一种摇臂机构

1.本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及发动机摇臂。


背景技术：

2.日益严重的能源和环境问题已成为全球性大问题，采用包括停缸、内部egr等技术可以有效提升发动机性能，其在节能减排方面意义重大。发动机停缸技术通过在驱动模式低负荷下停止部分气缸工作，提高工作气缸的负荷率，可以实现燃油经济性和排气温度的提高，后者可以提高后处理效率，进而实现发动机节能减排。在发动机启动和暖机阶段，采用内部egr技术可以加快缸内和排气温度的提升，改善发动机燃烧效率和稳定性，并缩短后处理装置开始工作所需的时间，进而可以实现发动机节能减排。同样的，在低负荷工况下，也可以采用内部egr技术来改善采用低温燃烧方式、采用高汽化潜热燃料等发动机的性能。车辆安全性的提升同样是备受全球关注的大问题，发动机制动技术具有无热衰退问题(即其长效制动效能不降低)、体积小、重量低、成本低等优势，已成为中重型货车等车辆必备制动技术。其中，四冲程制动技术在目前应用领域里制动性能最高；二冲程制动技术可以进一步提高制动功率和零部件可靠性，正在被推广。此外，在制动模式小负载下停止部分气缸工作，可以实现车辆分级制动，满足不同载重量、路况等复杂多变运行过程中的各类要求。上述技术均需要在发动机运行不同工况下提供不同的进/排气门升程曲线，因此各类可变气门驱动装置应运而生。
3.目前实用化的可变气门驱动装置主要用于具有独立的进气凸轮轴和排气凸轮轴的双顶置凸轮轴发动机。按气门运行参数灵活可变的效果分为：vvt、vvl和cvvl三大类。vvt和cvvl均不能实现发动机停缸和制动等功能。由于进气门和排气门对相位调整的要求差异非常大，vvt不能用于进排气凸轮同轴的发动机。由于空间布置问题，vvl很难用于底置凸轮轴发动机。传统机械式cvvl需要vvt配合才能使用，因此也不能用于进排气凸轮同轴的发动机。主从活塞式cvvl存在气门运行一致性不佳、标定极为困难等问题。
4.为了实现发动机停缸、内部egr、制动等技术所要求的可变气门运行事件，尤其是在具有进排气凸轮同轴的发动机以及底置凸轮轴发动机上实现上述技术，亟需开发一套全新的可变气门驱动装置。可变气门驱动装置除了需要满足气门运行灵活程度方面的要求外，还需要同时保证装置运行可靠性等诸多要求。包括：随着节能减排要求的日益严格，发动机高增压小排量已成为必然，配气机构设计必须满足紧凑型设计要求，否则无法实用化；还需要满足尽可能不改变原机的机体、缸盖、曲轴到凸轮轴的传动机构(即凸轮轴位置不变)等要求，并且需要尽可能采用原机配气机构零部件，从而满足低成本升级要求；最后，随着节能减排(对于中重型货车等车辆还需要保证制动安全)对气门运行灵活程度方面的要求越来越多，这要求实现各类可变气门功能的配气机构零部件之间具有良好的兼容性来满足发动机气门可变运行的同时，满足发动机紧凑型设计要求。
5.对此，本发明提出一种可变摇臂机构。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种摇臂机构。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种摇臂机构，包括第一摇臂体、第二摇臂体、摇臂轴和锁紧组件；
9.所述第一摇臂体上设置第一锁销孔、弹簧孔、排空孔、第一配合面、第一安装孔、第一摇臂体切换限位面；
