CN101936198B - 一种凸轮供油式电液气门驱动系统 - Google Patents

一种凸轮供油式电液气门驱动系统 Download PDF

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一种凸轮供油式电液气门驱动系统，属于发动机可变气门的凸轮供油式电液气门驱动系统。它主要包括供油器、气门驱动机构、油箱、连接油路以及电磁阀。本发明依据发动机缸数和点火顺序，设计了对置式凸轮-柱塞供油器，并且仅使用两个供油器即可对所有的发动机进排气门驱动机构提供液压油。通过控制供油油腔和驱动油腔之间的第1电磁阀可实现可变进排气门和降低气门驱动所需的能量。通过控制第5电磁阀可实现排气门二次开启。供油油腔与油箱之间的第2电磁阀和正反向供油油腔之间的第4电磁阀的配合使用可降低供油油腔充油所需的能耗。第3电磁阀的使用不仅取消了气门落座缓冲器和气门间隙调节器，而且加快了气门关闭速度和拓宽了气门关闭的范围。

Description

一种凸轮供油式电液气门驱动系统
技术领域
本发明涉及一种凸轮供油式电液气门驱动系统，属于可实现发动机可变气门的凸轮供油式电液气门驱动系统。
背景技术
可变气门技术可以优化发动机在不同转速下的换气性能，有效地降低发动机的燃油消耗，并改善其排放性能。近年来，国内外研究人员对可变气门技术进行了大量深入的研究，开发出多种可变气门系统，如机械式可变气门系统、电液式可变气门系统、电磁式可变气门系统、电气式可变气门系统等。其中，电液式可变气门系统是目前最具潜力的可变气门系统。电液式可变气门系统大都采用共轨供油式机构，具有气门调节自由度大、落座速度可调等优势。但是随着多缸多气门发动机的使用和发动机转速的增加，共轨供油方式的弊端越来越严重，主要表现为：共轨容积过大、油泵供油体积流量过大、泵油压力过大等。对此，国内外研究人员开始尝试采用凸轮供油式电液气门驱动系统。这种系统通过取消共轨管结构使得气门驱动过程不再受其限制，但是其研究大多处于初级阶段，具有气门可变灵活程度低、无法实现排气门二次开启事件等不足。
发明内容
本发明的目的在于为4缸或者6缸发动机，尤其是高速多气门发动机，提供一种采用充分利用发动机的缸数和点火顺序设计的对置式凸轮-柱塞供油器来为气门驱动机构提供液压油的、不仅能够实现可变进(排)气正时、还可以实现排气门二次开启、结构简单、能耗低、响应速度快的凸轮供油式电液可变气门驱动系统。
本发明所采用的技术方案是：一种凸轮供油式电液气门驱动系统，采用对置式凸轮-柱塞供油器通过连接油路为带有弹簧的单作用活塞式电液气门驱动机构提供液压油，对置式凸轮-柱塞供油器按照发动机的气缸数和点火顺序进行工作，发动机的曲轴直接驱动供油凸轮轴，供油凸轮轴上的供油凸轮经相对的二个滚子驱动各自的供油柱塞，使正向供油油腔或反向供油油腔供油；对于进气门驱动系统，第4进气侧电磁阀将正向供油油腔和反向供油油腔相连，正向供油油腔直接与第1进气侧电磁阀和第2进气侧电磁阀相连，第1进气侧电磁阀的另一端与进气门驱动油腔相连，而第2进气侧电磁阀的另一端与油箱相连，进气门驱动油腔通过第3进气侧电磁阀与油箱相连；对于排气门驱动系统，第5排气侧电磁阀的常开口将供油器的正向供油油腔与第1排气侧电磁阀和第2排气侧电磁阀相连，而第5排气侧电磁阀的常闭口将反向供油油腔与第1排气侧电磁阀和第2排气侧电磁阀相连，第1排气侧电磁阀的另一端与排气门驱动油腔相连，而第2排气侧电磁阀的另一端与油箱相连，排气门驱动油腔通过第3排气侧电磁阀与油箱相连。
对于4缸发动机而言，所述对置式凸轮-柱塞供油器的正向供油油腔与发动机的1缸和4缸的气门驱动机构相连，反向供油油腔与发动机的2缸和3缸的气门驱动机构相连，供油凸轮轴每360°曲轴转角旋转1周，左右两个柱塞以180°曲轴转角的间隔完成一次相同的上下运行，通过控制电磁阀的启闭状态来为相应的气门驱动机构提供液压油。
对于6缸发动机而言，所述对置式凸轮-柱塞供油器的正向供油油腔与发动机的1缸、2缸和3缸的气门驱动机构相连，反向供油油腔与发动机的4缸、5缸和6缸的气门驱动机构相连，供油凸轮轴每240°曲轴转角旋转1周，左右两个柱塞以120°曲轴转角的间隔完成一次相同的上下运行，通过控制电磁阀的启闭状态来为相应的气门驱动机构提供液压油。
本发明的有益效果是：这种凸轮供油式电液气门驱动系统主要包括供油器、气门驱动机构、油箱、连接油路以及电磁阀。依据发动机缸数和点火顺序设计了对置式凸轮-柱塞供油器，并且仅使用两个供油器即可对所有的发动机进排气门驱动机构提供液压油。通过控制供油油腔和驱动油腔之间的第1进、排气侧电磁阀可实现可变进排气门和降低气门驱动所需的能量。通过控制第5排气侧电磁阀可实现排气门二次开启。供油油腔与油箱之间的第2进、排气侧电磁阀和正反向供油油腔之间的第4进、排气侧电磁阀的配合使用可降低供油油腔充油所需的能耗。第3进、排气侧电磁阀的使用不仅取消了气门落座缓冲器和气门间隙调节器，而且加快了气门关闭速度和拓宽了气门关闭的范围。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是对置式凸轮-柱塞供油器的结构示意图。
