一种可变气门正时和可变气门升程的装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。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，与可变压缩比(VCR)等先进技术可较好地匹配，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。该装置包括一个凸轮轴驱动机构、一个偏心环旋转机构和一个逆向运动传递自锁的减速机构，通过凸轮轴驱动机构将曲轴的旋转运动转变为凸轮轴的旋转运动，通过减速机构将其内置电机的高速小扭矩旋转运动转变为低速大扭矩旋转运动，并驱动偏心环旋转机构同时改变气门的正时和升程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
液压可变气门正时技术(VariableValveTiming，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(VariableValveLift，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。
技术实现思路
本专利技术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(ElectricVariableValveTimingandVariableValveLift，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。本专利技术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。本专利技术的有益效果：(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。(2)本专利技术将凸轮轴直接安装在行星轮上，由于行星轮的旋转中心与齿圈的旋转中心具有一个偏心量E，而行星轮绕齿圈中心旋转时，行星轮中心将沿齿圈中心以E为半径的圆形轨道上运行，这个结果是，凸轮的相位和升程同时发生改变，这种改变更有利于提高内燃机性能。(3)对于现存的VVL，由于改变的是杠杆的支点位置，通常杠杆一端的凸轮承受的作用力与杠杆另一端的气门承受的作用力之矢量和等于杠杆支点承受的作用力，这种机构将导致改变支点所需消耗的功率很大，机构的受力也很大，因此机构的可靠性和寿命均会降低。而本专利技术的调节机构是通过改变偏心环的旋转角度来改变凸轮的相位和升程，机构受力很小，所需的消耗功率也很小，这将大大提高机构的可靠性和寿命。(4)特别地，本专利技术在气门升程最小时，偏心环正处于上止点位置，该位置在调整升程时，较大角度的改变相对于非常小的升程改变，这对怠速和低速加速时的稳定性带来极大的好处。附图说明图1是EVVTL布置示意图；图2是偏心环旋转机构示意图(A-A剖面图)；图3是凸轮轴轴线处于上止点位置图；图4是凸轮轴轴线处于下止点位置图；图5是凸轮轴驱动机构剖面图(B-B剖面图)；图6是凸轮轴驱动机构D-D剖面图；图7是凸轮轴相位和升程变化示意图(从上止点开始)；图8是凸轮轴相位和升程变化示意图(从下止点开始)；图9是减速机构C-C剖面图；图10是减速机构E-E剖面图；图11是减速机构F-F剖面图；图12是减速机构自锁原理图；图13是进排气门相位和升程同时改变示意图；图14是集驱动、减速和偏心环旋转机构于一体的结构图其中：10-偏心环旋转机构，100-凸轮轴，101-凸轮轴轴线，102-中心轴线，103-凸轮轴承座，104-运行轨迹，105-调节轴承座，106-凸轮轴上止点，107-凸轮轴下止点，108a-支架内孔，108-凸轮轴承座内孔，109-角度传感器，109a-角度传感器，110-滚动轴承，111-固定支架，200-凸轮轴驱动机构，201-凸轮轴链轮，202-外圈，203-轴承外圈，204-轴承滚珠，205-轴承内圈，206-支撑套，207-行星齿轮，208-齿圈，209-齿轮室盖，210-螺栓，211-定位销，212-螺栓，300-减速机构，301-调节轴轴线，302-调节轴，303-偏心齿轮，304-内圆柱表面，305a-第一偏心环外圆柱表面，305-外圆柱表面，306-调节齿轮，307a-第一偏心环，307-偏心环，309-螺栓，310-插销盘，311-插销，312-少齿差行星轮，313-少齿差行星轮内圆柱表面，314-少齿差行星轮齿，315-少齿差齿圈，316-少齿差齿圈轮齿，317-插销孔，318-环形槽，319-插销盘轴线，320-偏心轮，321-偏心轮内圆柱表面，322-偏心轮外圆柱表面，323-偏心轮轴线，324-外壳，325-支撑环，326-支撑环外圆柱表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(200)、偏心环旋转机构(10)和减速机构(300)，其特征在于，其特征在于其特征在于：所述