CN106762010B - 一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，属于发动机气门驱动领域。它主要包括凸轮轴和凸轮轴轴套、轴向移动机构、气门调节杠杆、气门控制机构等。凸轮轴轴套上至少设置有第一凸轮和第二凸轮，通过使用轴向移动机构，实现发动机二冲程驱动模式、四冲程驱动模式、二冲程制动模式、四冲程制动模式等多种模式之间的转换，进一步通过与气门控制机构配合使用，最终实现了发动机在不同工况下的最佳换气，达到综合提高发动机动力性、燃油经济性、排放性和制动安全性的目的。本发明是面向实际应用提出的，可靠性高、结构紧凑，降低了系统对各机构的要求，各机构均采用较为成熟技术，系统短期内实用化潜力高，具有良好的应用前景。

Description

一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统

技术领域

本发明涉及一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，属于发动机气门驱动领域。

背景技术

随着能源和环境问题的日益严重，以及人们对车辆的驾驶性和安全性的专注，未来发动机需要在满足排放指标的前提下，综合考虑动力性、经济性、排放性和安全性。这就需要在驱动和制动全工况范围内，优化发动机性能。而目前备受关注的可变气门、可变冲程数、停缸、辅助制动、新型燃烧方式、可变压缩比、可变EGR等技术大多只在发动机小范围运行工况区域内对其性能进行改善。如现有可变气门技术只应用于在固定冲程数发动机的驱动工况下，并且大多用于汽油机的进气门来降低泵气损失。可变冲程数技术在国内外尚处于研究阶段，并且只用于驱动工况下。现有具有停缸技术的车型只能提供停缸功能，因此，对油耗改善程度偏低，大多只能获得7％左右的油耗降低。另一方面，随着发动机保有量的急剧增加，车辆安全性越来越受到人们的重视，越来越多的国家将辅助制动系统列为车辆必备的附件之一。然而目前辅助制动系统大多存在制动部件长时间工作容易过热、制动效率快速降低、制动效率可控程度低、制动时车辆容易跑偏、制动系统占用有限的车辆空间等问题。在目前发动机辅助制动技术中，减压辅助制动技术的制动效果最好，它是在进/排气门运行情况不变的基础上，在压缩上止点附近以较小开度开启排气门或者减压阀来实现减压制动效果，发动机每720°曲轴转角实现一次制动循环，属于四冲程制动，其制动效果无法满足车辆大负载制动时的要求。

针对上述发动机研究领域的问题，大连理工大学内燃机研究所燃烧课题组基于在驱动-制动全工况范围内分区优化发动机性能的思想，提出一种多模式发动机，并且给出各种模式的应用工况以及对气门启闭时刻的要求：在低速大负荷的驱动工况下，采用二冲程驱动模式，以达到提高动力输出的目的；在其他发动机驱动工况下，采用四冲程驱动模式，以达到降低燃油消耗和排放物生成的目的；在大负载制动工况下，采用二冲程制动模式，以达到提高制动功率输出的目的；在小负载制动工况下，采用四冲程制动模式，根据制动负载的要求，改变制动模式的冲程数来调节制动输出，以达到提高车辆安全性的目的。

目前，实用化了的可变气门驱动系统大多保留了配气凸轮，大多采用机械式结构，主要分为：1)凸轮轴调相式，如TOYOTA的VVT系统、BMW的Vanos系统等；2)分阶段可变气门升程式，如Honda的VTEC系统等；3)连续可变气门升程式，如BMW的Valvetronic系统、Hyundai的CVVL系统等，这类系统通过控制中间传动机构来实现发动机各缸气门的启闭正时和最大行程三者的同步调节。

较有凸轮可变气门驱动系统而言，无凸轮系统可实现更加灵活的气门事件，同时结构复杂、成本昂贵，并且需要在可靠性、耐用性和气门热膨胀补偿控制等方面进行更加深入的研究。这类系统主要包括电磁式和电液式两类。电磁式系统在运动精确控制、气门升程可调程度等方面有待进一步改善。较电磁式系统而言，电液式系统具有相对更高的气门可调灵活度、更高的功率密度、布置灵活等特点，是目前最具潜力的可变气门驱动系统。该系统主要包括共轨供油式和凸轮供油式两大类。

共轨供油式系统取消了配气凸轮，通过控制电磁阀的启闭状态和蓄能器内驱动油的压力，调节气门的启闭正时和最大行程。Ford公司、Lucas公司等对此进行过研究，未来仍需在系统成本、响应速度、占用空间等方面进行深入的研究。随着发动机缸数、单缸气门数以及转速的增加，该系统还存在：a)共轨管体积庞大、空间布置困难的问题；b)系统中所使用的高速大流量电磁阀的数量过多，以及由目前电磁阀材料与加工工艺决定的电磁阀成本较高，因此，该系统的整体成本较高。这些问题造成了传统共轨供油式系统车用化较为困难，这类系统广泛应用于低速船用二冲程发动机的排气门上。

通过综合机械式和共轨供油式系统的优势，凸轮供油式系统受到了研究人员和生产厂商的广泛关注，如FIAT的Multiair系统、ABB的VCM系统等。这类系统采用凸轮-柱塞式供油器来取代蓄能器，占用空间小，可实现气门的启闭正时的独立调节，启闭正时决定行程。这类系统仍需要在以下两个方面加以改进：a)系统所需供油器和电磁阀的数量较多，系统整体成本偏高；b)气门运行可调范围受到供油和控制装置的限制，无法实现气门启闭正时和行程三者之间的独立调节，也实现不了发动机二冲程驱动模式和二冲程制动模式要求的360°CA/循环的气门运行过程等。