10.所述第二摇臂体上设置第二锁销孔、第二配合面、第二安装孔、第二摇臂体切换限位面；
11.所述摇臂轴上设置控制油道，用于控制锁销弹簧的压缩状态；
12.所述锁紧组件包括锁销和锁销弹簧；
13.所述第一摇臂体通过第一安装孔可转动的设置于所述摇臂轴上；
14.所述第二摇臂体通过第二安装孔可转动的设置于所述摇臂轴上；
15.所述锁销弹簧设置在所述弹簧孔内；
16.所述弹簧孔通过所述排空孔与外界相连通；
17.所述锁销安装在所述第一锁销孔或者所述第二锁销孔内：
18.当所述第一摇臂体切换限位面与所述第二摇臂体切换限位面接触时，所述第一摇臂体和所述第二摇臂体的相对位置为可切换位置，所述第一锁销孔与所述第二锁销孔对齐并且形成锁紧通道，所述锁销可在所述锁紧通道内移动；
19.当所述第一摇臂体切换限位面与所述第二摇臂体切换限位面不接触时，所述第一摇臂体和所述第二摇臂体的相对位置为不可切换位置，所述第一锁销孔与所述第二锁销孔不对齐并且无法形成锁紧通道，所述锁销只能完全处于对应的锁销孔内。
20.进一步的，摇臂机构为常锁摇臂机构，所述锁销设置于所述第一锁销孔内，所述锁销直接与所述锁销弹簧接触，所述锁销与所述第一锁销孔为偶件配合；当所述控制油道与高压油相连通时，所述锁销完全处于所述第一摇臂体内，所述第一摇臂体与所述第二摇臂体不被所述锁销锁定；当所述控制油道与低压油相连通时，所述锁销同时处于所述第一摇臂体和所述第二摇臂体内，所述第一摇臂体与所述第二摇臂体被所述锁销锁定。
21.进一步的，摇臂机构为常开摇臂机构，所述锁销的设置于所述第二锁销孔内，所述锁销直接或者通过弹簧帽与所述锁销弹簧接触，所述锁销与所述第二锁销孔为偶件配合；当所述控制油道与低压油相连通时，所述锁销完全处于所述第二摇臂体内，所述第一摇臂体与所述第二摇臂体不被所述锁销锁定；当所述控制油道与高压油相连通时，所述锁销同时处于所述第一摇臂体和所述第二摇臂体内，所述第一摇臂体与所述第二摇臂体被所述锁销锁定。
22.更进一步的，所述锁销与其对应的锁销孔配合的部位采用圆柱体结构。
23.更进一步的，所述锁销上增设锁销锁紧限位面；
24.当所述锁销的安装孔为所述第一锁销孔时，所述第二锁销孔上相应地设置第二摇臂体锁紧限位面；
25.当所述锁销的安装孔为所述第二锁销孔时，所述第一锁销孔上相应地设置第一摇臂体锁紧限位面。
26.更进一步的，所述第一摇臂体上增设第一摇臂体工作限位面，所述第二摇臂体上
增设第二摇臂体工作限位面；当所述第一摇臂体与所述第二摇臂体不被所述锁销锁定时，所述第一摇臂体工作限位面和所述第二摇臂体工作限位面限制所述第一摇臂体与所述第二摇臂体相对摆动量。
27.更进一步的，所述第一摇臂体上增设锁销限位面；所述锁销压缩所述锁销弹簧时的极限位移由所述锁销限位面限制。
28.更进一步的，所述摇臂轴上设置有润滑油道。
29.更进一步的，所述第一安装孔与所述摇臂轴相对应的表面相配合且均为精加工面；所述第二安装孔与所述摇臂轴相对应的表面相配合且均为精加工面。
30.有益效果
31.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
32.(1)通过两位三通阀来改变控制油道的油压高低，即可实现可变摇臂机构的锁定与否的切换；通过调整锁销安装位置，即可用于发动机驱动、停缸、内部egr、制动等技术所要求的可变气门运行事件；开关式常锁摇臂机构、半开关式常锁摇臂机构、开关式常开摇臂机构、半开关式常开摇臂机构单独使用和搭配使用，可实现各类发动机运行模式的多种搭配，可用于不同应用领域的发动机。
