一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统技术方案

一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，属于发动机气门驱动领域。它主要包括凸轮轴、模式输入机构、模式输出机构、模式切换机构、气门控制机构、柱塞式供油器、活塞式驱动器和储油器等。通过使用模式切换机构，实现发动机二冲程驱动模式、四冲程驱动模式、二冲程制动模式、四冲程制动模式等多种模式之间的转换，进一步通过与气门控制机构配合使用，最终实现了发动机在不同工况下的最佳换气，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的。本发明专利技术是面向实际应用提出的，可靠性高、结构紧凑，降低了系统对各机构的要求，各机构均采用较成熟技术，系统短期内实用化潜力高，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统
本专利技术涉及一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，属于发动机气门驱动领域。
技术介绍
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5％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，启闭正时决定和行程。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℃A/循环的气门运行过程等。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且满足多模式发动机要求的可变气门驱动系统势在必行。发动机二冲程驱动模式、四冲程驱动模式、二冲程制动模式以及四冲程制动模式下，进/排气门开启频率、开启正时和开启持续期均存在极大地差异，这极大地增加了多模式发动机要求的可变气门驱动系统的开发难度。如由于二冲程驱动模式或者二冲程制动模式要求进排气门每360°曲轴转角运行一次，四冲程驱动模式和四冲程制动模式要求进排气门每720°曲轴转角运行一次，因此，这要求需要实现二冲程驱动/制动模式和四冲程驱动/制动模式之间切换的多模式可变气门驱动系统必须具有实现这两种气门运行频率之间的灵活切换的功能。即使是在冲程数不变的驱动和制动模式下，进/排气门开启正时和开启持续期仍然存在非常大的差别。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，气门最大升程相应降低，充气效率和泵气损失等指标较难同时满足，如果采用液压气门控制机构通过泄油来实现小的开启持续期的话，高速下液压气门控制机构的系统将出现无法充分充油的问题，这将导致该系统无法运用到高速发动机上。各种模式之间切换时，需要非常大角度的相位调节，目前常见的叶片式VVT机构无法满足要求，而可以满足要求的电动VVT机构成本昂贵，短期无法大范围普及，因此，需要尽可能降低对气门开启正时的调节范围的要求，以实现不用VVT或者采用常用的小调节范围的VVT的目的。即使是在同一模式下，不同发动机工况仍然要求气门驱动系统提供不同的进排气门的开启正时、最大升程以及开启持续期。与此同时，系统各部件应该尽可能采用较为成熟技术，以提高系统短期内实用化的可能性来最终获得良好的应用前景。目前尚未有一款可变气门驱动系统可以同时满足以上要求，因此多模式可变气门驱动系统的开发迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：通过设计一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，用于实现：(a)通过使用模式切换机构来实现发动机二冲程驱动模式、四冲程驱动模式、二冲程制动模式、四冲程制动模式等多种模式之间的转换，满足发动机在不同模式下对换气的要求；(b)在每种模式下，通过使用气门控制机构来进一步优化每个模式下不同工况点的发动机运行情况，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等方面性能的目的；(c)搭配液压和机械式等多种不同的气门调节机构来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；(d)尽可能地降低对模式输入机构、模式切换机构、模式输出机构、气门控制机构等的要求，各机构尽可能采用较为成熟技术，以提高系统短期内实用化的可能性来最终获得良好的应用前景。