CN108049931B

CN108049931B - 一种变模式连续可变气门机构

Info

Publication number: CN108049931B
Application number: CN201711224745.6A
Authority: CN
Inventors: 崔靖晨; 隆武强; 王阳; 刘威; 许多; 王鑫
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: CN108049931A

Abstract

一种变模式连续可变气门机构，属于发动机气门驱动和辅助制动领域。它包括分别用于排气制动、排气驱动、进气制动和进气驱动模式的四套凸轮、可调摇臂、可调凸轮、活动滚子、压紧弹簧、摇臂、摇臂复位弹簧、气门组件等。通过调节上述四个可调凸轮的相位，不仅实现了驱动模式与制动模式切换，而且实现了各模式下气门升程曲线连续可变，这提高了发动机的制动安全性，实现了制动功率可调，提高了驱动动力，降低了燃油消耗和尾气排放。

Description

一种变模式连续可变气门机构

技术领域

本发明涉及一种变模式连续可变气门机构，属于发动机气门驱动和辅助制动领域。

背景技术

GB 7258—2012 《机动车运行安全技术条件》要求：车长大于 9m的客车（对专用校车为车长大于8 m）、总质量大于等于 12000 kg的货车和专项作业车、所有危险货物运输车，应装备缓速器或其他辅助制动装置。电涡流、电磁等缓速器具有长时间工作容易过热失效的弊端，发动机辅助制动虽然最大制动功率较低，但是长时间工作不会发生过热的问题，并且在重量、噪音、成本、安装空间等方面，发动机辅助制动具有绝对优势。二冲程辅助制动技术可以有效提高发动机最大制动功率。要实现二冲程辅助制动必须开发一款具有四冲程驱动模式和二冲程制动模式，并且可以在两种模式间灵活切换的变模式可变气门机构。

此外，货车、中大型客车等车辆虽然保有量不及小型乘用车，但是，其行驶里程长，燃油消耗和排放严重。在日益严格的油耗和排放法规的压力下，各大商用车生产厂商纷纷采用高压喷射、可变气门、新型燃烧方式等多项技术来提高柴油机的热效率、降低排放。因此，未来商用车发动机需要一款可实现连续可变气门事件的变气门机构。

现阶段没有一款可变气门机构可以同时实现变模式要求和连续可变气门事件要求，并且满足实用化要求，因此，一款变模式连续可变气门机构的开发势在必行。

发明内容

本发明的目的在于：通过设计一种变模式连续可变气门机构，用于实现：（a）为了提高车辆安全性，需要该机构除了提供发动机驱动模式所需的气门升程曲线外，还需要提供发动机二冲程制动模式所需的气门升程曲线；（b）为了改善发动机驱动和制动下的性能，需要该机构实现连续可变的气门升程曲线。

本发明所采用的技术方案是：一种变模式连续可变气门机构，它包括气门组件、凸轮、可调摇臂、可调凸轮、活动滚子、压紧弹簧、摇臂、摇臂复位弹簧。凸轮包括排气制动凸轮、排气驱动凸轮、进气制动凸轮和进气驱动凸轮，可调摇臂包括排气制动可调摇臂、排气驱动可调摇臂、进气制动可调摇臂和进气驱动可调摇臂，可调凸轮包括排气制动可调凸轮、排气驱动可调凸轮、进气制动可调凸轮和进气驱动可调凸轮，活动滚子包括排气制动活动滚子、排气驱动活动滚子、进气制动活动滚子和进气驱动活动滚子，摇臂包含排气制动摇臂、排气驱动摇臂、进气制动摇臂和进气驱动摇臂，摇臂复位弹簧至少包含排气制动摇臂复位弹簧和进气制动摇臂复位弹簧，气门组件包括进气门组件和排气门组件。可调摇臂设置有铰接端、输入端和输出曲面，可调摇臂绕铰接端旋转，铰接端的中心轴固定。各压紧弹簧提供弹簧力驱使排气制动凸轮、排气制动可调凸轮以及排气制动可调摇臂的输入端均与排气制动活动滚子时刻接触，排气驱动凸轮、排气驱动可调凸轮以及排气驱动可调摇臂的输入端均与均与排气驱动活动滚子时刻接触，进气制动凸轮、进气制动可调凸轮以及进气制动可调摇臂的输入端均与进气制动活动滚子时刻接触，进气驱动凸轮、进气驱动可调凸轮以及进气驱动可调摇臂的输入端均与进气驱动活动滚子时刻接触。排气制动可调摇臂的输出曲面通过排气制动摇臂驱动排气门组件，排气驱动可调摇臂的输出曲面通过排气驱动摇臂驱动排气门组件，进气制动可调摇臂的输出曲面通过进气制动摇臂驱动进气门组件，进气驱动可调摇臂的输出曲面通过进气驱动摇臂驱动进气门组件，排气制动摇臂复位弹簧提供弹簧力驱使排气制动摇臂与排气制动可调摇臂的输出曲面时刻接触，进气制动摇臂复位弹簧提供弹簧力驱使进气制动摇臂与进气制动可调摇臂的输出曲面时刻接触。可调摇臂的输出曲面直接或通过挺杯、推杆驱动摇臂。摇臂直接或通过气门桥组件驱动气门组件。

