CN107060940A - 一种多模式气门驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种多模式气门驱动系统，属于发动机气门驱动、变冲程及辅助制动领域。它的进排气侧均设置有凸轮轴和轴套，在每个轴套上均设置有四冲程驱动凸轮、二冲程制动凸轮、二冲程驱动凸轮以及两个切换槽。进气侧采用三个切换组件，排气侧采用四个切换组件。通过控制各切换组件的状态，实现四冲程驱动、二冲程制动和二冲程驱动三种模式的灵活切换，达到高动力、低油耗、低排放和高效制动。本发明结构简单紧凑、可靠性高、成本低廉；各模式间无缝切换，满足车辆响应性。

Description

一种多模式气门驱动系统

技术领域

本发明涉及一种多模式气门驱动系统，属于发动机气门驱动、变冲程及辅助制动领域。

背景技术

随着发动机保有量的急剧增加，能源与环境、行车安全等问题已成为制约人类社会的可持续发展的重大问题之一。越来越多的国家不断降低发动机的油耗和排放限值，并且将辅助制动系统列为重型货车、客车、专项作业车、危险品运输货车等车辆必备的附件之一。

因其能够有效提高发动机的动力输出，降低油耗和排放，变冲程技术备受关注。发动机小型化（down-size）和低速化（down-speed）已成为公认的节能减排的发展趋势，但是，发动机辅助制动时，缸径越小，转速越低，制动效果越差。道路状况的改善以及车辆低摩擦和流线型设计的应用在降低车辆油耗的同时，不断减弱车辆自身制动能力。

针对上述问题，提出了在驱动-制动全工况范围内分区优化发动机性能的多模式发动机。在低速大扭矩驱动工况下，采用二冲程驱动模式，以满足动力性要求；在其他驱动工况下，采用四冲程驱动模式，以满足低油耗和低排放的要求；在车辆制动工况下，采用二冲程制动模式，以满足高效制动要求。多模式发动机的实现关键在于可实现发动机四冲程驱动模式、二冲程驱动模式和二冲程制动模式灵活切换的多模式气门驱动系统的开发。

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、结构紧凑且满足多模式发动机要求的气门驱动系统势在必行。

发明内容

本发明的目的在于：通过设计一种多模式气门驱动系统，用于实现：（a）为了达到发动机高动力、低油耗、低排放和高效制动的运行，需要气门驱动系统实现四冲程驱动模式、二冲程制动模式、二冲程驱动等多种模式。（b）为了满足车辆对响应性的要求，尤其是二冲程驱动模式与四冲程驱动模式之间需要响应快速且动力输出连续，这要求各模式之间要做到无缝切换。（c）为了拓展应用范围，需要针对不同机型，提供不同的备选方案。（d）为了满足市场需求，需要气门驱动系统实现结构简单紧凑、工作可靠、成本低廉等；为了提高零部件的通用性和可更换性，需要将各组件采用标准件或者设计成独立模块。

本发明所采用的技术方案是：这种多模式气门驱动系统包括进气门组件、排气门组件、进气摇臂、排气摇臂、进气摇臂支点和排气摇臂支点。它还包括设置在进气凸轮轴上的进气轴套以及设置在排气凸轮轴上的排气轴套。进气轴套上设置有进气二冲程制动凸轮、进气四冲程驱动凸轮、进气二冲程驱动凸轮、进气第一切换槽和进气第二切换槽。排气轴套上设置有排气二冲程制动凸轮、排气四冲程驱动凸轮、排气二冲程驱动凸轮、排气第一切换槽和排气第二切换槽。它还包括七个切换组件，即第一切换组件、第二切换组件、第三切换组件、第四切换组件、第五切换组件、第六切换组件和第七切换组件。进气摇臂与进气摇臂支点相接触，排气摇臂与排气摇臂支点相接触，进气摇臂驱动进气门组件，排气摇臂驱动排气门组件。在二冲程制动模式下，进气摇臂与进气二冲程制动凸轮相接触。排气摇臂与排气二冲程制动凸轮相接触。在四冲程驱动模式下，进气摇臂与进气四冲程驱动凸轮相接触。排气摇臂与排气四冲程驱动凸轮相接触。在二冲程驱动模式下，进气摇臂与进气二冲程驱动凸轮相接触。排气摇臂与排气二冲程驱动凸轮相接触。四冲程驱动模式向二冲程制动模式切换时，第一切换组件和第四切换组件工作。四冲程驱动模式向二冲程驱动模式切换时，第三切换组件和第五切换组件工作。二冲程制动模式向四冲程驱动模式切换时，第二切换组件和第七切换组件工作。二冲程驱动模式向四冲程驱动模式切换时，第二切换组件和第六切换组件工作。切换组件至少包括可伸缩的销。销的伸缩状态由电磁、液压或气体控制。切换组件工作时，销伸出；切换组件不工作时，销保持缩回状态。摇臂和气门组件增设可变气门机构。凸轮直接或通过挺杆和推杆与摇臂接触。

