CN102383892B

CN102383892B - 内燃机可变气门升程机构

Info

Publication number: CN102383892B
Application number: CN2011102984196A
Authority: CN
Inventors: 徐敏; 邓康耀; 桂勇
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: CN102383892A

Abstract

本发明公开了一种内燃机可变气门升程机构，包括驱动机构、柱塞销、液压机构、控制阀及气门机构，其中，驱动机构通过柱塞销与液压机构相连接，液压机构与气门机构相连接，控制阀设置在液压机构上。本发明采用液压传动，气门升程连续变化，有利于调节发动机进气量的连续改变，从而改善发动机的动力性和燃油经济性。本发明结合发动机电控技术，能够精确控制电磁阀开启和关闭时刻，从而能够实现对气门开启和关闭时刻以及气门升程的精确控制，同时，本发明的结构相对简单，有利于发动机的小型化。

Description

内燃机可变气门升程机构

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体是一种内燃机可变气门升程机构。

技术背景

为了满足环境保护和人类可持续发展的要求，节能减排是当今汽车发动机的发展目标。可变气门升程技术通过调节气门升程改变进入缸内的混合气充量，改善发动机的动力性和燃油经济性。理想气门升程规律应当根据发动机运转工况及时做出调整，具有足够的灵活性。发动机低速运转时，气流速度较慢，流动惯性较小，气门升程过大会导致缸内新鲜空气倒流；高速时，气流速度较快，流动惯性较大，过小的气门升程会增加流动阻力，同样不利于进气过程的完善。

经对现有技术的文献检索发现：

专利申请号为200610069982.5，公开号为CN 1959072，名称为一种电液控制的内燃机连续可变配气定时系统的发明专利，其具体实施方案中，也利用电磁阀控制出油，单向阀控制进油，但是其只作用于气门回位阶段，只能控制气门的下降和关闭时刻，无法实现对气门开启时刻的控制。

专利申请号为200610169984.1，公开号为CN 101182807，名称为连续可变气门升程装置的发明专利，可同时调节气门升程和气门开启及闭合持续时间，但是这种纯机械可变气门机构的结构明显加工复杂，从动件过多，对机构的可靠性产生影响。

专利申请号为200810207218.9，公开号为CN 101446214，名称为连续可调机械液压气阀升程装置的发明专利，通过控制柱塞旋转角度，调整柱塞封住油面时刻来控制气门开启时刻。但是，柱塞封住油面的确切时刻不能很好的确定。另外，由于柱塞旋转角度不易精确确定，所以气门升程也无法实现精确控制。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种内燃机可变气门升程机构。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种内燃机可变气门升程机构，包括驱动机构、柱塞销、液压机构、控制阀及气门机构，其中，驱动机构通过柱塞销与液压机构相连接，液压机构与气门机构相连接，控制阀设置在液压机构上。

所述驱动机构包括凹槽凸轮，所述凹槽凸轮拥有旋转自由度，并与柱塞销相连接。

所述液压机构包括液压柱塞和液压油缸，其中液压柱塞与柱塞销相连接，液压柱塞活动安装在液压油缸内且与液压油缸紧密贴合。

所述液压油缸中间部位设有进油口和出油口。

所述控制阀包括单向阀和电磁阀，其中，单向阀和电磁阀分别设置在液压油缸的两侧，单向阀与进油口相连接，控制液压油缸的进油量，电磁阀与出油口相连接，控制液压油缸的出油时刻及出油量。

所述单向阀设有弹簧，其弹簧力设定值大于气门机构全归位时液压柱塞的抽吸力。

所述气门机构包括气门柱塞、气门弹簧及气门，其中，气门柱塞活动安装在液压油缸内且与液压油缸紧密贴合，气门上安装有气门弹簧，并与气门柱塞相连接。

所述的内燃机可变气门升程机构，通过以下方式实现开启和关闭：

- 驱动机构，用于推动液压机构，从而调整气门机构上下运动；

- 液压机构，用于液压传动，通过控制阀控制液压油量，调整气门机构的升程大小，从而实现气门机构的开启和关闭；

- 控制阀，用于控制液压机构的液压油量，从而控制气门机构的升程大小，实现气门机构的开启和关闭；

- 气门机构，通过驱动机构及液压机构的推动，并通过控制阀对液压油量的控制，调节升程大小并实现开启及关闭。

本发明提供了一种内燃机可变气门升程机构，该机构采用液压传动，气门升程连续变化，有利于调节发动机进气量的连续改变，从而改善发动机的动力性和燃油经济性。本发明结合发动机电子控制技术，能够精确控制电磁阀开启和关闭时刻，从而能够实现对气门开启和关闭时刻以及气门升程的精确控制，同时，本发明的结构相对简单，有利于发动机的小型化。

