CN103670568A - 一种柴油发动机及其具备气门晚关功能的配气机构 - Google Patents

Abstract

本发明所公开了一种柴油发动机及其具备气门晚关功能的配气机构，该配气机构包括气门推杆、柱塞、控制模块和主开关阀；气门推杆和柱塞配合形成柱塞缸，利用气门推杆相对于与缸盖的位移特性，使控制模块固定连接于缸盖，再使气门推杆和控制模块配合形成机械式滑阀结构，以控制柱塞缸进回油口关闭或开启，然后该滑阀结构与位于系统压力油路和控制模块进油油路之间的主开关阀配合，对柱塞缸的进油和回油时机加以控制。当系统压力油路与机械式滑阀进油油路断开时，发动机气门正常关闭，当系统压力油路与机械式滑阀进油油路导通时，控制模块控制柱塞缸进回油口在特定位置关闭或开启，发动机气门延迟关闭。与现有技术中相比，该配气机构结构和控制过程较为简单。

Description

一种柴油发动机及其具备气门晚关功能的配气机构

技术领域

本发明涉及发动机的配气机构技术领域，特别涉及一种柴油发动机及其具备气门晚关功能的配气机构。

背景技术

传统发动机多采用凸轮轴驱动进气门和排气门开启的机械式配气机构，气门的运动通过曲轴与凸轮轴，凸轮轴与各个气门之间的机械传动来达到控制定时。机械式配气机构的凸轮配气相位是通过各种不同配气相位的试验，从中选取某一固定配气相位兼顾各种工况，是发动机性能的一种折中方案，因而不可能在各种情况下都达到最佳性能。

随着能源和环境问题的日益突出，怎样有效地利用燃油产生的能源来提高发动机的效率是一直以来研究的课题。为了改善发动机性能，提高热效率并降低有害物排放，使发动机进排气门的配气相位可调节已成为必然趋势。

与固定式配气相位相比，可变配气相位则可以在发动机整个工作范围内的转速和负荷下，提供合适的气门定时或气门升程，从而改善发动机进、排气性能，较好地满足高转速和低转速或大负荷和小负荷时的动力性、经济性和废气排放的要求。

现有可变配气机构是在发动机的气门推杆上设置一个柱塞，将柱塞升程叠加在原气门升程上，实现气门定时或升程可变。柱塞腔内的压力油进出由高速、大流量电磁阀实时控制，发动机各缸每工作一个循环，压力油进出柱塞腔一次。

由于发动机各缸轮流工作，所以需要对各缸分别设置电磁控制阀，成本高。发动机的转速很高，要求电磁控制阀的开关响应快，且控制阀必须满足流量要求，制造难度大。各缸分别设置电磁控制阀并有严格的时序要求，对控制系统提出了更高要求。

有鉴于此，本领域技术人员亟待提供一种结构简单、运行成本低的配气机构，以实现发动机在气门正常关闭工作模式和气门延迟关闭工作模式之间的切换。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的核心目的在于，本领域技术人员提供一种结构简单、运行成本低的具备气门晚关功能的配气机构，以实现发动机在气门正常关闭工作模式和气门延迟关闭工作模式之间的切换。在此基础上，本发明还提供一种包括上述配气机构的柴油发动机。

本发明所提供的一种具备气门晚关功能的配气机构，包括气门推杆，所述气门推杆具有缸孔、进油通道和回油通道，所述配气机构还包括：

柱塞，位于所述缸孔内以形成柱塞缸，所述气门推杆通过所述柱塞驱动所述配气机构的气门动作，所述进油通道和所述回油通道与所述柱塞缸的柱塞腔连通；

控制模块，用于与所述发动机的缸盖固定连接，所述气门推杆穿过所述控制模块并滑动密封配合，所述控制模块开设有进油连接通道和与回油连接通道；

主开关阀，设置于系统压力油路和进油连接通道之间；

所述系统压力油路和所述进油连接通道断开时，所述发动机位于气门正常关闭工作模式；所述系统压力油路和所述进油连接通道导通时，所述发动机位于气门延迟关闭工作模式；

所述气门推杆相对于所述控制模块位于推程起始位置时，所述进油通道和所述进油连接通道断开，所述回油通道和所述回油连接通道导通，随着所述气门推杆相对于所述控制模块的位移，所述进油通道和所述进油连接通道导通，所述回油通道和所述回油连接通道断开，直至所述气门推杆相对于所述控制模块到达回程终止位置时，所述回油通道和所述回油连接通道再次导通。

