CN103670570B - 一种双向弹簧缓冲的可变气门系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向弹簧缓冲的可变气门系统，所述系统主要由壳体、致动活塞、缓冲活塞、两个活动挡板、缓冲弹簧、两个电磁阀、发动机气门组成，利用电磁阀控制可变气门系统的开启与关闭，利用缓冲弹簧与两个可移动挡板进行落座与最大升程处的缓冲，利用缓冲活塞控制缓冲弹簧的预紧力，从而在缓冲过程中，能够根据不同的供油压力实现与之相适应的缓冲效果，本发明适应范围广，能耗低，控制简单，实现可变气门系统高响应性与高可靠性，有利于可变配气技术在发动机上的推广。

Description

一种双向弹簧缓冲的可变气门系统

技术领域

本发明涉及一种发动机可变气门液压缓冲机构。

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。

克服这种性能限制的一个途径是如中国专利（申请号CN102606251）中所述，在电液系统中加入一对相对的弹簧，其与系统的运动质量一起来产生弹簧质量谐振或摆动系统，可以实现较高的系统响应和较好的缓冲，然而其气门弹簧的固定导致最大升程处必须要采用额外缓冲，因此其也采用小孔节流原理，不能随着供油压力的变化而实现最佳的缓冲。

发动机供油压力一般是可变的，在低转速下供油压力较低，在高转速下供油压力较高，如果在实际过程中只针对最大供油压力优化，必然会导致额外的能量损失，因此最佳的缓冲策略是根据不同的供油压力实现不同的弹簧缓冲力。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种双向弹簧缓冲的可变气门系统，该系统主要由壳体、致动活塞、缓冲活塞、两个可移动挡板、缓冲弹簧、电磁阀构成，利用电磁阀控制可变气门系统的开启与关闭，利用缓冲弹簧与两个可移动挡板进行落座与最大升程处的缓冲，利用缓冲活塞控制缓冲弹簧的预紧力，从而在缓冲过程中，可以根据不同的供油压力下能够实现与之相适应的缓冲效果，本发明适应范围广，能耗低，控制简单，有利于可变配气技术在发动机上的推广。

为了解决上述技术问题，本发明一种双向弹簧缓冲的可变气门系统，包括壳体、第一液压油通道、第二液压油通道和第三液压油通道；所述壳体包括上腔体和下腔体，所述上腔体内设有可沿轴向移动的致动活塞，与所述致动活塞相连的活塞杆贯穿下腔体后与发动机气门连接；所述壳体的壁上设有用于连通第一液压油通道和致动活塞上部液压腔的油孔、用于连通第二液压油通道和致动活塞下部液压腔的油孔、用于连接至第三液压油通道的油孔；所述活塞杆的上部设有第一环形凹槽，在气门回落缓冲时始终与所述第三液压油通道相通，所述活塞杆的下部设有第二环形凹槽；所述下腔体中设有自上而下地套在活塞杆上的第一固定挡圈、第一活动挡板、缓冲弹簧、缓冲活塞、第二活动挡板和第二固定挡圈；所述第一活动挡板、所述缓冲活塞和第二活动挡板与所述活塞杆滑动配合，所述缓冲活塞和第二活动挡板配合；所述第一固定挡圈与所述第二固定挡圈固定与所述活塞杆上，所述第一固定挡圈用于限制所述第一活动挡板的顶端位置，所述第二固定挡圈用于限制所述第二活动挡板的底端位置；在所述致动活塞处于轴向最上端时，所述第一活动挡板未与第一固定挡圈接触；在所述致动活塞处于轴向最下端时，所述第二活动挡板未与所述第二固定挡圈接触；所述缓冲活塞、所述第二活动挡板和所述活塞杆三者之间形成一封闭的可移动液压腔；所述缓冲活塞横截面积大于所述致动活塞横截面积；所述第一环形凹槽中设有第一油孔，所述第二环形凹槽中设有第二油孔，所述第一油孔和第二油孔之间设有通道，所述第二油孔与所述可移动液压腔相通；所述第一液压油通道和所述第二液压油通道与一两位四通电磁阀连接，所述第一液压油通道、所述第二液压油通道和两位四通电磁阀一起控制所述致动活塞的轴向移动，所述第三液压油通道与一两位两通电磁阀连接，所述第三液压油通道和两位两通电磁阀一起控制所述缓冲活塞的轴向移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为双向弹簧缓冲的可变气门系统，在缓冲过程中，取消传统节流阀的应用，可以根据不同的供油压力下能够实现与之相适应的缓冲效果，适应范围广，能耗低，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是本发明双向弹簧缓冲的可变气门系统初始状态（气门关闭）的原理图；

