可选择的二冲程/四冲程凸轮轴驱动系统
专利汇可以提供可选择的二冲程/四冲程凸轮轴驱动系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种可选择二冲程/四冲程 内燃机 的 凸轮 轴驱动系统,该内燃机的排气和进气提动 阀 由至少一根 凸轮轴 打开和关闭。在该系统中,该凸轮轴永久地与由内燃机的 曲轴 (20)连续地驱动的一个行星 齿轮 组(10、12、14、15、16)连接;并且,还设置有用于将该 行星齿轮组 设定成二个可选择的稳定模式中的一个模式的装置,使该行星齿轮组起一个齿轮箱或一个刚性联轴节的作用。，下面是可选择的二冲程/四冲程凸轮轴驱动系统专利的具体信息内容。
1.一种用于可选择的二冲程/四冲程内燃机的凸轮轴驱动系统，该 内燃机的排气和进气提动阀由至少一根凸轮轴打开和关闭；其中，该 凸轮轴永久地与由内燃机的曲轴(20)连续地驱动的一个行星齿轮组 (10、20、14、15、16)连接；并且其中，设有将该行星齿轮组设定 为二种可选择的稳定模式中的一种模式的装置，使该行星齿轮组起一 个齿轮箱或一个刚性联轴节的作用。
2.如权利要求1所述的凸轮轴驱动系统，其中，根据所选择的模 式，该凸轮轴由该行星齿轮组以与内燃机曲轴相同的速度或是内燃机 曲轴速度一半的速度驱动转动；并且，其中，利用该行星齿轮组，可 将凸轮轴相对于活塞角度位置的相位，调节至排气和进气的交换分别 与二冲程或四冲程的内燃机循环相适应的位置。
3.如权利要求1或2所述的凸轮轴驱动系统，其中，该内燃机输 入与行星齿轮组的三个部件中的任何一个部件连接，该部件可以是环 形齿轮(10)、中心齿轮(12)或行星齿轮支架(16)，凸轮轴的输出 与其余二个部件中的任何一个部件连接，而模式设定装置为剩下的最 后一个部件，该部件就是输入和输出部件之间的反作用部件。
4.如权利要求3所述的凸轮轴驱动系统，其中，在行星齿轮支架 (16)上另外设置与行星齿轮(14)啮合的空转齿轮(15)，以便使环 形齿轮(10)和中心齿轮(12)的旋转方向相同。
5.如权利要求3或4所述的凸轮轴驱动系统，其中，设有将行星 齿轮组的反作用部件设定成二种可选择的稳定模式中的一种模式的装 置，使得在一种模式下该反作用部件相对于内燃机机架保持静止不动， 该行星齿轮组起一个齿轮箱的作用；而在另一个模式下，该反作用部 件相对于旋转的输入或输出部件保持静止不动，使整个行星齿轮组起 一个刚性联轴节的作用。
6.如权利要求3或4所述的凸轮轴驱动系统，其中，为了在模式 改变过程中调节凸轮轴的相位和速度，设置了附加的装置，用于使该 行星齿轮组的反作用部件相对于内燃机机架滑动和转动，或者相对于 转动的输入和输出部件滑动和转动。
7.如权利要求5或6所述的凸轮轴驱动系统，其中，设置有相应 的制动和离合器装置，用于将行星齿轮组的反作用部件保持在相应的 所选择的模式下，并用于使该反作用部件相对于内燃机机架或转动的 输入和输出部件滑动和转动。
8.如权利要求6或7所述的凸轮轴驱动系统，其中，在闭环控制 系统中设有传感器，用于感测凸轮轴和曲轴的角度位置，因而可在模 式改变过程中，逐渐地精确控制凸轮轴和曲轴的角度位置，从而在模 式改变过程中，能逐渐地精确控制凸轮轴的相位和速度。
发明的领域
本发明涉及一种根据二冲程循环或四冲程循环用于操纵内燃机的 凸轮轴驱动系统。
发明的背景