本发明的有益效果是：这种多模式气门驱动系统主要包括可轴向移动的并且分别设置有二冲程制动凸轮、四冲程驱动凸轮、二冲程驱动凸轮和两个侧切换槽的进气和排气轴套、以及七个切换组件等。（a）通过控制各切换组件的状态，实现四冲程驱动模式、二冲程制动模式和二冲程驱动模式，达到高动力、低油耗、低排放和高效制动。（b）各模式间无缝切换，满足车辆对响应性的要求，这对二冲程驱动模式与四冲程驱动模式之间切换时满足响应快速且动力输出连续至关重要。（c）通过摇臂和气门组件增设可变气门机构，从而在每种模式下实现了可变气门事件，最终实现了发动机在驱动-制动全工况范围内更好的高动力输出、低油耗、低排放和高效制动的效果；针对不同机型，提供电磁、液压或气动等多种方式控制切换组件，应用范围广。（d）各部件采用集成设计，系统结构紧凑；各组件采用标准件或者被设计成独立模块，如切换组件，提高了零部件的通用性和可更换性。（e）液压或气体控制的方案中，油路布置紧凑并且降低了加工难度。系统结构简单紧凑、可靠性高、成本低廉、短期内实用化潜力高，具有良好的应用前景。

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是多模式气门驱动系统第一方案示意图。

图2是第一方案进气轴套展开示意图。

图3是第一方案排气轴套展开示意图。

图4是多模式气门驱动系统第二方案示意图。

图5是第二方案进气轴套展开示意图。

图6是第二方案排气轴套展开示意图。

图7是多模式气门驱动系统第三方案示意图。

图中：11、进气凸轮轴；12、排气凸轮轴；21、进气轴套；211、进气二冲程制动凸轮；212、进气四冲程驱动凸轮；213、进气二冲程驱动凸轮；214、进气第一切换槽；215、进气第二切换槽；22、排气轴套；221、排气二冲程制动凸轮；222、排气四冲程驱动凸轮；223、排气二冲程驱动凸轮；224、排气第一切换槽；225、排气第二切换槽；301、进气摇臂；302、排气摇臂；401、进气摇臂支点；402、排气摇臂支点；5、进气门组件；6、排气门组件；701、第一切换组件；702、第二切换组件；703、第三切换组件；704、第四切换组件；705、第五切换组件；706、第六切换组件；707、第七切换组件；8、固定件；811、第一油路；812、第二油路；813、第三油路；814、第四油路；815、第五油路；9、气门桥；10、可变气门机构。

具体实施方式

本发明涉及一种多模式气门驱动系统。图1、图4和图7分别是本系统的三种实施方案的示意图。它包括进气门组件5、排气门组件6、进气摇臂301、排气摇臂302、进气摇臂支点401和排气摇臂支点402。它还包括设置在进气凸轮轴11上的进气轴套21以及设置在排气凸轮轴12上的排气轴套22。进气轴套21上设置有进气二冲程制动凸轮211、进气四冲程驱动凸轮212、进气二冲程驱动凸轮213、进气第一切换槽214和进气第二切换槽215。排气轴套22上设置有排气二冲程制动凸轮221、排气四冲程驱动凸轮222、排气二冲程驱动凸轮223、排气第一切换槽224和排气第二切换槽225。它还包括七个切换组件，即第一切换组件701、第二切换组件702、第三切换组件703、第四切换组件704、第五切换组件705、第六切换组件706和第七切换组件707。进气摇臂301与进气摇臂支点401相接触，排气摇臂302与排气摇臂支点402相接触，进气摇臂301驱动进气门组件5，排气摇臂302驱动排气门组件6。在二冲程制动模式下，进气摇臂301与进气二冲程制动凸轮211相接触。排气摇臂302与排气二冲程制动凸轮221相接触。在四冲程驱动模式下，进气摇臂301与进气四冲程驱动凸轮212相接触。排气摇臂302与排气四冲程驱动凸轮222相接触。在二冲程驱动模式下，进气摇臂301与进气二冲程驱动凸轮213相接触。排气摇臂302与排气二冲程驱动凸轮223相接触。摇臂和气门组件可增设气门桥，从而满足同名气门连线与曲轴中心线呈较大角度的情况，如图4。摇臂和气门组件还可增设可变气门机构，如图4。在每种模式下实现了可变气门事件，最终实现了发动机在驱动-制动全工况范围内更好的高动力输出、低油耗、低排放和高效制动的效果。此外，凸轮直接或通过挺杆和推杆与摇臂接触。