图2是本发明双向弹簧缓冲的可变气门系统最大升程时的原理图；

图3是本发明双向弹簧缓冲的可变气门系统落座缓冲时的原理图；

图中：

1-壳体2-致动活塞3-活塞杆4-第一环形凹槽

5-第一油孔6-第一固定挡圈7-第一活动挡板8-缓冲弹簧

9-缓冲活塞10-第二活动挡板11-第二固定挡圈12-发动机气门

13-第二油孔14-第二环形凹槽15-第三液压油通道16-第二液压油通道

17-两位两通电磁阀18-低压油源19-高压油源

20-两位四通电磁阀21-第一液压油通道。

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，本发明一种双向弹簧缓冲的可变气门系统，包括壳体1，从顶部到底部方向依次布置的第一液压油通道21、第二液压油通道16和第三液压油通道15，所述壳体的壁上设有用于连通第一液压油通道21和致动活塞2上部液压腔的油孔、用于连通第二液压油通道16和致动活塞2下部液压腔的油孔、用于连接至第三液压油通道15的油孔；还包括有两个电磁阀，分别为两位四通电磁阀20和两位两通电磁阀17，所述第一液压油通道21与所述第二液压油通道16由两位四通电磁阀20进行进回油的控制，所述第三液压油通道15由两位两通电磁阀17进行进回油的控制，高压油源19与低压油源18分别给两位两通电磁阀17与两位四通电磁阀20提供压力，所述高压油源19能够提供整个可变气门系统运动的压力，所述低压油源18与大气压力相当。

所述壳体1包括上腔体和下腔体，所述上腔体内设有可沿轴向（即图1中的纵向方向）上下移动的致动活塞2，与所述致动活塞2相连的活塞杆3贯穿下腔体后与发动机气门12固定连接；所述活塞杆3的上部设有第一环形凹槽4，在气门回落缓冲时始终与所述第三液压油通道相通所述活塞杆3的下部设有第二环形凹槽14，所述第一环形凹槽4中设有第一油孔5，所述第一环形凹槽4可以保证在活塞杆3的运动过程中，所述第一环形凹槽4中的第一油孔5始终或者在大部分运动过程中与所述第三液压油通道15相通，所述第一液压油通道21、所述第二液压油通道16和两位四通电磁阀20一起控制所述致动活塞2的轴向移动，

所述下腔体中设有自上而下地套在活塞杆3上的第一固定挡圈6、第一活动挡板7、缓冲弹簧8、缓冲活塞9、第二活动挡板10和第二固定挡圈11；所述第一活动挡板7、所述缓冲活塞9和第二活动挡板10与所述活塞杆3滑动配合，所述缓冲活塞9和第二活动挡板10配合，所述缓冲活塞9横截面积大于所述致动活塞2横截面积（保证缓冲力大于气门推动力）；所述第一固定挡圈6与所述第二固定挡圈11固定与所述活塞杆3上，所述第一固定挡圈6用于限制所述第一活动挡板7的顶端位置（即限制了第一活动挡板7移动的上限），所述第一活动挡板7与所述壳体1接触决定了整个可变气门系统落座时的缓冲距离；所述第二固定挡圈11用于限制所述第二活动挡板10的底端位置（即限定了第二活动挡板10移动的下限），所述第二活动挡板10与所述壳体1接触，决定了整个可变气门系统最大升程时的缓冲距离。

在所述致动活塞2处于轴向最上端时，所述第一活动挡板7未与第一固定挡圈6接触；在所述致动活塞2处于轴向最下端时，所述第二活动挡板10未与所述第二固定挡圈11接触，所述第一活动挡板7和所述第二活动挡板10可以沿着所述活塞杆3上下移动，所述第一活动挡板7通过缓冲弹簧8、缓冲活塞9与第二活动挡板10互相作用，所述缓冲弹簧8提供一定的预紧力，所述缓冲活塞9可以沿着所述活塞杆3上下移动，所述缓冲活塞9、所述第二活动挡板10和所述活塞杆3三者之间形成一封闭的可移动液压腔；所述第二环形凹槽14中设有第二油孔13，所述第一油孔5和第二油孔13之间设有通道，所述第二油孔5与所述可移动液压腔相通，第二环形凹槽14恰好设置在可移动液压腔与所述活塞杆3接触的表面处，所述第二环形凹槽14可以保证在所述活塞杆3与所述缓冲活塞9、所述第二活动挡板10相互运动时，所述第一油孔5始终与所述缓冲活塞9相互接触，所述第三液压油通道15和两位两通电磁阀17一起控制所述缓冲活塞9的轴向移动。

