CN103174490A - 基于转子控制的液压可变气门装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转子控制的液压可变气门装置，包括发动机气门组件、单作用液压缸和转子系统，转子系统包括外壳、外转子和内转子；外转子设有外转子油孔，内转子的内部设有进油腔和回油腔，进油腔连接有高压油源，回油腔连接有低压油源，还包括有进油道和回油道，进油道在内转子外回转表面上的投影与回油道在内转子外回转表面上的投影之间的夹角为大于0度且小于90度，进油道和回油道之间相互独立；通过一齿轮控制系统控制外转子油孔与内转子两油道相连通的时刻，进而控制液压油的流出与流进，从而带动液压缸驱动气门。本发明取消了凸轮，可实现灵活可变的气门运动规律，同时取消了高速电磁阀的应用，降低了成本，尤其适用于多缸柴油机。

Description

基于转子控制的液压可变气门装置

技术领域

本发明涉及一种发动机可变气门液压执行机构，尤其涉及多缸柴油机可变气门液压执行机构。

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、响应速度较快。然而它也有不可避免的缺点：高转速下液压系统流量不够，气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大。因此主要用于柴油机这种转速较低的发动机上，除此之外，还必须要采用昂贵的电液伺服系统及相对复杂的控制技术来精确的控制气门行程避免落座冲击，而且在多缸机上需要多套电磁阀系统，大大增加了发动机的成本。因此，研究灵活可变而成本又相对较低适用于多缸机的可变气门系统势在必行。

发明内容

针对上述现有技术，为了降低多缸机采用电液可变气门成本，本发明提供一种基于转子控制的液压可变气门装置，该装置主要由外壳、外转子、内转子、单作用液压缸、气门组件、齿轮控制系统构成，通过内外转子的配合控制流体的进出，从而可以控制与此相连接的液压缸运动，最终实现气门的可变。

为了解决上述技术问题，本发明基于转子控制的液压可变气门装置予以实现的技术方案是：包括发动机气门组件、单作用液压缸和转子系统，所述发动机气门组件包括气门座、气门和气门弹簧；所述转子系统包括自外向内依次套装的外壳、外转子和内转子；所述内转子的内部设有进油腔和回油腔，所述进油腔连接有高压油源，所述回油腔连接有低压油源，还包括有进油道和回油道，所述进油道自所述进油腔与所述内转子的外回转表面之间，所述回油道自所述回油腔与所述内转子的外回转表面之间；所述进油道在内转子外回转表面上的投影与回油道在内转子外回转表面上的投影之间的夹角为大于0度且小于90度，所述进油道和所述回油道之间相互独立；所述内转子上设有一齿轮控制系统，在该齿轮控制系统作用下实现所述内转子的轴向移动或绕轴转动；所述外转子设有外转子油孔，所述外转子油孔随发动机正时机构同步绕轴转动，当所述外转子油孔与所述内转子上的进油道或回油道相通时，液压油处于流动状态，当所述外转子油孔与所述内转子上的进油道和回油道均不相通时，液压油处于封闭状态；所述外转子油孔从与高压油源相通的进油道转到离开低压油源相通的回油道过程中，所述外转子油孔所经过的角度为发动机气门开启持续期所对应的曲轴转角的一半；所述外壳的内回转面上设有凹槽，从而在所述外壳与所述外转子之间形成一弧形间隙，所述弧形间隙在径向上覆盖的宽度大于进油道和回油道两者在内转子外回转表面上投影的宽度；所述外壳设有外壳油孔，所述外壳油孔通过油管连接至单作用液压缸，所述外壳油孔将所述单作用液压缸与所述外转子油孔连通；所述转子系统控制液压油进入或流出该单作用液压缸，从而控制该单作用液压缸的行进与倒退，实现气门的可变。

