CN103437894B - 发动机停缸控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了发动机停缸控制装置及控制方法，该控制装置，包括发动机缸盖、设在所述发动机缸盖上的凸轮轴和设在所述凸轮轴上的凸轮块，在所述发动机缸盖上设使所述凸轮块沿所述凸轮轴轴向移动实现发动机气门开闭的执行机构；所述执行机构包括设在所述缸盖上的与汽车控制器连接的电磁阀；在所述电磁阀上设停缸控制压杆及复位压杆分别和设在所述凸轮块上方向相反的两螺旋凹槽相适配；该控制方法由该控制装置来实现发动机停缸控制；本发明，在发动机小负荷时，能准确控制发动机停缸，进而使发动机始终保持良好的动力性能和经济性能。

Description

发动机停缸控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及发动机，具体涉及发动机停缸控制装置及控制方法。

背景技术

传统的汽车发动机在小负载的情况下通常处于低负荷运转工况。发动机在小负荷运转时，节气门开度小，节流作用大，使燃烧过程变差，所以低负荷运转工况时的汽车发动机效率并不处于发动机运行的最佳效率区域，即为保持稳定的点火和必要的燃烧速度，被迫采用过浓的混合气，致使指示效率显著下降，发动机的经济性变差。

假如在此工况下，停止部分气缸工作，要想保持停缸前的功率，就必须给工作缸更多的可燃混合气；即开大节气门，使节流作用变小。此时发动机进气歧管内的压力上升，充气效率提高，滞留在缸内的残余废气量相对减少，从而提高了混合气的燃烧品质，减少发动机的循环波动。同时由于停缸工况还能减少发动机的泵气损失功和机械摩擦损失功，因此可明显提高部分工况下的发动机燃油经济性。因而在发动机上设计发动机停缸控制装置非常有必要。

发明内容

本发明的目的在提供一种在发动机小负荷时，能提高发动机经济性能的发动机停缸控制装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

该发动机停缸控制装置，包括发动机缸盖、设在所述发动机缸盖上的凸轮轴和设在所述凸轮轴上的凸轮块，在所述发动机缸盖上设与汽车控制器连接的电磁阀；在所述电磁阀上设由电磁阀控制动作的停缸控制压杆及复位压杆分别和设在所述凸轮块上方向相反的两螺旋凹槽相适配。

在所述凸轮轴上设安装孔，在所述安装孔内设一端与该安装孔连接另一端连接定位钢球的回位弹簧；在所述凸轮块内壁设定位槽和所述定位钢球压接或卡接。

在所述凸轮块一端设有不同升程的凸轮，所述凸轮块该端为在凸轮块移动时不同升程的凸轮和摇臂滚子接触控制气门开闭的控制端；所述凸轮块的另一端为控制凸轮块沿凸轮轴轴向移动的调节端。

所述定位槽为两个，在所述两定位槽之间设所述定位钢球移动导向的导向槽。

在和所述停缸控制压杆及复位压杆适配的所述螺旋凹槽末端分别设有供所述停缸控制压杆及复位压杆复位的凸起。

所述螺旋凹槽设在所述凸轮块的调节端的基圆上。

在所述凸轮轴上设外花键与所述凸轮块上所设内花键相连接。

所述安装孔设在所述凸轮轴的外花键上；所述定位槽设在所述凸轮块调节端的内花键上。

所述凸轮轴安装在设在所述发动机缸盖上的轴承座上，所述凸轮块轴向移动后通过所述轴承座轴向定位。

该发动机停缸控制方法，利用所述发动机停缸控制装置实现，具体为：

电磁阀受汽车控制器控制，在发动机部分负荷时，汽车控制器通过凸轮轴位置传感器的信号判断凸轮轴所处的状态，给予电磁阀信号；电磁阀控制停缸控制压杆落下并压入对应的螺旋凹槽中，在凸轮块转动过程中，凸轮块沿凸轮轴轴向移动，凸轮块上的无升程的凸轮和摇臂滚子接触控制气门关闭；电磁阀断电，停缸控制压杆在凸起作用下被推回到初始位置；

在发动机大负荷时，汽车控制器通过凸轮轴位置传感器的信号判断凸轮轴所处的状态，并给予电磁阀信号；电磁阀控制复位压杆落下并压入对应的螺旋凹槽中，在凸轮块转动过程中，凸轮块沿凸轮轴反向轴向移动返回到初始位置，凸轮块上的有升程凸轮和摇臂滚子接触控制气门开启；电磁阀断电，复位压杆在凸起作用下被推回到初始位置。

