CN106854999A - 一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法 - Google Patents

一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，属于内燃机气门驱动领域。它包括凸轮轴轴套、第一执行机构、第二执行机构、第一控制机构、第二控制机构、高压源、低压源等。凸轮轴轴套上设置有两个凸轮和两个切换槽。一套第一控制机构控制多个气缸的第一执行机构来实现这些气缸的凸轮轴轴套向左移动，一套第二控制机构控制多个气缸的第二执行机构来实现这些气缸的凸轮轴轴套向右移动，最终实现了两个凸轮之间的切换，极大地简化了系统结构，降低了成本。根据实际需要，采用不同的凸轮，实现内燃机不同工况或者不同模式运行的要求，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标。

Description

一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控 制方法
技术领域
本发明涉及一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，属于内燃机气门驱动领域。
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。
发动机实际应用领域不同，对发动机性能的要求不同，如对于单一模式的发动机，为满足不同工况换气等方面的性能要求，需要在单一模式的不同工况下采用不同的气门升程曲线。又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；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等；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；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等。这些车辆要求可变气门驱动系统需要具备上述相应的多种模式。此外，发动机成本和安装等要求可变气门驱动系统结构简单、成本低。因此，需要开发一款结构简单紧凑、控制容易、成本低廉，并且能够满足发动机单模式不同工况或者多模式要求的可变气门驱动系统。
发明内容
本发明的目的在于：通过设计一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，用于实现：(a)为了简化系统结构和控制方法，本发明采用一套第一控制机构驱动发动机多个气缸的第一执行机构来实现这些气缸的凸轮轴轴套向左移动，一套第二控制机构控制发动机多个气缸的第二执行机构来实现这些气缸的凸轮轴轴套向右移动，来最终实现这些气缸的凸轮轴轴套上的两个凸轮之间的切换；(b)为了简化控制过程，本发明的第一控制机构和第二控制机构的控制时刻与曲轴转角无关；(c)为了满足实际应用不同领域对气门驱动系统的要求，本发明只需要更换两个凸轮来满足单模式发动机不同工况的要求和多模式发动机不同模式的要求；(d)为了加快本发明实用化进程，各机构采用成熟技术。
本发明所采用的技术方案是：这种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法包括气门驱动机构。它还包括凸轮轴、凸轮轴轴套、执行机构、控制机构、高压源、低压源。凸轮轴轴套上设置有第一切换槽和第二切换槽。凸轮轴轴套上还设置有第一凸轮和第二凸轮。第一凸轮或者第二凸轮直接或者通过传动机构驱动气门驱动机构运动。凸轮轴轴套沿凸轮轴轴向移动。执行机构采用往复活塞式结构，包括第一执行机构和第二执行机构。第一执行机构包括第一执行机构驱动口和第一执行机构驱动销，第二执行机构包括第二执行机构驱动口和第二执行机构驱动销。控制机构包括第一控制机构和第二控制机构。第一控制机构包括第一控制机构高压口、第一控制机构低压口和第一控制机构驱动口，第二控制机构包括第二控制机构高压口、第二控制机构低压口和第二控制机构驱动口。第一执行机构驱动口与第一控制机构驱动口相连，第二执行机构驱动口与第二控制机构驱动口相连，第一控制机构高压口和第二控制机构高压口均与高压源相连，第一控制机构低压口和第二控制机构低压口均与低压源相连。第一控制机构不被激励时，第一控制机构高压口被堵塞，第一控制机构低压口与第一控制机构驱动口相连。第一控制机构被激励时，第一控制机构低压口被堵塞，第一控制机构高压口与第一控制机构驱动口相连。第二控制机构不被激励时，第二控制机构高压口被堵塞，第二控制机构低压口与第二控制机构驱动口相连。第二控制机构被激励时，第二控制机构低压口被堵塞，第二控制机构高压口与第二控制机构驱动口相连。
当前驱动气门驱动机构是第一凸轮，并且第一控制机构被激励，第二控制机构不被激励时，第一执行机构驱动销下行并且伸入第一切换槽内，推动凸轮轴轴套向左移动，驱动气门驱动机构由第一凸轮切换成第二凸轮。当前驱动气门驱动机构是第二凸轮，第一控制机构不被激励，第二控制机构被激励时，第二执行机构驱动销下行并且伸入第二切换槽内，推动凸轮轴轴套向右移动，驱动气门驱动机构由第二凸轮切换成第一凸轮。第一控制机构和第二控制机构均不被激励时，凸轮轴轴套不进行轴向移动。
发动机具有多个凸轮轴轴套。设置与凸轮轴轴套数量相等的第一执行机构这些第一执行机构的驱动口均与第一控制机构驱动口相连。设置与凸轮轴轴套数量相等的第二执行机构，这些第二执行机构的驱动口均与第二控制机构驱动口相连。
第一执行机构还包括第一执行机构复位弹簧，第二执行机构还包括第二执行机构复位弹簧。
