含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置制造方法及图纸
Fully variable valve actuator with continuously variable geometry cam and adder
The invention discloses a fully variable valve with continuous variable geometry camshaft and adder driving device, continuously variable geometry camshaft mechanism has at least 2 different sub and cam on the same shaft can rotate mutually controlled synthesis of cam angle adjustable, or angle variable coaxial eccentric wheel; adder the sub cam mechanism, continuously variable geometry camshaft mechanism movement mathematical linear sum and the output for a single reciprocating motion, with hydraulic, four gears, double connecting rod, rocker arm, orthogonal drive tandem arc arc rocker, Dan Ganggan composed of different forms; variable stroke mechanism, can change the length or angle the range and position of stroke or initial point of view, in the valve is equivalent to the valve lift is continuously adjustable, with adjustable rocker and adjustable oscillating convex arc The present invention realizes the continuous and independent adjustment of valve lift and duration of the valve in two forms: three effective combinations of different mechanisms.
【技术实现步骤摘要】
含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置
本专利技术涉及一种含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置，是内燃机的气门正时和升程可以独立连续调节的装置，可以替代电磁气门驱动装置。
技术介绍
现有的可变气门正时机构意义在于改变进气门与排气门的交叠角度，而气门开启的持续时间是固定的。但是，此种气门正时机构在提高交叠角的同时，排气门延迟打开，进气门过早关闭，都造成了发动机额外的排气损耗，并造成进气量减少，这些都使内燃机理论上最佳的输出功率与扭矩受到损失。能够将气门的正时调整到理论最佳值的方法称为全可变气门正时，包含单个气门的正时和进排气门交叠角。可变气门升程的作用是可以替代部分节气门的作用，使得发动机泵气损耗降低，油门反应速度提高，在汽油机上作用明显。公开号CN102242650名为可用于全可变气门正时的连续可变几何凸轮轴的专利技术中，子凸轮之间的相位可以连续改变，但是所形成的连续可变凸轮的CA角度有缺陷，顶部的平台导致气门开启和关闭过快，所需的气门弹簧力较大，因而对于内燃机而言损耗偏大。尤其是当今内燃机转速越来越高的时代背景下，这种情况尤为严重，甚至在超过6000转/分钟的极高转速时金属弹簧就已经不能满足气门正确运动的需要，因此需要更好的气门驱动技术来支持内燃机转速的提高。希望能够利用连续可变几何凸轮轴的专利技术加上一些创新设计来制造一种新颖的连续独立可变气门正时和升程机构。
技术实现思路
本专利针对上述缺陷作出新的解决方案，需要一种新的机构，实现对气门完全的控制，即气门的升程和正时可以独立和连续的调节。专利技术所提供的含连续可变几何凸轮轴和加法器的...
【技术保护点】
含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置，包含：连续可变几何凸轮轴机构在同一根轴上对应一个气门具有至少2个不同的子凸轮且可以受控相互转动，合成的凸轮角度连续可调；加法器机构，使连续可变几何凸轮轴机构的子凸轮的运动实现数学上线性相加；可变冲程机构，可改变冲程的长度或角度范围和位置或初始角度，作用在气门上等效于气门升程连续可调节；所述连续可变几何凸轮轴机构，中心轴和套管固定在一起，当中心轴沿轴向线性运动时，带动含有不同方向滑槽的套管一起运动，使得其上的子凸轮或子齿轮在轴截面的角向方向上产生角向位移，具体角向位移的角度由滑槽的角度设定；且可实现凸轮型线的非对称变化，并等效于凸轮轴与曲轴的相位改变；等效形式是同轴的子偏心轮的夹角可连续调节的机构，即将子凸轮替换成子偏心轮；所述加法器机构是多输入‑单输出的结构，包括具有液压、四齿轮系、串联双连杆、串联圆弧摇臂、正交驱动圆弧摇臂、单杠杆等不同形式；液压加法机构包含至少2个输入活塞和1个输出活塞，输入活塞相互之间的位置关系是平行的、并列的关系，不同输入活塞的面积比根据其执行的算数平均值计算功能中的权重分配而定，输出活塞的行程是输入活塞行程的算...
