CN104153836B - 机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，包括箱体和活塞连杆机构。活塞连杆机构包括驱动活塞、驱动弹簧、连杆和承载活塞。驱动活塞在箱体中的驱动活塞孔内具有非操作位置和操作位置，驱动活塞一端的驱动弹簧将驱动活塞从非操作位置移向操作位置，连杆从倾斜位置变为竖直位置，承载活塞从缩回位置变为伸出位置，发动机辅助气门驱动系统与气门形成固体链接，将载荷或运动机械式地传递到气门，产生发动机的辅助气门运动。本发明的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，消除了液压式的启动和承载所带来的变形、泄漏、操作不稳定和运行不可靠等缺点，增加了发动机主气门运动的功能，改善了发动机的制动、排放和启动。

Description

机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统

技术领域:

本发明涉及机械领域，尤其涉及车辆发动机的气门驱动技术，特别是一种机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统。

背景技术:

已有技术中，车辆发动机的主气门驱动技术为人共知，其应用已有一百多年的历史。但由于发动机排放、制动和冷启动等其它需求，越来越多的发动机需要在主气门运动的基础上，增加辅助气门运动，比如用于发动机制动的气门运动。发动机制动技术也广为人知，只需将发动机暂时转换为压缩机。转换过程中切断燃油，在发动机活塞压缩冲程接近结束时打开气门，允许被压缩气体（制动时为空气）被释放，发动机在压缩冲程中压缩气体所吸收的能量，不能在随后的膨胀冲程返回到发动机的汽缸活塞和曲轴，而是通过发动机的排气及散热系统散发掉。最终的结果是有效的发动机制动和车辆速度的减缓。

在一百多年的车载发动机应用历史中，主气门致动器采用的都是机械式（非液压式）的驱动和承载，将发动机的凸轮运动机械式地传递给气门，产生比较单一和固定的主气门运动。而目前世界上所应用的发动机辅助气门驱动装置大都是采用液压式的驱动和承载，产生辅助气门运动。液压式的驱动和承载具有变形、泄漏、操作不稳定和运行不可靠等缺点。此外，传统的发动机主气门驱动系统使得发动机的冷启动很困难，而液压式的驱动和承载也很难用于改善发动机的启动。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，所述的这种机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统要解决现有技术中，液压式的驱动和承载的发动机辅助气门驱动装置中液压变形、泄漏、操作不稳定和运行不可靠的技术问题，以及发动机冷启动困难的技术问题。

本发明的这种机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，包括箱体和活塞连杆机构，所述的箱体中含有驱动活塞孔和流体通道，所述的活塞连杆机构包括驱动活塞、驱动弹簧、连杆和承载活塞，所述的驱动活塞安置在箱体中的驱动活塞孔内，所述的驱动弹簧安置在驱动活塞的一端，驱动活塞的另一端靠近所述的流体通道，所述连杆的一端靠近驱动活塞，所述连杆的另一端与承载活塞的一端相连，承载活塞的另一端位于发动机的气门之上，其特征在于：所述驱动活塞在所述箱体中的驱动活塞孔内具有非操作位置和操作位置，驱动活塞一端的驱动弹簧将驱动活塞从非操作位置移向操作位置，驱动活塞另一端的流体通道内的流体产生的作用力将驱动活塞从操作位置移向非操作位置，在驱动活塞的操作位置，所述的连杆从倾斜位置变为竖直位置，所述的承载活塞从缩回位置变为伸出位置，所述的发动机辅助气门驱动系统与发动机的气门形成固体链接，将载荷或运动机械式地传递到发动机的气门，在驱动活塞的非操作位置，所述的连杆从竖直位置变为倾斜位置，所述的承载活塞从伸出位置变为缩回位置，所述的发动机辅助气门驱动系统与发动机的气门相分离，消除与发动机的气门之间的相互作用。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的双气门驱动机构为液压式驱动机构或机械式驱动机构。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的箱体有不同的种类，其中包括：

