一种液压驱动的可变气门机构的制作方法

本发明涉及一种发动机领域，更具体的说是涉及一种液压驱动的可变气门机构。

背景技术

配气机构是内燃机的重要组成部分之一，是实现发动机换气过程，保证内燃机热功转换的工作循环得以周而复始不断进行下去的基础。而现存的各类可变气门机构，有一类是将主摇臂和从摇臂均铰接于固定杆上，在一根凸轮轴上同时套设普通凸轮和高角度凸轮，主摇臂的一端和从摇臂的一端分别与普通凸轮和高角度凸轮相抵触，从摇臂的另一端连接有带动气门运动的气门轴，通过一根连接杆是否将主摇臂和从摇臂连接在一起来控制气门是随主摇臂的运动而发生移动还是随从摇臂的运动而发生移动，以此实现气门移动范围的可变，在气门关闭时，连接杆能穿过主摇臂和从摇臂而使得主摇臂与从摇臂一起运动，这类可变气门机构存在的不足是一台带动凸轮轴转动，且电机的轴从转动到停下会存在惯性，这会造成普通凸轮与高角度凸轮静止时的状态不到位，主摇臂和从摇臂上两者的连接孔错位而使得连接杆无法同时穿过两者的连接孔，而液压驱动即停即止，避免了惯性带来的影响；另一台则负责控制连接杆是否将主摇臂和从摇臂连接在一起，电机相比液压的传递效率低，液压驱动传递效率高，即电机推动连接杆的力没有液压驱动下的力大，现设计一种液压驱动的可变气门机构。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种传递效率高和避免凸轮轴转动的惯性带来误差的液压驱动的可变气门机构。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种液压驱动的可变气门机构，包括有气门组件，所述气门组件包括有一根固定杆、一根凸轮轴和一根连接杆，所述固定杆被固定，所述凸轮轴上固定套设有普通凸轮和高角度凸轮，所述高角度凸轮的轮廓尺寸大于普通凸轮的轮廓尺寸，所述固定杆上铰接有主摇臂和从摇臂，所述主摇臂和从摇臂的一端分别与高角度凸轮和普通凸轮的侧边相抵触且能相对滑动，所述从摇臂的另一端上连接有气门轴，所述气门轴远离从摇臂的一端上连接有气门，所述气门轴上套设有用于气门复位的气门弹簧，所述主摇臂和从摇臂上均设置有供连接杆穿过的连接孔，还包括有控制回路，所述控制回路包括有用于推动连接杆的液压缸、用于转动凸轮轴的摆动液压缸、油泵、油箱、第一换向阀、第二换向阀、连接管和若干根油管，所述连接杆可相对液压缸的端面滑移，所述液压缸与摆动液压缸均通过油管分别连接第一换向阀和第二换向阀，所述第一换向阀和第二换向阀均通过油管连接至油箱和连接管，所述连接管通过油管与油泵的输出端连接，油泵的输入端与油箱相连，初始状态下，液压缸与油泵处于断路，摆动液压缸与油泵处于通路，连接杆与连接孔分离；当气门进行小范围移动时，通过调动第一换向阀使得油泵与摆动液压缸连通；当气门进行大范围移动时，将凸轮轴复位使得主摇臂和从摇臂两者的连接孔均对齐，通过调动第二换向阀使得油泵与摆动液压缸断路，通过调动第一换向阀使得油泵与液压缸连通，液压缸推动连接杆穿插于连接孔中，再恢复油泵与摆动液压缸之间的连通，连接杆相对液压缸滑动。

作为本发明的进一步改进，所述摆动液压缸包括有推动液压缸和壳体，所述壳体内部镂空，壳体上设置有一根驱动轴，所述驱动轴穿出壳体的一端与凸轮轴相连，位于壳体内的一端与壳体可旋转连接，所述驱动轴上同轴设置有齿轮，所述齿轮啮合有一齿条，该齿条与壳体可滑移连接，且齿条的一端穿出壳体并与推动液压缸相连，所述第二换向阀为三位四通换向阀，所述推动液压缸与第二换向阀连接，通过第二换向阀来控制推动液压缸伸长与缩短。

