一种可实现灭缸功能的发动机可变气门升程机构及其控制的方法 【技术领域】
本发明涉及汽车发动机进气系统领域，更具体地说，是涉及一种可实现灭缸功能的发动机可变气门升程机构，本发明同时还涉及可实现灭缸功能的发动机可变气门升程机构的控制方法。
背景技术
随着石油资源的日益紧缺，改善发动机动力性能、提高燃料利用率显得更为紧迫，传统发动机气门升程是固定的，但发动机在不同转速下对可燃气的进气量需求是不同的，低转速、低负荷仅需要较小的进气量即可满足发动机动力输出的需要，对于多缸发动机必要时还可以停止部分气缸工作，在满足动力输出需要的情况下降低燃油消耗率，而高速、高负荷又需要较大的进气量，而且高转速下，发动机充气时间缩短，充气效率下降，传统发动机仅仅是找到一个各转速中间的平衡点，为了兼顾各转速工况这就限制了发动机的动力性能，有必要改变发动机气门升程，以满足发动机在不同转速下的进气量需要，改善发动机动力输出性能以及降低发动机的燃料消耗率。此外，改善发动机缸内燃烧，对于降低发动机污染物的排放也有着重要意义。目前，可变气门正时技术在改善发动机动力性、排放性能、燃油经济性方面均有较好表现，但仅仅改变发动机的配气相位，对于改善发动机整体性能还有很大局限性，例如，导致气缸进气量上的不足。
【发明内容】
本发明一种可实现灭缸功能的发动机可变气门升程机构及其控制的方法，其要解决的技术问题是：提供一种可根据发动机的不同工况，改变气门升程，从而能改善发动机缸内气流流动，促进燃料燃烧更充分，同时能根据发动机工况，实现某一缸或某几缸在发动机工作时实现灭缸功能，从而达到节省燃料的发动机，提高燃料能量利用率的汽车发动机可变气门升程装置。
本发明一种可实现灭缸功能的发动机可变气门升程机构，包括凸轮轴，摇臂轴，气门，气门弹簧，滚子，摇臂，电磁阀，回复弹簧，所述的与每个燃烧室相对应的凸轮轴上包括二个以上的凸轮顶部高度不同的凸轮；所述的摇臂的数量与凸轮的数量相对应；所述的摇臂轴内设置可以将不同摇臂实现锁定和解锁作用的T型销、短T型锁销、以及油道。
回复弹簧确保第一摇臂和第三摇臂与凸轮表面紧密贴合。
所述的与每个燃烧室相对应的凸轮设置为三个，分为高转速凸轮、低转速凸轮和一个升程为零的零升程凸轮，所述的高转速凸轮设置为凸轮顶部曲线高于低转速凸轮的结构；所述的摇臂设置为两个，分为第一摇臂、第二摇臂和第三摇臂，所述的第一摇臂、第二摇臂和第三摇臂分别通过滚子与低转速凸轮、零升程凸轮和高转速凸轮接触。
所述的摇臂内部设置贯通第一摇臂和第二摇臂的圆孔，位于第一摇臂一端的圆孔内安装从T型销头部一端设置出延伸出第一摇臂的油道，与第一摇臂上的油道相对应位置的摇臂轴上，设置沿摇臂轴一周的集油槽；所述的摇臂内部设置贯通第二摇臂和第三摇臂的圆孔，圆孔内安装短T型锁销，短T型锁销轴肩部延伸至第二摇臂的一端设置延伸出第二摇臂的油道，与第二摇臂的油道相对应的摇臂轴上，设置沿摇臂轴一周的集油槽。
所述的T型销上套装弹簧，弹簧一端抵靠在T型销头部，另一端抵靠在滚子轴上，T型销保持不延伸至第二摇臂区域的位置；所述的短T型锁销的一端抵靠在第三摇臂上，另一端与短T型锁销抵靠在第二摇臂内的滚子轴上的短T型锁销回位弹簧，短T型锁销保持在锁定第二摇臂和第三摇臂的位置。
所述的与油道贯通的集油槽与摇臂轴中心油孔A贯通，摇臂轴中心油孔A与主油路联通，所述的摇臂轴中心油孔A与主油路之间设置控制油压的电磁阀。
所述的与油道贯通的集油槽与摇臂轴中心油孔B贯通，摇臂轴中心油孔B与主油路连接，所述的摇臂轴中心油孔B与主油路之间设置控制油压的电磁阀。
本发明同时还涉及一种可实现灭缸功能的可变气门升程机构的控制方法，ECU根据发动机实际转速、负荷等来控制电磁阀的开闭，从而通过控制电磁阀改变摇臂轴中心油孔A(16)的油压，进而使T型销(17)实现上锁和解锁功能的开闭，而通过改变摇臂轴中心油孔B(30)的油压，可以使短T型锁销(20)实现上锁和解锁功能运动。
本发明所述的可实现灭缸功能的可变气门升程机构的控制方法为：
a)当发动机转速、负荷等参数低于预先设定值时，控制汽车发动机可变气门升程机构油路的电磁阀处于关闭状态，所述的汽车发动机可变气门升程机构的第一摇臂和第二摇臂彼此独立运动；
