連續可變氣門升程系統及具有該系統的汽車的制作方法

本發明涉及車輛發動機技術領域，特別是涉及一種連續可變氣門升程系統及具有該系統的汽車。

背景技術：

往復式內燃機在工作過程中，能夠通過氣門驅動機構定時開啟和關閉氣門，以使發動機能夠有效吸入新鮮空氣或可燃混合氣及排除缸內燃燒的廢氣。傳統的氣門驅動機構在設計完成后，氣門運動規律就固化下來，氣門升程和氣門開啟的持續期不能根據發動機的實際運行情況進行調節。

車輛的發動機是全工況運行，在設計時就需要兼顧高負荷動力性及低負荷經濟性。然而固定的氣門運動規律使得發動機只能在某一特定的工況下處于最佳的狀態，無法在大多的情況下兼顧動力性及經濟性。

為了克服發動機的此種缺陷，可變氣門升程系統正在越來越多地應用于發動機中。

圖1所示為現有技術中可變氣門升程系統的結構示意圖，可變氣門升程系統包括中間軸1、中間擺臂2、驅動擺臂3、凸輪4及氣門機構5，中間擺臂2及驅動擺臂3均與中間軸1相連，中間擺臂2設置于凸輪4與驅動擺臂3之間，并與凸輪4接觸，凸輪4能夠驅動中間擺臂2，并帶動驅動擺臂3擺動，驅動擺臂3下部與氣門機構5接觸，驅動擺臂3與氣門機構5接觸部位設置有驅動擺臂型面，中間擺臂2能夠相對于中間軸1擺動，以改變中間擺臂2與驅動擺臂3之間的夾角。當中間擺臂2與驅動擺臂3之間的夾角發生改變時，驅動擺臂型面與氣門機構5的接觸點就會發生變化，氣門升程就會發生改變。

在一個完整的升程曲線中，需要在氣門開啟及落座時間點附近設計有緩沖段，在緩沖段，氣門升程的變化量較小，以此來減少開啟以及落座的沖擊，不可變的氣門升程機構由于凸輪4的型線是確定的，因此可以保證在氣門升程過程中具有緩沖段，但是在連續可變氣門升程系統中，氣門升程是有凸輪型面及驅動擺臂型面兩者配合得到的，在調整氣門升程時，氣門機構5與驅動擺臂型面的接觸點發生變化，因此就難以保證在每個氣門升程中均具有緩沖段，這會減少發動機的壽命，增加成本。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供一種連續可變氣門升程系統及具有該氣門升程系統的汽車，該氣門升程系統能夠使每一個氣門升程均能夠經歷包括緩沖段在內的各工作段，減少氣門沖擊，保證氣門的使用壽命及機構的穩定性。

本發明提供了一種連續可變氣門升程系統，包括中間軸、調節擺臂、驅動擺臂、凸輪及氣門機構，其中所述驅動擺臂的一端設置于所述中間軸上，并可繞所述中間軸轉動，另一端驅動所述氣門機構運動，所述調節擺臂與所述驅動擺臂夾角可變地設置于所述中間軸上，所述調節擺臂設置于所述凸輪及所述驅動擺臂之間，并分別與所述驅動擺臂及所述凸輪接觸，所述凸輪上形成有凸輪型線，所述凸輪型線的最高點兩側分別形成有凸輪開啟工作區間及凸輪閉合工作區間，在所述凸輪開啟工作區間及所述凸輪閉合工作區間內均形成有第一緩沖段及第一工作段；

所述驅動擺臂與所述氣門機構的接觸面上形成有驅動擺臂型線，所述驅動擺臂型線依次形成有第一空行程段、第二緩沖段及第二工作段，所述第一空行程段為以所述中間軸為圓心的圓弧段，所述第二緩沖段形成于所述第一空行程段及所述第二工作段之間；

