一种多模式全可变机构的制作方法

本发明涉及一种多模式全可变机构，属于发动机可变气门驱动、停缸和制动领域。

背景技术：

随着发动机保有量的急剧增加，能源与环境问题已成为制约我国可持续发展的重大问题之一。货车等发动机保有量虽然较汽油机少，但是因其单机排量大、行驶里程长等原因，其燃油消耗高和排放恶劣。研究表明：通过采用可变气门、停缸等技术，可大幅度改善发动机燃油经济性和排放性。此外，我国道路长坡、陡坡众多，货车载重量高于国外标准，并且货车超载超速问题严重，这些都导致我国货车责任道路交通事故频发，特大危险型交通事故主要由大货车引发。主制动系统和电磁式、电涡流式等传动系统缓速器长时间工作容易因过热而导致的制动功率快速降低等问题，发动机制动不存在上述问题。二冲程辅助制动技术的制动功率较现有四冲程制动技术高，是未来的发展趋势。因此，研究具有驱动模式、停缸模式和二冲程制动模式的可变气门机构（下文简称多模式全可变机构）迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的目的在于：通过设计一种多模式全可变机构，用于实现：为了降低发动机的油耗和排放，并且提高车辆的行车安全，需要多模式全可变机构实现驱动模式、停缸模式和二冲程制动模式，并且在各模式间灵活切换；为了更大程度地节能减排，实现可变气门事件。

本发明所采用的技术方案是：一种多模式全可变机构，它包括进气门组件、排气门组件、进气驱动凸轮、进气制动凸轮、排气驱动凸轮、排气制动凸轮、进气驱动挺杯、进气制动挺杯、排气驱动挺杯、排气制动挺杯、进气驱动传动件、进气制动传动件、排气驱动传动件、排气制动传动件。

进气驱动凸轮在进气冲程内至少具有一个凸起，进气制动凸轮在每个下止点附近至少具有一个凸起，排气驱动凸轮在排气冲程内至少具有一个凸起，排气制动凸轮在每个上止点附近至少具有一个凸起。

进气驱动挺杯和/或进气制动挺杯和/或排气驱动挺杯和/或排气制动挺杯采用挺杯组件，不采用挺杯组件的进气驱动挺杯和/或排气驱动挺杯采用驱动挺杯组件，不采用挺杯组件的进气制动挺杯和/或排气制动挺杯采用制动挺杯组件。

进气驱动凸轮通过进气驱动挺杯、进气驱动传动件驱动进气门组件，进气制动凸轮通过进气制动挺杯、进气制动传动件驱动进气门组件，排气驱动凸轮通过排气驱动挺杯、排气驱动传动件驱动排气门组件，排气制动凸轮通过排气制动挺杯、排气制动传动件驱动排气门组件。

第一传动件复位弹簧提供弹簧力保持进气制动传动件与进气制动挺杯始终接触，第二传动件复位弹簧提供弹簧力保持排气制动传动件与排气制动挺杯始终接触。

进气驱动传动件通过第一进气气门桥驱动第一进气门组件，进气驱动传动件通过第一进气气门桥、进气传动块驱动第二进气门组件，进气制动传动件通过进气传动块驱动第二进气门组件，进气传动块相对第一进气气门桥直动或摆动。或进气驱动传动件通过第二进气气门桥驱动第一进气门组件和第二进气门组件，进气制动传动件通过第二进气气门桥驱动第一进气门组件和第二进气门组件，增设第三传动件复位弹簧提供弹簧力保持进气驱动传动件与进气驱动挺杯始终接触。

排气驱动传动件通过第一排气气门桥驱动第一排气门组件，排气驱动传动件通过第一排气气门桥、排气传动块驱动第二排气门组件，排气传动块相对第一排气气门桥直动或摆动。或排气驱动传动件通过第二排气气门桥驱动第一排气门组件和第二排气门组件，排气制动传动件通过第二排气气门桥驱动第一排气门组件和第二排气门组件，增设第四传动件复位弹簧提供弹簧力保持排气驱动传动件与排气驱动挺杯始终接触。

