本發(fā)明涉及凸輪和控制軸套嵌共軸的全可變氣門正時(shí)和升程裝置，是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域中驅(qū)動(dòng)氣門的機(jī)構(gòu)之一，能夠使氣門的正時(shí)和升程各自獨(dú)立連續(xù)調(diào)節(jié)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機(jī)的氣門驅(qū)動(dòng)采用連續(xù)可變氣門正時(shí)可以提高內(nèi)燃機(jī)氣缸的充氣率，提高功率和效率，降低氣缸工作溫度，降低內(nèi)燃機(jī)的污染排放。內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)采用連續(xù)可變氣門升程技術(shù)可以提高內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣效率，降低油耗，提高內(nèi)燃機(jī)對(duì)油門的響應(yīng)速度。

公開號(hào)CN102678220B名為軸向驅(qū)動(dòng)單軸雙控圓弧滑槽式全可變氣門正時(shí)和升程機(jī)構(gòu)的專利中，雖然可以做到連續(xù)可調(diào)氣門持續(xù)開啟時(shí)間，而且結(jié)構(gòu)極致的簡(jiǎn)單，但是所示的機(jī)構(gòu)中的滾珠的所受到的局部應(yīng)力過大，當(dāng)整個(gè)機(jī)構(gòu)使用在柴油機(jī)等氣門開啟的力量很高時(shí)會(huì)導(dǎo)致壽命不足，需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)的設(shè)計(jì)來完善壽命方面的性能。

針對(duì)類似技術(shù)的不足，需要一種體積緊湊、能夠?qū)⑺袣忾T連續(xù)可調(diào)正時(shí)和升程的部件集中于一根類似帶液壓調(diào)相器的凸輪軸的體積和形狀之中，如此利于直接替換凸輪軸應(yīng)用于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)，并提高氣門控制的準(zhǔn)確性和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本專利為改進(jìn)上述不足作出新的解決方案，提供凸輪和控制軸套嵌共軸的全可變氣門正時(shí)和升程裝置，凸輪軸與控制氣門升程和正時(shí)的控制軸具有相同的軸線，相互套嵌在一起；當(dāng)凸輪軸在控制軸內(nèi)部時(shí)，采用內(nèi)凹型凸輪，當(dāng)在外部時(shí)，采用普通凸輪，二根控制軸在軸向獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，而在角向的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)外部的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，即凸輪的軸與控制軸合并；當(dāng)凸輪軸在控制軸內(nèi)部時(shí)，外部控制軸具有二種形式，單軸形式中控制軸角向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)和軸向運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)相互配合調(diào)節(jié)正時(shí)和升程，雙控制軸形式中二根控制軸的獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)相互配合調(diào)節(jié)氣門的正時(shí)和升程，控制軸的控制作用運(yùn)動(dòng)是軸截面的角向方向，且二個(gè)控制軸相互套嵌共軸。凸輪軸通過一個(gè)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)凸輪控制氣門的開閉時(shí)機(jī)和升程大小，變速機(jī)構(gòu)可連續(xù)改變擺動(dòng)凸輪擺動(dòng)的角速度和初始位置，變速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平面是凸輪軸線的橫截面；所述控制軸控制變速機(jī)構(gòu)的輸入輸出的沖程比例，并在凸輪軸線的橫截面的角向控制擺動(dòng)凸輪的初始角度。擺動(dòng)凸輪與所述控制軸同軸。凸輪軸的液壓調(diào)相器和控制軸的液壓線性控制器合并為一個(gè)具有三參數(shù)控制結(jié)構(gòu)的復(fù)雜液壓驅(qū)動(dòng)器。

附圖說明

圖1是層疊雙搖臂變速機(jī)構(gòu)原理示意圖，示出了層疊雙搖臂變速機(jī)構(gòu)通過角向移動(dòng)改變沖程大小，可用于氣門正時(shí)連續(xù)可調(diào)。

圖2是可變斜面變速機(jī)構(gòu)原理示意圖，示出了可變斜面變速機(jī)構(gòu)用斜面的斜率連續(xù)可調(diào)實(shí)現(xiàn)沖程連續(xù)可調(diào)，可用于氣門正時(shí)連續(xù)可調(diào)。

圖3是內(nèi)凹式凸輪示意圖，示出了內(nèi)凹凸輪的軸的直徑比凸輪旋轉(zhuǎn)直徑更大。

圖4是凸輪和控制軸套嵌共軸的全可變氣門正時(shí)和升程裝置第1實(shí)施例的總體示意圖，示出了機(jī)構(gòu)中各個(gè)部分的相互關(guān)系。

圖5是第1實(shí)施例的軸截面示意圖，示出了內(nèi)凹凸輪驅(qū)動(dòng)滾輪搖臂在可變斜面上滑動(dòng)構(gòu)成的核心機(jī)構(gòu)。

圖6是第1實(shí)施例的縱向截面示意圖，示出了控制軸與可控斜板的連接方法。

圖7是第1實(shí)施例的三參數(shù)液壓控制器的剖視圖，示出了液壓調(diào)相器和二個(gè)控制軸的角向控制器合并為一個(gè)整體的控制器。

圖8是第2實(shí)施例的總體示意圖，示出了機(jī)構(gòu)中各個(gè)部分的相互關(guān)系。

圖9是第2實(shí)施例的縱截面示意圖，示出了核心機(jī)構(gòu)的部件相互關(guān)系。

圖10是第2實(shí)施例的三參數(shù)液壓控制器的示意圖，示出了液壓調(diào)相器和二個(gè)控制軸的軸向控制器合并為一個(gè)整體的控制器。

圖11是第2實(shí)施例的核心機(jī)構(gòu)外部視圖，示出了彈簧的安裝方法和各部分之間的關(guān)系。

圖12是第2實(shí)施例的部分部件的示意圖，示出了這些部件與控制軸連接的凸起的形狀和部件組合方式。

圖13是第2實(shí)施例的部分部件的示意圖，示出了固定器上的花鍵齒與大搖臂控制套管上的花鍵齒的嚙合方式。

圖14是第2實(shí)施例的核心部分在擺動(dòng)凸輪處的橫截面的示意圖，示出了滾珠和軌道、搖臂驅(qū)動(dòng)套管和搖臂作動(dòng)套管之間的連接關(guān)系。