第一执行机构还包括第一执行机构复位口，第二执行机构还包括第二执行机构复位口，第一控制机构还包括第一控制机构复位口，第二控制机构还包括第二控制机构复位口。第一执行机构复位口与第一控制机构复位口相连，第二执行机构复位口与第二控制机构复位口相连。第一控制机构不被激励时，第一控制机构高压口与第一控制机构复位口相连，第一控制机构低压口与第一控制机构驱动口相连。第一控制机构被激励时，第一控制机构低压口与第一控制机构复位口相连，第一控制机构高压口与第一控制机构驱动口相连。第二控制机构不被激励时，第二控制机构高压口与第二控制机构复位口相连，第二控制机构低压口与第二控制机构驱动口相连。第二控制机构被激励时，第二控制机构低压口与第二控制机构复位口相连，第二控制机构高压口与第二控制机构驱动口相连。
系统增加气门控制机构和气门调节机构。气门调节机构具有气门调节机构输入端、气门调节机构输出端和气门调节机构调节端。凸轮直接或通过传动机构驱动气门调节机构输入端，气门控制机构直接或通过传动机构调节气门调节机构调节端，气门调节机构输出端直接或通过传动机构驱动气门驱动机构。
系统增加一个气门驱动机构，即第一气门驱动机构和第二气门驱动机构，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第一气门驱动机构和第二气门驱动机构。
第一切换槽和第二切换槽完全分离，或者第一切换槽右侧过渡段和第二切换槽左侧过渡段相重合。
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)这种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，包括凸轮轴轴套、第一执行机构、第二执行机构、第一控制机构、第二控制机构、高压源、低压源等。凸轮轴轴套上设置有两个凸轮和两个切换槽；采用一套第一控制机构驱动发动机多个气缸的第一执行机构来实现这些气缸的凸轮轴轴套向左移动，一套第二控制机构控制多个气缸的第二执行机构来实现这些的凸轮轴轴套向右移动，最终实现多个气缸的凸轮轴轴套上的两个凸轮之间的切换，达到了简化系统结构和控制方法的目的；(b)本发明的第一控制机构和第二控制机构的控制时刻与曲轴转角无关，需要进行切换时，只需要根据切换方向来选择激励第一控制机构或者第二控制机构即可，极大地简化了控制过程；(c)根据对于实际应用领域的不同来更换凸轮，满足了单模式发动机不同工况的要求和多模式发动机不同模式的要求，这对于简化车辆改装极为有利；(d)各机构采用成熟技术，极大地加快本发明实用化进程。
附图说明
下面结合附图与实施例对本发明进三步说明。
图1是采用完全分离式切换槽和无复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图2是采用完全分离式切换槽和弹簧复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图3是采用完全分离式切换槽和液压复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图4是采用部分重合式切换槽和弹簧复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图5是采用完全分离式切换槽和弹簧复位机构的具有两个凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图6是具有气门调节机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图7是四冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。
图8是四冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。
图9是四冲程制动模式下进气门凸轮示意图。
图10是四冲程制动模式下排气门凸轮示意图。
图11是四冲程制动模式下排气门凸轮示意图。
图12是二冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。
图13是二冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。
图13是二冲程制动模式下进气门凸轮示意图。
图14是二冲程制动模式下排气门凸轮示意图。
图15是具有气门驱动桥的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图16是具有两组凸轮的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段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；2-1、一号气门驱动机构；2-2、二号气门驱动机构；2A、左侧气门驱动机构；2B、右侧气门驱动机构；3、凸轮轴；3-1、一号凸轮轴；3-2、二号凸轮轴；401、第一凸轮；402、第二凸轮；404、第一切换槽；405、第二切换槽；401-1、一号第一凸轮；402-1、一号第二凸轮；401A、左侧第一凸轮；402A、左侧第二凸轮；401B、右侧第一凸轮；402B、右侧第二凸轮；404-1、一号第一切换槽；405-1、一号第二切换槽；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；501、第一执行机构；501a、第一执行机构驱动口；501b、第一执行机构切换销；501k、第一执行机构复位弹簧；501h、第一执行机构复位口；502、第二执行机构；502a、第二执行机构驱动口；502b、第二执行机构切换销；502k、第二执行机构复位弹簧；502h、第二执行机构复位口；501-1、一号第一执行机构；501a-1、一号第一执行机构驱动口；501b-1、一号第一执行机构切换销；501k-1、一号第一执行机构复位弹簧；502-1、一号第二执行机构；502a-1、一号第二执行机构驱动口；502b-1、一号第二执行机构切换销；502k-1、一号第二执行机构复位弹簧；501-2、二号第一执行机构；501a-2、二号第一执行机构驱动口；501b-2、二号第一执行机构切换销；501k-2、二号第一执行机构复位弹簧；502-2、二号第二执行机构；502a-2、二号第二执行机构驱动口；502b-2、二号第二执行机构切换销；502k-2、二号第二执行机构复位弹簧；601、第一控制机构；601a、第一控制机构驱动口；601p、第一控制机构高压口；601t、第一控制机构低压口；601h、第一控制机构复位口；602、第二控制机构；602a、第二控制机构驱动口；602p、第二控制机构高压口；602t、第二控制机构低压口；602h、第二控制机构复位口；7、高压源；8、低压源；901、第一共轨腔；902、第二共轨腔；10、气门控制机构；11、气门调节机构；11a、气门调节机构输入端；11b、气门调节机构输出端；11c、气门调节机构调节端；12、气门驱动桥。