氣門升程曲線由所述凸輪型線及所述驅動擺臂型線配合形成，所述氣門升程曲線的最高點的兩側分別形成有氣門開啟工作區間及氣門閉合工作區間，在所述氣門開啟工作區間及所述氣門閉合工作區間內均設置有第二空行程段、第三緩沖段及第三工作段；

在最大氣門升程至最小氣門升程所對應的范圍內，所述驅動擺臂型線與所述氣門機構的接觸點均位于所述第一空行程段內，在任一氣門升程曲線中，當所述凸輪型線轉過一個完整的所述第一工作段時，所述氣門升程曲線至少經歷了與之對應的部分第二空行程段、完整的第三緩沖段及部分第三工作段。

進一步地，所述凸輪型線內還包括第一過渡段，所述凸輪型線的最高點形成于所述第一過渡段內，所述凸輪型線內各工作段關于所述凸輪型線的最高點與基圓中心的連線對稱，所述氣門升程曲線還包括第二過渡段，所述氣門升程曲線的最高點形成于所述第二過渡段內，所述氣門升程曲線關于氣門升程的最高點對應的橫坐標所在的軸對稱。

進一步地，所述凸輪型線的包角大于所述氣門升程曲線的包角。

進一步地，在所述連續可變氣門升程系統具有最大氣門升程的情況下，當所述氣門機構與所述驅動擺臂型線的接觸點從初始位置移動到所述驅動擺臂的所述第二緩沖段的起始位置時，所述凸輪的凸輪軸轉過20°。

進一步地，所述凸輪型線的第一緩沖段的角度為3-5°，所述凸輪型線的第一工作段對應的角度為75-77°。

進一步地，所述凸輪型線的第一工作段包括第一加速工作段及第一勻速工作段，所述第一加速工作段對應的角度為15-17°，所述氣門升程曲線中的所述第三緩沖段對應的凸輪軸的轉角落入所述凸輪型線的所述第一勻速工作段內。

進一步地，所述第一空行程段對應的角度為2.5-4.5°，所述第二緩沖段對應的角度為3-4°，所述第二工作段對應的角度為13-17°。

進一步地，所述中間擺臂型線的負曲率絕對值大于與其接觸的所述氣門機構中搖臂滾輪的半徑。

進一步地，所述每一氣門升程曲線從氣門開啟至氣門關閉均依次經過一段勻速區間、一段加速區間、一段減速區間、一段加速區間及一段勻速區間，所述兩個勻速區間分別于所述氣門升程曲線的兩個第三緩沖段相對應，所述兩個加速區間分別于所述氣門升程曲線的兩個第三工作段相對應，所述減速區間與所述氣門升程曲線的第二過渡段相對應。

本發明還提供了一種汽車，該汽車具有本發明所提供的連續可變氣門升程系統。

綜上所述，本發明實施例所提供的連續可變氣門升程系統，結構簡單，通過在控制軸上設置固定部，并將調節擺臂與固定部相連，通過旋轉控制軸即可帶動調節擺臂上下運動，使調節擺臂推動驅動擺臂發生一定程度的轉動，以改變滾子搖臂與驅動曲面的接觸點位置，繼而改變氣門的升程及氣門開啟的持續時間，使發動機在高負荷區域和低負荷區域可以采用不同的氣門升程，兼顧動力性及燃油經濟性。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

圖1為現有技術中連續可變氣門升程系統的結構的結構示意圖。

圖2為本發明實施例中凸輪型線的結構示意圖。

圖3為本發明實施例中驅動擺臂型線的結構示意圖。

圖4為本發明實施例提供的連續可變氣門升程系統在最大氣門升程時，氣門升程、凸輪型線及驅動擺臂型線與凸輪軸轉角的關系曲線示意圖。

圖5為本發明實施例提供的連續可變氣門升程系統中凸輪型線及凸輪速度與凸輪軸轉角的關系曲線示意圖。

圖6為本發明實施例提供的連續可變氣門升程系統中多個氣門升程的速度與凸輪軸轉角的關系曲線示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，詳細說明如下。

