CN106762012B - 一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种紧凑型锁定式多模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、气门调节杠杆、气门控制机构、模式输入机构、模式输出机构和模式切换机构等。模式切换机构的使用，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，最终满足了发动机在不同工况下对最佳换气的要求，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。本发明结构简单紧凑、布置容易、实用化前景好。

Description

一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统
技术领域
本发明涉及一种紧凑型锁定式多模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5％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，但是它是在进排气门运行情况不变，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，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，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，启闭正时决定和行程。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，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可以实现这两种气门运行频率之间的灵活切换。在同一模式下，不同发动机工况要求气门驱动系统能够提供不同的进/排气门开启正时、最大升程和开启持续期，因此需要灵活可变的气门驱动系统。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：通过设计一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，用于实现：(a)通过模式切换机构配合使用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切换，满足发动机在不同模式下对换气的要求；(b)在每种模式下，通过气门控制机构配合使用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；(d)尽可能地降低对模式输入机构、模式输出机构、模式切换机构、气门控制机构等的要求，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，最终获得良好的应用前景。
本发明所采用的技术方案是：这种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构、凸轮轴、气门控制机构、气门调节杠杆、模式输入机构、模式输出机构、模式切换机构。其中，气门驱动机构包括第一气门驱动机构。凸轮轴上设置有第一凸轮和第二凸轮。第一凸轮具有一个凸起或者两个凸起，第二凸轮具有一个凸起或者两个凸起。具有两个凸起的凸轮，两个凸起的型线相同，相位相差180°凸轮轴转角。气门控制机构包括第一气门控制机构和第二气门控制机构。气门调节杠杆包括第一气门调节杠杆和第二气门调节杠杆。第一气门调节杠杆具有第一气门调节杠杆输入端、第一气门调节杠杆输出端和第一气门调节杠杆调节端。第二气门调节杠杆具有第二气门调节杠杆输入端、第二气门调节杠杆输出端和第二气门调节杠杆调节端。模式输入机构包括第一模式输入机构和第二模式输入机构。第一模式输入机构具有第一模式输入机构输入端、第一模式输入机构复位端、第一模式输入机构弹性复位支撑和第一模式输入机构支撑。第二模式输入机构具有第二模式输入机构输入端、第二模式输入机构复位端、第二模式输入机构弹性复位支撑和第二模式输入机构支撑。模式输出机构包括第一模式输出机构第一模式输出机构具有第一模式输出机构输出端、第一模式输出机构复位端、第一模式输出机构复位支撑和第一模式输出机构支撑。模式切换机构包括第一模式切换机构和第二模式切换机构。第一凸轮直接或者通过传动机构驱动第一气门调节杠杆输入端。第一气门控制机构直接或者通过传动机构调节第一气门调节杠杆调节端。第一气门调节杠杆输出端直接或者通过传动机构驱动第一模式输入机构输入端。第一模式输入机构复位端与第一模式输入机构弹性复位支撑相接触。第一模式输入机构通过第一模式输入机构支撑与缸盖相连接。第二凸轮直接或者通过传动机构驱动第二气门调节杠杆输入端。第二气门控制机构直接或者通过传动机构调节第二气门调节杠杆调节端。第二气门调节杠杆输出端直接或者通过传动机构驱动第二模式输入机构输入端。第二模式输入机构复位端与第二模式输入机构弹性复位支撑相接触。第二模式输入机构通过第二模式输入机构支撑与缸盖相连接。第一模式输出机构通过第一模式输出机构支撑与缸盖相连接。当气门完全关闭时，第一模式输出机构复位端与第一模式输出机构复位支撑相接触。第一模式输出机构输出端直接或者通过传动机构驱动第一气门驱动机构。第一模式切换机构决定第一模式输入机构和第一模式输出机构的锁定状态；第二模式切换机构决定第二模式输入机构和第一模式输出机构的锁定状态。
