CN103104307A - 可变节流装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可变节流装置，其包括至少两个固定节流孔及一个开关装置。所述至少两个固定节流孔串联连接；所述开关装置与所述至少两个固定节流孔其中的至少一个固定节流孔并联连接。另一种形式中，可变节流装置包括至少两个节流通路及一个开关装置，所述至少两个节流通路的每一个节流通路有至少一个固定节流孔或多个串联的固定节流孔，所述至少两个节流通路并联连接，所述开关装置与其中至少一个节流通路串联连接，以可选择地将其中的至少一个节流通路开通或关闭。本发明所述的可变节流装置通过利用节流通路并联或串联的形式增加或减小节流阻力，再配合开关装置，以满足不同工况下的气门落座速度。

Description

可变节流装置

技术领域

本发明是有关于一种可变节流装置。 

背景技术

气门落座速度为气门关闭瞬间时的速度，一般情况下，为满足低噪音的需要，汽车汽油发动机要求为怠速时气门落座速度不大于0.05m/s；或者为满足气门寿命的需要，汽车汽油发动机要求为在全速时气门落座速度不大于0.5 m/s。对于柴油机来说，一般要求气门落座速度不大于0.3 m/s。 

一般地讲，气门落座速度应对温度不敏感，同时希望有一定的方式来控制落座速度以在最高限度之内的前提下，让落座速度随发动机速度提高而增加。在高转速下提高落座速度是为了间接地减短落座时间而保证足够的进排气时间窗口，而不是为了落座速度本身。 

现有技术中的致动器控制技术中，节流孔的结构形式有：针阀式、偏心式、轴向三角槽式、周向缝隙式、轴向缝隙式等。当节流要求比较精确、而且流量比较小时，一般用孔式（特别是圆孔式）结构。当节流孔长径比小于0.5时称为薄壁小孔（sharp edge orifice），大于4时为细长孔，介于0.5~4之间为短孔。当液体从薄壁小孔流过时，大直径处的液体均向孔口汇集，在孔口处由于流线不可能突然改变方向，故会发收缩现象，然后再开始扩散，这样就会造成很大的能量损失，液流收缩的程度取决于雷诺数（Re）、孔口及其边缘形状、孔口离节流孔内壁的距离等因素。 

综上所述，发动机气门控制器中的节流孔要求是对温度少敏感的薄壁小孔、是可变的、而且如果用单个节流孔的话其最大节流时的孔径极小（挑战加工或抗污染极限）。同时，节流孔的可变性应该由比较简单及稳定的结构来实现。 

然而，现有技术中可变节流孔有由比例技术来实现，其成本及稳定性均有问题。如图1所示，它是现有技术中一种使用可变节流孔的发动机气门控制系统的结构示意图。图1所示是气门正在关闭时的状态。所述气门控制系统包括致动器壳体21，在该壳体21中，沿着纵向轴线并且沿附图中从顶部至底部的方向设有第一通孔22、油缸23、上端口24、下端口25、活塞杆孔26，以及设置在油缸23中的活塞30和设置在活塞杆孔26中的、与活塞30一体或刚性相连的活塞杆60；以及弹簧系统70、发动机气门80。 

在油缸23中，具有由油缸23的第一端部231和活塞30第一表面301限定的油缸上腔232和由油缸23第二端部233和活塞30第二表面302限定的油缸下腔234。上端口24连接至换向阀40的输出口41（或称做工作口或A口），换向阀40为两位三通阀，开关阀40在图中的工作状态时活塞上腔232排油至油箱50。下端口25连接至低压管线PL。 

所述弹簧系统包括气门弹簧座71、气门回位弹簧72、气门导筒73和缸盖体74，气门弹簧座72和气门杆81一端连接，气门杆81另一端与发动机气门头82连接，所述缸盖体74位于气门弹簧座71和发动机气门头82之间，气门导筒73套装缸盖体74上，气门杆81从气门导筒73中穿过，所述气门回位弹簧72套装在气门杆81上并同时与缸盖体74和气门弹簧座71接触。活塞30及气门80在气门复位弹簧72的驱动下上行。 

气门控制系统还包括由单向阀11和可变节流孔12并联组成的缓冲器。该缓冲器的一端可如图1所示，通过第一通孔22连接至油缸上腔232，其中单向阀11和可变节流孔12也可单独直接地与油缸上腔232相连（图未示）。该缓冲器另一端可如图1所示连接至上端口24或换向阀40的输出口41，其中的可变节流孔12的另一端也可直接连接至油箱50。单向阀11的设置是为了保证工作时油只能单向流进油缸上腔232，以便快速开启。气门控制系统中，可变节流孔12的功能是调节节流强度大小可调，从而调整节流阻力。常规的可变节流孔12是一个可调截面面积的孔或可调开度的阀口。 

