CN107842407A - 一种可实现2/4冲程互换的可变气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可实现2/4冲程互换的可变气门机构，包括一个具有两种型线的凸轮、分别对应两种型线的两个摇臂、分别用于驱动两个摇臂的两个直线往复装置以及带有预紧弹簧的气门；通过分别调节两个直线往复装置对两个摇臂的作用力大小和方向，可以同时实现2/4冲程可变和气门升程可变。本发明不需要在每一个工作循环下都对系统进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低发动机成本并提高元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。

Description

一种可实现2/4冲程互换的可变气门机构
技术领域
本发明属于发动机可变气门技术领域，尤其是涉及一种可实现2/4冲程互换的可变气门机构。
背景技术
内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的排放法规。传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术控制排放，降低油耗。
可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者主要改变机械结构，因此结构简单，响应速度快，但是因为保留了凸轮，其气门只是相对可变，并不能任意可变。而无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程及持续期。就驱动方式来分，无凸轮配气技术分为电磁驱动、电气驱动、电机驱动、电液驱动等方式。相对于电磁驱动的能耗大，电气驱动的响应速度低及不稳定，电机驱动的系统复杂等缺点，电液驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度较快。然而它也有不可避免的缺点：高转速下液压系统流量不够，气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大。因此主要用于柴油机这种转速较低的发动机上，除此之外，还必须要采用昂贵的电液伺服系统及相对复杂的控制技术来精确的控制气门行程避免落座冲击，大大增加了发动机的成本。因此，需要针对发动机具体的用途来采用合适的可变气门技术。
已经公知的是，如发明专利(名称：多模式2冲程/4冲程内燃发动机；专利号：200880102440.0)中所描述的，通过将发动机冲程从4冲程运行切换到2冲程运行可以使得燃烧频率被翻倍,甚至在每一循环的输出功相同时也实现发动机功率的翻倍。由此，有必要针对上述需求，研究耗能低而又灵活可变的气门机构，以实现2/4冲程互换功能。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机可变气门机构，至少能够实现2/4冲程互换功能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可实现2/4冲程互换的可变气门机构，其特征在于：包括凸轮、第一摇臂、第二摇臂、气门和直线往复装置；
所述凸轮表面有两种型线，所述凸轮的第一种型线与所述第一摇臂配合，所述凸轮第二种型线与所述第二摇臂配合；同一时间所述凸轮型线有且只有一种与所述第一摇臂或所述第二摇臂配合；
所述第一摇臂左端与所述气门铰接，所述第一摇臂右端与第一直线往复装置中活动部件的头部铰接；所述第二摇臂左端与所述气门铰接，所述第二摇臂右端与第二直线往复装置中活动部件的头部铰接；所述直线往复装置对所述第一摇臂和所述第二摇臂的作用力大小和方向是可控的；
所述气门的气门杆上套装有气门弹簧。
进一步的，直线往复装置为柱塞装置、活塞装置或电磁装置。
进一步的，直线往复装置为柱塞装置，其包括第一柱塞以及第二柱塞；且第一柱塞以及第二柱塞设置于柱塞壳体内；
所述第一柱塞的底端和所述第二柱塞的底端分别设有第一挡板和第二挡板，与所述柱塞缸体底端配合可分别限定所述第一柱塞和所述第二柱塞所能达到的最高高度；
