一种气门摇臂总成、可变配气结构及发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种气门摇臂总成、可变配气结构及发动机。


背景技术：

2.传统的柴油发动机的气门升程是固定不变的，也就是凸轮轴的凸轮型线只有一种，这就造成了该升程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响应。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种气门摇臂总成、可变配气结构及发动机，可使发动机在高速区和低速区都能得到满足需求的气门升程，从而改善发动机高速功率和低速扭矩。
4.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.第一方面，本发明提供一种气门摇臂总成，包括：
6.主摇臂，所述主摇臂转动安装于第一转轴；
7.副摇臂，通过第二转轴转动安装于所述主摇臂一侧，且所述第一转轴与所述第二转轴平行；所述副摇臂包括第一支臂和第二支臂，且所述第一支臂与所述第二支臂连接形成开口背离所述主摇臂的l形结构；所述第一支臂背离所述第二支臂一端用于与凸轮抵接；
8.安装于所述主摇臂的伸缩装置，所述伸缩装置与所述第二支臂传动连接，用于驱动所述副摇臂绕所述第二转轴转动。
9.上述气门摇臂总成包括主摇臂和副摇臂，主摇臂安装有伸缩装置，使用状态时，副摇臂中第一支臂与凸轮抵接，由为凸轮轴和第一转轴位置不变，且伸缩装置与副摇臂刚性接触，当主摇臂中的伸缩装置产生伸长位移时，会直接导致主摇臂绕着第一转轴向下转动。当主摇臂中的伸缩机构缩短时，会直接导致副摇臂绕着第二转轴向下转动。在凸轮相位器的配合下，可使气门的最大行程可变，且开启相位不变。具体地，当发动机转速较低时，伸缩装置产生较小的伸长位移，进而气门工作在短行程下，有利于提供低转速时的输出扭矩；当发动机转速较高时，伸缩装置产生较大的伸长位移，进而气门工作在长行程下，有利于提高高转速时的进气效率。
10.可选地，所述主摇臂上具有连通的第一腔室和第二腔室；
11.所述伸缩装置包括：
12.与所述第一腔室配合形成第一活塞结构的输出活塞，所述输出活塞背离所述主摇臂一端与所述第二支臂传动连接；
13.位于所述第二腔室的驱动机构，所述驱动机构与所述输出活塞传动连接，用于调节所述输出活塞探出所述主摇臂的长度。
14.可选地，所述输出活塞的动作方向与所述第二支臂垂直。
15.可选地，所述输出活塞与所述主摇臂之间还设有第一弹性复位件，用于始终为所述输出活塞提供朝向所述驱动机构动作的作用力。
16.可选地，所述驱动机构包括：
17.与所述第二腔室配合形成第二活塞结构的输入活塞，所述输入活塞与所述输出活塞之间填充有用于传递动力的驱动介质；
18.与所述输入活塞传动连接的驱动组件，用于驱动所述输入活塞朝向或者远离所述输出活塞动作。
19.可选地，所述驱动组件包括：
20.与所述主摇臂连接的套筒，且所述套筒位于所述第二腔室；
21.安装于所述套筒内部的磁性伸缩杆，所述磁性伸缩杆与所述输入活塞传动连接，可在不同磁场强度下伸长不同的长度；
22.用于为所述磁性伸缩杆提供磁场的电磁线圈。
23.可选地，所述磁性伸缩杆的制备材料为超磁致伸缩材料。
24.第二方面，本发明还提供一种可变配气结构，包括如第一方面中任一项所述的气门摇臂总成，还包括：
25.凸轮，所述凸轮与所述气门摇臂总成中第一支臂背离第二支臂一端传动连接；
26.气门桥总成，安装于所述气门摇臂总成中主摇臂背离所述凸轮一侧。
27.可选地，所述气门桥总成包括：
28.与所述主摇臂传动连接的气门桥本体，所述气门桥本体具有第三腔室；
29.滑动安装于所述第三腔室内的顶出活塞，用于驱动所述主摇臂转动，以使所述第一支臂与所述凸轮抵接；
30.位于所述第三腔室内的第二弹性复位件，且所述第二弹性复位件一端与所述气门桥本体连接，另一端与所述顶出活塞连接，用于始终为所述顶出活塞提供驱动力。
31.第三方面，本发明还提供一种发动机，包括控制模块，还包括如第二方面中任一项所述的可变配气结构；
32.所述控制模块与所述可变配气结构中的伸缩装置信号连接。
附图说明
33.图1为本发明实施例提供的一种气门摇臂总成的使用状态示意图；
34.图2为伸缩装置的结构示意图；
35.图3为驱动组件的结构示意图；
36.图4为本发明实施例提供的一种配气总成的结构示意图；
37.图5为气门桥总成的结构示意图。
38.图标：100
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主摇臂；110
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第一转轴；120
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调整螺钉；200