由于现有实用化的可变气门驱动系统大多用于四冲程驱动模式的发动机，不能满足多模式发动机的要求，因此开发一套可靠性高且满足多模式发动机要求的可变气门驱动系统势在必行。发动机二冲程驱动模式、四冲程驱动模式、二冲程制动模式以及四冲程制动模式下，进/排气门开启频率、开启正时和开启持续期均存在极大地差异，这极大地增加了多模式发动机要求的可变气门驱动系统的开发难度。如由于二冲程驱动模式或者二冲程制动模式要求进/排气门每360°曲轴转角运行一次，四冲程驱动模式和四冲程制动模式要求进/排气门每720°曲轴转角运行一次，因此，这要求需要实现二冲程驱动/制动模式和四冲程驱动/制动模式之间切换的多模式可变气门驱动系统必须具有实现这两种气门运行频率之间灵活切换的功能。即使是在冲程数不变的驱动和制动模式下，进/排气门开启正时和开启持续期仍然存在非常大的差别。如果采用一个凸轮驱动，通过采用机械式连续可变气门控制机构来实现小的开启持续期的话，气门最大升程相应降低，充气效率和泵气损失等指标较难同时满足。如果采用液压气门控制机构通过泄油来实现小的开启持续期的话，高速下液压气门控制机构还将出现系统无法充分充油的问题，这将导致该系统无法运用到高速发动机上。各种模式之间切换时，需要非常大角度的相位调节，目前常见的叶片式VVT机构无法满足要求，而可以满足要求的电动VVT机构成本昂贵，短期无法大范围普及，因此，需要尽可能降低对气门开启正时的调节范围的要求，以实现不用VVT或者采用常用的小调节范围的VVT的目的。即使是在同一模式下，不同发动机工况仍然要求气门驱动系统提供不同的进/排气门的开启正时、最大升程以及开启持续期。与此同时，系统各部件应该尽可能采用较为成熟技术，以提高系统短期内实用化的可能性来最终获得良好的应用前景。目前尚未有一款可变气门驱动系统可以同时满足以上要求，因此多模式可变气门驱动系统的开发迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于：通过设计一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，用于实现：(a)通过使用轴向移动机构来实现发动机二冲程驱动模式、四冲程驱动模式、二冲程制动模式、四冲程制动模式等多种模式之间的转换，满足发动机在不同模式下对换气的要求；(b)在每种模式下，通过使用气门控制机构来进一步优化每种模式下不同工况点的发动机运行情况，达到综合提高发动机动力性、燃油经济性、排放性和制动安全性等方面性能的目的；(c)搭配液压和机械式等多种不同的气门控制机构来满足实际应用对可变气门灵活程度、成本、系统布置等方面的要求，各机构尽可能采用较为成熟技术，以提高系统短期内实用化的可能性，来最终获得良好的应用前景。

本发明所采用的技术方案是：这种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统包括气门驱动机构、凸轮轴、凸轮轴轴套、轴向移动机构、气门控制机构、气门调节杠杆。其中，凸轮轴轴套上设置第一凸轮和第二凸轮。第一凸轮采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，第二凸轮采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，双凸起凸轮叶片采用型线相同并且相位相差180°凸轮轴转角的两个凸起。气门调节杠杆具有气门调节杠杆输入端、气门调节杠杆输出端和气门调节杠杆调节端。轴向移动机构调节凸轮轴轴套的轴向位置，决定驱动气门调节杠杆输入端的凸轮是第一凸轮或者是第二凸轮。气门控制机构直接或通过传动机构调节气门调节杠杆调节端的位置，气门调节杠杆输出端直接或通过传动机构驱动气门驱动机构。

在凸轮轴轴套上增加第三凸轮，第三凸轮采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片。轴向移动机构调节凸轮轴轴套的轴向位置，决定直接或通过传动机构驱动气门调节杠杆输入端的凸轮是第一凸轮、第二凸轮，或者第三凸轮。

它增加一个气门驱动机构，即左侧气门驱动机构和右侧气门驱动机构，增加气门驱动桥。气门调节杠杆输出端先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥最后分别直接或通过传动机构驱动左侧气门驱动机构和右侧气门驱动机构。

它增加一个气门驱动机构、一个气门控制机构和一个气门调节杠杆，即采用左侧气门控制机构、左侧气门调节杠杆、右侧气门控制机构、右侧气门调节杠杆、左侧气门驱动机构和右侧气门驱动机构，增加气门驱动桥。凸轮先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥最后分别直接或通过传动机构驱动左侧气门调节杠杆输入端和右侧气门调节杠杆输入端，左侧气门控制机构直接或通过传动机构调节左侧气门调节杠杆调节端的位置，右侧气门控制机构直接或通过传动机构调节右侧气门调节杠杆调节端的位置，左侧气门调节杠杆输出端直接或通过传动机构驱动左侧气门驱动机构，右侧气门调节杠杆输出端直接或通过传动机构驱动右侧气门驱动机构。

