CN102278161A - 可变气门用缓冲液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变气门用缓冲液压缸，包括自上而下设置的第一进/回油口和第二进/回油口，从而在液压缸壁上形成第一进/回油口通道和第二进/回油口通道；在液压缸壁上，还设有贯通于液压缸的顶部至第一液压通道的之间的一单向节流阀，单向节流阀采用小孔节流；在液压缸壁上，在位于第一进/回油口和第二进/回油口之间的高度上设有一缓冲油口，缓冲油口在液压缸进油末端与回油途中与第一进/回油口和第二进/回油口中的一个相通。本发明可以实现气门加速上升——缓慢上升——加速下降——缓慢下降——平稳落座的运动特性。与传统液压可变气门驱动机构相比，结构简单、控制简单。

Description

可变气门用缓冲液压缸

技术领域

本发明涉及一种发动机可变气门液压驱动机构，尤其涉及一种小缸径短行程液压缸。

背景技术

内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的排放法规。传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术控制排放，降低油耗。

可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者主要改变机械结构，因此结构简单，响应速度快，但是因为保留了凸轮，其气门只是相对可变，并不能任意可变。而无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程及持续期。就驱动方式来分，无凸轮配气技术分为电磁驱动、电气驱动、电机驱动、电液驱动等方式。相对于电磁驱动的能耗大，电气驱动的响应速度低及不稳定，电机驱动的系统复杂等缺点，电液驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度快。然而它也有不可避免的缺点：气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大，气门磨损严重。因此必须要采用缓冲技术。但由于内燃机气门升程很小，响应速度快，一般采用中、高液压压力及小缸径短行程液压缸来提高响应速度，导致无足够的空间安装复杂缓冲装置来降低气门磨损.这就需要昂贵的比例伺服系统及相对复杂的控制技术，大大增加可变气门的成本。因此，研究结构简单，控制简单的可变气门装置势在必行。

发明内容

针对上述现有技术，为了降低成本，在有限的安装空间内，解决因采用液压技术驱动的可变气门在最大升程处及落座处冲击力大的难题，本发明提供一种可变气门用缓冲液压缸。该液压缸除具有传统液压缸的两个进/回油口外，还采用了一个单向节流油阀，一个缓冲油口。相对传统液压缸，改动小，但是进油和回油可以有效的起到缓冲作用，适用于发动机可变气门系统。

为了解决上述技术问题，本发明可变气门用缓冲液压缸予以实现的技术方案是：包括自上而下设置的第一进/回油口和第二进/回油口，从而在液压缸壁上形成第一进/回油口通道和第二进/回油口通道，位于所述液压缸外部、且在所述第一进/回油口和第二进/回油口之间连接一两位四通电磁阀，所述两位四通电磁阀控制所述第一进/回油口与第二进/回油口的充油和放油；在所述液压缸壁上，还设有贯通于所述液压缸的顶部至所述第一液压通道的之间的一单向节流阀，所述单向节流阀采用小孔节流；在所述液压缸壁上，在位于所述第一进/回油口和第二进/回油口之间的高度上设有一缓冲油口，所述缓冲油口在液压缸进油与回油的过程中与所述第一进/回油口和第二进/回油口中的一个相通；所述液压缸活塞的最大升程S介于所述缓冲油口的上沿与不工作时活塞头上沿之间的距离h和所述缓冲油口的下沿与不工作时活塞头上沿之间距离H之间；所述第二进/回油口的下沿与不工作时活塞头下沿之间的距离等于所述缓冲油口的下沿与不工作时活塞头的上沿之间的距离H；所述缓冲油口的公称通径小于所述第一进/回油口的公称通径；活塞头的高度小于活塞的最大升程l与所述缓冲油口公称通径之差。

本发明可变气门用缓冲液压缸中，活塞头与液压缸壁之间的密封为间隙密封。所述单向节流阀采用插装式单向节流阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明液压缸结构简单，控制简单，不需要采用专门的比例伺服控制系统，在保证气门快速开启快速关闭的同时，气门最大升程处及落座处速度大幅降低且无明显液压力冲击，使得电液控制的可变气门技术进一步完善。