通常的内燃机是根据热力学原理，按照二冲程循环或四冲程循环 工作的，并且通常分别分为二冲程内燃机或四冲程内燃机。二种形式 的内燃机都可以使用包括汽油、柴油、酒精和气体燃料在内的各种燃 料工作。燃料可以利用各种装置送入内燃机中。这些装置包括汽化器 和喷入空气输入系统中的燃料喷射器，和直接喷入内燃机气缸中的燃 料喷射器。燃料和空气的混合物可以用包括火花点火和压缩点火在内 的各种方法点燃。每一种内燃机的循环形式都有不同的优点和缺点， 这就成为在考虑各种参数——例如功率密度、燃料消耗、废气排放、 噪声、振动，内燃机尺寸、重量和成本等时，决定哪一种循环形式更 适合于汽车使用这样一个经常争论的问题。目前，汽车制造者必需首 先决定采用哪种内燃机循环形式，然后再设计内燃机。
发明梗概
考虑到将二种内燃机循环形式的优点结合起来，提供了一种用于 可选择的二冲程/四冲程内燃机的凸轮轴驱动系统，该内燃机的排气和 进气提动阀由至少一根凸轮轴打开和关闭；其中，该凸轮轴永久地与 由内燃机的曲轴连续地驱动的一行星齿轮组连接；并且其中，设有将 该行星齿轮组设定为二种可选择的稳定模式中的一种模式的装置，使 该行星齿轮组起一个齿轮箱或一个刚性联轴节的作用。
在本发明中，该凸轮轴由该行星齿轮组根据所选择的模式，以与 内燃机曲轴相同的速度，或是以内燃机曲轴速度一半的速度驱动；并 且，利用该行星齿轮组，将凸轮轴相对于内燃机曲轴角度位置的相位 调节至排气和进气交换分别与二冲程或四冲程的内燃机循环相适应的 位置。
最好，行星齿轮组与凸轮轴同心地安装。另一种方式是，行星齿轮 组可以与内燃机的曲轴同心地安装，或者可以单独立地安装在凸轮轴 和曲轴的旁边。
根据本发明利用行星齿轮组驱动凸轮轴可以有各种不同的结构。 内燃机输入与行星齿轮组的三个部件中的任何一个部件连接，它们是 环形齿轮、中心齿轮或行星齿轮支架；对凸轮轴的输出可连接于其余 二个部件中的任何一个部件；而模式设定装置为剩下的最后一个部件， 该部件就是输入和输出部件之间的反作用部件。
在行星齿轮支架为反作用部件的情况下，在行星齿轮支架上另外 设置与行星齿轮啮合的空转齿轮，以便使环形齿轮和中心齿轮在相同 方向旋转。
在本发明中，用于将该行星齿轮组设置成起一个齿轮箱作用的装 置是使该行星齿轮组的反作用部件相对于一个固定基准保持静止不动 的装置，以便使在该行星齿轮组内的各个齿轮彼此相对转动。而用于 将该行星齿轮组设置成起刚性联轴节作用的装置，是使该行星齿轮组 的反作用部件相对于转动的输入部件或转动的输出部件保持静止不动 的装置，以便使各个齿轮在该行星齿轮组内彼此相对锁紧，而整个组 件一起转动。
在一个优选实施例中，该环形齿轮为输入部件，它由内燃机以曲 轴速度一半的速度驱动，该中心齿轮为与凸轮轴连接的输出部件；而 行星齿轮支架为该行星齿轮组的反作用部件。该环形齿轮和中心齿轮 之间的速比为1∶2。
在这个例子中，设有将行星齿轮组的支架设定成二个可选择的稳 定模式中的一种模式的装置，使得在二冲程模式下、该支架相对于内 燃机机架保持静止不动，因而该行星齿轮组起一个齿轮箱的作用；而 在四冲程模式下，该支架相对于旋转的环形齿轮保持静止不动，以便 使整个行星齿轮组起一个刚性的联轴节的作用。此外，为了在模式改 变过程中，调节凸轮轴的相位和速度，设置了一装置，用于使该支架 相对于内燃机机架滑动和转动或者相对于转动的输入和输出部件滑动 和转动。