33.(2)一方面，两个摇臂体都是以摇臂轴作为固定转轴，两个摇臂体可以是直摇臂也可以是弯摇臂，不仅可以满足各类发动机的布置需要，而且不存在发动机高速下采用球铰接的弯摇臂时容易出现的摇臂体不正常跌落等问题。另一方面，锁紧组件的布置方式(即锁销、锁销弹簧的轴向方向基本与摇臂轴的径向方向一致)，保证了锁销保持不锁定、切换和保持锁定的全过程中，来自两个摇臂体传动端的受力不会影响锁销的运行状态，进而不会发生不正常切换，也不会发生气门运行一致性差等问题。
34.(3)锁紧组件的布置方式(即锁销、锁销弹簧的轴向方向基本与摇臂轴的径向方向一致)，保证了锁销行程与凸轮最大升程无关，实现锁销行程最小化，从而可采用尺寸最小的锁销和锁销弹簧，进而实现了整个装置结构尺寸最小化，满足紧凑型发动机上安装的要求。
35.(4)摇臂机构作为一个整体可以做到与传统摇臂体类似的外形尺寸，可以通过直接将原机不可变摇臂替换成本发明的摇臂机构等方式来实现发动机可变气门运行的功能，不仅应用范围广(无论是顶置还是底置凸轮轴发动机，无论是进排气凸轮异轴还是同轴发动机，均可使用)，而且与实现其他可变气门功能的配气机构零部件之间具有良好的兼容性，如在各类vvt、vvl、cvvl等机构上只需将原机不可变摇臂替换成本发明的摇臂机构，即可增加新的可变气门功能。
36.(5)可变摇臂机构不仅本身的成本低(结构简单和加工难度低)，而且还具有低成本升级的优势。
附图说明
37.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
38.图1为实施例2中常锁摇臂机构的结构示意图；
39.图2为实施例4中常开摇臂机构的结构示意图；
40.图3为实施例3中常锁摇臂机构的结构示意图；
41.图4为含有锁紧限位面的常锁摇臂机构的结构示意图；
42.图5为含有锁紧限位面的常开摇臂机构的结构示意图；
43.图6为常锁摇臂机构中的第一摇臂体的结构示意图；
44.图7为常开摇臂机构中的第一摇臂体的结构示意图；
45.图8为常锁摇臂机构中的第二摇臂体的结构示意图；
46.图9为常开摇臂机构中的第二摇臂体的结构示意图；
47.图10为采用摇臂机构的一种应用实例的结构示意图。
48.图中：1、第一摇臂体；1a、第一锁销孔；1b、弹簧孔；1b1、常开弹簧孔；1b2、弹簧帽孔；1c、排气孔；1d、第一传动端；1e、第一配合面；1f、第一安装孔；1g、锁销限位面；1x、第一摇臂体切换限位面；1y、第一摇臂体工作限位面；1z、第一摇臂体锁紧限位面；
49.2、第二摇臂体；2a、第二锁销孔；2d、第二传动端；2e、第二配合面；2f、第二安装孔；2x、第二摇臂体切换限位面；2y、第二摇臂体工作限位面；2z、第二摇臂体锁紧限位面；
50.3、摇臂轴；3a、常锁控制油道；3b、常开控制油道；3c、润滑油道；3d、避让槽；
51.4、锁销；4z、锁销锁紧限位面；
52.5、锁销弹簧；6；弹簧帽；7、限位杆；
53.pq、排气驱动摇臂机构；pz、排气制动摇臂机构；jz、进气制动摇臂机构；jq、进气驱动摇臂机构；tlz、凸轮轴。
具体实施方式
54.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