附图说明

图1是本发明可变气门用缓冲液压缸处于不工作时系统原理图。

图2是本发明可变气门用缓冲液压缸处于最大升程处系统原理图。

图中：

1——第一进/回油口   2——第二进/回油口  3——活塞

4——气门弹簧        5——气门           6——缓冲油口

7——油箱            8——液压缸壁       9——单向节流阀

10——两位四通电磁阀

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，本发明可变气门用缓冲液压缸，包括自上而下设置的第一进/回油口1和第二进/回油口2，从而在液压缸壁上形成第一进/回油口通道和第二进/回油口通道，位于所述液压缸外部、且在所述第一进/回油口1和第二进/回油口2之间连接一两位四通电磁阀10，所述两位四通电磁阀10控制所述第一进/回油口1与第二进/回油口2的充油和放油；在所述液压缸壁8上，还设有贯通于所述液压缸8的顶部至所述第一液压通道的之间的一单向节流阀9，所述单向节流阀9采用小孔节流；在所述液压缸壁8上，在位于所述第一进/回油口1和第二进/回油口2之间的高度上设有一缓冲油口6，所述缓冲油口6通过管路连接至油箱7，所述缓冲油口6在液压缸进油末端与回油途中与所述第一进/回油口1和第二进/回油口2中的一个相通；如图2所示，所述缓冲油口6的上沿与不工作时活塞头的上沿之间的距离h小于活塞的最大升程S；所述缓冲油口6的下沿与不工作时活塞头的上沿之间的距离H大于活塞的最大升程S；所述第二进/回油口2的下沿与不工作时活塞头下沿之间的距离等于所述缓冲油口6的下沿与不工作时活塞头的上沿之间的距离H；所述缓冲油口6的公称通径小于所述第一进/回油口1的公称通径；活塞头的高度小于活塞的最大升程与所述缓冲油口公称通径之差。活塞头与液压缸壁8之间的密封为间隙密封。所述单向节流阀9采用插装式单向节流阀。活塞3与气门5相连，活塞运动带动气门运动。

本发明可变气门用缓冲液压缸的工作原理是：如图2所示，液压缸活塞的最大升程S介于所述缓冲油口的上沿与不工作时活塞头上沿之间的距离h和所述缓冲油口的下沿与不工作时活塞头上沿之间距离H之间，改变缓冲油口6上下沿的位置，最大工作行程随之改变，其中，第二进/回油口2下沿到活塞头下沿的距离H略大于活塞的最大工作行程S，这样既可以有效的产生节流作用，又不至于在回程时形成负压，产生气泡。单向节流阀9的一端与第一进/回油口1相连，实现从第一进/回油口1到单向节流阀9之间无节流，从而可以实现气门5迅速开启，而从单向节流阀9到第一进/回油口1产生小孔节流。单向节流阀9的另一端连接至液压缸的顶部，从而实现与活塞头顶部相连。活塞头的上沿到第一进/回油口1上沿的一微小距离(通常为1mm以下)为活塞3落座时的安全保护距离，可以避免由于安装、或者冷热不均而导致活塞杆与气门杆之间存在微小间隙造成的缓冲失效。所述缓冲油口6的公称通径小于所述的第一进/回油口1的公称通径，这样可以在最大升程处保持一定的节流压力，提高活塞3运行的稳定性。由于活塞头的高度与宽度都比较小，因此，活塞头与液压缸壁6之间的密封采用间隙密封方式。本发明的可变气门用缓冲液压缸实现气门的运动方式与传统的气门运动方式相同，即：气门首先加速上升，然后减速上升达到最大升程处。下降时，先加速下降，后减速下降。

本发明可变气门用缓冲液压缸的工作过程是：首先，气门5开启时，第一进/回油口1进油通道因被活塞所挡，暂时无进油，而单向节流阀9可以实现通过另一通道从第一进/回油口1开始无节流进油，第二进/回油口2与缓冲油口6共同回油，进油压力克服气门弹簧4预紧力做功，活塞3推动气门5加速下行。当活塞3下行至活塞头的上沿超过第一进/回油口1上沿时，第一进/回油口1与单向节流阀9一起加快进油。随着活塞3的逐渐下行，由于气门弹簧4的反作用力加大，与此同时，活塞3加速度下降过程中速度上升的趋势变缓。当活塞3下行至活塞头下沿到第二进/回油口2的上沿时，一方面第二进/回油口2部分通道将被活塞3关闭，排油面积逐渐减小，开始进行节流，排油阻力增加；另一方面，此时活塞头的上沿也已到达缓冲油口6上沿，缓冲油口6通道逐渐打开，进油从缓冲油口6开始泄漏，进油压力下降，所以此时活塞速度大幅下降，气门减速上升，最终液压力与弹簧力处于平衡，稳定在最大升程处。通过对系统优化，活塞最大升程可以略微改变但始终介于h和H之间(例如，当其他条件都不变时，缓冲油口6公称通径变小，活塞最大升程增大；气门弹簧刚度减小，活塞最大升程增大；供油压力增加，活塞最大升程增大)。