本发明的优点在于：该发动机停缸控制装置及控制方法，作为执行机构的电磁阀、停缸控制压杆及复位压杆和设在凸轮块上方向相反相适配的两螺旋凹槽；在汽车控制器控制下使凸轮块沿凸轮轴轴向移动，以使不同升程凸轮和摇臂滚子接触控制气门闭合和开启，以实现发动机停缸及复位；在发动机小负荷时，发动机也能保持良好的动力性能和经济性能。

电磁阀控制精确，发动机停缸控制准确。

凸轮块通过花键与凸轮轴配合，工作可靠。

凸轮块作为独立单元可随意组合，独立控制每个气缸的气门运动。

凸轮块的螺旋凹槽处在基圆部分，且螺旋凹槽能使凸轮块轴向移动过程中不会出现移动偏差和移动不到位的情况，控制准确。

凸轮轴及凸轮块带有两侧轴向定位，保证了凸轮块的运行可靠性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明发动机停缸控制装置的结构示意图；

图2为图1发动机停缸控制装置的凸轮块的结构示意图；

图3为图2发动机停缸控制装置的凸轮块的剖面图；

图4为图3发动机停缸控制装置的凸轮块的4-4剖面图；

图5为图3发动机停缸控制装置的凸轮块的5-5剖面图；

图6为图1发动机停缸控制装置的凸轮轴的结构示意图；

图7为图6发动机停缸控制装置的凸轮轴的2-2剖面图；

图8为图1发动机停缸控制装置的电磁阀的左视图；

图9为图8发动机停缸控制装置的电磁阀的剖面图；

图10为图1发动机停缸控制装置的电磁阀的右视图。

上述图中的标记均为：

1、发动机缸盖；2、轴承座；3、凸轮轴；4 、压杆；5、电磁阀；6、凸轮块；7、定位钢球；8、回位弹簧；60、凸轮块轴肩；61、正向螺旋槽；62、反向螺旋槽；63、凸轮块凸桃；64、内花键；65、定位槽；66、凸轮块基圆部分；30、安装孔；31、外花键；50、电磁阀针脚；51、压杆安装孔；52、电磁阀安装孔。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图10所示，该发动机停缸控制装置，包括发动机缸盖1、包括设在发动机缸盖1上的凸轮轴3和设在凸轮轴3上的凸轮块6，在发动机缸盖1上设与汽车控制器连接的电磁阀5；在电磁阀5上设压杆4，压杆4分为停缸控制压杆及复位压杆分别和设在凸轮块6上方向相反的两螺旋凹槽相适配。

电磁阀5及设在电磁阀5上由电磁阀5控制的压杆4构成执行机构，执行机构配合螺旋凹槽，能使凸轮块6沿凸轮轴3轴向移动使凸轮块6上不同升程的凸轮与摇臂滚子接触以控制气门开闭，实现发动机停缸。

电磁阀5安装在发动机缸盖1上，发动机缸盖1上加工有安装电磁阀5的螺纹孔，这样可以保证电磁阀5的安装精度。电磁阀5上设压杆安装孔51、电磁阀安装孔52和电磁阀针脚50。

停缸控制压杆及复位压杆垂直于凸轮轴3布置在发动机缸盖1上的电磁阀5中；停缸控制压杆及复位压杆和凸轮块6间隙为2mm，下方正对凸轮块6的螺旋凹槽；停缸控制压杆及复位压杆由电磁阀5上的电磁执行元件拉出，落到与之对应的螺旋凹槽中。

凸轮块6是实现发动机停缸的关键。在凸轮块6一端设不同升程的凸轮，凸轮块6该端为在凸轮块6移动控制下和摇臂滚子接触控制气门开闭的控制端；凸轮块6的另一端为控制凸轮块6沿凸轮轴3轴向移动的调节端。调节端控制凸轮块6的轴向移动；控制端控制不同升程（无升程或有升程）的凸轮与摇臂滚子接触。每个气缸的凸轮块6结构都一样，凸轮相位靠凸轮轴3上的花键保证，每个花键为凸轮转角18°，相邻气缸的凸轮块6间隔5个齿即可。这样可以保证零件的通用性和加工的一致性。凸轮块6上有凸轮块轴肩60、凸轮块凸桃63和凸轮块基圆部分66。

凸轮块6和凸轮轴3分开，二者通过花键连接在一起。优选凸轮块6上有两种不同的凸轮，一种无升程，一种为正常升程。凸轮块6通过停缸控制压杆及复位压杆和设在凸轮块6上与其相适配方向相反的两螺旋凹槽实现轴向来回移动，使对应两种不同的凸轮与滚子摇臂接触，从而控制气门开关关闭和开启。

