1.含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,包含:連續可變幾何凸輪軸機構在同一根軸上對應一個氣門具有至少2個不同的子凸輪且可以受控相互轉動,合成的凸輪角度連續可調;加法器機構,使連續可變幾何凸輪軸機構的子凸輪的運動實現數學上線性相加;可變沖程機構,可改變沖程的長度或角度范圍和位置或初始角度,作用在氣門上等效于氣門升程連續可調節;
所述連續可變幾何凸輪軸機構,中心軸和套管固定在一起,當中心軸沿軸向線性運動時,帶動含有不同方向滑槽的套管一起運動,使得其上的子凸輪或子齒輪在軸截面的角向方向上產生角向位移,具體角向位移的角度由滑槽的角度設定;且可實現凸輪型線的非對稱變化,并等效于凸輪軸與曲軸的相位改變;等效形式是同軸的子偏心輪的夾角可連續調節的機構,即將子凸輪替換成子偏心輪;
所述加法器機構是多輸入-單輸出的結構,包括具有液壓、四齒輪系、串聯雙連桿、串聯圓弧搖臂、正交驅動圓弧搖臂、單杠桿等不同形式;液壓加法機構包含至少2個輸入活塞和1個輸出活塞,輸入活塞相互之間的位置關系是平行的、并列的關系,不同輸入活塞的面積比根據其執行的算數平均值計算功能中的權重分配而定,輸出活塞的行程是輸入活塞行程的算數平均值,此時液壓機構稱為液壓加法器;輸入活塞與輸出活塞的方向、位置依照其所傳動的動作的最佳位置而設定,輸入輸出活塞的形狀以與其他部分最佳配合的要求而設定;四齒輪系加法器機構是四個齒輪先后嚙合,首尾二個齒輪固定且同軸,與中間的二個齒輪的角向位置可以改變,首端的齒輪的旋轉和中間二個齒輪繞首尾齒輪共同的軸的旋轉構成了二個輸入的旋轉量,而尾端的齒輪就是輸出部分;當四齒輪系加法器具有三個以上的輸入的旋轉量時,增加同軸的齒輪數量使之等于輸入旋轉量的數量,同時增加繞軸公轉的齒輪的成對的數量使得公轉齒輪對的數量等于輸入旋轉量的數量減一;串聯雙連桿機構是二個雙連桿前后相接,每個雙連桿由一個偏心輪驅動,前面的雙連桿一端固定在控制軸上,后面的雙連桿連接輸出端;將圓弧搖臂替代雙連桿,形成同樣作用的串聯圓弧搖臂;正交驅動圓弧搖臂是一個圓弧搖臂同時具有角向和徑向運動,二個方向的運動分別由二個同軸的偏心了和凸輪驅動;單杠桿是一個齒輪中相對的二個齒且不包含其他的齒,齒的長度比例決定杠桿的固定比例,單杠桿繞齒輪的軸心轉動,即雙齒齒輪形式的固定比例杠桿;
所述可變沖程機構具有二種形式:轉動搖臂機構,圓弧搖臂與所驅動的部件接觸的面是沿著所述連續可變幾何凸輪軸驅動機構軸心為弧心的圓弧;可調節凸輪套管機構,凸輪套管的初始角度可以連續改變而不影響運動的輸入端;
所述液壓加法器的液壓腔內有容積調節機構,一個彈簧將一個鋼球頂在一個連通內燃機的液壓系統管道的開口,當液壓腔容積不足時,內燃機液壓系統的壓力使得鋼球離開開口,液壓系統向液壓腔充油,使得輸出活塞與輸出活塞彈簧緊密接觸卻不壓縮輸出活塞彈簧,而輸出活塞彈簧在裝入所述液壓合成驅動系統的液壓腔時是處于略微被預壓縮的狀態;不同氣缸氣門的液壓加法器的液壓腔通過液壓挺柱式的相互連通;
所述連續可變幾何凸輪軸機構的等效機構是:所述子凸輪之間的相位差不變,所述子凸輪各自所推動液壓加法器的輸入活塞、滾輪搖臂等機構繞凸輪軸的軸線轉動一個角度并形成方向角度差,等效于子凸輪之間改變相位所造成的相位差,此時,相應部件需要依照子凸輪數量分割成相同數量的部分以適應相互之間角度關系的變化;
所述裝置的控制律為:所述連續可變幾何凸輪軸驅動機構中心軸的軸向線性運動連續改變子凸輪的相位角度差,多個子凸輪驅動加法器機構的輸入端,所得到的輸出端的沖程是輸入端的相加值,當凸輪等效CA角變大時凸輪等效升程的減少部分由可變沖程機構來補償,并且氣門升程的改變也由可變沖程機構來執行,因而氣門的升程和正時二個參數可以相互獨立且連續調節,實現全可變氣門驅動的功能。