1)安置在发动机上并与发动机相对静止的箱体，或者，

2)与发动机有相对运动的调节活塞，或者，

3)发动机的摇臂，或者，

4)发动机的阀桥。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的活塞连杆机构还包括回位活塞，所述的回位活塞与驱动活塞基本上在同一轴线上，回位活塞的一端靠近驱动活塞，而回位活塞的另一端面向流体通道。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的活塞连杆机构的连杆包括上连杆和下连杆。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的活塞连杆机构的驱动活塞或回位活塞含有导向槽，所述的连杆位于导向槽内，连杆的上端将载荷传递给箱体，连杆的下端将载荷传递给承载活塞。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的活塞连杆机构将载荷或运动从箱体通过连杆和承载活塞，机械式地传递给发动机的气门。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统所产生的发动机气门运动为发动机制动的气门运动，所述发动机制动气门运动包括泄气型制动气门运动和压缩释放型制动气门运动。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统所产生的发动机气门运动为发动机废气再循环的气门运动。

进一步的，所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统所产生的发动机气门运动为发动机启动的气门运动。

本发明的工作原理是：当需要开启发动机的辅助气门驱动系统，产生辅助气门运动时，可以降低甚至完全消除辅助气门驱动系统中的流体压力（如机油压力），利用驱动弹簧机械式地将驱动活塞从非操作位置移到操作位置，辅助气门驱动系统与发动机的气门形成固体链接，将载荷或运动机械式地传递到发动机的气门，产生发动机的辅助气门运动。当需要关闭发动机的辅助气门驱动系统，消除辅助气门运动时，可以提高气门驱动机构中的流体压力，克服驱动弹簧的作用力，将驱动活塞从操作位置移回到非操作位置，辅助气门驱动系统与发动机的气门分离，失去与发动机的气门之间的相互作用，消除发动机的辅助气门运动。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明的发动机辅助气门驱动系统采用机械式启动和承载产生发动机的辅助气门运动，消除了液压式的启动和承载所带来的变形、泄漏、操作不稳定和运行不可靠等缺点。此外，本发明的机械式启动和承载所产生的辅助气门运动能够增加主气门运动的功能，改善发动机的制动、排放和冷启动。

附图说明：

图1是本发明的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的第一个实施例处于非操作状态的示意图。

图2是本发明的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的第一个实施例集成在摇臂内的示意图。

图3是本发明的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的第二个实施例处于非操作状态的示意图。

图4是本发明的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统的第二个实施例的一种应用示意图。

具体实施方式：

实施例1:

图1和图2用于描述实施例一。

图1描述的是本发明的第一个实施例处于非操作状态，机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统包括箱体210b和活塞连杆机构100。箱体210b内含有驱动活塞孔166、回位活塞孔260、承载活塞孔190、流体通道214以及卸流通道168和169。活塞连杆机构100包括上连杆184和下连杆186、驱动活塞164、回位活塞162和承载活塞160。驱动活塞164安置在驱动活塞孔166内，回位活塞162安置在回位活塞孔260内，承载活塞160安置在承载活塞孔190内。回位活塞162含有导向槽137。驱动活塞164与回位活塞162基本上在同一轴线上，但其外径可以不同。回位活塞162的一端（图1中的右端）靠近驱动活塞164，而回位活塞162的另一端（图1中的左端）面向流体通道214。上连杆184和下连杆186均位于回位活塞162的导向槽137内。上连杆184的上端122通过阀隙调节螺钉110b将载荷传递给箱体210b，上连杆184的下端125与下连杆186的上端在导向槽137内形成一个球形转动副，下连杆186的下端128与承载活塞上面126相连，将载荷传递给承载活塞160。阀隙调节螺钉110b由螺母105b固紧在箱体210b上。驱动弹簧156安置在驱动活塞164的一端（图中的右端），驱动活塞164的另一端（图中的左端）靠近流体通道214一侧的回位活塞162。