它增加气门驱动桥和第二气门驱动机构。第一模式输出机构输出端先直接或者通过传动机构再通过气门驱动桥最后分别直接或者通过传动机构驱动第一气门驱动机构和第二气门驱动机构。
它增加第二气门驱动机构。增加第三凸轮。增加第三气门控制机构和第三气门调节杠杆。第三气门调节杠杆具有第三气门调节杠杆输入端、第三气门调节杠杆输出端和第三气门调节杠杆调节端。增加第三模式输入机构，第三模式输入机构具有第三模式输入机构输入端、第三模式输入机构输出端、第三模式输入机构弹性复位支撑和第三模式输入机构支撑。增加第二模式输出机构。第二模式输出机构具有第二模式输出机构输出端、第二模式输出机构复位端、第二模式输出机构复位支撑和第二模式输出机构支撑。增加第三模式切换机构。第三凸轮直接或者通过传动机构驱动第三气门调节杠杆输入端。第三气门控制机构直接或者通过传动机构调节第三气门调节杠杆调节端。第三气门调节杠杆输出端直接或者通过传动机构驱动第三模式输入机构输入端。第三模式输入机构输出端与第三模式输入机构弹性复位支撑相接触。第三模式输入机构通过第三模式输入机构支撑与缸盖相连接。第二模式输出机构通过第二模式输出机构支撑与缸盖相连接。当气门完全关闭时，第二模式输出机构复位端与第二模式输出机构复位支撑相接触。第一模式切换机构决定第一模式输入机构和第一模式输出机构的锁定状态。第二模式切换机构决定第一模式输出机构、第二模式输入机构和第二模式输出机构的锁定状态。第三模式切换机构决定第三模式输入机构和第二模式输出机构的锁定状态。第二模式输出机构输出端直接或者通过传动机构驱动第二气门驱动机构。
它增加第四模式切换机构。第二模式切换机构决定第一模式输出机构和第二模式输入机构的锁定状态。第四模式切换机构决定第二模式输入机构和第二模式输出机构的锁定状态。
模式切换机构设置在被锁定的部件上设置的切换通道内，并且沿着通道移动。
气门控制机构采用机械、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。
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)这种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统主要包括凸轮轴、模式输入机构、模式输出机构、模式切换机构、气门调节杠杆、气门控制机构等，通过模式切换机构，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切换，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，通过气门控制机构配合使用，实现了对每种模式下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)本发明结构紧凑，实用化前景好。
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是双凸轮驱动双输入单输出双切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。
图2是双凸轮驱动双输入单输出双切换双气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。
图3是三凸轮驱动三输入双输出三切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。
图4是三凸轮驱动三输入双输出四切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。
图5是四冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。
图6是四冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。
图7是四冲程制动模式下进气门凸轮示意图。
图8是四冲程制动模式下排气门凸轮示意图。
图9是二冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。
图10是二冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。
图11是二冲程制动模式下进气门凸轮示意图。
图12是二冲程制动模式下排气门凸轮示意图。
图13是双凸轮驱动双输入单输出双切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的一种示例的示意图。
图14是三凸轮驱动三输入双输出三切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的一种示例的示意图。