b)当发动机转速、负荷等参数高于预先设定值时，控制汽车发动机可变气门升程机构油路的电磁阀打开，所述的汽车发动机可变气门升程机构电磁阀打开，T型销将第一摇臂和第二摇臂锁定在一起；
c)在移动，第二摇臂和第三摇臂解除锁定。需要关闭某个或某几个气缸时，通过ECU控制电磁阀改变摇臂轴中心油孔B的油压，推动短T型锁销向短T型锁销回位弹簧一端
所述的发动机在低转速、低负荷时，T型销处于初始位置，所述的第一摇臂和第二摇臂彼此独立运动，此时决定气门升程高低的是低转速凸轮；所述的汽车发动机处于高转速时，控制汽车发动机可变气门升程机构油路的电磁阀打开，摇臂轴中心油孔A的油压升高，压力传递至T型销底部，机油推动T型销插入第二摇臂上的锁止孔，第一摇臂和第二摇臂被锁定在一起，此时决定气门升程的是高转速凸轮；所述的汽车发动机在需要关闭某个或某几个气缸时，通过ECU控制电磁阀改变摇臂轴中心油孔B的油压，推动短T型锁销向短T型锁销回位弹簧一端移动，从而使第一摇臂、第二摇臂和第三摇臂分离运动，此时决定气门升程高低的是零升程凸轮。
采用本发明技术方案的发动机可变气门升程装置，可以适用于多个气门的控制，在可变气门升程装置工作过程中，当发动机处于低速状态时，发动机两气门升程不同，每个气门流通面积不同，因此两气门进气量也不同，这在一定程度上改善了发动机缸内气流流动，促进燃料和空气的充分混合，使燃料燃烧更充分。当转换为大升程时发动机气门开度达到最大，此时发动机冲量系数增大，提高了发动机的功率、燃料能量利用率，降低了发动机污染物的排放量。
【附图说明】
下面对本发明的说明书中各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的可变气门升程机构的凸轮轴的结构示意图；
图2为本发明的可变气门升程机构的前视结构示意图；
图3为本发明的可变气门升程机构的后视结构示意图；
图4为本发明的可变气门升程机构的摇臂轴的内部油路结构示意图；
图5本发明的可变气门升程机构的零升程状态的结构示意图；
图6为本发明的可变气门升程机构的低升程状态的结构示意图；
图7为本发明的可变气门升程机构的高升程状态的结构示意图；
图8为本发明的可变气门升程机构的总成结构分解示意图；
图中标记为：1、高速凸轮；2、零升程凸轮；3、低速凸轮；4、凸轮轴；5、第二摇臂；6、摇臂轴；7、弹簧挡圈；8、回复弹簧嵌块；9、气门；10、气门弹簧；11、回复弹簧；12、第一摇臂；13、第三摇臂；14、滚子；15、气门间隙调节螺栓；16、摇臂轴中心油孔A；17、T型销；18、T型锁销回位弹簧；19、滚子轴套；20、短T型锁销；21、短T型锁销回位弹簧；22、防污销；23、摇臂；24、凸轮；25、油道；26、集油槽；27、油道；28、T型销头部；29、键；30、摇臂轴中心油孔B；
【具体实施方式】
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本发明为一种可实现灭缸功能的发动机可变气门升程机构，包括凸轮轴4，摇臂轴6，气门9，气门弹簧10，滚子14，摇臂23，回位弹簧11，所述的与每个燃烧室相对应的凸轮轴1上包括二个以上的凸轮顶部高度不同的凸轮24；所述的摇臂23的数量与凸轮24的数量相对应；所述的摇臂轴8内设置可以将不同摇臂20实现锁定和解锁作用的T型销23、短T型锁销20、以及油道25、油道27。
所述的与每个燃烧室相对应的凸轮24设置为三个，分为高转速凸轮1、低转速凸轮3和一个升程为零的零升程凸轮2，所述的高转速凸轮1设置为凸轮顶部曲线高于低转速凸轮11的结构；
所述的摇臂23设置为两个，分为第一摇臂12、第二摇臂5和第三摇臂13，所述的第一摇臂12、第二摇臂5和第三摇臂13分别通过滚子14与低转速凸轮3、零升程凸轮2和高转速凸轮1接触。
