CN112096477A - 用于控制气门开关的机构、可变气门装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于控制气门开关的机构、可变气门装置及方法，解决了现有技术中缸内制动效果差的问题，具有实现缸内制动的有益效果，具体方案如下：用于控制气门开关的机构，包括柱塞套，柱塞套部分环向设置可转动的控制套，柱塞套和控制套内设置柱塞，柱塞设置控油型线，控制套内侧设置可沿着柱塞控油型线移动的凸起，柱塞的一端超出控制套设置，柱塞套在靠近柱塞另一端的侧部设置进回油孔和出油孔，柱塞套内在柱塞端部与柱塞套之间形成油腔，柱塞远离出油孔的一端设于壳体内，且壳体内活动设置滚动体，滚动体在外力作用下可沿着壳体内侧移动，并能够与柱塞端部接触。

Description

用于控制气门开关的机构、可变气门装置及方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其是用于控制气门开关的机构、可变气门装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

国六以上排放标准均要求发动机测试循环采用WHSC/WHTC循环，WHSC/WHTC循环相比以前广泛采用的ESC/ETC循环在工况的分配和平均温度方面存在明显的不同，更侧重于低速低负荷工况的排放检测，为了满足排放法规的要求，柴油机厂就要提高WHSC/WHTC循环排气温度，提高氮氧化物的转化效率，降低柴油机的有害物排放。调节进气流量控制排温是一种有效的控制手段，目前普遍采用进气节流阀这种简单的控制方法。

进气节流阀在进气管前端，距气缸太远，会造成泵气损失，对油耗不利。

排气制动广泛地应用在大型柴油车上。发动机排气制动已经成为大型柴油机的标配技术，在发动机缸盖上增加一套单独的机构来实现这一功能。

柴油机出于节能方面的考虑，各国都在注重改善燃烧过程，阿特金森循环是公认的实现柴油机高效热力循环的主要手段之一，发明人发现，现有的实现缸内制动的装置是单独的一套装置，因为安装空间的限制，目前实现缸内制动装置与可变气门结构在安装空间上存在干涉的问题，从而在缸内制动安装的前提下，无法安装可变气门结构，进而无法保证发动机的性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供用于控制气门开关的机构，采用柱塞和凸轮轴联合控制气门运动，柱塞上带有控油型线，通过转动柱塞利用控油型线与泄油孔的通断时刻来改变气门的开闭时刻和升程，实现全可变气门机构的功能，同时控油型线为带有缸内制动控制型线，与凸轮型线配合可实现缸内制动控制功能。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

用于控制气门开关的机构，包括柱塞套，柱塞套内设置可沿着柱塞套轴向方向移动的柱塞，柱塞的一端超出柱塞底端设置，柱塞套在靠近柱塞另一端的侧部设置进回油孔，柱塞套在靠近进回油孔的端部设置出油孔，且柱塞底端处设置可转动的控制套，柱塞侧面靠近出油孔的一侧设置控油型线，控制套内侧设置可供柱塞滑动的控制槽，且控制套的控制槽与柱塞周侧卡合，控制套可通过控制槽带动柱塞一同转动。

上述的机构，出油孔可连接到气门，用于控制气门的打开或闭合，柱塞套内在柱塞端部与柱塞套之间形成油腔，柱塞一端可在运动过程中关闭进回油孔，柱塞推动油腔内的油液进行供油，从而打开气门，柱塞反向运动，则关闭气门；通过控制槽与柱塞的卡合，控制套可带动柱塞在设定的角度内偏转，因柱塞设置控油型线，从而达到控制柱塞腔泄油时刻的目的，柱塞靠近柱塞套进出油孔处为控油边，随着柱塞的转动，控油边与柱塞套进回油孔一起实现柱塞供油时刻和泄油时刻的改变。

如上所述的用于控制气门开关的机构，所述推动件为滚轮体，滚轮体包括滚轮座，滚轮座的一侧活动设置滚轮，滚轮体在受到外界作用力后移动，并推动柱塞沿着柱塞套移动。

如上所述的用于控制气门开关的机构，所述滚轮座的一侧设置第一凹槽，第一凹槽与所述控制套之间设置弹簧，滚轮座在第一凹槽的另一侧设置第二凹槽，滚轮座通过第二凹槽设置滚轮。