56.需要说明的是：本发明中摇臂机构是指本发明提出的摇臂机构，包含但不限于，用做进气或者排气的驱动摇臂、制动摇臂、驱动制动共用摇臂等，以提供满足发动机不同应用场景下和各种用途的摇臂。
57.参照图1-图10
58.实施例1：
59.摇臂机构包括第一摇臂体1、第二摇臂体2、摇臂轴3、锁紧组件；
60.第一摇臂体1上设置第一锁销孔1a、弹簧孔、排空孔1c、第一传动端1d、第一配合面1e、第一安装孔1f、第一摇臂体切换限位面1x；
61.第二摇臂体2上设置第二锁销孔2a、第二传动端2d、第二配合面2e、第二安装孔2f、第二摇臂体切换限位面2x；
62.摇臂轴3上设置控制油道；
63.锁紧组件至少包括锁销4和锁销弹簧5；
64.第一摇臂体1通过第一安装孔1f与摇臂轴3形成轴铰接关系，并且第一安装孔1f与
摇臂轴3相对应的表面相配合且均为精加工面；第二摇臂体2通过第二安装孔2f与摇臂轴3形成轴铰接关系，第二安装孔2f与摇臂轴3相对应的表面相配合且均为精加工面；
65.锁销弹簧5设置在弹簧孔内；
66.弹簧孔通过排空孔1c与外界相连通；
67.锁销4安装在第一锁销孔1a或者第二锁销孔2a内：
68.当第一摇臂体切换限位面1x与第二摇臂体切换限位面2x接触时，第一摇臂体1和第二摇臂体2的相对位置为可切换位置，第一锁销孔1a与第二锁销孔2a对齐并且形成锁紧通道，锁销4可在锁紧通道内移动；当第一摇臂体切换限位面1x与第二摇臂体切换限位面2x不接触时，第一摇臂体1和第二摇臂体2的相对位置为不可切换位置，第一锁销孔1a与第二锁销孔2a不对齐并且无法形成锁紧通道，锁销4只能完全处于其安装孔内；
69.在其他优先的实施例中，摇臂轴3上设置有润滑油道。
70.实施例2(开关式常锁摇臂机构)：
71.结合上述实施例1中的内容，摇臂机构为常锁摇臂机构，锁销4设置于第一锁销孔1a内，锁销4直接与锁销弹簧5接触，锁销4与第一锁销孔1a为偶件配合；
72.当控制油道与高压油相连通时，锁销4完全处于第一摇臂体1内，第一摇臂体1与第二摇臂体2不被锁销4锁定；当控制油道与低压油相连通时，锁销4同时处于第一摇臂体1和第二摇臂体2内，第一摇臂体1与第二摇臂体2被锁销4锁定；
73.在其他优先的实施例中，锁销4与其安装孔配合的部位采用圆柱体结构。
74.在其他优先的实施例中，锁销4上还可以增设锁销锁紧限位面4z，第二锁销孔2a上相应地设置第二摇臂体锁紧限位面2z；
75.在其他优先的实施例中，摇臂轴3上设置有润滑油道；
76.具体的，原理如下：对于开关式常锁摇臂机构，控制油道与高压油相连时，锁销完全进入第一摇臂体内，第一摇臂体和第二摇臂体运动相互独立，凸轮无法驱动到气门；控制油道与低压油相连时，锁销插入到第二摇臂体内的锁销孔中，第一摇臂体和第二摇臂体被锁销锁定成一体，凸轮驱动气门运动。
77.实施例3(半开关式常锁摇臂机构)：
78.与上述实施例2不同之处在于，第一摇臂体1上增设第一摇臂体工作限位面1y，第二摇臂体2上增设第二摇臂体工作限位面2y；当第一摇臂体1与第二摇臂体2不被锁销4锁定时，第一摇臂体工作限位面1y和第二摇臂体工作限位面2y限制第一摇臂体1与第二摇臂体2相对摆动量。
