CN101086212A - 一种可控气缸停歇的发动机气门机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控气缸停歇的发动机气门机构，包括气门(4)、摇臂(2)、凸轮(1)和液压挺柱(3)，所述的凸轮(1)为两个曲面，所述的摇臂(2)为复合摇臂，包括内摇臂(11)和外摇臂(12)，所述的凸轮(1)上的两个曲面与内摇臂(11)和外摇臂(12)在不同的位置分别接触。与现有技术相比，本发明提高了发动机在低负荷时的燃油经济性，它通过使部分气缸工作在较高负荷，从而具有较高的工作效率；减少泵气损失；降低燃油消耗和减少排放物产生和对环境的污染。

Description

一种可控气缸停歇的发动机气门机构

技术领域

本发明属于汽车构造的技术领域，涉及汽车发动机换气系统，更具体地说，本发明涉及一种可控气缸停歇的发动机气门机构。

背景技术

随着国民经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，汽车消费量得到了前所未有的增长。然而，随之而来的能源紧缺和环境污染已对国民经济和社会发展造成了重大影响。汽车的节能环保问题已引起了各方面的高度重视，世界各国的相关法规正日趋严格。因此，汽车动力系统设计时，要着重考虑降低燃油消耗和减少废气排放。

一般情况下，汽车在加速或者负载较大的时候，需要发动机有较大的动力性，即发动机的所有的气门正常运转，所有气缸都进行较大负荷的工作，发动机处于大功率输出的工况。目前存在的主要问题是：现有大排量发动机，在部分负荷(如在高速公路上以一定的速度匀速行使)时，需要发动机输出的动力要求很低，有时甚至只要维持发动机自身运转所需功率。通常这时发动机所有汽缸还在正常进行低负荷工作，导致发动机工作效率不高，如果发动机大部分时间都工作在低负荷(如城市循环工况)情况下且所有气缸都参与工作，则燃油燃烧不充分、燃油消耗和排放物会相应增加很多，造成很大的浪费，增加对环境的污染。

中国专利号为CN200410011915.9的专利文献公开了一种内燃机的带停缸机构的气门装置的专利技术、中国专利号为CN200410079765.5的专利文献公开了一种内燃机带停缸机构的阀动装置的专利技术、中国专利号为CN87102938的专利文献公开了一种通用可变摇臂式停缸节油装置的专利技术、中国专利号为CN86209043的专利文献公开了一种通用可变摇臂式停缸节油装置的专利技术。

上述专利技术都涉及气缸停歇技术，对CN200410011915.9和CN200410079765.5专利中提到的气缸停歇技术，是采用两个独立摇臂分别控制气门机构的运动，通过控制摇臂里油压大小来改变气门的行程。如果在油压不足的情况下，它实际上是一种可变行程的气门机构，而不能彻底实现发动机停缸。该专利的技术缺点：油压不足时，不能彻底停缸，因此降低油耗的效果要比本发明专利差；采用两个独立摇臂实现停歇，占用气门机构的空间太大。对CN87102938和CN86209043专利中提到的气缸停歇技术，是通过外加电磁或弹簧执行机构来改变摇臂作用在气门上的力，从而实现气缸停歇。这种装置有许多不成熟的地方：如电磁执行机构通过摇臂间接控制的可靠性差。工况切换时，弹簧动态响应速度存在滞后性。所有这些专利对停缸的控制结构及相应的控制和调整方法作出了一定的改进，但是，所公开的技术是不成熟的，都未能彻底解决目前存在的发动机在低负荷工况下的效率低、耗油大及废气排放的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种可控气缸停歇的发动机气门机构，其目的是提高发动机在低负荷的工况条件下的效率，降低燃油消耗，减少废气排放。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种可控气缸停歇的发动机气门机构，包括气门、摇臂、凸轮和液压挺柱，所述的凸轮为两个曲面，所述的摇臂为复合摇臂，包括内摇臂和外摇臂，所述的凸轮上的两个曲面与内摇臂和外摇臂在不同的位置分别接触。

所述的摇臂的结构为：设内外摇臂转轴，所述的内摇臂和外摇臂通过内外摇臂转轴铰接连接，内摇臂上设圆柱滚子，圆柱滚子通过圆柱滚子轴安装在内摇臂上，外摇臂上设圆柱滚子滑槽，圆柱滚子轴的两端插入圆柱滚子滑槽，圆柱滚子滑槽的方向为内摇臂的转动方向。