2.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用轉動搖臂機構的方案的特征在于凸輪軸外面有一個同軸的搖臂套管,搖臂套管具有弧形開口,內容納三個圓弧搖臂,圓弧搖臂一端固定在搖臂套管上,滾輪與凸輪軸上的子凸輪接觸,在子凸輪未推動圓弧搖臂時,搖臂外側的弧線的弧心在以凸輪軸軸心為圓心的圓周線上,且圓弧搖臂的擺動是在凸輪軸的某一個軸截面;一個液壓缸的輸入活塞分為至少2個子活塞,每個子活塞對應一個子凸輪及圓弧搖臂,由圓弧搖臂來推動子活塞,液壓缸的輸出活塞連接在氣門上,推動氣門開啟,液壓缸同時具有液壓挺柱的機構和作用;搖臂套管也是控制軸,控制軸上有電機控制的蝸桿傳動齒輪,控制控制軸沿軸線線性轉動;凸輪軸連接一個液壓作動器,使得凸輪軸可以沿軸線線性移動從而連續改變所述子凸輪之間的相位差。
3.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用液壓加法器和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于將控制所有氣門的凸輪集中為一個凸輪組,這個凸輪組有至少二個子凸輪,驅動不同氣缸氣門的滾輪搖臂均勻分布在凸輪組的軸截面上,凸輪組轉動過程中,分別驅動這些滾輪搖臂及其液壓缸所連通的氣門,即凸輪組在不同時刻分別驅動不同氣缸的氣門;液壓缸通過控制軸中的獨立液壓管路連接控制相應氣門的凸輪套管內的液壓活塞,推動凸輪套管擺動,并控制氣門開閉;控制所述控制軸的轉動的液壓作動器、控制曲軸和凸輪之間相位關系的液壓相位調節器、控制連續可變幾何凸輪軸機構的軸向液壓作動器都集中于控制軸的一端;
所有圓弧搖臂集中于控制軸一端,所有氣門的圓弧搖臂由同一個連續可變幾何凸輪軸的組合來驅動,4個氣門的圓弧搖臂分別位于連續可變幾何凸輪軸的旋轉平面的不同方向,當氣缸數量大于4時增加一組可變幾何凸輪,并將可以分時驅動的氣缸的氣門所連接的圓弧搖臂及液壓缸布置在同一組可變幾何凸輪周圍;曲軸的動力通過鏈條先驅動通常的液壓調相器,液壓調相器通過軸向可調驅動軸驅動可變型凸輪,軸向可調驅動軸由一個驅動軸控制其在軸向位置可以線性調節;可變型凸輪和驅動軸控制器有一個外殼包裹,外殼外面周向是液壓調相器;
一個與所述控制軸同軸的扭力彈簧,一端固定在凸輪套管上,另一端固定在控制軸或柱形液壓缸上,使得所述凸輪套管回到原始位置,這個原始位置由所述控制軸和弧形活塞決定。
4.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用液壓加法器和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于液壓缸一側開至少2個圓管開口,圓管開口內有圓形活塞,凸輪軸上的至少2個子凸輪分別對應一個圓管開口,各自推動一個圓形活塞;所述液壓缸內有凸輪套管,凸輪套管的軸是空心的,內部穿過控制軸,控制軸與凸輪套管之間接觸但可以在控制軸軸截面的角度方向做一定范圍的滑動;所述凸輪套管的軸上開有方孔且內有一個弧形活塞,弧形活塞與凸輪套管的軸可以在軸截面上相對移動,弧形活塞由固定栓固定在控制軸上,弧形活塞四角具有半圓突起,半圓突起支撐弧形活塞與凸輪套管的方孔之間所具有的最小縫隙;所述弧形活塞一側與凸輪套管之間具有一個充滿大氣壓力的空氣的封閉空間,空間內的空氣壓縮的程度不超過10個大氣壓;
所述弧形活塞在與所述凸輪套管的軸上的孔之間的空隙對應所述柱形液壓缸的圓管開口且不超過圓管開口所在的范圍,使得液壓油可以由圓管內部低阻力流動到弧形活塞與方孔之間的空隙,且所述控制軸的轉動角度范圍不超過弧形活塞的寬度以防液壓油洩漏;
所述凸輪套管是組合式的,二個凸輪向同一個方向伸出長短不同的二段軸管,軸管上具有相互配合的固定孔,以固定栓讓二個凸輪組裝成一個凸輪套管;在組裝之前先,先將所述弧形活塞與所述控制軸、所述凸輪套管中軸部有方孔容納所述弧形活塞的凸輪套管固定在相應的位置上,而后再先后套上所述柱形液壓缸、另一個凸輪套管并緊固;所述柱形液壓缸是固定在內燃機氣缸蓋上的部件;
