專利名稱：發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，具體涉及一種 可根據(jù)凸輪軸的旋轉來調節(jié)迸氣/排氣閥打開/關閉時序和打開/關閉次 數(shù)的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)。
背景技術：
根據(jù)現(xiàn)有技術中的普通氣門致動機構，氣門升程一律是根據(jù)凸輪 軸上所形成的驅動凸輪的輪廓形成的，但不可能改變氣門升程和持續(xù) 時間。因此，因為發(fā)動機是在固定的氣門升程和持續(xù)時間下工作的， 所以不可能通過改變氣門升程和持續(xù)時間而改善發(fā)動機功率或減小燃 料消耗。
因此，近年來，已經(jīng)進行了研究，以幵發(fā)可根據(jù)發(fā)動機驅動條件 對氣門升程、打開/閉合次數(shù)、和打開/閉合時序進行調節(jié)的氣門致動機 構。這些致動機構當中的一種是本申請人提出的連續(xù)可變氣門升程系 統(tǒng)(CVVL)。
因為連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動機的工作條件將進氣/排氣 氣門的打開/閉合時序和諸如氣門升程之類氣門操作調節(jié)至最優(yōu)條件，， 所以，能夠在高速和高負載的條件下通過增加進氣量來改善發(fā)動機功 率，并能夠在低速和低負載條件下通過使EGR效果或節(jié)流損失最小化 而減少燃料消耗和廢氣。
然而，根據(jù)現(xiàn)有技術中的連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，要使用大量部 件且組合結構被復雜化。此外，因為連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)被設計成占據(jù)發(fā)動機汽缸頭部中比凸輪軸高的上部空間，所以汽缸頭部的總高 度必須增加。
因此裝配有連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)的發(fā)動機的總體尺寸必須增 加，使得在發(fā)動機艙內由發(fā)動機占據(jù)的空間增加，這使得難于設定其 他裝置的布局。
此外，有大量移動部件且操作機構相應復雜化，使得難于精確可 靠地調節(jié)氣門升程和持續(xù)時間，也難于保證安裝有該系統(tǒng)的發(fā)動機的 整個可變機構的充分的耐用性。
本發(fā)明的該背景技術中公開的信息，僅僅是為了增強對本發(fā)明的 一般背景的理解，而不能當作承認或以任何形式暗示該信息形成了為 本領域技術人員所已知的現(xiàn)有技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明的各個方面旨在提供一種發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系 統(tǒng)，其具有減少了的部件數(shù)目且布置在汽缸頭部凸輪軸下面的緊湊構 造，以在具有改進的精度和可靠性的同時簡化操作并易于保證耐用性， 并且具體地，使得能夠通過減小汽缸頭部的總高度進而減小發(fā)動機的 尺寸而改善在發(fā)動機艙中進行布局的自由性。
在本發(fā)明的一個方面中，發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)可包括 固定到凸輪軸上的驅動凸輪；以預定距離與凸輪軸平行布置的控制軸； 一端可旋轉地連接到控制軸上且另一端可滑動地與驅動凸輪接觸并由 驅動凸輪旋轉的上部搖臂；由上部搖臂選擇性推動且選擇性對氣門進 行推動的下部搖臂；可滑動地連接到下部搖臂并與上部搖臂接觸的搖 臂從動件，其中搖臂從動件將上部搖臂的操作力傳輸至下部搖臂；以 及根據(jù)控制軸的旋轉來改變搖臂從動件與上部搖臂之間的接觸點的可 變機構。
上部搖臂的另 一端可由彈性部件彈性地向驅動凸輪支撐。 上部搖臂的另 一端可裝配有輥子。 控制軸可設置在驅動凸輪與下部搖臂之間。
控制軸可固定到致動器上并由致動器致動，該致動器由控制單元 控制以調節(jié)控制軸的旋轉角度。根據(jù)與搖臂從動件的接觸對高升程和低升程加以決定的輪廓，可 形成在上部搖臂的下表面上。
