变冲程发动机液压式配气切换机构

摘要

一种可变冲程发动机配气切换机构，其主要是：二、四冲程两种不同模式的进排气凸轮设在凸轮轴中部且与凸轮轴连为一体，凸轮两侧的凸轮轴上设有矩形外花键，并且两侧的矩形外花键长度相等，在两外花键以外的凸轮轴裸段端部各设一个环形沟槽，其内设密封圈，设在凸轮轴两侧的左、右半轴为与凸轮轴同轴的管状体，其内部设有与凸轮轴上外花键对应的矩形内花键以及与凸轮轴裸段对应的孔道，该孔道直径大于其外侧的油道直径，在该油道内端部设有内螺纹，上述左、右半轴外设轴段。本发明将两种冲程模式集于一台发动机上，结构紧凑，对发动机缸体改动小，依靠液压油实现切换，使切换更加平稳，同时又使发动机的综合性能得到进一步的提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机配气切换机构。

背景技术

现代往复活塞式内燃机从工作冲程角度可以划分为二冲程和四冲程两种类型。前者具有升功率大、扭矩输出周期波动小的特点，在大负荷工况下，相比四冲程发动机，该优势更为突出；而四冲程发动机，换气过程在两个不同的活塞行程中进行，换气损失少且换气终了缸内残余废气系数较小，热效率高，故在燃油消耗和排放上相比二冲程发动机明显有利。若将两种冲程模式集于一台发动机上，通过两种模式的相互切换，则可达到兼顾发动机动力性、经济性和排放性的要求。

美国专利Two-stroke and Four-stroke Switching Mechanism，专利号US7036465B2，公开了一种二冲程和四冲程切换机构，主要采用双挺杆的模式，在挺杆上有两种模式的挺杆，内挺杆为四冲程成模式，外挺杆为二冲程模式，在两挺杆间有一柱塞，柱塞通过挺杆直接驱动气门，在外挺杆、柱塞和内挺杆之间有两个供切换的销，切换销在油压和回位弹簧的共同作用下工作。当发动机需要四冲程工作模式时，切换销将柱塞和内挺杆连接在一起，同时柱塞和外挺杆分离，此时发动机进入四冲程模式；当发动机需要二冲程工作模式时，切换销将柱塞和外挺杆连接在一起，同时柱塞和内挺杆分离，此时发动机进入二冲程模式。该机构能够实现不同模式的切换，但对挺杆的改动较大，结构复杂，而且对于小型无挺杆的发动机是没办法实现的。另外本机构的每个气门需要两个二冲程模式的凸轮和一个四冲程模式的凸轮，对于多气门发动机需要更多的凸轮，增大了机体的纵横向尺寸，增加了质量和成本。

上述专利还公开了一种二冲程和四冲程切换机制，主要采用双摇臂的形式，在摇臂轴上集成有四冲程工作模式摇臂和二冲程工作模式摇臂，两者中间有连接部件，在三者中间有供锁销移动的中心孔，油液通过空心摇臂轴进入中间连接部件，在中间连接部件内形成油压腔，初始状态下第一、第三锁销将四冲程工作模式摇臂和中间连接部件连接在一起，在油压作用下，第二、第四锁销将二冲程工作模式摇臂和中间连接部件连接在一起，同时四冲程工作模式摇臂和中间连接部件分离。该机构能实现不同模式切换，但需要对摇臂轴进行改进，摇臂内的零件多。

专利公开号为CN103216323A的专利公开了一种变冲程发动机切换机构，其采用凸轮中心轴与凸轮体分体的形式，两者采用导向平键进行连接，实现了凸轮体随中心轴的周向旋转和轴向移动，冲程切换依靠凸轮体左右两凸轮上的螺旋凸台配合实现了凸轮体的左右移动，从而实现了冲程的切换。该机构需要通过电磁驱动实现模式切换，对发动机缸盖改动较大，另外此机构对切换时机、速度要求比较高，而电磁驱动切换响应速度较慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对原机改动小，结构简单、紧凑，质量小，易于加工生产，切换平稳、迅速的变冲程发动机液压式配气切换机构。

本发明主要将往复活塞式内燃机凸轮轴设计为三段，其分别为固连两种模式凸轮的凸轮轴、左半轴和右半轴，通过液压驱动实现凸轮轴的水平移动，进而实现变冲程发动机两种冲程模式配气定时及气门升程的相互切换。

