CN101975098A - 一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统。包括油箱、滤清器、高压油泵、燃油轨、压力传感器、流量调节阀、电磁阀和气门正时轨，油箱经过滤清器连接高压油泵，高压油泵连接气门正时轨和燃油轨，压力传感器和流量调节阀固定在气门正时轨和燃油轨上，电磁阀与气门正时轨相连。本发明减少了油路，降低了布置的难度，取消了凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等气门正时部件，对原机气缸盖结构不作改动，减少了设计的复杂性。在气门正时角度、气门升程、气门开启持续期等参数的控制上，融入了电控高压共轨喷油技术的实现思路，并充分利用高压存储器来减小驱动气门开启的高压油的压力波动。

Description

一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统

技术领域

本发明涉及的是发动机进排气领域，具体地说是发动机的可变气门正时系统。

背景技术

能源短缺和环境保护法规的日益严格，使VVT(可变气门正时)从实验室研究走向了实用阶段，宝马、本田、丰田、Nissan等世界各大知名汽车生产厂家纷纷提出了具有典型意义的可变气门正时系统，并在实机上得到了很好的应用。目前，能够成熟的应用在车用发动机上的可变气门正时系统仍然没有摆脱凸轮轴的局限，只能在一定的范围内实现气门正时和升程的可变。为此，研究者们将目光投向了无凸轮可变气门正时系统，先后出现了电磁、电液、电气等各种可变气门正时形式。其中，电液控制气门正时系统是所有正时机构中最灵活的正时形式，它们能够根据发动机运行工况的变化，通过调节控制电磁阀的开关时间来改变发动机气阀的开关时间，使发动机在所有运行工况下的气门正时都能达到最佳。

电液驱动气阀开关的形式多种多样，尤其是单作用液压活塞、单弹簧复位的正时形式，研究者居多。但是由于能耗、冲击、应用空间等各种因素的影响，目前对电液可变气门正时系统的研究主要是针对低转速船用发动机，未实现在车用柴油机上的合理安装。

发明内容

本发明的目的在于提供取消了凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等气门正时部件的一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统，包括油箱、滤清器、高压油泵、燃油轨、压力传感器、流量调节阀和电磁阀，其特征是：还包括气门正时轨，油箱经过滤清器连接高压油泵，高压油泵连接气门正时轨和燃油轨，压力传感器和流量调节阀固定在气门正时轨和燃油轨上，电磁阀与气门正时轨相连。

本发明一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统还可以包括：

1、所述的气门正时轨和燃油轨并联在一起。

2、所述的气门正时轨和燃油轨串联在一起。

3、所述的气门正时轨与电磁阀之间安装减压阀。

本发明的优势在于：本发明减少了油路，降低了布置的难度，取消了凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等气门正时部件，对原机气缸盖结构不作改动，减少了设计的复杂性。在气门正时角度、气门升程、气门开启持续期等参数的控制上，融入了电控高压共轨喷油技术的实现思路，并充分利用高压存储器来减小驱动气门开启的高压油的压力波动。

附图说明

图1为本发明实施方式1的柴油机气缸盖的局部俯视图；

图2为实施方式1双轨式可变气门正时系统示意图；

图3为实施方式1的VVT机构的固定支架；

图4为实施方式1带有两位两通电磁阀的VVT机构剖视图；

图5为实施方式1VVT机构在气缸盖上的安装俯视图；

图6a为实施方式1两位两通电磁阀作用下工作介质的初始阶段流动示意图，图6b为实施方式1两位两通电磁阀作用下工作介质的开启阶段流动示意图，图6c为实施方式1两位两通电磁阀作用下工作介质的关闭阶段流动示意图；

图7为实施方式2单轨式可变气门正时系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1

图1示出了选定的设计平台在气缸盖顶部的主要部件分布情况，并标出了与设计相关的主要尺寸，其中：包括摇臂安装座孔1、排气阀安装孔2、喷油器安装孔3，进气阀安装孔4、推杆孔5。由于取消了凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等组件，这里的摇臂座孔1和推杆孔5失去了原来的意义。

参考图2可以了解整个系统的工作原理。高压油泵8(燃油泵)在电机或柴油机的带动下，不断地将油箱6中的燃油经过燃油滤清器7的过滤后，分别输送到燃油轨10和气门正时轨9中，共轨管具有存储高压油、减小油液压力波动的作用。压力传感器11和压力传感器12，分别将燃油轨10、气门正时轨9中的压力信号传递给ECU15，ECU15能够根据发动机运行工况分别对流量调节阀13、流量调节阀14进行准确合理的控制，使压力传感器11、压力传感器12达到所需要的压力。

本发明的设计保留了原机的气门及气门弹簧组件23以及摇臂座21，螺栓19通过VVT机构安装支架20(参考图3)上的孔26与气缸盖上的螺纹孔连接，实现了支架20的固定，同样VVT机构安装支架20上的螺纹孔25、螺纹孔27分别用来安装进、排气门液压驱动机构17。