可變機構可包括控制桿，其一端固定到控制軸上，其另一端通 過控制軸的操作來推動搖臂從動件以改變搖臂從動件的接觸點；以及 彈性部件，其將搖臂從動件彈性支撐于控制桿。
彈性部件可包括可變臂，其可旋轉地連接到下部搖臂的一端并 在與控制桿操作方向相反的方向上支撐搖臂從動件，下部搖臂的該一 端可旋轉地連接到氣門。
搖臂從動件可以可旋轉地連接到搖臂軸，且該搖臂軸連接到穿透 下部搖臂形成的傾斜槽，以便允許搖臂軸通過控制軸的旋轉而可滑動 地沿該傾斜槽移動。
傾斜槽可以構造成其上部靠近將下部搖臂的一端和控制軸相連接 的軸線對齊或與該軸線對齊，以便增加連接軸與控制軸間的相對距離 從而形成高升程，下部搖臂的該一端可旋轉地連接到氣門。
傾斜槽的下部可以與將下部搖臂和控制軸進行連接的軸線偏移預 定距離，以便減小連接軸和控制軸間的相對距離以形成低升程。
搖臂從動件可以是經(jīng)軸承可旋轉地繞搖臂軸裝配的輥子。
可變機構可包括控制桿，其一端固定到控制軸，其另一端與搖 臂軸接觸，以通過控制軸的操作來改變搖臂從動件的接觸點，從而沿 傾斜槽改變搖臂軸的位置；和彈性部件，其將搖臂軸彈性支撐于控制 桿。
控制桿可與控制軸一體形成并具有與搖臂軸接觸的弧形凸出表面。
彈性部件可包括可變臂，其可旋轉地連接到下部搖臂的一端并在 控制桿操作方向的相反方向上支撐搖臂軸。
可變臂可包括可伸縮地連接到下部搖臂一端的可移動部件，可移 動部件的一端可旋轉地繞搖臂軸裝配，且彈性部件布置在下部搖臂的 一端和可移動部件之間，以便向控制桿的凸出表面支撐可移動部件。
弧形保持部包括將控制桿保持在其中從而維持搖臂軸和控制桿間 接觸的接收部，該弧形保持部可在可移動部件的端部上形成，其中搖 臂軸穿過弧形保持部，并相對于搖臂軸旋轉。本發(fā)明的方法和裝置具有其他特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點可從 附圖和具體實施方式
中明顯看出或在其中更詳細地描述，附圖包括在 本說明書中并與具體實施方式
一起解釋本發(fā)明的某些原理。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系 統(tǒng)的配置的示圖。
圖2是圖1的透視圖。
圖3是示出從圖1放大的下部搖臂內側的投影圖。 圖4是圖1的底側透視圖。
圖5和圖6是圖解根據(jù)本發(fā)明的示例性高升程操作的正視圖和透 視圖。
圖7和圖8是圖解根據(jù)本發(fā)明的示例性低升程操作的正視圖和透 視圖。
具體實施例方式
下面詳細參考本發(fā)明的各個實施方式，這些實施方式的實例在附 圖中示出并在下面描述。雖然本發(fā)明是結合示例性實施方式描述的， 但可以理解本描述不是為了將本發(fā)明限制在這些示例性實施方式內。 相反，本發(fā)明旨在不僅涵蓋示例性實施方式而且涵蓋可包括在由所附 的權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范疇之內的各種替換、修改、等 價形式和其他實施方式。
參考圖1到4，發(fā)動機用連續(xù)可變升程系統(tǒng)包括驅動凸輪10，控 制軸20，上部搖臂30，下部搖臂40，搖臂從動件50，和可變機構。
驅動凸輪IO在凸輪軸上形成，該凸輪軸在通過同步帶或正時鏈與 曲軸連接時旋轉。控制軸20可旋轉地設置在汽缸頭部內預定位置處。 上部搖臂30裝配在控制軸20上并由驅動凸輪10旋轉。當上部搖臂30 旋轉時，下部搖臂40被向下推動從而向下推動氣門(進氣/排氣氣門)。 搖臂從動件50裝配在下部搖臂40中并與上部搖臂30接觸從而傳輸上 部搖臂30的操作力至下部搖臂40?？勺儥C構改變搖臂從動件50的位 置。控制軸20以預定距離設置在驅動凸輪10下面，且控制軸20的一 端連接到電機(通常被稱為CVVL電機的步進電機)，其中，當發(fā)動機 控制單元(ECU)確定驅動條件并調節(jié)電機的操作方向和操作角度時， 控制軸20旋轉。
上部搖臂30的一端裝配在控制軸20上，同時上部搖臂30和控制 軸20不影響彼此的旋轉，使得控制軸20可相對于上部搖臂30自由地 旋轉。
與搖臂從動件50接觸的上部搖臂30下表面形成為曲面，該曲面 平滑地連接至形成為繞控制軸20所形成的圓形的那一端的周界。艮卩， 該曲面形狀以及該一端的周界的部分形成接觸輪廓31，接觸輪廓31 根據(jù)搖臂從動件50接觸的點來改變推動下部搖臂40的量。
