CN105715323B - 一种发动机气门运动转换机构 - Google Patents

Abstract

一种发动机气门运动转换机构，包括凸轮轴、滚轮、滚轮轴和滚轮轴箱体，凸轮轴上设置有不同的凸轮，滚轮轴设置在滚轮轴箱体的滚轮槽内，滚轮槽的宽度大于滚轮的轴向长度，滚轮转动式地设置在滚轮轴上，滚轮还能够通过滚轮轴向驱动机构沿滚轮轴在不同的轴向位置滑动，切换滚轮与不同凸轮之间的连接，产生不同的发动机气门运动。滚轮轴向驱动机构包括集成在滚轮轴内的活塞驱动机构，滚轮轴内的驱动活塞通过驱动销与滚轮轴上的滚轮连接。采用换向阀机构、蓄油机构和缓落座机构减小气门运动转换的时间和冲击。本发明可用于发动机制动（包括两冲程制动）、发动机废气再循环、发动机的闭缸、发动机的冷启动和各种不同的气门升程与相位。

Description

一种发动机气门运动转换机构

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及发动机气门驱动领域，特别是一种发动机气门运动转换机构。

背景技术

已有技术中，发动机的常规点火气门驱动技术为人共知，其应用已有一百多年的历史。但由于对发动机排放和发动机制动的额外要求，越来越多的发动机除了常规点火气门运动之外，还需要其它气门运动，如减小排放的废气再循环气门运动，增加燃油效益的可变气门运动（包括升程为零的闭缸气门运动）和车辆缓速的发动机制动气门运动。

为了得到可变气门运动，比如说两种不同的气门运动，人们往往需要在常规点火的气门驱动机构之外增加辅助气门驱动机构，如摇臂等，结构与控制都很复杂，而且采用的大都是液压式承载打开发动机的气门。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机气门运动转换机构，所述的这种发动机气门运动转换机构要解决现有技术中可变气门运动结构及其控制过程复杂、液压驱动方式可靠性与耐久性差、以及应用场合有限的技术问题。

本发明的发动机气门运动转换机构，包括凸轮轴、滚轮、滚轮轴、滚轮轴箱体和滚轮轴向驱动机构，其特征在于：所述的凸轮轴上设置有两个以上数目的凸轮，任意一个所述的凸轮均各自具有一条轮廓曲线，任意两个凸轮的轮廓曲线之间均存在差异，所述的滚轮轴箱体上设置有滚轮槽，所述的滚轮轴的两端安置在滚轮轴箱体上，滚轮轴的中间横跨所述的滚轮槽，滚轮轴在滚轮槽内的长度大于滚轮的轴向长度，所述的滚轮转动式地设置在滚轮轴上，滚轮与滚轮轴之间又设置为轴向的滑动副，滚轮在滚轮轴上具有两个以上数目的轴向位置，所述的滚轮轴向驱动机构包括设置在滚轮轴内的活塞驱动机构，所述滚轮轴内的活塞驱动机构将滚轮在滚轮轴上从一个轴向位置移动到另一个轴向位置。

进一步的，所述的活塞驱动机构包括安置在滚轮轴内的驱动活塞和驱动弹簧，所述的驱动活塞一端受流体的作用，驱动活塞的另一端受所述驱动弹簧的作用，滚轮轴内的驱动活塞通过连接件驱动滚轮轴上的滚轮。

进一步的，所述的连接件包括至少一个驱动销，所述驱动销的一端安置在滚轮轴内孔的驱动活塞上，驱动销的另一端与滚轮轴上的滚轮相连，驱动销的中部穿过滚轮轴上的腰槽。

进一步的，所述的凸轮轴与滚轮轴平行，滚轮在滚轮轴上的每一个轴向位置只与一个凸轮相连，利用所述凸轮的对应轮廓曲线产生相应的发动机气门运动。

进一步的，所述的发动机气门运动转换机构还包括缓落座机构，缓落座机构设置在滚轮轴箱体的一端与发动机气门之间，缓落座机构包括定位机构和限流机构。

进一步的，所述的定位机构包括一个连接件和一个定位调节机构，所述的连接件的一端固定在发动机上，连接件的另一端设置有所述的定位调节机构，定位调节机构和滚轮轴箱体之间设置有定位间隙。