图中：1、缸盖；201、第一气门驱动机构；202、第二气门驱动机构；3、凸轮轴；301、第一凸轮；302、第二凸轮；303、第三凸轮；501、第一气门控制机构；502、第二气门控制机构；503、第三气门控制机构；501TL、第一调节凸轮；501GD、第一调节轨道；502TL、第二调节凸轮；502GD、第二调节轨道；503TL、第三调节凸轮；503GD、第三调节轨道；601、第一气门调节杠杆；601a、第一气门调节杠杆输入端；601b、第一气门调节杠杆输出端；601c、第一气门调节杠杆调节端；602、第二气门调节杠杆；602a、第二气门调节杠杆输入端；602b、第二气门调节杠杆输出端；602c、第二气门调节杠杆调节端；603、第三气门调节杠杆；603a、第三气门调节杠杆输入端；603b、第三气门调节杠杆输出端；603c、第三气门调节杠杆调节端；601K、第一复位弹簧；602K、第二复位弹簧；603K、第三复位弹簧；701、第一模式输入机构；701a、第一模式输入机构输入端；701k、第一模式输入机构输出端；701c、第一模式输入机构切换通道；701y、第一模式输入机构支撑；702、第二模式输入机构；702a、第二模式输入机构输入端；702k、第二模式输入机构输出端；702c、第二模式输入机构切换通道；702y、第二模式输入机构支撑；8、模式输出机构；8a、模式输出机构输入端；8c、模式输出机构切换通道；8k、模式输出机构复位端；8h、模式输出机构复位支撑；8y、模式输出机构支撑；8Ac、模式输出机构左侧切换通道；8Bc、模式输出机构右侧切换通道；901、第一模式切换机构；902、第二模式切换机构；10、气门驱动桥。
具体实施方式
本发明涉及这种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构、凸轮轴3、气门控制机构、气门调节杠杆、模式输入机构、模式输出机构、模式切换机构。图1是双凸轮驱动双输入单输出双切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。气门驱动机构包括第一气门驱动机构201。凸轮轴3上设置有第一凸轮301和第二凸轮302。第一凸轮301具有一个凸起或者两个凸起，第二凸轮302具有一个凸起或者两个凸起。具有两个凸起的凸轮，两个凸起的型线相同，相位相差180°凸轮轴转角。气门控制机构包括第一气门控制机构501和第二气门控制机构502。气门调节杠杆包括第一气门调节杠杆601和第二气门调节杠杆602。第一气门调节杠杆601具有第一气门调节杠杆输入端601a、第一气门调节杠杆输出端601b和第一气门调节杠杆调节端601c。第二气门调节杠杆602具有第二气门调节杠杆输入端602a、第二气门调节杠杆输出端602b和第二气门调节杠杆调节端602c。模式输入机构包括第一模式输入机构701和第二模式输入机构702。第一模式输入机构701具有第一模式输入机构输入端701a、第一模式输入机构复位端701k、第一模式输入机构弹性复位支撑701h和第一模式输入机构支撑701y。第二模式输入机构702具有第二模式输入机构输入端702a、第二模式输入机构复位端702k、第二模式输入机构弹性复位支撑702h和第二模式输入机构支撑702y。模式输出机构包括第一模式输出机构801。第一模式输出机构801具有第一模式输出机构输出端801b、第一模式输出机构复位端801k、第一模式输出机构复位支撑801h和第一模式输出机构支撑801y。模式切换机构包括第一模式切换机构901和第二模式切换机构902。第一凸轮301直接或者通过传动机构驱动第一气门调节杠杆输入端601a。第一气门控制机构501直接或者通过传动机构调节第一气门调节杠杆调节端601c。第一气门调节杠杆输出端601b直接或者通过传动机构驱动第一模式输入机构输入端701a。第一模式输入机构复位端701k与第一模式输入机构弹性复位支撑701h相接触。第一模式输入机构701通过第一模式输入机构支撑701y与缸盖1相连接。第二凸轮302直接或者通过传动机构驱动第二气门调节杠杆输入端602a。第二气门控制机构502直接或者通过传动机构调节第二气门调节杠杆调节端602c。第二气门调节杠杆输出端602b直接或者通过传动机构驱动第二模式输入机构输入端702a。第二模式输入机构复位端702k与第二模式输入机构弹性复位支撑702h相接触。第二模式输入机构702通过第二模式输入机构支撑702y与缸盖1相连接。第一模式输出机构801通过第一模式输出机构支撑801y与缸盖1相连接。当气门完全关闭时，第一模式输出机构复位端801k与第一模式输出机构复位支撑801h相接触。第一模式输出机构输出端801b直接或者通过传动机构驱动第一气门驱动机构201。第一模式切换机构901决定第一模式输入机构701和第一模式输出机构801的锁定状态。第二模式切换机构902决定第二模式输入机构702和第一模式输出机构801的锁定状态。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。通过控制第一模式切换机构901和第二模式切换机构902，可实现多种驱动方式。例如，当第一模式切换机构901将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902不将第二模式输入机构702和第一模式输出机构801锁定时，第一凸轮301通过第一气门调节杠杆601、第一模式输入机构701和第一模式输出机构801驱动第一气门驱动机构201；第二凸轮302不起作用。当第一模式切换机构901不将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902将第二模式输入机构702和第一模式输出机构801锁定时，第二凸轮302通过第二气门调节杠杆602、第二模式输入机构702和第一模式输出机构801驱动第一气门驱动机构201；第一凸轮301不起作用。当第一模式切换机构901不将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902不将第二模式输入机构702和第一模式输出机构801锁定时，第一凸轮301和第二凸轮302都不起作用。图13是双凸轮驱动双输入单输出双切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的一种示例的示意图。