一個與所述控制軸同軸的扭力彈簧,一端固定在凸輪套管上,另一端固定在控制軸或液壓缸上,使得所述凸輪套管回到原始位置,這個原始位置由所述控制軸和弧形活塞決定。
5.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用液壓加法器和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于連續可變幾何凸輪軸的凸輪從內向外驅動圓弧搖臂式液壓活塞且作為液壓加法器的輸入活塞,液壓加法器的輸出活塞是圓截面弧線型活塞,圓截面弧線型活塞與凸輪套管是通過組裝固定在一起的部件,可以繞所述連續可變幾何凸輪軸的軸線朝向氣門開啟的方向轉動;一個扭力彈簧一端固定在所述凸輪套管上,另一端固定在所述液壓加法器外殼上,所述液壓加法器外殼同時也是控制軸,可在液壓機構控制下線性轉動;
所述圓弧搖臂式液壓活塞等效形式的特征在于凸輪驅動一個雙連桿,二個連桿的連接處有滾輪并與凸輪接觸,雙連桿一端固定在控制軸上,另一端連接一個輸入活塞,輸入活塞通過液壓加法器驅動圓截面弧線型活塞和凸輪套管,從而驅動氣門開閉。
6.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用四齒輪系加法器和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于有二個不同形式,第一種形式是:子凸輪A驅動一個圓弧搖臂A去推動一個斜面,此斜面是一個弧形齒輪A的一端,子凸輪A驅動這個弧形齒輪A繞控制軸擺動一個角度;弧形齒輪A與一個中間齒輪A嚙合,中間齒輪A與中間齒輪B嚙合,而中間齒輪B與中間齒輪A共有一個齒輪架A,圓弧搖臂A固定在控制軸上;子凸輪B通過圓弧搖臂B驅動齒輪架A的一端的斜面,使得齒輪架A產生與弧形齒輪A相反的擺動;中間齒輪B與弧形齒輪B嚙合,弧形齒輪B同時與中間齒輪C嚙合,而中間齒輪C與中間齒輪D嚙合,中間齒輪C與中間齒輪D同有一個齒輪架B,子凸輪C通過一個圓弧搖臂C驅動齒輪架B的一端的斜面,使得齒輪架B產生一個與弧形齒輪B相反的擺動;中間齒輪D與凸輪套管上的弧形齒輪C嚙合;子凸輪(A、B、C)、弧形齒輪(A、B、C)、齒輪架A、B的旋轉軸共軸;控制軸上有同軸扭力彈簧,扭力彈簧一端固定在控制軸上,另一端固定在凸輪套管上;子凸輪(A、B、C)在等效凸輪CA角最小時的相位角適應所述齒輪架(A、B)的角度而定;三個子凸輪之間的零夾角時為三個子凸輪同時驅動各自的圓弧搖臂(A、B、C)產生令氣門開啟的運動;
第二種形式是:所述弧形齒輪(A、B、C)、齒輪架(A、B)的旋轉軸共軸,旋轉軸在凸輪軸的外部獨立軸形式,旋轉軸是凸輪軸外的第二軸,第二軸固定在所述控制軸上,可以隨控制軸一同轉動,控制軸與凸輪軸同軸;弧形齒輪C與凸輪套管分離,并與凸輪套管上的弧型齒輪D嚙合,凸輪套管與凸輪軸同軸;所述弧形齒輪A、齒輪架(A、B)各自由一個伸出的滾輪搖臂,搖臂的一端有滾輪,分別與子凸輪(A、B、C)接觸,齒輪架A的滾輪與子凸輪B接觸,方向與弧形齒輪A和齒輪架B的滾輪搖臂相反;控制軸上具有同軸扭力彈簧,扭力彈簧一端固定在控制軸上,另一端固定在凸輪套管上;控制軸具有適當的開口,以容納圓弧搖臂(A、B、C)的運動;
四齒輪系加法器相加的規則是第一項或第一個子凸輪驅動弧形齒輪,而隨后的任何數量的項目或子凸輪都是驅動齒輪架的角向擺動。