对于两个凸轮切换，所述凸轮轴轴套上设置有两个切换槽。所述轴向移动机构采用两个电磁执行机构。或者所述轴向移动机构采用两个液压执行机构和两个液压控制机构。

对于三个凸轮切换，所述凸轮轴轴套上设置有两个切换槽。所述轴向移动机构采用三个电磁执行机构。或者所述轴向移动机构采用三个液压执行机构和三个液压控制机构。

所述传动机构为滑块、推杆、摇臂、摆臂、四杆机构，或者液压主从活塞式机构。

本发明的有益效果是：(a)这种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统主要包括凸轮轴、轴向移动机构、气门调节杠杆、气门控制机构等，凸轮轴轴套至少包括第一凸轮和第二凸轮，通过使用轴向移动机构，实现了发动机二冲程驱动模式、四冲程驱动模式、二冲程制动模式、四冲程制动模式等多种模式之间的转换，从而满足了发动机在不同模式下对换气的要求；(b)在每种模式下，通过使用气门控制机构，实现了对每种模式下的不同工况点的发动机运行情况的进一步优化，最终全面提高了发动机动力性、燃油经济性、排放性和制动安全性；(c)本发明可根据实际机型，为用户提供气门调节杠杆，具有较好的可变气门灵活程度和很好的可靠性，在高性价比的基础上，满足了发动机各种运行工况下对进/排气门运行情况的要求；(d)本发明通过合理设计，可靠性高、结构紧凑，降低了对系统各部件的要求，各机构尽可能采用较为成熟技术，以提高系统短期内实用化的可能性来最终获得良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。

图1是双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图2是双凸轮驱动双气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图3是双凸轮驱动双气门运行双调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图4是三凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图5是杠杆式可变气门驱动系统的一种示例的示意图。

图6是具有单凸轮轴轴套的电磁式双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图7是具有单凸轮轴轴套的电磁式三凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图8是具有单凸轮轴轴套的液压式双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图9是具有两个凸轮轴轴套的液压式双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。

图10是四冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。

图11是四冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。

图12是四冲程制动模式下进气门凸轮示意图。

图13是四冲程制动模式下排气门凸轮示意图。

图14是二冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。

图15是二冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。

图16是二冲程制动模式下进气门凸轮示意图。

图17是二冲程制动模式下排气门凸轮示意图。

图18是具有两组凸轮的单凸轮轴轴套的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统示意图。

图中：1、缸盖；2、气门驱动机构；201、第一气门驱动机构；202、第二气门驱动机构；2A、左侧气门驱动机构；2B、右侧气门驱动机构；2-1、一号气门驱动机构；2-2、二号气门驱动机构；3、凸轮轴；3-1、一号凸轮轴；3-2、二号凸轮轴；4、凸轮轴轴套；401、第一凸轮；402、第二凸轮；401A、左侧第一凸轮；左侧402A、第二凸轮；401B、右侧第一凸轮；402B、右侧第二凸轮403、第三凸轮；404、第一切换槽；405、第二切换槽；4-1、一号凸轮轴轴套；401-1、一号第一凸轮；402-1、一号第二凸轮；404-1、一号第一切换槽；405-1、一号第二切换槽；4-2、二号凸轮轴轴套；401-2、二号第一凸轮；402-2、二号第二凸轮；404-2、二号第一切换槽；405-2、二号第二切换槽；5、轴向移动机构；501、第一电磁执行机构；501b、第一电磁执行机构切换销；502、第二电磁执行机构；502b、第二电磁执行机构切换销；503、第三电磁执行机构；503b、第三电磁执行机构切换销；511、第一液压执行机构；511a、第一液压执行机构驱动口；511b、第一液压执行机构切换销；511k、第一液压执行机构复位弹簧；512、第二液压执行机构；512a、第二液压执行机构驱动口；512b、第二液压执行机构切换销；512k、第二液压执行机构复位弹簧；521、第一液压控制机构；521a、第一液压控制机构驱动口；521p、第一液压控制机构高压口；521t、第一液压控制机构低压口；522、第二液压控制机构；522a、第二液压控制机构驱动口；522p、第二液压控制机构高压口；522t、第二液压控制机构低压口；53、低压源；54、高压源；511-1、一号第一液压执行机构；511a-1、一号第一液压执行机构驱动口；511b-1、一号第一液压执行机构切换销；511k-1、一号第一液压执行机构复位弹簧；512-1、一号第二液压执行机构；512a-1、一号第二液压执行机构驱动口；512b-1、一号第二液压执行机构切换销；512k-1、一号第二液压执行机构复位弹簧；511-2、二号第一液压执行机构；511a-2、二号第一液压执行机构驱动口；511b-2、二号第一液压执行机构切换销；511k-2、二号第一液压执行机构复位弹簧；512-2、二号第二液压执行机构；512a-2、二号第二液压执行机构驱动口；512b-2、二号第二液压执行机构切换销；512k-2、二号第二液压执行机构复位弹簧；55、第一共轨腔；56、第二共轨腔；6、气门控制机构；601、第一气门控制机构；602、第二气门控制机构；6-1、一号气门控制机构；6-2、二号气门控制机构；6A、左侧气门控制机构；6B、右侧气门控制机构；6TL、调节凸轮；6GD、调节轨道；7、气门调节杠杆；7a、气门调节杠杆输入端；7b、气门调节杠杆输出端；7c、气门调节杠杆调节端；701、第一气门调节杠杆；701a、第一气门调节杠杆输入端；701b、第一气门调节杠杆输出端；701c、第一气门调节杠杆调节端；702、第二气门调节杠杆；702a、第二气门调节杠杆输入端；702b、第二气门调节杠杆输出端；702c、第二气门调节杠杆调节端；7-1、一号气门调节杠杆；7a-1、一号气门调节杠杆输入端；7b-1、一号气门调节杠杆输出端；7c-1、一号气门调节杠杆调节端；7-2、二号气门调节杠杆；7a-2、二号气门调节杠杆输入端；7b-2、二号气门调节杠杆输出端；7c-2、二号气门调节杠杆调节端；7A、左侧气门调节杠杆；7Aa、左侧气门调节杠杆输入端；7Ab、左侧气门调节杠杆输出端；7Ac、左侧气门调节杠杆调节端；7B、右侧气门调节杠杆；7Ba、右侧气门调节杠杆输入端；7Bb、右侧气门调节杠杆输出端；7Bc、右侧气门调节杠杆调节端；7K、复位弹簧；8、气门驱动桥。