圖15是第2實(shí)施例的核心部分在凸輪處的橫截面的示意圖，示出了大小搖臂與擺動(dòng)凸輪之間的連接關(guān)系。

圖16是第2實(shí)施例的控制軸上開孔的示意圖，示出了控制軸上開孔的位置和大小、深度。

圖17是第3實(shí)施例的總體示意圖，示出了機(jī)構(gòu)中各個(gè)部分的相互關(guān)系。

圖18是第3實(shí)施例的核心部分在小搖臂處的橫截面的示意圖，示出了由大小二個(gè)搖臂和控制軸組成的機(jī)構(gòu)運(yùn)作的基本原理。

圖19是第3實(shí)施例的縱截面的示意圖，示出了內(nèi)層搖臂在外層搖臂中沿軸向移動(dòng)的運(yùn)作方式。

圖20是第3實(shí)施例的三參數(shù)液壓控制器的示意圖，示出了液壓調(diào)相器和單個(gè)控制軸的軸向與角向控制器合并為一個(gè)整體的控制器。

圖21是第3實(shí)施例的小搖臂結(jié)構(gòu)圖，小搖臂的組裝需要借助彈簧的轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸。

圖22是全部3個(gè)實(shí)施例的氣門控制效果圖，示出了可實(shí)現(xiàn)可變氣門正時(shí)和升程獨(dú)立調(diào)節(jié)的控制效果。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖來敘述3個(gè)示例性實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中省略了部分外圍部件例如鏈條和液壓管路，這些是公知的技術(shù)和部件，省略其具體的設(shè)計(jì)和作用的敘述。

參考附圖1，層疊雙搖臂變速機(jī)構(gòu)原理示意圖，大搖臂1一端固定在軸7上，另一端有弧面3，弧面3緊密接觸滾輪4，滾輪4固定在類似擺動(dòng)凸輪部件側(cè)面的轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸上。大搖臂1內(nèi)部是小搖臂2，小搖臂2一端固定于軸6，另一端是滾輪8，滾輪8外側(cè)接觸大搖臂1的內(nèi)側(cè)弧面，內(nèi)側(cè)接觸凸輪5。圖1A和圖1B的中小搖臂2的實(shí)現(xiàn)與虛線之間的區(qū)別在于大搖臂1與滾輪4的位置、小搖臂2與大搖臂1的角向位置的差別，小搖臂2相對(duì)于與大搖臂1的移動(dòng)導(dǎo)致滾輪8作為大搖臂1的動(dòng)力點(diǎn)和動(dòng)力臂的長(zhǎng)度發(fā)生變化，從而改變了大搖臂1的杠桿比例，改變了大搖臂1推動(dòng)滾輪4運(yùn)動(dòng)的沖程距離，這是改變杠桿比例的變速驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，改變比例的杠桿系統(tǒng)就是變速系統(tǒng)。因此，層疊雙搖臂變速機(jī)構(gòu)通過角向移動(dòng)改變沖程大小，可用于氣門正時(shí)連續(xù)可調(diào)。視大搖臂1內(nèi)側(cè)弧線的弧心處于凸輪5軸線上的二種情況具有二種不同的作用。圖1A顯示當(dāng)凸輪5的桃尖接觸滾輪8時(shí)是氣門升程最高點(diǎn)，此時(shí)調(diào)節(jié)小搖臂2的角向位置而氣門升程不變，當(dāng)大小搖臂恢復(fù)到氣門關(guān)閉時(shí)，大搖臂1內(nèi)側(cè)弧線的弧心偏離凸輪5軸線，此時(shí)調(diào)節(jié)小搖臂2的角向位置而氣門打開和關(guān)閉的曲軸角度改變，從而導(dǎo)致氣門正時(shí)改變，這種調(diào)節(jié)作用的結(jié)果就是氣門正時(shí)改變而升程不變，是典型的全可變氣門正時(shí)。而調(diào)節(jié)氣門升程就直接改變大搖臂1的角向位置就可以了。如此形成了氣門正時(shí)和升程的獨(dú)立、連續(xù)的調(diào)節(jié)作用。圖1B顯示當(dāng)凸輪5未推動(dòng)滾輪8時(shí)大搖臂1的內(nèi)側(cè)弧線的弧心恰好在凸輪5軸線上時(shí)調(diào)節(jié)小搖臂2的角向位置而連續(xù)改變了對(duì)大搖臂1的支點(diǎn)位置從而改變了大搖臂1的擺動(dòng)角度，而連續(xù)調(diào)節(jié)大搖臂1的角向位置就改變了大搖臂1的初始位置，擺動(dòng)角度和初始位置的連續(xù)調(diào)節(jié)配合起來可以決定擺動(dòng)凸輪的擺動(dòng)終點(diǎn)位置和擺動(dòng)范圍，擺動(dòng)終點(diǎn)就是氣門升程，擺動(dòng)范圍決定論氣門持續(xù)打開的曲軸角度，就形成了氣門正時(shí)和升程的獨(dú)立、連續(xù)的調(diào)節(jié)作用。因此圖1A和圖1B二種層疊雙搖臂變速機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)氣門正時(shí)和升程的獨(dú)立、連續(xù)的調(diào)節(jié)作用，控制律略有不同，但非常相似。