作为本发明的进一步改进，所述推动液压缸内设置有两个行程开关，当推动液压缸推动齿条移动至最大距离时，推动液压缸触动该最大距离处的行程开关使得第二换向阀换向。

作为本发明的进一步改进，所述齿条的长度以能够驱动齿轮转动的范围处于一圈以上到两圈以下之间。

作为本发明的进一步改进，所述控制回路还包括有溢流阀，所述连接管延伸出从管口，所述溢流阀通过油管连接于从管口和油箱之间。

作为本发明的进一步改进，所述主摇臂和从摇臂分别靠近于高角度凸轮和普通凸轮的一端上均可旋转设置有滚轮，主摇臂和从摇臂各自的滚轮分别与高角度凸轮和普通凸轮的边缘相抵触。

作为本发明的进一步改进，所述连接杆用于穿入连接孔的一端进行倒圆角或者倒斜角，所述滚轮同轴套设于一转轴上且可相对转轴转动，位于从摇臂上的转轴与从摇臂固定连接，位于主摇臂上的转轴的两端上均设置有活动盘，所述主摇臂上设置有供活动盘容纳的活动槽和供转轴穿过的轴孔，所述轴孔与活动槽同轴连通，且轴孔相对活动槽靠近于滚轮，所述活动槽的轮廓尺寸大于活动盘的轮廓尺寸，所述轴孔的孔径大于转轴的直径，所述活动槽与活动盘的侧边之间设置有可形变的软质层。

本发明的有益效果，通过设计液压控制回路来控制连接杆和凸轮轴两者的运动，液压回路相比电路不会产生大量的热，且在电机与油泵同一功率下，液压驱动的推力大，传递效率高，能够迅速带动连接杆和凸轮轴进行运动；且摆动液压缸带动凸轮轴转动相比电机驱动凸轮轴转动，能够避免凸轮轴需要停下时而因为惯性继续运动，造成主摇臂和从摇臂两者间的连接孔无法对齐的情况，使得凸轮轴能够即停即止，为连接杆能够顺利将主摇臂和从摇臂连接在一起奠定基础。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的立体图。

图2为本发明的一种实施例的液压回路图。

图3为本发明的另一种实施例的立体图。

图4为本发明的另一种实施例的液压回路图。

图5为本发明的滚轮和主摇臂的拆分图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1至图5所示，本实施例的一种液压驱动的可变气门机构，包括有气门组件1，气门组件1在实际中会放入一个箱体，气门组件1包括有一根固定杆11、一根凸轮轴12和一根连接杆17，凸轮轴12上固定套设有普通凸轮13和高角度凸轮14，即可通过在凸轮轴12的侧壁上设置键槽，并通过键与键槽的配合使得普通凸轮13和高角度凸轮14均相对凸轮轴12周向固定，再通过在普通凸轮13和高角度凸轮14整体的两侧卡接挡板使得普通凸轮13和高角度凸轮14相对凸轮轴12轴向固定；亦或是直接将普通凸轮13和高角度凸轮14与凸轮轴12一体成型；高角度凸轮14的轮廓尺寸大于普通凸轮13的轮廓尺寸，高角度凸轮14的尖端部分长于普通凸轮13的尖端部分，以便气门轴18在高角度凸轮14的带动下移动距离更大，固定杆11上铰接有主摇臂15和从摇臂16，将固定杆11与箱体固定连接在一起，主摇臂15和从摇臂16的一端分别与高角度凸轮14和普通凸轮13的侧边相抵触且能相对滑动，从摇臂16的另一端上连接有气门轴18，气门轴18远离从摇臂16的一端上连接有气门19，气门轴18上套设有用于气门19复位的气门弹簧10，气门轴18的侧壁上设置于凸盘，气门弹簧10的一端与凸盘固定连接，箱体上设置有供气门轴18伸出的孔洞，气门19位于箱体之外，即气门弹簧10的另一端与箱体内壁相抵触，主摇臂15和从摇臂16上均设置有供连接杆17穿过的连接孔20，这是现有的机械部分，初始状态下，主摇臂15和从摇臂16两者的连接孔20处于一条直线上且对齐，连接杆17与连接孔20分离；实际操作过程中，当发动机处于低速运行时，连接杆17不动，控制电机转动凸轮轴12，从摇臂16和主摇臂15分别相对普通凸轮13和高角度凸轮14滑动，气门轴18随从摇臂16的运动轨迹而运动并带动气门19上下移动，气门19的移动范围小；当发动机需要从低速运行转换至高速运行时，控制凸轮轴12的电机控制凸轮轴12复位，从摇臂16和主摇臂15分别随着普通凸轮13和高角度凸轮14恢复至初始状态，从摇臂16和主摇臂15两者间的连接孔20对齐，与连接杆17相连的电机推动连接杆17穿插于从摇臂16和主摇臂15两者的连接孔20中使得从摇臂16和主摇臂15连接为一体，与连接杆17相连的电机与箱体可滑移连接，且该电机滑移的轨道随主摇臂15的运动轨迹变化，驱动主轮轴12转动，从摇臂16随主摇臂15相对高角度凸轮14滑动而运动，气门轴18随主摇臂15的运动轨迹影响使得气门19上下移动的范围变大；