本发明基于转子控制的液压可变气门装置，其中，所述齿轮控制系统包括轴向移动控制结构和绕轴转动控制结构，所述轴向移动控制结构包括轴向轴承和齿条齿轮传动机构；所述轴向轴承的内圈与所述内转子固定，所述轴向轴承的外圈与所述齿条齿轮传动机构中的齿条固定；所述绕轴转动控制结构由一齿轮传动机构构成，所述齿轮传动机构中的被动齿轮通过一销子与所述内转子连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在多缸柴油机上只需采用两套本发明来控制进排气门，不需要多套电磁阀系统，在保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低成本，同时，填补了基于凸轮与无凸轮气门可变技术之间的空白，进一步完善了可变气门技术。

附图说明

图1是本发明基于转子控制的液压可变气门装置原理图；

图2是图1中所示外壳3的俯视图；

图3是图1中所示外转子4的俯视图；

图4是图1所示内转子5的俯视图；

图5是本发明基于转子控制的液压可变气门装置的装配图；

图6是图5中所示带有销子槽的被动齿轮15的左视图。

图1中，1.单作用液压缸，2.气门组件，3.外壳，4.外转子，5.内转子，6.进油腔，7.进油道，8.外转子油孔，9.外壳油孔，10油管，11回油道，12.回油腔，13.泄油孔，14.发动机正时机构，15.带有销子槽的齿轮，16.销子，17.齿轮，18.齿条，19.轴承，20齿轮。

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，本发明基于转子控制的液压可变气门装置，包括发动机气门组件2、单作用液压缸1和转子系统。

所述发动机气门组件2与普通发动机相同，包括气门座、气门和气门弹簧。

所述单作用液压缸1为只由活塞的一侧输入压力油的液压缸，如单柱塞缸，正向运动（气门开启）时，高压液压油从转子系统流进液压缸，其反向运动（气门关闭）由气门弹簧提供动力，液压油从液压缸流进转子系统。

所述转子系统包括自外向内依次套装的外壳3、外转子4和内转子5；

如图1和图4所示，所述内转子5的内部设有进油腔6和回油腔12，所述进油腔6连接有高压油源，所述回油腔12通过泄油孔13连接有低压油源，还包括有进油道7和回油道11，所述进油道7自所述进油腔6与所述内转子5的外回转表面之间，所述回油道11自所述回油腔12与所述内转子5的外回转表面之间；所述进油道7在内转子外回转表面上的投影与回油道11在内转子外回转表面上的投影之间的夹角为大于0度且小于90度，所述进油道7和所述回油道12之间相互独立，也即进油道7和回油道11不相交。

如图5所示，所述内转子5上设有一齿轮控制系统，在该齿轮控制系统作用下实现所述内转子5的轴向移动或绕轴转动。所述齿轮控制系统包括轴向移动控制结构和绕轴转动控制结构，所述轴向移动控制结构包括轴向轴承19和齿条齿轮传动机构；所述轴向轴承19的内圈与所述内转子5固定，所述轴向轴承19的外圈与所述齿条齿轮传动机构中的齿条18固定；所述绕轴转动控制结构由一齿轮传动机构构成，所述齿轮传动机构中的（带有销子槽的）被动齿轮15（如图6所示）通过销子16连接固定在所述内转子5上。

如图1和图3所示，所述外转子4设有外转子油孔8，所述外转子油孔8随发动机正时机构同步绕轴转动，当所述外转子油孔8与所述内转子5上的进油道7或回油道11相通时，液压油处于流动状态，当所述外转子油孔8与所述内转子5上的进油道7和回油道11均不相通时，液压油处于封闭状态；所述外转子油孔8从与高压油源相通的进油道7转到离开低压油源相通的回油道11过程中，所述外转子油孔8所经过的角度为发动机气门开启持续期所对应的曲轴转角的一半。

如图1和图2所示，所述外壳3的内回转面上设有凹槽，从而在所述外壳3与所述外转子4之间形成一弧形间隙，所述弧形间隙在径向上覆盖的宽度大于进油道7和回油道11两者在内转子外回转表面上投影的宽度；所述外壳3设有外壳油孔9，所述外壳油孔9通过油管连接至单作用液压缸1，所述外壳油孔9将所述单作用液压缸1与所述外转子油孔8连通。