具体实施方式
本发明涉及一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法。这种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法包括气门驱动机构2。它还包括凸轮轴3、凸轮轴轴套4、执行机构、控制机构、高压源7、低压源8。凸轮轴轴套4上设置有第一切换槽404和第二切换槽405。凸轮轴轴套4上还设置有第一凸轮401和第二凸轮402。第一凸轮401或者第二凸轮402直接或者通过传动机构驱动气门驱动机构2运动。凸轮轴轴套4沿凸轮轴3轴向移动。执行机构采用往复活塞式结构，包括第一执行机构501和第二执行机构502。图1是采用完全分离式切换槽和无复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。第一执行机构501包括第一执行机构驱动口501a和第一执行机构驱动销501b，第二执行机构502包括第二执行机构驱动口502a和第二执行机构驱动销502b。控制机构包括第一控制机构601和第二控制机构602。第一控制机构601包括第一控制机构高压口601p、第一控制机构低压口601t和第一控制机构驱动口601a，第二控制机构602包括第二控制机构高压口602p、第二控制机构低压口602t和第二控制机构驱动口602a。第一执行机构驱动口501a与第一控制机构驱动口601a相连，第二执行机构驱动口502a与第二控制机构驱动口602a相连，第一控制机构高压口601p和第二控制机构高压口602p均与高压源7相连，第一控制机构低压口601t和第二控制机构低压口602t均与低压源8相连。第一控制机构601不被激励时，第一控制机构高压口601p被堵塞，第一控制机构低压口601t与第一控制机构驱动口601a相连。第一控制机构601被激励时，第一控制机构低压口601t被堵塞，第一控制机构高压口601p与第一控制机构驱动口601a相连。第二控制机构602不被激励时，第二控制机构高压口602p被堵塞，第二控制机构低压口602t与第二控制机构驱动口602a相连。第二控制机构602被激励时，第二控制机构低压口602t被堵塞，第二控制机构高压口602p与第二控制机构驱动口602a相连。
当前驱动气门驱动机构2是第一凸轮401，并且第一控制机构601被激励，第二控制机构602不被激励时，第一执行机构驱动销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，驱动气门驱动机构2由第一凸轮401切换成第二凸轮402。当前驱动气门驱动机构2是第二凸轮402，第一控制机构601不被激励，第二控制机构602被激励时，第二执行机构驱动销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，驱动气门驱动机构2 由第二凸轮402切换成第一凸轮401。第一控制机构601和第二控制机构602均不被激励时，凸轮轴轴套4不进行轴向移动。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是采用完全分离式切换槽和弹簧复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。第一执行机构501还包括第一执行机构复位弹簧501k，第二执行机构502还包括第二执行机构复位弹簧502k。
图3是采用完全分离式切换槽和液压复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。第一执行机构501还包括第一执行机构复位口501h，第二执行机构502还包括第二执行机构复位口502h，第一控制机构601还包括第一控制机构复位口601h，第二控制机构602还包括第二控制机构复位口602h。第一执行机构复位口501h与第一控制机构复位口601h相连，第二执行机构复位口502h与第二控制机构复位口602h相连。第一控制机构601不被激励时，第一控制机构高压口601p与第一控制机构复位口601h相连，第一控制机构低压口601t与第一控制机构驱动口601a相连。第一控制机构601被激励时，第一控制机构低压口601t与第一控制机构复位口601h相连，第一控制机构高压口601p与第一控制机构驱动口601a相连。第二控制机构602不被激励时，第二控制机构高压口602p与第二控制机构复位口602h相连，第二控制机构低压口602t与第二控制机构驱动口602a相连。第二控制机构602被激励时，第二控制机构低压口602t与第二控制机构复位口602h相连，第二控制机构高压口602p与第二控制机构驱动口602a相连。
第一切换槽404和第二切换槽405完全分离，如图1。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。图4是采用部分重合式切换槽和弹簧复位机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。