具体实施方式

本发明涉及一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统。它包括气门驱动机构2、凸轮轴3、凸轮轴轴套4、轴向移动机构5、气门控制机构6、气门调节杠杆7。图1是双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。凸轮轴轴套4上设置第一凸轮401和第二凸轮402。第一凸轮401采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，第二凸轮402采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，双凸起凸轮叶片采用型线相同并且相位相差180°凸轮轴转角的两个凸起。气门调节杠杆7具有气门调节杠杆输入端7a、气门调节杠杆输出端7b和气门调节杠杆调节端7c。轴向移动机构5调节凸轮轴轴套4的轴向位置，决定驱动气门调节杠杆输入端7a的凸轮是第一凸轮401或者是第二凸轮402。气门控制机构6直接或通过传动机构调节气门调节杠杆调节端7c的位置，气门调节杠杆输出端7b直接或通过传动机构驱动气门驱动机构2。所述传动机构为滑块、推杆、摇臂、摆臂、四杆机构，或者液压主从活塞式机构。

图2是双凸轮驱动双气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。它增加一个气门驱动机构2，即左侧气门驱动机构201和右侧气门驱动机构202，增加气门驱动桥8。气门调节杠杆输出端7b先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥8最后分别直接或通过传动机构驱动左侧气门驱动机构201和右侧气门驱动机构202。实现了第一气门驱动机构201和第二气门驱动机构202的同步调节。

图3是双凸轮驱动双气门运行双调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。它增加一个气门驱动机构2、一个气门控制机构6和一个气门调节杠杆7，即采用左侧气门控制机构601、左侧气门调节杠杆701、右侧气门控制机构602、右侧气门调节杠杆702、左侧气门驱动机构201和右侧气门驱动机构202，增加气门驱动桥8。凸轮先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥8最后分别直接或通过传动机构驱动左侧气门调节杠杆输入端701a和右侧气门调节杠杆输入端702a，左侧气门控制机构601直接或通过传动机构调节左侧气门调节杠杆调节端701c的位置，右侧气门控制机构602直接或通过传动机构调节右侧气门调节杠杆调节端702c的位置，左侧气门调节杠杆输出端701b直接或通过传动机构驱动左侧气门驱动机构201，右侧气门调节杠杆输出端702b直接或通过传动机构驱动右侧气门驱动机构202。实现了第一气门驱动机构201和第二气门驱动机构202的独立调节。

图4是三凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。在凸轮轴轴套4上增加第三凸轮403，第三凸轮403采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片。轴向移动机构5调节凸轮轴轴套4的轴向位置，决定直接或通过传动机构驱动气门调节杠杆输入端7a的凸轮是第一凸轮401、第二凸轮402，或者第三凸轮403。设置更多个凸轮的情况与此类似，不再重复。

气门调节杠杆7采用杠杆机构，包括杠杆7GG，杠杆7GG的三个支点分别为气门调节杠杆输入端7a、气门调节杠杆输出端7b和气门调节杠杆调节端7c。根据实际需要还可包括复位弹簧7K。图5是杠杆式可变气门驱动系统的一种示例的示意图。气门调节杠杆输入端7a设置在杠杆7GG的中间支点上，气门调节杠杆输出端7b和气门调节杠杆调节端7c分别设置在杠杆7GG的其他两个支点上。还可以是气门调节杠杆输出端7b设置在杠杆7GG的中间支点上，气门调节杠杆输入端7a和气门调节杠杆调节端7c分别设置在杠杆7GG的其他两个支点上，或者是气门调节杠杆调节端7c设置在杠杆7GG的中间支点上，气门调节杠杆输入端7a和气门调节杠杆输出端7b分别设置在杠杆7GG的其他两个支点上。