上部搖臂30的另一端裝配有由鉸軸連接的輥子32，并且該輥子 32與驅動凸輪10接觸。為保持輥子32和驅動凸輪10間的接觸，設置 有彈簧，該彈簧使上部搖臂30旋轉以驅動凸輪10。彈簧可以是簡單巻 簧或兩端延伸的巻簧，并可以設置在各種位置，使得相對于控制軸20 推動或拉動上部搖臂30的另一端，且詳細布置沒有在圖中示出。
當兩個氣門配成一對(使用兩個進氣氣門和兩個排氣氣門，這是 大多發(fā)動機中使用的普通配置)時，在上部搖臂30上形成的搖臂從動 件50的接觸輪廓31在兩個下部當中的每個上均形成，且輥子32設置 在從多個輪廓之間的中部凸出的凸出部上。
該構造與在下部搖臂40中的相同，其中帶有搖臂從動件50的下 部搖臂40設置在每個氣門1上方，且兩個下部搖臂通過連接軸42連 接。
下部搖臂40靠近上部搖臂30的下部設置，且下部搖臂40的一端 由液壓間隙調節(jié)器3 (HLA)支撐且另一端與氣門1的桿的頂端接觸。
氣門l提供有回位彈簧2以在操作(打開)后返回到初始位置。
傾斜槽41是穿透下部搖臂40形成的，搖臂軸60布置有均插到兩 個下部搖臂40的傾斜槽41中的兩端，且搖臂從動件50可旋轉地裝配 在搖臂軸60上。
搖臂軸60可在傾斜槽41中上下移動。
傾斜槽41形成為上部比下部進一步遠離控制軸20的中央。搖臂從動件50是一種輥子，且多個滾針軸承51設置在搖臂從動
件50和搖臂軸60之間，使得搖臂從動件50保持以小的摩擦而滾動接 觸的同時自由旋轉。
被設置以改變搖臂從動件50在傾斜槽41中的位置的可變機構， 由裝配在控制軸20上的控制桿70和裝配在下部搖臂40的連接軸42 的中部上的可變臂80組成。
控制桿70可以以各種方式形成，例如可以與控制軸20 —體形成， 或作為獨立部件形成然后焊接。
作為選擇，可以穿透控制桿70的上端部形成具有齒條的孔，且將 控制軸20插入到該孔中以由齒條鎖定。然而，當控制軸20由電機旋 轉時，控制軸20和控制桿70在影響彼此的旋轉的同時應以相同的角 度整體旋轉。
可變臂80被設置以將搖臂軸60和下部搖臂40的連接軸42相連接。
可變臂80具有可旋轉地裝配在連接軸42上的固定端81和可旋轉 地裝配在搖臂軸60上的可移動部件82，其中可移動部件82可通過固 定端81而往復運動。
在本發(fā)明的各個實施方式中，可移動部件82可伸縮地連接到固定 端81。因此，通過可移動部件82的往復運動，可變臂80的整個長度 是可變的。
彈簧83布置在一端81和可移動部件82之間，使得彈簧83隨可 移動部件82被推入該一端81.而被壓縮，且壓縮的彈簧施力將可移動 部件82向外推。
弧形保持部84在可移動部件82的面向控制桿70的那一端上形成， 且搖臂軸60設置在保持部84中使得它們能夠相對彼此旋轉。
控制桿70從控制軸20向下延伸，并在主體下部面向搖臂軸60的 一側具有弧形凸出表面71。凸出表面71通過保持部84的開口直接與 搖臂軸60接觸，從而在控制軸20旋轉時推動搖臂軸60。
下面參考圖5到8描述多個實施方式的操作。
圖5和圖6示出氣門升程最大的高升程，其中控制軸20由電機順 時針旋轉。因此，隨著控制桿70和控制軸20—起順時針旋轉，搖臂軸60向 上推到傾斜槽41的上部，且搖臂從動件50向上移動到接觸點"a"。 點"a"是高升程操作起點位置。進一步，凸出表面71根據(jù)弧形更平 滑地向上推動搖臂從動件50。
隨著搖臂軸60沿傾斜槽41向上移動，距連接軸42的距離減小， 并且，在可移動部件82插入到一端81中且彈簧83被壓縮的同時可變 臂80縮短。在該構造中，連接軸42和控制軸20間的相對距離增加。 因此，連接軸42和控制軸20間的垂直距離也增加從而形成高升程模 式。
隨著驅動凸輪10在上面的位置旋轉(驅動凸輪逆時針旋轉)，輥 子32向下移動，且上部搖臂30繞控制軸20的中心逆時針(向下)旋 轉。因此，向下推動搖臂從動件50，且下部搖臂40相應地被向下推動， 結果，氣門l被推動且進氣/排氣口打開。
搖臂軸從動件50和上部搖臂30間的接觸點沿上部搖臂30的接觸 輪廓31向輥子32移動，其中搖臂從動件50的操作起點"a"位于最 高位置。因此，在凸輪10旋轉時的由上部搖臂30所推動的量達到最 大，且下部搖臂40的操作量達到最大，使得實現(xiàn)氣門升程最大的高升 程。
圖6和圖7示出氣門升程最小的低升程，其中控制軸20被電機從 高升程位置逆吋針旋轉。
在控制軸20如上所述旋轉之后，控制軸20不再支撐搖臂軸60， 使得可移動部件82由已被壓縮的彈簧83的恢復力從一端81中推出， 并推動搖臂軸60。結果，搖臂軸60沿傾斜槽41向下移動。