电磁阀开启信号通过采集凸轮轴信号确定，本内燃机可变气门升程机构能够比较容易实现。

附图说明

图1为本发明气门最大升程的开启状态的结构示意图；

图2为本发明气门最大升程的关闭状态的结构示意图；

图3为凹槽凸轮的立体图；

图4为凹槽凸轮、柱塞销以及液压柱塞装配结构剖视图。

图中：1为凹槽凸轮，2为液压柱塞，3为柱塞销，4为气门，5为气门柱塞，6为气门弹簧，7为液压油缸，8为单向阀，9为电磁阀。

具体实施方式

如图1、图2及图4所示，本实施例提供的内燃机可变气门升程机构，包括驱动机构、柱塞销3、液压机构、控制阀及气门机构，其中，驱动机构通过柱塞销3与液压机构相连接，液压机构与气门机构相连接，控制阀设置在液压机构上。驱动机构包括凹槽凸轮1，通过柱塞销3与液压机构相连接；液压机构包括液压柱塞2及液压油缸7，其中，液压柱塞2活动安装在液压油缸7内且与液压油缸紧密贴合，柱塞销3的一端与凹槽凸轮1相连接，柱塞销3的另一端与液压柱塞2相连接；凹槽凸轮1拥有旋转自由度，在液压油缸7的导向作用下，液压柱塞2只存在竖直方向自由度，柱塞销3受凹槽凸轮1和液压柱塞2的约束，存在竖直方向和绕轴心旋转自由度，凹槽凸轮1转动，推动液压柱塞抽吸液压油缸7内液压油，驱动气门机构跟随液压柱塞运动，实现气门机构的开启和关闭；控制阀包括单向阀8和电磁阀9，单向阀8设有弹簧，单向阀的弹簧力设定值大于气门机构的气门柱塞全归位时液压柱塞2的抽吸力，保证气门机构能够完全关闭；液压油缸7中间部位开有进油口和出油口，进油口与单向阀8相连接，通过压差控制单向阀的开启和关闭，从而控制液压油缸进油口的进油量，出油口与电磁阀9相连接，通过控制电磁阀9的开启时刻和持效期控制液压油缸出油口的出油时刻及出油量；气门机构包括气门柱塞5、气门弹簧6和气门4，气门4的一端安装于运动槽内，气门的另一端设置有气门弹簧6，并与气门柱塞5相连接，压紧气门弹簧，依靠气门弹簧作用顶紧气门，并跟随气门柱塞一起运动；气门柱塞5活动安装于液压油缸内且与液压油缸紧密贴合；液压柱塞2与气门柱塞5分别活动安装在液压油缸内，液压柱塞2、气门柱塞5、与进油口相连的单向阀及与出油口相连的电磁阀之间的液压油缸为封闭空间，中间充满液压油，依靠液压油传动驱动力，控制气门的开启和关闭。

本发明采用液压传动方式，通过发动机电控技术采集凹槽凸轮轴信号，控制电磁阀开启和关闭时刻，来调节液压油缸内液压油出油始点和出油量，进而调整气门开启始点和气门升程大小。液压油缸的回油过程通过单向阀的开启和关闭来实现。

当电控单元未给出指令时，电磁阀处于断电状态不起作用时，即处于常闭状态，此时液压油缸内液压油量不发生改变，气门机构以最大升程工作。具体过程为：

凹槽凸轮转动至开启点后，开始推动液压柱塞向下运动，此时电磁阀关闭，单向阀无法出油，油缸内油压迅速上升，至油压力足够克服气门弹簧力时，推动气门柱塞和气门向下运动，实现气门开启。

气门开启至最大后，凹槽凸轮对柱塞销和液压柱塞的推力转变为拉力，在拉力作用下柱塞销和液压柱塞向上运动，缸内液压油产生负压，此时电磁阀处于常闭状态，单向阀关闭，即负压力不足以克服单向阀内弹簧力，气门柱塞在负压力和弹簧力作用下跟随液压柱塞向上运动，回复至初始状态，实现气门关闭。

气门完全关闭后，柱塞销处于凹槽凸轮基圆内，此时不会发生竖直方向位移，凹槽凸轮只克服柱塞销等自身重力作用，维持柱塞销状态至下一个开启点，至此完成气门机构最大升程工作循环。

当电控单元给出指令时，一旦当采集到凹槽凸轮轴开启信号，电磁阀通电打开，凹槽凸轮推动柱塞销和液压柱塞向下运动，推挤液压油从出油口排出，当采集到凹槽凸轮轴关闭信号时，即达到所需求排油量后，电磁阀断电关闭。以下工作方式与最大升程时一样，只至气门关闭。

气门关闭后，凹槽凸轮拉动柱塞销和柱塞继续向上运动，此时电磁阀处于关闭状态，气门柱塞和气门受几何结构约束无法继续向上运动，油缸内产生较大负压，当压差大到足够克服单向阀弹簧力时，单向阀开启，液压柱塞抽吸液压油至最高点时，负压消失，单向阀关闭。以下工作方式与最大升程时一样，只至气门到达下一个开启的。