还包括有控制回路2，将控制回路2也设置于箱体内，控制回路2包括有用于推动连接杆17的液压缸21、用于转动凸轮轴12的摆动液压缸22、油泵23、油箱24、第一换向阀25、第二换向阀26、连接管27和若干根油管28，第一换向阀25和第二换向阀26均选用电磁阀，电磁阀响应快，控制精确性好，便于第一换向阀25和第二换向阀26各自的功能转换，连接杆17可相对液压缸21的端面滑移，在液压缸21的端面上设置t型滑轨，t型滑轨的轨迹随连接杆17与主摇臂15一体移动的轨迹变化，连接杆17与液压缸21相连的一端上设置有与t型滑轨相适配的滑块，通过t型滑轨对滑块限位，且滑块可沿t型滑轨运动，滑块可从液压缸21的边缘滑入t型滑轨中，连接杆17被限位于液压缸21上；液压缸21与摆动液压缸22均通过油管28分别连接第一换向阀25和第二换向阀26，第一换向阀25和第二换向阀26均通过油管28连接至油箱24，连接管27有三个开口，第一换向阀25和第二换向阀26均通过油管28分别连接至连接管27的两个开口处，连接管27剩下的一个开口通过油管28与油泵23的输出端连接，油泵23的输入端与油箱24相连，第二换向阀26选用二位四通换向阀，第一换向阀25选用三位四通换向阀，初始状态下，第一换向阀25处于中位，第二换向阀26处于左位，连接杆17与连接孔20分离，则液压缸21与油泵23处于断路，摆动液压缸22与油泵23处于通路；开启油泵23，油泵23将油箱24内的油输送至油管28内，因第一换向阀25处于中位，则油无法通过第一换向阀25到达液压缸21，连接杆17保持不动；油通过第二换向阀25流动至摆动液压缸22内并驱动摆动液压缸22带动凸轮轴12转动，此时气门19的移动受从摇臂16和普通凸轮13的影响，移动范围小，发动机处于低速运行；当需要将发动机从低速运行转换至中高速运行时，先等凸轮轴12转动至与初始状态一致的位置，调节第二换向阀26处于右位，调节第一换向阀25处于左位，则油泵23与摆动液压缸22处于断路，油泵23与液压缸21处于通路，油通过第一换向阀25到达液压缸21内，液压缸21推动连接杆17穿过连接孔20，连接杆17与连接孔20穿插到位后，第一换向阀25恢复至中位，相比第一换向阀25一直处于左位可避免油泵23一直对液压缸21施力而使得液压缸21出现损坏或是粘合的现象，提高液压缸21的使用寿命与运行的安全性，这也是第一换向阀25不选择二位四通换向阀而选择三位四通换向阀的理由；同时第二换向阀26恢复至左位，凸轮轴12转动，此时气门19的移动受主摇臂15和高角度凸轮14的影响，移动范围大；当需要将发动机从中高速运行切换至低速运行时，等凸轮轴12转动至初始位置，调节第二换向阀26处于右位，调节第一换向阀25处右位，则油泵23与摆动液压缸22处于断路，油泵23与液压缸21处于通路，油通过第一换向阀25到达液压缸21内，液压缸21的进油口与出油口对调连接进油管和出油管，液压缸21逆向运动并带动连接杆17退出连接孔20，直至连接杆17退出连接孔20后，第一换向阀25恢复至中位，第二换向阀26恢复至左位，凸轮轴12转动，气门19的移动重新受从摇臂16和普通凸轮13的影响，气门19的移动范围变小，等凸轮轴12恢复至初始位置并将连接杆17与连接孔20分离相比在凸轮轴12转动的同时将连接杆17抽离连接孔20可避免连接杆17抽离主摇臂15或从摇臂16时，连接杆17与主摇臂15或从摇臂16的侧壁发生磨损的现象，延长连接杆17、主摇臂15和从摇臂16的使用寿命，提高了结构间的安全性；如此设计通过液压驱动实现对气门19的控制，液压驱动相比电驱动体积小，液压驱动与电驱动在同一个功率下，液压驱动产生的推力比电驱动大，液压缸21和摆动液压缸22的响应快，从而使得连接杆17与凸轮轴12响应快；通过摆动液压缸22使得凸轮轴12停下相比通过电机使得凸轮轴12停下可避免凸轮轴12因惯性还会继续转动一定角度的情况，实现了凸轮轴12的即停即止，使得主摇臂15和从摇臂16两者间的连接孔20能够相互对齐以便连接杆17的连接，且液压驱动相比电机驱动耐热性好，电机容易发热发烫且电线会因为电流大产生热量，容易烧坏电线，而液压回路不会发热发烫，油运动稳定。