优选地，所述回油通道和所述回油连接通道的数量均为两个，两个所述回油连接通道中一者与所述系统回油油路之间设置有辅助开关阀。

优选地，所述缸孔具有两个限位部，以限定所述柱塞相对于所述气门推杆的轴向位移距离。

优选地，所述缸孔包括相互连通的三段依次连通的孔，三段所述孔的中间孔孔径大于另外两个所述孔孔径，所述柱塞的柱塞头与所述中间孔配合，两个所述限位部形成于三段所述孔的连接处。

优选地，所述气门推杆的形状呈“T”字型，所述进油通道和所述回油通道位于竖直部，所述中间孔位于水平部，且所述中间孔的孔径大于所述竖直部的外径。

优选地，所述进油通道和所述进油连接通道中至少一者包括相互连通的油孔和油槽，所述回油通道和所述回油连接通道中至少一者包括相互连通的油孔和油槽所述；

所述进油通道和／或所述回油通道的所述油槽为开设于所述气门推杆外壁上的周向环形凹槽，所述油槽通过所述油孔与所述柱塞腔连通；

和／或所述进油连接通道和／或所述回油连接通道的所述油槽为开设于所述控制模块与所述气推杆配合孔孔壁上的周向环形凹槽，所述油槽通过所述油孔与所述系统压力油路连通。

优选地，所述系统压力油液的油源由固定连接于所述发动机上的油泵提供，所述油泵的进油端与所述发动机的机油箱连通，其出油端与所述主开关阀连通。

本发明所提供的具备气门晚关功能的配气机构，包括气门推杆、柱塞、控制模块和主开关阀。其中，气门推杆具有缸孔、进油通道和回油通道，柱塞位于缸孔内以形成柱塞缸，气门推杆通过柱塞驱动配气机构的气门动作，进油通道和回油通道与柱塞缸的柱塞腔连通；控制模块用于与发动机的缸盖固定连接，气门推杆穿过控制模块并滑动密封配合，控制模块开设有进油连接通道和回油连接通道；主开关阀设置于系统压力油路和进油连接通道之间；

系统压力油路和进油连接通道断开时，发动机位于气门正常关闭工作模式；系统压力油路和进油连接通道导通时，发动机位于气门延迟关闭工作模式；

气门推杆相对于所述控制模块位于推程起始位置时，进油通道和进油连接通道断开，回油通道和回油连接通道导通，随着气门推杆相对于控制模块的位移，进油通道和进油连接通道导通，回油通道和回油连接通道断开，直至气门推杆相对于所述控制模块滑动至回程终止位置时，回油通道和回油连接通道再次导通。

本发明通过对现有机械式配气机构气门推杆的改进，配以柱塞形成柱塞缸结构，再利用气推杆相对于与缸盖的位移特性，使气门推杆与控制模块配合形成的机械式滑阀结构，然后该机械式滑阀结构与主开关阀配合实时控制柱塞腔的油路，实现了配气机构在气门正常关闭和延迟关闭工作模式之间的切换。

与现有技术中采用电磁控制阀控制柱塞腔油路相比，本方案所提供的具备气门晚关功能配气机构的结构和控制过程较为简单，因此，制造和运行成本得到了显著的降低。此外，本发明仅对气门推杆进行改进，可根据发动机实际工况需要，对进、排气门定时和升程独立调整，尤其适用于进、排气由同一凸轮轴驱动的发动机。

本发明的一优选方案中，上述配气机构的回油通道和回油连接通道的数量为两个，两个回油连接通道中一者与系统回油油路之间设置由辅助开关阀，以控制相应回油连接通道与系统回油油路的导通或断开。

本方案通过限定回油通道和回油连接通道的数量，并通过辅助开关阀控制两个回油连接路通道中一者与系统回油油路的通断，使配气机构形成三种工作模式，从而可根据发动机的实际需要实现气门关闭定时的多阶段控制，最大限度发挥气门相位调整的灵活性，以提升发动机的动力学性能。