排气制动凸轮还在膨胀-排气下止点附近至少具有一个凸起和/或在进气-压缩下止点附近至少具有一个凸起。

进气驱动凸轮和/或进气制动凸轮和/或排气驱动凸轮和/或排气制动凸轮由凸轮轴相位调节机构调节。

挺杯组件包括安装在固定体上的柱塞和活塞，柱塞和固定体之间设置有弹簧，活塞上设置有缓冲台，固定体或柱塞上设置有缓冲环，柱塞和固定体之间形成供油油腔，输油源通过单向阀为供油油腔提供液压油，供油油腔通过泄油阀或通过并联设置的泄油阀和停缸阀与输油源相连。

驱动挺杯组件至少包括第一驱动挺杯组件和第二驱动挺杯组件。

第一驱动挺杯组件包括由驱动活塞体和堵块组成的驱动活塞、驱动锁定块、设置有驱动销槽的驱动销、设置有驱动活塞套槽、中间油路和第二放气孔的驱动活塞套，驱动活塞上设置有驱动活塞孔和第一放气孔，驱动销设置在驱动活塞内，驱动销弹簧设置在驱动活塞和驱动销之间，驱动活塞安装在驱动活塞套上，驱动活塞和驱动活塞套之间设置有驱动活塞弹簧，驱动活塞套安装在固定体上，驱动活塞和驱动销之间形成驱动被控油腔，固定体上引出的驱动被控油道通过中间油路与驱动被控油腔相连，驱动被控油道为低压时，驱动锁定块位于驱动活塞套槽和驱动活塞孔内，第一驱动挺杯组件为工作状态，驱动被控油道为高压时，驱动锁定块位于驱动销槽和驱动活塞孔内，第一驱动挺杯组件为失效状态。

第二驱动挺杯组件包括驱动柱塞设置在驱动柱塞套内，驱动柱塞套安装在固定体内，驱动柱塞内设置有切换销和切换销弹簧，驱动柱塞套与驱动柱塞之间设置有驱动弹簧，驱动柱塞套上设置被控油路和锁定槽，被控油路为高压时，切换销完全位于驱动柱塞内，第二驱动挺杯组件为失效状态，被控油路为低压时，切换销将驱动柱塞套与驱动柱塞锁定成一体，第二驱动挺杯组件为工作状态。

制动挺杯组件至少包括第一制动挺杯组件和第二制动挺杯组件。

第一制动挺杯组件包括设置有制动销槽的制动销、设置有制动活塞孔和第三放气孔的制动活塞、制动锁定块、设置有制动活塞套槽的制动活塞套，制动销设置在制动活塞内，制动销和制动活塞之间设置有制动销弹簧，制动活塞设置在制动活塞套内，制动活塞套设置在固定体内，制动销、制动活塞和制动活塞套之间形成制动被控油腔，设置在固定体上的制动被控油道与制动被控油腔相连，制动被控油道为低压时，制动锁定块位于制动活塞孔和制动销槽内，第一制动挺杯组件为失效状态，制动被控油道为高压时，制动锁定块位于制动活塞孔和制动活塞套槽内，第一制动挺杯组件为工作状态。

第二制动挺杯组件包括设置在第一柱塞或固定体内的第二柱塞，第一柱塞设置在固定体内；或第一柱塞设置在第二柱塞内，第二柱塞设置在固定体内。第一柱塞和第二柱塞之间或第一柱塞和固定体之间设置弹簧。第一柱塞和第二柱塞之间或第一柱塞、第二柱塞和固定体之间形成制动油腔。固定体上设置有被控油道，被控油道与制动油腔相连。被控油道与低压源相连时，第二制动挺杯组件为失效状态，高压源通过单向阀与被控油道相连时，第二制动挺杯组件为工作状态。