所述第一挡板和第二挡板与所述柱塞缸体底端之间还分别设有第一柱塞弹簧和第二柱塞弹簧；所述柱塞缸体内部还设有第一通道和第二通道，所述第一通道一端与第一高压油源相通，另一端与所述第一柱塞的柱塞杆相通；所述第二通道一端与第二高压油源相通，另一端与所述第二柱塞的柱塞杆相通。所述第一高压油源和第二高压油源的压力是可调的。
进一步的，发动机每转二圈，所述凸轮转一圈，所述凸轮第一种型线使所述第一摇臂向下运动二次，所述凸轮第二种型线使所述第二摇臂向下运动一次。
进一步的，所述第一摇臂左端通过销轴与所述气门铰接，所述第一摇臂右端通过铰链与所述第一直线往复装置中活动部件的头部铰接；所述第二摇臂左端通过销轴与所述气门铰接，所述第二摇臂右端通过铰链与所述第二直线往复装置中活动部件的头部铰接。
相对于现有技术，本发明所述的可实现2/4冲程互换的可变气门机构，具有以下优势：
本发明通过分别调节两个直线往复装置对两个摇臂的作用力大小和方向，可以同时实现2/4冲程可变和气门升程可变。本发明不需要在每一个工作循环下都对系统进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低发动机成本并提高元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构处于2冲程工况下气门关闭时的示意图；
图2是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构处于2冲程工况下气门位于最大升程时的示意图；
图3是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构处于2冲程工况下气门升程可变时的示意图；
图4是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构处于4冲程工况下气门关闭时的示意图；
图5是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中的凸轮正视图；
图6是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中的凸轮俯视图；
图7是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中第一摇臂正视图；
图8是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中第一摇臂俯视图；
图9是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中第二摇臂正视图；
图10是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中第二摇臂俯视图；
图11是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中直线往复装置为活塞装置的备选实施例；
图12是本发明可实现2/4冲程互换的可变气门机构中直线往复装置为电磁装置的备选实施例；
附图标记说明：
1.凸轮，2.第一摇臂，3.第一柱塞，4.柱塞缸体，5.第一通道，6.第一柱塞弹簧，7.第二柱塞弹簧，8.第二通道，9.第二柱塞，10.第二摇臂，11.气门，12.气门弹簧。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1～图10所示，直线往复装置为液压柱塞装置。
一种可实现2/4冲程互换的可变气门机构包括凸轮1、第一摇臂2、第一柱塞3、第二摇臂10、第二柱塞9、柱塞缸体4和气门11；
所述凸轮1转速与发动机转速比为1比2；所述凸轮1表面有两种型线，所述凸轮1第一种型线可以与所述第一摇臂2配合，且发动机每转一圈，所述凸轮1第一种型线可使所述第一摇臂2向下运动一次，所述凸轮1第二种型线可以与所述第二摇臂10配合，且发动机每转二圈，所述第二种型线可使所述第二摇臂10向下运动一次；
所述第一摇臂2左端通过一销轴与所述气门11铰接，所述第一摇臂2右端通过第一铰链与所述第一柱塞3的头部铰接；所述第二摇臂10左端通过所述的销轴与所述气门11铰接，所述第二摇臂10右端通过第二铰链与所述第二柱塞9的头部铰接；