另外，无级可调的节流孔或阀口一般要么工作不稳定、要么因为结构复杂或精密度高而昂贵。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可变节流装置，其可实现在不同工况下得到理想气门落座速度。 

本发明提出一种可变节流装置，其包括至少两个固定节流孔及一个开关装置；所述至少两个固定节流孔串联连接；所述开关装置与所述至少两个固定节流孔其中的至少一个固定节流孔并联连接，以可选择地关闭所述开关装置以保持所述至少一个固定节流孔的节流功能，或开通所述开关装置以短路掉所述至少一个固定节流孔的节流功能。 

本发明还提出一种可变节流装置，其包括至少两个节流通路及一个开关装置，其中，所述至少两个节流通路的每一个节流通路有至少一个固定节流孔或多个串联的固定节流孔，所述至少两个节流通路并联连接，所述开关装置与其中至少一个节流通路串联连接，以可选择地将其中的至少一个节流通路开通或关闭。 

在本发明的一个实施例中，所述可变节流装置包括基体，所述开关装置包括设于基体内的第一通道、第二通道、控制口及阀心，所述阀心具有控制端面和开关端面；所述阀心设于与第一通道、第二通道及控制口连通的空腔中；所述阀心的开关端面朝向所述第二通道和所述第一通道之一设置，所述阀心的控制端面朝向所述控制口第二通道设置。 

在本发明的一个实施例中，所述阀心竖向设置，以方便所述阀心在重力作用下打开所述开关装置。 

在本发明的一个实施例中，所述固定节流孔包括节流孔单元。 

在本发明的一个实施例中，所述节流孔单元包括带有节流孔的薄片。 

在本发明的一个实施例中，在每两个所述薄片之间夹有垫圈，所述垫圈具有与薄片相等的外径及远比节流孔大的内径。 

在本发明的一个实施例中，所述固定节流孔的直径在0.50mm及1.0毫米之间。 

本发明所述的可变节流装置通过利用节流通路或可变节流孔并联或串联的形式增加或减小节流阻力，再配合开关装置，以满足不同工况下的气门落座速度。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。 

附图说明

图1为现有技术中的一种发动机气门控制系统的结构示意图。 

图2为本发明第一实施例的可变节流装置的示意图。 

图3为本发明第二实施例的可变节流装置的示意图。 

图4为本发明第三实施例的可变节流装置的示意图。 

图5为本发明第四实施例的可变节流装置的示意图。 

图6为本发明图4所示的可变节流装置的结构示意图。 

图7为本发明图4所示的可变节流装置的另一种结构示意图。 

图8为本发明图3至图4所示的固定节流孔串联的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，但本发明的保护范围不以此实施例为限。 

本发明的可变节流装置由如下方式实现可变节流孔的功效。在设计中，孔越小阻力越大或节流越强，但孔太小会被污染物堵塞而影响正常工作，在液压系统中，小孔最好大于0.5 或1.0 mm。如果单个孔不能太小而节流不够，可以采用多个孔串联，形成阻力叠加。 

请参阅图2，第一实施例中，可变节流装置包括两个串联的固定节流孔201、202及开关装置203，所述开关装置203与其中一个固定节流孔202并联。相对于固定节流孔，打开的开关装置203对流体流动具有较小的阻力。在图2中，开关装置203处于关闭状态，流体必须先后通过两个固定节流孔201、202而经历叠加的节流效果；当开关装置203处于打开状态时其阻力大大小于固定节流孔202的阻力，流体优先通过开关装置203，固定节流孔202被短路掉，如此一来，可以减小有效节流阻力，增加发动机气门落座速度，此种情况，在发动机高速时需要。在另外实施例中，开关装置203也可与固定节流孔201并联（图未示）。在另外实施例中，可以有三个或更多的串联的固定节流孔（图未示），但其中的一个固定节流孔与开关装置并联。 

请参阅图3，第二实施例中，可变节流装置包括三个串联的固定节流孔301、302、303，及开关装置304、305，所述开关装置304、305分别与其中两个固定节流孔301、303并联。当两个开关装置304、305均处于关闭状态，流体必须先后通过三个固定节流孔301、302、303而经历三个节流孔的叠加效果，相当于三个有效节流孔，节流效果最大，通过的流量最小；当开关装置304、305二者之一（如开关装置304）处于打开状态时，则一个固定节流孔（如固定节流孔301）被短路掉，整个可变节流装置具有两个有效节流孔，此种情况下，节流效果及通过的流量中等；当开关装置304、305均处于打开状态，如此一来，则固定节流孔301、303均被短路掉，只有一个有效固定节流孔（即固定节流孔302），此种情况下，实现最小的节流效果，通过最大的流量。在另外实施例中，两个开关装置304、305也可分别与两个固定节流孔301、302并联（图未示），也可分别与两个固定节流孔302、303并联（图未示）。 