图2是双凸轮驱动双输入单输出双切换双气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。它增加气门驱动桥10和第二气门驱动机构202。第一模式输出机构输出端801b先直接或者通过传动机构再通过气门驱动桥10最后分别直接或者通过传动机构驱动第一气门驱动机构201和第二气门驱动机构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是三凸轮驱动三输入双输出三切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。它增加第二气门驱动机构202。增加第三凸轮303。增加第三气门控制机构503和第三气门调节杠杆603。第三气门调节杠杆603具有第三气门调节杠杆输入端603a、第三气门调节杠杆输出端603b和第三气门调节杠杆调节端603c。增加第三模式输入机构703，第三模式输入机构703具有第三模式输入机构输入端703a、第三模式输入机构输出端703k、第三模式输入机构弹性复位支撑703h和第三模式输入机构支撑703y。增加第二模式输出机构802。第二模式输出机构802具有第二模式输出机构输出端802b、第二模式输出机构复位端802k、第二模式输出机构复位支撑802h和第二模式输出机构支撑802y。增加第三模式切换机构903。第三凸轮303直接或者通过传动机构驱动第三气门调节杠杆输入端603a。第三气门控制机构503直接或者通过传动机构调节第三气门调节杠杆调节端603c。第三气门调节杠杆输出端603b直接或者通过传动机构驱动第三模式输入机构输入端703a。第三模式输入机构输出端703k与第三模式输入机构弹性复位支撑703h相接触。第三模式输入机构703通过第三模式输入机构支撑703y与缸盖1相连接。第二模式输出机构802通过第二模式输出机构支撑802y与缸盖1相连接。当气门完全关闭时，第二模式输出机构复位端802k与第二模式输出机构复位支撑802h相接触。第一模式切换机构901决定第一模式输入机构701和第一模式输出机构801的锁定状态。第二模式切换机构902决定第一模式输出机构801、第二模式输入机构702和第二模式输出机构802的锁定状态。第三模式切换机构903决定第三模式输入机构703和第二模式输出机构802的锁定状态。第二模式输出机构输出端802b直接或者通过传动机构驱动第二气门驱动机构202。通过控制第一模式切换机构901、第二模式切换机构902和第三模式切换机构903，可实现多种驱动方式。例如，当第一模式切换机构901将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902不将第二模式输入机构702、第一模式输出机构801和第二模式输出机构802三者锁定时，第一凸轮301通过第一气门调节杠杆601、第一模式输入机构701和第一模式输出机构801驱动第一气门驱动机构201；第二凸轮302不起作用。此时，当第三模式切换机构903将第三模式输入机构703和第二模式输出机构802锁定时，第三凸轮303通过第三气门调节杠杆603、第三模式输入机构703和第二模式输出机构802驱动第二气门驱动机构202；当第三模式切换机构903不将第三模式输入机构703和第二模式输出机构802锁定时，第三凸轮303不起作用。当第一模式切换机构901不将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902将第二模式输入机构702、第一模式输出机构801和第二模式输出机构802三者锁定，第三模式切换机构903不将第三模式输入机构703和第二模式输出机构802锁定时，第二凸轮302通过第二气门调节杠杆602和第二模式输入机构702后，分成两路，一路通过第一模式输出机构801驱动第一气门驱动机构201，另一路通过第二模式输出机构802驱动第二气门驱动机构202；第一凸轮301和第三凸轮303不起作用。当第一模式切换机构901不将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902不将第二模式输入机构702、第一模式输出机构801和第二模式输出机构802三者锁定，第三模式切换机构903不将第三模式输入机构703和第二模式输出机构802锁定时，第一凸轮301、第二凸轮302和第三凸轮303都不起作用。当第一模式切换机构901不将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902将第二模式输入机构702和第一模式输出机构801锁定时，第二凸轮302通过第二气门调节杠杆602、第二模式输入机构702和第一模式输出机构801驱动第一气门驱动机构201；第一凸轮301不起作用。当第一模式切换机构901不将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第二模式切换机构902不将第二模式输入机构702和第一模式输出机构801锁定时，第一凸轮301和第二凸轮302都不起作用。图14是三凸轮驱动三输入双输出三切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的一种示例的示意图。