凸轮块6上螺旋凹槽分为正向螺旋槽61和反向螺旋槽62，两螺旋凹槽的跨距均为180°，可使凸轮块6实现轴向移动10.5mm。两螺旋凹槽方向相反，长度相同，以保证凸轮块6轴向来回移动距离相等，保证精确控制。在和停缸控制压杆及复位压杆适配的螺旋凹槽末端分别设有供停缸控制压杆及复位压杆复位的凸起。

凸轮块6有升程部分宽度大于无升程部分的宽度，优选该凸轮块6有升程部分的宽度为8mm，无升程部分宽度为11mm，且两者基圆半径同为16mm。螺旋凹槽始终处于凸轮块6凸轮的基圆部分。凸轮块6内侧有与凸轮轴3连接的内花键64，还有对其进行轴向定位的定位槽65，其内花键64与凸轮轴3上的外花键31配合；其定位槽65与定位钢球7配合。

凸轮轴3是该停缸装置的载体。凸轮轴3分为花键端部分和轴颈部分。其中花键上加工有凸轮块6定位用的安装孔30，配合回位弹簧8和定位钢球7使用，外花键31与凸轮块6上的内花键64配合。

回位弹簧8一端连接在安装孔30内，回位弹簧8另一端连接定位钢球7；在凸轮块6内壁所设的定位槽65和定位钢球7压接或卡接。

凸轮块6通过内花键64与凸轮轴3配合并在其上进行轴向移动。凸轮轴3外花键31有20个齿，每个齿对应凸轮轴3转角18°，每个气缸的凸轮块6间隔5个齿安装在凸轮轴3上。

该凸轮轴3上安装回位弹簧8的安装孔30优选直径为Φ5mm，该安装孔30不仅能安装回位弹簧8，还能对定位钢球7起到导向作用；配合气门室罩盖本体上的限位凸台就可以实现对凸轮块6两侧的轴向定位。

回位弹簧8是对凸轮块6进行轴向定位的单元。弹簧外径Φ5mm，长度为13mm，安装在凸轮轴3花键部分上的安装孔30里。经过配合压装后回位弹簧8压缩到9.5mm，这样保证了定位钢球7对凸轮块6有一定的径向力，配合定位槽65使用，可以实现对凸轮块6的一侧定位。

定位钢球7是对凸轮块6进行轴向定位的另一单元。定位钢球7为Φ5mm的圆球，安装在回位弹簧8上，由凸轮块6压缩到位，定位钢球7停在凸轮块6与之对应的定位槽65中。定位钢球7安装在回位弹簧8上方，两者同在凸轮轴3的安装孔30里。定位钢球7的半径为R2.5mm，与凸轮块6内侧的定位槽65的半径相同。

定位槽65为两个，在两定位槽65之间设定位钢球7移动导向的导向槽。压装后定位钢球7落在对应凸轮块6正常运行的定位槽65里，停缸后定位钢球7就落在另一侧的定位槽65里。两定位槽65间距10.5mm，其两者过度部分始于定位槽65球心上方1.5mm处，最低处位于定位槽65球心上放0.58mm，这样可以保证钢球在两个定位槽65间的移动可靠、及时又能保证对凸轮块6有一定的径向力。

电磁阀5是停缸装置的执行单元。它接受ECU的信号，在部分负荷时，ECU通过凸轮轴3位置传感器的信号判断凸轮轴3所处的状态；并给予电磁阀5信号，电磁阀5控制停缸控制压杆落下并进入正向螺旋槽61中。在螺旋曲线作用下，停缸控制压杆产生对凸轮块6的轴向的推动力，凸轮轴3旋转180°后，停缸控制压杆移动到正向螺旋槽61的终点，凸轮块6上无升程的凸轮与和摇臂滚子接触控制气门关闭。定位钢球7也从凸轮块6的一定位槽65移动到另一个槽中，电磁阀5关闭，停缸控制压杆由正向螺旋槽61凸起将其顶回。同时另一侧的复位压杆正好正对着反向螺旋槽62的起始位置，这样即完成了对开启和关闭气门之间的切换。复位压杆和反向螺旋槽62作用下凸轮块6被推回到原位，这样便完成了对关闭和开启气门之间的转换。