进一步的，所述的限流机构包括限流活塞和限流阀，所述的限流阀位于限流活塞和阀隙调节机构之间，阀隙调节机构与滚轮轴箱体相连，限流活塞与发动机气门相连，阀隙调节机构设置发动机的气门间隙。

进一步的，所述定位间隙的设置在气门间隙设置之后，而且定位间隙小于气门间隙。

进一步的，所述的滚轮轴箱体由发动机的摇臂构成。

进一步的，所述的滚轮轴箱体是发动机的凸轮从动件。

进一步的，所述的凸轮包括用于发动机点火的凸轮、用于发动机制动的凸轮、用于发动机闭缸的凸轮和用于发动机启闭的凸轮。

进一步的，所述的发动机气门运动转换机构还包括换向阀机构，所述的换向阀机构控制滚轮轴向驱动机构的供油和卸油。

进一步的，所述的发动机气门运动转换机构还包括蓄油机构，所述的蓄油机构减小油压波动，使得滚轮轴向驱动机构的供油持续稳定。

本发明的工作原理是：当需要将发动机的常规点火运作转换为发动机的其它运作时，开通发动机的气门运动控制机构（如制动电磁阀），滚轮轴向驱动机构将滚轮在滚轮轴上的不同轴向位置之间移动，切换滚轮与不同凸轮之间的连接，产生不同的发动机气门运动。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明通过移动滚轮在滚轮轴上的轴向位置，实现不同发动机气门运动的转换。将滚轮轴向驱动机构置于滚轮轴内，具有结构简单紧凑、受力对称可靠、制造组装容易和应用便捷广泛等优点。由于不同的凸轮相互独立，各自的性能可以得到优化。本发明通过机械连接方式传递载荷，消除了传统的发动机制动器采用液压式承载产生的高油压、高变形和高泄漏以及液压千斤顶等缺陷或失效模式。

附图说明

图1是本发明的发动机气门运动转换机构的实施例1中发动机气门驱动装置的示意图（侧视图）。

图2是本发明的发动机气门运动转换机构的实施例1中滚轮轴向驱动机构使滚轮处于第一轴向位置时的示意图（俯视局部剖面图）。

图3是本发明的发动机气门运动转换机构的实施例1中滚轮轴向驱动机构使滚轮处于第二轴向位置时的示意图（俯视局部剖面图）。

图4是本发明的发动机气门运动转换机构的实施例2中滚轮轴向驱动机构处于制动供油状态时的示意图（俯视局部剖面图）。

图5是本发明的发动机气门运动转换机构的实施例2中滚轮轴向驱动机构处于制动卸油状态时的示意图（俯视局部剖面图）。

图6是本发明的发动机气门运动转换机构在发动机点火状态时所产生的发动机气门运动的示意图。

图7是本发明的发动机气门运动转换机构在发动机制动状态时所产生的发动机气门运动的示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1、图2和图3用来描述本发明的发动机气门运动转换机构的实施例1。图1是本发明的发动机气门运动转换机构的实施例1中发动机气门驱动装置的示意图（侧视图）。气门致动器200（这里的说明同时适用于进气门致动器和排气门致动器）包括凸轮（如常规点火凸轮230和发动机制动凸轮2302），滚轮235和滚轮轴231。滚轮235除了可以在滚轮轴231上转动之外，还可以沿滚轮轴231作轴向移动（图2和图3），本实施例有两个不同的凸轮230和2302（举例来说，常规点火凸轮230和发动机制动凸轮2302），这些凸轮有不同的轮廓曲线（升程和相位），但它们位于同一根凸轮轴上、相互毗邻且有相同或大致相同的内基圆225。气门致动器200还包括转动式安置在摇臂轴205上的摇臂（又叫滚轮轴箱体）210。通常，摇臂210通过阀隙调节机构作用在发动机气门301上（这里显示的是单气门，但本发明同样适用于双气门的发动机，不过双气门时需要增加气门桥）。气门301由气门弹簧311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气道600之间流动。阀隙调节机构包括阀隙调节螺钉110和锁紧螺母105。