參考附圖2，可變斜面變速機(jī)構(gòu)原理示意圖中，滾輪搖臂9一端固定于軸12，另一端具有滾輪10，滾輪10一側(cè)與凸輪5接觸，另一側(cè)與可變斜面板11接觸，可變斜面板11靠近凸輪5的一端固定于軸13。圖2A中當(dāng)凸輪5未推動(dòng)滾輪10時(shí)，可變斜面板11從實(shí)線變?yōu)樘摼€時(shí)，滾輪10和滾了搖臂9被推動(dòng)向順時(shí)針的角向移動(dòng)一個(gè)距離，而軸12是固定于類似擺動(dòng)凸輪的側(cè)面，這樣擺動(dòng)凸輪的初始位置就改變了；圖2A中當(dāng)凸輪5未推動(dòng)滾輪10時(shí)，可變斜面板11從實(shí)線變?yōu)樘摼€時(shí)，滾輪10和滾了搖臂9被推動(dòng)向順時(shí)針的角向移動(dòng)一個(gè)距離，而軸12是固定于類似擺動(dòng)凸輪的側(cè)面，這樣擺動(dòng)凸輪的初始位置就改變了；圖2B中當(dāng)凸輪5推動(dòng)滾輪10時(shí)，實(shí)線與虛線之間的距離明顯比圖2A中要大一些，說明滾輪搖臂9或者擺動(dòng)凸輪的擺動(dòng)角度范圍變大了，這就是變速作用。類似的，擺動(dòng)角度和初始位置的連續(xù)調(diào)節(jié)配合起來可以決定擺動(dòng)凸輪的擺動(dòng)終點(diǎn)位置和擺動(dòng)范圍，擺動(dòng)終點(diǎn)就是氣門升程，擺動(dòng)范圍決定論氣門持續(xù)打開的曲軸角度，就形成了氣門正時(shí)和升程的獨(dú)立、連續(xù)的調(diào)節(jié)作用。因而可變斜面變速機(jī)構(gòu)用斜面的斜率連續(xù)可調(diào)實(shí)現(xiàn)氣門正時(shí)和升程的連續(xù)可調(diào)。

參考附圖3，本發(fā)明因?yàn)橐獙⑼馆嗇S與控制軸合并且同軸，所以為了降低整體的直徑，使用內(nèi)凹式凸輪是更好的選擇。內(nèi)凹凸輪的軸的直徑比凸輪旋轉(zhuǎn)直徑更大，也就是以旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)，凸輪軸上具有凸輪14、凸輪15、凸輪16和凸輪17四個(gè)凸輪，從A-A剖面的放大圖中可見，凸輪軸的直徑19比凸輪14的桃尖18相對(duì)于凸輪內(nèi)部的軸孔20的尺寸還要大，因而從側(cè)面看上去，凸輪14-17是向軸內(nèi)部凹進(jìn)去的，傳統(tǒng)凸輪的桃尖只是向內(nèi)凹陷最少的部分，而其他部分凹陷的數(shù)值更大。在凸輪軸受力方面，圖14-17的桃尖部分和靠近軸孔20的部分是傳力杠桿的二個(gè)支點(diǎn)，凸輪14-17的寬度比凸輪軸的直徑19小很多，這二個(gè)特征保證了凸輪軸具有足夠的強(qiáng)度來傳遞扭力，又能夠保證凸輪14-17能夠提供足夠大的沖程來驅(qū)動(dòng)氣門，且凸輪軸的旋轉(zhuǎn)直徑最小，因而可用于一些想要盡量降低部件尺寸的場(chǎng)合。

以下來具體說明第1個(gè)示例性實(shí)施例的應(yīng)用方法。

參考附圖4，第1實(shí)施例的總體外觀圖。第1實(shí)施例采用附圖2的可變斜面變速機(jī)構(gòu)，液壓調(diào)相器21內(nèi)部是可控制二個(gè)套嵌同軸的控制軸的2參數(shù)液壓控制器22，螺栓23用固定器24將液壓控制22的套管26固定于氣缸蓋上。套管26上有孔，與固定器24上的孔對(duì)應(yīng)，使用固定栓25將套管26和液壓控制器22固定于固定器24上。這里的液壓控制器22是其外殼，外殼是固定的，里面的部件可以轉(zhuǎn)動(dòng)來控制控制軸B27的角向線性轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂戚SB27上對(duì)應(yīng)每一組2個(gè)氣門的位置上具有一個(gè)角向槽口28，槽口28對(duì)應(yīng)內(nèi)部的另一個(gè)控制軸的固定孔，槽口28為固定栓的角向移動(dòng)而開。固定孔29是另一組氣門對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)的固定孔，這里隱去二組氣門的驅(qū)動(dòng)裝置以便看清內(nèi)部控制軸的開孔情況。除了類似槽口28的開口，控制軸B27上還有角向的槽口33，對(duì)應(yīng)內(nèi)部控制軸的槽口31，這二個(gè)槽口都是為了給內(nèi)部的內(nèi)凹凸輪軸32上的凸輪開口，以便讓滾輪搖臂能夠接觸到相應(yīng)的凸輪并形成驅(qū)動(dòng)作用。螺栓34將固定器35和擺動(dòng)凸輪36固定于氣缸蓋上，受驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)限制，擺動(dòng)凸輪36可以在一個(gè)角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。擺動(dòng)凸輪36上有二個(gè)凸輪，分別驅(qū)動(dòng)氣門45、氣門46。驅(qū)動(dòng)氣門42和氣門43的擺動(dòng)凸輪44的中間部分的套管44，與固定器35覆蓋的擺動(dòng)凸輪36的部分是相同的。滾輪搖臂39的樞軸是固定在套管44上的，滾輪搖臂39的一端的滾輪與可變斜板38緊密接觸，可變斜板38上面是控制斜板37，用來控制可變斜板38的傾斜角度。一個(gè)螺旋扭力彈簧41的與控制軸B27同軸，彈簧41的一端固定在擺動(dòng)凸輪44上，另一端固定在控制軸B27上?？刂戚SB27上的固定孔30是用來固定一個(gè)套管，套管上固定了可變斜板38。固定孔30是每組氣門一個(gè)，就如槽口31和槽口33一樣。