凸轮和挺杯之间还设置传统挺柱-推杆或传统挺柱-推杆-摇臂。

所述固定体为本领域中常用的固定体，如缸体、缸盖以及相对缸盖固定的支架等固定件。进一步固定体可以采用一体式固定体和分体式固定体，分体式固定体包括分体式衬套和固定体外套。所述分体式衬套分别和安装其在内的上述活塞、柱塞、驱动柱塞套、驱动活塞套、制动活塞套、第一柱塞、第二柱塞等组成一个整体，再安装在固定体外套上，这有利于零部件的系列化和通用化。

所述驱动锁定块和制动锁定块为本领域中常用的用于实现切换和锁定功能的锁定体，如球体，又如两端为圆台或圆锥、球面体、弧面体等，中间为圆柱体、圆筒等结构等，还可将两端制造出倾斜面来保证良好的受力。

所述切换销为本领域中常用的用于实现切换和锁定功能的驱动销，可采用圆柱结构，还可在切换销弹簧端加工出弹簧座，在另一端加工出和锁定槽相配合的锁定面来保证良好的受力。

在驱动模式下，进气驱动挺杯和排气驱动挺杯均处于工作状态，进气制动挺杯和排气制动挺杯均处于失效状态。在停缸模式下，进气驱动挺杯、排气驱动挺杯、进气制动挺杯和排气制动挺杯均处于失效状态。在第一类四冲程制动模式下，进气制动挺杯和排气驱动挺杯均处于工作状态，进气驱动挺杯和排气制动挺杯均处于失效状态。在第二类四冲程制动模式下，进气驱动挺杯和排气制动挺杯均处于工作状态，进气制动挺杯和排气驱动挺杯均处于失效状态。在二冲程制动模式下，进气驱动挺杯和排气驱动挺杯均处于工作状态，进气制动挺杯和排气制动挺杯均处于失效状态。

本发明的有益效果是：这种多模式全可变机构主要包括进/排气门组件、进气驱动凸轮、进气制动凸轮、排气驱动凸轮、排气制动凸轮、进气驱动挺杯、进气制动挺杯、排气驱动挺杯、排气制动挺杯、进气驱动传动件、进气制动传动件、排气驱动传动件、排气制动传动件等。（a）根据发动机需要选择不同的挺杯类型，可实现发动机分级驱动、二冲程分级制动等多种模式，并且可实现气门升程曲线的灵活可变，大幅度地提高了车辆的经济性、排放性以及行车安全。（b）挺杯采用模块化设计，根据车辆需要来选择挺杯的类型，现有车辆改造和新车型开发极为有利。