在运转中，当选择二冲程模式时，首先使在四冲程模式中相对于 转动的环形齿轮保持静止的支架相对于转动的环形齿轮滑动和转动； 以便调节凸轮轴的相位和速度使逐渐地达到二冲程模式，在达到二冲 程模式的位置之后，该支架就相对于内燃机机架保持静止不动。在这 种情况下，该行星齿轮组起一个齿轮箱的作用；这时，该凸轮轴以该 环形齿轮速度二倍的速度被驱动转动；并且与二冲程循环一致，内燃 机每旋转一次，根据预定的二冲程模式下阀的定时，与该凸轮轴一起 的每一个内燃机阀打开和关闭一次。
除了上述以外，完成执行二冲程循环所必需的内燃机的各种工作 参数的综合，这是熟悉本领域技术的人都清楚的。例如，需要一个增 压器，以供给加压空气，供二冲程循环的换气过程使用；并相应地安 排燃料喷射和/或火花点火的频率和时间。
当选择四冲程模式时，首先使在二冲程模式中相对于内燃机机架 保持静止的支架相对于内燃机机架滑动和转动，以调节凸轮轴的相位 和速度使逐渐地达到四冲程模式，在达到四冲程模式的位置之后，使 该支架相对于转动的环形齿轮保持静止不动。在这种情况下，该行星 齿轮组起一个刚性的联轴节的作用，这时，该凸轮轴被驱动转动的速 度与环形齿轮的速度相同，并且与四冲程循环一致，根据预定的四冲 程模式下阀的定时，内燃机每旋转两次，与该凸轮轴一起的每一个内 燃机的阀打开和关闭一次。
除了上述以外，完成执行四冲程循环所必需的内燃机的各种工作 参数的综合，这是熟悉本领域技术的人都清楚的。在这种情况下，可 以使用二冲程工作时的增压器为四冲程运行供给增压的空气。
以上的例子只是被本发明模式的可选择的行星齿轮组驱动的凸轮 轴的许多可能结构中的一种结构。在另一个例子中，行星齿轮支架是 以曲轴速度一半的速度驱动的输入部件，中心齿轮是与凸轮轴连接的 输出部件，而环形齿轮则是行星齿轮组的反作用部件。支架与中心齿 轮之间的速比为1∶2。
在这情况下，环形齿轮可以设定成二种可选择的模式中的一种模 式，使得在二冲程模式下，该环形齿轮相对于内燃机机架保持静止不 动，使该行星齿轮组起一个齿轮箱的作用，而凸轮轴以曲轴的速度驱 动。在四冲程模式下，该环形齿轮相对于该支架保持静止不动，使整 个行星齿轮组起一个刚性联轴节的作用，并且凸轮轴以曲轴速度一半 的速度驱动转动。
在又一个例子中，该中心齿轮为输入部件，以曲轴速度驱动；而 该行星齿轮支架是与凸轮轴连接的输出部件；该环形齿轮则为该行星 齿轮组的反作用部件。中心齿轮与支架之间的速比为2∶1。
在这种情况下，环形齿轮可以设定成二种可选择的模式中的一种 模式，使得在二冲程模式下，该环形齿轮相对于支架保持静止不动， 使整个行星齿轮组起一个刚性联轴节的作用，并且凸轮轴以曲轴速度 被驱动旋转。在四冲程模式下，该环形齿轮相对于内燃机机架保持静 止不动，该行星齿轮组起一个齿轮箱的作用，并且凸轮轴以曲轴速度 一半的速度驱动旋转。
在几种可选择的模式下，使行星齿轮组工作的原理是众所周知的， 并普遍用于驱动汽车的汽车自动传动系统中。本发明提出将同样的原 理用于驱动凸轮轴，以便使内燃机能在二冲程或四冲模式下工作，同 时模式转换平稳和迅速，甚至在高速下进行模式改变的过程中，点不 着火的危险也可减至最少。这样可以形成一种永久处于啮合状态的凸 轮轴驱动并可以避免先前已知系统中所述的凸轮轴和曲轴临时地断 开，然后再连接造成的突变和误差。这些先前的已知系统公开在例如 美国专利4907544号和美国专利2178152号中，这些系统在汽车传动 系统中都是不可接受的。
控制行星齿轮组在可选择的模式下工作，并利用制动器、离合器 和传感器平稳地和不易察觉地改变模式的技术，在汽车传动领域中是 比较先进的，并且很容易将它移植至本发明的凸轮轴驱动系统中。
附图的简要说明