本专利技术所采用的技术方案是：这种锁定式多模式液压可变气门驱动系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构(2)，其特征是：它还包括凸轮轴(3)、模式输入机构、模式输出机构(5)、模式切换机构、气门控制机构(7)、柱塞式供油器(8G)、活塞式驱动器(8Q)和储油器(8T)；凸轮轴(3)上设置有第一凸轮(301)和第二凸轮(302)，第一凸轮(301)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，第二凸轮(302)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，双凸起凸轮叶片采用型线相同并且相位相差180°凸轮轴转角的两个凸起；模式输入机构包括第一模式输入机构(401)和第二模式输入机构(402)，第一模式输入机构(401)具有第一模式输入机构输入端(401a)、第一模式输入机构复位端(401k)、第一模式输入机构弹性复位支撑(401h)和第一模式输入机构支撑(401y)，第二模式输入机构(402)具有第二模式输入机构输入端(402a)、第二模式输入机构复位端(402k)、第二模式输入机构弹性复位支撑(402h)和第二模式输入机构支撑(402y)；模式输出机构(5)具有模式输出机构输出端(5b)、模式输出机构复位端(5k)、模式输出机构复位支撑(5h)和模式输出机构支撑(5y)；模式切换机构包括第一模式切换机构(601)和第二模式切换机构(602)；柱塞式供油器(8G)具有柱塞输入端(8Ga)和供油腔(8Gb)；活塞式驱动器(8Q)具有驱动腔(8Qa)和活塞输出端(8Qb)；气门控制机构(7)包括供油控制端(7a)、驱动控制端(7b)和储油控制端(7c)；第一凸轮(301)直接或者通过传动机构与第一模式输入机构输入端(401a)相接触，第一模式输入机构(401)通过第一模式输入机构支撑(401y)与缸盖(1)相连接，第一模式输入机构复位端(401k)与第一模式输入机构弹性复位支撑(401h)相接触；第二凸轮(302)直接或者通过传动机构与第二模式输入机构输入端(402a)相接触，第二模式输入机构(402)通过第二模式输入机构支撑(402y)与缸盖(1)相连接，第二模式输入机构复位端(402k)与第二模式输入机构弹性复位支撑(402h)相接触；模式输出机构(5)通过模式输出机构支撑(5y)与缸盖(1)相连接；当气门完全关闭时，模式输出机构复位端(5k)与模式输出机构复位支撑(5h)相接触；第一模式切换机构(601)决定第一模式输入机构(401)与模式输出机构(5)的锁定状态；第二模式切换机构(602)控制第二模式输入机构(402)与模式输出机构(5)的锁定状态；模式输出机构输出端(5b)直接或者通过传动机构驱动柱塞输入端(8Ga)，供油腔(8Gb)与供油控制端(7a)相连，驱动腔(8Qa)与驱动控制端(7b)相连，储油器(8T)与储油控制端(7c)相连，活塞输出端(8Qb)直接或通过传动机构驱动气门驱动机构(2)。...

【技术特征摘要】
2016.12.13 CN 20161114243551.一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构(2)，其特征是：它还包括凸轮轴(3)、模式输入机构、模式输出机构(5)、模式切换机构、气门控制机构(7)、柱塞式供油器(8G)、活塞式驱动器(8Q)和储油器(8T)；凸轮轴(3)上设置有第一凸轮(301)和第二凸轮(302)，第一凸轮(301)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，第二凸轮(302)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，双凸起凸轮叶片采用型线相同并且相位相差180°凸轮轴转角的两个凸起；模式输入机构包括第一模式输入机构(401)和第二模式输入机构(402)，第一模式输入机构(401)具有第一模式输入机构输入端(401a)、第一模式输入机构复位端(401k)、第一模式输入机构弹性复位支撑(401h)和第一模式输入机构支撑(401y)，第二模式输入机构(402)具有第二模式输入机构输入端(402a)、第二模式输入机构复位端(402k)、第二模式输入机构弹性复位支撑(402h)和第二模式输入机构支撑(402y)；模式输出机构(5)具有模式输出机构输出端(5b)、模式输出机构复位端(5k)、模式输出机构复位支撑(5h)和模式输出机构支撑(5y)；模式切换机构包括第一模式切换机构(601)和第二模式切换机构(602)；柱塞式供油器(8G)具有柱塞输入端(8Ga)和供油腔(8Gb)；活塞式驱动器(8Q)具有驱动腔(8Qa)和活塞输出端(8Qb)；气门控制机构(7)包括供油控制端(7a)、驱动控制端(7b)和储油控制端(7c)；第一凸轮(301)直接或者通过传动机构与第一模式输入机构输入端(401a)相接触，第一模式输入机构(401)通过第一模式输入机构支撑(401y)与缸盖(1)相连接，第一模式输入机构复位端(401k)与第一模式输入机构弹性复位支撑(401h)相接触；第二凸轮(302)直接或者通过传动机构与第二模式输入机构输入端(402a)相接触，第二模式输入机构(402)通过第二模式输入机构支撑(402y)与缸盖(1)相连接，第二模式输入机构复位端(402k)与第二模式输入机构弹性复位支撑(402h)相接触；模式输出机构(5)通过模式输出机构支撑(5y)与缸盖(1)相连接；当气门完全关闭时，模式输出机构复位端(5k)与模式输出机构复位支撑(5h)相接触；第一模式切换机构(601)决定第一模式输入机构(401)与模式输出机构(5)的锁定状态；第二模式切换机构(602)控制第二模式输入机构(402)与模式输出机构(5)的锁定状态；模式输出机构输出端(5b)直接或者通过传动机构驱动柱塞输入端(8Ga)，供油腔(8Gb)与供油控制端(7a)相连，驱动腔(8Qa)与驱动控制端(7b)相连，储油器(8T)与储油控制端(7c)相连，活塞输出端(8Qb)直接或通过传动机构驱动气门驱动机构(2)。