【技术特征摘要】
1.含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置，包含：连续可变几何凸轮轴机构在同一根轴上对应一个气门具有至少2个不同的子凸轮且可以受控相互转动，合成的凸轮角度连续可调；加法器机构，使连续可变几何凸轮轴机构的子凸轮的运动实现数学上线性相加；可变冲程机构，可改变冲程的长度或角度范围和位置或初始角度，作用在气门上等效于气门升程连续可调节；所述连续可变几何凸轮轴机构，中心轴和套管固定在一起，当中心轴沿轴向线性运动时，带动含有不同方向滑槽的套管一起运动，使得其上的子凸轮或子齿轮在轴截面的角向方向上产生角向位移，具体角向位移的角度由滑槽的角度设定；且可实现凸轮型线的非对称变化，并等效于凸轮轴与曲轴的相位改变；等效形式是同轴的子偏心轮的夹角可连续调节的机构，即将子凸轮替换成子偏心轮；所述加法器机构是多输入-单输出的结构，包括具有液压、四齿轮系、串联双连杆、串联圆弧摇臂、正交驱动圆弧摇臂、单杠杆等不同形式；液压加法机构包含至少2个输入活塞和1个输出活塞，输入活塞相互之间的位置关系是平行的、并列的关系，不同输入活塞的面积比根据其执行的算数平均值计算功能中的权重分配而定，输出活塞的行程是输入活塞行程的算数平均值，此时液压机构称为液压加法器；输入活塞与输出活塞的方向、位置依照其所传动的动作的最佳位置而设定，输入输出活塞的形状以与其他部分最佳配合的要求而设定；四齿轮系加法器机构是四个齿轮先后啮合，首尾二个齿轮固定且同轴，与中间的二个齿轮的角向位置可以改变，首端的齿轮的旋转和中间二个齿轮绕首尾齿轮共同的轴的旋转构成了二个输入的旋转量，而尾端的齿轮就是输出部分；当四齿轮系加法器具有三个以上的输入的旋转量时，增加同轴的齿轮数量使之等于输入旋转量的数量，同时增加绕轴公转的齿轮的成对的数量使得公转齿轮对的数量等于输入旋转量的数量减一；串联双连杆机构是二个双连杆前后相接，每个双连杆由一个偏心轮驱动，前面的双连杆一端固定在控制轴上，后面的双连杆连接输出端；将圆弧摇臂替代双连杆，形成同样作用的串联圆弧摇臂；正交驱动圆弧摇臂是一个圆弧摇臂同时具有角向和径向运动，二个方向的运动分别由二个同轴的偏心了和凸轮驱动；单杠杆是一个齿轮中相对的二个齿且不包含其他的齿，齿的长度比例决定杠杆的固定比例，单杠杆绕齿轮的轴心转动，即双齿齿轮形式的固定比例杠杆；所述可变冲程机构具有二种形式：转动摇臂机构，圆弧摇臂与所驱动的部件接触的面是沿着所述连续可变几何凸轮轴驱动机构轴心为弧心的圆弧；可调节凸轮套管机构，凸轮套管的初始角度可以连续改变而不影响运动的输入端；所述液压加法器的液压腔内有容积调节机构，一个弹簧将一个钢球顶在一个连通内燃机的液压系统管道的开口，当液压腔容积不足时，内燃机液压系统的压力使得钢球离开开口，液压系统向液压腔充油，使得输出活塞与输出活塞弹簧紧密接触却不压缩输出活塞弹簧，而输出活塞弹簧在装入所述液压合成驱动系统的液压腔时是处于略微被预压缩的状态；不同气缸气门的液压加法器的液压腔通过液压挺柱式的相互连通；所述连续可变几何凸轮轴机构的等效机构是：所述子凸轮之间的相位差不变，所述子凸轮各自所推动液压加法器的输入活塞、滚轮摇臂等机构绕凸轮轴的轴线转动一个角度并形成方向角度差，等效于子凸轮之间改变相位所造成的相位差，此时，相应部件需要依照子凸轮数量分割成相同数量的部分以适应相互之间角度关系的变化；所述装置的控制律为：所述连续可变几何凸轮轴驱动机构中心轴的轴向线性运动连续改变子凸轮的相位角度差，多个子凸轮驱动加法器机构的输入端，所得到的输出端的冲程是输入端的相加值，当凸轮等效CA角变大时凸轮等效升程的减少部分由可变冲程机构来补偿，并且气门升程的改变也由可变冲程机构来执行，因而气门的升程和正时二个参数可以相互独立且连续调节，实现全可变气门驱动的功能。2.