如上所述的用于控制气门开关的机构，为了便于柱塞的回位，所述控制套安装弹簧上座，所述滚轮座第一凹槽内设置弹簧下座，弹簧下座与柱塞端部之间有设定的间隙，通过弹簧上座和弹簧下座对所述弹簧进行支撑，通过弹簧上座和弹簧下座对所述弹簧进行支撑，弹簧在柱塞向上移动过程中，弹簧被压缩。

如上所述的用于控制气门开关的机构，所述滚轮座沿着轴线方向开有用于同壳体固定的导向槽，所述柱塞套通过锁紧套与壳体固定连接，通过壳体对用于控制气门开关的机构各部件的结合，方便了整体的安装。

如上所述的用于控制气门开关的机构，所述柱塞包括柱塞本体，柱塞本体设于所述柱塞套内的一段直径大于另一段的直径，且柱塞本体直径较小的一段设置用于同所述控制套配合的柱塞扁。

如上所述的用于控制气门开关的机构，为了实现控制套的旋转，所述控制套的至少一侧设置齿杆，齿杆具有连续的卡齿，一段卡齿与可转动的齿轮啮合，另一段卡齿与控制套环向的齿圈啮合。

第二方面，本发明还提供了一种可变气门装置，包括凸轮轴、进气门和/或排气门，进气门和/或排气门与所述的用于控制气门开关的机构连接，凸轮轴设置至少一个凸轮，凸轮能够与推动件接触。

如上所述的一种可变气门装置，所述凸轮具有第一凸起，为了实现缸内制动，用于控制所述排气门的排气凸轮还设置第二凸起，第二凸起的凸起幅度与第一凸起的凸起幅度相同或相异。

第三方面，本发明还提供了一种可变气门装置的使用方法，包括如下内容：

当凸轮轴驱动滚轮体在壳体内向上运动时，滚轮体驱动柱塞向上运动，当柱塞上的控油边关闭柱塞套上的柱塞套进回油孔时，柱塞开始供油，压力油通过油路推动活塞运动，进而推动进气门或排气门打开；

凸轮轴转动，带动第二凸起与滚动体接触，通过油腔向排气门供油，在发动机压缩冲程上止点附近排气门开启一段升程，将压缩气体释放，实现一次缸内制动；

在做功冲程快要结束时，控制套控制柱塞旋转设定角度，排气门打开设定角度，排气管内的高压气体可以倒流进入气缸，实现倒流增压，排气门关闭后继续做负功，在接近排气上止点时，进气门打开将压缩气体释放，实现二次缸内制动。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过用于控制气门开关的机构的设置，通过柱塞沿着柱塞套的移动，实现对气门的控制，控制套与柱塞控油型线配合，可对柱塞进行二次控制，使柱塞上下运动过程中控油边关闭打开柱塞套进回油孔的时刻发生改变，从而达到气门开启关闭时刻的改变，整体方便控制，且结构设置合理，整体不仅可实现缸内制动的效果，而且也可保证可变气门的功能。

2)本发明通过柱塞控制气门的运动，由凸轮的转动，带动滚动体，进而带动柱塞的运动，传力合理，且在柱塞环向设置弹簧，便于柱塞的快速回位，实现对气门的快速控制。

3)本发明通过第二凸起的设置，可在压缩冲程对排气门打开，实现一次缸内制动，通过控制套与柱塞配合，还可以在排气冲程早期对排气门的小幅打开，使得排气管内的高压气体可以倒流进入气缸，实现倒流增压，实现两次缸内制动，缸内制动效果得到有效保证，整体能够降低氮氧化物的排放，减轻后处理的压力，无论是后处理装置的结构复杂性和成本都可以降低。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书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。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的用于控制气门开关的机构与气门连接的示意图。