所述第一柱塞3和所述第二柱塞9分别可沿所述柱塞缸体4内壁间隙滑动；所述第一柱塞3的底端和所述第二柱塞9的底端分别设有第一挡板和第二挡板，与所述柱塞缸体4底端配合可分别限定所述第一柱塞3和所述第二柱塞9所能达到的最高高度；所述第一挡板和第二挡板与所述柱塞缸体4底端之间还分别设有第一柱塞弹簧6和第二柱塞弹簧7，分别给所述第一柱塞3和所述第二柱塞9提供向下的作用力；
所述气门11上还设有气门弹簧12，所述气门弹簧12可以提供预紧力和回复力；
所述柱塞缸体4内部还设有第一通道5和第二通道8，所述第一通道5一端与第一高压油源相通，另一端与所述第一柱塞3的柱塞杆相通，可给所述第一柱塞3提供向上的作用力；所述第二通道8一端与第二高压油源相通，另一端与所述第二柱塞9的柱塞杆相通，可给所述第一柱塞3提供向上的作用力；
所述第一高压油源和所述第二高压油源压力是可调的；
通过调节所述第一高压油源和所述第二高压油源压力，可以改变所述第一柱塞3和所述第二柱塞9的运动规律，进而改变与之铰接的所述第一摇臂2和所述第二摇臂10的运动规律，最终改变所述气门11的运动规律。
所述第一高压油源压力最大值可以保证在所述气门11到达最低点时，所述第一柱塞3始终处于最高位，所述第一高压油源压力最小值可以保证所述第一柱塞3在第一柱塞弹簧6的作用下向下移动；
所述第二高压油源压力最大值可以保证在所述气门11到达最低点时，所述第二柱塞9始终处于最高位，所述第二高压油源压力最小值可以保证所述第二柱塞9在第二柱塞弹簧7的作用下向下移动；
所述凸轮1的第一种型线凸起高度要小于所述凸轮1的第二种型线高度；
所述第一高压油源和所述第二高压油源压力可以通过常用的高速溢流阀或共轨系统进行调节。
在图11中，所述的直线往复装置也可由公知的活塞装置构成；
在图12中，所述的直线往复装置也可由公知的电磁装置构成。
本发明的工作过程如下：
在图1中，所述第二通道8外接第二高压油源，此时所述第二高压油源压力较低，所述第二高压油源压力对第二柱塞9向上的作用力小于所述第二柱塞弹簧7对所述第二柱塞9向下的作用力，所述第二柱塞9带动所述第二摇臂10向下移动，所述凸轮1的转动与所述第二摇臂10无接触；所述第一通道5外接第一高压油源，此时所述第一高压油源压力较高，所述第一高压油源压力对所述第一柱塞3向上的作用力大于所述第一柱塞弹簧6对所述第一柱塞3向下的作用力，所述第一柱塞3带动所述第一摇臂2向上移动，直至所述第一柱塞3底端的第一挡板与所述柱塞缸体4底部接触，此时所述第一摇臂2处于最顶端，且与所述凸轮1存在一定气门间隙，从而有效保证在所述气门11处于关闭时，所述第一摇臂2不会对所述凸轮1产生过大的接触应力，此时所述凸轮1第一种型线可以与所述第一摇臂2配合，且发动机每转一圈，所述凸轮1第一种型线可使所述第一摇臂2向下运动一次，进而如图2所示，带动所述气门11克服所述气门弹簧12的作用力，实现2冲程模式下的气门开启与回落；
当通过适当调低所述第一高压油源的压力，如图3所示，此时所述气门弹簧12通过所述气门11、所述第一摇臂2对所述第一柱塞3向下的作用力，以及与所述第一柱塞弹簧6对所述第一柱塞3向下的作用力之和，逐渐大于所述第一高压油源压力对所述第一柱塞3向上的作用力，因此所述第一柱塞3略微向下移动，最终导致所述气门11只能实现部分升程。因此，通过适当调整所述第一高压油源的压力，即可实现气门升程的改变。
当需要进行2/4冲程互换时，如图4所示，此时所述第一高压油源压力较低，所述第一高压油源压力对所述第一柱塞3向上的作用力小于所述第一柱塞弹簧6对所述第一柱塞3向下的作用力，所述第一柱塞3带动所述第一摇臂2向下移动，所述凸轮1的转动与所述第一摇臂2无接触；此时所述第二高压油源压力较高，所述第二高压油源压力对第二柱塞9向上的作用力大于所述第二柱塞弹簧7对所述第二柱塞9向下的作用力，所述第二柱塞9带动所述第二摇臂10向上移动，直至所述第二柱塞9底端的第二挡板与所述柱塞缸体4底部接触，此时所述第二摇臂10处于最顶端，且与所述凸轮1存在一定气门间隙，此时所述凸轮1第二种型线可以与所述第二摇臂10配合，且发动机每转二圈，所述凸轮1第二种型线可使所述第二摇臂10向下运动一次，从而实现四冲程模式。