所述的摇臂23内部设置贯通第一摇臂12和第二摇臂5的圆孔，位于第一摇臂12一端的圆孔内安装从T型销17头部一端设置出延伸出第一摇臂12的油道22，与第一摇臂12上的油道24相对应位置的摇臂轴6上，设置沿摇臂轴6一周的集油槽26；所述的摇臂23内部设置贯通第二摇臂5和第三摇臂13的圆孔，圆孔内安装短T型锁销20，短T型锁销20延伸至第三摇臂5，第二摇臂5的一端设置延伸出第二摇臂5的油道27，与第二摇臂5的油道相对应的摇臂轴6上，设置沿摇臂轴6一周的集油槽26。
所述的T型销17上套装弹簧18，弹簧18一端抵靠在T型销头部28，另一端抵靠在滚子轴19上，T型销17保持不延伸至第二摇臂7区域的位置；所述的短T型锁销20的一端抵靠在第三摇臂5上，另一端与短T型锁销抵靠在第二摇臂5内的滚子轴19上的短T型锁销回位弹簧21，短T型锁销20保持在贯穿第二摇臂5和第三摇臂13的位置。
所述的与油道25贯通的集油槽26与摇臂轴中心油孔A16贯通，摇臂轴中心油孔A(16)与主油路连接，所述的摇臂轴中心油孔A16与主油路之间设置控制油压的电磁阀。
所述的与油道27贯通的集油槽26与摇臂轴中心油孔B30贯通，摇臂轴中心油孔B30与主油路连接，所述的摇臂轴中心油孔B30与主油路之间设置控制油压的电磁阀。
所述回复弹簧(11)确保第一摇臂(5)和第三摇臂(13)与凸轮(24)表面紧密贴合。
本发明同时还涉及一种可实现灭缸功能的可变气门升程机构的控制方法，ECU根据发动机实际转速、负荷等来控制电磁阀的开闭，从而通过控制电磁阀改变摇臂轴中心油孔A(16)的油压，进而使T型销(17)实现上锁和解锁功能的开闭，而通过改变摇臂轴中心油孔B(30)的油压，可以使短T型锁销(20)实现上锁和解锁功能运动。
本发明一种可实现灭缸功能的可变气门升程机构的控制方法为：
a)当发动机转速、负荷等参数低于预先设定值时，控制汽车发动机可变气门升程机构油路的电磁阀处于关闭状态，所述的汽车发动机可变气门升程机构的第一摇臂12和第二摇臂5彼此独立运动；
b)当发动机转速、负荷等参数高于预先设定值时，控制汽车发动机可变气门升程机构油路的电磁阀打开，所述的汽车发动机可变气门升程机构电磁阀打开，T型销17将第一摇臂12和第二摇臂5锁定在一起；
c)在需要关闭某个或某几个气缸时，通过ECU控制电磁阀改变摇臂轴中心油孔B30的油压，推动短T型锁销20向短T型锁销回位弹簧21一端移动。
所述的发动机在低转速、低负荷时，T型锁销17处于初始位置，所述的第一摇臂12和第二摇臂5彼此独立运动，此时决定气门升程高低的是低转速凸轮3；所述的汽车发动机处于高转速、高负荷时，控制汽车发动机可变气门升程机构油路的电磁阀打开，摇臂轴中心油孔A16的油压升高，压力传递至T型销17底部，机油推动T型销17延伸至第二摇臂5，第一摇臂12和第二摇臂5锁定，此时决定气门升程的是高转速凸轮1；所述的汽车发动机在需要关闭某个或某几个气缸时，通过ECU控制电磁阀改变摇臂轴中心油孔B30的油压，推动短T型锁销20向短T型锁销回位弹簧21一端移动，从而使第一摇臂12、第二摇臂5和第三摇臂13分离运动，此时决定气门升程高低的是零升程凸轮2。
本发明技术方案的气门升程机构的默认状态为第三摇臂13(低转速摇臂)及其对应的低转速凸轮3与气门9关联，即在发动机启动状态下，发动机的初始气门升程为低升程，这是为了满足发动机的暖机需要，以使得发动机的各个部件气缸处于良好的润滑工作状态。
本发明技术方案的默认状态决定了第三摇臂13与第二摇臂5之间短T型锁销的初始位置为第二摇臂5和第三摇臂13处于锁止位置。而在初始状态第一摇臂12与第二摇臂5处于相对独立状态，此时第二摇臂5中的T型锁销17的初始位置时第一摇臂12和第二摇臂5相对自由运动的位置。
当控制需要将第二摇臂5和第三摇臂13分离时，电磁阀开启，摇臂轴中心油孔B30中的压力升高，机油通过集油槽26和第二摇臂5中的油道27到达短T型锁销20轴肩部将短T型锁销20销推入第二摇臂5，第二摇臂5和第三摇臂13解除锁止，在此状态下，第二摇臂5和第一摇臂12也是分离的，气门升程机构处于零升程状态，如图5所示。
所述的发动机在低转速、低负荷时，T型锁销17处于初始位置，所述的第一摇臂12和第二摇臂5彼此独立运动，此时决定气门升程高低的是低转速凸轮3，如图6所示；