所述的凸轮的结构为：所述的凸轮上的两个曲面为同轴线的两个曲面，即中间为凸轮桃形曲面，两端为同轴且等径的凸轮圆柱曲面，凸轮桃形曲面的外形大于凸轮圆柱曲面，凸轮桃形曲面的位置与圆柱滚子的位置对应，凸轮圆柱曲面的位置与外摇臂的位置相对应。

所述的凸轮上的两个曲面与内摇臂和外摇臂在不同的位置分别接触的结构为：在外摇臂上设复位弹簧，复位弹簧为扭簧，其扭力方向为使凸轮桃形曲面与圆柱滚子互相接触、凸轮圆柱曲面与外摇臂互相脱离，在摇臂上设有液压结构，其液压力的作用方向为使凸轮桃形曲面与圆柱滚子互相脱离、凸轮圆柱曲面与外摇臂互相接触。

所述的液压结构设液压销，当液压结构中的油压上升，液压销运动使内摇臂绕内外摇臂转轴转动，其转动方向为使凸轮桃形曲面与圆柱滚子脱离接触，即与复位弹簧的扭力相反的方向。

所述的液压结构在内摇臂转动的极限位置设止位块；所述的液压结构在内摇臂转动的极限位置还设有使内摇臂固定的锁销。

所述的液压结构中的液压油通过液压油路与液压电磁阀连通，所述的液压电磁阀的控制电路与发动机电子控制单元连接。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，提高了发动机在低负荷和怠速时的燃油经济性，它通过使部分气缸工作在较高负荷，从而具有较高的工作效率；减少泵气损失；降低燃油消耗和减少排放物产生和对环境的污染。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明各构件的相对位置的立体示意图；

图2为汽缸停歇时的本发明的工作状态示意图；

图3为本发明的气门机构恢复到正常工作状态的示意图；

图4为本发明的复合摇臂的结构立体示意图；

图5为本发明的涉及的液压电磁阀的结构立体示意图。

图中标记为：1、凸轮，2、摇臂，3、液压挺柱，4、气门，5、圆柱滚子轴，6、圆柱滚子滑槽，7、圆柱滚子，8、复位弹簧，9、凸轮桃形曲面，10、凸轮圆柱曲面，11、内摇臂，12、外摇臂，13、内外摇臂转轴，14、液压结构，15、液压电磁阀。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1至图5所表达的本发明的结构，本实用新型为一种可控气缸停歇的发动机气门机构，包括气门4、摇臂2、凸轮1和液压挺柱3。

汽车发动机设计的公认的理论依据是：部分气缸高负荷工作比所有气缸低负荷工作的效率要高。为了节约能源和降低排放，同时又为满足顾客对动力性的要求，针对6缸以上大排量的发动机，在汽车的行驶工况下、不需要大的动力性要求时，通过控制气门执行机构，关闭进排气门，将部分气缸的气门关闭，停止工作，从而减少泵气损失，同时提高工作气缸的工作热效率，从而达到降低燃油消耗和减少排放物产生的目的。而在有动力性要求的情况下，再通过对于气门执行机构的控制，恢复所有气缸的工作。停缸控制本质上就是可变发动机排量，使作功的气缸经常处于效率较高的状态，通过控制气门的正常开启或关闭来控制气缸是否参与正常工作。

为了实现提高发动机在低负荷的工况条件下的效率、降低燃油消耗、减少废气排放目的，本发明采取的技术方案为：如图1、图2和图3所示，所提供的这种可控气缸停歇的发动机气门机构，其凸轮1为两个曲面，所述的摇臂2为复合摇臂，包括内摇臂11和外摇臂12，所述的凸轮1上的两个曲面与内摇臂11和外摇臂12在不同的位置分别接触。

本发明的技术主要应用多气缸的大排量发动机中，同比可节约燃油约10～15％以上。气缸停熄控制本质上就是可变发动机排量，使作功的气缸经常处于效率较高的状态。停缸技术(DOD)一般通过对气门驱动机构的控制，来实现对各气缸的进气门的工作与否的控制，从而实现对气缸是否工作的控制。