图2是单个进气门的凸轮供油式电液气门驱动系统的结构示意图。
图3是单个排气门的凸轮供油式电液气门驱动系统的结构示意图。
图4是4缸发动机的系统油路布置示意图。
图5是6缸发动机的系统油路布置示意图。
图中：1.正向供油油腔，2.供油柱塞，3.滚子，4.供油凸轮轴，5.供油凸轮，6.反向供油油腔，7.油箱，8.进气门，9.发动机气缸盖，10.进气门弹簧，11.进气门驱动活塞，12.进气门驱动油腔，13.第3进气侧电磁阀，14.第1进气侧电磁阀，15.第2进气侧电磁阀，16.第4进气侧电磁阀，17.排气门，18.排气门弹簧，19.排气门驱动活塞，20.排气门驱动油腔，21.第3排气侧电磁阀，22.第1排气侧电磁阀，23.第2排气侧电磁阀，24.第5排气侧电磁阀，25.第4排气侧电磁阀。
具体实施方式
图1示出了一种对置式凸轮-柱塞供油器的结构。由于四冲程发动机各缸总是按照进气、压缩、做功、排气的顺序进行，而各缸进行进、排气的顺序与发动机的点火顺序一致。根据发动机的缸数和点火顺序设计对置式凸轮-柱塞供油器。供油器主要包括正向供油油腔1，二个供油柱塞2，二个滚子3，供油凸轮轴4，供油凸轮5和反向供油油腔6。随着供油凸轮轴4的旋转，供油凸轮5推动供油柱塞2上下运行，从而正向供油油腔1和反向供油油腔6交替地进行供油。
图2示出了单个进气门的凸轮供油式电液气门驱动系统的工作原理图。单个进气门进行可变进气门的实现方式为：
(a)进气门开启：当正向供油油腔1进入供油阶段时，供油凸轮轴4旋转，供油凸轮5推动供油柱塞2上行，当进气门开启正时信号达到时，第1进气侧电磁阀14开启，第2进气侧电磁阀15和第3进气侧电磁阀13关闭，正向供油油腔1和进气门驱动油腔12内的液压油压力随着供油柱塞2的进一步上行运动而增加，作用在进气门驱动活塞11上的液压力克服进气门弹簧10阻力，驱动进气门8下行，实现进气门8的开启。
(b)进气门达到最大升程：当第1进气侧电磁阀14的供油关闭正时到达时，第1进气侧电磁阀14关闭，被滞留在进气门驱动油腔12内的中压液压油中的弹性能和进气门驱动机构运动部件的惯性作用下，进气门8将继续下行直至达到最大升程。此时，电控单元控制第2进气侧电磁阀15或者第4进气侧电磁阀16开启，将正向供油油腔1内的液压油排出。
(c)进气门关闭与落座：在正向供油油腔1的吸油阶段内，当进气门关闭正时信号达到时，第1进气侧电磁阀14开启，第2进气侧电磁阀15和第3进气侧电磁阀13关闭，在供油柱塞2下行的吸油作用和进气门弹簧10的弹性力的共同作用下，进气门8上行关闭；当进气门8上行到接近落座位置时，系统通过关闭第1进气侧电磁阀14，开启第3进气侧电磁阀13的小流通口来实现气门落座缓冲，从而取消了气门缓冲器；当进气门8完全关闭后，关闭第1进气侧电磁阀14，开启第3进气侧电磁阀13的大流通口，使得进气门驱动油腔12与油箱7保持相连，从而取消了液压间隙调节器。此外，如果进气门关闭正时信号到达时，正向供油油腔1处于供油阶段，则通过开启第3进气侧电磁阀13的大流通口将进气门驱动油腔12内的液压油泄入油箱7，从而实现进气门8的关闭。
图3示出了单个排气门的凸轮供油式电液气门驱动系统的工作原理图。排气门驱动机构的结构与进气门的基本相同，因此，可变排气门事件的实现方式与可变进气门事件的相同；排气门驱动机构增加的第5排气侧电磁阀24及其相关油路被用于实现排气门二次事件。其实现方式为：首先电控单元判断排气门的工作类型，若为正常换气为目的的排气门驱动，则不激励第5排气侧电磁阀24，使用正向供油油腔1内的液压油来驱动排气门驱动机构来完成排气门17的完成启闭过程；若为排气门二次开启事件，则激励第5排气侧电磁阀24，使用反向供油油腔6内的来驱动排气门驱动机构来完成排气门17的启闭过程。
图4示出了4缸发动机的系统油路布置示意图。对于4缸发动机而言，供油器正向供油油腔1与发动机的1缸和4缸的气门驱动机构相连，反向供油油腔6与发动机的2缸和3缸的气门驱动机构相连，供油凸轮轴4每360°曲轴转角旋转1周，正向供油油腔1和反向供油油腔6以180°曲轴转角的间隔进行供油，电控单元根据发动机的各气门的启闭顺序，即按照1-3-4-2或者1-2-4-3的顺序，依次激励各缸气门驱动机构相应的电磁阀，即可实现仅使用两个供油器来完成对发动机所有进排气门驱动机构提供液压油的目的。
图5示出了6缸发动机的系统油路布置示意图。对于6缸发动机而言，供油器正向供油油腔1与发动机的1缸、2缸和3缸的气门驱动机构相连，反向供油油腔6与发动机的4缸、5缸和6缸的气门驱动机构相连，供油凸轮轴4每240°曲轴转角旋转1周，正向供油油腔1和反向供油油腔6以120°曲轴转角的间隔进行供油，电控单元根据发动机的各气门的启闭顺序，即按照1-5-3-6-2-4或者1-4-2-6-3-5的顺序，依次激励各缸气门驱动机构相应的电磁阀，即可实现仅使用两个供油器来完成对发动机所有进排气门驱动机构提供液压油的目的。

