CN102606253A - 一种液压式发动机连续可变气门装置 - Google Patents

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李辛沫
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Abstract

一种液压式发动机连续可变气门装置,包括气门、气门弹簧和凸轮轴。设置有本相凸轮、调相凸轮、压油柱塞、柱塞套、气门柱塞和气门柱塞套,本相凸轮和调相凸轮一起受凸轮轴驱动而转动;调相凸轮可沿凸轮轴的轴向方向作往返运动,并伴随有相对于本相凸轮的转动;压油柱塞与柱塞套滑动配合,柱塞套可以相对于压油柱塞转动,压油柱塞受本相凸轮或/和调相凸轮的驱动而做往复运动;气门柱塞与气门柱塞套滑动配合,气门的开启由气门柱塞驱动,气门的关闭由气门弹簧驱动;在柱塞套与气门柱塞套之间连接有管线,在管线内充有液压油,压油柱塞和柱塞套控制输出的液压油经由所述管线进入气门柱塞和气门柱塞套组成的工作腔内、并驱动气门柱塞产生移动。

Description

一种液压式发动机连续可变气门装置
技术领域
[0001] 本发明属于发动机技术领域,涉及ー种发动机配气系统的气门装置,具体地说涉及一种发动机可变气门装置,更具体地说涉及一种液压式发动机连续可变气门装置。
背景技术
[0002] 传统的发动机配气机构參数是不可调节的,只能保证发动机在标定エ况的狭窄范围内性能最优,却不能充分顾及到发动机在中小负荷和中低转速区的性能,而这恰恰是机动车的常用エ况区域。随着环保及节能的呼声日渐增高,研发能适应发动机不同エ况的配气机构愈发重要和紧迫。在此背景下,各种可变气门技术应运而生,像日本本田公司推出的 VTEC系统、丰田公司开发的VVT-i系统以及德国宝马公司提出的VANOS系统,等等,这些系统现今已成为可变气门技术领域的典范。然而,上述系统乃针对汽车发动机而设计,技术虽然成熟但因体积硕大而难以移植到诸如摩托车等小型发动机上。目前,面向小型发动机的可变气门技术多为有级调节,如日本本田公司、意大利比阿桥公司以及我国重庆大学与嘉陵公司共同研究的各类VVT装置,它们均是采用高低速多档凸轮进行若干级调节的技术路线;山东大学和清华大学探索的FVVT系统,则通过机、电、液一体化控制技术实现了全可变气门定时的调控目标,该方案因布局灵活而特别适合于摩托车发动机,但由于其气门正时与气门升程属于共进式的捆绑调节方式,因此制约了调控的灵活性。
发明内容
[0003] 本发明针对现有可变气门系统存在的不足提出一种液压式发动机连续可变气门装置,其目的在于:在实现发动机配气机构布置灵活的同时、还能够实现独立地分别调控气门的相位和升程,从而做到发动机配气机构灵活布局和灵活调控,尤其能够适合用于摩托车等中小型发动机的配气机构当中。
[0004] 本发明的目的是这样实现的:
[0005] 一种液压式发动机连续可变气门装置,包括气门、气门弹簧和凸轮轴,其特征在于:设置有本相凸轮、调相凸轮、压油柱塞、柱塞套、气门柱塞和气门柱塞套,所述本相凸轮和调相凸轮一起受凸轮轴驱动而转动;所述调相凸轮可以沿凸轮轴的轴线方向作往返移动,当调相凸轮沿着凸轮轴的轴线方向往复移动时、该调相凸轮还同时伴随有相对于本相凸轮的转动;所述压油柱塞与柱塞套滑动配合,柱塞套可以相对于压油柱塞转动,压油柱塞受本相凸轮或/和调相凸轮的驱动而可以相对于柱塞套的轴线方向做往复运动;在所述压油柱塞上开设有相互连通的轴向孔、径向孔和斜槽,在所述柱塞套上设置有进油孔和回油孔;所述气门柱塞与气门柱塞套滑动配合,气门的开启由气门柱塞驱动,气门的关闭由气门弹簧驱动;在柱塞套与气门柱塞套之间连接有管线,在管线内充有液压油,压油柱塞和柱塞套控制输出的液压油经由所述管线进入气门柱塞和气门柱塞套组成的工作腔内、并驱动气门柱塞产生移动。