因此，搖臂從動件50和上部搖臂30間的接觸點"a"向下移動到 點"b"。在該構造中，連接軸42和控制軸20間的相對距離減小。結 果，連接軸42和控制軸20間的垂直距離也減小從而形成低升程模式。
因此，即使上部搖臂30向下旋轉角度與驅動凸輪10的旋轉角度 相同，也能實現(xiàn)低升程，該低升程與圖5和圖6中的高升程相比，下 部搖臂40的操作量最小。
因此，通過根據(jù)發(fā)動機工作條件的改變而適當改變控制軸20的旋 轉位置，發(fā)動機控制單元實現(xiàn)高升程和低升程間所需的氣門升程。此外，氣門持續(xù)時間是通過氣門升程的變化而改變的。
如上所述，本發(fā)明可提供一種發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，
其因為具有小的部件數(shù)目而能被簡單地操作，并通過改善操作精度和
可靠性而具有良好的制動性能。
此外，由于同樣的原因而易于保持耐用性。
此外，因為該系統(tǒng)緊湊并設置在凸輪軸下面，所以可以通過減小 汽缸頭部的總高度而減小發(fā)動機的整個尺寸，并改善發(fā)動機艙的布局 的自由性。
為了解釋的便利和在所附的權利要求中準確限定，術語"上"，"向 下"和"下"被用來參考圖中所示特征的位置描述示例性實施方式中 的這些特征。
已經(jīng)為了圖示和描述的目的給出了本發(fā)明的具體的示例性實施方 式的前述描述。它們不是為了窮舉或限制本發(fā)明于所公開的精確形式 內，而顯而易見的是在上面的教導之下許多修改和變化都是可能的。 示例性實施方式的選擇和描述是為了解釋本發(fā)明的某些原理和它們的 實際應用，因而使本領域技術人員能夠做出和利用本發(fā)明的多個示例 性實施方式及其各種替換和修改。旨在使本發(fā)明的范圍由所附的權利 要求及其等價形式限定。
權利要求
1.一種發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其包括固定到凸輪軸上的驅動凸輪；以預定距離與所述凸輪軸平行布置的控制軸；上部搖臂，其一端可旋轉地連接到所述控制軸，并且其另一端可滑動地與所述驅動凸輪接觸并由所述驅動凸輪旋轉；下部搖臂，其由所述上部搖臂選擇性地推動并選擇性推動氣門；搖臂從動件，其可滑動地連接到所述下部搖臂并接觸所述上部搖臂，其中所述搖臂從動件傳輸所述上部搖臂的操作力至所述下部搖臂；以及可變機構，其根據(jù)所述控制軸的旋轉而改變所述搖臂從動件和所述上部搖臂間的接觸點。
2. 如權利要求l所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所 述上部搖臂的所述另一端由彈性部件向所述驅動凸輪彈性支撐。
3. 如權利要求l所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所 述上部搖臂的所述另一端裝配有輥子。
4. 如權利要求l所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所 述控制軸布置在所述驅動凸輪和所述下部搖臂之間。
5. 如權利要求l所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所 述控制軸固定到致動器上并由該致動器致動，所述致動器由控制單元 控制以調節(jié)所述控制軸的旋轉角度。
6. 如權利要求1所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中在 所述上部搖臂的下表面上形成根據(jù)與所述搖臂從動件的接觸來確定高 升程和低升程加以確定的輪廓。
7. 如權利要求l所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所述可變機構包括控制桿，其一端固定到所述控制軸上，并且其另一端通過所述控 制軸的操作而推動所述搖臂從動件以改變所述搖臂從動件的所述接觸 點；以及彈性部件，其將所述搖臂從動件彈性支撐于所述控制桿。
8. 如權利要求7所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所述彈性部件包括可變臂，該可變臂可旋轉地連接到所述下部搖臂的一端并在與所述控制桿的操作方向相反的方向上支撐所述搖臂從動件，所述下部搖臂的所述一端可旋轉地連接于所述氣門。