本發明提供一種連續可變氣門升程系統及具有該氣門升程系統的汽車，該氣門升程系統能夠使每一個氣門升程均能夠經歷包括緩沖段在內的各工作段，減少氣門沖擊，保證氣門的使用壽命及機構的穩定性。

圖2為本發明實施例中凸輪型線的結構示意圖，圖3為本發明實施例中驅動擺臂型線的結構示意圖，圖4為本發明實施例提供的連續可變氣門升程系統在最大氣門升程時，氣門升程、凸輪型線及驅動擺臂型線與凸輪軸轉角的關系曲線示意圖。在圖4中，橫坐標表示凸輪軸的轉角，縱坐標表示在凸輪軸轉角轉過相應角度時對應的氣門升程、凸輪型線升程及驅動擺臂型線升程，為了便于圖形上標號與文中工作段相對應，圖4中由上向下第一排標號為驅動擺臂型線的標號，第二排標號為凸輪型線的標號，第三排為氣門升程曲線的標號。如圖2至圖4所示，本發明實施例提供的連續可變氣門升程系統可以具有多個氣門升程曲線，該系統包括中間軸(見圖1中1)、調節擺臂(見圖1中2)、驅動擺臂(見圖1中3)、凸輪(見圖1中4)及氣門機構(見圖1中5)，其中驅動擺臂的一端設置于中間軸上，并可繞中間軸轉動，驅動擺臂的另一端驅動氣門機構運動，調節擺臂設置于中間軸上，并可繞中間軸擺動，以改變調節擺臂與驅動擺臂的夾角，調節擺臂設置于凸輪及驅動擺臂之間，并分別與驅動擺臂及凸輪接觸，依據凸輪的旋轉方向，凸輪上設置有凸輪型線10的起始點A、終止點B及形成最高點C，在凸輪型線10的最高點兩側分別形成有凸輪開啟工作區間及凸輪閉合工作區間，在凸輪開啟工作區間及凸輪閉合工作區間內均形成有第一緩沖段11及第一工作段12，在凸輪開啟工作區間與凸輪閉合工作區間之間還設置有第一過渡段13。驅動擺臂與氣門機構的接觸面上形成有驅動擺臂型線20，驅動擺臂型線20依次形成有第一空行程段21、第二緩沖段22及第二工作段23。第一空行程段21為以中間軸的軸線O為圓心的圓弧段，第二緩沖段22形成于第一空行程段21與第二工作段23之間。氣門升程曲線由凸輪型線10與驅動擺臂型線20配合形成，即凸輪的轉動帶動驅動擺臂的運動，驅動擺臂的運動驅動氣門的開閉。氣門升程曲線的最高點D兩側分別形成有氣門開啟工作區間及氣門閉合工作區間，在氣門開啟工作區間及氣門閉合工作區間內均設置有第二空行程段31、第三緩沖段32及第三工作段33，在氣門開啟工作區間及氣門閉合工作區間之間還設置有第二過渡段34。在最大氣門升程至最小氣門升程所對應的范圍內，驅動擺臂型線20與氣門機構的接觸點均位于第一空行程段21內。在任一氣門升程曲線中，當凸輪型線10轉過一個完整的第一工作段12時，氣門升程曲線至少經歷了與之對應的部分的第二空行程段31、完整的第三緩沖段32及部分的第三工作段33。

在本發明中，由于氣門機構直接與驅動擺臂型面結合，因此，氣門升程曲線直接由驅動擺臂型線20決定。本發明提供的連續可變氣門升程系統首先通過將驅動擺臂型線20設置成第一空行程段21、第二緩沖段22及第二工作段23，并使第一空行程段21、第二緩沖段22及第二工作段23依次排列，在凸輪旋轉的帶動下，氣門機構與驅動擺臂的接觸點將沿驅動擺臂型線20做往復運動，以使氣門升程曲線產生于第一空行程段21對應的兩個第二空行程段31(即氣門在氣門機構與第一空行程段21接觸時處于閉合狀態)，與第二緩沖段22對應的兩個第三緩沖段32，以及與第二工作段23對應的第二過渡段34及兩個第三工作段33。

