连续可变气门持续时间装置和设置有该装置的发动机

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月12日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2019-0084343的韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种连续可变气门持续时间装置和设置有该连续可变气门持续时间装置的发动机。

背景技术

内燃发动机通过在燃烧室中在被吸入到燃烧室中的空气介质中燃烧燃料来产生动力。吸入空气时通过凸轮轴的驱动来操作进气门，并且在进气门打开期间将空气吸入到燃烧室中。另外，通过凸轮轴的驱动来操作排气门，并且在排气门打开期间从燃烧室排出燃烧气体。

进气门和排气门的最佳操作取决于发动机的转速。例如，气门的最佳升程(lift)或最佳打开/关闭正时取决于发动机的转速。为了实现根据发动机的转速的这种最佳气门操作，已经进行了各种研究，例如多个凸轮的设计和可以根据发动机转速改变气门升程的连续可变气门升程(CVVL)。

本部分的公开内容提供与本发明有关的背景信息。申请人不承认本部分中包含的任何信息构成现有技术。

发明内容

本发明的各个方面直接提供了一种连续可变气门持续时间装置和设置有该连续可变气门持续时间装置的发动机，可以基于发动机的运行状况改变气门的打开持续时间并减少噪声和振动。

在本公开的一种形式中，一种连续可变气门持续时间装置可以包括：凸轮轴；凸轮单元，凸轮单元上形成有凸轮，并且凸轮轴插入到凸轮中；引导轴，引导轴上形成有引导螺纹并且垂直于凸轮轴设置；引导支架，引导支架上安装有引导轴；内轮，被构造成将凸轮轴的旋转传递到凸轮单元；轮壳体，内轮可旋转地插入到轮壳体中，轮壳体垂直于凸轮轴可移动，并且轮壳体设置在引导支架内；蜗轮，蜗轮内形成有被构造成与引导螺纹啮合的内螺纹，蜗轮上形成有外螺纹，并且蜗轮设置在轮壳体内；控制轴，控制轴上形成有被构造成与外螺纹啮合的控制蜗杆；以及轮弹性部，向蜗轮提供弹力，以使蜗轮与引导轴和控制轴紧密接触。

轮弹性部可以为双扭力弹簧。

蜗轮可以形成有弹簧安装部，双扭力弹簧安装到弹簧安装部。

双扭力弹簧可以包括：弹簧体，缠绕在弹簧安装部上；以及第一支撑部和第二支撑部，弹性地支撑弹簧体，并且引导支架内可以形成有第一弹簧插入部和第二弹簧插入部，第一支撑部和第二支撑部插入到第一弹簧插入部和第二弹簧插入部中。

引导支架可以形成有：插入孔，引导轴插入到插入孔中；以及移动空间，轮壳体在移动空间内可移动。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：两个引导壁，从轮壳体突出；以及移动孔，形成在两个引导壁中的每一个中，并且引导轴被构造成插入到移动孔中。

蜗轮可以设置在引导壁之间并且被构造成选择性地推动两个引导壁中的一个以移动轮壳体。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：滑动轴，固定到引导支架并且被构造成引导轮壳体的移到；以及滑动孔，形成在轮壳体中，并且滑动轴被构造成插入到轮壳体的滑动孔中。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：蜗杆轴帽，固定到所述引导支架以支撑控制轴。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：第一滑动孔和第二滑动孔，分别形成在内轮；凸轮槽，形成在凸轮单元；滚轮，连接到凸轮轴并且可旋转地插入到第一滑动孔中；以及滚子凸轮，可滑动地插入到凸轮槽中并且可旋转地插入到第二滑动孔中。

滚子凸轮可以包括：滚子凸轮主体，可滑动地插入到凸轮槽中；凸轮头，可旋转地插入到第二滑动孔中；以及突起，被构造成防止滚子凸轮脱离。

滚轮可以包括：轮体，可滑动地连接到凸轮轴；以及轮头，可旋转地插入到第一滑动孔中。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：凸轮轴油孔，沿凸轮轴的长度方向形成在凸轮轴内；轮体油孔，形成在滚轮的轮体并且被构造成与凸轮轴油孔连通；以及油槽，形成在滚轮的轮头中并且被构造成与轮体油孔连通。

凸轮单元可以包括分别对应于气缸和相邻气缸设置的第一凸轮部和第二凸轮部，并且内轮可以包括第一内轮和第二内轮，第一内轮和第二内轮被构造成将凸轮轴的旋转分别传递到第一凸轮部和第二凸轮部。

第一内轮和第二内轮可以彼此可旋转地连接。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：轴承，设置在轮壳体内并且被构造成支撑第一内轮和第二内轮。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：两个凸轮，分别形成在第一凸轮部和第二凸轮部中；凸轮盖连接部，形成在两个凸轮之间；以及凸轮盖，凸轮盖上形成有凸轮支撑部，该凸轮支撑部被构造成支撑凸轮盖连接部。