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副摇臂；210
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第二转轴；220
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第一支臂；230
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第二支臂；300
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伸缩装置；310
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输出活塞；320
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输入活塞；330
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驱动介质；340
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驱动组件；341
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套筒；342
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磁性伸缩杆；343
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电磁线圈；344
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螺堵；350
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第一弹性复位件；400
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凸轮；410
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凸轮轴；500
‑
气门桥总成；510
‑
气门桥本体；520
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顶出活塞；530
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第二弹性复位件；540
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象足；550
‑
气门；600
‑
控制模块。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.第一方面，如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种气门摇臂总成，包括：主摇臂100，主摇臂100转动安装于第一转轴110；副摇臂200，通过第二转轴210转动安装于主摇臂100一侧，且第一转轴110与第二转轴210平行；副摇臂200包括第一支臂220和第二支臂230，且第一支臂220与第二支臂230连接形成开口背离主摇臂100的l形结构；第一支臂220背离第二支臂230一端用于与凸轮400抵接；安装于主摇臂100的伸缩装置300，伸缩装置300与第二支臂230传动连接，用于驱动副摇臂200绕第二转轴210转动。
41.上述气门摇臂总成包括主摇臂100和副摇臂200，主摇臂100安装有伸缩装置300，使用状态时，副摇臂200中第一支臂220与凸轮400抵接，由为凸轮轴410和第一转轴110位置不变，且伸缩装置300与副摇臂200刚性接触，当主摇臂100中的伸缩装置300产生伸长位移时，会直接导致主摇臂100绕着第一转轴110向下转动。当主摇臂100中的伸缩机构缩短时，会直接导致副摇臂200绕着第二转轴210向下转动。在凸轮400相位器的配合下，可使气门的最大行程可变，且开启相位不变。具体地，当发动机转速较低时，伸缩装置300产生较小的伸长位移，进而气门工作在短行程下，有利于提供低转速时的输出扭矩；当发动机转速较高时，伸缩装置300产生较大的伸长位移，进而气门工作在长行程下，有利于提高高转速时的进气效率。
42.可以理解的是，上述伸缩装置300的主要作用是通过伸长不同的位移，驱动副摇臂200绕第二转轴210转动，或相对的，驱动主摇臂100绕第一转轴110转动，因此凡是能实现上述作用的结构均可作为本实施例所称的伸缩装置300，例如气缸、液压缸、或者电动推杆等。
