CN103266927A - 液压式无级可变气门摇臂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压式无级可变气门摇臂系统，用于实现发动机运行区间提供气门早开、早关、晚开、晚关策略。该系统包括气门、气门弹簧和由凸轮驱动的气门顶杆，所述气门顶杆与所述气门之间连接有第一、二摇臂，还设置有多个液压油通道，用以提供液压动力的发动机机油源。所述凸轮提供从气门早开到气门晚关的动力，所述气门弹簧提供回复力，所述的第一摇臂通过所述的转动轴与所述第二摇臂相互转动，第二摇臂内设有可以滑动的并与第一摇臂紧密接触的液压活塞，通过控制一电磁阀从而控制与之相连的液压活塞运动，进而改变第一、二摇臂之间的转动角度，最终实现了气门运动规律的改变，本发明采用凸轮与低压油源组合，结构简单，能耗低。

Description

液压式无级可变气门摇臂系统

技术领域

本发明涉及一种发动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的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者又可细分为基于凸轮的机械可变配气技术和基于凸轮的电液可变配气技术，其中，基于凸轮的机械可变配气技术主要通过一系列的凸轮和齿轮来改变气门的运动规律，因此结构相对简单，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，而基于凸轮的电液可变配气技术，气门行程一部分由凸轮提供，另一部分由液压弹性改变，其特点为，气门可变程度更灵活，耗能也较低。无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程、持续期及运动次数。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发动机的可变气门系统势在必行。

发明内容

针对上述现有技术，在对发动机结构不做重大改变的情况下，本发明提供一种液压式无级可变气门摇臂系统，该系统主要由凸轮、转动轴、第一摇臂、第二摇臂、电磁阀、气门组件构成，由凸轮提供从气门早开到气门晚关的动力，通过电磁阀改变转动轴内的低压液源流动，改变摇臂系统本身的转动角度，从而可以改变原有固定气门运动的运动规律。

为了解决上述技术问题，本发明液压式无级可变气门摇臂系统予以实现的技术方案是包括气门、气门弹簧和由凸轮驱动的气门顶杆，所述气门顶杆与所述气门之间连接有气门运动控制装置，所述气门运动控制装置包括：第一摇臂和第二摇臂，所述第一摇臂和第二摇臂之间连接有转动轴；第二摇臂轴孔的回转表面上设有凹槽；所述第一摇臂的一端与所述气门顶杆连接，所述第二摇臂的一端与气门连接；所述第一摇臂的另一端设有凸杆，所述第二摇臂的另一端设有液压腔，所述液压腔中设有与凸杆紧密接触的液压活塞；自所述液压腔至所述第二摇臂的凹槽之间设有第一液压油通道；自所述转动轴的外回转面至转动轴的内回转表面设有第二液压油通道；所述第一液压油通道与所述第二液压油通道相连通；自所述转动轴的内回转表面至转动轴的一端面设有第三液压油通道；自所述转动轴的外回转面至第三液压油通道之间设有第四液压油通道；还设有一用于控制所述第二液压油通道与第三液压油通道之间通断的电磁阀；所述的第三液压油通道连接至用以提供液压动力的发动机机油源，所述发动机机油源依次通过第三液压油通道、电磁阀、第二液压油通道、凹槽、第一液压油通道至液压腔，提供给所述液压活塞的液压力小于气门弹簧的预紧力，当所述的气门达到最大升程时所述第一液压油通道与所述第四液压油通道相通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为基于凸轮的电液可变气门系统，能耗低，改动小，控制简单，有利于可变配气技术在发动机上的推广。

附图说明

图1是本发明液压式无级可变气门摇臂系统的装配图；

图2是图1中所示第一摇臂1的右视图；

图3是图2所示第一摇臂1的主视图；

图4是图1中所示第二摇臂2的主视图；

图5是图4所示第二摇臂2的左视图；

图6是图1中所示转动轴5的轴向视图；

图7是图6所示转动轴5的端向视图；

图中：

1-第一摇臂            2-第二摇臂            3-气门弹簧            4-气门

5-转动轴              6-气门顶杆            7-凸轮                8-凸杆

9-挡圈                10-液压活塞           11-液压活塞弹簧       12-第一液压油通道

13-凹槽               14-第一油孔           15-第二油孔           16-第三液压油通道

17-第四液压油通道     18-第二液压油通道     19-电磁阀

20-发动机机油源。

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，本发明液压式无级可变气门摇臂系统，包括气门4、气门弹簧3和由凸轮7驱动的气门顶杆6，所述凸轮7提供开启气门4的动力，所述气门弹簧3提供所述气门4的回复力，所述气门顶杆6与所述气门4之间连接有气门运动控制装置。