气门控制机构6可采用多种方式。气门控制机构6采用气门控制机构6采用机械、电液、电磁、电机或者电气机构作为控制部件，采用液压部件、调节轨道、调节杆或者四杆机构作为执行部件。如气门控制机构6可包括机械、电液、电磁、电机或者电气机构作为控制部件6GD，气门调节杠杆调节端7c同时与控制机构的输出端和调节轨道6GD相接触，气门控制机构6调节控制机构的输出端的输出量，从而实现气门调节杠杆调节端7c被控制机构的输出端推动，沿着调节轨道6GD运行。如图5所示，气门控制机构6可包括输出端采用调节凸轮6TL的控制机构和调节轨道6GD的结构，气门调节杠杆调节端7c同时与调节凸轮6TL和调节轨道6GD相接触，气门控制机构6的控制机构改变调节凸轮6TL的相位，从而实现气门调节杠杆调节端7c被调节凸轮6TL推动，沿着调节轨道6GD运行。气门控制机构6还可包括机械、电液、电磁、电机或者电气等控制部件和调节杆，调节杆通过调节杆第一铰接点与缸盖1固定铰接，气门调节杠杆调节端7c设置在调节杆或者其支杆上，控制机构调节调节杆绕着调节杆第一铰接点转动，从而改变气门调节杠杆调节端7c的位置。气门控制机构6还可包括机械、电液、电磁、电机或者电气等控制部件和四杆机构。如四杆机构包括第一调节杆、第二调节杆和第三调节杆，第一调节杆与缸盖1固定铰接，第一调节杆与第二调节杆铰接，第二调节杆与第三调节杆铰接，第三调节杆与缸盖1固定铰接，控制机构调节第一调节杆或者第三调节杆的旋转角度，气门调节杠杆调节端7c与其余两个调节杆中的一个杆或者其余两个调节杆中的一个杆的支杆相接触。如气门控制机构6还可以包括第一调节杆、第二调节杆和调节滑块，第一调节杆与缸盖1固定铰接，第一调节杆与调节滑块铰接，调节滑块沿着固定轨道移动。气门控制机构6控制第一调节杆的旋转角度，气门调节杠杆调节端7c与第二调节杆、调节滑块或者它们中的一个的支杆相接触。或者气门控制机构6控制调节滑块的移动量，气门调节杠杆调节端7c与第一调节杆、第二调节杆或者它们中的一个的支杆相接触。在实际应用中，上述部件需要根据实际需要进行变形。如调节杆可以用偏心轮代替。调节凸轮6TL可以用推杆、杠杆的非固定支点或者偏心轮等代替。

图6是具有单凸轮轴轴套的电磁式双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。凸轮轴轴套4上设置有第一凸轮401、第二凸轮402、第一切换槽404、第二切换槽405、第一电磁执行机构501和第二电磁执行机构502。第一电磁执行机构501具有第一电磁执行机构切换销501b。第二电磁执行机构502具有第二电磁执行机构切换销502b。当前驱动气门调节杠杆输入端7a的是第一凸轮401，当第一电磁执行机构501被激励，第二电磁执行机构502不被激励时，第一电磁执行机构切换销501b下行并伸入第一切换槽404内，推动凸轮轴轴套4向左移动，驱动气门调节杠杆输入端7a的凸轮由第一凸轮401切换至第二凸轮402。当前驱动气门调节杠杆输入端7a的是第二凸轮402，当第一电磁执行机构501不被激励，第二电磁执行机构502被激励时，第二电磁执行机构切换销502b下行并伸入第二切换槽405内，推动凸轮轴轴套4向右移动。驱动气门调节杠杆输入端7a的凸轮由第二凸轮402切换至第一凸轮401。当第一电磁执行机构501和第二电磁执行机构502均不被激励时，凸轮轴轴套4不进行轴向移动。第一切换槽404和第二切换槽405完全分离。第一切换槽404右侧过渡段和第二切换槽405左侧过渡段还可以相重合。

图7是具有单凸轮轴轴套的电磁式三凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。凸轮轴轴套4上增加第三凸轮403。增加第三电磁执行机构503。第三电磁执行机构503具有第三电磁执行机构切换销503b。第一切换槽404右侧过渡段和第二切换槽405左侧过渡段相重合。当前驱动气门驱动调节机构输入端7a的是第二凸轮402，当第一电磁执行机构501被激励，第二电磁执行机构502和第三电磁执行机构503均不被激励时，第一电磁执行机构驱动销501b下行并且伸入第一切换槽404内，推动凸轮轴轴套4向左移动，驱动气门调节杠杆输入端7a由第二凸轮402切换成第三凸轮403。当前驱动气门调节杠杆输入端7a是第三凸轮403，当第一电磁执行机构501和第三电磁执行机构503均不被激励，第二电磁执行机构502被激励时，第二电磁执行机构驱动销502b下行并且伸入第二切换槽405内，推动凸轮轴轴套4向右移动，驱动气门调节杠杆输入端7a由第三凸轮403切换成第二凸轮402。当前驱动气门调节杠杆输入端7a是第二凸轮(402)，当第三电磁执行机构503被激励，第一电磁执行机构501和第二电磁执行机构502均不被激励时，第三电磁执行机构驱动销503b下行并且伸入第二切换槽405内，推动凸轮轴轴套4向右移动，驱动气门调节杠杆输入端7a由第二凸轮402切换成第一凸轮401。当前驱动气门调节杠杆输入端7a是第一凸轮401，当第一电磁执行机构501和第三电磁执行机构503均不被激励，第二电磁执行机构502被激励时，第二电磁执行机构驱动销502b下行并且伸入第一切换槽404内，推动凸轮轴轴套4向左移动，驱动气门调节杠杆输入端7a由第一凸轮(401)切换成第二凸轮402。第一电磁执行机构501、第二电磁执行机构502和第三电磁执行机构503均不被激励时，凸轮轴轴套4不进行轴向移动。