本发明还提供一种柴油发动机，包括发动机主体和配气机构，所述配气机构用于控制发动机气门的开启和关闭，所述配气机构具体为如上所述的具备气门晚关功能配气机构。

于上述配气机构具有如上技术效果，因此，包括该具备气门晚关功能配气机构的发动机也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1示出了本发明所提供的配气机构的结构示意图；

图2示出了图1中A处局部放大示意图；

图3示出了图1中所示配气机构的三种工作模式下气门型线示意图。

图1至图3中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

1气门推杆、11缸孔、12进油通道、13回油通道、2柱塞、3控制模块、31进油连接通道、32回油连接通道、4主开关阀、5辅助开关阀、6油泵、7机油箱。

具体实施方式

本发明的核心目的在于，提供一种结构简单、运行成本低的具备气门晚关功能配气机构，以实现发动机在气门正常关闭工作模式和气门延迟关闭工作模式之间的切换。在此基础上，本发明还提供一种包括上述具备气门晚关功能配气机构的柴油发动机。

不失一般性，现结合附图以延迟发动机进气门关闭为例，来说明本发明所提供的具备气门晚关功能配气机构的结构及其工作原理。需要说明的是，本文中所涉及的“推程起始位置”和“回程终止位置”，均指气门推杆通过挺柱与凸轮轴的凸轮基圆配合时的位置。

请参见图1和图3，其中，图1示出了本发明所提供的配气机构的结构示意图，图3示出了图1中所示配气机构的三种工作模式下气门型线示意图。

如图1所示，本方案中配气机构包括气门推杆1、柱塞2和控制模块3、主开关阀4和辅助开关阀5。其中，气门推杆开设有缸孔11、进油通道12和回油通道13，柱塞2与该缸孔11配合形成柱塞缸，进油通道12和回油通道13均与柱塞缸的柱塞腔连通，气门推杆通过柱塞2驱动发动机的进气门开启；控制模块3用于与发动机的缸盖固定连接，气门推杆1贯穿控制模块3并与之滑动密封配合，控制模块3上开设有进油连接通道31和两个回油连接通道32；主开关阀4设置于系统压力油路和进油连接通道31之间；辅助开关阀5设置于两个回油通道13中一者与系统回油油路之间。

接下来，结合图1和图3来说明上述可变配气机构的三种工作模式：

1、进气门正常关闭工作模式，通过主开关阀4控制进油连接通道31和系统压力油路断开，进气门正常关闭。为了便于理解请一并参见图2，图2中曲线A为该工作模式对应的气门型线；

2、进气门延迟关闭第一工作模式，主开关阀4控制进油连接通道31和系统压力油路连通，气门推杆1位于推程起始点时，两个回油通道13和相应的两个回油连接通道32导通，辅助开关阀5控制两个回油连接通道32中一者与系统压力油路连通，随着气门推杆1由推程起始点相对控制模块3发生位移，进油通道12通过进油连接通道31两次与系统压力油路连通，柱塞2在压力油液作用下相对于气门推杆1由初始位置滑动至预定位置，当进气门推杆相对于控制模块3滑动至回程终止点时，两个回油通道13均通过相应地回油连接通道32与系统回油油路连通，柱塞2相对于气门推杆回落至初始位置。为了便于理解请一并参见图2，图2中曲线B为该工作模式对应的气门型线；

3、进气门延迟关闭第二工作模式，该工作模式是在进气门延迟关闭第一工作模式下，通过辅助开关阀5控制两个回油连接通道32中一者与系统回油油路断开而形成，控制模块3的控制方式与第一进气门延迟关闭工作模式相同，在此不再赘述。该工作模式对应的气门型线示意图请参见图2中曲线C。

本发明通过对现有机械式配气机构气门推杆的改进，配以柱塞2形成柱塞2缸结构，再利用气门推杆1相对于与缸盖的位移特性，使气门推杆1与控制模块3配合形成的机械式滑阀结构，然后该机械式滑阀结构与主开关阀4配合对柱塞缸的油路实时控制，实现了配气机构在气门正常关闭和延迟关闭工作模式之间的切换。