2.根据权利要求1所述的一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，其特征是：增加一个气门驱动桥(9)，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)；活塞输出端(8Qb)先直接或者通过传动机构再通过气门驱动桥(9)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)。3.根据权利要求1所述的一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，其特征是：增加一个气门驱动桥(9)，增加一个气门控制机构(7)、一个柱塞式供油器(8G)、一个活塞式驱动器(8Q)、一个储油器(8T)和一个气门驱动机构(2)，即采用第一气门控制机构(701)、第二气门控制机构(702)、第一柱塞式供油器(801G)、第一活塞式驱动器(801Q)、第一储油器(801T)、第二柱塞式供油器(802G)、第二活塞式驱动器(802Q)、第二储油器(802T)、第一气门驱动机构(201)和第二气门驱动机构(202)；第一气门控制机构(701)包括第一供油控制端(701a)、第一驱动控制端(701b)和第一储油控制端(701c)；第一柱塞式供油器(801G)具有第一柱塞输入端(801Ga)和第一供油腔(801Gb)；第一活塞式驱动器(801Q)具有第一驱动腔(801Qa)和第一活塞输出端(801Qb)；第二气门控制机构(702)包括第二供油控制端(702a)、第二驱动控制端(702b)和第二储油控制端(702c)；第二柱塞式供油器(802G)具有第二柱塞输入端(802Ga)和第二供油腔(802Gb)；第二活塞式驱动器(802Q)具有第二驱动腔(802Qa)和第二活塞输出端(802Qb)；模式输出机构输出端(5b)先直接或者通过传动机构再通过气门驱动桥(9)最后分别直接或者通过传动机构驱动第一驱动柱塞输入端(801Ga)和第二驱动柱塞输入端(802Ga)；第一供油腔(801Gb)与第一供油控制端(701a)相连，第一驱动腔(801Qa)与第一驱动控制端(701b)相连，第一储油器(801T)与第一储油控制端(701c)相连，第一活塞输出端(801Qb)直接或通过传动机构驱动第一气门驱动机构(201)；第二供油腔(802Gb)与第二供油控制端(702a)相连，第二驱动腔(802Qa)与第二驱动控制端(702b)相连，第二储油器(802T)与第二储油控制端(702c)相连，第二活塞输出端(802Qb)直接或通过传动机构驱动第二气门驱动机构(202)。4.根据权利要求1所述的一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，其特征是：它增加一个第一凸轮(301)，即采用左侧第一凸轮(301A)和右侧第一凸轮(301B)；第一模式输入机构(401)增加一个第一模式输入机构输入端(401a)，即具有第一模式输入机构左侧输入端(401Aa)和第一模式输入机构右侧输入端(401Ba)；左侧第一凸轮(301A)直接或者通过传动机构驱动第一模式输入机构左侧输入端(401Aa)，右侧第一凸轮(301B)直接或者通过传动机构驱动第一模式输入机构右侧输入端(401Ba)。5.根据权利要求1所述的一种锁定式多模式液压可变气门驱动系统，其特征是：它增加一个第三凸轮(303)，第三凸轮(303)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片；增加一个模式输入机构，即采用一个第三模式输入机构(403)，第三模式输入机构(403)具有第三模式输入机构输入端(403a)、第三模式输入机构切换通道(403c)、第三模式输入机构复位端(403k)、第三模式输入机构弹性复位支撑(403h)和第三模式输入机构支撑；增加一个模式切换机构，即采用第三模式切换机构(603)；第三凸轮(303)直接或者通过传动机构驱动第三模式输入机构输入端(403a)，第三模式输入机构(403)通过第三模式输入机构支撑与缸盖(1)相连接，第三模式输入机构复位端(403k)与第三模式输入机构弹性复位支撑(403h)相接触；第三模式切换机构(603)决定第三模式输入机构(403)与模式输出机...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔靖晨，隆武强，杜宝国，田华，王阳，刘威，杨添淏，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21