參考附圖5，用橫截面示意圖說明氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理?？勺冃卑?8上面是控制斜板37，滾輪搖臂39一端連接樞軸49且樞軸49與擺動(dòng)凸輪44是一個(gè)部件的不同部分，另一端具有滾輪47，中間有滾輪48，滾輪47從內(nèi)向外頂住可變斜板38，控制斜板37從外向內(nèi)頂住可變斜板38，且可變斜板38的一端是凸出的半球形，插入斜板控制套管50的突起部分的凹陷的半球形，這樣可變斜板38得到了完全了約束，且受到控制斜板37和斜板控制套管50的雙重約束，當(dāng)二者朝向不同方向運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就是可變斜板38的傾斜角度發(fā)生變化。扇形擋板55是為了在軸向一邊約束可變斜板38，另一邊有另一個(gè)約束部件，使得可變斜板38不會(huì)滑出凹陷半球。滾輪48與凸輪32緊密接觸，為了給滾輪48和滾了搖臂39讓開運(yùn)動(dòng)空間，于是必需在控制軸B27上開槽口53、在控制軸A56上開槽口54，槽口53對(duì)應(yīng)槽口33，二者同等作用，僅僅是不同的氣門組和不同的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。同樣槽口54對(duì)應(yīng)槽口31。固定栓51將斜板控制套管50與控制軸B27固定，這樣控制軸B27就可以控制可變斜板38的角度。螺旋扭力彈簧41與控制軸B27、控制軸A56、凸輪32、擺動(dòng)凸輪44都是同軸的。擺動(dòng)凸輪44在這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的二參數(shù)可變驅(qū)動(dòng)下可以驅(qū)動(dòng)氣門滾輪搖臂上的滾輪52從而完成氣門驅(qū)動(dòng)的工作。

參考附圖6，縱向截面示意圖中，控制軸B27內(nèi)部是控制軸A56，控制軸A56通過固定栓58連接斜板控制套管57，且控制斜板37與斜板控制套管57是一個(gè)部件，相互位置固定。固定栓58在控制軸B27的槽口中可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。因此綜合附圖5和附圖6，可明了使用可變斜面原理的氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。

參考附圖7，三參數(shù)液壓控制器的剖視圖，圖7A是橫截面剖視圖，圖7B是軸截面。圖7A中，液壓調(diào)相器21和二個(gè)控制軸的角向控制器22合并為一個(gè)整體的控制器，因?yàn)橐簤赫{(diào)相器21上有鏈輪，因而是輸入端，輸出端的從動(dòng)部分59將連凸輪軸32。在圖7B中可以見到從動(dòng)部分59與凸輪軸32是一體的，或者利用一些固定部件固定在一起?？刂破?2的動(dòng)葉61是空心的，動(dòng)葉61內(nèi)部是動(dòng)葉60，動(dòng)葉61驅(qū)動(dòng)的是控制軸A56，動(dòng)葉60驅(qū)動(dòng)的是控制軸B27。固定器24將角向控制器22壓在氣缸蓋上，同時(shí)固定栓25將套管26固定在固定器24上，這樣角向控制器22也不可轉(zhuǎn)動(dòng)而被完全固定。這里缺乏凸輪軸32的軸向固定，還有液壓調(diào)相器和控制器的組裝技術(shù)，以及動(dòng)葉61與控制軸A56、動(dòng)葉60與控制軸B27，皆可以采用通用技術(shù)，這里略述。

參考附圖4到附圖7，總體上來說，為了盡可能做到體積最小，控制軸B27、控制軸A56和凸輪軸32采用同軸、分層、套嵌的布置方法，控制斜板37和可變斜板38也盡量以環(huán)繞控制軸的方式布置，使得總體來看與普通的液壓調(diào)相器配合簡(jiǎn)單凸輪的氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在尺寸和形狀上非常相近，應(yīng)用本發(fā)明的時(shí)候，只需對(duì)現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋做微調(diào)即可，不必做根本的改變，有利于降低成本。

以下來具體說明第2個(gè)示例性實(shí)施例的應(yīng)用方法。

參考附圖8，第2實(shí)施例的總體示意圖中，只顯示了驅(qū)動(dòng)氣門42和43的驅(qū)動(dòng)裝置，螺栓73將固定器74和液壓調(diào)相器62延伸的套管72一同固定在氣缸蓋上，套管72可以轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂戚S63上的槽口64用來安裝驅(qū)動(dòng)裝置的部件。固定器65用來約束擺動(dòng)凸輪68，固定器66用來約束擺動(dòng)凸輪69，大搖臂67同時(shí)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)凸輪68和69，擺動(dòng)凸輪68驅(qū)動(dòng)氣門42，擺動(dòng)凸輪69驅(qū)動(dòng)氣門43。而軸承外環(huán)76的內(nèi)軸固定在控制軸63，而控制軸70在控制軸63的內(nèi)部。氣門45和46以及其他氣門皆以相同裝置驅(qū)動(dòng)。