图2是本发明根据一个或多个实施方式的用于控制气门开关的机构中柱塞的示意图。

图3是本发明根据一个或多个实施方式的第一齿杆和第二齿杆与排气门或进气门的配合示意图。

图4是本发明根据一个或多个实施方式的柱塞控油边展开图和对应的气门升程对应图。

图5是本发明根据一个或多个实施方式的正常工作模式气门升程示意图。

图6是本发明根据一个或多个实施方式的缸内制动工作模式气门升程示意图。

图7是本发明根据一个或多个实施方式的排气凸轮的示意图。

图8是本发明图1中部分结构的放大图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1凸轮，2滚轮体，3弹簧下座，4弹簧，5控制套，6弹簧上座，7第一齿杆，8第二齿杆，9螺套，10柱塞套进回油孔，11柱塞，12柱塞套，13密封垫圈，14活塞，15气门，16定位螺钉，17壳体，18进气门柱塞，19第一凸起，20第二凸起，21电机，22排气门柱塞，23柱塞扁，24柱塞本体，25第一段，26第二段，27第三段，28第四段，29第五段，30第六段。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在用于实现缸内制动的结构复杂的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了用于控制气门开关的机构。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1和图8所示，用于控制气门开关的机构，包括柱塞套12，柱塞套内设置柱塞，柱塞的一端超出柱塞底端设置，且柱塞底端处设置可转动的控制套5，柱塞设置控油型线，控制套内侧设置可供柱塞上下滑动的控制槽，且控制套的控制槽与柱塞周侧卡合，控制套可通过控制槽带动柱塞一同转动。

柱塞的一端超出控制套设置，柱塞套在靠近柱塞另一端的侧部设置进回油孔和出油孔，出油孔可连接到气门，且柱塞套内在柱塞端部与柱塞套之间形成油腔，柱塞远离出油孔的一端与推动件连接，推动件可与凸轮接触，具体地，推动件为滚轮体2，滚轮体2包括滚轮座，滚轮座的一侧活动设置滚轮，滚轮在外力作用下，推动整个滚轮体2和柱塞一起运动。

进一步，滚轮座的一侧设置第一凹槽，第一凹槽内设置弹簧下座，滚轮座在第一凹槽的另一侧设置第二凹槽，滚轮座通过第二凹槽设置滚轮，以减少与凸轮接触的摩擦，在控制套的周侧设置台阶，用于设置弹簧上座，通过弹簧上座和弹簧下座对弹簧4进行支撑，弹簧在回弹过程中，可带动弹簧下座、柱塞以及滚轮体一同下移。

柱塞靠近弹簧下座的一端设置台阶用于对弹簧下座进行限位，且弹簧下座与柱塞之间有设定的间隙，避免影响柱塞的转动，可以保证柱塞在圆周方向灵活转动。

另外，滚轮座沿着轴线方向开有导向槽，安装在壳体17上的定位螺钉16穿过导向槽给滚轮体定位，使滚轮体只能在设定行程范围内上下移动。

其中，控制套套在柱塞套的外圆上，利用柱塞套外圆定位，保证二者同心，通过锁紧套9套于柱塞套的外侧，并实现柱塞套与壳体的固定，使得整套用于控制气门开关的机构设于壳体内，方便安装。

进一步，柱塞套的进回油孔设于柱塞套的侧部，靠近柱塞套的顶端设置，出油孔设于柱塞套远离滚动体的端部，且柱塞套出油孔处设置密封圈13，密封圈13起密封作用，防止进回油孔处的油液泄露到滚轮体处。

当动力件如凸轮轴带动凸轮1驱动滚轮体2沿着导向槽内向上运动时，滚轮体2驱动柱塞11向上运动，当柱塞上的控油边关闭柱塞套12上的柱塞套进回油孔10时，柱塞推动油腔内的油液进行供油，压力油通过油路推动活塞14运动，进而推动气门15打开。

当凸轮轴转过最高点开始下行时，滚轮体2和弹簧下座3在柱塞弹簧的推动下跟随下行，弹簧下座3拉动柱塞12一起下行，下行到柱塞控油边打开柱塞套进回油孔10时，高压油从柱塞套进回油孔10泄掉，这时活塞在落座缓冲机构的作用下缓慢落座。