现在将以举例方式，参照一个本发明优选实施例示意图的附图， 来进一步说明本发明。图中，用二个行星齿轮组来单独地驱动内燃机 的进气和排气凸轮轴。
优选实施例的详细说明
图1示出二个行星齿轮组。每一个组包括一个环形齿轮10，一个 中心齿轮12和三个行星齿轮14，而附加的空转齿轮15安装在一个支 架16上。该环形齿轮10和中心齿轮12之间的速比为1∶2。该环形齿 轮10为输入部件，它由内燃机的曲轴20带动的一个牙轮皮带或链条 22以曲轴速度一半的速度驱动，该中心齿轮12为输出部件，它直接与 内燃机的一根凸轮轴连接，该支架16为反作用部件。
为了使支架16与内燃机机架或转动的环形齿轮10啮合，设置了 相应的制动或离合器装置(图中未示出)，使该支架16可以相对于内 燃机机架或转动的环形齿轮10保持静止不动；并且当需要时，使该支 架相对于内燃机机架或转动的环形齿轮10滑动和转动。使用这种制动 和离合器装置来选择不同的速比和直接驱动是汽车传动领域中的通常 作法，对熟悉本领域的普通技术人员是显而易见的。
在闭环控制系统中还设有传感器(图中未示出)，用于感测凸轮轴 和曲轴的角度位置，因而可以在模式改变过程中，逐渐地精确控制凸 轮轴的相位和速度。为了使行星齿轮组的相应部件，准确地在要求的 位置上互相啮合，还设置了电磁或电动液压控制的卡爪(图中未示出)。 并且当该行星齿轮组达到所希望的凸轮轴位置时，该电磁或电动液压 控制的卡爪即通电。同样使用这种控系统操纵制动、离合器和卡爪装 置对本领域的普通技术人员也是显而易见的。
在运转中，当选择二冲程模式时，首先使在四冲程模式中相对于 转动的环形齿轮10保持静止的每一个行星齿轮组中的支架16，相对于 转动的环形齿轮10滑动和转动，以便逐渐地朝着二冲程模式调整每一 根凸轮轴的相位和速度，在达到二冲程模式的位置处之后，该支架16 相对于内燃机机架保持静止不动。在这种情况下，每一个行星齿轮组 起一个齿轮箱的作用，这时，每一个根凸轮轴以该环形齿轮10速度二 倍的速度被驱动转动；并且在内燃机每一转过程中，根据预定的二冲 程模式下阀的定时，打开和关闭与该凸轮轴一起的每一个内燃机阀一 次。
当选择四冲程模式时，首先使在二冲程模式中相对于内燃机机架 保持静止的每一个行星齿轮组中的支架16，相对于内燃机机架滑动和 转动，以逐渐地向着四冲程模式调整每一根凸轮轴的相位和速度；在 达到四冲程的位置处之后，使该支架16相对于转动的环形齿轮10保 持静止不动。在这种情况下，每一个行星齿轮组起一个刚性的联轴节 的作用，这时，每一根凸轮轴被驱动转动的速度，与环形齿轮10的速 度相同，并且在内燃机每二转过程中，根据预定的四冲程模式下阀的 定时，使与该凸轮轴一起的每一个内燃机的阀，打开和关闭一次。
显然，在本发明中，在一个或另一个所选择的模式下被驱动的凸 轮轴上带有相同轮廓的凸轮，将自动地使阀的打开持续时间分别与每 一种内燃机的循环模式相适应，即：二冲程模式的阀打开持续时间为 四冲程模式的阀打开持续时间的一半。
另外，还可以看出，在本发明中，当在二冲程或四冲程模式下工 作时，可以在任何时间通过简单地使反作用件滑动，利用该行星齿轮 组重新调整凸轮轴相对于曲轴的相位。
本发明可使可选择的二冲程/四冲程内燃机用在道路车辆中以适 应不同的工作条件；结果可使内燃机性能、燃料消耗、废气排放、噪 声、振动和驱动质量的综合效果较好；同时可以控制和改善模式转换， 使司机难以察觉。
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