图4是三凸轮驱动三输入双输出四切换单气门运行的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统的示意图。它增加第四模式切换机构904。第二模式切换机构902决定第一模式输出机构801和第二模式输入机构702的锁定状态。第四模式切换机构904决定第二模式输入机构702和第二模式输出机构802的锁定状态。与图3相比，通过控制第一模式切换机构901、第二模式切换机构902、第三模式切换机构903和第四模式切换机构904，可实现更加多样的驱动方式。如，当第一模式切换机构901不将第一模式输入机构701和第一模式输出机构801锁定，第三模式切换机构903不将第三模式输入机构703和第二模式输出机构802锁定时，第二模式切换机构902决定第一模式输出机构801和第二模式输入机构702的锁定状态，进而决定第二凸轮302是否通过第二气门调节杠杆602、第二模式输入机构702和第一模式输出机构801驱动第一气门驱动机构201；第四模式切换机构904决定第二模式输入机构702和第二模式输出机构802的锁定状态，进而决定第二凸轮302是否通过第二气门调节杠杆602、第二模式输入机构702和第二模式输出机构802驱动第二气门驱动机构202。
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5是四冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。图6是四冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。图7是四冲程制动模式下进气门凸轮示意图。图8是四冲程制动模式下排气门凸轮示意图。图9是二冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。图10是二冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。图11是二冲程制动模式下进气门凸轮示意图。图12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5和图9，排气侧的凸轮选择图6和图10。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5和图11，排气侧的凸轮选择图6和图12。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5、图7和图11，排气侧的凸轮可选择三个凸轮，即图6、图8和图12。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5、图9和图11，排气侧的凸轮可选择三个凸轮，即图6、图10和图12。
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。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两个凸轮，即一个采用图5的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现四冲程驱动模式和四冲程制动模式的切换，另一个采用图11的凸轮作为二冲程制动模式用的凸轮；排气侧的凸轮可选择两个凸轮，即一个采用图6的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现四冲程驱动模式和四冲程制动模式的切换，另一个采用图12的凸轮作为二冲程制动模式用的凸轮。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两个凸轮，即一个采用图5的凸轮作为四冲程驱动模式用的凸轮，另一个采用如图9的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现二冲程驱动模式和二冲程制动模式的切换；排气侧的凸轮可选择两个凸轮，即一个采用图6的凸轮作为四冲程驱动模式用的凸轮，另一个采用如图10的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现二冲程驱动模式和二冲程制动模式的切换。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还可采用四冲程驱动模式、四冲程制动模式、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两个凸轮，即一个采用图5的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现四冲程驱动模式和四冲程制动模式的切换，另一个采用如图9的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现二冲程驱动模式和二冲程制动模式的切换；排气侧的凸轮可选择两个凸轮，即一个采用图6的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现四冲程驱动模式和四冲程制动模式的切换，另一个采用如图10的凸轮，通过气门控制机构和凸轮轴相位调节机构来实现二冲程驱动模式和二冲程制动模式的切换。
对于单一模式的不同工况下，如四冲程驱动模式，进气侧的凸轮选择图5，针对不同工况区域，采用两到三个不同凸轮轮廓的凸轮。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。