可调凸轮包括基圆段和凸起段。驱动模式下，制动可调凸轮的基圆段与相应的铰接端接触。制动模式下，驱动可调凸轮的基圆段与相应的铰接端接触。

气门桥组件采用第一气门桥组件、第二气门桥组件、第三气门桥组件或第四气门桥组件。第一气门桥组件包括第一气门桥和第一传动杆，第一气门桥通过凸台驱动第一传动杆，第一气门桥包括第一驱动输入端和第一气门桥输出端，第一传动杆包括第一制动输入端和第一传动杆输出端。第二气门桥组件包括第二气门桥和驱动摇臂复位弹簧，第二气门桥包括第二制动输入端、第二驱动输入端、第二气门桥第一输出端和第二气门桥第二输出端。第三气门桥组件包括第三气门桥和第二传动杆，第三气门桥通过铰接和凸肩驱动第二传动杆，第三气门桥包括第三驱动输入端和第三气门桥输出端，第二传动杆包括第三制动输入端和第二传动杆输出端。第四气门桥组件包括驱动输入端、制动输入端和输出端。对于排气侧或进气侧采用第一气门桥组件，驱动摇臂与第一驱动输入端相接触，制动摇臂与第一制动输入端相接触，第一气门桥输出端和第一传动杆输出端分别与两个气门组件相接触。对于排气侧或进气侧采用第二气门桥组件，驱动摇臂与第二驱动输入端相接触，制动摇臂与第二制动输入端相接触，第二气门桥第一输出端和第二气门桥第二输出端分别与两个气门组件相接触，驱动摇臂复位弹簧提供弹簧力驱使驱动摇臂与驱动可调摇臂的输出曲面时刻接触。对于排气侧或进气侧采用第三气门桥组件，驱动摇臂与第三驱动输入端相接触，制动摇臂与第三制动输入端相接触，第三气门桥输出端和第二传动杆输出端分别与两个气门组件相接触。对于排气侧或进气侧采用第四气门桥组件，驱动摇臂与驱动输入端相接触，制动摇臂与制动输入端相接触，输出端驱动一个气门组件。

摇臂直接驱动气门组件时，气门组件包含气门驱动输入端和气门制动输入端。驱动摇臂与气门驱动输入端相接触，制动摇臂与气门制动输入端相接触。

本发明的有益效果是：这种变模式连续可变气门机构主要包括分别用于排气制动、排气驱动、进气制动和进气驱动模式的四套凸轮、可调摇臂、可调凸轮、活动滚子、压紧弹簧、摇臂、摇臂复位弹簧、气门组件等。可实现：通过调节这四个可调凸轮的相位，不仅实现了驱动模式与制动模式切换，而且实现了各模式下气门升程曲线连续可变，这不仅提高了发动机的制动安全性，而且实现了制动功率可调，提高了驱动动力，降低了燃油消耗和尾气排放。