驱动活塞164在箱体210b所含的驱动活塞孔166内具有非操作位置和操作位置。图1中流体通道214中流体在回位活塞162左端面上的作用力克服驱动弹簧156在驱动活塞164右端面上的作用力，使得驱动活塞164向右停靠在弹簧座端面158上，处于非操作位置，连杆184和186处于倾斜位置，其中上连杆184的下端125紧靠驱动活塞164，承载活塞160在活塞孔190内由预紧弹簧177（由螺母179固紧在箱体210b上）偏置向上，处于缩回的非操作状态。

当需要开启发动机的辅助气门驱动系统，产生辅助气门运动时，可以通过一种流体控制系统（这里未显示），降低甚至完全消除流体通道214内的流体压力（油压），驱动弹簧156将驱动活塞164向流体通道214方向（图1中的左边）推动，直到回位活塞162停靠在活塞孔260的左端面246上。此时，驱动活塞164处于操作位置。连杆184和186从倾斜位置变成竖直位置，下连杆186下面的承载活塞160在活塞孔190内向下伸出，从缩回位置变为伸出位置，向下面的发动机气门（见图2）传递载荷和运动。

图2是本发明的第一个实施例的一种应用示意图。其中活塞连杆机构100的箱体为一辅助摇臂210b，是辅助气门致动器200b的一部分。辅助气门致动器200b还包括辅助凸轮230b、凸轮从动轮235b和辅助弹簧198b。辅助凸轮230b只含有位于内基圆225b上的小凸台232和233，用来产生发动机的辅助气门运动。

图2中所示的发动机的主气门致动器200包括凸轮230、凸轮滚轮235、摇臂210和阀桥400。发动机的两个气门300(300a和300b)位于阀桥400两侧的下面，由发动机的气门弹簧310(310a和310b)偏置在发动机缸体500的阀座320上，阻止气体在发动机汽缸和排气管600之间流动。摇臂210摇动式地安装在摇臂轴205上。摇臂210的一端通过滚轮235与凸轮230相连，凸轮230在内基圆225上有一常规凸台220，用于发动机的常规气门运动（或主气门运动）。主气门致动器200还有阀隙调节系统，包括调节螺钉110和锁紧螺母105。

图2所示的辅助气门驱动系统处于非操作状态。流体控制系统（这里未显示），比如一个常开型二位三通电磁阀（常开型是指线圈没通电时流路是开通的，向工作机构供流），将流体（如机油）从摇臂轴205内的轴向孔211和径向孔212、摇臂210b内的切口213及流体通道214，供给回位活塞162。油压克服驱动弹簧156的作用力，将驱动活塞164向右推到非操作位置，连杆184和186成倾斜位置，连杆186下面的承载活塞160在其下面的预紧弹簧177的作用下向上缩回，与压杆116之间形成间隙132。辅助凸轮230b上面的辅助凸台232和233的运动因为间隙132而不会传递给承载活塞160下面的发动机气门300a。只有主凸轮230的主凸台220的运动可以通过摇臂210和阀桥400，传递给发动机的两个气门300，产生发动机的主气门运动（常规气门运动）。

当需要开启辅助气门驱动系统，产生发动机的辅助气门运动时，上面所述的常开型二位三通电磁阀的线圈通电，关闭流路并卸压，流体通道214内的油压降低甚至完全消除，驱动弹簧156将驱动活塞164向左边推向操作位置，连杆184和186从倾斜位置变成竖直位置，连杆186下面的承载活塞160在活塞孔190内向下伸出，从缩回位置变为伸出位置，消除与压杆116之间的间隙132。此时，辅助气门驱动系统的活塞连杆机构100与气门300a形成固体链接，辅助凸轮230b上面的辅助凸台232和233的运动机械式地传递到发动机的气门300a，产生发动机的辅助气门运动。

实施例2:

