[发明专利]一种基于旋转电机驱动的无凸轮轴气门驱动机构

说明书

本发明公开了一种基于旋转电机驱动的无凸轮轴气门驱动机构，包括旋转电机、曲柄移动导杆机构和气门组件，通过该传动机构将旋转电机的旋转运动转换为气门的直线运动，每个气门都由独立的一套驱动机构进行驱动，通过增加或减少气门开启时旋转电机的角度来改变气门的升程，通过增加或减少旋转电机的角速度来改变气门开启和关闭的过渡时间。本发明具有响应时间短，气门升程控制灵活，气门的落座速度可控等优点，从而可以实现全可变气门机构的功能，达到发动机低油耗、低排放、高动力输出的目的。

技术领域

本发明属于发动机气门驱动领域，具体涉及一种基于旋转电机驱动的无凸轮轴气门驱动机构。

背景技术

随着各国经济的迅速发展，车辆保有量的急剧增加，能源与环境问题已成为制约我国可持续发展的重要问题之一，发动机配气相位固定不变的缺点越来越突出。与固定配气相位相比，可变配气相位则可以在发动机整个工作范围内的转速和负荷下，提供合适的气门开启、关闭时刻或升程，从而改善发动机进、排气性能，较好的满足发动机在高转速与低转速、大负荷与小负荷时动力性、经济性、废气排放的要求，整体提高发动机综合性能。

凸轮调相机构由于对原动机改动小，机构原理简单，成本低，因而使用广泛。凸轮调相机构通过操纵机械装置是凸轮轴相对曲轴的转角改变，进而改变配气相位，调节进排气重叠角和进气门关闭角，影响发动机的性能。这种结构的缺点是气门的开启持续期和升程无法改变。最具代表性的为BMW公司开发的VANOS气门正时系统，双凸轮轴可变气门正时系统改变凸轮线型，采用在不同的工况下，提供不同的凸轮线型驱动气门。这种方法由于本身的限制，只能实现有极调节，结构较复杂。

无凸轮驱动取消了气门机构中的从动件和凸轮轴，以电液式或电磁式等其它方式驱动气门，属于真正意义上的全可变配气相位机构，其中电磁式驱动气门响迅速，调节能力强，但落座速度大，使用寿命不高。另外作者苏炎玲在《内燃机无凸轮电液驱动配气机构的设计与控制研究》一文中采用了电液式驱动气门，该系统通过电磁阀和单向阀与高压源和低压源相连，通过控制高压和低压液体的流入和流出控制室来改变液压活塞上端面承受的压力，从而控制液压活塞带动气门运动，其中电液式驱动气门具有柔性调节的优点，但其介质为液体，受温度影响较大，且响应速度不够高，液压系统存在泄露问题。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于旋转电机驱动的无凸轮轴气门驱动机构，替代了现有气门驱动机构，摆脱了传统凸轮轴的约束，使得每个气门都能够被独立的旋转电机驱动，从而实现气门的全可变运动。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于旋转电机驱动的无凸轮轴气门驱动机构，包括旋转电机、气门组件和曲柄移动导杆机构，旋转电机作为控制气门的动力源，用于提供动力；气门组件连接一个气门，用于控制气门的开启闭合；曲柄移动导杆机构用于连接旋转电机和气门组件。

其中所述曲柄移动导杆机构包括旋转臂和气门连接件，旋转电机的输出轴与旋转臂顶端固连，保证旋转电机转动时，两者无相对滑动；气门连接件中心设有一个长条形通孔，气门连接件底部设有与长条形通孔中心轴线垂直的二阶阶梯孔，所述二阶阶梯孔中自上向下依次为第一阶孔和第二阶孔，第二阶孔直径大于第一阶孔直径，气门伸入第一阶孔，两者间隙配合，第二阶孔用于固连气门组件，所述长条形通孔的中心轴线方向垂直于气门的运动方向，旋转臂末端置于气门连接件的长条形通孔之中，R2为旋转臂末端突出轴的半径，R3为气门连接件中长条形通孔内两个半圆的半径，其中R2＝R3，保证旋转臂末端与气门连接件的长条形通孔不产生平行于气门方向的相对运动，气门连接件的通孔方向垂直于气门的运动方向。

其中所述的气门组件包括气门锁夹和气门卡座；气门卡座内壁为圆锥形结构，与气门锁夹外壁的圆锥形结构精确匹配，气门卡座与第二阶孔固连，气门锁夹设置于第二阶孔内，且位于气门尾部的凹槽与气门卡座之间。