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是顶置凸轮轴式变模式连续可变气门机构的主视图。

图2是顶置凸轮轴式变模式连续可变气门机构的侧视图。

图3是底置凸轮轴式变模式连续可变气门机构的主视图。

图4是底置凸轮轴式变模式连续可变气门机构的侧视图。

图5是可调摇臂的示意图。

图6是第一气门桥组件的示意图。

图7是第三气门桥组件的示意图。

图8是第二气门桥组件的示意图。

图9是第四气门桥组件的示意图。

图10是单气门组件的示意图。

图11是具有两个活动弹簧端的压紧弹簧的示意图。

图中：101、排气门组件；102、进气门组件；11、气门驱动输入端；12、气门制动输入端；201、排气侧气门桥组件；202、进气侧气门桥组件；211、第一气门桥；2111、第一驱动输入端；2112、第一气门桥输出端；212、第一传动杆；2121、第一制动输入端；2122、第一传动杆输出端；221、第二气门桥；2211、第二制动输入端；2212、第二驱动输入端；2213、第二气门桥第一输出端；2214、第二气门桥第二输出端；231、第三气门桥；2311、第三驱动输入端；2312、第三气门桥输出端；232、第二传动杆；2321、第三制动输入端；2322、第二传动杆输出端；2001、驱动输入端；2002、制动输入端；2003、输出端；301、排气制动摇臂；302、排气驱动摇臂；303、进气制动摇臂；304、进气驱动摇臂；401、排气制动凸轮；402、排气驱动凸轮；403、进气制动凸轮；404、进气驱动凸轮；501、排气制动可调摇臂；502、排气驱动可调摇臂；503、进气制动可调摇臂；504、进气驱动可调摇臂；51、铰接端；52、输入端；53、输出曲面；54、卡盘；601、排气制动活动滚子；602、排气驱动活动滚子；603、进气制动活动滚子；604、进气驱动活动滚子；701、排气制动压紧弹簧；702、排气驱动压紧弹簧；703、进气制动压紧弹簧；704、进气驱动压紧弹簧；801、排气制动可调凸轮；802、排气驱动可调凸轮；803、进气制动可调凸轮；804、进气驱动可调凸轮；901、排气制动摇臂复位弹簧；902、进气制动摇臂复位弹簧；1001、排气制动挺杯；1002、排气驱动挺杯；1003、进气制动挺杯；1004、进气驱动挺杯；1101、排气制动推杆；1102、排气驱动推杆；1103、进气制动推杆；1104、进气驱动推杆。

具体实施方式

本发明涉及一种变模式连续可变气门机构。图1和图2分别是顶置凸轮轴式变模式连续可变气门机构的主视图和侧视图。图3和图4分别是底置凸轮轴式变模式连续可变气门机构的主视图和侧视图。它包括气门组件、凸轮、可调摇臂、可调凸轮、活动滚子、压紧弹簧、摇臂、摇臂复位弹簧。凸轮包括排气制动凸轮401、排气驱动凸轮402、进气制动凸轮403和进气驱动凸轮404，可调摇臂包括排气制动可调摇臂501、排气驱动可调摇臂502、进气制动可调摇臂503和进气驱动可调摇臂504，可调凸轮包括排气制动可调凸轮801、排气驱动可调凸轮802、进气制动可调凸轮803和进气驱动可调凸轮804，活动滚子包括排气制动活动滚子601、排气驱动活动滚子602、进气制动活动滚子603和进气驱动活动滚子604，摇臂包含排气制动摇臂301、排气驱动摇臂302、进气制动摇臂303和进气驱动摇臂304，摇臂复位弹簧至少包含排气制动摇臂复位弹簧901和进气制动摇臂复位弹簧902，气门组件包括进气门组件和排气门组件。图5是可调摇臂的示意图。可调摇臂设置有铰接端51、输入端52和输出曲面53，可调摇臂绕铰接端51旋转，铰接端51的中心轴固定。各压紧弹簧提供弹簧力驱使排气制动凸轮401、排气制动可调凸轮801以及排气制动可调摇臂501的输入端均与排气制动活动滚子601时刻接触，排气驱动凸轮402、排气驱动可调凸轮802以及排气驱动可调摇臂502的输入端均与均与排气驱动活动滚子602时刻接触，进气制动凸轮403、进气制动可调凸轮803以及进气制动可调摇臂503的输入端均与进气制动活动滚子603时刻接触，进气驱动凸轮404、进气驱动可调凸轮804以及进气驱动可调摇臂504的输入端均与进气驱动活动滚子604时刻接触。排气制动可调摇臂501的输出曲面通过排气制动摇臂301驱动排气门组件，排气驱动可调摇臂502的输出曲面通过排气驱动摇臂302驱动排气门组件，进气制动可调摇臂503的输出曲面通过进气制动摇臂303驱动进气门组件，进气驱动可调摇臂504的输出曲面通过进气驱动摇臂304驱动进气门组件，排气制动摇臂复位弹簧901提供弹簧力驱使排气制动摇臂301与排气制动可调摇臂501的输出曲面时刻接触，进气制动摇臂复位弹簧902提供弹簧力驱使进气制动摇臂303与进气制动可调摇臂503的输出曲面时刻接触。