摇臂210靠近气门301的一侧还可以增加缓落座机构500，由定位机构和限流机构组成（图1）。其中定位机构包括一个连接件120。连接件120的一端固定在发动机上，另一端设置有一个定位调节机构。定位调节机构通过调节螺钉1101与摇臂（滚轮轴箱体）210相连，并与摇臂210之间设置有定位间隙。限流机构包括一个限流活塞260和限流阀271，限流阀271位于限流活塞260和阀隙调节机构之间，由限流弹簧256偏置在限流活塞260的底面上。阀隙调节机构安置在摇臂（滚轮轴箱体）210上（也可以安置在摇臂的其他位置，如靠近滚轮一侧的下面）。限流活塞260的冲程由销钉241和环槽237决定。限流活塞260通过下面的象足垫114与发动机气门301相连。阀隙调节机构包括阀隙调节螺钉110和固紧螺母105，用以调节气门间隙。先使用摇臂210上的阀隙调节机构设置气门间隙，再使用发动机上的定位调节机构设置定位间隙，而且定位间隙必须小于阀隙间隙。这样，定位机构将摇臂（滚轮轴箱体）210上的滚轮235与凸轮的基圆225之间稍稍分离（有很小的间隙），减小滚轮235在滚轮轴231上运动时的摩擦阻力和两者之间的冲击。

图2和图3分别是本发明的发动机气门运动转换机构的实施例1中滚轮轴向驱动机构100使滚轮235位于不同轴向位置时的示意图（俯视局部剖面图）。摇臂（这里显示的摇臂也可以是推杆式发动机的凸轮从动件，本发明将它们通称为滚轮轴箱体）210靠近凸轮的一端设置有一个滚轮槽234。滚轮轴231的两端安置在摇臂210上，其中间横跨滚轮槽234。滚轮235转动式地设置在滚轮轴231上，滚轮轴231在滚轮槽234内的长度大于滚轮235的轴向长度，滚轮235与滚轮轴231之间还设置为轴向的滑动副，滚轮轴向驱动机构100将滚轮235在滚轮轴231上从一个轴向位置移动到另一个轴向位置。本发明的滚轮轴向驱动机构100由滚轮轴231内的活塞驱动机构构成，包括安置在滚轮轴中驱动活塞孔190内的驱动活塞160和驱动弹簧156。驱动活塞160的一侧受流体（如发动机机油）的作用，驱动活塞160的另一侧受驱动弹簧156的作用。驱动活塞160通过连接件驱动滚轮轴231上的滚轮235。这里的连接件包括至少一个驱动销137，驱动销137的一端安置在滚轮轴内的驱动活塞160上，驱动销137的另一端与滚轮轴上的滚轮235相连，驱动销137的中部穿过滚轮轴上的腰槽141。驱动销137与驱动活塞160的连接方式多种多样，可以是静配合（如过盈配合），也可以是动配合。驱动销137与滚轮235的连接方式为动配合（如销槽配合），保证滚轮235可以在滚轮轴231上滚动。

当需要将发动机点火气门运动转换为发动机制动气门运动时，发动机制动电磁阀（未显示）开通供油（制动供油），发动机机油（又叫润滑油）从制动油道，如摇臂轴205内的轴向孔211、摇臂210内的油孔214和滚轮轴231内的油孔215，流入驱动活塞孔190。驱动活塞160的一侧（图2中右侧）受到油压作用，克服驱动活塞160另一侧驱动弹簧156的作用力，在驱动活塞孔190内向左运动，将滚轮235推到如图2所示的轴向位置。滚轮235与左边的发动机制动凸轮2302连接，将制动凸轮2302产生的机械运动传递给发动机气门，产生如图6所示的发动机制动气门运动（两冲程制动的排气门升程232和233与进气门升程322和323）。与此同时，点火凸轮230与滚轮235脱离连接，发动机点火的气门运动完全丢失。