9. 如權利要求l所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所述搖臂從動件可旋轉地連接到搖臂軸，且所述搖臂軸連接到穿透所述 下部搖臂形成的傾斜槽中，以便允許通過所述控制軸的所述旋轉使所 述搖臂軸沿所述傾斜槽可滑動地移動。
10. 如權利要求9所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中 所述傾斜槽被配置為使得其上部靠近將所述下部搖臂的一端和所述控 制軸相連接的軸線對齊或與該軸線對齊，以便增加所述連接軸和所述 控制軸間的相對距離，從而形成高升程，所述下部搖臂的所述一端可 旋轉地連接到所述氣門。
11. 如權利要求iO所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中 所述傾斜槽的下部以預定距離與將所述下部搖臂的所述端部和所述控 制軸相連接的所述軸線偏移，以便減小所述連接軸和所述控制軸間的 所述相對距離從而形成低升程。
12. 如權利要求9所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中 所述搖臂從動件是輥子，該輥子通過軸承繞所述搖臂軸可旋轉地裝配。
13. 如權利要求9所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中 所述可變機構包括控制桿，其一端固定到所述控制軸上，并且其另一端接觸所述搖 臂軸，以通過所述控制軸的操作來改變所述搖臂從動件的所述接觸點， 從而沿所述傾斜槽改變所述搖臂軸的位置；以及彈性部件，其將所述搖臂軸彈性支撐于所述控制桿。
14. 如權利要求13所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中 所述控制桿與所述控制軸整體形成并具有弧形凸出表面，該凸出表面 與所述搖臂軸接觸。
15. 如權利要求13所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中 所述彈性部件包括可變臂，該可變臂可旋轉地連接到所述下部搖臂的 所述一端，并在與所述控制桿操作方向相反的方向上彈性地支撐所述 搖臂軸。
16. 如權利要求15所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中所述可變臂包括可移動部件，其可伸縮地連接到所述下部搖臂的所述一端，所述可移動部件的一端繞所述搖臂軸可旋轉地裝配；以及彈性部件，其設置在所述下部搖臂的所述一端和所述可移動部件 之間，以便向所述控制桿的所述凸出表面支撐所述可移動部件。
17. 如權利要求16所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其中 弧形保持部包括接收部，所述接收部將控制桿保持在其中從而保持所 述搖臂軸和控制桿之間的接觸，所述弧形保持部在所述可移動部件的 所述端部上形成，其中所述搖臂軸穿過所述弧形保持部并相對于搖臂 軸旋轉。
18. —種發(fā)動機，其包括如權利要求1所述的發(fā)動機用連續(xù)可變 氣門升程系統(tǒng)。
19. 一種客車，其包括如權利要求1所述的發(fā)動機用連續(xù)可變氣 門升程系統(tǒng)。
全文摘要
一種發(fā)動機用連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)，其可包括固定到凸輪軸上的驅動凸輪；以預定距離與凸輪軸平行布置的控制軸；上部搖臂，其一端可旋轉地連接到控制軸，并且其另一端可滑動地接觸驅動凸輪并由驅動凸輪旋轉；下部搖臂，其由上部搖臂選擇性地推動并選擇性地推動氣門；搖臂從動件，其可滑動地連接到下部搖臂并接觸上部搖臂，其中搖臂從動件傳輸上部搖臂的操作力至下部搖臂；和可變機構，其根據(jù)控制軸的旋轉來改變搖臂從動件與上部搖臂間的接觸點。
文檔編號F01L1/18GK101592048SQ200810188879
公開日2009年12月2日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權日2008年5月29日
發(fā)明者黃允圣 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社