模式切换机构可采用多种结构。如模式切换机构设置在被锁定的部件上设置的切换通道内，并且沿着通道移动。通过电磁、液压、机械等机构调节其在通道内的位置，来控制被锁定的部件之间是否被锁定。如图1，第一模式切换机构901可以为一个切换销，在第一模式输入机构701中设置第一模式输入机构切换通道701c，在第一模式输出机构801中设置第一模式输出机构左侧切换通道801Ac。当该切换销同时处于第一模式输入机构切换通道701c和第一模式输出机构左侧切换通道801Ac中时，第一模式输入机构701和第一模式输出机构801处于锁定状态。当该切换销只处于第一模式输入机构切换通道701c或者第一模式输出机构左侧切换通道801Ac中时，第一模式输入机构701和第一模式输出机构801处于未锁定状态。再如图4，第二模式切换机构901可以采用一个切换销和具有活动弹簧座的复位弹簧。当切换销受到电磁、液压等驱动力的作用时，向左移动，压缩弹簧，从而使切换销伸入第一模式输出机构右侧切换通道801Bc中，此时，该切换销同时处于第一模式输出机构右侧切换通道801Bc和第二模式输入机构左侧切换通道702Ac中，第一模式输出机构801和第二模式输入机构702处于锁定状态。当切换销受到的驱动力消失时，切换销在复位弹簧的作用下，向右移动，离开第一模式输出机构右侧切换通道801Bc，从而该切换销只处于第二模式输入机构左侧切换通道702Ac中，第一模式输出机构801和第二模式输入机构702处于未锁定状态。
为了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，本发明的气门调节杠杆采用杠杆机构，气门调节杠杆的三个支点分别为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。根据实际需要还可包括复位弹簧。气门调节杠杆输入端设置在气门调节杠杆的中间支点上，气门调节杠杆输出端和气门调节杠杆调节端分别设置在气门调节杠杆的其他两个支点上，如图13和图14。还可以是气门调节杠杆输出端设置在气门调节杠杆的中间支点上，气门调节杠杆输入端和气门调节杠杆调节端分别设置在气门调节杠杆的其他两个支点上，或者是气门调节杠杆调节端设置在气门调节杠杆的中间支点上，气门调节杠杆输入端和气门调节杠杆输出端分别设置在气门调节杠杆的其他两个支点上。
气门控制机构可采用机械、电液、电磁、电机，或者电气机构作为控制机构，采用液压部件、调节轨道、调节杆，或者四杆机构作为执行机构。如气门控制机构可包括机械、电液、电磁、电机或者电气等控制部件和调节轨道，气门调节杠杆调节端同时与控制机构的输出端和调节轨道相接触，气门控制机构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被控制机构的输出端推动，沿着调节轨道运行。如图13和图14，气门控制机构可包括输出端采用调节凸轮的控制部件和调节轨道的机构，气门调节杠杆调节端同时与调节凸轮和调节轨道相接触，气门控制机构的控制机构改变调节凸轮的相位，从而实现气门调节杠杆调节端被调节凸轮推动，沿着调节轨道运行。气门控制机构还可包括机械、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的位置。气门控制机构还可包括机械、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。气门控制机构控制第一调节杆的旋转角度，气门调节杠杆调节端与第二调节杆、调节滑块或者它们中的一个的支杆相接触。或者气门控制机构控制调节滑块的移动量，气门调节杠杆调节端与第一调节杆、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。调节凸轮可以用推杆、杠杆的非固定支点或者偏心轮等代替。

Claims (7)

1.一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构，其特征是：它还包括凸轮轴(3)、气门控制机构、气门调节杠杆、模式输入机构、模式输出机构、模式切换机构；其中，气门驱动机构包括第一气门驱动机构(201)；凸轮轴(3)上设置有第一凸轮(301)和第二凸轮(302)；第一凸轮(301)具有一个凸起或者两个凸起，第二凸轮(302)具有一个凸起或者两个凸起；具有两个凸起的凸轮，两个凸起的型线相同，相位相差180°凸轮轴转角；气门控制机构包括第一气门控制机构(501)和第二气门控制机构(502)；气门调节杠杆包括第一气门调节杠杆(601)和第二气门调节杠杆(602)；第一气门调节杠杆(601)具有第一气门调节杠杆输入端(601a)、第一气门调节杠杆输出端(601b)和第一气门调节杠杆调节端(601c)；第二气门调节杠杆(602)具有第二气门调节杠杆输入端(602a)、第二气门调节杠杆输出端(602b)和第二气门调节杠杆调节端(602c)；模式输入机构包括第一模式输入机构(701)和第二模式输入机构(702)；第一模式输入机构(701)具有第一模式输入机构输入端(701a)、第一模式输入机构复位端(701k)、第一模式输入机构弹性复位支撑(701h)和第一模式输入机构支撑(701y)；第二模式输入机构(702)具有第二模式输入机构输入端(702a)、第二模式输入机构复位端(702k)、第二模式输入机构弹性复位支撑(702h)和第二模式输入机构支撑(702y)；模式输出机构包括第一模式输出机构(801)；第一模式输出机构(801)具有第一模式输出机构输出端(801b)、第一模式输出机构复位端(801k)、第一模式输出机构复位支撑(801h)和第一模式输出