在本发明专利中，电磁阀开启信号通过采集凹槽凸轮轴信号确定，通过发动机电控单元来实施。具体实施本时需要建立凸轮转角与柱塞位移直接关系式，并将电磁阀开启和关闭对应的凹槽凸轮转角输入给电控单元。当采集到凹槽凸轮轴开启角信号时，电控单元发出指令，电磁阀通电打开，当采集到凹槽凸轮轴关闭角信号时，电控单元发出指令，电磁阀断电关闭，其它时间电磁阀处于常闭状态。

本发明工作原理：驱动液压柱塞进行往复运动，此时液压柱塞将驱动液压油，并将作用力传递给气门活塞，进而传递给气门，驱动气门往复运动，实现气门开启和关闭。过程中，若电磁阀保持关闭状态，则缸内液压油量为最大值，气门升程也为最大。此时，单向阀在机构运转过程中不起作用。

变升程时，液压柱塞运动至最高点时打开电磁阀，此时凸轮推动液压柱塞向下运动挤压液压油，由于气门受气门弹簧推力作用保持原来状态，液压油从出油口排出，达到要求后关闭电磁阀，缸内液压油压力迅速上升，克服气门弹簧作用力，推动气门开启；气门开启至最大位置后，凹槽凸轮拉动液压柱塞向上运动，抽吸液压油，气门在抽吸力和弹簧力的作用下，跟随液压柱塞快速回位，直至气门关闭；此后，液压柱塞继续抽吸液压油产生负压，当压差足够克服单向阀弹簧力时，单向阀打开为液压缸补充液压油，直至液压柱塞达到最高点，抽吸作用结束，负压消声，单向阀关闭，机构开始下一个工作循环。

本发明有益效果：本可变气门升程机构通过调节气门升程，改变进入缸内的混合气充量，让发动机始终工作在理想气门升程规律下。发动机低速运转时，气流速度较慢，流动惯性较小，此时采用较小的气门升程，防止进气倒流，同时减少泵气损失，增加低速扭矩，提高燃油的经济性；高速时，气流速度较快，流动惯性较大，此时采用大的气门升程减少流动阻力，完善进气过程。对于多缸发动机，在低负荷时，改变进排气升程为零可实现停缸的方式，降低发动机油耗。该机构可在发动机全工况下可连续调整，保证发动机在各工况下的动力性和经济性，汽油机及高速柴油机均可适用。

该可变气门升程机构才用液压传动，并通过控制液压油缸内液压油量的多少来调节气门升程，可实现油量的连续控制，气门变升程过程连续性好，可满足发动机任意转速下的气门升程的需要。

该液压可变气门升程机构中，电磁阀开启信号通过采集凸轮轴信号确定，结合汽车电子控制技术，本连续可变气门升程机构能够比较容易实现。

Claims

1.一种内燃机可变气门升程机构，其特征在于，包括驱动机构、柱塞销、液压机构、控制阀及气门机构，其中，驱动机构通过柱塞销与液压机构相连接，液压机构与气门机构相连接，控制阀设置在液压机构上；

2.根据权利要求1所述的内燃机可变气门升程机构，其特征在于，所述单向阀设有弹簧，其弹簧力设定值大于气门机构全归位时液压柱塞的抽吸力。

3.根据权利要求1所述的内燃机可变气门升程机构，其特征在于，所述驱动机构包括凹槽凸轮，所述凹槽凸轮拥有旋转自由度，并与柱塞销相连接。

4.根据权利要求1所述的内燃机可变气门升程机构，其特征在于，所述液压机构包括液压柱塞和液压油缸，其中液压柱塞与柱塞销相连接，液压柱塞活动安装在液压油缸内且与液压油缸紧密贴合。

5.根据权利要求4所述的内燃机可变气门升程机构，其特征在于，所述液压油缸中间部位设有进油口和出油口。

6.根据权利要求4所述的内燃机可变气门升程机构，其特征在于，所述气门机构包括气门柱塞、气门弹簧及气门，其中，气门柱塞活动安装在液压油缸内且与液压油缸紧密贴合，气门上安装有气门弹簧，并与气门柱塞相连接。

7.根据权利要求1所述的内燃机可变气门升程机构，其特征在于，通过以下方式实现开启和关闭：

驱动机构，用于推动液压机构，从而调整气门机构上下运动；

液压机构，用于液压传动，通过控制阀控制液压油量，调整气门机构的升程大小，从而实现气门机构的开启和关闭；

控制阀，用于控制液压机构的液压油量，从而控制气门机构的升程大小，实现气门机构的开启和关闭；

气门机构，通过驱动机构及液压机构的推动，并通过控制阀对液压油量的控制，调节升程大小并实现开启及关闭。