所述气门运动控制装置包括：第一摇臂1、第二摇臂2，用于连接所述第一摇臂1和第二摇臂2的转动轴5，

所述第一摇臂1的一端与所述气门顶杆6连接，所述第二摇臂2的一端与气门4连接；所述第一摇臂1的另一端设有凸杆8，如图2和图3所示；第二摇臂2轴孔的回转表面上设有凹槽13。所述第二摇臂2的另一端设有液压腔，所述液压腔中设有与凸杆8紧密接触的液压活塞10，所述液压腔的端口处设有挡圈9，液压活塞10连同套装在液压活塞10上的液压活塞弹簧11封闭在液压腔内，所述挡圈9使液压活塞10的移动始点固定，所述液压活塞弹簧11提供弹簧力使所述液压活塞10能够与所述凸杆8压紧，所述液压活塞10能够随着封闭的液压腔中油量的多少而运动，如图1、图4和图5所示。

气门运动控制装置上还设有多个液压油通道，如图1、图4、图5、图6和图7所示，其设置如下：

如图4和图5所示，自所述液压腔至所述第二摇臂的凹槽13之间设有第一液压油通道12。

如图1、图6和图7所示，自所述转动轴5的外回转面至转动轴5的内回转表面设有第二液压油通道18，所述第二液压油通道18通向转动轴5外回转表面处形成了第一油孔14，所述第一油孔14与所述凹槽13连通，所述凹槽13能够保证所述第二摇臂2在相对于转动轴5的转动中，所述的第二液压油通道18始终与第一液压油通道12相通。

自所述转动轴5的内回转表面至转动轴5的一端面设有第三液压油通道16；还设有一用于控制所述第二液压油通道18与第三液压油通道16之间通断的电磁阀19，所述电磁阀19为常通电磁阀，所述的第二液压油通道18另一端通过所述电磁阀19与所述第三液压油通道16相连通或断开，图6中示出了该电磁阀19设置在转动轴上，但该电磁阀19的位置不受限制，例如，也可以设置在第一摇臂1或第二摇臂2上。所述第三液压油通道16连接至用以提供液压动力的发动机机油源20，所述发动机机油源依次通过第三液压油通道16、电磁阀19、第二液压油通道18、凹槽13、第一液压油通道12至液压腔，提供给所述液压活塞10的液压力小于气门弹簧3的预紧力，当所述的气门4达到最大升程时所述发动机油源20通过所述第四液压油通道17与所述第一液压油通道12相通。

自所述转动轴5的外回转面至第三液压油通道16之间设有第四液压油通道17，所述第四液压油通道17其一端与所述第三液压油通道16相连通，另一端直通转动轴外回转表面并形成第二油孔15。

当所述第二摇臂2在相对于转动轴5转动某一特定角度时，所述第二油孔15与所述凹槽13连通，从而液压油从第一液压油通道12流出，液压活塞10下降，第一摇臂1继续转动而第二摇臂2不动，其特定角度为气门开始开启到气门设定最大升程时所对应的第二摇臂2转过的角度。

本发明中的所述凸轮7提供开启气门4的动力，其凸轮型线能够满足气门最早开启时刻与最大行程的要求，即相对于传统发动机凸轮，本发明中的凸轮7拥有更广的凸轮包角与更高的凸轮高度，其中凸轮包角起始点对应气门最早开启时刻，凸轮包角终点对应气门最晚关闭时刻，因此，所述凸轮7的包角角度是气门4设计的最早开启到最晚关闭所经历曲轴转角的一半，