当不需要发动机制动时，发动机制动电磁阀（未显示）关闭卸油（制动卸油），驱动活塞160失去油压的作用，在驱动弹簧156的作用下向右运动，将滚轮235移到图3的轴向位置。滚轮235与右边的发动机点火凸轮230连接，将点火凸轮230产生的机械运动传递给发动机气门，产生图5的发动机点火气门运动（排气门升程220和进气门升程321）。与此同时，制动凸轮2302与滚轮235脱离连接，发动机制动的气门运动完全丢失。

当滚轮235在滚轮轴231上从一个轴向位置移动到另一个轴向位置不到位时，滚轮235和凸轮230或2302之间就有可能产生滑脱（从一个凸轮的高位到另一个凸轮的低位）和冲击。缓落座机构500可以用来消除或减小这种冲击。一旦上述滑脱产生，气门驱动链中将形成一间隙（或分离）。发动机机油（润滑油）通过润滑油道，如图1中摇臂轴205内的轴向油道151、摇臂210内的油孔153和调节螺钉110内的油孔261，进入限流活塞孔254，油压和限流弹簧256使得限流活塞260和限流阀271在限流活塞孔254内向下运动，增大阀隙调节螺钉110与限流阀271之间的距离。与此同时，气门301在气门弹簧311的作用下往上加速移向气门座320。在气门301冲击气门座320之前，限流活塞孔254内阀隙调节螺钉110与限流阀271之间的液体需要从油孔261中往回排往发动机的主油道。由于限流阀271的限流机制，阀隙调节螺钉110与限流阀271之间的距离变小时，其过流面积相应减小，泄流速度减慢，这样就减小了气门301的落座速度。此外，在滚轮235冲击凸轮230或2302之前，摇臂210首先接触定位机构（定位调节螺钉1101），消除了滚轮与凸轮之间的冲击。

注意到上述的描述同时适用于排气门和进气门以及开单气门和开双气门的气门驱动。

实施例2：

图4和图5用来描述本发明的发动机气门运动转换机构的实施例2。本实施例与上述实施例1的主要区别是滚轮轴向驱动机构100的供油方式。本实施例在摇臂（滚轮轴箱体）210内增加了换向阀机构600和蓄油机构900。换向阀机构600包括换向活塞660和换向弹簧656。换向活塞660的一侧受流体（如油压）的作用，另一侧受换向弹簧656的作用，在换向活塞孔690内运动。蓄油机构900包括蓄油活塞960和蓄油弹簧956。蓄油活塞960的一侧受流体（如油压）的作用，另一侧受蓄油弹簧956的作用，可以在蓄油活塞孔990内的无蓄油位置（图4）和满蓄油位置（图5）之间运动。蓄油机构900减小油压波动，使得滚轮轴向驱动机构100的供油持续稳定。

当需要发动机制动时，发动机制动电磁阀（未显示）开通供油（制动供油），制动用机油从制动油道，如摇臂轴205内的轴向孔211和摇臂210内的油孔213流入换向活塞孔690。换向活塞660的一侧（图4中右侧）受到油压作用，克服换向活塞660另一侧换向弹簧656的作用力，将换向活塞660在换向活塞孔690内向左运动，抵达如图4所示的位置。换向活塞660将卸油孔167堵住，同时其上面的环槽115与润滑油孔113（与图1中摇臂轴205内的轴向油孔151连通）对齐连通。润滑油通过进油孔112、油道111和滚轮轴231内的油孔215，流入驱动活塞孔190，驱动活塞160在驱动活塞孔190内向左运动，将滚轮235推到如图4所示的轴向位置。所以，本实施例在发动机制动时，滚轮轴向驱动机构100的供油不是来自制动电磁阀，而是通过换向阀机构600，来自润滑油道113和151的润滑油。其优点是反应快（润滑油不来自制动电磁阀）和流量大（润滑油不受电磁阀限制）。