[0006] 上述的本相凸轮和调相凸轮具有相同的轮廓型线。[0007] 上述的调相凸轮及本相凸轮与压油柱塞之间设置有滚轴,所述调相凸轮和/或本相凸轮通过该滚轴驱动压油柱塞。
[0008] 上述的调相凸轮通过斜花键或斜齿轮与凸轮轴配合。
[0009] 上述的调相凸轮和本相凸轮在最大穹顶处的型线均为圆弧型线。
[0010] 上述的调相凸轮、柱塞套的运动受到中控系统的控制。
[0011] 本发明相比现有技术突出的优点是:
[0012] 本发明采用液压油的方式去驱动气门的开启、采用复位弹簧结构的方式促使气门关闭,因此该系统可以安置在发动机的合适位置比如变速箱内等,亦即可以实现灵活布局, 特别适合摩托车等中小型发动机上;另外,本发明采用调相凸轮结合本相凸轮的组合方式去控制液压油的输出规律,由于调相凸轮可以相对本相凸轮作一定幅值的转动,亦即压油柱塞及柱塞套输出的高压液压油的时刻可以改变,换句话说气门的相位可以改变,而通过转动柱塞套又可以调控压油柱塞及柱塞套输出油量的多寡,意味着气门的升程可以改变; 故本发明既可实现发动机配气机构布置灵活、同时还能够实现独立地分别调控气门的相位和升程,从而做到发动机配气机构灵活布局和灵活调控。
附图说明
[0013] 图I是本发明一种液压式发动机连续可变气门装置的原理布局示意图;
[0014] 图2是图I所示一种液压式发动机连续可变气门装置调相凸轮作出超前本相凸轮调控情形时的状态示意图;
[0015] 图3是图I所示一种液压式发动机连续可变气门装置调相凸轮作出滞后本相凸轮调控情形时的状态示意图。
[0016] 上述附图中出现的部分字母的含义如下:
[0017] O:凸轮轴的旋转轴线;
[0018] ω:凸轮轴的转速;
[0019] IVC:进气门晚关角;
[0020] IV0:进气门早开角。
具体实施方式
[0021] 下面以具体实施例对本发明作进一步的描述:参见图1-3 :
[0022] 一种液压式发动机连续可变气门装置,它包括气门I、气门弹簧2和凸轮轴3,其特色在于:设置有本相凸轮4、调相凸轮5、压油柱塞6、柱塞套7、气门柱塞8和气门柱塞套9, 所述本相凸轮4和调相凸轮5—起受凸轮轴3 (转速为ω)的驱动而转动;调相凸轮5可以沿着凸轮轴3轴线O的方向作往返移动,当调相凸轮5沿着凸轮轴3的轴线O的轴向方向往复移动时、该调相凸轮5还同时伴随有相对于本相凸轮4的转动;所述压油柱塞6与柱塞套7相互滑动配合,柱塞套7可以相对于压油柱塞6转动,压油柱塞6受本相凸轮4或/和调相凸轮5的驱动而可以相对于柱塞套7的轴线方向做往复运动;在所述压油柱塞6上开设有相互连通的轴向孔6a、径向孔6b和斜槽6c,在所述柱塞套7上设置有进油孔(图中未示出)和回油孔7a,通过转动柱塞套7控制回油孔a与斜槽6c的接通时刻即可控制压油柱塞6向外输出的有效油量、亦即可以控制气门I的升程规律;所述气门柱塞8与气门柱塞套9滑动配合,气门柱塞8安置在气门I杆的尾端部位或其附近,气门I的开启由气门柱塞 8驱动,气门I的关闭由气门弹簧2驱动;在柱塞套7与气门柱塞套9之间连接有管线10, 在管线10内充有液压油,压油柱塞6和柱塞套7控制输出的液压油经由所述管线10进入气门柱塞8和气门柱塞套9组成的工作腔内、并驱动气门柱塞8产生移动、进一歩由气门柱塞8驱动气门I开启;当本相凸轮4及调相凸轮5转过一定的角度后其工作型线进入下降轮廓型线阶段,此时压油柱塞6和柱塞套7不再输出高压的液压油,而气门弹簧2则促使气门I由最大升程开始回落,气门柱塞8与气门柱塞套9组成的工作腔内的液压油被挤出并沿管线10返回到压油柱塞6与柱塞套7组成的压油腔内,同时保证压油柱塞6相对于本相凸轮4或/和调相凸轮5的跟随性,亦即减缓乃至消除它们之间的冲击,需要指出的是,由于本相凸轮4或/和调相凸轮5的型线限制,气门I的回落过程是受控的,只要设计好本相凸轮4或/和调相凸轮5的回落段的型线,即可控制气门I的回落规律。