凸轮轴3安装在设在发动机缸盖1上的轴承座2上，发动机缸盖1上的凸轮轴3轴承座2进行两侧加工，轴承座2不仅起到支撑凸轮轴3的作用，还起到对凸轮块6进行两侧轴向定位的作用。凸轮块6轴向移动后通过轴承座2轴向定位。

该发动机停缸控制方法，利用上述发动机停缸控制装置实现，具体为：电磁阀5受汽车控制器控制，在发动机部分负荷时，汽车控制器通过凸轮轴3位置传感器的信号判断凸轮轴3所处的状态，并给予电磁阀5信号；电磁阀5控制停缸控制压杆落下并压入对应的螺旋凹槽中，在凸轮块6转动过程中，凸轮块6沿凸轮轴3轴向移动，凸轮块6上无升程的凸轮和摇臂滚子接触控制气门关闭；电磁阀5断电，停缸控制压杆在凸起作用下被推回到初始位置；

在发动机大负荷时，汽车控制器通过凸轮轴3位置传感器的信号判断凸轮轴3所处的状态，并给予电磁阀5信号；电磁阀5控制复位压杆落下并压入对应的螺旋凹槽中，在凸轮块6转动过程中，凸轮块6沿凸轮轴3反向轴向移动返回到初始位置，凸轮块6上有升程的凸轮和摇臂滚子接触控制气门开启；电磁阀5断电，复位压杆在凸起作用下被推回到初始位置。

该发动机停缸控制装置及控制方法，凸轮块6通过花键与凸轮轴配合效果可靠，凸轮块6做作为独立单元可以随意组合，独立控制每个汽缸的气门运动。

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，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.发动机停缸控制装置，包括发动机缸盖、设在所述发动机缸盖上的凸轮轴和设在所述凸轮轴上的凸轮块，其特征在于：在所述发动机缸盖上设与汽车控制器连接的电磁阀；在所述电磁阀上设由电磁阀控制动作的停缸控制压杆及复位压杆，停缸控制压杆及复位压杆分别和设在所述凸轮块上方向相反的两螺旋凹槽相适配；

停缸控制压杆及复位压杆垂直于凸轮轴布置在发动机缸盖上的电磁阀中；停缸控制压杆及复位压杆和凸轮块间隙为2mm，下方正对凸轮块的螺旋凹槽；停缸控制压杆及复位压杆由电磁阀上的电磁执行元件拉出，落到与之对应的螺旋凹槽中；

在所述凸轮块一端设有不同升程的凸轮，所述凸轮块该端为在凸轮块移动时不同升程的凸轮和摇臂滚子接触控制气门开闭的控制端；所述凸轮块的另一端为控制凸轮块沿凸轮轴轴向移动的调节端；

在所述凸轮轴上设安装孔，在所述安装孔内设一端与该安装孔连接另一端连接定位钢球的回位弹簧；在所述凸轮块内壁设定位槽和所述定位钢球压接或卡接；在和所述停缸控制压杆及复位压杆适配的所述螺旋凹槽末端分别设有供所述停缸控制压杆及复位压杆复位的凸起；所述螺旋凹槽设在所述凸轮块的调节端的基圆上；在所述凸轮轴上设外花键与所述凸轮块上所设内花键相连接；所述安装孔设在所述凸轮轴的外花键上；所述定位槽设在所述凸轮块调节端的内花键上；所述定位槽为两个，在所述两定位槽之间设所述定位钢球移动导向的导向槽；所述凸轮轴安装在设在所述发动机缸盖上的轴承座上，所述凸轮块轴向移动后通过所述轴承座轴向定位。

2.发动机停缸控制方法，利用权利要求1所述发动机停缸控制装置实现，其特征在于：具体为：

电磁阀受汽车控制器控制，在发动机部分负荷时，汽车控制器通过凸轮轴位置传感器的信号判断凸轮轴所处的状态，给予电磁阀信号；电磁阀控制停缸控制压杆落下并压入对应的螺旋凹槽中，在凸轮块转动过程中，凸轮块沿凸轮轴轴向移动，凸轮块上的无升程的凸轮和摇臂滚子接触控制气门关闭；电磁阀断电，停缸控制压杆在凸起作用下被推回到初始位置；

在发动机大负荷时，汽车控制器通过凸轮轴位置传感器的信号判断凸轮轴所处的状态，并给予电磁阀信号；电磁阀控制复位压杆落下并压入对应的螺旋凹槽中，在凸轮块转动过程中，凸轮块沿凸轮轴反向轴向移动返回到初始位置，凸轮块上的有升程凸轮和摇臂滚子接触控制气门开启；电磁阀断电，复位压杆在凸起作用下被推回到初始位置。