[发明专利]一种连续可变正时装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机可变正时装置，尤其是一种组合式凸轮轴可变正时装置。

背景技术

近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求，许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完善阶段。在当前的内燃机使用过程中，气门的关闭&打开作为内燃机的工作状态的一部分，为了达到最优化的气门控制方式，设计者期望能够根据不同的需求设置来打开或关发动机的进气和排气阀门。发动机可变气门正时技术(VVT，Variavle Valve Timing)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，它是能够对发动机的气门开启、关闭时间及进气量进行连续调节,使充量系数增加，从而可提高发动机功率,优化扭矩曲线,提升产品的动力性、降低油耗，可变配气技术带来的优势是显而易见的，这种技术将逐步成为先进发动机的标准配备。随着这一技术的普及，现在已经配备在大多数主流发动机上，不配备这种技术的发动机在大多数领域将面临淘汰。

通常气门是由发动机的曲轴通过凸轮轴带动的，气门的配气正时取决于凸轮轴的转角。在普通的发动机上，进气门和排气门的开闭时间是固定不变的，这种固定不变的正时很难兼顾到发动机不同转速的工作需求，可变气门正时就是解决这一矛盾的技术。在发动机运转的时候，我们需要让更多的新鲜空气进入到燃烧室，让废气能尽可能的排出燃烧室，最好的解决方法就是让进气门提前打开，让排气门推迟关闭。这样，在进气行程和排气行程之间，就会发生进气门和排气门同时打开的情况，这种进排气门之间的重叠被称为气门叠加角。当发动机处于不同转速时，气门叠加角的要求也是不同的。没有任何一种固定的气门叠加角设置能让发动机在高地转速时都能完美输出的，如果没有可变气门正时技术，发动机只能根据其匹配车型的需求，选择最优化的固定的气门叠加角。例如，赛车的发动机一般都采用较小的气门叠加角，以有利于高转速时候的动力输出。而普通的民用车则采用适中的气门叠加角，同时兼顾高速和低速是的动力输出，但在低转速和高转速时会损失很多动力。而可变气门正时技术，就是通过技术手段，实现气门叠加角的可变来解决这一矛盾。

采用了可变气门正时技术，发动机的功率和扭力输出将会更加线性，同时兼顾高低转速的动力输出，这样发动机的转速能够设计得更高，因而获得更多的功率输出；同时采用了可变气门正时技术，发动机在低转速时能增加扭力输出，大大增强驾驶的操纵灵活性，发动机采用可变气门正时技术获得上述好处的同时，没有任何负面影响，换句话说，就是没有对于发动机的工作强度提出更高的要求。在整个可变配气技术领域里，它通过液压和齿轮传动机构，根据发动机的需要调整凸轮轴相位，实现了动态调节气门正时。需要一套液压装置及电磁阀，控制液压缸与高压油路相连，那么活塞会向凸轮轴方向运动，随之而来的是凸轮轴的转角被提前更高性能的可变配气相位VVT系统能够连续可变相位角，根据转速的不同，在0度-30度之间线性调教配气相位，其缺点在于液压系统可靠性易受到污染物干扰及无法改变气门开闭持续时间,

当前丰田的VVTL-I是是当今世界上最先进的VVT系统，它强大的功能包括：连续可变气门正时，分两段可变气门行程和气门打开持续时间且进排气都可变，这套可变气门正时系统也是通过发动机的管理系统根据发动机的转速、加速度、上坡、下坡等参数，计算出合适的气门正时，并通过布置在凸轮轴末端的一个液压机构来控制。此外其相位角能在0-60度范围内连续可变。因此气门正时能与发动机的工作完美匹配。丰田的这套系统采用了一组摇臂设计，它位于两个进气门之间(或排气门)。它也有两个不同形状的凸轮来驱动摇臂，其横切面有着不同的形状，一个有较长的气门打开时间(用于高转速时)，另一个有较短的气门打开时间(用于低转速时)。在低转速时，低速凸轮通过滚动轴承驱动摇臂运动(为了减小摩擦阻力)。高转速时，由于这个凸轮与下面的液压顶杆之间留有足够的间隙，无法直接驱动摇臂。当转速增加到极限的时候，滑块在液压的作用下，被推到液压顶杆的间隙中。高速凸轮开始有效的工作。在高速凸轮的驱动下，气门开启的持续时间更长，此时行程也更长(就像本田的VTEC一样，气门开启行程和打开持续时间都取决于凸轮轴的形状)。然而，它的缺点也十分明显：结构也是极其的复杂，成本高，大量的成本制造工艺上，才能保证整个系统的持续运转。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种连续可变正时装置，利用组合式凸轮轴解决了当前液压机构控制的可靠性相对较差，高性能连续可变正时装置机构复杂且成本高的问题。