所述转子系统控制液压油进入或流出该单作用液压缸，从而控制该单作用液压缸的行进与倒退，实现气门的可变。

实施例：所述外转子4由发动机正时机构驱动，与发动机转速度比为1比2，以4缸发动机为例，如图3所示，外转子4上有四个外转子油孔8，在外转子4转到某一角度下，通过该四个外转子油孔8分别与四个内转子进（或回）油道相连通，所述外转子还包括泄油孔13，从而可以使通过回油腔12的液压油流出转子系统，如图1所示，由于在所述外壳3的内回转面上设有凹槽，从而在所述外壳3与所述外转子4之间形成一弧形间隙，所述弧形间隙在径向上覆盖的宽度大于进油道7和回油道11两者在内转子外回转表面上投影的宽度，因此，所述外壳内表面与外转子在一定角度下（大于内转子两油道之间的最大夹角）存在一定间隙，保证内转子进（或回）油道与外转子油孔8相通时，内转子油孔8与外壳油孔9也相通。通过所述齿轮控制系统中齿轮17与齿条18的相对运动，内转子5可以沿轴向移动；通过所述齿轮控制系统中齿轮20与带有销子槽的被动齿轮15的相对运动，带动与销子16连接的内转子5绕轴转动。

本发明基于转子控制的液压可变气门装置的工作过程如下：

在图1中，假设发动机正时齿轮顺时针转动，与之相连的外转子4顺时针转动，此时，6为进油腔，12为回油腔（当正时齿轮逆时针转动时，回油腔与进油腔位置颠倒，结构相应改变），当外转子4转到某一角度，外转子油孔8与进油道7对齐时，高压油源依次通过进油腔6——进油道7——外转子油孔8——外壳油孔9——油管10与单作用液压缸1相连，单作用液压缸1开始进油，克服气门弹簧力推动气门开启。当外转子4继续转过一微小角度，外转子油孔8离开进油道7但未到达回油道11时，进油腔6与单作用液压缸1连接断开，液压缸既不进油也不回油，气门升程保持不变。当外转子4继续转过一定角度，外转子油孔8与回油道11对齐时，低压油源依次通过回油腔12——回油道11——外转子油孔8——外壳油孔9——油管10与单作用液压缸1相连，单作用液压缸1在气门弹簧力的作用下开始回油，从而气门逐渐关闭，其中液压油通过泄油孔13最终流回发动机。

外转子油孔8从进油道7转到离开回油道11所经过的角度的2倍为发动机气门开启持续期所对应的曲轴转角，当内转子5绕轴顺时针转动Φ角度时，进油道7延迟Φ角度与外转子油孔8相连，发动机气门晚开2Φ曲轴转角，同时晚关2Φ曲轴转角。当内转子5绕轴逆时针转动Φ角度时，进油道7提前Φ角度与外转子油孔8相连，发动机气门早开2Φ曲轴转角，同时早关2Φ曲轴转角。内转子5绕轴转动同时影响气门的开启与关闭时刻而不影响气门的开启状态下的持续期。

当图4中内转子5向下运动，即图1中内转子向外运动时，进油道7与回油道11在A-A截面上的距离缩短，从而外转子油孔8从进油道7转到回油道11的角度减小，发动机气门开启持续期减小，气门早关。当图4中内转子向上运动，即图1中内转子向里运动时，进油道7与回油道11在A-A截面上的距离增加，从而外转子油孔8从进油道7转到回油道11的角度增大，发动机气门开启持续期延长，气门晚关。