输入端52可以是光滑曲面，也可以是安装在可调摇臂上的滚子，图1到图5中的输入端52均为滚子，以降低摩擦损失。

图1到图4给出了单凸轮轴和单偏心轴的情况，即排气制动凸轮401、排气驱动凸轮402、进气制动凸轮403和进气驱动凸轮404布置在一根凸轮轴上，并且排气制动可调凸轮801、排气驱动可调凸轮802、进气制动可调凸轮803和进气驱动可调凸轮804布置在一根偏心轴上。本发明针对不同发动机机型，还可采用排气制动凸轮401、排气驱动凸轮402、进气制动凸轮403和进气驱动凸轮404的排列顺序需要根据机型调节，也可根据实际情况采用多根凸轮、多根偏心轴的机构。

图1到图4给出了一套机构采用四个压紧弹簧的示例，即采用排气制动压紧弹簧701、排气驱动压紧弹簧702、进气制动压紧弹簧703和进气驱动压紧弹簧704，这些压紧弹簧均具有一个活动弹簧端。在实际应用中，还可以采用具有多个活动弹簧端的压紧弹簧，实现一个压紧弹簧同时提供多个弹簧力保证多组可调摇臂的输入端与对应的凸轮时刻接触。图11是具有两个活动弹簧端的压紧弹簧的示意图。

可调摇臂的输出曲面直接或通过挺杯、推杆驱动摇臂。图1和图2为可调摇臂的输出曲面直接驱动摇臂的示例，可用于顶置凸轮轴式发动机。图3和图4为可调摇臂的输出曲面通过挺杯、推杆驱动摇臂的示例，可用于底置凸轮轴式发动机，当然也包括中置凸轮轴式发动机。

摇臂直接或通过气门桥组件驱动气门组件，图1到图4给出了摇臂通过气门桥组件驱动气门组件的示例。

图6到图9分别是第一气门桥组件、第三气门桥组件、第二气门桥组件和第四气门桥组件的示意图。气门桥组件采用第一气门桥组件、第二气门桥组件、第三气门桥组件或第四气门桥组件。

如图6，第一气门桥组件包括第一气门桥211和第一传动杆212，第一气门桥211通过凸台驱动第一传动杆212，第一气门桥211包括第一驱动输入端2111和第一气门桥输出端2112，第一传动杆212包括第一制动输入端2121和第一传动杆输出端2122。对于排气侧或进气侧采用第一气门桥组件，驱动摇臂与第一驱动输入端2111相接触，制动摇臂与第一制动输入端2121相接触，第一气门桥输出端2112和第一传动杆输出端2122分别与两个气门组件相接触。在驱动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行；在制动模式下，一个进气门运行，另一个进气门始终保持关闭状态，一个排气门运行，另一个排气门始终保持关闭状态。图1到图4给出的示例机构的进排气侧均采用第一气门桥组件。