参考图2所示，柱塞包括柱塞本体24，柱塞本体24设于柱塞套内的一段直径大于另一段的直径，柱塞本体直径较大的一段靠近柱塞套进回油孔的一侧设置控油边，控油边设置前述的控油型线。

柱塞本体在露出柱塞套处设置柱塞扁23，柱塞扁从柱塞本体两侧突出设置，柱塞扁设于柱塞本体24直径较小的一段，柱塞扁与控制套内侧的控制槽卡合，以使得控制套带动柱塞的转动。

当然，在一些示例中，控油型线为沿着柱塞本体直径较大一段斜向设置的缺口，缺口从柱塞本体端部向内侧设置，这样在柱塞本体关闭进出油口后，柱塞随着控制套的转动而转动，因控油型线的设置，使得进出油口和出油口再次被打开，油路再次连通。

进一步，在一些示例中，柱塞本体在控油边处两侧均设置控油型线。

参考图4所示，控油型线展开后，包括依次连接的第一段25、第二段26、第三段27、第四段28、第五段29和第六段30，第一段为从柱塞顶端向下的一段，第一段、第三段和第五段均为水平段，第二段倾斜向下设置，第四段垂直于第三段，且第四段朝上设置，第三段、第四段和第五段构成开口朝向左侧的U型，第六段与第五段垂直。

为了实现控制套的转动，参考图3所示，在控制套的两侧分别设置齿杆，即第一齿杆7和第二齿杆8，两根齿杆分别设于控制套的两侧，两根齿杆分别与第一电机和第二电机啮合，第一齿杆或第二齿杆设置第一段卡齿用于与控制套的啮合，控制套环向设置与齿圈，齿圈可为一圈或半圈，该齿圈与第二段卡齿啮合，通过相应电机21和齿轮转动，来带动第一齿杆7和第二齿杆8的轴向拉动，进而推动控制套5做圆周运动，控制套5带动柱塞11转过设定的角度，使柱塞上下运动过程中控油边关闭打开柱塞套进回油孔的时刻发生改变，从而达到气门开启关闭时刻改变的目的。

在一些示例中，第一齿杆或第二齿杆的第一段卡齿和第二段卡齿分别位于相应齿杆的两侧。

图5是正常工作模式下的气门运动规律，进排气门都能实现气门升程和气门正时的连续可变。

实施例二

本实施例公开了一种可变气门装置，包括凸轮轴、进气门和/或排气门，进气门和/或排气门与实施例一所述的用于控制气门开关的机构连接，凸轮轴设置至少一个凸轮，凸轮能够与滚动体接触，凸轮轴带动相应的凸轮转动，从而通过滚动体推动柱塞相对于柱塞套的运动，从而控制用于控制气门开关的机构与进气门和/或排气门的连通。

进一步，凸轮不仅设置第一凸起19，参考图7所示，排气凸轮还设置有第二凸起20，第二凸起的凸起幅度与第一凸起的凸起幅度相同或相异，第二凸起与第一凸起之间间隔有设定的距离，且第二凸起的具体大小和设置位置根据缸内制动的需要来确定，比如第二凸起的凸起幅度可小于第一凸起的凸起幅度。

而且，进气门和/或排气门包括气门，气门与设于活塞壳体内的活塞连接，活塞顶部设置管路与柱塞套的出油孔连接。

另外，针对发动机，具有多个进气门和排气门，第一齿杆内侧与同进气门连接的用于控制气门开关的机构中控制套啮合，用于控制进气门柱塞18的移动，第二齿杆内侧与同排气门连接的用于控制气门开关的机构中的控制套啮合，用于控制排气门柱塞22的移动，且多个进气门共用第一齿杆，多个排气门共用第二齿杆。

图6是高效缸内制动工作模式下的气门运动规律，一种可变气门装置的使用方法，包括如下内容：

当凸轮轴驱动滚轮体在壳体导向孔内向上运动时，滚轮体驱动柱塞向上运动，当柱塞上的控油边关闭柱塞套上的柱塞套进回油孔时，柱塞开始供油，压力油通过油路推动活塞运动，进而推动进气门或排气门打开；