Claims (1)

1.一种凸轮供油式电液气门驱动系统，其特征是：对置式凸轮-柱塞供油器通过连接油路为带有弹簧的单作用活塞式电液气门驱动机构提供液压油，对置式凸轮-柱塞供油器按照发动机的气缸数和点火顺序进行工作，发动机的曲轴直接驱动供油凸轮轴(4)，供油凸轮轴(4)上的供油凸轮(5)经相对的二个滚子(3)驱动各自的供油柱塞(2)，使正向供油油腔(1)或反向供油油腔(6)供油；对于进气门驱动系统，第4进气侧电磁阀(16)将正向供油油腔(1)和反向供油油腔(6)相连，正向供油油腔(1)直接与第1进气侧电磁阀(14)和第2进气侧电磁阀(15)相连，第1进气侧电磁阀(14)的另一端与进气门驱动油腔(12)相连，而第2进气侧电磁阀(15)的另一端与油箱(7)相连，进气门驱动油腔(12)通过第3进气侧电磁阀(13)与油箱(7)相连；对于排气门驱动系统，第5排气侧电磁阀(24)的常开口将供油器的正向供油油腔(1)与第1排气侧电磁阀(22)和第2排气侧电磁阀(23)相连，而第5排气侧电磁阀(24)的常闭口将反向供油油腔(6)与第1排气侧电磁阀(22)和第2排气侧电磁阀(23)相连，第1排气侧电磁阀(22)的另一端与排气门驱动油腔(20)相连，而第2排气侧电磁阀(23)的另一端与油箱(7)相连，排气门驱动油腔(20)通过第3排气侧电磁阀(21)与油箱(7)相连；对于4缸发动机而言，所述对置式凸轮-柱塞供油器的正向供油油腔(1)与发动机的1缸和4缸的气门驱动机构相连，反向供油油腔(6)与发动机的2缸和3缸的气门驱动机构相连，供油凸轮轴每360°曲轴转角旋转1周，左右两个柱塞以180°曲轴转角的间隔完成一次相同的上下运行，通过控制电磁阀的启闭状态来为相应的气门驱动机构提供液压油；对于6缸发动机而言，所述对置式凸轮-柱塞供油器的正向供油油腔(1)与发动机的1缸、2缸和3缸的气门驱动机构相连，反向供油油腔(6)与发动机的4缸、5缸和6缸的气门驱动机构相连，供油凸轮轴每240°曲轴转角旋转1周，左右两个柱塞以120°曲轴转角的间隔完成一次相同的上下运行，通过控制电磁阀的启闭状态来为相应的气门驱动机构提供液压油。
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