[发明专利]一种可变气门正时和可变气门升程的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机可变气门正时和可变气门升程的装置，尤其涉及一种适用于各类往复活塞式内燃机可变气门正时和可变气门升程的装置。

背景技术

液压可变气门正时技术(Variable Valve Timing，以下简称VVT)已在内燃机中得到广泛应用，同时，可变气门升程(Variable Valve Lift，以下简称VVL)的装置也开始得到应用，对内燃机性能改善起到了很大的作用。随着当前内燃机行业对VCR等前沿技术的深入研究，发现原有的液压驱动的VVT由于其反应慢、精度不高、可变正时角度小、冷启动和怠速工况难以运行等问题的存在，已经不能与上述技术相匹配。

一种既可改变气门正时，又能改变气门升程的装置，与上述技术的配合将完美地解决现存内燃机的许多困扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种由电机驱动的可变气门正时和可变气门升程的装置(Electric Variable Valve Timing and Variable Valve Lift，以下简称EVVTL)。根据内燃机的运行特征和要求，仅通过一套装置，即可实现气门正时和升程的同时改变，且成本低廉，机构可靠，响应快速，精确度高，对怠速和冷启动均能充分应对，与VCR等前沿技术可较好地匹配，甚至极有可能取消现有的节气门机构，重要的是加装该装置对现存的内燃机结构修改不大，对提高内燃机效率有极其明显的作用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于内燃机的改变气门正时和改变气门升程的装置，其包括：凸轮轴驱动机构、偏心环旋转机构和减速机构，其特征在于：

所述凸轮轴驱动机构包括凸轮轴链轮、外圈、支撑套、行星齿轮和齿圈；

凸轮轴链轮和齿圈被固定安装在外圈上，外圈被可旋转地安装在支撑套上，支撑套被固定在缸盖上；凸轮轴链轮、齿圈、外圈和支撑套四个零件的轴线或旋转中心均与中心轴线重合，当曲轴驱动凸轮轴链轮旋转时，凸轮轴链轮、齿圈和外圈三个零件均被驱动，使其绕中心轴线同步旋转；

行星齿轮被固定安装在凸轮轴的前端，其旋转轴线与凸轮轴轴线重合；行星齿轮与齿圈内啮合，此两个零件的旋转轴线之间具有中心距L，当齿圈绕中心轴线旋转时，将驱动行星齿轮绕凸轮轴轴线旋转，与行星齿轮固定在一起的凸轮轴也绕凸轮轴轴线同步旋转，至此，完成了曲轴对凸轮轴的旋转驱动；

所述偏心环旋转机构包括至少一个偏心环，所述偏心环具有内外两个圆柱表面，其两个圆柱表面的轴线之间具有偏心量E，其特征在于，所述的偏心量E等于行星齿轮与齿圈旋转轴线之间的中心距L，所述偏心环被可旋转地套接在凸轮轴轴颈和凸轮轴承座内孔之间，其内圆柱表面与凸轮轴轴颈滑动接触，其外圆柱表面与凸轮轴承座内孔滑动接触，接触面之间既可以安装滑动轴承，也可以安装滚动轴承；

凸轮轴承座内孔和偏心环外圆柱表面的轴线与中心轴线重合，因此，偏心环的旋转仅仅被限定在绕中心轴线旋转，又由于偏心量E等于中心距L，所以，所述的齿圈、行星齿轮、偏心环、凸轮轴轴线和中心轴线共同组建了一个K-H-V行星齿轮传动机构；

根据K-H-V行星齿轮传动机构的运动规律：

当齿圈被驱动旋转时，由于啮合关系，行星齿轮和凸轮轴被驱动旋转，此时气门升程和正时角度均未改变；

当偏心环被驱动旋转时，一方面偏心环将带动凸轮轴轴线以偏心量E为半径，沿运行轨迹与偏心环同向旋转，另一方面由于齿圈与行星齿轮相互啮合的约束关系，使得行星齿轮同时绕凸轮轴轴线逆向旋转；

凸轮轴轴线沿运行轨迹的移动改变了凸轮轴相对于气门挺柱或气门摇臂的距离或升程，凸轮轴绕自身轴线旋转，则改变了凸轮相对于气门开启或关闭的角度；

即，偏心环的旋转角度能够唯一对应于气门升程和气门正时角度。

本发明的有益效果：

(1)众所周知，曲轴与凸轮轴的转速比为2:1，如果想要改变凸轮轴相对于曲轴的相位，已有的电机驱动的VVT专利通常均借助于一个行星齿轮机构。行星齿轮机构的特点是具有三根旋转轴，即：太阳轮、齿圈和行星轮架形成的旋转轴，且三根旋转轴线均重合，任意两根轴的旋转速度，决定了第三根轴的旋转速度。显然，三根轴线重合，可以改变凸轮轴相位，而不能改变凸轮升程。同理，现存的VVL通常则是改变气门摇臂支点位置。我们知道，气门摇臂支点实际上是一个杠杆支点，其杠杆一端与凸轮相连，另一端与气门相连。当杠杆支点的位置改变时，气门升程发生改变。由于凸轮相位没有改变，因此，气门正时的相位也没有改变，只是气门升程发生了改变。