当发动机处于高速、大负荷输出工况时，本系统由低气门升程切换到高气门升程，电磁阀转换开口，摇臂轴中心油孔油路A16中的压力升高，油路A通过集油槽16与第二摇臂5中的油道25相通，高压机油直达T型锁销底部推动T型锁销插入第一摇臂的锁止孔内，此时T型锁销17就把第一摇臂12和第二摇臂5沿摇臂轴6周向锁定在一起，那么高转速凸轮1就与气门9关联在一起，如图7所示。高转速凸轮1的型线变化就传递到了气门9处，这时气门9的升程就按照高转速凸轮1的运动变化，
当发动机由高速工况变为低中速工况或需要停掉此气缸时，摇臂轴中心油孔A16中的油压降低，T型锁销17底部就没有了油压，在回位弹簧的作用下，T型锁销17回复到其初始位置，同时第一摇臂12就和第二摇臂5分离开来，高转速凸轮1就和气门9解除了关联，气门9重新根据控制的需要变为零气门升程或低升程状态，而此时的第一摇臂12(高转速摇臂)在摇臂轴6的周向上在高速摇臂的推动下摆动，但其运动不能传递到气门9处。
而当根据控制需要关闭气门9时，摇臂轴中心油孔B30中压力升高，短T型锁销20被推离第三摇臂13中的锁止孔，此时仅有零升程凸轮2关联于气门9，如图5所示，气门被完全关闭，若此缸进、排气门完全关闭，该气缸进气停止，燃料供给停止，则发动机的这个缸便停止了工作，当控制需要时，本系统重新切换与气门关联的凸轮，重新开启气门9。
由图8可以看到，在第一摇臂12和第三摇臂13两侧均设有涡卷弹簧，涡卷弹簧一端与摇臂固定，另一端与摇臂轴6固定，这使第一摇臂12、第三摇臂13在沿摇臂轴6轴周向摆动的同时能紧贴在两摇臂所对应的凸轮表面，避免摇臂产生跳动，脱离凸轮表面造成较大冲击加速部件磨损。
本发明的具体实施方式中仅举出每缸四气门结构发动机，但本实施例的应用范围不仅限于四气门结构发动机，对于双气门，或更多气门本实施例所体现的设计思路同样适用，因此对于上述应用范围同样在本专利的保护范围。本实施例中的第一摇臂与直接与两个进气门关联，但不仅限于进气门，排气门同样适用，由于叙述需要，这里仅以进气门为例。在本实例中设有两个独立摇臂，并设有高速、低速两个凸轮、以及与之配合的高速、低速摇臂，结合发动机工况需要控制机构在零升程、低升程、高升程三者中间选择其一控制气门开闭。
本实施例的最大特点在于零升程的设置，它可以实现关闭气缸中与零升程凸轮关联的气门的功能，应用于发动机各个气门便可以在发动机工作过程中，在仅需要低功率输出的工况下人为的停掉某个或某几个气缸，即实现“灭缸”功能，当本实施例应用于多缸发动机中，根据不同工况的需要在“灭缸”的同时停止其燃料供应，但该缸的活塞及火花塞正常工作，仅仅是没有燃料的供应和动力输出，在车辆起步、加速或爬坡等需要大功率输出时，全部气缸投入工作；在中速巡航和发动机低负荷时，系统仅运转部分气缸，在高速及大扭矩工况状态下，采用全缸工作，并配合大气门升程以达到最大功率输出。
由于本实施例所实现的“灭缸”功能以及可变升程功能，使得应用本实例的发动机有多种不同的工作状态组合，如部分气缸—低气门升程、部分气缸—高气门升程、全气缸—低气门升程、全气缸—高气门升程，这使得应用本实例的发动机最大功率输出有了更大的变化范围，控制系统对车辆的速度、节气门开度、车速、发动机转速、变速箱档位选择及其它因素进行监测，以针对各种工作状态确定适宜的气缸启用及气门升程选择方案。此外，本实例还会确定发动机机油压力是否适合本系统进行工作模式的切换，以及催化转化器的温度是否仍会保持在适当范围内。为了使气缸启用或停用时的过渡能够平稳进行，系统会调整点火正时、节气门的开度等，并相应地启用或解除本系统。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述具体方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改动而将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均落入本发明的保护范围内。