当不需要发动机制动时，发动机制动电磁阀（未显示）关闭卸油（制动卸油），换向活塞660失去油压的作用，在换向弹簧656的作用下向右运动，抵达如图5所示的位置。换向活塞660将卸油孔167打开，并将润滑油孔113和进油孔112堵住。滚轮轴231内的驱动活塞孔190卸油，驱动活塞160将在驱动弹簧156的作用下向右运动，将滚轮235推向发动机点火的轴向位置。所以，本实施例滚轮轴向驱动机构100由卸油孔167直接向外界卸油，而不是通过很长的制动油道和流量受限制的电磁阀卸油，大大加快了卸油速度。

上述说明包含了不同的具体实施方式，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，这里显示的发动机气门运动转换机构，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；不但可以用于发动机制动的气门运动，也可用于废气再循环、冷启动、闭缸和其它发动机可变气门运动。

此外，这里显示的许多机构，如滚轮轴向驱动机构、换向阀机构和蓄油机构，其形状、大小、位置和安装方式等，都可以不同。

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力来决定。

Claims (10)

1.一种发动机气门运动转换机构，包括凸轮轴、滚轮、滚轮轴、滚轮轴箱体和滚轮轴向驱动机构，其特征在于：所述的凸轮轴上设置有两个以上数目的凸轮，任意一个所述的凸轮均各自具有一条轮廓曲线，任意两个凸轮的轮廓曲线之间均存在差异，所述的滚轮轴箱体上设置有滚轮槽，所述的滚轮轴的两端安置在滚轮轴箱体上，滚轮轴的中间横跨所述的滚轮槽，滚轮轴在滚轮槽内的长度大于滚轮的轴向长度，所述的滚轮转动式地设置在滚轮轴上，滚轮与滚轮轴之间又设置为轴向的滑动副，滚轮在滚轮轴上具有两个以上数目的轴向位置，所述的滚轮轴向驱动机构包括设置在滚轮轴内的活塞驱动机构，滚轮轴内的活塞驱动机构将滚轮在滚轮轴上从一个轴向位置移动到另一个轴向位置；还包括缓落座机构，所述的缓落座机构设置在滚轮轴箱体的一端与发动机气门之间，缓落座机构包括定位机构和限流机构，所述的定位机构包括一个第二连接件和一个定位调节机构，所述的第二连接件的一端固定在发动机上，所述的定位调节机构设置在第二连接件的另一端，定位调节机构和滚轮轴箱体之间设置有定位间隙，所述的限流机构包括限流活塞和限流阀，所述的限流阀位于限流活塞和阀隙调节机构之间，阀隙调节机构与滚轮轴箱体相连，限流活塞与发动机气门相连，阀隙调节机构设置发动机的气门间隙。

2.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：所述的活塞驱动机构包括安置在滚轮轴内的驱动活塞和驱动弹簧，所述的驱动活塞一端受流体的作用，驱动活塞的另一端受所述驱动弹簧的作用，驱动活塞通过第一连接件驱动滚轮轴上的滚轮。

3.如权利要求2所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：所述的第一连接件包括至少一个驱动销，所述驱动销的一端安置在滚轮轴内的驱动活塞上，驱动销的另一端与滚轮轴上的滚轮相连，驱动销的中部穿过滚轮轴上的腰槽。

4.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：所述的凸轮轴与滚轮轴平行，滚轮在滚轮轴上的每一个轴向位置只与一个凸轮相连，利用所述凸轮的对应轮廓曲线产生相应的发动机气门运动。

5.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：所述定位间隙设置在气门间隙设置之后，而且定位间隙小于气门间隙。

6.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：所述的滚轮轴箱体由发动机的摇臂构成。

7.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：所述的滚轮轴箱体是发动机的凸轮从动件。

8.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：所述的凸轮包括用于发动机点火的凸轮、用于发动机制动的凸轮、用于发动机闭缸的凸轮和用于发动机启闭的凸轮。

9.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：还包括换向阀机构，所述的换向阀机构控制滚轮轴向驱动机构的供油和卸油。

10.如权利要求1所述的发动机气门运动转换机构，其特征在于：还包括蓄油机构，所述的蓄油机构减小油压波动，使得滚轮轴向驱动机构的供油持续稳定。