图3和图4用于描述实施例二。

图3是本发明的第二个实施例处于非操作状态的示意图。与图1中的第一个实施例相比，本实施例没有回位活塞，而且只有一根连杆184。整个活塞连杆机构100安置在一个相对可动的箱体，也就是调节活塞291内，而调节活塞291又安置在另一个箱体210b中的调节活塞孔260内，其位置由上面的阀隙调节系统（螺钉110b和螺母105b）调节。驱动活塞164安置在调节活塞291中的驱动活塞孔166内，驱动弹簧156安置在驱动活塞164的一端（图3中的左端），驱动活塞164的另一端（图3中的右端）靠近流体通道214，驱动活塞164含有导向槽137。连杆184位于导向槽137内，其上端紧靠导向槽137的底面，通过驱动活塞164、调节活塞291和调节螺钉110b，将载荷向上传递给箱体210b。连杆184的下端与承载活塞160的上面连接，将载荷向下传递给承载活塞160。承载活塞160位于调节活塞291中的承载活塞孔190内，其下端由一个预紧弹簧177将承载活塞160偏置向上。预紧弹簧177由螺钉179固紧在箱体210b上。如果需要，还可以增加一根弹簧，将调节活塞291偏置向上，压靠在调节螺钉110b上。

驱动活塞164在箱体210内的驱动活塞孔166内具有非操作位置（图3）和操作位置（未显示），驱动弹簧156将驱动活塞164从非操作位置移到操作位置，而流体通道214内的流体在驱动活塞164上产生的作用力足够大的时候，可以克服驱动弹簧156的作用力，将驱动活塞164从操作位置移回到非操作位置。

图4是第二个实施例的一种应用的示意图。

图中处于非操作状态的辅助气门驱动系统位于发动机气门300a的上方，活塞连杆机构100的承载活塞160与安置在阀桥400内的压块116之间有一间隙132，辅助气门驱动系统与发动机的气门相分离，消除承载活塞160与发动机的气门300a之间的相互作用。

当需要开启辅助气门驱动系统，产生发动机的辅助气门运动时，可以通过上面所述的常开型二位三通电磁阀的线圈通电，关闭流路并卸压，将箱体210b中的流体通道214内的油压降低甚至完全消除，驱动弹簧156将驱动活塞164推向操作位置，连杆184从倾斜位置变成竖直位置，连杆184下面的承载活塞160向下伸出，从缩回位置变为伸出位置，消除与压杆116之间的间隙132。此时，辅助气门驱动系统与气门300a形成固体链接，将载荷或运动机械式地传递到发动机的气门300a，产生发动机的辅助气门运动，其中包括用于泄气型发动机制动、压缩释放型发动机制动、发动机的废气再循环和发动机的冷启动的气门运动。

举例来说，当辅助气门驱动系统的箱体210b固定在发动机上（相对发动机静止）时，可以将承载活塞160的冲程设置得大于间隙132。这样，处于操作状态的辅助气门驱动系统将使得发动机的气门300a保持常量恒开，产生用于泄气型的发动机制动或发动机的冷启动的辅助气门运动。此外，当辅助气门驱动系统的箱体210b为一辅助摇臂时（参见实施例1），辅助凸轮的运动可以通过辅助摇臂和辅助摇臂内辅助气门驱动系统的活塞连杆机构100，机械式地传递到发动机的气门300a，产生用于压缩释放型的发动机制动、发动机的废气再循环或发动机的冷启动的辅助气门运动。

上述说明包含了很多具体的实施方式，这不应该被视为对本发明范围的限制，而是作为代表本发明的一些具体例证，许多其他演变都有可能从中产生。举例来说，这里显示的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，不但可用于顶置式凸轮发动机，也可用于推杆/推管式发动机；不但可以用来驱动排气门，也可用来驱动进气门；不但可以用于一个气门，也可以用于两个以上的气门。