根据本发明的实施例的发动机可以设置有连续可变气门持续时间装置。

如上所述，根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置可以以简单的结构根据发动机的运行状况来改变气门的打开持续时间。

根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置可以减小尺寸，因此可以减小气门机构的整体高度。

由于连续可变气门持续时间装置可以在不改变过多设计的情况下应用于现有发动机，因此可以提高生产率并且可以降低生产成本。

即使部件中存在生产误差，根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置也可以通过应用轮弹性部来减少噪声和振动。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的设置有连续可变气门持续时间装置的发动机的立体图。

图2是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的侧视图。

图3是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的分解立体图。

图4是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的局部立体图。

图5是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的局部分解立体图。

图6是沿图4的线VI-VI的剖视图。

图7是示出可应用于本发明的实施例的内轮和凸轮单元的立体图。

图8是示出可应用于本发明的实施例的内轮和凸轮单元的分解立体图。

图9是示出根据本发明的实施例的安装轮弹性部的立体图。

图10是示出可应用于本发明的实施例的轮弹性部和蜗轮的立体图。

图11是沿图5的线XI-XI的剖视图。

图12是沿图5的线XII-XII的剖视图。

图13和图14是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的图。

图15A和图15B是示出根据本发明的实施例的蜗轮和轮壳体的操作的图。

图16至图18是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的操作的图。

图19A和图19B是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的凸轮槽的图。

图20A、图20B和图20C是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的气门轮廓的曲线图。

<附图标记说明>

1：发动机 30：凸轮轴

32：凸轮轴油孔 34：凸轮轴孔

40：凸轮盖 50：蜗轮

52：内螺纹 54：外螺纹

56：弹簧安装部 60：滚轮

62：轮体 64：轮头

66：轮体油孔 68：油槽

69：连通孔 70：凸轮单元

70a、70b：第一/第二凸轮部 71、72：凸轮

74：凸轮槽 76：凸轮盖连接部

80：内轮 82：滚子凸轮

82a：滚子凸轮主体 82b：滚子凸轮头

82c：突起 83：凸轮槽

84：第一内轮连接部 85：第二内轮连接部

86：第一滑动孔 88：第二滑动孔

90：轮壳体 92：引导壁

94：移动孔 96：滑动孔

100：控制部 102：控制轴

104：控制蜗杆 106：控制马达

130：引导螺纹 132：引导轴

132a：连接销 132b：连接孔

134：引导支架 134a：第一弹簧插入部

134b：第二弹簧插入部 135：滑动轴

135a：滑动轴孔 136：螺栓

137：插入孔 138：移动空间

139：蜗杆轴帽 140：轴承

150：轮弹性部 152：弹簧体

154：第一支撑部 156：第二支撑部

200：气门 201-204：第一-第四气缸

具体实施方式

在下面的详细描述中，仅通过说明的方式仅示出和描述了本发明的某些实施例。

如本领域技术人员将认识到的，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。

将省略与描述无关的部分以清楚地描述本发明，并且在整个说明书中，相同或相似的元件将由相同的附图标记表示。

在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。

在整个说明书和权利要求书中，除非明确地相反地描述，否则词语“包括”和诸如“包含”或“包含有”的变体将被理解为暗示包括所述元件，而不暗示排除任何其他元件。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。

在一些实施例中，为了实现根据发动机的转速的这种最佳气门操作，正在对能够根据发动机转速进行不同气门正时操作的连续可变气门正时(CVVT)装置进行研究。CVVT可以改变具有固定气门打开持续时间的气门正时。

图1是根据本发明的实施例的设置有连续可变气门持续时间装置的发动机的立体图，图2是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的侧视图。

图3是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的分解立体图，图4是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的局部立体图。

图5是根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的局部分解立体图，图6是沿图4的线VI-VI的剖视图。

参照图1至图6，在实施例中，根据本发明的实施例的发动机1包括连续可变气门持续时间装置。

在附图中，发动机形成有四个气缸201、202、203和204，但是不限于此。

根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置可以包括：凸轮轴30；凸轮单元70，凸轮单元70上形成有凸轮71，并且凸轮轴30插入到凸轮71中；引导轴132，引导轴132上形成有引导螺纹130，并且引导轴132垂直于凸轮轴30设置；引导支架134，引导支架134上安装有引导轴132；内轮80，被构造成将凸轮轴30的旋转传递到凸轮单元70；轮壳体90，内轮80可旋转地插入到轮壳体90中，轮壳体90垂直于凸轮轴30可移动，并且轮壳体90设置在引导支架134内；蜗轮50，蜗轮50内形成有被构造成与引导螺纹130啮合的内螺纹52，蜗轮50上形成有外螺纹54，并且蜗轮50设置在轮壳体90内；控制轴102，控制轴102上形成有被构造成与外螺纹54啮合的控制蜗杆104；以及轮弹性部150(参照图9)，向蜗轮50提供弹力以使蜗轮50与引导轴132和控制轴102紧密接触。