切换组件至少包括可伸缩的销。销的伸缩状态由电磁、液压或气体控制。切换组件工作时，销伸出；切换组件不工作时，销保持缩回状态。定义：第N切换组件70N对应的销为销N（N取1、2……7）。

根据待切换的两种模式所采用的凸轮的公共基圆段，确定最大可切换区间。根据凸轮与后续部件的接触点（凸轮输出点）的周向位置、凸轮轴的旋转方向以及切换机构的周向位置，确定切换槽的切换区间。所述任意一种条件改变时，需要调节其他条件。因此，在实际情况下，需要根据实际机型来确定凸轮的公共基圆段、凸轮轴的旋转方向和凸轮输出点的周向位置，调整切换槽的切换区间和切换机构的周向位置。本发明列出的实施方案中，进气凸轮轴11逆时针旋转，排气凸轮轴12顺时针旋转，切换组件的周向位置采用两种不同的方案，图2和图3分别是系统采用第一和第三方案时，进气轴套21和排气轴套22的展开示意图。图5和图6分别是系统采用第二方案时，进气轴套21和排气轴套22的展开示意图。

注意：系统示意图中，向着纸面外部移动为向左移动，反之为向右移动。

四冲程驱动模式向二冲程制动模式切换时，第一切换组件701和第四切换组件704工作。销1伸出到进气第二切换槽215内，随着进气凸轮轴11的旋转，销1推动进气轴套21向左移动，驱动进气摇臂301的凸轮由进气四冲程驱动凸轮212切换成进气二冲程制动凸轮211。销4伸出到排气第二切换槽225内，随着排气凸轮轴12的旋转，销4推动排气轴套22向左移动，驱动排气摇臂302的凸轮由排气四冲程驱动凸轮222切换成排气二冲程制动凸轮221。

四冲程驱动模式向二冲程驱动模式切换时，第三切换组件703和第五切换组件705工作。销3伸出到进气第一切换槽214内，随着进气凸轮轴11的旋转，销3推动进气轴套21向右移动，驱动进气摇臂301的凸轮由进气四冲程驱动凸轮212切换成进气二冲程驱动凸轮213。销5伸出到排气第一切换槽224内，随着排气凸轮轴12的旋转，销5推动排气轴套22向右移动，驱动排气摇臂302的凸轮由排气四冲程驱动凸轮222切换成排气二冲程驱动凸轮223。

二冲程制动模式向四冲程驱动模式切换时，第二切换组件702和第七切换组件707工作。销2伸出到进气第一切换槽214内，随着进气凸轮轴11的旋转，销2推动进气轴套21向右移动，驱动进气摇臂301的凸轮由进气二冲程制动凸轮211切换成进气四冲程驱动凸轮212。销7伸出到排气第一切换槽224内，随着排气凸轮轴12的旋转，销7推动排气轴套22向右移动，驱动排气摇臂302的凸轮由排气二冲程制动凸轮221切换成排气四冲程驱动凸轮222。

二冲程驱动模式向四冲程驱动模式切换时，第二切换组件702和第六切换组件706工作。销2伸出到进气第二切换槽215内，随着进气凸轮轴11的旋转，销2推动进气轴套21向左移动，驱动进气摇臂301的凸轮由进气二冲程驱动凸轮213切换成进气四冲程驱动凸轮212。销6伸出到排气第二切换槽225内，随着排气凸轮轴12的旋转，销6推动排气轴套22向左移动，驱动排气摇臂302的凸轮由排气二冲程驱动凸轮223切换成排气四冲程驱动凸轮222。