其次，通過將驅動擺臂型線20與氣門機構的接觸點限制在驅動擺臂型線20的第一空行程段21內移動，以保證任一氣門升程曲線中，當凸輪型線10起始點A(見圖2)及終止點B與中間擺臂接觸時，氣門均能夠處于閉合狀態。

最后，通過凸輪、中間擺臂、驅動擺臂及氣門機構的配合，使本發明在任一氣門升程曲線中，當凸輪型線10轉過完整的第一工作段12時，氣門升程曲線至少經歷了與之對應的部分的第二空行程段31、完整的第三緩沖段32及部分的第三工作段33，也即，如圖4所示，第三緩沖段32需要完整地落入凸輪型線10的第一工作段12內。以保證無論在任一氣門升程曲線中，當凸輪經過一個完整的旋轉周期時，可以使任一氣門升程曲線均能夠完整地經歷包括第三緩沖段32在內的各工作段。

因此，本發明提供的連續可變氣門升程系統能夠通過凸輪型線10、驅動擺臂型線20的設置，以及凸輪、中間擺臂、驅動擺臂、氣門機構位置上的配合，使通過該系統調整出的任一氣門升程，均能夠完整地經歷包括緩沖段在內的各工作段。本發明提供的連續可變氣門升程系統能夠使每一個氣門升程均能夠經歷包括緩沖段在內的各工作段，減少氣門沖擊，保證氣門的使用壽命及機構的穩定性。

進一步地，圖5為本發明實施例提供的連續可變氣門升程系統中凸輪型線及凸輪速度與凸輪軸轉角的關系曲線示意圖，在圖5中，橫坐標表示凸輪軸轉過的角度，縱坐標表示在凸輪軸轉過一定角度時對應的凸輪型線升程及凸輪速度。如圖2、圖4及圖5所示，為了保證氣門經歷了一個完整的氣門升程曲線，即氣門機構與驅動擺臂型線20的接觸點經歷了一個周期的往復運動后，氣門機構與驅動擺臂型線20接觸點的位置不會發生變化，防止氣門升程在調整完畢后再次發生變化，凸輪型線的最高點形成于第一過渡段內，凸輪型線10的各工作段關于凸輪型線10的最高點與基圓中心O’的連線對稱，同樣地，氣門升程曲線的最高點形成于第二過渡段內，氣門升程曲線也關于氣門升程的最高點對應的橫坐標所在的軸對稱，也即在氣門升程曲線中，在開啟工作區間內的第三緩沖段32與閉合工作區間內的第三緩沖段32對應的凸輪軸轉角相同。

進一步地，如圖4所示，在本實施例中，當連續可變氣門升程系統具有最大氣門升程的情況下，當氣門機構與驅動擺臂型線20的接觸點從初始位置移動到驅動擺臂型線20第二緩沖段22的起始位置時，凸輪軸轉過20°，即凸輪軸轉過20°時，氣門升程曲線才開始進入開啟區間內的第三緩沖段32，氣門開啟。可以理解地，當氣門升程曲線經過在閉合區間內的第三緩沖段32的終點，氣門閉合后，凸輪軸還要再旋轉20°，才能使凸輪終止點B與中間擺臂接觸。可以理解地，在其它氣門升程對應的氣門升程曲線中，凸輪軸要轉過更大的角度后，氣門才會開啟，氣門升程曲線才能進入開啟區間的第三緩沖段32，當氣門升程曲線經過在閉合區間內的第三緩沖段32的終點，氣門閉合后，凸輪軸還要再旋轉更大的角度才能使凸輪終止點B與中間擺臂接觸。也即，在任一氣門升程中，凸輪型線10的包角要大于氣門升程曲線對應的包角。