參考附圖9，第2實(shí)施例的氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸截面剖視圖，固定器65約束擺動(dòng)凸輪68，二者中間有滾珠81，使得擺動(dòng)凸輪68在軸向也被完全約束；固定器66約束擺動(dòng)凸輪69，二者中間有滾珠82，使得擺動(dòng)凸輪69在軸向也被完全約束。軸承外環(huán)76套軸承內(nèi)環(huán)77，其間有滾珠91，軸承內(nèi)環(huán)77也是大搖臂控制套管77的一部分，大搖臂控制套管77上的滑槽與大搖臂作動(dòng)套管80上的突起90形成滑動(dòng)配合，大搖臂控制套管77的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成大搖臂作動(dòng)套管80的角向轉(zhuǎn)動(dòng)。大搖臂作動(dòng)套管80也是直接接觸擺動(dòng)凸輪68的具有樞軸作用的部件，因而擺動(dòng)凸輪68可以繞大搖臂作動(dòng)套管80做擺動(dòng)動(dòng)作。同理，軸承外環(huán)71套軸承內(nèi)環(huán)78，其間有滾珠92，軸承內(nèi)環(huán)78也是小搖臂控制套管78的一部分，小搖臂控制套管78上的滑槽與小搖臂作動(dòng)套管79上的凸起89形成滑動(dòng)配合，小搖臂作動(dòng)套管78的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成小搖臂作動(dòng)套管79的角向轉(zhuǎn)動(dòng)。小搖臂作動(dòng)套管79也是直接接觸擺動(dòng)凸輪69的具有樞軸作用的部件，因而擺動(dòng)凸輪69可以繞小搖臂作動(dòng)套管79做擺動(dòng)動(dòng)作。軸承外環(huán)76是固定在控制軸63上，軸承外環(huán)71是固定在控制軸70上的。因而對(duì)于軸承外環(huán)76和71而言是隨著控制軸63和70一同旋轉(zhuǎn)的，這里沒有凸輪軸，因?yàn)榭刂戚S63和70一同旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了凸輪87，因而凸輪軸被二根控制軸替代了，這種替代的好處是結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且角向剛性更好。凸輪87推動(dòng)了滾輪86，滾輪86的軸83也是滾輪84和85的軸，因此凸輪87也推動(dòng)了滾輪84和85。大搖臂67的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)滾輪84和85的部分是凸出來的，而對(duì)應(yīng)滾輪86的部分是凹進(jìn)去的，使得滾輪84和85只與大搖臂67的內(nèi)壁接觸，而滾輪86只與凸輪87接觸，這樣設(shè)計(jì)的好處是無論大搖臂67和滾輪87都是處于滾動(dòng)摩擦的狀態(tài)，摩擦損耗較小，而且通過軸83傳動(dòng)強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。滾輪84和85與滾輪86之間具有一個(gè)間隔環(huán)，使得相鄰二個(gè)滾輪內(nèi)部的滾針不會(huì)相互干擾而發(fā)生故障。凸輪87的傳動(dòng)是依靠控制軸63上的組裝上去的套管88，凸輪87和套管88上皆有花鍵齒，使得控制軸63在軸向的運(yùn)動(dòng)不影響凸輪87的轉(zhuǎn)動(dòng)。軸83同時(shí)也將滾輪84、85、86固定在小搖臂上，這樣就可以控制其角向位置。滾輪93和94分別是擺動(dòng)凸輪68和69推動(dòng)的氣門滾輪搖臂上的滾輪。

參考附圖10，第2實(shí)施例的三參數(shù)液壓控制器的軸向剖視圖可以看到，為了保證控制軸63和70在軸向受控線性移動(dòng)而在角向同步轉(zhuǎn)動(dòng)，二者的液壓控制器內(nèi)部的液缸75內(nèi)壁具有較寬的花鍵齒98，同時(shí)與控制軸63連接的液壓活塞96、與控制軸70連接的液壓活塞97上也有相應(yīng)的寬花鍵齒，這些花鍵齒可以保證液壓控制器帶動(dòng)二個(gè)控制軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。液缸75同時(shí)具有分割板以便分開液壓活塞96和97所屬的二個(gè)液缸，令二者分別獨(dú)立受動(dòng)運(yùn)動(dòng)。液缸75同時(shí)與液壓調(diào)相器62的從動(dòng)部分是一體的，如此液壓調(diào)相器62可以調(diào)節(jié)鏈輪95與控制軸63和70之間的轉(zhuǎn)動(dòng)相位關(guān)系，即曲軸與凸輪之間的轉(zhuǎn)動(dòng)相位關(guān)系，因而控制軸63和70也就是等同于凸輪軸。液缸75延伸出來的套管72由固定器74和螺栓73固定在氣缸蓋上，只可以轉(zhuǎn)動(dòng)。