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是多模式全可变机构的第一示意图。

图2是多模式全可变机构的第二示意图。

图3是挺杯组件的示意图。

图4是第一驱动挺杯组件的示意图。

图5是第二驱动挺杯组件的示意图。

图6是第一制动挺杯组件的示意图。

图7是第二制动挺杯组件的示意图。

图8是滑阀示意图。

图9是气门桥和直动式传动块的示意图。

图10是气门桥和摆动式传动块的示意图。

图11是气门桥的示意图。

图中：cq1、进气驱动凸轮；cz1、进气制动凸轮；cq2、排气驱动凸轮；cz2、排气制动凸轮；tq1、进气驱动挺杯；tz1、进气制动挺杯；tq2、排气驱动挺杯；tz2、排气制动挺杯；yq1、进气驱动传动件；yz1、进气制动传动件；yq2、排气驱动传动件；yz2、排气制动传动件；vq1、第一进气门组件；vz1、第二进气门组件；vq2、第一排气门组件；vz2、第二排气门组件；yk1、第一传动件复位弹簧；yk2、第二传动件复位弹簧；bq1、第一进气气门桥；bz1、进气传动块；bq2、第一排气气门桥；bz2、排气传动块；vvt、凸轮轴相位调节机构；th1、进气制动滑阀；th2、排气制动滑阀；wk、固定体；1、活塞；3、弹簧；4、柱塞；5、供油油腔；6、驱动油腔；7、缓冲台；8、缓冲环；9、输油源；10、单向阀；12、停缸阀；q1、卡圈；q2、驱动柱塞；q3、切换销弹簧；q4、切换销；q5、驱动弹簧；q6、驱动柱塞套；q7、被控油路；q8、堵块；q9、第一放气孔；q10、驱动销弹簧；q11、驱动锁定块；q12、分体式衬套；q13、固定体外套；q14、驱动销槽；q15、驱动销；q16、驱动活塞弹簧；q17、驱动活塞套；q18、第二放气孔；q19、驱动被控油腔；q20、中间油路；q21、驱动被控油道；q22、驱动活塞体；z1、第三放气孔；z2、制动活塞；z3、制动销弹簧；z4、制动活塞套槽；z5、制动锁定块；z7、制动销；z8、制动活塞套；z9、制动被控油腔；z10、制动被控油道；z11、第二柱塞；z12、第一柱塞弹簧；z13、第一柱塞；z14、被控油道；t、低压源；p、高压源；z15、制动控制阀；z16、制动单向阀；h1、单向阀阀芯；h2、单向阀弹簧；h3、滑阀阀芯；h4、滑阀弹簧；h5、滑阀分体式衬套；h6、滑阀控制口；h7、滑阀驱动口；h8、滑阀泄油口；h9、单向阀出油口；cv1、制动控制阀；cv2、驱动控制阀；cv3、泄油阀；bqa、第一气门桥；bza、直动式传动块；bqb、第二气门桥；bzb、摆动式传动块；bqc、一体式气门桥。

具体实施方式

本发明涉及一种多模式全可变机构。一种多模式全可变机构，它包括进气门组件、排气门组件、进气驱动凸轮cq1、进气制动凸轮cz1、排气驱动凸轮cq2、排气制动凸轮cz2、进气驱动挺杯tq1、进气制动挺杯tz1、排气驱动挺杯tq2、排气制动挺杯tz2、进气驱动传动件yq1、进气制动传动件yz1、排气驱动传动件yq2、排气制动传动件yz2。

实施例

图1和图2分别为多模式全可变机构不同视角下的示意图。进气驱动凸轮cq1在进气冲程内具有一个凸起，进气制动凸轮cz1在每个下止点附近具有一个凸起，排气驱动凸轮cq2在排气冲程内具有一个凸起，排气制动凸轮cz2在每个上止点附近和每个下止点附近均具有一个凸起。进气驱动挺杯tq1采用挺杯组件，排气驱动挺杯tq2采用第二驱动挺杯组件，进气制动挺杯tz1和排气制动挺杯tz2均采用第二制动挺杯组件。进气驱动凸轮cq1通过进气驱动挺杯tq1、进气驱动传动件yq1驱动进气门组件，进气制动凸轮cz1通过进气制动挺杯tz1、进气制动传动件yz1驱动进气门组件，排气驱动凸轮cq2通过排气驱动挺杯tq2、排气驱动传动件yq2驱动排气门组件，排气制动凸轮cz2通过排气制动挺杯tz2、排气制动传动件yz2驱动排气门组件。所述传动件采用摇臂。第一传动件复位弹簧yk1提供弹簧力保持进气制动传动件yz1与进气制动挺杯tz1始终接触，第二传动件复位弹簧yk2提供弹簧力保持排气制动传动件yz2与排气制动挺杯tz2始终接触。进气驱动传动件yq1通过第一进气气门桥bq1驱动第一进气门组件vq1，进气驱动传动件yq1通过第一进气气门桥bq1、进气传动块bz1驱动第二进气门组件vz1，进气制动传动件yz1通过进气传动块bz1驱动第二进气门组件vz1，进气传动块bz1相对第一进气气门桥bq1直动。排气驱动传动件yq2通过第一排气气门桥bq2驱动第一排气门组件vq2，排气驱动传动件yq2通过第一排气气门桥bq2、排气传动块bz2驱动第二排气门组件vz2，排气传动块bz2相对第一排气气门桥bq2直动。进气驱动凸轮cq1、进气制动凸轮cz1、排气驱动凸轮cq2、排气制动凸轮cz2设置在一根凸轮轴上，凸轮轴相位由凸轮轴相位调节机构vvt调节。