如图8，第二气门桥组件包括第二气门桥221和驱动摇臂复位弹簧，第二气门桥221包括第二制动输入端2211、第二驱动输入端2212、第二气门桥第一输出端2213和第二气门桥第二输出端2214。对于排气侧或进气侧采用第二气门桥组件，驱动摇臂与第二驱动输入端2212相接触，制动摇臂与第二制动输入端2211相接触，第二气门桥第一输出端2213和第二气门桥第二输出端2214分别与两个气门组件相接触，驱动摇臂复位弹簧提供弹簧力驱使驱动摇臂与驱动可调摇臂的输出曲面时刻接触。在驱动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行；在制动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行。

如图7，第三气门桥组件包括第三气门桥231和第二传动杆232，第三气门桥231通过铰接和凸肩驱动第二传动杆232，第三气门桥231包括第三驱动输入端2311和第三气门桥输出端2312，第二传动杆232包括第三制动输入端2321和第二传动杆输出端2322。对于排气侧或进气侧采用第三气门桥组件，驱动摇臂与第三驱动输入端2311相接触，制动摇臂与第三制动输入端2321相接触，第三气门桥输出端2312和第二传动杆输出端2322分别与两个气门组件相接触。在驱动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行；在制动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行。

如图9，第四气门桥组件包括驱动输入端2001、制动输入端2002和输出端2003。对于排气侧或进气侧采用第四气门桥组件，驱动摇臂与驱动输入端2001相接触，制动摇臂与制动输入端2002相接触，输出端2003驱动一个气门组件。

图10是单气门组件的示意图。摇臂直接驱动气门组件时，气门组件包含气门驱动输入端11和气门制动输入端12。驱动摇臂与气门驱动输入端11相接触，制动摇臂与气门制动输入端12相接触。

Claims

1.一种变模式连续可变气门机构，它包括气门组件，其特征是：它还包括凸轮、可调摇臂、可调凸轮、活动滚子、压紧弹簧、摇臂、摇臂复位弹簧；所述凸轮包括排气制动凸轮（401）、排气驱动凸轮（402）、进气制动凸轮（403）和进气驱动凸轮（404），所述可调摇臂包括排气制动可调摇臂（501）、排气驱动可调摇臂（502）、进气制动可调摇臂（503）和进气驱动可调摇臂（504），所述可调凸轮包括排气制动可调凸轮（801）、排气驱动可调凸轮（802）、进气制动可调凸轮（803）和进气驱动可调凸轮（804），所述活动滚子包括排气制动活动滚子（601）、排气驱动活动滚子（602）、进气制动活动滚子（603）和进气驱动活动滚子（604），所述摇臂包含排气制动摇臂（301）、排气驱动摇臂（302）、进气制动摇臂（303）和进气驱动摇臂（304），所述摇臂复位弹簧至少包含排气制动摇臂复位弹簧（901）和进气制动摇臂复位弹簧（902），所述气门组件包括进气门组件和排气门组件；所述可调摇臂设置有铰接端（51）、输入端（52）和输出曲面（53），可调摇臂绕铰接端（51）旋转，铰接端（51）的中心轴固定；各压紧弹簧提供弹簧力驱使排气制动凸轮（401）、排气制动可调凸轮（801）以及排气制动可调摇臂（501）的输入端均与排气制动活动滚子（601）时刻接触，排气驱动凸轮（402）、排气驱动可调凸轮（802）以及排气驱动可调摇臂（502）的输入端均与均与排气驱动活动滚子（602）时刻接触，进气制动凸轮（403）、进气制动可调凸轮（803）以及进气制动可调摇臂（503）的输入端均与进气制动活动滚子（603）时刻接触，进气驱动凸轮（404）、进气驱动可调凸轮（804）以及进气驱动可调摇臂（504）的输入端均与进气驱动活动滚子（604）时刻接触；排气制动可调摇臂（501）的输出曲面通过排气制动摇臂（301）驱动排气门组件，排气驱动可调摇臂（502）的输出曲面通过排气驱动摇臂（302）驱动排气门组件，进气制动可调摇臂（503）的输出曲面通过进气制动摇臂（303）驱动进气门组件，进气驱动可调摇臂（504）的输出曲面通过进气驱动摇臂（304）驱动进气门组件，排气制动摇臂复位弹簧（901）提供弹簧力驱使排气制动摇臂（301）与排气制动可调摇臂（501）的输出曲面时刻接触，进气制动摇臂复位弹簧（902）提供弹簧力驱使进气制动摇臂（303）与进气制动可调摇臂（503）的输出曲面时刻接触；摇臂直接或通过气门桥组件驱动气门组件；采用第一气门桥组件时，在驱动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行，在制动模式下，一个进气门运行，另一个进气门始终保持关闭状态，一个排气门运行，另一个排气门始终保持关闭状态；采用第二气门桥组件时，在驱动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行，在制动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行；采用第三气门桥组件时，在驱动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行，在制动模式下，两个进气门同步运行，两个排气门同步运行。