79.具体的，工作原理如下：对于半开关式常锁摇臂机构，控制油道与高压油相连时，锁销完全进入第一摇臂体内，当第一摇臂体和第二摇臂体上的工作限位块接触前，第一摇臂体和第二摇臂体运动相互独立，凸轮无法驱动到气门；当第一摇臂体和第二摇臂体上的工作限位块接触后，第一摇臂体和第二摇臂体一起运行，凸轮驱动气门运动。控制油道与低压油相连时，锁销插入到第二摇臂体内，第一摇臂体和第二摇臂体被锁销锁定成一体，凸轮始终驱动气门运动。
80.为了区别，按照第一摇臂体1上是否增设第一摇臂体工作限位面1y，第二摇臂体2上相应地是否增设第二摇臂体工作限位面2y，将摇臂机构分为开关式和半开关式两类：对于第一摇臂体1上增设第一摇臂体工作限位面1y，第二摇臂体2上相应地增设第二摇臂体工
作限位面2y的摇臂机构称为开关式；对于不设置上述摇臂体工作限位面的摇臂机构称为开关式。因此，图1为开关式常锁摇臂机构，图2为开关式常开摇臂机构，图3为半开关式常锁摇臂机构，半开关式常开摇臂机构则为开关式常开摇臂机构的基础上在两个摇臂体上增设摇臂体工作限位面。
81.实施例4(开关式常开摇臂机构)：
82.结合上述实施例1中的内容，摇臂机构为常开摇臂机构，锁销4的设置于第二锁销孔2a内，锁销4直接或者通过弹簧帽6与锁销弹簧5接触，锁销4与第二锁销孔2a为偶件配合；
83.当控制油道与低压油相连通时，锁销4完全处于第二摇臂体2内，第一摇臂体1与第二摇臂体2不被锁销4锁定；当控制油道与高压油相连通时，锁销4同时处于第一摇臂体1和第二摇臂体2内，第一摇臂体1与第二摇臂体2被锁销4锁定。
84.在其他优先的实施例中，锁销4与其安装孔配合的部位采用圆柱体结构。
85.在其他优先的实施例中，锁销4上还可以增设锁销锁紧限位面4z，第一锁销孔1a上相应地设置第一摇臂体锁紧限位面1z。
86.具体的，工作原理如下：对于开关式常开摇臂机构，控制油道与低压油相连时，锁销完全进入第二摇臂体内，第一摇臂体和第二摇臂体运动相互独立，凸轮无法驱动到气门；控制油道与高压油相连时，锁销插入到第一摇臂体内的锁销孔中，第一摇臂体和第二摇臂体被锁销锁定成一体，凸轮驱动气门运动。
87.实施例5(半开关式常开摇臂机构)：
88.与上述实施例4不同之处在于，第一摇臂体1上增设第一摇臂体工作限位面1y，第二摇臂体2上增设第二摇臂体工作限位面2y；当第一摇臂体1与第二摇臂体2不被锁销4锁定时，第一摇臂体工作限位面1y和第二摇臂体工作限位面2y限制第一摇臂体1与第二摇臂体2相对摆动量。
89.具体的，工作原理如下：对于半开关式常开摇臂机构，控制油道与低压油相连时，锁销完全进入第一摇臂体内，当第一摇臂体和第二摇臂体上的工作限位块接触前，第一摇臂体和第二摇臂体运动相互独立，凸轮无法驱动到气门；当第一摇臂体和第二摇臂体上的工作限位块接触后，第一摇臂体和第二摇臂体一起运行，凸轮驱动气门运动。控制油道与高压油相连时，锁销插入到第一摇臂体内的锁销孔中，第一摇臂体和第二摇臂体被锁销锁定成一体，凸轮始终驱动气门运动。
90.需要说明的是：本发明中的两个摇臂体的传动端根据发动机配气装置其他零部件的情况来确定其结构类型和尺寸等。可以用于凸轮-挺杯-推杆-摇臂-气门(或气门桥-气门)、凸轮-摇臂-气门(或气门桥-气门)等各类配气装置上。第一摇臂体切换限位面1x、第一摇臂体工作限位面1y、第二摇臂体切换限位面2x、第二摇臂体工作限位面2y等均可以是相应的摇臂体上直接加工获得的，也可以是固定在相应的摇臂体上的。
91.应用举例：