本发明构思的实质性贡献的关键点在于：

1、凸轮1有两种曲面，提供两种工作运动规律；

2、带圆柱滚子7的复合摇臂；

3、用于机油压力控制用的液压电磁阀15。

以下对其具体结构进行介绍：

如图4所示，本发明的摇臂2的具体结构为：设内外摇臂转轴13，所述的内摇臂11和外摇臂12通过内外摇臂转轴13铰接连接，内摇臂11上设圆柱滚子7，圆柱滚子7通过圆柱滚子轴5安装在内摇臂11上，外摇臂12上设圆柱滚子滑槽6，圆柱滚子轴5的两端插入圆柱滚子滑槽6，圆柱滚子滑槽6的方向为内摇臂11的转动方向。

参见图1至图3，本发明的凸轮1的具体结构为：

1、凸轮1的形状：所述的凸轮1上的两个曲面为同轴线的两个曲面，即中间为凸轮桃形曲面9，两端为同轴且等径的凸轮圆柱曲面10，凸轮桃形曲面9的外形大于凸轮圆柱曲面10，凸轮桃形曲面9的位置与圆柱滚子7的位置对应，凸轮圆柱曲面10的位置与外摇臂12的位置相对应。

2、凸轮1的结构与摇臂2的相对位置关系：本发明的凸轮1上的两个曲面与内摇臂11和外摇臂12在不同的位置分别接触的结构为：在外摇臂12上设复位弹簧8，复位弹簧8为扭簧，其扭力方向为使凸轮桃形曲面9与圆柱滚子7互相接触、凸轮圆柱曲面10与外摇臂12互相脱离，在摇臂2上设有液压结构14，其液压力的作用方向为使凸轮桃形曲面9与圆柱滚子7互相脱离、凸轮圆柱曲面10与外摇臂12互相接触。

以上所述的液压结构14的具体结构为：

1、液压结构14设液压销，当液压结构中的油压上升，液压销运动使内摇臂11绕内外摇臂转轴13转动，其转动方向为使凸轮桃形曲面9与圆柱滚子7脱离接触，即与复位弹簧8的扭力相反的方向。

2、所述的液压结构14在内摇臂11转动的极限位置设止位块；所述的液压结构14在内摇臂11转动的极限位置还设有使内摇臂11固定的锁销。

3、所述的液压结构14中的液压油通过液压油路与液压电磁阀15连通，所述的液压电磁阀15的控制电路与发动机电子控制单元(ECU)连接。液压电磁阀1 5的结构如图5所示。

本发明的工作过程为：

1、汽缸停歇的工作过程：

汽缸停歇的工作过程参见图2，当液压电磁阀15收到ECU工况切换的指令时，液压电磁阀15通过改变进入摇臂2的执行油道里的油压，克服复位弹簧8的弹性扭力，把液压销顶到内摇臂11，这时内摇臂11在液压销的压力作用下，移动到如图2位置，此时圆柱滚子7也移到在圆柱滚子滑槽6的最下端。为可靠起见，摇臂里的止位块将移动后的内摇臂11限位，并通过锁销将其固定。这时内摇臂11上的圆柱滚子7不能接触到凸轮1上的凸轮桃形曲面9，而外摇臂12两边凸出部分与凸轮1上的轴上的凸轮圆柱曲面10接触，该凸轮圆柱曲面10的型面通过外摇臂12传递给气门4，这时气门4根本不做升降运动，也就是该气门4始终处于关闭状态。外摇臂12两边与凸轮圆柱曲面10接触的凸出部分表面经过专门加工，使其光滑且耐磨。

2、汽缸恢复正常作功的工作过程：

气门机构恢复到正常时的工作状态见图3。直到液压电磁阀15收到ECU工况切换指令，改变执行油道的油压，液压销退回原来的位置，内摇臂11在复位弹簧8作用下，也移到原来位置。此时圆柱滚子轴5也移到在圆柱滚子滑槽6的最上边。这时内摇臂11上的圆柱滚子7和凸轮1上的凸轮桃形曲面9直接接触，而凸轮桃形曲面9两边的凸轮圆柱曲面10脱离外摇臂12两边凸出部分。该凸轮桃形曲面9型面通过内摇臂11传递给气门4做相应的运动，这时气门4按一般正常规律做升降运动，完成气门4在气道上的正常开关动作，也就是恢复该气门机构的正常运动。