需要说明的是,本相凸轮4、调相凸轮5和凸轮轴3以及驱动这些部件运行的执行构件构成了相位调控机构, 而压油柱塞6、柱塞套7、气门柱塞8、气门柱塞套9和管线10以及驱动这些部件运行的执行构件构成了升程调控机构,它们均由ー个中控系统11来控制,中控系统11实质上为ー个微机处理系统,它根据传感器汇集发动机运行エ况的各种參数如转速、节气门开度和进气管真空度等等,并经处理后向各个执行机构发出相应的动作指令,如通过电机12和拨叉等结构驱动调相凸轮5和柱塞套7,从而使配气机构与发动机达到较佳的匹配。
[0023] 为了使发动机配气机构进行调相时不发生冲击现象,可将本相凸轮4和调相凸轮 5设计成具有相同的轮廓型线。
[0024] 为了协调调相凸轮5及本相凸轮4在较大相位幅度内与压油柱塞6配合顺畅,可在调相凸轮5及本相凸轮4与压油柱塞6之间设置滚轴13,所述调相凸轮5或/和本相凸轮4通过该滚轴13驱动压油柱塞6。
[0025] 为了便于调相凸轮5在沿凸轮轴3往复移动时可以相对于本相凸轮4作一定相位的转动,调相凸轮5可以采用斜花键或斜齿轮与凸轮轴3配合。
[0026] 为了防止调相工作时发生冲击,可将调相凸轮5和本相凸轮4在最大穹顶处的型线设计成圆弧型线,其最佳形式是两凸轮的穹顶圆弧半径相等且同心。
[0027] 本发明采用液压形式驱动气门1,可实现灵活布局;采用调相凸轮5结合本相凸轮 4的调控方式,可方便调节气门I的相位,如图2所示可调节进气门晚关角IVC、图3所示可调节进气门早开角IVO ;采用压油柱塞6结合柱塞套7和气门柱塞8结合气门柱塞套9的调控方式,可方便调节气门I的升程。
[0028] 上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一,并非依此限制本发明的保护范围,故: 凡依本发明的结构、形状、原理所做的各种等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种液压式发动机连续可变气门装置,它包括气门、气门弹簧和凸轮轴,其特征在于:设置有本相凸轮、调相凸轮、压油柱塞、柱塞套、气门柱塞和气门柱塞套,所述本相凸轮和调相凸轮一起受凸轮轴驱动而转动;所述调相凸轮可以沿凸轮轴的轴线方向作往返移动,当调相凸轮沿着凸轮轴的轴线方向往复移动时、该调相凸轮还同时伴随有相对于本相凸轮的转动;所述压油柱塞与柱塞套滑动配合,柱塞套可以相对于压油柱塞转动,压油柱塞受本相凸轮或/和调相凸轮的驱动而可以相对于柱塞套的轴线方向做往复运动;在所述压油柱塞上开设有相互连通的轴向孔、径向孔和斜槽,在所述柱塞套上设置有进油孔和回油孔;所述气门柱塞与气门柱塞套滑动配合,气门的开启由气门柱塞驱动,气门的关闭由气门弹簧驱动;在柱塞套与气门柱塞套之间连接有管线,在管线内充有液压油,压油柱塞和柱塞套控制输出的液压油经由所述管线进入气门柱塞和气门柱塞套组成的工作腔内、并驱动气门柱塞产生移动。
2.根据权利要求I所述的一种液压式发动机连续可变气门装置,其特征在于所述的本相凸轮和调相凸轮具有相同的轮廓型线。
3.根据权利要求2所述的一种液压式发动机连续可变气门装置,其特征在于所述的调相凸轮及本相凸轮与压油柱塞之间设置有滚轴,所述调相凸轮和/或本相凸轮通过该滚轴驱动压油柱塞。
4.根据权利要求3所述的一种液压式发动机连续可变气门装置,其特征在于所述的调相凸轮通过斜花键或斜齿轮与凸轮轴配合。
5.根据权利要求4所述的一种液压式发动机连续可变气门装置,其特征在于所述的调相凸轮和本相凸轮在最大穹顶处的型线均为圆弧型线。
6.根据权利要求I至4所述的任意一种液压式发动机连续可变气门装置,其特征在于所述的调相凸轮、柱塞套的运动受到中控系统的控制。
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