凸轮轴驱动机构(200)包括凸轮轴链轮(201)、外圈(202)、支撑套(206)、行星齿轮(207)和齿圈(208)，凸轮轴链轮(201)和齿圈(208)被固定安装在外圈(202)上，外圈(202)被可旋转地安装在支撑套(206)上，支撑套(206)被固定在缸盖上；凸轮轴链轮(201)、齿圈(208)、外圈(202)和支撑套(206)四个零件的轴线或旋转中心均与中心轴线(102)重合，当曲轴驱动凸轮轴链轮(201)旋转时，凸轮轴链轮(201)、齿圈(208)和外圈(202)三个零件均被驱动，使其绕中心轴线(102)同步旋转；行星齿轮(207)，被固定安装在凸轮轴(100)的前端，其旋转轴线与凸轮轴轴线(101)重合；行星齿轮(207)与齿圈(208)内啮合，此两个零件的旋转轴线之间具有中心距L，当齿圈(208)绕中心轴线(102)旋转时，驱动行星齿轮(207)绕凸轮轴轴线(101)旋转，与行星齿轮(207)固定在一起的凸轮轴(100)也绕凸轮轴轴线(101)同步旋转，至此，完成了曲轴对凸轮轴(100)的旋转驱动；所述偏心环旋转机构(10)包括至少一个偏心环(307)，所述的偏心环(307)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，所述的偏心量E等于行星齿轮(207)与齿圈(208)旋转轴线之间的中心距L，所述偏心环(307)被可旋转地套接在凸轮轴(100)轴颈和凸轮轴承座内孔(108)之间，其内圆柱表面(304)与凸轮轴(100)轴颈滑动接触，其外圆柱表面(305)与凸轮轴承座内孔(108)滑动接触，接触面之间安装滑动轴承或安装滚动轴承；凸轮轴承座内孔(108)和偏心环外圆柱表面(305)的轴线与中心轴线(102)重合，因此，偏心环(307)的旋转被限定在绕中心轴线(102)旋转，又由于偏心量E等于中心距L，所以，所述的齿圈(208)、行星齿轮(207)、偏心环(307)、凸轮轴轴线(101)和中心轴线(102)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(208)被驱动旋转时，由于啮合关系，行星齿轮(207)和凸轮轴(100)被驱动旋转，此时气门升程和正时角度均未改变；当偏心环(307)被驱动旋转时，一方面偏心环(307)将带动凸轮轴轴线(101)以偏心量E为半径，沿运行轨迹(104)与偏心环(307)同向旋转，另一方面由于齿圈(208)与行星齿轮(207)相互啮合的约束关系，使得行星齿轮(207)同时绕凸轮轴轴线(101)逆向旋转；凸轮轴轴线(101)沿运行轨迹(104)的移动改变了凸轮轴(100)相对于气门挺柱或气门摇臂的距离或升程，凸轮轴(100)绕自身轴线(101)旋转，改变了凸轮相对于气门开启或关闭的角度；即，偏心环(307)的旋转角度能够唯一对应于气门升程和气门正时角度。...

【技术特征摘要】
1.一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(200)、偏心环旋转机构(10)和减速机构(300)，其特征在于，其特征在于其特征在于：所述凸轮轴驱动机构(200)包括凸轮轴链轮(201)、外圈(202)、支撑套(206)、行星齿轮(207)和齿圈(208)，凸轮轴链轮(201)和齿圈(208)被固定安装在外圈(202)上，外圈(202)被可旋转地安装在支撑套(206)上，支撑套(206)被固定在缸盖上；凸轮轴链轮(201)、齿圈(208)、外圈(202)和支撑套(206)四个零件的轴线或旋转中心均与中心轴线(102)重合，当曲轴驱动凸轮轴链轮(201)旋转时，凸轮轴链轮(201)、齿圈(208)和外圈(202)三个零件均被驱动，使其绕中心轴线(102)同步旋转；行星齿轮(207)，被固定安装在凸轮轴(100)的前端，其旋转轴线与凸轮轴轴线(101)重合；行星齿轮(207)与齿圈(208)内啮合，此两个零件的旋转轴线之间具有中心距L，当齿圈(208)绕中心轴线(102)旋转时，驱动行星齿轮(207)绕凸轮轴轴线(101)旋转，与行星齿轮(207)固定在一起的凸轮轴(100)也绕凸轮轴轴线(101)同步旋转，至此，完成了曲轴对凸轮轴(100)的旋转驱动；所述偏心环旋转机构(10)包括至少一个偏心环(307)，所述的偏心环(307)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，所述的偏心量E等于行星齿轮(207)与齿圈(208)旋转轴线之间的中心距L，所述偏心环(307)被可旋转地套接在凸轮轴(100)轴颈和凸轮轴承座内孔(108)之间，其内圆柱表面(304)与凸轮轴(100)轴颈滑动接触，其外圆柱表面(305)与凸轮轴承座内孔(108)滑动接触，接触面之间安装滑动轴承或安装滚动轴承；凸轮轴承座内孔(108)和偏心环外圆柱表面(305)的轴线与中心轴线(102)重合，因此，偏心环(307)的旋转被限定在绕中心轴线(102)旋转，又由于偏心量E等于中