与图3原理一样，当通过适当调整所述第二高压油源的压力，也可以改变所述第二柱塞9的液压力与所述气门弹簧7的作用力以及与所述第二柱塞弹簧7的作用力之间的相互关系，因此同样可以实现四冲程模式下的气门升程可变。
通过调节所述第一高压油源和第二高压油源的压力，可以改变气门机构中液压力、气门弹簧力与柱塞弹簧力之间的相互关系，从而可实现灵活可变的气门运动规律。本发明不需要在每一个工作循环下都对液压系统进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对液压参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低发动机成本并提高液压元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。
在图11中，所述的直线往复装置由公知的活塞装置构成，利用一常用的两位四通电磁阀可以改变活塞的运动方向，通过改变外接的高低压油源可以改变活塞装置对所述第一摇臂或第二摇臂的作用力大小，从而最终实现2/4冲程改变以及气门升程的可变；
在图12中，所述的直线往复装置也可由公知的电磁装置构成，通过调节电压的方向和大小，可以改变电磁装置对所述第一摇臂或第二摇臂的作用力方向和大小，从而最终实现2/4冲程改变以及气门升程的可变；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可实现2/4冲程互换的可变气门机构，其特征在于：包括凸轮(1)、第一摇臂(2)、第二摇臂(10)、气门(11)和直线往复装置；
所述凸轮(1)表面有两种型线，所述凸轮(1)的第一种型线与所述第一摇臂(2)配合，所述凸轮(1)第二种型线与所述第二摇臂(10)配合；同一时间所述凸轮(1)型线有且只有一种与所述第一摇臂(2)或所述第二摇臂(10)配合；
所述第一摇臂(2)左端与所述气门(11)铰接，所述第一摇臂(2)右端与第一直线往复装置中活动部件的头部铰接；所述第二摇臂(10)左端与所述气门(11)铰接，所述第二摇臂(10)右端与第二直线往复装置中活动部件的头部铰接；所述直线往复装置对所述第一摇臂(2)和所述第二摇臂(10)的作用力大小和方向是可控的；
所述气门(11)的气门杆上套装有气门弹簧(12)。
2.根据权利要求1所述的可实现2/4冲程互换的可变气门机构，其特征在于：直线往复装置为柱塞装置、活塞装置或电磁装置。
3.根据权利要求1所述的可实现2/4冲程互换的可变气门机构，其特征在于：直线往复装置为柱塞装置，其包括第一柱塞(3)以及第二柱塞(9)；且第一柱塞(3)以及第二柱塞(9)设置于柱塞壳体(4)内；
所述第一柱塞(3)的底端和所述第二柱塞(9)的底端分别设有第一挡板和第二挡板，与所述柱塞缸体(4)底端配合可分别限定所述第一柱塞(3)和所述第二柱塞(9)所能达到的最高高度；
所述第一挡板和第二挡板与所述柱塞缸体(4)底端之间还分别设有第一柱塞弹簧(6)和第二柱塞弹簧(7)；所述柱塞缸体(4)内部还设有第一通道(5)和第二通道(8)，所述第一通道(5)一端与第一高压油源相通，另一端与所述第一柱塞(3)的柱塞杆相通；所述第二通道(8)一端与第二高压油源相通，另一端与所述第二柱塞(9)的柱塞杆相通；所述第一高压油源和第二高压油源的压力是可调的。
4.根据权利要求1所述的可实现2/4冲程互换的可变气门机构，其特征在于：发动机每转二圈，所述凸轮(1)转一圈，所述凸轮(1)第一种型线使所述第一摇臂(2)向下运动二次，所述凸轮(1)第二种型线使所述第二摇臂(10)向下运动一次。
5.根据权利要求1所述的可实现2/4冲程互换的可变气门机构，其特征在于：所述第一摇臂(2)左端通过销轴与所述气门(11)铰接，所述第一摇臂(2)右端通过铰链与所述第一直线往复装置中活动部件的头部铰接；所述第二摇臂(10)左端通过销轴与所述气门(11)铰接，所述第二摇臂(10)右端通过铰链与所述第二直线往复装置中活动部件的头部铰接。
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