如图5所示，通过齿轮17与齿条18相对运动，内转子5可以沿轴向移动。绕轴旋转控制装置（齿轮、带销子槽的齿轮、内转子表面上的销子）中，带销子槽的齿轮套在内转子上，与内转子为滑动配合，通过齿轮传动机构中的齿轮20与带有销子槽的被动齿轮15的相对运动，使内转子5绕轴转动。通过对内转子5的轴向移动与绕轴转动的控制，可以实现气门灵活的运动，如气门正常开早关（内转子5沿轴向外运动），气门早开早关（内转子5绕轴逆时针转动），气门晚开早关（内转子5绕轴顺时针转动，内转子5沿轴向外运动），如气门正常开晚关（内转子5沿轴向内运动），气门早开晚关（内转子5绕轴逆时针转动，内转子5沿轴向内运动），气门晚开晚关（内转子5绕轴顺时针转动）。

本发明取消了现有可变气门技术中的凸轮，实现灵活可变的气门运动规律，同时取消了现有可变气门技术中的高速电磁阀的应用，降低了成本，尤其适用于多缸柴油机。

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，如内转子与发动机正时机构相连，只能绕轴旋转，而外转子既可以绕轴微转，又可以轴向水平移动，内外转子的配合同样可以实现气门的控制，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种基于转子控制的液压可变气门装置，包括发动机气门组件（2）、单作用液压缸（1）和转子系统，所述发动机气门组件（2）包括气门座、气门和气门弹簧；其特征在于：

所述转子系统包括自外向内依次套装的外壳（3）、外转子（4）和内转子（5）；

所述内转子（5）的内部设有进油腔（6）和回油腔（12），所述进油腔（6）连接有高压油源，所述回油腔（12）连接有低压油源，还包括有进油道（7）和回油道（11），所述进油道（7）自所述进油腔（6）与所述内转子（5）的外回转表面之间，所述回油道（11）自所述回油腔（12）与所述内转子（5）的外回转表面之间；所述进油道（7）在内转子外回转表面上的投影与回油道（11）在内转子外回转表面上的投影之间的夹角为大于0度且小于90度，所述进油道（7）和所述回油道（12）之间相互独立；

所述内转子（5）上设有一齿轮控制系统，在该齿轮控制系统作用下实现所述内转子（5）的轴向移动或绕轴转动；

所述外转子（4）设有外转子油孔（8），所述外转子油孔（8）随发动机正时机构同步绕轴转动，当所述外转子油孔（8）与所述内转子（5）上的进油道（7）或回油道（11）相通时，液压油处于流动状态，当所述外转子油孔（8）与所述内转子（5）上的进油道（7）和回油道（11）均不相通时，液压油处于封闭状态；所述外转子油孔（8）从与高压油源相通的进油道（7）转到离开低压油源相通的回油道（11）过程中，所述外转子油孔（8）所经过的角度为发动机气门开启持续期所对应的曲轴转角的一半；

所述外壳（3）的内回转面上设有凹槽，从而在所述外壳（3）与所述外转子（4）之间形成一弧形间隙，所述弧形间隙在径向上覆盖的宽度大于进油道（7）和回油道（11）两者在内转子外回转表面上投影的宽度；所述外壳（3）设有外壳油孔（9），所述外壳油孔（9）通过油管连接至单作用液压缸（1），所述外壳油孔（9）将所述单作用液压缸（1）与所述外转子油孔（8）连通；

所述转子系统控制液压油进入或流出该单作用液压缸，从而控制该单作用液压缸的行进与倒退，实现气门的可变。

2.根据权利要求1所述基于转子控制的液压可变气门装置，其特征在于，所述齿轮控制系统包括轴向移动控制结构和绕轴转动控制结构，所述轴向移动控制结构包括轴向轴承（19）和齿条齿轮传动机构；所述轴向轴承（19）的内圈与所述内转子（5）固定，所述轴向轴承（19）的外圈与所述齿条齿轮传动机构中的齿条（18）固定；所述绕轴转动控制结构由一齿轮传动机构构成，所述齿轮传动机构中的被动齿轮通过一销子与所述内转子（5）连接。

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