為了能夠使氣門升程曲線中第三緩沖段32完整地落入凸輪型線10的第一工作段12內，在凸輪型線10中，第一工作段12對應的角度應盡可能的大，第一緩沖段11對應的角度應盡可能小，優選地，凸輪型線10上第一緩沖段11對應的角度為3-5°，第一工作段12對應的角度為75-77°。

進一步地，如圖5所示，為了能夠使氣門升程曲線較為平穩，在凸輪型線10上第一工作段12又可以分為第一加速工作段121及第一勻速工作段122，二者的分割線在圖2上用虛線標示，在第一加速工作段121，凸輪型線升程的速度(即凸輪型線升程對時間的導數)不斷增加，在第一勻速工作段122，凸輪型線升程的速度盡量保持穩定。也即，凸輪型線升程的速度在一個完整的工作區間內，需要依次經過一段加速段、一段勻速段、一段減速度段(對應于第一過渡段13)、一段勻速段及一段加速段等幾個過程。在本實施例中，第一加速工作段121對應的角度為15-17°。在本實施例中，如圖4所示，當凸輪型線10的第一勻速工作段122與中間擺臂接觸后，氣門升程曲線才能進入第三緩沖段32，也即，在本實施例中，氣門升程曲線中的第三緩沖段32對應的凸輪軸的轉角應落入凸輪型線10的第一勻速工作段122內。

進一步地，如圖3所示，在本發明中，氣門機構相對于驅動擺臂型線20做一個往復運動，形成一個完整的氣門升程曲線，其中，驅動擺臂型線20上的第一空行程段21與氣門升程曲線的第二空行程段31相對應，驅動擺臂型線20上的第二緩沖段22與氣門升程曲線的第三緩沖段32相對應，驅動擺臂型線20上的第二工作段與氣門升程曲線的第三工作段33及第二過渡段34相對應，驅動擺臂型線20上各工作段對應的角度由驅動擺臂的長度及驅動擺臂與中間擺臂的夾角等多種因素決定，優選地，第一空行程段21對應的角度為2.5-4.5°，第二緩沖段22對應的角度為3-4°，第二工作段23對應的角度為13-17°。值得注意的是，中間擺臂型線的負曲率半徑絕對值應大于與其接觸的氣門機構中的搖臂滾輪的半徑，以確保任一氣門升程曲線對應的整個中間擺臂型線的工作段，在凸輪的運動中均能夠與氣門機構中的搖臂滾輪接觸。

圖6為本發明實施例提供的連續可變氣門升程系統中多個氣門升程的速度與凸輪軸轉角的關系曲線示意圖，如圖6所示，在本實施例中，每一氣門升程曲線從氣門開啟至氣門關閉均應一次經過一段勻速區間、一段加速區間、一段減速區間、一段加速區間及一段勻速區間，上述的各區間關于橫坐標對稱。在本發明中，兩個勻速區間分別與氣門升程曲線的兩個第三緩沖段32相對應，兩段加速區間分別與氣門升程曲線的兩個第三工作段33相對應，一段減速區間與氣門升程曲線的第二過渡段34相對應。

綜上所述，本發明提供的連續可變氣門升程系統能夠通過凸輪型線10、驅動擺臂型線20的設置，以及凸輪、中間擺臂、驅動擺臂、氣門機構位置上的配合，使通過該系統調整出的任一氣門升程，均能夠完整地經歷包括緩沖段在內的各工作段。本發明提供的連續可變氣門升程系統能夠使每一個氣門升程均能夠經歷包括緩沖段在內的各工作段，減少氣門沖擊，保證氣門的使用壽命及機構的穩定性。

本發明還提供了一種汽車，包括上述的連續可變氣門升程系統，關于該汽車的其它技術特征，請參見現有技術，在此不再贅述。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。