机构支撑(801y)；模式切换机构包括第一模式切换机构(901)和第二模式切换机构(902)；第一凸轮(301)直接或者通过传动机构驱动第一气门调节杠杆输入端(601a)；第一气门控制机构(501)直接或者通过传动机构调节第一气门调节杠杆调节端(601c)；第一气门调节杠杆输出端(601b)直接或者通过传动机构驱动第一模式输入机构输入端(701a)；第一模式输入机构复位端(701k)与第一模式输入机构弹性复位支撑(701h)相接触；第一模式输入机构(701)通过第一模式输入机构支撑(701y)与缸盖(1)相连接；第二凸轮(302)直接或者通过传动机构驱动第二气门调节杠杆输入端(602a)；第二气门控制机构(502)直接或者通过传动机构调节第二气门调节杠杆调节端(602c)；第二气门调节杠杆输出端(602b)直接或者通过传动机构驱动第二模式输入机构输入端(702a)；第二模式输入机构复位端(702k)与第二模式输入机构弹性复位支撑(702h)相接触；第二模式输入机构(702)通过第二模式输入机构支撑(702y)与缸盖(1)相连接；第一模式输出机构(801)通过第一模式输出机构支撑(801y)与缸盖(1)相连接；当气门完全关闭时，第一模式输出机构复位端(801k)与第一模式输出机构复位支撑(801h)相接触；第一模式输出机构输出端(801b)直接或者通过传动机构驱动第一气门驱动机构(201)；第一模式切换机构(901)决定第一模式输入机构(701)和第一模式输出机构(801)的锁定状态；第二模式切换机构(902)决定第二模式输入机构(702)和第一模式输出机构(801)的锁定状态。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，其特征是：增加气门驱动桥(10)和第二气门驱动机构(202)；第一模式输出机构输出端(801b)直接或者通过传动机构驱动气门驱动桥(10)，气门驱动桥(10)直接或者通过传动机构驱动第一气门驱动机构(201)和第二气门驱动机构(202)。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，其特征是：增加第二气门驱动机构(202)；增加第三凸轮(303)；增加第三气门控制机构(503)和第三气门调节杠杆(603)；第三气门调节杠杆(603)具有第三气门调节杠杆输入端(603a)、第三气门调节杠杆输出端(603b)和第三气门调节杠杆调节端(603c)；增加第三模式输入机构(703)，第三模式输入机构(703)具有第三模式输入机构输入端(703a)、第三模式输入机构输出端(703k)、第三模式输入机构弹性复位支撑(703h)和第三模式输入机构支撑(703y)；增加第二模式输出机构(802)；第二模式输出机构(802)具有第二模式输出机构输出端(802b)、第二模式输出机构复位端(802k)、第二模式输出机构复位支撑(802h)和第二模式输出机构支撑(802y)；增加第三模式切换机构(903)；第三凸轮(303)直接或者通过传动机构驱动第三气门调节杠杆输入端(603a)；第三气门控制机构(503)直接或者通过传动机构调节第三气门调节杠杆调节端(603c)；第三气门调节杠杆输出端(603b)直接或者通过传动机构驱动第三模式输入机构输入端(703a)；第三模式输入机构输出端(703k)与第三模式输入机构弹性复位支撑(703h)相接触；第三模式输入机构(703)通过第三模式输入机构支撑(703y)与缸盖(1)相连接；第二模式输出机构(802)通过第二模式输出机构支撑(802y)与缸盖(1)相连接；当气门完全关闭时，第二模式输出机构复位端(802k)与第二模式输出机构复位支撑(802h)相接触；第一模式切换机构(901)决定第一模式输入机构(701)和第一模式输出机构(801)的锁定状态；第二模式切换机构(902)决定第一模式输出机构(801)、第二模式输入机构(702)和第二模式输出机构(802)的锁定状态；第三模式切换机构(903)决定第三模式输入机构(703)和第二模式输出机构(802)的锁定状态；第二模式输出机构输出端(802b)直接或者通过传动机构驱动第二气门驱动机构(202)。
4.根据权利要求3所述的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，其特征是：增加第四模式切换机构(904)；第二模式切换机构(902)决定第一模式输出机构(801)和第二模式输入机构(702)的锁定状态；第四模式切换机构(904)决定第二模式输入机构(702)和第二模式输出机构(802)的锁定状态。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，其特征是：模式切换机构设置在被锁定的部件上设置的切换通道内，并且沿着通道移动。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型锁定式多模式可变气门驱动系统，其特征是：气门控制机构采用机械、电液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。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑型锁定式多模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。
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