7.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用串聯雙連桿和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于加法器是雙連桿機構的串聯形成的,由子偏心輪替代子凸輪驅動雙連桿的屈伸運動,屈伸運動是繞偏心輪軸運動的,串聯雙連桿機構一端連接在凸輪套管上,另一端連接在控制軸上,雙連桿向內凹陷的二個連桿連接點分別與偏心輪軸上的二個子偏心輪的偏心輪連桿相連,中間的第五個連接點限制在凸輪套管側面的一個滑槽中;二個子偏心輪之間的零夾角時為二個子偏心輪同時驅動各自的雙連桿機構并產生令氣門開啟的運動;控制軸具有適當的開口,以容納偏心輪連桿和雙連桿的運動。
8.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用串聯圓弧搖臂和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于二個子凸輪驅動一個氣缸的氣門,二個子凸輪分別驅動二個在凸輪套管外面的圓弧搖臂,圓弧搖臂在控制軸的外部,在凸輪套管的二側;圓弧搖臂A固定在控制軸上,一端具有光滑斜面,驅動的目標是圓弧搖臂B的固定軸,這個固定軸固定在中間套管上,圓弧搖臂B的一端具有光滑斜面,驅動的目標是凸輪套管上的一個固定滾輪;二個子凸輪之間的零夾角時為二個子凸輪同時驅動各自的圓弧搖臂A、B產生令氣門開啟的運動;控制軸具有適當的開口,以容納圓弧搖臂的運動。
9.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用正交驅動圓弧搖臂和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于圓弧搖臂的一端連接偏心輪的連桿且連接處安置于控制軸上的一個徑向和角向滑槽中恰好受其約束,圓弧搖臂另一端具有滾輪且受到與偏心輪同軸的凸輪的推動,圓弧搖臂有滾輪的一端頂部是光滑面,與凸輪套管上的滾輪緊密接觸;偏心輪和凸輪之間的相位角度連續可調,控制軸與凸輪、偏心輪具有相同的旋轉軸,且偏心輪和凸輪在控制軸內部;控制軸具有適當的開口,以容納偏心輪連桿和圓弧搖臂的運動;圓弧搖臂在控制軸的外部,在凸輪套管的二側;偏心輪和凸輪之間的零夾角時為二者同時驅動圓弧搖臂產生令氣門開啟的運動。
10.如權利要求1所述的含連續可變幾何凸輪軸和加法器的全可變氣門驅動裝置,其采用單杠桿加法器和可調節凸輪套管機構的方案的特征在于子凸輪A通過滾輪搖臂A驅動外部的動力套管A轉動,子凸輪B通過滾輪搖臂B驅動外部的動力套管B轉動,轉動方向都是朝向凸輪套管開啟氣門的方向,而凸輪套管在動力套管A和動力套管B之間,控制軸上對應滾輪搖臂A和B的地方有適應的開口,滾輪搖臂A和B一端固定在控制軸上;雙齒齒輪形式的固定比例杠桿的軸在凸輪套管上,而二個齒分別于動力套管A和動力套管B中相應的凹槽嚙合;一個同軸扭力彈簧一端固定在控制軸上,另一端固定在凸輪套管上;
當使用三個子凸輪推動一個凸輪套管時,二個子凸輪在凸輪套管的一側并分別驅動動力套管A和動力套管B的運動,并通過一個杠桿比例為1∶1的所述雙齒齒輪形式的固定比例杠桿合成到一個中間動力套管C,第三個子凸輪在凸輪套管另一側并驅動一個動力套管D,中間動力套管C與動力套管D之間通過一個杠桿比例為1∶2所述雙齒齒輪形式的固定比例杠桿合成凸輪套管的運動。
11.使用加法器和可變沖程機構的全可變氣門驅動裝置,進氣門和排氣門的凸輪軸使用固定角度的小CA角凸輪,各自驅動二個正交的液壓活塞,正交的液壓活塞分別驅動進氣門和排氣門,驅動進氣門和排氣門的二個液壓活塞的輸出沖程作為輸入沖程各自進入一個加法器,進氣門加法器的輸出沖程經一個可變沖程機構驅動進氣門,排氣門加法器的輸出沖程經一個可變沖程機構驅動排氣門;進氣門和排氣門的凸輪軸各具有一個液壓調相器且能夠調節其與曲軸的相位差;液壓活塞的長距離傳動具有使用傳動桿、液壓系統、拉力索或拉力桿等不同形式;
控制律:調節二個液壓調相器,使其相互之間產生不為零的相位差,加法器將這二個相位差的效果相加,使得等效凸輪的CA角等于二個液壓調相器或二個凸輪之間的相位差加上固定角度凸輪的角度;調節可變沖程機構,使氣門達到需要的升程。