本发明液压式无级可变气门摇臂系统的工作过程如下：

在图1中，凸轮7的旋转带动气门顶杆6的上下移动，当气门顶杆6开始向上移动时，与气门顶杆6相连的第一摇臂1相对于转动轴5也随之转动，如图2和图3所示，凸杆8开始对图4和图5中的液压活塞10进行压缩，当图6和图7中的电磁阀19开启时，第一液压油通道12、第二液压油通道18通过第三液压油通道16与发动机机油油源20连通，发动机机油油源20给液压活塞10的作用力不足以克服气门弹簧3的预紧力,因此在凸杆8的作用下液压活塞10向下移动而第二摇臂2不动，从而气门4不开启。当图6和图7中的电磁阀19关闭时，第一液压油通道12与第三液压油通道16断开，液压活塞10固定不动，第二摇臂2在第一摇臂1的带动下压缩气门4，气门4开启。通过控制电磁阀19的开启与关闭影响了第一摇臂1与第二摇臂2之间的转动角度,从而可以控制气门4的开启时刻。当气门开启到最大升程，即第二摇臂2相对于转动轴5转动一定角度时，如继续转动，则所述第二油孔15与所述凹槽13连通，即第三液压油通道16与第一液压油通道12连通，多余的液压油从第一液压油通道12流出，第一摇臂1转动而第二摇臂2不动，气门升程保持不变，当气门需要关闭时，开启电磁阀19，则第二摇臂2开始回落，气门逐渐关闭，综上所述，通过控制电磁阀19的关闭时刻与开启时刻可以控制气门4的开启时刻与关闭时刻，通过控制所述第二油孔15与所述凹槽13的相对位置可以控制气门的最大升程，以上两者的结合实现气门运动的可变，由于发动机气门关闭持续期大于气门开启持续期，从而本发明中的电磁阀19为常通电磁阀。

本发明采用凸轮7作动力源，通过控制电磁阀控制了第一摇臂和第二摇臂之间的距离，从而实现灵活可变的气门运动规律，其结构简单，工作可靠。

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，例如所述第四液压油通道17不经过所述第三液压油通道16而与所述发动机机油源20直接相连，所述凹槽13设置于所述转动轴5的外回转表面而所述第一通道12在所述第二摇臂2内回转表面形成的是油孔，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种液压式无级可变气门摇臂系统，包括气门（4）、气门弹簧（3）和由凸轮（7）驱动的气门顶杆（6），所述气门顶杆（6）与所述气门（4）之间连接有气门运动控制装置，其特征在于，

所述气门运动控制装置包括：第一摇臂（1）和第二摇臂（2），所述第一摇臂（1）和第二摇臂（2）之间连接有转动轴（5）；第二摇臂（2）轴孔的回转表面上设有凹槽（13）；

所述第一摇臂（1）的一端与所述气门顶杆（6）连接，所述第二摇臂（2）的一端与气门（4）连接；

所述第一摇臂（1）的另一端设有凸杆（8），所述第二摇臂（2）的另一端设有液压腔，所述液压腔中设有与凸杆（8）紧密接触的液压活塞（10）；

自所述液压腔至所述第二摇臂的凹槽（13）之间设有第一液压油通道（12）；

自所述转动轴（5）的外回转面至转动轴（5）的内回转表面设有第二液压油通道（18）；

所述第一液压油通道（12）与所述第二液压油通道（18）相连通；

自所述转动轴（5）的内回转表面至转动轴（5）的一端面设有第三液压油通道（16）；

自所述转动轴（5）的外回转面至第三液压油通道（16）之间设有第四液压油通道（17）；

还设有一用于控制所述第二液压油通道（18）与第三液压油通道（16）之间通断的电磁阀（19）；所述的第三液压油通道（16）连接至用以提供液压动力的发动机机油源，所述发动机机油源依次通过第三液压油通道（16）、电磁阀（19）、第二液压油通道（18）、凹槽（13）、第一液压油通道（12）至液压腔，提供给所述液压活塞（10）的液压力小于气门弹簧（3）的预紧力，当所述的气门（4）达到最大升程时所述第一液压油通道（12）与所述第四液压油通道（17）相通。

2.根据权利要求1所述液压式无级可变气门摇臂系统，其特征在于，所述凸轮的包角角度是气门设计的最早开启到最晚关闭所经历曲轴转角的一半。

3.根据权利要求1所述液压式无级可变气门摇臂系统，其特征在于，所述电磁阀（19）为常通电磁阀。

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