參考附圖11，第2實(shí)施例彈簧的安裝方法在于擺動(dòng)凸輪68的彈簧97一端固定在大搖臂作動(dòng)套管80的凸出部分上，另一端抵觸在擺動(dòng)凸輪68的延伸段的側(cè)面，而擺動(dòng)凸輪69的彈簧98則是安裝在大搖臂作動(dòng)套管80的延伸出來的彈簧架163上，另一端抵觸在擺動(dòng)凸輪69的延伸段的側(cè)面，所提供的彈力，使得擺動(dòng)凸輪68和69向關(guān)閉氣門的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。大搖臂67的形狀是特殊的，擺動(dòng)的一端很寬，因?yàn)橐瑫r(shí)驅(qū)動(dòng)二個(gè)擺動(dòng)凸輪，而中間連桿100部分則是偏向大搖臂作動(dòng)套管80這一側(cè)，且就在緊貼大搖臂作動(dòng)套管80的上方，而后在接近轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸時(shí)再轉(zhuǎn)回到中間位置，這樣做是為了避開中間的凸輪87的回旋范圍，且要讓開小搖臂作動(dòng)套管79及小搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸。固定器65和螺栓96向下壓住擺動(dòng)凸輪68，以便使之在擺動(dòng)時(shí)能夠推動(dòng)氣門滾輪搖臂上的滾輪93，固定器66和螺栓99向下壓住擺動(dòng)凸輪69，以便使之在擺動(dòng)時(shí)能夠推動(dòng)氣門滾輪搖臂上的滾輪94。軸承外環(huán)76和大搖臂控制套管77構(gòu)成一個(gè)完整的滾珠軸承，軸承外環(huán)71和小搖臂控制套管78構(gòu)成一個(gè)完整的滾珠軸承，二個(gè)軸承在軸向具有雙向承力能力，以便實(shí)現(xiàn)完整的軸向控制和約束能力。小搖臂作動(dòng)套管79在擺動(dòng)凸輪69和小搖臂控制套管78之間。軸承外環(huán)71是由二部分組成的，用一個(gè)橢圓固定器95將二個(gè)部分的突起緊固在一起，這樣設(shè)計(jì)是為了使得軸承外環(huán)71的凸出部分可以插入控制軸中的槽口，使得軸承外環(huán)71與控制軸完全固定不能移動(dòng)。軸承外環(huán)71到擺動(dòng)凸輪69、軸承外環(huán)76到擺動(dòng)凸輪68的距離要保證控制軸在軸向移動(dòng)的距離內(nèi)不能與擺動(dòng)凸輪68、69碰撞。

參考圖12，第2實(shí)施例的部分部件與控制軸連接的凸起形狀和部件組合方式，軸承外環(huán)71和102上各有二個(gè)突起，突起103和突起104用一個(gè)橢圓固定器95固定在一起，將軸承外環(huán)71和102緊緊拉緊固定在一起。軸承外環(huán)71上具有一個(gè)較長(zhǎng)的突起105，軸承外環(huán)102上具有一個(gè)較長(zhǎng)的突起106且突起105、106在軸向是有一個(gè)拉長(zhǎng)的形狀，這樣便于承受更大的力量。用來驅(qū)動(dòng)凸輪87的套管88也是分二部分的，一個(gè)是套管88，對(duì)側(cè)是套管101，套管101上具有一個(gè)突起88，深度比較淺，在套管88上也有一個(gè)，這樣二部分拼接之后突起88就嵌入控制軸中的槽口，再裝入凸輪87就將二部分固定在控制軸上。軸承外環(huán)109上具有一個(gè)較淺的突起107，也是用來將軸承外環(huán)固定在外面的控制軸上的，突起105、106固定于較深的控制軸。軸承外環(huán)76和大搖臂控制套管77以及滾珠81構(gòu)成控制大搖臂的軸承，軸承外環(huán)71、102和小搖臂控制套管78以及滾珠構(gòu)成控制小搖臂的軸承。

參考圖13，第2實(shí)施例的固定器66上的花鍵齒112與小搖臂控制套管78上的花鍵齒111嚙合以后將固定小搖臂控制套管78的角向方向，使其只能受到由軸承外環(huán)71和102組成的軸承的驅(qū)動(dòng)而做軸向運(yùn)動(dòng)。固定器66上的花鍵齒112要穿過小搖臂作動(dòng)套管就必須在套管上開槽口，以對(duì)側(cè)的大搖臂作動(dòng)套管80為例，其上對(duì)應(yīng)固定器上凸出的花鍵齒部分有個(gè)長(zhǎng)槽口110，開口方向是角向且朝向固定器的花鍵齒，而且固定器66也可同時(shí)依據(jù)這樣的槽口在軸向固定大小搖臂的作動(dòng)套管。從這個(gè)角度看，軸承外環(huán)76和109也是用橢圓固定器固定在一起的。且可見大搖臂作動(dòng)套管80上的延伸部分有大搖臂的旋轉(zhuǎn)樞軸142。

參考圖14，第2實(shí)施例的核心部分在擺動(dòng)凸輪69處的橫截面，滾珠82在固定器66中的軌道114之中，也在擺動(dòng)凸輪69上部的軌道113之中，將固定器66和擺動(dòng)凸輪69在軸向固定。小搖臂驅(qū)動(dòng)套管78在小搖臂作動(dòng)套管79內(nèi)部，小搖臂控制套管78上的滑槽與小搖臂作動(dòng)套管79上的凸起89形成滑動(dòng)配合?？刂戚S63在控制軸70外部，二者是套嵌且同軸的關(guān)系。固定器66將擺動(dòng)凸輪69壓向氣門的滾輪94的方向，確保氣門可以被打開。花鍵齒111所占據(jù)的方向角只是圓周的一小部分，具體數(shù)值根據(jù)花鍵齒的形式和角度來確定，條件是保證固定器66能夠從上而下完成安裝，而且花鍵齒111與凸起89對(duì)應(yīng)的滑槽同屬于小搖臂控制套管78上的加工特征，只是分屬于不同的角向方向區(qū)域，這樣的設(shè)計(jì)有利于將二種不同的功能集中在一個(gè)部件上，使得結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、緊湊，組裝容易，成本低。