图8是具有单凸轮轴轴套的液压式双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。液压式轴向移动机构包括两套液压执行机构、两套液压控制机构、高压源54和低压源53。液压执行机构采用往复活塞式机构，包括第一液压执行机构511和第二液压执行机构512。第一液压执行机构511包括第一液压执行机构驱动口511a、第一液压执行机构驱动销511b和第一液压执行机构复位弹簧511k。第二液压执行机构512包括第二液压执行机构驱动口512a、第二液压执行机构驱动销512b和第二液压执行机构复位弹簧512k。液压控制机构包括第一液压控制机构521和第二液压控制机构522。第一液压控制机构521包括第一液压控制机构高压口521p、第一液压控制机构低压口521t和第一液压控制机构驱动口521a。第二液压控制机构522包括第二液压控制机构高压口522p、第二液压控制机构低压口522t和第二液压控制机构驱动口522a。第一液压执行机构驱动口511a与第一液压控制机构驱动口521a相连。第二液压执行机构驱动口512a与第二液压控制机构驱动口522a相连。第一液压控制机构高压口521p和第二液压控制机构高压口522p均与高压源54相连。第一液压控制机构低压口521t和第二液压控制机构低压口522t均与低压源53相连。第一液压控制机构521不被激励时，第一液压控制机构高压口521p被堵塞，第一液压控制机构低压口521t与第一液压控制机构驱动口521a相连。第一液压控制机构521被激励时，第一液压控制机构低压口521t被堵塞，第一液压控制机构高压口521p与第一液压控制机构驱动口521a相连。第二液压控制机构522不被激励时，第二液压控制机构高压口512p被堵塞，第二液压控制机构低压口522t与第二液压控制机构驱动口522a相连。第二液压控制机构522被激励时，第二液压控制机构低压口522t被堵塞，第二液压控制机构高压口512p与第二液压控制机构驱动口522a相连。当前驱动气门调节杠杆输入端7a的是第一凸轮401，并且第一液压控制机构521被激励，第二液压控制机构522不被激励时，第一液压执行机构驱动销511b下行并且伸入第一切换槽404内，推动凸轮轴轴套4向左移动，驱动气门调节杠杆输入端7a由第一凸轮401切换成第二凸轮402。当前驱动气门调节杠杆输入端7a的是第二凸轮402，第一液压控制机构521不被激励，第二液压控制机构522被激励时，第二液压执行机构驱动销512b下行并且伸入第二切换槽405内，推动凸轮轴轴套4向右移动，驱动气门调节杠杆输入端7a由第二凸轮402切换成第一凸轮401。第一液压控制机构521和第二液压控制机构522均不被激励时，凸轮轴轴套4不进行轴向移动。液压式轴向移动机构进行三凸轮切换时，需要增加一个液压执行机构和液压控制机构即可。此处不再重复。

图9是具有两个凸轮轴轴套的液压式双凸轮驱动单气门运行单调节的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统的示意图。液压式轴向移动机构包括四套液压执行机构、两套液压控制机构、高压源54和低压源53。液压执行机构包括一号第一液压执行机构511-1和一号第二液压执行机构512-1、二号第一液压执行机构511-2和二号第二液压执行机构512-2。一号第一液压执行机构511-1包括一号第一液压执行机构驱动口511a-1、一号第一液压执行机构驱动销511b-1和一号第一液压执行机构复位弹簧511k-1。一号第二液压执行机构512-1包括一号第二液压执行机构驱动口512a-1、一号第二液压执行机构驱动销512b-1和一号第二液压执行机构复位弹簧512k-1。二号第一液压执行机构511-2包括二号第一液压执行机构驱动口511a-2、二号第一液压执行机构驱动销511b-2和二号第一液压执行机构复位弹簧511k-2。二号第二液压执行机构512-2包括二号第二液压执行机构驱动口512a-2、二号第二液压执行机构驱动销512b-2和二号第二液压执行机构复位弹簧512k-2。液压控制机构包括第一液压控制机构521和第二液压控制机构522。其中，第一液压控制机构521包括第一液压控制机构高压口521p、第一液压控制机构低压口521t和第一液压控制机构驱动口521a。第二液压控制机构522包括第二液压控制机构高压口522p、第二液压控制机构低压口522t和第二液压控制机构驱动口522a。一号第一液压执行机构驱动口511a-1和二号第一液压执行机构驱动口511a-2均直接或者通过第一共轨腔55与第一液压控制机构驱动口521a相连。一号第二液压执行机构驱动口512a-1和二号第二液压执行机构驱动口512a-2均直接或者通过第二共轨腔56与第二液压控制机构驱动口522a相连。第一液压控制机构高压口521p和第二液压控制机构高压口522p均与高压源54相连。第一液压控制机构低压口521t和第二液压控制机构低压口522t均与低压源53相连。第一液压控制机构521不被激励时，第一液压控制机构高压口521p被堵塞，第一液压控制机构低压口521t与第一液压控制机构驱动口521a相连。第一液压控制机构521被激励时，第一液压控制机构低压口521t被堵塞，第一液压控制机构高压口521p与第一液压控制机构驱动口521a相连。第二液压控制机构522不被激励时，第二液压控制机构高压口512p被堵塞，第二液压控制机构低压口522t与第二液压控制机构驱动口522a相连。第二液压控制机构522被激励时，第二液压控制机构低压口522t被堵塞，第二液压控制机构高压口512p与第二液压控制机构驱动口522a相连。当前驱动一号气门调节杠杆输入端7a-1的是一号第一凸轮401-1，驱动二号气门调节杠杆输入端7a-2的是二号第一凸轮401-2，并且第一液压控制机构521被激励，第二液压控制机构522不被激励时，一号第一液压执行机构驱动销511b-1下行并且伸入一号第一切换槽404-1内，推动一号凸轮轴轴套4-1向左移动，驱动一号气门调节杠杆输入端7a-1的凸轮由一号第一凸轮401-1切换到一号第二凸轮402-1；同时，二号第一液压执行机构驱动销511b-2下行并且伸入二号第一切换槽404-2内，推动二号凸轮轴轴套4-2向左移动，驱动二号气门调节杠杆输入端7a-2的凸轮由二号第一凸轮401-2切换到二号第二凸轮402-2。当前驱动一号气门调节杠杆输入端7a-1的是一号第二凸轮402-1，驱动二号气门调节杠杆输入端7a-2的是二号第二凸轮402-2，并且第一液压控制机构521不被激励，第二液压控制机构522被激励时，一号第二液压执行机构驱动销512b-1下行并且伸入一号第二切换槽405-1内，推动一号凸轮轴轴套4-1向右移动，驱动一号气门调节杠杆输入端7a-1的凸轮由一号第二凸轮402-1切换到一号第一凸轮401-1；同时，二号第二液压执行机构驱动销512b-2下行并且伸入二号第二切换槽405-2内，推动二号凸轮轴轴套4-2向右移动，驱动二号气门调节杠杆输入端7a-2的凸轮由二号第二凸轮402-2切换到二号第一凸轮401-2。

