)中的^点表示。
[0046]不难想象，当将调节元件I调整到使运动传输件2与调节元件I的接触点处于点M和点N之间的位置时(该调整同样是在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下进行的)，进排气阀的升程曲线将位于图1 (c)中的Im和I ,之间，同样，当将调节元件I调整到使运动传输件2与调节元件I的接触点处于点Q和点M之间的位置时(该调整同样是在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下进行的)，进排气阀的升程曲线将位于图1 (c)中的IjP Im之间。由此可见，根据本发明的驱动装置，可以实现对内燃机进排气阀的升程进行0~100%之间的不间断连续调节。
[0047]虽然上述说明的都是在驱动元件3的基圆部分与运动传输件2接触的情况下进行调节元件I的位置调整，但这只是为了便于理解和说明而假定的条件，在实际应用中，对调节元件I的位置的调整是不受任何限制的，在发动机的运转过程中随时都可以进行调节元件I的位置调整。
[0048]综上所述，只要调整调节元件I的位置，根据本发明的装置就可以对进排气阀的最大升程进行大幅度的调节，调节范围为最大升程的O到100%。这就大大地扩大了发动机性能的优化空间，可以进一步降低油耗和污染物的排放。
[0049]由于能够对进排气阀实现零升程的调节，即在内燃机的运转过程中，可以将进排气阀的最大升程调整至0~100%最大升程的任意位置(包括常闭状态的零升程)，所以，使用本发明的装置可以实现对内燃机进气量的调节，因此能够取代现有的节气门装置。
[0050]此外，使用本发明的装置可以实现对内燃机排气量的调节，即实现内部EGR功能，因此能够取代现有的外部EGR装置。
[0051]再有，由于本发明的装置是通过独立的凸轮而非整个凸轮轴进行最大升程的调节，所以在多缸机中，使用本发明的装置可以对部分气缸进行关闭阀门的操作，从而实现部分停缸的功能，因此还能够取代现有的部分停缸装置。
[0052]另外，可以使用本发明的装置对发动机的全部气缸进行关闭阀门的操作，从而实现超大功率的发动机刹车功能，因此能够取代现有的发动机刹车装置、排气辅助刹车装置或涡流减速器等装置。
[0053]图2示意性表示了根据本发明的另一个实施方式。在本实施方式中，进排气阀控制元件4是一个叉状件，由两部分组成，即驱动部分14和调节部分13。从图中可以看出，驱动部分14和调节部分13相互成一个角度。在本实施方式中，进排气阀控制元件4的驱动部分14和调节部分13的相交处为进排气阀控制元件4的铰接支承点，并由此构成两个部分的回转中心。驱动部分14和调节部分13之间的夹角可以在0°?180°之间变化。在这种实施方式中，虽然驱动元件4包括两个部分，但是这两个部分只是为了叙述方便从功能上做的划分。实际上，根据本发明的驱动装置的工作原理，这两部分应该是刚性连接的或者说驱动元件4本身是一个由相互成一定角度的两个部分组成的刚性体。
[0054]在实际应用中，当驱动元件位于进排气阀的斜上方时，采用本实施方式的结构，可以减少对发动机的改动，降低成本。
[0055]图3中进一步示意性地表示了在根据本发明的这种实施方式中进排气阀 控制元件4的两个部分相互分布在一条直线上，即两者之间的夹角为180°。此时，根据本发明的驱动装置的工作原理和功能并未改变，只是构成该装置的部分零部件从图1 (a)和图1 (b)所示的图中上方变换到图3所示的下方。本实施方式与图1 (a)和图1 (b)所示实施方式相比，进排气阀控制元件4的形状发生了变化，即从一个细长体，变成一个中间带有支承铰接孔的细长体。
[0056]在实际应用中，当发动机采用中间支撑的摇臂时，采用本实施方式的结构，可以减少对发动机的改动，降低成本。
[0057]图4表示了根据本发明的另一个实施方式。在该实施方式中，用于调节内燃机进排气阀升程的调节元件I呈一个在图中倒置的钩子的形状。在这个实施方式中，用于与运动传输件2相互配合工作的工作曲面5设置在所述的钩子的内侧，并且调节元件I的回转中心也相应地设置在图中进排气阀控制元件4的下侧。在该实施方式中，实现本发明目的的工作原理没有变化，只是调节元件I的形状和位置与前述实施方式不同。
[0058]在实际应用中，当发动机上部空间有限时，采用本实施方式的结构，可以扩展发动机设计时的自由度。
[0059]图5至7表示了根据本发明的驱动装置的另一种实施方式。在该实施方式中，驱动元件3 (即凸轮)、调节元件I和运动传输件2的位置关系与图2至4表示的实施方式的位置相对垂直方向镜像对称。无论是驱动元件3相对调节元件I设置其左侧还是右侧，根据本发明的驱动装置的工作原理都没有变化。因此，构成该装置的各零部件的功能并未发生改变。
[0060]图8表示了根据本发明的另一种实施方式。其中，驱动元件3是一个能够往复移动的推杆。这根推杆直接与运动传输件2相接触并抵靠于其上。当推杆在图中左方向移动时，便推动运动传输件2向左移动，从而驱动进排气阀控制元件4向下摆动，最终推动内燃机进排气阀阀杆位移，打开进排气阀。随后，作用于推杆上的推力取消，进排气阀控制元件4在复位弹簧以及进排气阀上设置的弹簧的作用下，向图中右侧移动，恢复其初始位置。由此完成一个驱动循环。
[0061]图9表示了另一种实施方式。在本实施方式中，进排气阀控制元件4是一个设置在内燃机进排气阀的阀杆之上的致动柱或称之为机械挺柱。致动柱为一个中空的圆柱体。如图所示，该中空圆柱体中设有隔壁16，由此形成一个一端封闭的中空腔体17。该中空腔体17的上方设有用于支承运动传输件2的支承面7。如上所述，该支承面7也是与调节元件I的回转中心15同心的圆弧面。在本实施方式中，驱动装置的工作原理依然没有变化，只是进排气阀控制元件4的形状发生变化，即用一个致动柱替代了其他实施方式中所采用的细长体状。这种结构的优点在于结构进一步紧凑，占用空间小。