还有，这里显示的降低甚至消除和提高辅助气门驱动系统中流体压力的方式可以不同。其中的流体可以是液体，如发动机自身的润滑机油，也可以是气体；这里提到的流体控制系统，除了常开型电磁阀，也可以是其它控制机构。

此外，这里显示的箱体可以有不同的种类，其中包括：安置在发动机上并与发动机相对静止的箱体、与发动机有相对运动的调节活塞、装在发动机上的摇臂和发动机的阀桥等。

还有，这里显示的活塞连杆机构也有不同形式，比如连杆的数量和形状、驱动活塞、回位活塞和承载活塞的种类和形式，比如其中的承载活塞可以不是活塞，而是其它形状的零部件，甚至发动机自身现有的零部件，如阀桥等；承载活塞也可以直接作用在阀桥上，不需要下面的压块。

因此，本发明的范围不应由上述的具体例证来决定，而是由所附属的权利要求及其法律相当的权利来决定。

Claims (10)

1.一种机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，包括箱体和活塞连杆机构，所述的箱体中含有驱动活塞孔和流体通道，所述的活塞连杆机构包括驱动活塞、驱动弹簧、连杆和承载活塞，所述的驱动活塞安置在箱体中的驱动活塞孔内，所述的驱动弹簧安置在驱动活塞的一端，驱动活塞的另一端靠近所述的流体通道，所述连杆的一端靠近驱动活塞，所述连杆的另一端与承载活塞的一端相连，承载活塞的另一端位于发动机的气门之上，其特征在于：所述驱动活塞在所述箱体中的驱动活塞孔内具有非操作位置和操作位置，驱动活塞一端的驱动弹簧将驱动活塞从非操作位置移向操作位置，驱动活塞另一端的流体通道内的流体产生的作用力将驱动活塞从操作位置移向非操作位置，在驱动活塞的操作位置，所述的连杆从倾斜位置变为竖直位置，所述的承载活塞从缩回位置变为伸出位置，所述的发动机辅助气门驱动系统与发动机的气门形成固体链接，将载荷或运动机械式地传递到发动机的气门，在驱动活塞的非操作位置，所述的连杆从竖直位置变为倾斜位置，所述的承载活塞从伸出位置变为缩回位置，所述的发动机辅助气门驱动系统与发动机的气门相分离，消除与发动机气门之间的相互作用。

2.如权利要求1所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述的箱体包括：

1)安置在发动机上并与发动机相对静止的箱体，或者，

2)与发动机有相对运动的调节活塞，或者，

3)发动机的摇臂，或者，

4)发动机的阀桥。

3.如权利要求1所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述的活塞连杆机构还包括回位活塞，所述的回位活塞与驱动活塞在同一轴线上，回位活塞的一端靠近驱动活塞，而回位活塞的另一端面向流体通道。

4.如权利要求1所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述活塞连杆机构的连杆包括上连杆和下连杆。

5.如权利要求1所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述活塞连杆机构的驱动活塞含有导向槽，所述的连杆位于导向槽内，连杆的上端将载荷传递给箱体，连杆的下端将载荷传递给承载活塞。

6.如权利要求3所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述活塞连杆机构的回位活塞含有导向槽，所述的连杆位于导向槽内，连杆的上端将载荷传递给箱体，连杆的下端将载荷传递给承载活塞。

7.如权利要求4所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述的活塞连杆机构将载荷或运动从箱体通过连杆和承载活塞，机械式地传递给发动机的气门。

8.如权利要求1所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述发动机辅助气门驱动系统所产生的发动机气门运动为发动机制动的气门运动，所述发动机制动的气门运动包括泄气型制动气门运动和压缩释放型制动气门运动。

9.如权利要求1所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述发动机辅助气门驱动系统所产生的发动机气门运动为发动机废气再循环的气门运动。

10.如权利要求1所述的机械式启动和承载的发动机辅助气门驱动系统，其特征在于：所述发动机辅助气门驱动系统所产生的发动机气门运动为发动机启动的气门运动。