作为改进的一种具体实施方式，参照图1至图2所示，摆动液压缸22包括有推动液压缸221和壳体222，壳体222内部镂空，壳体222上设置有一根驱动轴223，驱动轴223穿出壳体222的一端与凸轮轴12相连，位于壳体222内的一端与壳体222可旋转连接，驱动轴223上同轴设置有齿轮224，齿轮224啮合有一齿条225，该齿条225与壳体222可滑移连接，且齿条225的一端穿出壳体222并与推动液压缸221相连，第二换向阀26为三位四通换向阀，在安装过程中，将壳体222对半切开，在驱动轴223上套设齿轮224，齿轮224与驱动轴223之间通过键连接，在驱动轴223的一端上固定连接有转盘，在壳体222的两部分上设置有半盘槽，在壳体222的两部分相互拼合并固定在一起的时候，两个半盘槽拼合拼合并对转盘限位，转盘可在半盘槽中转动，再在一个壳体上开孔，将齿条225伸入孔中并与齿轮224啮合，齿条225露于壳体222外的一端与推动液压缸221的输出端连接，驱动轴223通过联轴器与凸轮轴12连接，因齿条225长度有限，所以在齿条225推动齿轮224正向转动后，需要将齿条225反向移动，从而使得齿轮224反向转动，即将第二换向阀26选用为三位四通换向阀，该第二换向阀26的两侧位置控制推动液压缸221带动齿条225前后移动，中间位置用以当液压缸21在运行时保持凸轮轴12处于静止状态，推动液压缸221的设计使得齿条225受到的推力大，提高了齿条225带动齿轮224转动的响应速度，而齿条225与齿轮224之间的传动效率高，驱动轴223转动迅速。

作为改进的一种具体实施方式，参照图4所示，推动液压缸221内设置有两个行程开关226，第二换向阀26为电磁阀，将两个行程开关226均电连接至控制第二换向阀26移换向的两个电磁铁，当推动液压缸221的输出端带动齿条225移动至最大距离时，推动液压缸221的输出端与其中一个行程开关226相抵触，该行程开关226控制两个电磁铁分别通电与断电，使得第二换向阀26换向，推动液压缸221带动齿条225反向移动，直至推动液压缸221的输出端退到另一个行程开关226处并触动该行程开关226，第二换向阀26两侧的电磁铁分别从通电到断电和断电到通电，使得推动液压缸221的输出端带动齿条225再一次往壳体222内移动，一直循环，行程开关226的设计使得第二换向阀26自动换向，且使得凸轮轴12有规律的工作下去不会停止，控制精确性高，凸轮轴12的运动可持续性好。

作为改进的一种具体实施方式，参照图1和图3所示，齿条225的长度以能够驱动齿轮224转动的范围处于一圈以上到两圈以下之间，更确切地说，若以主摇臂15和从摇臂16两者间连接孔20对齐时，凸轮轴12的位置定为基础位置，此时凸轮轴12的转动角度为零度，取一个值x，x的范围为大于0，小于180，则凸轮轴12的转动范围可定为-x度至360+x度，x值的设计是当齿条225移动到极限位置时，凸轮轴12的状态位置相对基础位置有所偏差，如此设计为避免连接杆17在与连接孔20插接或者分离时，推动液压缸221内的行程开关226被触发，使得第二换向阀26同时收到处于中位和处于右位或者左位这两条指令而发生指令错乱的问题，即当连接杆17与连接孔20进行分离或者插接时，凸轮轴12处于基础位置，第二换向阀26处于中位；当推动液压缸221需要换向运行时，齿条225到达极限位置，凸轮轴12转动至极限位置，第二换向阀26在左位和右位中进行切换，如此设计使得结构间的关系合理化；优化地，x的数值应当往小的数值取用，凸轮轴12所能转动的角度趋近于360度，即凸轮轴12转动一圈多一点，这是为了缩短齿条225的长度，节约生产成本，同时也减少了安装空间，但x值不能太小，应当取得合理化，依实际需求以及高角度凸轮14和普通凸轮13的尺寸而定。