综上所述，摇臂式汽缸停歇的气门机构基本原理是：根据汽车的行驶工况，在不需要大的动力输出的时候，通过控制气门执行机构，关闭进排气门，将部分气缸的气门关闭，使其停止工作，从而减少泵气损失，同时提高工作气缸的工作热效率，以达到降低燃油消耗和减少排放物产生的目的。而在有较高动力输出要求的情况下，再通过对于气门执行机构的控制，恢复所有气缸的工作。在中、低负荷运转时，使用可变摇臂和机油控制阀“关闭”所有气缸中的部分气缸。而当加速和高负荷运转时，所有的气门正常运转，发动机恢复到全部气缸功率输出。这个转换功能是在摇臂内部实现的，通过机油压力的液力驱动。这个系统同样也可应用于6缸发动机和6缸以上的发动机。

这个气门机构是基于日益普遍的双顶置凸轮轴和滚子摇臂式气门系统设计，并且使得在现有基本发动机构造和带有可变气门驱动技术的构造之间灵活地进行转换，并实现了对现有基本发动机构造改动尽可能小。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种可控气缸停歇的发动机气门机构，包括气门(4)、摇臂(2)、凸轮(1)和液压挺柱(3)，其特征在于：所述的凸轮(1)为两个曲面，所述的摇臂(2)为复合摇臂，包括内摇臂(11)和外摇臂(12)，所述的凸轮(1)上的两个曲面与内摇臂(11)和外摇臂(12)在不同的位置分别接触。

2、按照权利要求1所述的可控气缸停歇的发动机气门机构，其特征在于所述的摇臂(2)的结构为：设内外摇臂转轴(13)，所述的内摇臂(11)和外摇臂(12)通过内外摇臂转轴(13)铰接连接，内摇臂(11)上设圆柱滚子(7)，圆柱滚子(7)通过圆柱滚子轴(5)安装在内摇臂(11)上，外摇臂(12)上设圆柱滚子滑槽(6)，圆柱滚子轴(5)的两端插入圆柱滚子滑槽(6)，圆柱滚子滑槽(6)的方向为内摇臂(11)的转动方向。

3、按照权利要求2所述的可控气缸停歇的发动机气门机构，其特征在于所述的凸轮(1)的结构为：所述的凸轮(1)上的两个曲面为同轴线的两个曲面，即中间为凸轮桃形曲面(9)，两端为同轴且等径的凸轮圆柱曲面(10)，凸轮桃形曲面(9)的外形大于凸轮圆柱曲面(10)，凸轮桃形曲面(9)的位置与圆柱滚子(7)的位置对应，凸轮圆柱曲面(10)的位置与外摇臂(12)的位置相对应。

4、按照权利要求3所述的可控气缸停歇的发动机气门机构，其特征在于：所述的凸轮(1)上的两个曲面与内摇臂(11)和外摇臂(12)在不同的位置分别接触的结构为：在外摇臂(12)上设复位弹簧(8)，复位弹簧(8)为扭簧，其扭力方向为使凸轮桃形曲面(9)与圆柱滚子(7)互相接触、凸轮圆柱曲面(10)与外摇臂(12)互相脱离，在摇臂(2)上设有液压结构(14)，其液压力的作用方向为使凸轮桃形曲面(9)与圆柱滚子(7)互相脱离、凸轮圆柱曲面(10)与外摇臂(12)互相接触。

5、按照权利要求4所述的可控气缸停歇的发动机气门机构，其特征在于：所述的液压结构(14)设液压销，当液压结构中的油压上升，液压销运动使内摇臂(11)绕内外摇臂转轴(13)转动，其转动方向为使凸轮桃形曲面(9)与圆柱滚子(7)脱离接触，即与复位弹簧(8)的扭力相反的方向。

6、按照权利要求5所述的可控气缸停歇的发动机气门机构，其特征在于：所述的液压结构(14)在内摇臂(11)转动的极限位置设止位块；所述的液压结构(14)在内摇臂(11)转动的极限位置还设有使内摇臂(11)固定的锁销。

7、按照权利要求4或5或6所述的可控气缸停歇的发动机气门机构，其特征在于：所述的液压结构(14)中的液压油通过液压油路与液压电磁阀(15)连通，所述的液压电磁阀(15)的控制电路与发动机电子控制单元连接。

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