图5是采用完全分离式切换槽和弹簧复位机构的具有两个凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。系统包括四套液压执行机构、两套液压控制机构、高压源7和低压源8。液压执行机构包括一号第一执行机构501-1和一号第二执行机构502-1、二号第一执行机构501-2和二号第二执行机构502-2。一号第一执行机构501-1包括一号第一执行机构驱动口501a-1、一号第一执行机构驱动销501b-1和一号第一执行机构复位弹簧501k-1。一号第二执行机构502-1包括一号第二执行机构驱动口502a-1、一号第二执行机构驱动销502b-1和一号第二执行机构复位弹簧502k-1。二号第一执行机构501-2包括二号第一执行机构驱动口501a-2、二号第一执行机构驱动销501b-2和二号第一执行机构复位弹簧501k-2。二号第二执行机构502-2包括二号第二执行机构驱动口502a-2、二号第二执行机构驱动销502b-2和二号第二执行机构复位弹簧502k-2。液压控制机构包括第一控制机构601和第二控制机构602。其中，第一控制机构601包括第一控制机构高压口601p、第一控制机构低压口601t和第一控制机构驱动口601a。第二控制机构602包括第二控制机构高压口602p、第二控制机构低压口602t和第二控制机构驱动口602a。一号第一执行机构驱动口501a-1和二号第一执行机构驱动口501a-2均直接或者通过第一共轨腔901与第一控制机构驱动口601a相连。一号第二执行机构驱动口502a-1和二号第二执行机构驱动口502a-2均直接或者通过第二共轨腔902与第二控制机构驱动口602a相连。第一控制机构高压口601p和第二控制机构高压口602p均与高压源7相连。第一控制机构低压口601t和第二控制机构低压口602t均与低压源8相连。第一控制机构601不被激励时，第一控制机构高压口601p被堵塞，第一控制机构低压口601t与第一控制机构驱动口601a相连。第一控制机构601被激励时，第一控制机构低压口601t被堵塞，第一控制机构高压口601p与第一控制机构驱动口601a相连。第二控制机构602不被激励时，第二控制机构高压口502p被堵塞，第二控制机构低压口602t与第二控制机构驱动口602a相连。第二控制机构602被激励时，第二控制机构低压口602t被堵塞，第二控制机构高压口502p与第二控制机构驱动口602a相连。当前驱动一号气门调节机构输入端7a-1的是一号第一凸轮401-1，驱动二号气门调节机构输入端7a-2的是二号第一凸轮401-2，并且第一控制机构601被激励，第二控制机构602不被激励时，一号第一执行机构驱动销501b-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，驱动一号气门调节机构输入端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，二号第一执行机构驱动销501b-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，驱动二号气门调节机构输入端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机构输入端7a-1的是一号第二凸轮402-1，驱动二号气门调节机构输入端7a-2的是二号第二凸轮402-2，并且第一控制机构601不被激励，第二控制机构602被激励时，一号第二执行机构驱动销502b-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，驱动一号气门调节机构输入端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，二号第二执行机构驱动销502b-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，驱动二号气门调节机构输入端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控制机构601和一套第二控制机构602，以及需要与凸轮轴轴套数量相等的第一执行机构501，这些第一执行机构501的驱动口均直接或者通过第一共轨腔901与第一控制机构驱动口601a相连；需要与凸轮轴轴套数量相等的第二执行机构502，这些第二执行机构502的驱动口均直接或者通过第二共轨腔902与第二控制机构驱动口602a相连。第一控制机构601控制所有的第一执行机构501同步运行，实现所有的凸轮轴轴套4的同步向左移动；第二控制机构602控制所有的第二执行机构502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。
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，本发明可搭配液压式或者机械式等多种不同的气门控制机构。图6是具有气门调节机构的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。气门调节机构11包括气门调节机构输入端11a、气门调节机构输出端11b和气门调节机构调节端11c。凸轮直接或者通过传动机构驱动气门调节机构输入端11a，气门控制机构10直接或者通过传动机构调节气门调节机构调节端11c，气门调节机构输出端11b直接或者通过传动机构驱动气门驱动机构2。气门调节机构11采用液压式机构、杠杆机构或者四杆机构。气门控制机构10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。