对于具有多个凸轮轴轴套4的系统而言，液压式轴向移动机构需要一套第一液压控制机构521和一套第二液压控制机构522，以及需要与凸轮轴轴套数量相等的第一液压执行机构511，这些第一液压执行机构511的驱动口均直接或者通过第一共轨腔55与第一液压控制机构驱动口521a相连；需要与凸轮轴轴套数量相等的第二液压执行机构512，这些第二液压执行机构512的驱动口均直接或者通过第二共轨腔56与第二液压控制机构驱动口522a相连。第一液压控制机构521控制所有的第一液压执行机构511同步运行，实现所有的凸轮轴轴套4的同步向左移动；第二液压控制机构522控制所有的第二液压执行机构512同步运行，实现所有的凸轮轴轴套4的同步向右移动，最终实现所有的凸轮轴轴套4上的第一凸轮401和第二凸轮402之间的切换。

对于用于多模式发动机的可变气门驱动系统而言，根据实际应用要求发动机具有哪些模式来选择凸轮叶片的类型。图10是四冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。图11是四冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。图12是四冲程制动模式下进气门凸轮示意图。图13是四冲程制动模式下排气门凸轮示意图。图14是二冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。图15是二冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。图16是二冲程制动模式下进气门凸轮示意图。图17是二冲程制动模式下排气门凸轮示意图。如以满足低速大扭矩动力输出为主的车辆可采用四冲程驱动模式和二冲程驱动模式，那么，进气侧的凸轮选择图10和图14，排气侧的凸轮选择图11和图15。如以满足重载车辆的辅助制动安全性为主的车辆可采用四冲程驱动模式和二冲程制动模式，那么，进气侧的凸轮选择图10和图16，排气侧的凸轮选择图11和图17。如以满足重载车辆的辅助制动安全性的车辆还可采用四冲程驱动模式、四冲程制动模式和二冲程制动模式，那么，进气侧的凸轮可选择三个凸轮，即图10、图12和图16，排气侧的凸轮可选择三个凸轮，即图11、图13和图17。如以同时需要满足低速大扭矩动力输出和满足重载车辆的辅助制动安全性的车辆采用四冲程驱动模式、二冲程驱动模式和二冲程制动模式，那么，进气侧的凸轮可选择三个凸轮，即图10、图14和图16，排气侧的凸轮可选择三个凸轮，即图11、图15和图17。由于冲程数不变的情况下，进/排气门运行频率不变，那么，进/排气门有可能采用一个凸轮来驱动，通过气门控制机构单独或者与设置在凸轮轴驱动端4内的凸轮轴相位调节机构相配合来为具体工况点提供相应的气门开启正时和开启持续期。冲程数不变的情况，驱动模式和制动模式对进/排气门的气门开启正时、开启持续期、气门最大升程的要求均存在非常大的差别，气门开启正时的差别越大，要求的凸轮轴相位调节机构的可调范围越大，一旦超出常用的如叶片式VVT机构的调节范围，需要价格昂贵的电动VVT；如果采用一个凸轮驱动，通过采用机械式连续可变气门控制机构来实现小的开启持续期的话，气门最大升程会相应降低，可能出现无法同时满足不同模式对开启持续期和最大升程的要求，无法实现最佳换气。二冲程驱动模式和二冲程制动模式下，或者在四冲程驱动模式和四冲程制动模式下，进气门的开启正时和开启持续期相差不大，排气门的开启正时和开启持续期相差较大。因此，冲程数不变的情况，采用一个还是两个凸轮还需要根据实际情况来确定。