当气门需要关闭时，两位四通电磁阀10换向，第二进/回油口2开始进油，缓冲油口6、第一进/回油口1与单向节流阀9共同回油，此时，液压力与弹簧力同方向作用，活塞3加速上行，在此过程中，气门弹簧力逐渐减小。当活塞3上沿上行至缓冲油口6上沿时，缓冲油口6通道关闭，此时，第一进/回油口1与单向节流阀9共同回油，总排油面积相比减小。当活塞3下沿上行至缓冲油口6下沿时，一方面，缓冲油口6通道重新打开，进油从缓冲油口6开始泄漏，进油压力大幅下降，加速度降低，另一方面，活塞3上沿也已上行到第一进/回油口1附近，第一进/回油口1通道逐渐关闭，节流作用明显，由于此时主要是弹簧力占主导作用，而非传统液压可变气门的弹簧力与进油压力一起占主导作用，因此相比之下，缓冲时产生的冲击力并不明显，同时也迅速的降低活塞3的速度。随着第一进/回油口1通道完全关闭，活塞头的上沿进入安全缓冲阶段，由于单向节流阀9的小孔节流，活塞3的速度最终稳定在一个固定值，实现气门的平稳落座。

总之，本发明的可变气门用缓冲液压缸是一种能够在气门最大升程处及落座处都能起到有效缓冲作用而又不会引起较大的液力冲击的液压缸。除了具有传统液压缸两个进/回油口1、2外，还包括一个单向节流阀9和一个缓冲油口6，因此，在最大升程附近，缓冲油口与一进/回油口相通进行泄油，起到降低进油压力的作用；而在落座途中，缓冲油口4与另一进/回油口相通，降低进油压力，从而减小液压缓冲力，最终实现气门加速上升——缓慢上升——加速下降——缓慢下降——平稳落座的运动特性。与传统液压可变气门驱动机构相比，其结构简单、控制简单。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种可变气门用缓冲液压缸，包括自上而下设置的第一进/回油口(1)和第二进/回油口(2)，从而在液压缸壁上形成第一进/回油口通道和第二进/回油口通道，其特征在于：

位于所述液压缸外部、且在所述第一进/回油口(1)和第二进/回有口(2)之间连接一两位四通电磁阀(10)，所述两位四通电磁阀(10)控制所述第一进/回油口(1)与第二进/回油口(2)的充油和放油；

在所述液压缸壁(8)上，还设有贯通于所述液压缸(8)的顶部至所述第一液压通道的之间的一单向节流阀(9)，所述单向节流阀(9)采用小孔节流；

在所述液压缸壁(8)上，在位于所述第一进/回油口(1)和第二进/回油口(2)之间的高度上设有一缓冲油口(6)，所述缓冲油口(6)在液压缸进油末端与回油途中与所述第一进/回油口(1)和第二进/回油口(2)中的一个相通；

所述缓冲油口(6)的上沿与不工作时活塞头的上沿之间的距离h小于活塞的最大升程S；

所述缓冲油口(6)的下沿与不工作时活塞头的上沿之间的距离H大于活塞的最大升程S；

所述第二进/回油口(2)的下沿与不工作时活塞头下沿之间的距离等于所述缓冲油口(6)的下沿与不工作时活塞头的上沿之间的距离H；

所述缓冲油口(6)的公称通径小于所述第一进/回油口(1)的公称通径；

活塞头的高度小于活塞的最大升程S与所述缓冲油口公称通径之差。

2.根据权利要求1所述的可变气门用缓冲液压缸，其特征在于：活塞头与液压缸壁(8)之间的密封为间隙密封。

3.根据权利要求1所述的可变气门用缓冲液压缸，其特征在于：所述单向节流阀(9)采用插装式单向节流阀。

4.根据权利要求1所述的可变气门用缓冲液压缸，其特征在于：所述活塞头的上沿到第一进/回油口(1)上沿之间的距离小于1mm。

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