如权利要求1所述的含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置，其采用转动摇臂机构的方案的特征在于凸轮轴外面有一个同轴的摇臂套管，摇臂套管具有弧形开口，内容纳三个圆弧摇臂，圆弧摇臂一端固定在摇臂套管上，滚轮与凸轮轴上的子凸轮接触，在子凸轮未推动圆弧摇臂时，摇臂外侧的弧线的弧心在以凸轮轴轴心为圆心的圆周线上，且圆弧摇臂的摆动是在凸轮轴的某一个轴截面；一个液压缸的输入活塞分为至少2个子活塞，每个子活塞对应一个子凸轮及圆弧摇臂，由圆弧摇臂来推动子活塞，液压缸的输出活塞连接在气门上，推动气门开启，液压缸同时具有液压挺柱的机构和作用；摇臂套管也是控制轴，控制轴上有电机控制的蜗杆传动齿轮，控制控制轴沿轴线线性转动；凸轮轴连接一个液压作动器，使得凸轮轴可以沿轴线线性移动从而连续改变所述子凸轮之间的相位差。3.如权利要求1所述的含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置，其采用液压加法器和可调节凸轮套管机构的方案的特征在于将控制所有气门的凸轮集中为一个凸轮组，这个凸轮组有至少二个子凸轮，驱动不同气缸气门的滚轮摇臂均匀分布在凸轮组的轴截面上，凸轮组转动过程中，分别驱动这些滚轮摇臂及其液压缸所连通的气门，即凸轮组在不同时刻分别驱动不同气缸的气门；液压缸通过控制轴中的独立液压管路连接控制相应气门的凸轮套管内的液压活塞，推动凸轮套管摆动，并控制气门开闭；控制所述控制轴的转动的液压作动器、控制曲轴和凸轮之间相位关系的液压相位调节器、控制连续可变几何凸轮轴机构的轴向液压作动器都集中于控制轴的一端；所有圆弧摇臂集中于控制轴一端，所有气门的圆弧摇臂由同一个连续可变几何凸轮轴的组合来驱动，4个气门的圆弧摇臂分别位于连续可变几何凸轮轴的旋转平面的不同方向，当气缸数量大于4时增加一组可变几何凸轮，并将可以分时驱动的气缸的气门所连接的圆弧摇臂及液压缸布置在同一组可变几何凸轮周围；曲轴的动力通过链条先驱动通常的液压调相器，液压调相器通过轴向可调驱动轴驱动可变型凸轮，轴向可调驱动轴由一个驱动轴控制其在轴向位置可以线性调节；可变型凸轮和驱动轴控制器有一个外壳包裹，外壳外面周向是液压调相器；一个与所述控制轴同轴的扭力弹簧，一端固定在凸轮套管上，另一端固定在控制轴或柱形液压缸上，使得所述凸轮套管回到原始位置，这个原始位置由所述控制轴和弧形活塞决定。4.如权利要求1所述的含连续可变几何凸轮轴和加法器的全可变气门驱动装置，其采用液压加法器和可调节凸轮套管机构的方案的特征在于液压缸一侧开至少2个圆管开口，圆管开口内有圆形活塞，凸轮轴上的至少2个子凸轮分别对应一个圆管开口，各自推动一个圆形活塞；所述液压缸内有凸轮套管，凸轮套管的轴是空心的，内部穿过控制轴，控制轴与凸轮套管之间接触但可以在控制轴轴截面的角度方向做一定范围的滑动；所述凸轮套管的轴上开有方孔且内有一个弧形活塞，弧形活塞与凸轮套管的轴可以在轴截面上相对移动，弧形活塞由固定栓固定在控制轴上，弧形活塞四角具有半圆突起，半圆突起支撑弧形活塞与凸轮套管的方孔之间所具有的最小缝隙；所述弧形活塞一侧与凸轮套管之间具有一个充满大气压力的空气的封闭空间，空间内的空气压缩的程度不超过10个大气压；所述弧形活塞在与所述凸轮套管的轴上的孔之间的空隙对应所述柱形液压缸的圆管开口且不超过圆管开口所在的范围，使得液压油可以由圆管内部低阻力流动到弧形活塞与方孔之间的空隙，且所述控制轴的转动角度范围不超过弧形活塞的宽度以防液压油洩漏；所述凸轮套管是组合式的，二个凸轮向同一个方向伸出长短不同的二段轴管，轴管上具有相互配合的固定孔，以固定栓让二个凸轮组装成一个凸轮套管；在组...
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