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7是四冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。图8是四冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。图9是四冲程制动模式下进气门凸轮示意图。图10是四冲程制动模式下排气门凸轮示意图。图11是二冲程驱动模式下进气门凸轮示意图。图12是二冲程驱动模式下排气门凸轮示意图。图13是二冲程制动模式下进气门凸轮示意图。图14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7和图11，排气侧的凸轮选择图8和图12。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7和图13，排气侧的凸轮选择图8和图14。
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，通过增加气门控制机构和气门调节机构单独或者与设置在凸轮轴上的凸轮轴相位调节机构相配合来为驱动模式和制动模式下的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7的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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13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8的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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14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7的凸轮作为四冲程驱动模式用的凸轮，另一个采用如图11的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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8的凸轮作为四冲程驱动模式用的凸轮，另一个采用如图12的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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7的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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11的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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8的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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12的凸轮，通过气门控制机构、气门调节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7。在不同工况下，选择两个不同凸轮，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。
此外，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，在低速下可采用两个具有不同凸轮型线的凸轮分别驱动两个进气门；对于具有气门调节机构的系统，可采用两套具有不同调节量的气门控制机构来分别驱动两个进气门。
图15是具有气门驱动桥的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统示意图。系统直接气门驱动桥12。增加一个气门驱动机构2，即采用第一气门驱动机构201和第二气门驱动机构202。凸轮先直接或者通过传动机构，再通过气门驱动桥12，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。
图16是具有两组凸轮的单凸轮轴轴套的集约型液压轴向移动式两阶段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 (10)

1.一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，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)、执行机构、控制机构、高压源(7)、低压源(8)；凸轮轴轴套(4)上设置有第一切换槽(404)和第二切换槽(405)；凸轮轴轴套(4)上还设置有第一凸轮(401)和第二凸轮(402)；第一凸轮(401)或者第二凸轮(402)直接或者通过传动机构驱动气门驱动机构(2)运动；凸轮轴轴套(4)沿凸轮轴(3)轴向移动；执行机构采用往复活塞式结构，包括第一执行机构(501)和第二执行机构(502)；第一执行机构(501)包括第一执行机构驱动口(501a)和第一执行机构驱动销(501b)，第二执行机构(502)包括第二执行机构驱动口(502a)和第二执行机构驱动销(502b)；控制机构包括第一控制机构(601)和第二控制机构(602)；第一控制机构(601)包括第一控制机构高压口(601p)、第一控制机构低压口(601t)和第一控制机构驱动口(601a)，第二控制机构(602)包括第二控制机构高压口(602p)、第二控制机构低压口(602t)和第二控制机构驱动口(602a)；第一执行机构驱动口(501a)与第一控制机构驱动口(601a)相连，第二执行机构驱动口(502a)与第二控制机构驱动口(602a)相连，第一控制机构高压口(601p)和第二控制机构高压口(602p)均与高压源(7)相连，第一控制机构低压口(601t)和第二控制机构低压口(602t)均与低压源(8)相连；第一控制机构(601)不被激励时，第一控制机构高压口(601p)被堵塞，第一控制机构低压口(601t)与第一控制机构驱动口(601a)相连；第一控制机构(601)被激励时，第一控制机构低压口(601t)被堵塞，第一控制机构高压口(601p)与第一控制机构驱动口(601a)相连；第二控制机构(602)不被激励时，第二控制机构高压口(602p)被堵塞，第二控制机构低压口(602t)与第二控制机构驱动口(602a)相连；第二控制机构(602)被激励时，第二控制机构低压口(602t)被堵塞，第二控制机构高压口(602p)与第二控制机构驱动口(602a)相连。