与现有技术中采用电磁控制阀控制柱塞缸油路相比，本方案中的配气机构结构和控制过程较为简单，因此，制造和运行成本得到了显著的降低。此外，本发明仅对气门推杆进行改进，在实际应用中可根据发动机实际工况需要，对进、排气门独立调整，尤其适用于进、排气由同一凸轮轴驱动的发动机。

需要说明的是，上述配气机构的回油通道13和回油连接通道32的数量为两个，两个回油连接通道32中一者与系统回油油路之间设置由辅助开关阀5，以控制相应地回油连接通道32与系统回油油路的导通或断开。

本方案通过限定回油通道13和回油连接通道32的数量，并通过辅助开关阀5控制两个回油连接通道32中一者与系统回油油路的通断，使配气机构形成两种进气门延迟关闭工作模式，从而可根据发动机的实际需要实现气门延时关闭的多阶段控制，最大限度发挥气门相位调整的灵活性，以提升发动机的动力学性能。

可以理解，在满足调整气门关闭定时、加工工艺及装配工艺要求的基础上，本方案中回油通道13的数量可以为1个和3个等异与本方案中的数量。

进一步，本方案通过在缸孔11内设置两个限位部，以限定柱塞2相对于气门推杆1的轴向位移距离，来实现配气机构在气门正常关闭工作模式下气门升程保持不变，以保证发动机在特定工况下工作稳定性。具体地，如图1所示，缸孔11包括相互连通的三段依次连通的孔，三段孔的中间孔孔径大于另外两个孔孔径，柱塞2的柱塞头与中间孔配合，两个限位部形成于三段孔的连接处。

当然，在满足限位功能、加工工艺和装配工艺要求的基础上，缸孔亦可采用其他结构形式。可以理解，配气机构亦可通过控制流入柱塞腔的油液量，来限定柱塞2相对于气门推杆1的轴向位移距离。

此外，请继续参见图1，本方案中气门推杆1的形状呈“T”字型，进油通道12和回油通道13位于竖直部，中间孔位于水平部，且中间孔的孔径大于竖直部的外径。

本方案中通过对气门推杆1的结构，以及其与柱塞2和控制模块3相对位置的限定，在保证发动机正常工作下对气门推杆1刚度要求的基础上，尽可能保证改进后配气机构整体体积变化较小，从而降低对安装控制要求。

当然，在满足调整气门关闭定时功能、加工工艺及装配工艺要求的基础上，本方案中气门推杆1亦可采用其他结构。

此外，本方案还对回油通道13、进油通道12、进油连接通道31和回油连接通道32的具体结构进行了限定。具体地，如图1所示，回油通道13、进油通道12、进油连接通道31和回油连接通道32均包括相互连通的油孔和油槽。其中，进油通道12和回油通道13的油槽为开设于气门推杆1竖直部外壁上的周向环形凹槽，该油槽通过油孔与柱塞腔连通；进油连接通道31和回油连接通道32的油槽为形成于控制模块3与气门推杆1配合孔孔壁上的周向环形凹槽，该油槽通过油孔与系统压力油路连通。

显然，本方案采用上述结构的回油通道13、进油通道12、进油连接通道31和回油连接通道32，一方面可避免气门推杆1和控制模块3发生相对转动后，进油通道12和进油连接通道31、回油通道13和回油连接通道32无法连通，而导致配气机构无法启动进气门延迟工作模式的问题，从而可提高配气机构工作可靠性和安全性；另一方面，在保证实现进气门正常关闭模式的基础上，可在油槽内留存部分油液，当进油通道12通过进油连接通道31与系统压力油路连通初期，油槽内油液进油油孔流入柱塞腔内，从而可加快配气机构的响应速度。

