一种含集成摇臂的配气机构及控制方法与流程

本发明涉及发动机，尤其涉及一种含集成摇臂的配气机构及控制方法。

背景技术：

1、传统顶置式配气机构，当气门关闭状态下，摇臂姿态不固定，可处于气门间隙范围内的任意角度，当凸轮旋转到上升段，气门间隙临近消除时刻，摇臂与凸轮、摇臂与气门桥存在接触撞击，产生敲击噪声；当凸轮旋转越过最高点，继续旋转到下降段，气门间隙临近恢复时刻，气门与气门座圈、摇臂与凸轮、摇臂与气门桥存在接触分离再接触撞击，产生敲击噪声。实际气门间隙越大，配气零部件接触碰撞噪声越明显。

2、发动机高速长时间工作时，排气门将因排气温度的升高而膨胀，热态下实际排气气门间隙小，冷态下实际排气气门间隙大，这样造成发动机冷态、热态情况下，实际排气门开启、关闭时刻相位不一致，存在差异。

3、含集成摇臂配气机构由专用凸轮轴(集成正功大凸桃、制动小凸桃的凸轮轴)、集成摇臂、气门桥、排气门、气门弹簧、制动销组成，如图1所示。集成摇臂配气机构的气门间隙包含两部分，一部分是补偿气门受热后的膨胀量，与传统气门间隙相同；另一部分，需要考虑隐藏制动小凸桃升程部分，即如图2虚线以下部分，才能保证排气气门升程正常如图3所示，通常气门间隙较大，约2.8mm至3.2mm。

4、针对含集成摇臂配气机构的发动机刚启动运行时，即低转速冷态、尤其是怠速冷态时实际气门间隙较大，若不采用本发明，发动机配气机构碰撞噪声容易被用户感知，影响驾驶体验。另外，怠速冷态时气门间隙较大，相比热态气门间隙下情况，气门开启时刻偏晚、关闭时刻偏早。

5、因此，针对含集成摇臂配气机构的发动机，首先需保证发动机全运行转速范围内实际气门间隙保持固定值，从而气门开启、关闭时刻保持一致准确；同时减弱配气结构零部件碰撞冲击，提升nvh(noi se、vi brat i on、harshness，噪声、振动与声振粗糙度)的舒适性，从而提高用户驾乘体验。

6、申请公布号cn104153837a一种消除气门间隙的新型气门挺柱机构，公开了通过电磁线圈根据发动机工作状态控制通断电，控制挺住壳体内的磁流变液进行柔刚性切换，实现气门间隙的调整。但是，公布号cn104153837a专利是分发动机压缩或做功冲程、进气或排气冲程两种状态通断控制。磁流变液流变性质复杂，具有典型的时变、强非线性特性，高转速准确控制难度大。例如，发动机曲轴转速4000r/min，排气冲程约200deg曲轴转角，计算得到排气冲程时间约0.0083s，电子控制单元(ecu)准确控制难度大。且公布号cn104153837a专利气门间隙补偿量小，约0.1mm到0.3mm，而含集成摇臂的配气机构的气门间隙较大，约2.8至3.2mm，不适合应用于含集成摇臂的配气机构中。

7、因此，如何减弱含集成摇臂的配气机构零部件碰撞冲击、同时在发动机运行范围内实时调整实际气门间隙保持固定值以保证气门开启、关闭时刻一致、准确，成为现有技术亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于集成摇臂的配气机构的气门间隙补偿结构及控制方法，气门间隙补偿结构一方面可以使实现配气机构各零部件接触可靠，避免碰撞冲击；另一方面根据曲轴转速和涡轮前排气温度需求通过ecu控制电磁线圈通不同幅值大小电流情况下线圈内产生高频磁场，使得磁敏感圆环发生轴向伸长，实现圆环上表面、与阻尼垫下表面距离保持固定值，进一步准确维持实际气门间隙固定值，从而实现在发动机全运行范围内气门开启、关闭时刻一致、准确。

2、本发明不区分压缩、做功、进气排气冲程时刻，只需根据曲轴转速和涡轮前排气温度需求按照给定的输出电流map图输出电压信号从而对电磁线圈提供电流ecu控制电磁线圈通不同幅值大小电流，可调整连续调整实际气门间隙在整个发动机运行过程中保持在固定范围内。

3、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

4、本发明第一方面提供了一种含集成摇臂的配气机构，包括摇臂结构、气门结构、发动机控制结构和气门间隙补偿结构，所述气门间隙补偿结构设置于摇臂结构与气门结构之间，所述气门间隙补偿结构包括调整螺钉、大螺旋弹簧、象足、电磁线圈、小螺旋弹簧、圆环、滑块和阻尼垫，调整螺钉插入象足中，大螺旋弹簧包裹在调整螺钉和象足的周围，象足外设置有电磁线圈，象足内填充有小螺旋弹簧、圆环、滑块和阻尼垫，滑块设置在调整螺钉下方，小螺旋弹簧一端连接滑块下表面，另一端连接象足内的底部，滑块下表面还设置有阻尼垫，象足内底部设置有圆环，圆环和阻尼垫都位于小螺旋弹簧两侧，圆环由磁敏感材料构成，发动机控制结构用于对电磁线圈提供电流，通过电流改变电磁线圈的磁场大小，进而使得磁敏感圆环发生轴向伸长，实现圆环上表面与阻尼垫下表面距离调整。