图3是挺杯组件的示意图。挺杯组件包括安装在固定体上的柱塞4和活塞1，柱塞4和固定体之间设置有弹簧3，活塞1上设置有缓冲台7，柱塞4上设置有缓冲环8，柱塞4和固定体之间形成供油油腔5，输油源9通过单向阀10为供油油腔5提供液压油，供油油腔5通过并联设置的泄油阀cv3和停缸阀12与输油源9相连。通过控制泄油阀cv3的启闭状态，实现了活塞1的运动情况相对柱塞4灵活可变，进而实现对应的气门运行情况完全灵活可变。当泄油阀cv3和/或停缸阀12将供油油腔5与输油源9保持长时连接状态时，挺杯组件处于失效状态；否则，挺杯组件处于工作状态。通过控制停缸阀12的启闭状态，保证了停缸模式不受发动机转速等因素的影响，尤其是在发动机高速下。

驱动挺杯组件至少包括第一驱动挺杯组件和第二驱动挺杯组件。

图4是第一驱动挺杯组件的示意图。它包括由驱动活塞体q22和堵块q8组成的驱动活塞、驱动锁定块q11、设置有驱动销槽q14的驱动销q15、设置有驱动活塞套槽、中间油路q20和第二放气孔q18的驱动活塞套q17，驱动活塞上设置有驱动活塞孔和第一放气孔q9，驱动销q15设置在驱动活塞内，驱动销弹簧q10设置在驱动活塞和驱动销q15之间，驱动活塞安装在驱动活塞套q17上，驱动活塞和驱动活塞套q17之间设置有驱动活塞弹簧q16，驱动活塞套q17安装在分体式衬套q12上，分体式衬套q12设置在固定体外套q13上，驱动活塞和驱动销q15之间形成驱动被控油腔q19，固定体外套q13上引出的驱动被控油道q21通过分体式衬套q12上的油道、中间油路q20与驱动被控油腔q19相连。驱动被控油道q21为低压时，驱动锁定块q11位于驱动活塞套槽和驱动活塞孔内，第一驱动挺杯组件为工作状态；驱动被控油道q21为高压时，驱动锁定块q11位于驱动销槽q14和驱动活塞孔内，第一驱动挺杯组件为失效状态。

图5是第二驱动挺杯组件的示意图。它包括驱动柱塞q2设置在驱动柱塞套q6内，驱动柱塞套q6安装在固定体内，驱动柱塞q2内设置有切换销q4和切换销弹簧q3，驱动柱塞套q6与驱动柱塞q2之间设置有驱动弹簧q5，驱动柱塞套q6上设置被控油路q7和锁定槽。被控油路q7为高压时，切换销q4完全位于驱动柱塞q2内，第二驱动挺杯组件为失效状态；被控油路q7为低压时，切换销q4将驱动柱塞套q6与驱动柱塞q2锁定成一体，第二驱动挺杯组件为工作状态。

制动挺杯组件至少包括第一制动挺杯组件和第二制动挺杯组件。

图6是第一制动挺杯组件的示意图。它包括设置有制动销槽的制动销z7、设置有制动活塞孔和第三放气孔z1的制动活塞z2、制动锁定块z5、设置有制动活塞套槽z4的制动活塞套z8。制动销z7设置在制动活塞z2内，制动销z7和制动活塞z2之间设置有制动销弹簧z3，制动活塞z2设置在制动活塞套z8内，制动活塞套z8设置在固定体wk内，制动销z7、制动活塞z2和制动活塞套z8之间形成制动被控油腔z9，设置在固定体wk上的制动被控油道z10与制动被控油腔z9相连。制动被控油道z10为低压时，制动锁定块z5位于制动活塞孔和制动销槽内，第一制动挺杯组件为失效状态；制动被控油道z10为高压时，制动锁定块z5位于制动活塞孔和制动活塞套槽z4内，第一制动挺杯组件为工作状态。