作为改进的一种具体实施方式，参照图3至图4所示，虽然在控制回路1工作的时候，第一换向阀25和第二换向阀26两者中必有一个处于开路状态，使得油管28中的油有地方可以流，但在第一换向阀25和第二换向阀26在切换状态中，会短暂的同时出现处于中位的情况，油管28内的油压会上升，对油管28造成挤压，日子久了，会影响油管28的使用寿命，甚至会导致油管28爆裂；也存在第一换向阀25和第二换向阀26出现故障使得控制回路2出现断路的现象，致使油管28内的油压急剧上升，油管28被撑破，为了解决该问题，控制回路2还包括有溢流阀29，连接管27延伸出从管口6，即连接管27有四个开口，溢流阀29通过油管28连接于从管口6和油箱24之间，溢流阀29的设计使得油管28内的油压超过一定数值就会触动溢流阀29开启，油管28中的油流入油箱24中，使得油管28内的油压的处于安全的范围内，从而保护油管28，提高了控制回路2的安全性。

作为改进的一种具体实施方式，参照图1和图3所示，主摇臂15和从摇臂16分别靠近于高角度凸轮14和普通凸轮13的一端上均可旋转设置有滚轮3，主摇臂15和从摇臂16各自的滚轮3分别与高角度凸轮14和普通凸轮13的边缘相抵触，滚轮3的设计相比主摇臂15和从摇臂16分别直接相对高角度凸轮14和普通凸轮13滑动，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，大大减小了主摇臂15和从摇臂16分别和高角度凸轮14和普通凸轮13之间的摩擦力，同时也避免了主摇臂15与高角度凸轮14之间以及从摇臂16与普通凸轮13之间的磨损，提高了各零部件的使用寿命。

作为改进的一种具体实施方式，参照图5所示，主摇臂15和从摇臂16的材料一般由金属制成，则主摇臂15和从摇臂16均不可形变，这会使得在实际加工以及安装过程中，为保证连接杆17能同时穿插于主摇臂15和从摇臂16两者的连接孔20中，对主摇臂15和从摇臂16等相关零部件的尺寸精度要求高，加工成本上升，为减少加工成本以及提高成品率，在设计方面，将连接杆17用于穿入连接孔20的一端进行倒圆角或者倒斜角，滚轮3同轴套设于一转轴4上且可相对转轴4转动，位于从摇臂16上的转轴4与从摇臂16固定连接，位于主摇臂15上的转轴4的两端上均设置有活动盘5，主摇臂15上设置有供活动盘5容纳的活动槽51和供转轴4穿过的轴孔52，轴孔52与活动槽51同轴连通，且轴孔52相对活动槽51靠近于滚轮3，活动槽51的轮廓尺寸大于活动盘16的轮廓尺寸，轴孔52的孔径大于转轴4的直径，连接杆17倒角的设计相比将连接杆17的头端不倒角所带来连接杆17头端与连接孔20的孔口相抵触的现象，便于连接杆17穿过连接孔20的同时能够通过倒角进行校准，活动盘5在活动槽51中发生相应移动以及转轴4在轴孔52中相应移动，在连接杆17插入连接孔20的过程中，主摇臂15上的滚轮3始终与高角度凸轮14相抵触，转轴4相对主摇臂15可活动的设计使得主摇臂15的加工精度要求降低，节约生产加工成本以及难度，提高了成品率；在活动槽51与活动盘16的侧边之间设置有可形变的软质层53，软质层53可以是具有弹性的橡胶、棉花亦或是弹簧，软质层53的设计是对活动盘5进行弹性限位，使得活动盘5不会相对活动槽51随意移动，而是只能在连接杆17插入主摇臂15的连接孔20且主摇臂15相对连接杆17发生移动时，软质层53会发生相应的变化，使得滚轮3相对主摇臂15移动后与高角度凸轮14保持相抵触，为主摇臂15相对高角度凸轮14滑动做好准备，提高了滚轮3与主摇臂15之间的连接稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。