2.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：当前驱动气门驱动机构(2)是第一凸轮(401)，并且第一控制机构(601)被激励，第二控制机构(602)不被激励时，第一执行机构驱动销(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，驱动气门驱动机构(2)由第一凸轮(401)切换成第二凸轮(402)；当前驱动气门驱动机构(2)是第二凸轮(402)，第一控制机构(601)不被激励，第二控制机构(602)被激励时，第二执行机构驱动销(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，驱动气门驱动机构(2)由第二凸轮(402)切换成第一凸轮(401)；第一控制机构(601)和第二控制机构(602)均不被激励时，凸轮轴轴套(4)不进行轴向移动。
3.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：发动机具有多个凸轮轴轴套(4)；设置与凸轮轴轴套数量相等的第一执行机构(501)；这些第一执行机构(501)的驱动口均与第一控制机构驱动口(601a)相连；设置与凸轮轴轴套数量相等的第二执行机构(502)；这些第二执行机构(502)的驱动口均与第二控制机构驱动口(602a)相连。
4.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：第一执行机构(501)还包括第一执行机构复位弹簧(501k)，第二执行机构(502)还包括第二执行机构复位弹簧(502k)。
5.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：第一执行机构(501)还包括第一执行机构复位口(501h)，第二执行机构(502)还包括第二执行机构复位口(502h)，第一控制机构(601)还包括第一控制机构复位口(601h)，第二控制机构(602)还包括第二控制机构复位口(602h)；第一执行机构复位口(501h)与第一控制机构复位口(601h)相连，第二执行机构复位口(502h)与第二控制机构复位口(602h)相连；第一控制机构(601)不被激励时，第一控制机构高压口(601p)与第一控制机构复位口(601h)相连，第一控制机构低压口(601t)与第一控制机构驱动口(601a)相连；第一控制机构(601)被激励时，第一控制机构低压口(601t)与第一控制机构复位口(601h)相连，第一控制机构高压口(601p)与第一控制机构驱动口(601a)相连；第二控制机构(602)不被激励时，第二控制机构高压口(602p)与第二控制机构复位口(602h)相连，第二控制机构低压口(602t)与第二控制机构驱动口(602a)相连；第二控制机构(602)被激励时，第二控制机构低压口(602t)与第二控制机构复位口(602h)相连，第二控制机构高压口(602p)与第二控制机构驱动口(602a)相连。
6.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：增加气门控制机构(10)和气门调节机构(11)；气门调节机构(11)具有气门调节机构输入端(11a)、气门调节机构输出端(11b)和气门调节机构调节端(11c)；凸轮直接或通过传动机构驱动气门调节机构输入端(11a)，气门控制机构(10)直接或通过传动机构调节气门调节机构调节端(11c)，气门调节机构输出端(11b)直接或通过传动机构驱动气门驱动机构(2)。
7.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：增加一个气门驱动机构(2)，即第一气门驱动机构(201)和第二气门驱动机构(202)，增加气门驱动桥(12)；凸轮先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥(12)最后分别直接或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)。
8.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：第一切换槽(404)和第二切换槽(405)完全分离，或者第一切换槽(404)右侧过渡段和第二切换槽(405)左侧过渡段相重合。
9.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，其特征是：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)。
10.根据权利要求1所述的一种集约型液压轴向移动式两阶段可变气门驱动系统及其控制方法，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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