请参阅图4，第三实施例中，可变节流装置包括三个串联的固定节流孔501、502、503，及一个开关装置504，所述开关装置504与其中两个固定节流孔501、502的组合并联。当开关装置504处于关闭状态，三个固定节流孔501、502、503均打开；当开关装置504处于打开状态时，则固定节流孔502、503同时被短路掉。在另外实施例中，开关装置504也可与两个固定节流孔502、503的组合并联（图未示）。在另外实施例中，可以有四个或更多的串联的固定节流孔（图未示），开关装置504可与其中两个或更多的固定节流孔的组合并联。 

请一并参阅图4及图6，图4中所示的可变节流装置具体结构如图6所示，固定节流孔501、502、503沿图中从上至下依次串联开设于可变节流装置基体1201中，开关装置504包括第一通道5041、第二通道5042、控制口5043及阀心5044。阀心5044有控制端面5046和开关端面5047。第二通道5042连接至固定节流孔502、503之间，第一通道5041连接至固定节流孔501远离固定节流孔502的一端，阀心5044设于与第一通道5041、第二通道5042及控制口5043连通的空腔中，控制口5043处向阀心5044的控制端面5046提供控制压力来驱动开关阀心5044。图6中，阀心5044于图中从左到右方向，即水平方向设置，控制口5043开设于基体1201的右侧表面。图中，阀心5044设于处于关闭状态，控制口没压力时可用向右提供推力的弹簧（图未示）或开关端面5047的相对高压使得阀心5044向右回位。 

图6中，开关装置504还具有溢流阀的作用。即使当开关装置504在控制口5043的高压下处于关闭状态，在某些工况下，由于过度节流而腔5053内或第二通道5042的压力过高，开关端面5047的液压力会大于控制端面504的液压力而向右驱动阀心5044、打开开关装置504，起到溢流作用而适度控制上游的缓冲压力。这溢流作用可能是瞬态的，当上游缓冲压力由于溢流而得到控制之后，开关装置504在新的力平衡下再恢复其关闭状态。 

请一并参阅图4及图7，图4中所示的可变节流装置另一种结构如图7所示。图7中，阀心5044竖向设置，控制口5043开设于基体1201的底面。图中，阀心5044设于处于关闭状态，底下的控制口5043没压力时靠重力向下移动，也可用向下提供推力的弹簧（图未示）或上游的相对高压向下回位。 

在图6、7中，阀心5044关闭时，开关装置504不短路，流体流过三个节流孔501、502、503。阀心5044打开时，开关装置504短路，主要流量经过节流孔503及第一通道5041、第二通道5042，因此通流比较容易。 

图3至图4所示的可变节流装置均包括三个固定节流孔串联的结构，除了图6、7中所示的将三个固定节流孔开设于基体中的结构外，图8提供另一种结构，为了气门落座速度少受温度影响，节流孔要尽量不采用细长孔。因为流体状态容易是紊流，流经薄壁小孔的流量与压差的开方成正比，对温度及粘度少敏感。因此，节流孔尽量要薄壁小孔，至少要较短的短孔。节流孔在汽油发动机气门控制系统应用中可能很小，0.5mm左右。在一整块材料中要挖出节流孔之间的空腔比较难，因此，图8中，加工好的节流孔单元141、142、143重叠起来，即形成三个固定节流孔串联。在另外实施例中，每个节流孔单元可以进一步分成一个带有节流孔的薄片及一个相对较厚的垫圈（图未示），垫圈具有与薄片相等的外径及远比节流孔大的内径。 

从第一至第三实施例中可以归纳出，本发明提供一种可变节流装置，包括至少两个固定节流孔及一个开关装置；所述至少两个固定节流孔串联连接；所述开关装置与所述至少两个固定节流孔其中的至少一个固定节流孔并联连接，以可选择地关闭所述开关装置以保持所述至少一个固定节流孔的节流功能，或开通所述开关装置以短路掉所述至少一个固定节流孔的节流功能。串联固定节流孔时，会增加节流阻力，在同样总压差时减少流量，因此降低活塞或气门的落座速度。当开关装置开启而短路掉与之并联的固定节流孔时，可以减小节流阻力，而提高活塞或气门的落座速度。 

请进一步参阅图5，第四实施例中，可变节流装置包括两个并联的固定节流孔901、902，及一个开关装置903，所述开关装置903与其中一个固定节流孔902串联。当开关装置903处于关闭状态，并联无效；当开关装置903处于打开状态，并联有效，减小节流阻力。 