图7是第二制动挺杯组件的示意图。它包括设置在固定体wk内的第二柱塞z11和第一柱塞z13。第一柱塞z13和固定体wk之间设置第一柱塞弹簧z12，第一柱塞z13和固定体之间形成制动油腔，固定体wk上设置有被控油道z14，被控油道z14与制动油腔相连。被控油道z14与低压源t相连时，第二制动挺杯组件为失效状态；高压源p通过制动单向阀z16与被控油道z14相连时，第二制动挺杯组件为工作状态。制动控制阀z15可以是和单向阀独立的两位四通阀，也可以采用和制动单向阀z16集成为一体，如图8所示。它包括由单向阀阀芯h1、单向阀弹簧h2、滑阀阀芯h3组成的制动单向阀，由滑阀阀芯h3、滑阀弹簧h4、滑阀分体式衬套h5组成的滑阀。滑阀驱动口h7与被控油道z14相连。当滑阀控制口h6为低压时，被控油道z14与滑阀泄油口h8相连；当滑阀控制口h6为高压时，滑阀阀芯h3压缩滑阀弹簧h4，将单向阀出油口h9与滑阀驱动口h7相连，高压油通过制动单向阀进入被控油道z14。图8只是集成单向阀后的滑阀的一种实施例。

进气驱动挺杯tq1、进气制动挺杯tz1、排气驱动挺杯tq2、排气制动挺杯tz2的工作和失效状态的控制可采用多个液压阀来独立控制，也可采用较少数量的液压阀进行分组控制。图1采用制动控制阀cv1控制进气制动挺杯tz1和排气制动挺杯tz2，采用驱动控制阀cv2直接控制排气驱动挺杯tq2，采用驱动控制阀cv2，再通过停缸用滑阀来控制进气驱动挺杯tq1。所述停缸用滑阀为本领域常用的液压控制阀芯位置的液压阀。驱动控制阀cv2将高压源与停缸用滑阀相连时，停缸用滑阀将供油油腔5与输油源9保持长时连接状态；驱动控制阀cv2将低压源与停缸用滑阀相连时，停缸用滑阀将供油油腔5与输油源9断开。

多模式全可变机构的控制方法为：

在驱动模式下，进气驱动挺杯tq1和排气驱动挺杯tq2均处于工作状态，进气制动挺杯tz1和排气制动挺杯tz2均处于失效状态。在停缸模式下，进气驱动挺杯tq1、排气驱动挺杯tq2、进气制动挺杯tz1和排气制动挺杯tz2均处于失效状态。在第一类四冲程制动模式下，进气制动挺杯tz1和排气驱动挺杯tq2均处于工作状态，进气驱动挺杯tq1和排气制动挺杯tz2均处于失效状态。在第二类四冲程制动模式下，进气驱动挺杯tq1和排气制动挺杯tz2均处于工作状态，进气制动挺杯tz1和排气驱动挺杯tq2均处于失效状态。在二冲程制动模式下，进气驱动挺杯tq1和排气驱动挺杯tq2均处于工作状态，进气制动挺杯tz1和排气制动挺杯tz2均处于失效状态。

图9是第一气门桥和直动式传动块的示意图。它包括第一气门桥bqa和直动式传动块bza。

图10是第二气门桥和摆动式传动块的示意图。它包括第二气门桥bqb和摆动式传动块bzb。制动凸轮与摆动式传动块bzb之间还可设置推杆等机构来保证机构具有良好的运动学和动力性特性。

图11是气门桥的示意图。采用一体式气门桥bqc，可实现驱动模式和制动模式下，由其一体式气门桥bqc驱动的全部气门组件均可打开。

根据车辆需要来确定上述各类部件的类型，各类组合均在本专利保护范围内，不限于图1所示的多模式全可变机构。