參考附圖15，第2實(shí)施例的核心部分在凸輪87處的橫截面。凸輪87內(nèi)部有花鍵齒140和141，花鍵齒是凸型的，而固定凸輪87的套管88也是分二部分的，分別是是套管88和101，這樣做的目的是便于組裝到控制軸63上，套管88上的突起139嵌入控制軸63的槽口139，套管101上的突起108嵌入控制軸63的槽口108，這樣就可借助凸輪87固定二個(gè)套管，且對(duì)凸輪87形成有效驅(qū)動(dòng)，凸輪87隨著控制軸63和控制軸70同步旋轉(zhuǎn)。擺動(dòng)凸輪68具有一個(gè)凸出部分，凸出部分的尖端是滾輪，滾輪與大搖臂67擺動(dòng)端的弧面緊密接觸，弧面是傾斜的，當(dāng)大搖臂67擺動(dòng)時(shí)將推動(dòng)滾輪和擺動(dòng)凸輪68朝氣門開啟的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。大搖臂67的中間部分是中間連桿100，中間連桿100固定在大搖臂作動(dòng)套管80上的轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸142上。小搖臂169一端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸168上，另一端連接滾輪86的軸83，這樣就形成了大小搖臂的變速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

參考附圖16，第2實(shí)施例的控制軸上的開槽口的位置和大小、深度依據(jù)其所配合的部件而定。槽口164及其相同角向位置的槽口是為配合軸承外環(huán)76、軸承外環(huán)109及其他氣門的相同部件的突起而定，深度僅僅穿透控制軸63，目的是固定用來控制大搖臂的軸承外環(huán)于控制軸63上，使得控制軸63可以帶動(dòng)大搖臂的軸承外環(huán)同步旋轉(zhuǎn)。槽口165的深度也只是穿透控制軸63，因此可以從槽口中看到控制軸70，槽口165是用來配合凸輪的套管內(nèi)部的突起，以便驅(qū)動(dòng)凸輪與控制軸63和70同步旋轉(zhuǎn)。槽口166是槽口167在控制軸63上的掃描圖形，槽口167是為配合軸承外環(huán)71上的突起105而定的，同理軸承外環(huán)102上也有突起和與之配合的槽口，因而槽口166穿透控制軸63，槽口167采用與突起105同樣的深度。所有控制軸63和70上的槽口都是成對(duì)布置，在控制軸63軸截面的角向方向是完全相對(duì)的。軸承外環(huán)71、76、102、109是氣門42和43的驅(qū)動(dòng)裝置的部件，而槽口164、165、166、167是為控制氣門45、46的驅(qū)動(dòng)裝置而設(shè)定的。

因而綜合附圖8到附圖16可見，第2實(shí)施例能夠做到所采用的部件采用面接觸，很少的線接觸，沒有點(diǎn)接觸，因而部件的表面應(yīng)力比較低，能夠利于延長(zhǎng)部件壽命，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣門的升程和正時(shí)的獨(dú)立、連續(xù)的調(diào)節(jié)作用。

參考附圖17，第3實(shí)施例的總體示意圖中，液壓調(diào)相器116上有鏈輪，用鏈條與內(nèi)燃機(jī)曲軸相連。液壓調(diào)相器116一端有套管119，套管119被固定器118固定于氣缸蓋。液壓控制器外殼117一端有套管121，套管121被固定器120固定于氣缸蓋，固定栓122將套管121固定于固定器120上，這樣液壓控制器117被完全固定于氣缸蓋。驅(qū)動(dòng)氣門的擺動(dòng)凸輪123、171、126、172都在控制軸130上，分別驅(qū)動(dòng)氣門132、131、134、133?？刂戚S130上對(duì)應(yīng)每一組氣門的位置具有一個(gè)凹槽135，凹槽135對(duì)應(yīng)凸輪軸138上的每個(gè)凸輪的位置有槽口136，同時(shí)凹槽135內(nèi)有斜槽137。擺動(dòng)凸輪123、171是一體的，其上有滾輪127；擺動(dòng)凸輪126、172也是一體的，并具有一個(gè)延長(zhǎng)的套管124，擺動(dòng)凸輪123、171的延長(zhǎng)出來的類似套管124的部分被固定器125固定于氣缸蓋，且軸向不可移動(dòng)，只能轉(zhuǎn)動(dòng)。從外部只能看到超寬的大搖臂128，小搖臂在其內(nèi)部。扭力彈簧170和129是一體的二個(gè)螺旋部分，扭力彈簧170和129的彈力使得擺動(dòng)凸輪126和172朝向?qū)L輪127推向大搖臂128的方向。大搖臂128的與滾輪127接觸的地方是弧線型，弧線型的作用是滾輪127推動(dòng)大搖臂128時(shí)大搖臂128有朝向控制軸130軸線方向擺動(dòng)的趨勢(shì)。

參考附圖18，第3實(shí)施例的核心部分在小搖臂處的橫截面中，小搖臂143在大搖臂128的內(nèi)部，大搖臂128內(nèi)部是空腔以容納小搖臂143。小搖臂143通過轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸146固定在控制軸130的管壁上，小搖臂143中間位置是滾輪144且與凸輪軸138緊密接觸，小搖臂143與大搖臂128接觸的地方是滾針145。大搖臂128一端由轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸147固定在弧板148上，而擺動(dòng)端是弧面153，弧面153的形狀保證推動(dòng)滾輪127和擺動(dòng)凸輪123擺動(dòng)。滾輪127的支架152與擺動(dòng)凸輪123是一體的，擺動(dòng)凸輪123還與套管154是一體的。套管154上需要開槽口以容納大搖臂128、小搖臂143和弧板148的一部分，而且槽口的尺寸一定需要滿足弧板148按照?qǐng)D示方向放入的需求?？刂戚S130也要開槽口容納小搖臂143。彈簧129一端固定在擺動(dòng)凸輪123的凸起151上，中間部分頂住弧板148的凸起150，彈簧129的彈力使得擺動(dòng)凸輪123順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。弧板148上有突起149且與控制軸130上的斜槽配合，這樣當(dāng)控制軸130軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以帶動(dòng)弧板148產(chǎn)生一個(gè)角向移動(dòng)，從而改變了大搖臂128的角向位置卻不改變小搖臂123的位置?；“?48夾在套管154和控制軸130之間，又有斜槽固定，所以等效完全固定。