[0062]在实际应用中，当发动机采用机械挺柱的进排气阀机构时，采用本实施方式的结构，可以减少对发动机的改动，降低成本。
[0063]图10是根据本发明的另一种实施方式。其中表示了运动传输件2是一个一端带有铰接孔，而另一端是与元件体本身成一体的一个直径变大的端部。在这个实施方式中，运动传输件2的铰接孔中设置有根据本发明的驱动元件3，在本实施方式中驱动元件3是一根偏心轴。在调节元件I被调整到预定位置以后，便在内燃机的工作过程中保持不动。在内燃机的工作过程中，当偏心轴转动时，带动整个运动传输件2运动。因为运动传输件2具有直径变大的一端位于调节元件I和控制元件4之间，在调节元件I不动的情况下，运动传输件2的运动便使得控制元件4随之运动。最终打开或关闭内燃机进排气阀。
[0064]图11表示了根据本发明的另一种实施方式。其基本结构与图10所示实施方式类似，只是运动传输件2的端部设置一个滚动体，以此替代图10所示实施方式中的直径变大的端部。这种结构的摩擦力显然更低。
[0065]图12表示了根据本发明的另一种实施方式。这种实施方式的结构与图8所示的实施方式类似，只是其中的运动传输件2的一端通过铰接与滚轮连接，而不是直接作用于滚轮之上。
【主权项】
1.一种内燃机进排气阀驱动装置，包括调节元件(I);运动传输件(2);驱动元件(3);进排气阀控制元件(4)，所述进排气阀控制元件(4)具有支承面(7);其特征在于，所述调节元件(I)的一端设置有工作曲面(5)，其另一端设有铰接孔(6);所述运动传输件(2)抵靠在所述调节元件(I)的所述工作曲面(5)、所述进排气阀控制元件(4)的所述支承面(7)和所述驱动元件(3 )上，并由所述驱动元件(3 )驱动。2.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述进排气阀控制元件(4)为一个细长体，其一端设有连接件(10)，另一端设有驱动工作面(11 )，在所述进排气阀控制元件(4)两端之间的一侧上设有所述支承面(7)。3.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述进排气阀控制元件(4)包括驱动部分(14)和调节部分(13)，所述驱动部分(14)和所述调节部分(13)之间成0°?180°的夹角，所述调节部分(13)上设置有所述支承面(7)。4.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述进排气阀控制元件(4)是一个致动柱，所述致动柱为一个中空圆柱体，其中设有隔壁，所述隔壁的上方设有所述支承面(7)。5.根据权利要求1至4之一所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述工作面(5)包括非驱动部分(8)和驱动部分(9)，所述非驱动部分(8)为与所述铰接孔(6)同心的圆弧面。6.根据权利要求5所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述驱动部分(9)与所述非驱动部分(8)圆滑过渡，并且所述驱动部分(9)为到所述调节元件(4)的所述铰接孔(6)中心的距离大于所述非驱动部分(8)的半径的曲面。7.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述支承面(7)为与所述铰接孔(6)同心的圆弧面。8.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述运动传输件(2)是一根轴，其中部与驱动元件(3)接触而两端与调节元件(I)和进排气阀控制元件(4)接触；或是一根中间带有凸起部分的轴，其中间的凸起部分与驱动元件(3)抵靠而两端与调节元件(I)和进排气阀控制元件(4 )接触；或是一根变直径轴，其两端各带一个直径相同的部分，两直径相同的部分与调节元件(I)和控制元件(4)接触，直径相同的部分之间的轴部分与驱动元件(3)接触；或是一根变直径轴，其中间带一个凸起部分而两端各带一个直径相同成为一对的端部，中间的凸起部分与驱动元件(3)接触，两端部与调节元件(I)和控制元件(4)接触。9.根据权利要求1所述的内燃机进排气阀驱动装置，其特征在于，所述运动传输件(2)是一个刚性体，其一端设有铰接孔，而另一端为圆形；或是一个刚性体，其两端分别设有铰接孔，其中一个铰接孔与一个滚轮相连；或是一个细长刚性体，其一端设有铰接孔，用于与一个滚轮相连。
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机进排气阀驱动装置，包括调节元件（1）；运动传输件（2）；驱动元件（3）；进排气阀控制元件（4），所述进排气阀控制元件（4）具有支承面（7）；所述调节元件（1）的一端设置有工作曲面（5），其另一端设有铰接孔（6）；所述运动传输件（2）抵靠在所述调节元件（1）的所述工作曲面（5）、所述进排气阀控制元件（4）的所述支承面（7）和所述驱动元件（3）上，并由所述驱动元件（3）驱动。该装置在能够对内燃机进排气阀的升程进行0~100%之间的连续调节的前提下，以更少的参与运动的零件数实现内燃机进排气阀开启和关闭。
【IPC分类】F01L13/00, F01L1/344
【公开号】CN104895636
【申请号】CN201510101938
【发明人】杨鲁川, 武冠军
【申请人】常州嵘驰发动机技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月9日
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