5、作为进一步的实现方式，调整螺钉包括凸出设置的头部和与头部连接的螺纹部，象足包括象足内腔，内腔入口处设置有象足口，调整螺钉的头部伸入象足口，螺旋弹簧包裹在调整螺钉螺纹部和象足的周围，滑块包裹在调整螺钉头部的顶端，滑块上表面形状与调整螺钉头部相适应。

6、作为进一步的实现方式，发动机控制结构控制电磁线圈通不同幅值大小电流电情况下线圈内产生高频磁场，圆环为磁敏感材料，因电磁感应产生涡流，进而产生热量，进而使得圆环发生轴向伸长，实现圆环上表面与阻尼垫下表面距离调整，保证实际气门间隙在整个发动机运行过程中保持在固定范围内。

7、作为进一步的实现方式，所述电磁线圈安装在象足底部两侧位置，与发动机控制结构连接，用于为圆环提供不同强度的磁场。

8、作为进一步的实现方式，发动机控制结构根据曲轴转速和涡轮前排气温度进行电流的输出大小判断，依据涡前排气温度可以预测排气门热膨胀量。

9、作为进一步的实现方式，所述摇臂结构包括凸轮、排气摇臂和制动摇臂，凸轮与制动摇臂一端接触，制动摇臂另一端与排气摇臂集成，排气摇臂另一端通过气门间隙补偿结构连接气门结构。

10、作为进一步的实现方式，气门结构包括气门桥、气门弹簧、气门和缸盖，气门桥下方连接气门，气门底部连接有缸盖，气门弹簧包裹在气门周围，气门间隙补偿结构中的螺纹部与排气摇臂相连，所述气门间隙补偿结构中的象足底部与气门桥相连。

11、作为进一步的实现方式，在发动机热态状态下，为电磁线圈提供较小电流，圆环轴向伸长量小、高度变化小，圆环上表面与阻尼垫下表面距离基本是由气门受热后的膨胀量确定，圆环上表面与阻尼垫下表面距离等于理论气门间隙减掉气门热膨胀量，即实际气门间隙；在发动机低速冷态状态下，为电磁线圈提供较大电流，使其产生较大磁场，圆环轴向伸长量大、高度增加，使得圆环上表面与阻尼垫下表面距离减小，圆环上表面与阻尼垫下表面距离等于理论气门间隙减掉圆环伸长量，即实际气门间隙，实现圆环上表面与阻尼垫下表面距离在发动机全运行工况下基本保持不变，实际气门间隙维持在固定值的上下限阈值范围内。

12、作为进一步的实现方式，当气门关闭状态下，所述大螺旋弹簧向上的弹力使摇臂结构向上移动并绕摇臂轴旋转，摇臂结构的前端滚轮位置始终贴合凸轮，螺旋弹簧向下的弹力使象足始终贴合气门桥，气门桥贴合气门，配气机构不存在零部件接触碰撞现象。

13、本发明第二方面提供了一种控制方法，用于控制第一方面所述的配气结构，包括以下步骤：

14、获取曲轴转速和涡轮前排气温度信号；

15、判断曲轴转速和涡轮前排气温度数值是否处于工作范围内；

16、根据曲轴转速和涡轮前排气温度数值按照给定的输出电流map图对电磁线圈提供电流，进而控制圆环高度变化，实现圆环上表面与阻尼垫下表面距离在发动机全运行工况下基本保持不变，实际气门间隙维持在固定值的上下限阈值范围内。

17、若曲轴转速不处于工作转速范围内，则不提供电流给电磁线圈。

18、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

19、本发明公开了一种适用于含集成摇臂的配气机构气门间隙补偿结构及控制方法，一方面可以使实现配气机构各零部件接触可靠，避免碰撞冲击；另一方面根据转速需求、涡轮前排气温度需求通过ecu控制电磁线圈通不同幅值大小电流情况下线圈内产生高频磁场，使得磁敏感圆环发生轴向伸长，实现圆环上表面与阻尼垫下表面距离保持固定值，进一步维持实际气门间隙在发动机全运行工况内保持固定值，从而实现在发动机运行范围内气门开启、关闭时刻一致、准确。相比于现有技术对于气门间隙的调整方法，本发明适用于含集成摇臂的配气机构的气门间隙补偿，对现有配气机构改动小，适用性强，能够明显减弱配气结构零部件碰撞，提高用户的舒适性，同时，实现在发动机运行范围内气门开启、关闭时刻一致、准确。