心距L，所以，所述的齿圈(208)、行星齿轮(207)、偏心环(307)、凸轮轴轴线(101)和中心轴线(102)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(208)被驱动旋转时，由于啮合关系，行星齿轮(207)和凸轮轴(100)被驱动旋转，此时气门升程和正时角度均未改变；当偏心环(307)被驱动旋转时，一方面偏心环(307)将带动凸轮轴轴线(101)以偏心量E为半径，沿运行轨迹(104)与偏心环(307)同向旋转，另一方面由于齿圈(208)与行星齿轮(207)相互啮合的约束关系，使得行星齿轮(207)同时绕凸轮轴轴线(101)逆向旋转；凸轮轴轴线(101)沿运行轨迹(104)的移动改变了凸轮轴(100)相对于气门挺柱或气门摇臂的距离或升程，凸轮轴(100)绕自身轴线(101)旋转，改变了凸轮相对于气门开启或关闭的角度；即，偏心环(307)的旋转角度能够唯一对应于气门升程和气门正时角度。2.一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(200)、偏心环旋转机构(10)和减速机构(300)，其特征在于，其特征在于其特征在于：所述凸轮轴驱动机构(200)包括凸轮轴链轮(201)、外圈(202)、支撑套(206)、行星齿轮(207)和齿圈(208)，凸轮轴链轮(201)和齿圈(208)被固定安装在外圈(202)上，外圈(202)被可旋转地安装在支撑套(206)上，支撑套(206)被固定在缸盖上；凸轮轴链轮(201)、齿圈(208)、外圈(202)和支撑套(206)四个零件的轴线或旋转中心均与中心轴线(102)重合，当曲轴驱动凸轮轴链轮(201)旋转时，凸轮轴链轮(201)、齿圈(208)和外圈(202)三个零件均被驱动，使其绕中心轴线(102)同步旋转；行星齿轮(207)，被固定安装在凸轮轴(100)的前端，其旋转轴线与凸轮轴轴线(101)重合；行星齿轮(207)与齿圈(208)内啮合，此两个零件的旋转轴线之间具有中心距L，当齿圈(208)绕中心轴线(102)旋转时，驱动行星齿轮(207)绕凸轮轴轴线(101)旋转，与行星齿轮(207)固定在一起的凸轮轴(100)也绕凸轮轴轴线(101)同步旋转，至此，完成了曲轴对凸轮轴(100)的旋转驱动；所述的偏心环旋转机构(10)，其包括第一偏心环(307a)和至少一个偏心环(307)，所述的第一偏心环(307a)和偏心环(307)均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，所述的偏心量E等于行星齿轮(207)与齿圈(208)旋转轴线之间的中心距L；所述第一偏心环(307a)被可旋转地套接在凸轮轴(100)轴颈和固定支架(111)的内孔(108a)之间，其内圆柱表面(304a)与凸轮轴(100)轴颈滑动接触，其外圆柱表面(305a)与固定支架内孔(108a)滑动接触，接触面之间安装滑动轴承或安装滚动轴承；所述的固定支架内孔(108a)的轴线与中心轴线(102)重合，所述的第一偏心环(307a)的外圆柱表面(305a)受到所接触的支架内孔(108a)的限制，也以中心轴线(102)为中心；所述偏心环(307)被可旋转地套接在凸轮轴(100)轴颈和凸轮轴承座内孔(108)之间，其内圆柱表面(304)与凸轮轴(100)轴颈滑动接触，其外圆柱表面(305)与凸轮轴承座内孔(108)之间安装滚动轴承(110)；所述的凸轮轴承座内孔(108)的轴线与中心轴线(102)重合，所述的偏心环(307)的外圆柱表面(305)受到所接触的凸轮轴承座内孔(108)的限制，也以中心轴线(102)为中心；当来自电机(330)的扭矩通过减速机构传递到插销盘(312)时，插销盘的旋转直接带动与其固定连接的第一偏心环(307a)绕中心轴线旋转，第一偏心环(307a)的旋转带动其它偏心环(307)旋转；由于第一偏心环(307a)和偏心环(307)的偏心量E等于中心距L，所以，所述的齿圈(208)、行星齿轮(207)、第一偏心环(307a)、偏心环(307)、凸轮轴轴线(101)和中心轴线(102)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(208)被驱动旋转时，由于啮合关系，行星齿轮(207)和凸轮轴(100)被驱动旋转，此时气门升程和正时角度均未改变；当偏心环(307a)被驱动旋转时，一方面偏心环(307a)将带动凸轮轴轴线(101)以偏心量E为半径，沿运行轨迹(104)与偏心环(307a)同向旋转，另一方面由于齿圈(208)与行星齿轮(207)相互啮合的约束关系，使得行星齿轮(207)同时绕凸轮轴轴线(101)逆向旋转；凸轮轴轴线(101)沿运行轨迹(104)的移动改变了凸轮轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈大兹，
申请(专利权)人：沈大兹，
类型：发明
国别省市：上海;31