本发明主要包括：固连两种模式凸轮的凸轮轴、左半轴和右半轴，其中，二、四冲程两种不同模式的进排气凸轮构成的凸轮体设在凸轮轴中部且与凸轮轴连为一体，凸轮体由四冲程和二冲程进排气凸轮构成，所有凸轮共用基圆，其中二冲程进排气凸轮均为双峰凸轮，四冲程进排气凸轮为单峰凸轮，二冲程模式凸轮和四冲程模式凸轮之间有平滑的过渡区。凸轮两侧的凸轮轴上设有矩形外花键，并且两侧的矩形外花键长度相等。在两外花键以外的凸轮轴裸段端部各设一个环形沟槽，其内设密封圈，用于凸轮轴和左半轴接触时的密封。设在凸轮轴左侧的左半轴为与凸轮轴同轴的管状体，其内部设有与凸轮轴上外花键对应的矩形内花键，以及与凸轮轴裸段对应的用于凸轮轴移动的孔道，该孔道直径大于其外侧的油道直径，在该油道内端部设有用于连接旋转接头的内螺纹，由于发动机工作时凸轮轴处于旋转状态，以便油液通过旋转接头进入油道。上述左半轴外设用于安装支撑轴承的轴段。

设在凸轮轴右侧的右半轴也为与凸轮轴同轴的管状体，其内部设有与凸轮轴上外花键对应的矩形内花键，以及与凸轮轴裸段对应的用于凸轮轴移动的孔道，该孔道直径大于其外侧油道直径，在该油道内端部设有用于连接旋转接头的内螺纹，由于发动机工作时凸轮轴处于旋转状态，以便油液通过旋转接头进入油道。上述右半轴外设用于安装支撑轴承的轴段。

本发明的工作过程大致如下：中间的凸轮轴通过花键导向，再依靠油液压力推动凸轮轴在左、右半轴内水平移动，改变摇臂和凸轮体的接触位置，从而实现两种不同工作模式的切换，同时又依靠油液的压力，保持凸轮轴的位置不变，实现某一种模式的持续工作。

本发明与现有技术相比具有如下优点：可以将二冲程和四冲程两种工作模式集于一台发动机上，根据不同的工况实现不同模式的切换；相比其它变冲程发动机配气切换机构的设计，结构简单，对原机改动小；因通过液压作用实现凸轮体移动，从而使两种冲程模式的切换更加快速、平稳。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明凸轮轴的立体示意图；

图3为本发明二冲程模式轴向剖视图；

图4为本发明四冲程模式轴向剖视图；

图5为本发明液压系统简图。

图中：1、凸轮轴，2、左半轴，3、右半轴，4、外花键，5、二冲程模式进气凸轮，6、四冲程模式进气凸轮，7、二冲程排气凸轮，8、四冲程排气凸轮，9、密封圈，10、油道，11、内花键，12、轴段，13、油道，14、内花键，15、轴段，16、液压泵，17单向阀，18、卸荷阀，19、蓄能器，20、换向阀，21、电磁阀。

具体实施方式

在图1、图2、图3和图4所示的变冲程发动机液压式配气切换机构的示意图中，该配气切换机构包括：固连两种模式凸轮的凸轮轴1、左半轴2和右半轴3。其中，二、四冲程两种不同模式的进、排气凸轮即二冲程模式进气凸轮5、四冲程模式进气凸轮6、二冲程排气凸轮7、四冲程排气凸轮8构成的凸轮体依次设在凸轮轴中部，所有凸轮共用基圆且与凸轮轴连为一体，二冲程进、排气凸轮均为双峰凸轮，四冲程进、排气凸轮均为单峰凸轮，二冲程模式凸轮和四冲程模式凸轮之间有平滑的过渡区。凸轮两侧的凸轮轴上设有矩形外花键4，并且两侧的矩形外花键长度相等。在两外花键以外的凸轮轴裸段端部各设一个环形沟槽，其内设密封圈9。设在凸轮轴左侧的左半轴为与凸轮轴同轴的管状体，其内部设有与凸轮轴上外花键对应的矩形内花键11，以及凸轮轴裸段对应的孔道，该孔道直径大于其外侧的油道10直径，在该油道内端部设有内螺纹。上述左半轴轴外设用于安装支撑轴承的轴段12。