ECU15采集速度、负荷等信号，将轨中压力调整到所需要的压力，并根据计算得到的正时参数控制电磁阀16的开关，电磁阀16的作用状态决定了油液从气门正时轨9到进油管接头22或从出油管接头18流向油箱6，也就决定了气门的开关。

本实施方式根据电控系统中使用的电控喷油器的工作原理设计了单电磁阀气门正时机构，电磁阀16不必通过管路与驱动机构连接，而是直接安装于驱动机构顶部，如图4所示。在这套机构中，壳体30的设计不止要考虑电磁阀16的安装要求，还要顾及高压密封、安装固定、机型选择等方面。驱动机构柱塞32与驱动机构柱塞30的内孔是配套加工的高压精密偶件，能够满足一定程度上的密封要求。驱动机构柱塞30上的外螺纹29能与图3中的螺纹孔25、螺纹孔27通过内外螺纹连接实现驱动结构的安装，底壳28发挥螺帽的作用，将驱动机构紧固在VVT机构安装支架20上。升程调节垫圈33与驱动机构柱塞30下部的内孔过盈配合，通过调节升程调节垫圈33的厚度和驱动机构柱塞32上凸缘的位置能够改变驱动柱塞的作用升程，可以在不同型号的发动机上使用。

电磁阀与驱动机构合二为一的设计方式减小了电磁阀或驱动机构在气缸盖顶部的占据空间，避免了同缸或异缸气阀驱动机构之间的相互干扰，参见图5所示的进气阀驱动机构34和排气阀驱动机构35。

为了说明工作介质的流动情况，将图5的B处进行了放大，如图6a、图6b和图6c所示。

初始阶段，电磁阀16处于开启状态，共轨管中的高压油源源不断经进油孔40、进油节流孔39流入柱塞腔，然后又从回油节流孔37、回油孔36流出流回油箱6，由于节流孔39的流通面积比节流孔37的流通面积小，所以柱塞腔不会有多余的油液存储，这样才能保证弹簧的预紧力能够使气门完全处于就座状态，不会因柱塞上部承受的压力而开启。在气阀的开启阶段，电磁阀16接受到信号关闭，油液从进油孔流入柱塞腔，当作用在柱塞上的驱动力大于弹簧预紧力和其他阻止气门开启的力之和后，气门就会开启直至达到最大升程为止。随后电磁阀16继续保持关闭状态，气门也保持在最大升程不变，这一状态一直持续到电磁阀16的开启。气门关闭阶段：当电磁阀16再次开启时，柱塞腔中的油液迅速从回油孔36流出回到油箱6，气门在弹簧力的作用下逐渐关闭。从节流孔37流出的油液不仅包含了柱塞腔中的油液，还有来自共轨管的油液，同样由于节流孔37的流通面积大于节流孔39，从节流孔37流出的油液量大于节流孔39进油量和柱塞腔存储油液量之和，才能保证气门能够顺利地落座。同时在气门关闭过程中，来自共轨管的油液和柱塞腔中的油液在柱塞上部空间存在一个相互融合的过程，减缓了油液从柱塞腔中流出的速度，缓冲了气门的落座冲击。另外回油孔37的节流作用对落座冲击的缓和也起到了一定的作用。

实施方式2

在实施方式1的基础上进行调整，如图7所示，将燃油轨10与气门正时轨9合二为一，形成共同的高压储能器42。高压储能器42同时向喷油器和气门正时驱动机构提供高压油，图中包含了喷油器连接部分41和气门正时连接部分43，由于喷油压力和气门正时所需油液压力是不同的，在气门正时部分43连接减压阀44(减小柱塞直径，提高气门驱动油液压力，可以取消减压阀)，ECU15接受压力传感器11感应到的压力信号，通过对流量调节阀13的控制，调节喷油压力，对减压阀44的控制完成气门正时所需油压的调节。这样就实现了单轨同时控制喷油和气门正时的双重作用。

Claims (4)

1.一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统，包括油箱、滤清器、高压油泵、燃油轨、压力传感器、流量调节阀和电磁阀，其特征是：还包括气门正时轨，油箱经过滤清器连接高压油泵，高压油泵连接气门正时轨和燃油轨，压力传感器和流量调节阀固定在气门正时轨和燃油轨上，电磁阀与气门正时轨相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统，其特征是：所述的气门正时轨和燃油轨并联在一起。

3.根据权利要求1所述的一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统，其特征是：所述的气门正时轨和燃油轨串联在一起。

4.根据权利要求3所述的一种基于燃油介质的无凸轮电液驱动可变气门正时系统，其特征是：所述的气门正时轨与电磁阀之间安装减压阀。

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