一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统技术方案

一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，属于发动机气门驱动领域。它主要包括凸轮轴和凸轮轴轴套、轴向移动机构、气门调节机构、气门控制机构等。凸轮轴轴套上至少设置有第一凸轮和第二凸轮，通过使用轴向移动机构，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，各机构均采用较为成熟技术，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】

本专利技术涉及一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，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7％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°CA/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还将出现系统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：通过设计一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，用于实现：(a)通过使用轴向移动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种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)搭配四杆式气门控制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，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：这种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构、凸轮轴、凸轮轴轴套、轴向移动机构、气门控制机构、气门调节机构。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构(2)，其特征是：它还包括凸轮轴(3)、凸轮轴轴套(4)、轴向移动机构(5)、气门控制机构(6)、气门调节机构(7)；其中，凸轮轴轴套(4)上设置第一凸轮(401)和第二凸轮(402)；第一凸轮(401)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，第二凸轮(402)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；气门调节机构(7)具有气门调节机构输入端(7a)、气门调节机构输出端(7b)和气门调节机构调节端(7c)；轴向移动机构(5)调节凸轮轴轴套(4)的轴向位置，决定驱动气门调节机构输入端(7a)的凸轮是第一凸轮(401)或者是第二凸轮(402)；气门控制机构(6)直接或通过传动机构调节气门调节机构调节端(7c)的位置，气门调节机构输出端(7b)直接或通过传动机构驱动气门驱动机构(2)。

【技术特征摘要】
1.一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，它包括气门驱动机构(2)，其特征是：它还包括凸轮轴(3)、凸轮轴轴套(4)、轴向移动机构(5)、气门控制机构(6)、气门调节机构(7)；其中，凸轮轴轴套(4)上设置第一凸轮(401)和第二凸轮(402)；第一凸轮(401)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片，第二凸轮(402)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；气门调节机构(7)具有气门调节机构输入端(7a)、气门调节机构输出端(7b)和气门调节机构调节端(7c)；轴向移动机构(5)调节凸轮轴轴套(4)的轴向位置，决定驱动气门调节机构输入端(7a)的凸轮是第一凸轮(401)或者是第二凸轮(402)；气门控制机构(6)直接或通过传动机构调节气门调节机构调节端(7c)的位置，气门调节机构输出端(7b)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所述的一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，其特征是：在凸轮轴轴套(4)上增加第三凸轮(403)，第三凸轮(403)采用单凸起凸轮叶片或者双凸起凸轮叶片；轴向移动机构(5)调节凸轮轴轴套(4)的轴向位置，决定直接或通过传动机构驱动气门调节机构输入端(7a)的凸轮是第一凸轮(401)、第二凸轮(402)，或者第三凸轮(403)。3.根据权利要求1所述的一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，其特征是：增加一个气门驱动机构(2)，即左侧气门驱动机构(201)和右侧气门驱动机构(202)，增加气门驱动桥(8)；气门调节机构输出端(7b)先直接或通过传动机构再通过气门驱动桥(8)最后分别直接或通过传动机构驱动左侧气门驱动机构(201)和右侧气门驱动机构(202)。4.根据权利要求1所述的一种轴向移动式多模式四杆式可变气门驱动系统，其特征是：增加一个气门驱动机构(2)、一个气门控...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔靖晨，田华，隆武强，田江平，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