43.可选地，主摇臂100上具有连通的第一腔室和第二腔室；伸缩装置300包括：与第一腔室配合形成第一活塞结构的输出活塞310，输出活塞310背离主摇臂100一端与第二支臂230传动连接；位于第二腔室的驱动机构，驱动机构与输出活塞310传动连接，用于调节输出活塞310探出主摇臂100的长度。
44.一种可能实现的方式中，主摇臂100上具有连通的第一腔室和第二腔室，第二腔室位于第一腔室背离第二支臂230一侧，输出活塞310与第一腔室配合形成第一活塞结构，驱动机构位于第二腔室内并与第一活塞传动连接，用于调节第一活塞探出主摇臂100的长度，即用于控制输出活塞310的伸长位移。
45.可选地，输出活塞310的动作方向与第二支臂230垂直。
46.需要说明的是，主摇臂100中的输出活塞310与副摇臂200之间为垂直关系，这样可以有效避免输出活塞310的侧向力。
47.一种可能实现的方式中，参照图1，输出活塞310背离驱动机构一端为半球形，第二支臂230上具有与输出活塞310配合的半球形凹槽，即输出活塞310与第二支臂230之间是球面配合。
48.可选地，输出活塞310与主摇臂100之间还设有第一弹性复位件350，用于始终为输出活塞310提供朝向驱动机构动作的作用力。
49.一种可能实现的方式中，第一弹性复位件350位于第一腔室内，且第一弹性复位件350一端与输出活塞310连接，另一端与第一腔室朝向第二腔室一侧的底壁连接，始终使输
出活塞310具有朝向第二腔室动作的运动趋势。第一弹性复位件350具体可以为弹簧。输出活塞310朝向第二腔室一端设有导向柱，弹簧套设于导向柱外部。
50.可选地，驱动机构包括：与第二腔室配合形成第二活塞结构的输入活塞320，输入活塞320与输出活塞310之间填充有用于传递动力的驱动介质330；与输入活塞320传动连接的驱动组件340，用于驱动输入活塞320朝向或者远离输出活塞310动作。
51.一种可能实现的方式中，参照图1，输入活塞320的直径尺寸大于输出活塞310的直径尺寸，即第一腔室与第二腔室通过第三腔室连通，其中，第三腔室的横截面面积最小，第二腔室的横截面面积最大。第三腔室与输出活塞310的导向柱滑动配合，实现导向作用。输入活塞320位于第二腔室内，输入活塞320与第二腔室配合形成第二活塞结构，驱动组件340为输入活塞320提供驱动力。输入活塞320与输出活塞310之间填充驱动介质330。输入活塞320通过驱动介质330直接作用于输出活塞310，为输出活塞310提供驱动力。驱动介质330可以为不可压缩流体，具体可以为颗粒流。颗粒流(grain flow)又称沙流(sand flow)，是指在流动的沉积物内，无凝聚力的颗粒之间碰撞作用所产生的支撑应力能在颗粒之间传递剪切应力所引起的颗粒流动的流。
52.可选地，驱动组件340包括：与主摇臂100连接的套筒341，且套筒341位于第二腔室；安装于套筒341内部的磁性伸缩杆342，磁性伸缩杆342与输入活塞320传动连接，可在不同磁场强度下伸长不同的长度；用于为磁性伸缩杆342提供磁场的电磁线圈343。
53.一种可能实现的方式中，套筒341的外圈与主摇臂100之间为螺纹连接，磁性伸缩杆342伸入套筒341内部，且套筒341背离输入活塞320一侧用螺堵344封闭，以使磁性伸缩杆342伸长时，仅作用于输入活塞320，并驱动输入活塞320朝向第一腔室动作。线圈套设在套筒341外部，套筒341外侧壁形成有用于缠绕线圈的环形凹陷，线圈与套筒341形成电磁线圈343。电磁线圈343与发动机控制模块600(ecu)信号连接，发动机控制模块600(ecu)根据不同转速对电磁线圈343提供不同大小的电流(电流与转速呈正相关)，根据电磁感应原理，在电磁线圈343轴线方向产生随转速变化的磁场(磁场强度不同)，随转速变化的磁场强度使磁性伸缩杆342产生不同的伸长位移。因为输入活塞320与磁性伸缩杆342紧密贴合，所以磁性伸缩杆342的伸长位移直接作用在输入活塞320上，又输入活塞320与输出活塞310之间通过驱动介质330相连，根据体积不变原理，输出活塞310与输入活塞320的位移比等于输入活塞320与输出活塞310的面积比。
54.可选地，磁性伸缩杆342的制备材料为超磁致伸缩材料。
55.需要说明的是，在常温下由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生较大变化，即具有极大的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料被称为超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material简称gmm)，由于多为稀土构筑，又称稀土超磁致伸缩材料。这种材料具有很高的耐热温度，磁致伸缩性能强。在室温下，机械能和电能之间的转换率高、能量密度大、响应速度快、可靠性好、驱动方式简单。当外加磁场存在时，磁致伸缩杆会沿着磁场方向伸长，且与磁场强度呈正相关性，当外加磁场消失时，磁致伸缩杆会恢复原长。