92.进气驱动摇臂和/或排气驱动摇臂采用开关式常锁摇臂机构。控制油道与低压油相连时，实现驱动模式；控制油道与高压油相连时，实现停缸模式。当只有进气驱动摇臂采用开关式常锁摇臂机构，排气驱动摇臂采用原机不可变摇臂时，停缸模式下只有进气门关闭。当只有排气驱动摇臂采用开关式常锁摇臂机构，进气驱动摇臂采用原机不可变摇臂时，停缸模式下只有排气门关闭。当进气和排气驱动摇臂均采用开关式常锁摇臂机构时，停缸
模式下进气门和排气门均关闭。
93.进气驱动摇臂和/或排气驱动摇臂采用半开关式常锁摇臂机构，相应的进气驱动凸轮和/或排气驱动凸轮具有主凸起和egr凸起。控制油道与低压油相连时，主凸起和egr凸起均驱动相应的气门，实现内部egr；控制油道与高压油相连时，只有主凸起的一部分驱动相应的气门，实现无egr运行。在发动机启动和低负荷等工况下均可实现内部egr。
94.进气驱动摇臂和/或排气驱动摇臂采用半开关式常开摇臂机构，相应的进气驱动凸轮和/或排气驱动凸轮具有主凸起和egr凸起。控制油道与低压油相连时，只有主凸起的一部分驱动相应的气门，实现无egr运行；控制油道与高压油相连时，主凸起和egr凸起均驱动相应的气门，实现内部egr。无法实现在发动机启动时实现内部egr，只能在油压建立后的工况下才能实现内部egr。
95.进气驱动摇臂采用原机不可变摇臂，排气驱动制动共用摇臂采用半开关式常开摇臂机构，排气驱动制动共用凸轮采用具有驱动凸起和制动凸起。控制油道与低压油相连时，排气驱动制动共用凸轮只有驱动凸起的一部分驱动排气门，实现驱动模式；控制油道与高压油相连时，排气驱动制动共用凸轮的驱动凸起和制动凸起都驱动排气门，实现制动模式。
96.进气驱动制动共用摇臂采用半开关式常锁摇臂机构，排气驱动制动共用摇臂采用半开关式常开摇臂机构，排气驱动制动共用凸轮具有驱动凸起和制动凸起。所有控制油道均与低压油相连时，进气驱动制动共用凸轮的凸起均能驱动进气门，排气驱动制动共用凸轮只有驱动凸起的一部分驱动排气门，实现驱动模式；所有控制油道均与高压油相连时，进气驱动制动共用凸轮的凸起只有一部分能驱动进气门，排气驱动制动共用凸轮的驱动凸起和制动凸起均驱动排气门，实现制动模式。
97.进气驱动制动共用摇臂采用半开关式常锁摇臂机构，排气驱动摇臂采用开关式常锁摇臂机构，排气制动摇臂采用开关式常开摇臂机构。所有控制油道均与低压油相连时，进气驱动制动共用凸轮的凸起均能驱动进气门，排气驱动凸轮驱动排气门，排气制动凸轮不能驱动排气门，实现驱动模式；所有控制油道均与高压油相连时，进气驱动制动共用凸轮的凸起只有一部分能驱动进气门，排气驱动凸轮不能驱动排气门，排气制动凸轮驱动排气门，实现制动模式。
98.进气驱动摇臂和排气驱动摇臂均采用开关式常锁摇臂机构，进气制动摇臂和排气制动摇臂均采用开关式常开摇臂机构。所有控制油道均与低压油相连时，进气驱动凸轮和排气驱动凸轮分别驱动相应的进排气门，进气制动凸轮和排气制动凸轮不起作用，实现驱动模式；所有控制油道均与高压油相连时，进气驱动凸轮和排气驱动凸轮不起作用，进气制动凸轮和排气制动凸轮分别驱动相应的进排气门，实现制动模式。进气和排气驱动摇臂的控制油道均与高压油相连，并且进气和排气制动摇臂的控制油道均与低压油相连时，进气驱动凸轮、排气驱动凸轮、进气制动凸轮和排气制动凸轮均不起作用，实现停缸模式。图10给出了本应用实例的结构示意图。
99.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。