參考附圖19，第3實(shí)施例的縱截面的示意圖中，大搖臂128內(nèi)的空腔寬度比小搖臂143寬很多，空腔寬度等于小搖臂143的寬度加控制軸130的軸向移動(dòng)距離。凸輪軸138靠近液壓調(diào)相器的一端內(nèi)部有空腔和花鍵齒155，花鍵齒155保證凸輪軸138跟隨控制軸130做軸向移動(dòng)時(shí)保持能夠驅(qū)動(dòng)凸輪軸138正常轉(zhuǎn)動(dòng)。擺動(dòng)凸輪123有個(gè)延伸的套管124，固定器125將套管124固定在氣缸蓋上，只允許套管124轉(zhuǎn)動(dòng)。

參考附圖20，第3實(shí)施例的三參數(shù)液壓控制器的示意圖中，液壓調(diào)相器116是輸入曲軸動(dòng)力的部分，液壓調(diào)相器156是曲軸動(dòng)力輸出部分，動(dòng)力直接驅(qū)動(dòng)軸157，軸157末端具有與凸輪軸138的花鍵齒155配合的花鍵齒，從而可以在控制軸130軸向移動(dòng)時(shí)保持驅(qū)動(dòng)凸輪軸138。液壓調(diào)相器116鏈輪這端具有延伸的套管119，固定器118將套管119固定在氣缸蓋上。液壓調(diào)相器156內(nèi)部是軸向液壓控制器158，軸向液壓控制器158內(nèi)部是油缸，油缸內(nèi)壁上有寬花鍵齒161，油缸中的活塞是角向液壓控制器159，角向液壓控制器159內(nèi)部是動(dòng)葉160，液壓動(dòng)力可以讓動(dòng)葉160在角向液壓控制器159內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)控制軸130，而角向液壓控制器159在軸向液壓控制器158內(nèi)部的軸向運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)控制軸130在軸向運(yùn)動(dòng)。和單個(gè)控制軸的軸向與角向控制器合并為一個(gè)整體的控制器。液壓控制器外殼117將軸向液壓控制器158的開口封閉，并且與之用固定栓固定成為一體。固定器120將套管121固定在氣缸蓋上。控制軸130和凸輪軸138之間有軸承162，保證控制軸130靜止時(shí)凸輪軸138正常轉(zhuǎn)動(dòng)。

參考附圖21，小搖臂143的組裝需要借助彈簧的轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸，小搖臂143具有一個(gè)槽口173，槽口的尺度需要能夠放入轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸146和175，放入之后向二邊插入到小搖臂143和控制軸130的孔中，而后放入彈簧174，將二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸頂向二邊，保證將小搖臂143固定在控制軸130上。滾針145的長(zhǎng)度與大搖臂內(nèi)部的空腔一樣寬，當(dāng)小搖臂143移動(dòng)時(shí)也保證能不脫離滾針145。轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸147是弧板148上的用來連接大搖臂的，將大搖臂與弧板148用轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸147組裝好后在放入槽口與控制軸130組裝在一起。突起150卡住扭力彈簧，保證動(dòng)力通過弧板148傳給大搖臂。

參考附圖22，利用從附圖1到附圖21的全部3個(gè)示例性實(shí)施例機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的控制律，可以實(shí)現(xiàn)氣門控制效果圖中，曲線C1、C2、C3、C4是可變氣門升程的曲線，曲線C5、C6、C7是可變氣門正時(shí)的曲線，因而本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)可變氣門正時(shí)和升程獨(dú)立調(diào)節(jié)的控制效果。

總體而言，本發(fā)明采用將內(nèi)凹式凸輪軸與一或二根控制軸合并、套嵌、同軸的方法減小了系統(tǒng)的體積，實(shí)施例中使用2種變速原理和不同的實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)來完成氣門的升程和正時(shí)獨(dú)立、連續(xù)的可調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣門的最佳控制。同時(shí)，本發(fā)明將所有三個(gè)不同參數(shù)控制的液壓控制器在外型上合并為一個(gè)整體的控制器，這使得本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的機(jī)械裝置在外型上極為類似普通的帶有液壓調(diào)相器的單一凸輪軸，便于直接替代簡(jiǎn)單凸輪軸而作為內(nèi)燃機(jī)氣門的控制裝置。

且，更具一般性的應(yīng)用方法是，當(dāng)具有一種變速機(jī)構(gòu)原理時(shí)，可以仿照3個(gè)實(shí)施例的方法，構(gòu)成相應(yīng)的全可變氣門正時(shí)和升程裝置并用于氣門驅(qū)動(dòng)。

上述敘述僅僅是用于解釋本發(fā)明的例示性實(shí)施例，它不是排他的或?qū)⒈景l(fā)明限制與其公開的具體形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以做出各種改變以及其中的元素可用等同元素來替換。此外，可以做出很多修改以使特定情形或材料適用于本發(fā)明的主旨而不偏離實(shí)質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明不限于作為構(gòu)思實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式所公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明包括屬于本發(fā)明范圍的所有實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明能夠以具體解釋和闡明的方式以外的其他方式實(shí)施。