56.上述气门摇臂总成应用于发动机时，当发动机转速较低时，发动机控制模块600(ecu)给电磁线圈343提供较小的电流，使磁性伸缩杆342产生较小的伸长位移，进而气门工作在短行程下，有利于提供低转速时的输出扭矩；当发动机转速较高时，发动机控制模块600(ecu)给电磁线圈343提供较大的电流，使磁性伸缩杆342产生较大的伸长位移，进而气
门工作在长行程下，有利于提高高转速时的进气效率。
57.以下举例说明上述气门摇臂总成应用于发动机中气门升程的可调范围：
58.磁致伸缩杆的磁致伸缩系数λ为5000ppm，磁致伸缩杆的长度l为30mm，磁致伸缩杆的最大伸长位移δl为：δl＝λ*l＝30*5000*10e
‑
6＝0.15mm；
59.输入活塞320与输出活塞310的直径比β满足：β＝d/d＝4，其中，d为输出活塞310的直径，d为输入活塞320的直径；
60.输出活塞310位移放大系数γ＝β*β＝16；
61.输出活塞310的最大位移l
max
＝δl*γ＝0.15*16＝2.4mm；
62.主摇臂100气门安装孔至第二转轴210之间的距离h1(即以第二转轴210为支点，气门的力臂)以及第一腔室背离第二腔室一端至第二转轴210之间的距离h2(即以第二转轴210为支点，输出活塞310的力臂)满足α＝h1/h2＝2；
63.主摇臂100气门侧最大摆动高度h
max
＝l
max
*α＝2.4*2＝4.8mm；
64.即气门升程l∈[l
min
，l
min
4.8mm]。
[0065]
需要说明的是，上述气门摇臂总成中存在两级放大结构，分别是：
[0066]
一、输入活塞320与输出活塞310之间的放大，输出活塞310与输入活塞320的位移比等于输入活塞320与输出活塞310的面积比；
[0067]
二、以第二转轴210为支点，气门的力臂与输出活塞310的力臂之间的放大。
[0068]
第二方面，基于同样的发明构思，如图4和图5所示，本发明实施例还提供一种可变配气结构，包括如第一方面实施例中任一种气门摇臂总成，还包括：凸轮400，凸轮400与气门摇臂总成中第一支臂220背离第二支臂230一端传动连接；气门桥总成500，安装于气门摇臂总成中主摇臂100背离凸轮400一侧。
[0069]
可选地，气门桥总成500包括：与主摇臂100传动连接的气门桥本体510，气门桥本体510具有第三腔室；滑动安装于第三腔室内的顶出活塞520，用于驱动主摇臂100转动，以使第一支臂220与凸轮400抵接；位于第三腔室内的第二弹性复位件530，且第二弹性复位件530一端与气门桥本体510连接，另一端与顶出活塞520连接，用于始终为顶出活塞520提供驱动力。
[0070]
一种可能实现的方式中，参照图4，气门桥总成500通过象足540和调整螺钉120安装于主摇臂100的气门侧。
[0071]
需要说明的是，气门桥总成500中的顶出活塞520不仅可以实现凸轮400空行程，还可以使副摇臂200中的滚子与凸轮轴410始终处于接触状态。当顶出活塞520顶出一定高度时，可抵消部分凸轮400行程，即实现凸轮400空行程。由于凸轮轴410和摇臂轴位置不变，且输出活塞310与副摇臂200刚性接触，因此当主摇臂100中的伸缩机构产生伸长位移时，会直接导致主摇臂100绕着摇臂轴向下转动。当主摇臂100中的伸缩机构缩短时，会直接导致副摇臂200绕着副摇臂200转轴向下转动，此时气门桥总成500中的顶出活塞520会在第二弹性复位件530(例如压缩弹簧)的作用下向上顶出，使副摇臂200绕着副摇臂200转轴向上转动，从而使副摇臂200中的滚子始终与凸轮轴410始终处于接触状态。在凸轮400相位器的配合下，可使气门550的最大行程可变，且开启相位不变。
[0072]
第三方面，基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种发动机，包括控制模块600，还包括如第二方面实施例中任一种可变配气结构；控制模块600与可变配气结构中的
伸缩装置300信号连接。
[0073]
需要说明的是，参照图1和图4，发动机控制模块600(ecu)对电磁线圈343提供随转速变化的电流，使磁性伸缩杆342产生不同大小的伸缩位移。当发动机转速较低时，发动机控制模块600(ecu)给电磁线圈343提供较小的电流，使磁性伸缩杆342产生较小的伸长位移，进而气门工作在短行程下，有利于提供低转速时的输出扭矩；当发动机转速较高时，发动机控制模块600(ecu)给电磁线圈343提供较大的电流，使磁性伸缩杆342产生较大的伸长位移，进而气门工作在长行程下，有利于提高高转速时的进气效率。
[0074]
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。