设在凸轮轴右侧的右半轴也为与凸轮轴同轴的管状体，其内部设有与凸轮轴上外花键对应的矩形内花键14，以及与凸轮轴裸段对应的孔道，该孔道直径大于其外侧的油道13直径，在该油道内端部设有内螺纹。上述右半轴外设用于安装支撑轴承的轴段15。

下面根据附图详细介绍工作过程：

如图3所示的四冲程配气模式轴向剖视图：四冲程模式确定为发动机的初始工作模式，油液通过右半轴3与其相连的旋转接头进入油道13，在油液作用下，凸轮轴1沿着键槽向左移动，左半轴2左端的油液经油道10，通过左半轴2与其相连的旋转接头流出，直到凸轮轴1的左端面和油道10的右端面接触，此时进气门对应的摇臂和四冲程模式进气凸轮6接触，排气门对应的摇臂和四冲程模式排气气凸轮8接触，二冲程进排气凸轮和摇臂实现分离，按照四冲程模式凸轮的轮廓，摇臂随着凸轮轴的旋转上下移动，进而发动机实现四冲程配气模式，在油液的压力作用下，凸轮轴1的左端面会一直和油道10的右端面接触，从而可以保证发动机始终处于四冲程配气工作模式。

如图4所示的二冲程配气模式轴向剖视图：油液通过左半轴2与其相连的旋转接头进入油道10，在油液作用下，左半轴2沿着键槽向右移动，凸轮轴1右端的油液经油道13，通过右半轴3与其相连的旋转接头流出，直至凸轮轴1右端面和油道13左端面接触，此时进气门对应的摇臂和二冲程模式进气凸轮5接触，排气门对应的摇臂和二冲程模式排气凸轮7接触，四冲程进排气凸轮和摇臂实现分离，按照二冲程模式凸轮的轮廓，摇臂随着凸轮轴的旋转实现上下移动，进而发动机实现二冲程配气模式，在油液的压力作用下，凸轮轴1的右端面会一直和油道13的左端面接触，从而可以保证发动机始终处于二冲程配气工作模式。当需要四冲程工作模式时，油液按上述图3的工作原理，由二冲程切换到四冲程工作模式。根据需要，如此往复循环切换，便实现了发动机二四冲程两种不同工作模式的切换。

如图5所示液压系统简图，换向阀20是三位四通换向阀，其中油口A和左半轴2相连的旋转接头油口连接，油口B和右半轴3相连的旋转接头油口连接，正常状态下，即发动机处于四冲程标准模式工作状态下，油口B和进油口P处于连通状态，油口A和回油口T处于连通状态，液压油通过旋转接头、油道13推动凸轮轴1向左移动，油道10内的液压油经过左半轴2相连的旋转接头流出，沿着管路流回油箱，进而凸轮轴1左端面和油道10右端面接触，实现四冲程进排气凸轮和摇臂接触，二冲程进排气凸轮和摇臂分离，按照四冲程模式凸轮的轮廓线，摇臂随着凸轮轴的旋转上下移动，进而发动机实现四冲程配气模式，此时液压系统处于保压状态，泵的流量进入蓄能器19被存储起来，达到预设压力后卸荷阀18开启，液压泵16卸荷；当发动机需要二冲程工作模式时，电控单元发出信号，电磁阀21驱动换向阀20，使油口A和进油口P处于连通状态，油口B和回油口T处于连通状态，液压油通过旋转接头、油道10推动凸轮轴1向右移动，油道13内的液压油经过右半轴3相连的旋转接头流出，沿着管路流回油箱，进而凸轮轴1右端面和油道13左端面接触，实现二冲程进排气凸轮和摇臂接触，四冲程进排气凸轮和摇臂分离，按照二冲程模式凸轮的轮廓线，摇臂随着凸轮轴的旋转上下移动，进而发动机切换到二冲程配气模式，此时液压系统处于保压状态。当发动机需要四冲程工作模式时，按照上述四冲程切换过程，发动机从二冲程配气模式切换到四冲程配气模式。根据发动机需要，两种配气模式实现自由切换。