凸轮轴30可以是进气凸轮轴或排气凸轮轴。

引导支架134可以形成有插入孔137和移动空间138，其中引导轴132插入到插入孔137中，轮壳体90在移动空间138内可移动。

连续可变气门持续时间装置可以进一步包括：两个引导壁92，从轮壳体90突出；以及移动孔94，形成在两个引导壁92中的每一个中，并且引导轴132被构造成插入到移动孔94中。

蜗轮50可以设置在引导壁92之间，并且被构造成选择性地推动两个引导壁92中的一个以移动轮壳体90。

连续可变气门持续时间装置进一步包括：滑动轴135，该滑动轴135通过滑动轴孔135a固定到引导支架134，并且被构造成引导轮壳体90的移动；以及滑动孔96，形成在轮壳体90中，滑动轴135插入到滑动孔96中。

连续可变气门持续时间装置进一步包括蜗杆轴帽139，该蜗杆轴帽139固定到引导支架134以支撑控制轴102。蜗杆轴帽139可以通过螺栓136固定到引导支架134。

引导支架134、轮壳体90和蜗轮50的连接方案可以使连续可变气门持续时间装置的布局简单并最小化。

引导轴132中形成有连接孔132b，以使引导轴132可以通过连接销132a联接到引导支架134。

图7是示出可应用于本发明的实施例的内轮和凸轮单元的立体图，

图8是示出可应用于本发明的实施例的内轮和凸轮单元的分解立体图。

参照图1至图8，内轮80上分别形成有第一滑动孔86和第二滑动孔88，并且凸轮单元70上形成有凸轮槽74。

连续可变气门持续时间装置进一步包括：滚轮60，连接到凸轮轴30并且可旋转地插入到第一滑动孔86中；以及滚子凸轮82，可滑动地插入到凸轮槽74中并且可旋转地插入到第二滑动孔88中。

滚子凸轮82包括：滚子凸轮主体82a，可滑动地插入到凸轮槽74中；以及凸轮头82b，可旋转地插入到第二滑动孔88中。

突起82c形成在滚子凸轮82上，用于防止滚子凸轮82沿凸轮轴30的长度方向与内轮80脱离。

滚轮60包括：轮体62，可滑动地连接到凸轮轴30；以及轮头64，可旋转地插入到第一滑动孔86中，并且轮体62和轮头64可以一体地形成。

凸轮轴30上形成有凸轮轴孔34，滚轮60的轮体62可移动地插入到凸轮轴孔34中，而轮头64可旋转地插入到第一滑动孔86中。

凸轮轴油孔32沿凸轮轴30的长度方向形成在凸轮轴30内，滚轮60的轮体62上形成有与凸轮轴油孔32连通的轮体油孔66，并且滚轮60的轮头64上形成有与轮体油孔66连通的油槽68(参照图16)。

供应到凸轮轴油孔32的润滑剂可以通过轮体油孔66、连通孔69和油槽68被供应到内轮80。

图9是示出根据本发明的实施例的安装轮弹性部的立体图，图10是示出可应用于本发明的实施例的轮弹性部和蜗轮的立体图。

图11是沿图5的线XI-XI的剖视图，图12是沿图5的线XII-XII的剖视图。

参照图9至图12，轮弹性部150可以是双扭力弹簧，并且蜗轮50上形成有安装双扭力弹簧150的弹簧安装部56。

双扭力弹簧150可以包括：弹簧体152，缠绕在弹簧安装部56上；以及第一支撑部154和第二支撑部156，用于弹性地支撑弹簧体152，并且第一弹簧插入部134a和第二弹簧插入部134b可以形成在引导支架134内部，其中第一支撑部154和第二支撑部156插入到第一弹簧插入部134a和第二弹簧插入部134b中。

在实施例中，连续可变气门持续时间装置的每个组件的操作都需要公差，但是由于控制蜗杆104、蜗轮50和引导螺纹130之间的公差，因此在发动机运行期间可能产生振动和噪声。

由于双扭力弹簧150可以被构造成将蜗轮50推向引导轴132和控制轴102以防止在发动机运行期间产生振动和噪声，因此可以具有或不具有公差。

图13和图14是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的图。

参照图2、图13和图14，凸轮单元70包括分别对应于气缸和相邻气缸，例如，第一气缸201和相邻的第二气缸202而设置的第一凸轮部70a和第二凸轮部70b，并且内轮80包括分别将凸轮轴30的旋转传递到第一凸轮部70a和第二凸轮部70b的第一内轮80a和第二内轮80b。