由上述可见，通过控制各切换组件的状态，实现四冲程驱动模式、二冲程制动模式和二冲程驱动模式，达到高动力、低油耗、低排放和高效制动。当切换组件工作，相应的销伸出到切换槽内后，模式间切换在一个循环内完成。因此，实现了各模式间无缝切换，满足车辆对响应性的要求，这对二冲程驱动模式与四冲程驱动模式之间切换时满足响应快速且动力输出连续至关重要。

图7为切换机构采用液压或气体控制的方案。此时，切换组件为传统柱塞偶件。第一切换组件701和第四切换组件704一起工作，因此，采用第一油路811与第一切换组件701和第四切换组件704相连，采用一个控制阀控制第一油路811的压力。第三切换组件703和第五切换组件705一起工作，因此，采用第三油路813与第三切换组件703和第五切换组件705的驱动腔相连，采用一个控制阀控制第三油路813的压力。第二切换组件702和第七切换组件707或者和第六切换组件706工作，因此，采用第二油路812与第二切换组件702相连，第五油路815与第七切换组件707相连，第四油路814与第六切换组件706相连；采用两个或者三个控制阀对上述三条油路进行控制。采用三个控制阀时，三条油路相互独立，分别右各自的控制阀进行控制；采用两个控制阀时，第一控制阀控制第二油路812，第二控制阀选择第二油路812与第五油路815或者第二油路812与第四油路814相连的状态。这次方案中，油路布置紧凑并且降低了加工难度；切换机构采用独立模块，提高了零部件的通用性和可更换性。

系统结构简单紧凑、可靠性高、成本低廉、短期内实用化潜力高，具有良好的应用前景。

Claims (4)

1.一种多模式气门驱动系统，它包括进气门组件（5）、排气门组件（6）、进气摇臂（301）、排气摇臂（302）、进气摇臂支点（401）和排气摇臂支点（402），其特征是：它还包括设置在进气凸轮轴（11）上的进气轴套（21）以及设置在排气凸轮轴（12）上的排气轴套（22）；所述进气轴套（21）上设置有进气二冲程制动凸轮（211）、进气四冲程驱动凸轮（212）、进气二冲程驱动凸轮（213）、进气第一切换槽（214）和进气第二切换槽（215）；所述排气轴套（22）上设置有排气二冲程制动凸轮（221）、排气四冲程驱动凸轮（222）、排气二冲程驱动凸轮（223）、排气第一切换槽（224）和排气第二切换槽（225）；它还包括七个切换组件，即第一切换组件（701）、第二切换组件（702）、第三切换组件（703）、第四切换组件（704）、第五切换组件（705）、第六切换组件（706）和第七切换组件（707）；所述进气摇臂（301）与进气摇臂支点（401）相接触，排气摇臂（302）与排气摇臂支点（402）相接触，进气摇臂（301）驱动进气门组件（5），排气摇臂（302）驱动排气门组件（6）；在二冲程制动模式下，进气摇臂（301）与进气二冲程制动凸轮（211）相接触；排气摇臂（302）与排气二冲程制动凸轮（221）相接触；在四冲程驱动模式下，进气摇臂（301）与进气四冲程驱动凸轮（212）相接触；排气摇臂（302）与排气四冲程驱动凸轮（222）相接触；在二冲程驱动模式下，进气摇臂（301）与进气二冲程驱动凸轮（213）相接触；排气摇臂（302）与排气二冲程驱动凸轮（223）相接触；四冲程驱动模式向二冲程制动模式切换时，第一切换组件（701）和第四切换组件（704）工作；四冲程驱动模式向二冲程驱动模式切换时，第三切换组件（703）和第五切换组件（705）工作；二冲程制动模式向四冲程驱动模式切换时，第二切换组件（702）和第七切换组件（707）工作；二冲程驱动模式向四冲程驱动模式切换时，第二切换组件（702）和第六切换组件（706）工作。

2.根据权利要求1所述的一种多模式气门驱动系统，其特征是：所述切换组件至少包括可伸缩的销；所述销的伸缩状态由电磁、液压或气体控制；切换组件工作时，销伸出；切换组件不工作时，销保持缩回状态。

3.根据权利要求1所述的一种多模式气门驱动系统，其特征是：所述摇臂和气门组件增设可变气门机构。

4.根据权利要求1所述的一种多模式气门驱动系统，其特征是：所述凸轮直接或通过挺杆和推杆与摇臂接触。