凸轮轴转动，带动第二凸起与滚动体接触，通过油腔向排气门供油，在发动机压缩冲程上止点附近排气门开启一段升程，将压缩气体释放，实现一次缸内制动；

在做功冲程快要结束时，控制套控制柱塞旋转设定角度，排气门打开设定角度，排气管内的高压气体可以倒流进入气缸，实现倒流增压，排气门关闭后继续做负功，在接近排气上止点时，进气门打开将压缩气体释放，实现二次缸内制动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.用于控制气门开关的机构，其特征在于，包括柱塞套，柱塞套内设置可沿着柱塞套轴向方向移动的柱塞，柱塞的一端超出柱塞底端设置，柱塞套在靠近柱塞另一端的侧部设置进回油孔，柱塞套在靠近进回油孔的端部设置出油孔，且柱塞底端处设置可转动的控制套，柱塞侧面靠近出油孔的一侧设置控油型线，控制套内侧设置可供柱塞滑动的控制槽，且控制套的控制槽与柱塞周侧卡合，控制套可通过控制槽带动柱塞一同转动。

2.根据权利要求1所述的用于控制气门开关的机构，其特征在于，所述柱塞远离柱塞套的一端与推动件连接，推动件为滚轮体，滚轮体包括滚轮座，滚轮座的一侧活动设置滚轮。

3.根据权利要求2所述的用于控制气门开关的机构，其特征在于，所述滚轮座的一侧设置第一凹槽，第一凹槽与所述控制套之间设置弹簧，滚轮座在第一凹槽的另一侧设置第二凹槽，滚轮座通过第二凹槽设置滚轮。

4.根据权利要求3所述的用于控制气门开关的机构，其特征在于，所述控制套安装弹簧上座，所述滚轮座第一凹槽内设置弹簧下座，弹簧下座与柱塞端部之间有设定的间隙，通过弹簧上座和弹簧下座对所述弹簧进行支撑。

5.根据权利要求2所述的用于控制气门开关的机构，其特征在于，所述滚轮座沿着轴线方向开有用于同壳体固定的导向槽，所述柱塞套通过锁紧套与壳体固定连接。

6.根据权利要求1所述的用于控制气门开关的机构，其特征在于，所述柱塞包括柱塞本体，柱塞本体设于所述柱塞套内的一段直径大于另一段的直径，且柱塞本体直径较小的一段设置用于同所述控制套配合的柱塞扁。

7.根据权利要求1所述的用于控制气门开关的机构，其特征在于，所述控制套的至少一侧设置齿杆，齿杆具有连续的卡齿，一段卡齿与可转动的齿轮啮合，另一段卡齿与控制套环向的齿圈啮合。

8.一种可变气门装置，其特征在于，包括凸轮轴、进气门和/或排气门，进气门和/或排气门与权利要求1-7中任一项所述的用于控制气门开关的机构连接，凸轮轴设置至少一个凸轮，凸轮能够与推动件接触。

9.根据权利要求8所述的一种可变气门装置，其特征在于，所述凸轮具有第一凸起，用于控制所述排气门的排气凸轮还设置第二凸起，第二凸起的凸起幅度与第一凸起的凸起幅度相同或相异。

10.根据权利要求8或9所述的一种可变气门装置的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

当凸轮轴驱动滚轮体在壳体内向上运动时，滚轮体驱动柱塞向上运动，当柱塞上的控油边关闭柱塞套上的柱塞套进回油孔时，柱塞开始供油，压力油通过油路推动活塞运动，进而推动进气门或排气门打开；

凸轮轴转动，带动第二凸起与滚动体接触，通过油腔向排气门供油，在发动机压缩冲程上止点附近排气门开启一段升程，将压缩气体释放，实现一次缸内制动；

在做功冲程快要结束时，控制套控制柱塞旋转设定角度，排气门打开设定角度，排气管内的高压气体可以倒流进入气缸，实现倒流增压，排气门关闭后继续做负功，在接近排气上止点时，进气门打开将压缩气体释放，实现二次缸内制动。

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