此外，需要说明的是，本方案中的系统压力油路中压力油液由固定连接于发动机上的油泵6提供，该油泵6的进油端与发动机的机油箱7连通，出油端与主开关阀4连通。

显然，本方案通过利用发动机自身携带的机油作为系统压力油路的油源，与设置独立油源相比，发动机的整体成本得到了降低、体积亦相应减小。

除上述配气机构外，本发明还提供一种发动机，该发动机包括固定连接的缸体和缸盖，以及用于开启缸盖上气门的配气机构，该配气机构具体为如上所述的结构。可以理解，该发动机的基本功能部件及工作原理与现有技术基本相同，本领域的技术人员基于现有技术完全可以实现，故本文不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具备气门晚关功能的配气机构，包括气门推杆(1)，其特征在于，所述气门推杆(1)具有缸孔(11)、进油通道(12)和回油通道(13)，所述配气机构还包括：

柱塞(2)，位于所述缸孔(11)内以形成柱塞缸，所述气门推杆(1)通过所述柱塞(2)驱动所述配气机构的气门动作，所述进油通道(12)和所述回油通道(13)与所述柱塞缸的柱塞腔连通；

控制模块(3)，用于与所述发动机的缸盖固定连接，所述气门推杆(1)穿过所述控制模块(2)并滑动密封配合，所述控制模块(3)还开设有进油连接通道(31)和与回油连接通道(32)；

主开关阀(4)，设置于系统压力油路和进油连接通道(31)之间；

所述系统压力油路和所述进油连接通道(31)断开，所述发动机位于气门正常关闭工作模式；所述系统压力油路和所述进油连接通道(31)导通时，所述发动机位于气门延迟关闭工作模式；

所述气门推杆(1)位于推程起始位置时，所述进油通道(12)和所述进油连接通道(21)断开，所述回油通道(13)和所述回油连接通道(22)导通，随着所述气门推杆(1)相对于所述控制模块(3)的位移，所述进油通道(12)和所述进油连接通道(31)导通，所述回油通道(13)和所述回油连接通道(32)断开，直至所述气门推杆(1)到达回程终止位置时，所述回油通道(13)和所述回油连接通道(32)导通。

2.根据权利要求1所述具备气门晚关功能的的配气机构，其特征在于，所述回油通道(13)和所述回油连接通道(32)的数量均为两个，两个所述回油连接通道(32)中一者与所述系统回油油路之间设置有辅助开关阀(5)。

3.根据权利要求1或2所述的配气机构，其特征在于，所述缸孔(11)具有两个限位部，以限定所述柱塞(2)相对于所述气门推杆(1)的轴向位移距离。

4.根据权利要求3所述具备气门晚关功能的的配气机构，其特征在于，所述缸孔(11)包括相互连通的三段依次连通的孔，三段所述孔的中间孔孔径大于另外两个所述孔孔径，所述柱塞(2)的柱塞头与所述中间孔配合，两个所述限位部形成于三段所述孔的连接处。

5.根据权利要求4所述具备气门晚关功能的的配气机构，其特征在于，所述气门推杆(1)的形状呈“T”字型，所述进油通道(12)和所述回油通道(13)位于竖直部，所述中间孔位于水平部，且所述中间孔的孔径大于所述竖直部的外径。

6.根据权利要求5所述具备气门晚关功能的的配气机构，其特征在于，所述进油通道(12)和所述进油连接通道(31)中至少一者包括相互连通的油孔和油槽，所述回油通道(13)和所述回油连接通道(32)中至少一者包括相互连通的油孔和油槽所述；

所述进油通道(12)和／或所述回油通道(13)的所述油槽为开设于所述气门推杆(1)外壁上的周向环形凹槽，所述油槽通过所述油孔与所述柱塞腔连通；

和／或所述进油连接通道(31)和／或所述回油连接通道(32)的所述油槽为开设于所述控制模块(3)与所述气推杆(1)配合孔孔壁上的周向环形凹槽，所述油槽通过所述油孔与所述系统压力油路连通。

7.根据权利要求6所述具备气门晚关功能的配气机构，其特征在于，所述系统压力油液的油源由固定连接于所述发动机上的油泵(6)提供，所述油泵(6)的进油端与所述发动机的机油箱(7)连通，其出油端与所述主开关阀(4)连通。

8.一种柴油发动机，包括发动机主体和配气机构，所述配气机构用于控制发动机气门的开启和关闭，其特征在于，所述配气机构具体为如权利要求1至7中任一项所述的配气机构。

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