2.根据权利要求1所述的一种变模式连续可变气门机构，其特征是：所述可调凸轮包括基圆段和凸起段；驱动模式下，制动可调凸轮的基圆段与相应的铰接端接触；制动模式下，驱动可调凸轮的基圆段与相应的铰接端接触。

3.根据权利要求1所述的一种变模式连续可变气门机构，其特征是：气门桥组件采用第一气门桥组件、第二气门桥组件、第三气门桥组件或第四气门桥组件；所述第一气门桥组件包括第一气门桥（211）和第一传动杆（212），第一气门桥（211）通过凸台驱动第一传动杆（212），第一气门桥（211）包括第一驱动输入端（2111）和第一气门桥输出端（2112），第一传动杆（212）包括第一制动输入端（2121）和第一传动杆输出端（2122）；所述第二气门桥组件包括第二气门桥（221）和驱动摇臂复位弹簧，第二气门桥（221）包括第二制动输入端（2211）、第二驱动输入端（2212）、第二气门桥第一输出端（2213）和第二气门桥第二输出端（2214）；所述第三气门桥组件包括第三气门桥（231）和第二传动杆（232），第三气门桥（231）通过铰接和凸肩驱动第二传动杆（232），第三气门桥（231）包括第三驱动输入端（2311）和第三气门桥输出端（2312），第二传动杆（232）包括第三制动输入端（2321）和第二传动杆输出端（2322）；所述第四气门桥组件包括驱动输入端（2001）、制动输入端（2002）和输出端（2003）；对于排气侧或进气侧采用第一气门桥组件，驱动摇臂与第一驱动输入端（2111）相接触，制动摇臂与第一制动输入端（2121）相接触，第一气门桥输出端（2112）和第一传动杆输出端（2122）分别与两个气门组件相接触；对于排气侧或进气侧采用第二气门桥组件，驱动摇臂与第二驱动输入端（2212）相接触，制动摇臂与第二制动输入端（2211）相接触，第二气门桥第一输出端（2213）和第二气门桥第二输出端（2214）分别与两个气门组件相接触，驱动摇臂复位弹簧提供弹簧力驱使驱动摇臂与驱动可调摇臂的输出曲面时刻接触；对于排气侧或进气侧采用第三气门桥组件，驱动摇臂与第三驱动输入端（2311）相接触，制动摇臂与第三制动输入端（2321）相接触，第三气门桥输出端（2312）和第二传动杆输出端（2322）分别与两个气门组件相接触；对于排气侧或进气侧采用第四气门桥组件，驱动摇臂与驱动输入端（2001）相接触，制动摇臂与制动输入端（2002）相接触，输出端（2003）驱动一个气门组件。

4.根据权利要求1所述的一种变模式连续可变气门机构，其特征是：摇臂直接驱动气门组件时，所述气门组件包含气门驱动输入端（11）和气门制动输入端（12）；驱动摇臂与气门驱动输入端（11）相接触，制动摇臂与气门制动输入端（12）相接触。

5.根据权利要求1所述的一种变模式连续可变气门机构，其特征是：所述可调摇臂的输出曲面直接或通过挺杯、推杆驱动摇臂；所述摇臂直接或通过气门桥组件驱动气门组件。