连续可变气门持续时间装置进一步包括轴承140，轴承140设置在轮壳体90内，用于支撑第一内轮80a和第二内轮80b。

轴承140可以是滚针轴承，第一内轮80a和第二内轮80b设置在一个轮壳体90内，并且轴承140可以可旋转地支撑第一内轮80a和第二内轮80b。

由于第一内轮80a和第二内轮80b可以设置在一个轮壳体90内，因此可以减少元件数量，从而可以提高生产率和经济性。

轮壳体90内的第一内轮80a和第二内轮80b可以彼此可旋转地连接。例如，第一内轮连接部84和第二内轮连接部85分别形成在第一内轮80a和第二内轮80b，并且第一内轮连接部84和第二内轮连接部85彼此连接。

在附图中，第一内轮连接部84和第二内轮连接部85形成为凸形和凹形，但不限于此。第一内轮80a和第二内轮80b以可变的连接结构彼此可旋转地连接。

在第一内轮80a和第二内轮80b连接的情况下，可以减少由于轴承、内轮、轮壳体等的制造公差引起的松动或振动。

两个凸轮71和72可以成对地形成在第一凸轮部70a和第二凸轮部70b上，并且在第一凸轮部70a和第二凸轮部70b中的每一个的成对的凸轮71和72之间形成有凸轮盖连接部76。

凸轮71和72旋转并打开气门200。

连续可变气门持续时间装置进一步包括凸轮盖40，凸轮盖40上形成有凸轮支撑部46，该凸轮支撑部46被构造成可旋转地支撑凸轮盖连接部76。

图15A和图15B是示出根据本发明的实施例的蜗轮和轮壳体的操作的图，图16至图18是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的内轮的操作的图。

如图16所示，当凸轮轴30和凸轮单元70的旋转中心重合时，凸轮71和72以与凸轮轴30相同的相位角旋转。

在实施例中，基于发动机运行状态，ECU(发动机控制单元或电子控制单元)将控制信号传输至控制部100，然后控制马达106使控制轴102旋转。

然后，与外螺纹54啮合的控制蜗杆104使蜗轮50旋转。并且由于形成在蜗轮50上的内螺纹52与引导螺纹130啮合，因此，蜗轮50沿着引导螺纹130移动。

如图15A、15B、图17和图18所示，蜗轮50根据控制轴102的旋转而沿着引导轴132移动，并且蜗轮50选择性地推动两个引导壁92中的一个，因此使轮壳体90相对于凸轮轴30的相对位置改变。

当轮壳体90相对于凸轮轴30的相对位置改变时，凸轮71和72相对于凸轮轴30的相对转速改变。

当滚轮60与凸轮轴30一起旋转时，轮体62在凸轮轴孔34内可滑动，轮头64在第一滑动孔86内可旋转，而滚子凸轮82在第二滑动孔88内可旋转并在凸轮槽74内可滑动。因此，凸轮71和72相对于凸轮轴30的相对转速改变。

图19A和图19B是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的凸轮槽的图，图20A、20B和图20C是示出根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置的气门轮廓的曲线图。

如图19A和图19B所示，凸轮槽74可以形成为比凸轮71或72的位置更滞后(参照图19A的74a)，或者凸轮槽74可以形成为比凸轮71或72的位置更靠前(参照图19B的74b)，或者，凸轮槽74可以形成为与凸轮71或72的相位相同。通过上述方案，可以实现各种气门轮廓。

尽管气门200的最大升程是恒定的，但是凸轮71和72相对于凸轮轴30的转速根据轮壳体90的相对位置而改变，从而气门200的关闭和打开时间被改变。在实施例中，气门200的持续时间被改变。

如图20A所示，在实施例中，根据凸轮槽74的相对位置、气门200的安装角度等，气门的打开和关闭时间可以同时改变。

如图20B所示，在气门200的打开时间恒定时，气门200的关闭时间可以被延迟或提前。

如图20C所示，在气门200的关闭时间恒定时，气门200的打开时间可以被延迟或提前。

如上所述，根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置可以以简单的结构实现各种气门持续时间。

根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置可以减小尺寸，因此可以减小气门机构的整体高度。

由于连续可变气门持续时间装置可以在不改变过多设计的情况下应用于现有发动机，因此可以提高生产率并且可以降低生产成本。

即使部件中存在生产误差，根据本发明的实施例的连续可变气门持续时间装置也可以通过应用轮弹性部来减少噪声和振动。

尽管描述了本发明的实施例，但是将理解的是，本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。