相应地，第四实施例可以作如下演变。其中的没与开关装置903串联的固定节流孔901可以由两个或更多个串联在一起的固定节流孔来代替（图未示），其中的与开关装置903串联的固定节流孔902可以由两个或更多个串联在一起的固定节流孔来代替（图未示）。 

从第四实施例及其延伸可以归纳出，本发明提供一种可变节流装置，其包括至少两个并联的节流通路及一个开关装置，每一节流通路有一个或更多的、相串联的固定节流孔，所述开关装置与其中至少一个节流通路串联，以可选择地将其中的至少一个节流通路开通或关闭。当并联的节流通路均开通固定节流孔时，会减小节流阻力，在同样总压差时增加流量，因此增加活塞或气门的落座速度。 

上述实施例中的阀心除了用控制压力来驱动或控制之外，也可以用包括电磁力在内的其它控制方式。在具有多个可变节流装置的系统中，每个可变节流装置可具有自己或单独的控制结构，也可用一个控制结构同时控制多个可变节流装置。如在一个发动机中，可以用一个两位三通电磁阀控制所有进气门或所有进排气门控制系统的可变节流装置的开关装置控制口压力（图未示）。 

上述实施例中的固定节流孔的数量仅为便于举例说明，本发明不以此为限。 

上述实施例中的开关装置可由短路开关实现。 

综合上述实施例，可以归纳出，本发明提供一种可变节流装置，其包括至少两个固定节流孔及至少一个开关装置，所述至少一个开关装置与至少一个固定节流孔连接。所述至少一个开关装置还可能作为一个溢流阀，在过度节流时可以被超值的上游压力打开来减缓节流。本发明的主要优点是结构简单、控制稳定、成本低。 

具体地，一种形式的可变节流装置包括至少两个固定节流孔及一个开关装置；所述至少两个固定节流孔串联连接；所述开关装置与所述至少两个固定节流孔其中的至少一个固定节流孔并联连接，以可选择地关闭所述开关装置以保持所述至少一个固定节流孔的节流功能，或开通所述开关装置以短路掉所述至少一个固定节流孔的节流功能。另一种形式中，可变节流装置包括至少两个节流通路及一个开关装置，其中，所述至少两个节流通路的每一个节流通路有至少一个固定节流孔或多个串联的固定节流孔，所述至少两个节流通路并联连接，所述开关装置与其中至少一个节流通路串联连接，以可选择地将其中的至少一个节流通路开通或关闭。 

综上所述，本发明所述的可变节流装置通过利用将多个固定节流孔以串联或并联的形式来增加或减小节流阻力，特别是来改善单个固定节流孔的设计或性能缺陷或局限性；并以开关装置的断路控制来达到可变性，以满足不同工况下的节流要求，同时避免了流行的比例控制技术的不稳定性及高成本。在汽车发动机气门控制应用中，这节流要求就是为了达到在不同发动机转速等工况下的气门落座速度。 

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (8)

1.一种可变节流装置，其包括至少两个固定节流孔及一个开关装置；所述至少两个固定节流孔串联连接；所述开关装置与所述至少两个固定节流孔其中的至少一个固定节流孔并联连接，以可选择地关闭所述开关装置以保持所述至少一个固定节流孔的节流功能，或开通所述开关装置以短路掉所述至少一个固定节流孔的节流功能。

2.一种可变节流装置，其包括至少两个节流通路及一个开关装置，其中，所述至少两个节流通路的每一个节流通路有至少一个固定节流孔或多个串联的固定节流孔，所述至少两个节流通路并联连接，所述开关装置与其中至少一个节流通路串联连接，以可选择地将其中的至少一个节流通路开通或关闭。

3.根据权利要求1-2其中一项所述的可变节流装置，其特征在于，所述可变节流装置包括基体，所述开关装置包括设于基体内的第一通道、第二通道、控制口及阀心，所述阀心具有控制端面和开关端面；所述阀心设于与第一通道、第二通道及控制口连通的空腔中；所述阀心的开关端面朝向所述第二通道和所述第一通道之一设置，所述阀心的控制端面朝向所述控制口第二通道设置。

4.根据权利要求3所述的可变节流装置，其特征在于，所述阀心竖向设置，以方便所述阀心在重力作用下打开所述开关装置。

5.根据权利要求1-2所述的可变节流装置，其特征在于，所述固定节流孔包括节流孔单元。

6.根据权利要求5所述的可变节流装置，其特征在于，所述节流孔单元包括带有节流孔的薄片。

7.根据权利要求6所述的可变节流装置，其特征在于，在每两个所述薄片之间夹有垫圈，所述垫圈具有与薄片相等的外径及远比节流孔大的内径。

8.根据权利要求1-2所述的可变节流装置，其特征在于，所述固定节流孔的直径在0.50mm及1.0毫米之间。

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