对于用于单一模式发动机的可变气门驱动系统而言，如四冲程驱动模式，进气侧的凸轮选择图10。在不同工况下，选择两到三个不同凸轮。如在低速低负荷工况下采用具有小开启持续期和小升程的凸轮，在中高速高负荷工况下采用具有大开启持续期和大升程的凸轮。再如，低速下同一气缸的两个进气门异步运行，即一个进气门以大的气门升程和开启持续期运行，另一个进气门以小的气门升程和开启持续期运行，可增强缸内气流运动，提高发动机的性能，因此，可通过采用如图18的结构，在低速下用的左侧凸轮和右侧凸轮具有不同凸轮型线，或者左侧气门控制机构6A和右侧气门控制机构6B采用不同的控制量等方法来实现。

图18是具有两组凸轮的单凸轮轴轴套的轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统示意图。增加一个气门驱动机构2，即采用左侧气门驱动机构2A和右侧气门驱动机构2B。增加一个第一凸轮401和一个第二凸轮402，即采用左侧第一凸轮401A、左侧第二凸轮402A、右侧第一凸轮401B和右侧第二凸轮402B。凸轮轴轴套处于左侧位置时，左侧第一凸轮401A直接或者通过传动机构驱动左侧气门驱动机构2A，右侧第一凸轮401B直接或者通过传动机构驱动右侧气门驱动机构2B。凸轮轴轴套处于右侧位置时，左侧第二凸轮402A直接或者通过传动机构驱动左侧气门驱动机构2A，右侧第二凸轮402B直接或者通过传动机构驱动右侧气门驱动机构2B。

Claims (6)

1.一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构（2），其特征是：它还包括凸轮轴（3）、凸轮轴轴套（4）、轴向移动机构（5）、气门控制机构（6）、气门调节杠杆（7）；其中，凸轮轴轴套（4）上设置第一凸轮（401）和第二凸轮（402）；第一凸轮（401）采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，第二凸轮（402）采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，双凸起凸轮叶片采用型线相同并且相位相差180°凸轮轴转角的两个凸起；气门调节杠杆（7）具有气门调节杠杆输入端（7a）、气门调节杠杆输出端（7b）和气门调节杠杆调节端（7c）；轴向移动机构（5）调节凸轮轴轴套（4）的轴向位置，决定驱动气门调节杠杆输入端（7a）的凸轮是第一凸轮（401）或者是第二凸轮（402）；气门控制机构（6）直接或通过传动机构调节气门调节杠杆调节端（7c）的位置，气门调节杠杆输出端（7b）直接或通过传动机构驱动气门驱动机构（2）；对于两个凸轮切换，所述凸轮轴轴套（4）上设置有两个切换槽；所述轴向移动机构（5）采用两个电磁执行机构；或者所述轴向移动机构（5）采用两个液压执行机构和两个液压控制机构。

2.根据权利要求1所述的一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，其特征是：在凸轮轴轴套（4）上增加第三凸轮（403），第三凸轮（403）采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片；轴向移动机构（5）调节凸轮轴轴套（4）的轴向位置，决定直接或通过传动机构驱动气门调节杠杆输入端（7a）的凸轮是第一凸轮（401）、第二凸轮（402），或者第三凸轮（403）。

3.根据权利要求1所述的一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，其特征是：增加一个气门驱动机构（2），即左侧气门驱动机构（201）和右侧气门驱动机构（202），增加气门驱动桥（8）；气门调节杠杆输出端（7b）先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥（8）最后分别直接或通过传动机构驱动左侧气门驱动机构（201）和右侧气门驱动机构（202）。

4.根据权利要求1所述的一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，其特征是：增加一个气门驱动机构（2）、一个气门控制机构（6）和一个气门调节杠杆（7），即采用左侧气门控制机构（601）、左侧气门调节杠杆（701）、右侧气门控制机构（602）、右侧气门调节杠杆（702）、左侧气门驱动机构（201）和右侧气门驱动机构（202），增加气门驱动桥（8）；凸轮先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥（8）最后分别直接或通过传动机构驱动左侧气门调节杠杆输入端（701a）和右侧气门调节杠杆输入端（702a），左侧气门控制机构（601）直接或通过传动机构调节左侧气门调节杠杆调节端（701c）的位置，右侧气门控制机构（602）直接或通过传动机构调节右侧气门调节杠杆调节端（702c）的位置，左侧气门调节杠杆输出端（701b）直接或通过传动机构驱动左侧气门驱动机构（201），右侧气门调节杠杆输出端（702b）直接或通过传动机构驱动右侧气门驱动机构（202）。

5.根据权利要求2所述的一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，其特征是：对于三个凸轮切换，所述凸轮轴轴套（4）上设置有两个切换槽；所述轴向移动机构（5）采用三个电磁执行机构；或者所述轴向移动机构（5）采用三个液压执行机构和三个液压控制机构。

6.根据权利要求1所述的一种轴向移动式多模式杠杆式可变气门驱动系统，其特征是：所述传动机构为滑块、推杆、摇臂、摆臂、四杆机构，或者液压主从活塞式机构。