本发明可变气门系统的工作过程如下：

图1为本发明可变气门系统初始状态（气门关闭）下的原理图，此时，所述两位四通电磁阀20处于下位机能（如图纵向方向），所述第一液压油通道21回油，所述第二液压油通道16进油，所述致动活塞2向上压紧所述壳体1，所述两位两通电磁阀17处于下位机能，所述第三液压油通道15依次连接于所述第一油孔5，第二油孔13，所述缓冲活塞9，处于回油状态，所述第一活动挡板7在所述缓冲弹簧8的作用力下与所述壳体1压紧相连，提供活塞杆向下作用力。

当气门从关闭到开启的过程中，所述两位四通电磁阀20处于上位机能，所述两位两通电磁阀17处于上位机能，所述第一液压油通道21进油，所述第二液压油通道16回油，所述致动活塞2向下运动，所述第三液压油通道15依次连接于所述第一油孔5，第二油孔13，所述缓冲活塞9，处于进油状态，所述缓冲活塞9在液压油的作用下沿着所述活塞杆3压缩所述缓冲弹簧8，提供更大的压缩力，所述第一活动挡板7在离开所述外壳1之前额外提供给所述活塞杆3一个压缩力，加速气门运动。

当气门将达到最大升程时，如图2所示，所述第二活动挡板10与所述外壳1内部接触，所述缓冲活塞9与所述缓冲弹簧8一起提供缓冲力，气门快速而平稳达到最大升程。

当气门从最大升程开始回落时，此时所述两位四通电磁阀20处于下位机能，所述两位两通电磁阀17处于上位机能，所述第二活动挡板10与所述外壳1内部逐渐脱离，气门在所述致动活塞2带动下与所述缓冲弹簧反弹下快速回落。

当气门将要落座时，进入缓冲阶段，如图3所示，此时所述第一活动挡板7逐渐接触所述外壳1内部，所述缓冲活塞9与所述缓冲弹簧8一起提供缓冲力，气门逐渐降低落座速度。

当气门确定落座时，所述两位两通电磁阀17处于下位机能，所述第三液压油通道15依次连接于所述第一油孔5，第二油孔13，所述缓冲活塞9，处于回油状态，此时的缓冲弹簧给予第一活动挡板7的反向力不足以克服所述致动活塞2向上的力，从而气门彻底关闭。

所述第一活动挡板7在所述缓冲弹簧8的作用力下与所述壳体1压紧相连，提供活塞杆向下作用力以实现下一过程中的迅速开启。

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，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种双向弹簧缓冲的可变气门系统，包括壳体(1)、第一液压油通道(21)、第二液压油通道(16)和第三液压油通道(15)，其特征在于，

所述壳体(1)包括上腔体和下腔体，所述上腔体内设有可沿轴向移动的致动活塞(2)，与所述致动活塞(2)相连的活塞杆(3)贯穿下腔体后与发动机气门(12)连接；所述壳体的壁上设有用于连通第一液压油通道(21)和致动活塞(2)上部液压腔的油孔、用于连通第二液压油通道(16)和致动活塞(2)下部液压腔的油孔、用于连接至第三液压油通道(15)的油孔；所述活塞杆(3)的上部设有第一环形凹槽(4)，在气门回落缓冲过程中始终与所述第三液压油通道(15)相通，所述活塞杆(3)的下部设有第二环形凹槽(14)；

所述下腔体中设有自上而下地套在活塞杆(3)上的第一固定挡圈(6)、第一活动挡板(7)、缓冲弹簧(8)、缓冲活塞(9)、第二活动挡板(10)和第二固定挡圈(11)；所述第一活动挡板(7)、所述缓冲活塞(9)和第二活动挡板(10)与所述活塞杆(3)滑动配合，所述缓冲活塞(9)和所述第二活动挡板(10)配合，所述缓冲活塞(9)横截面积大于所述致动活塞(2)横截面积；所述第一固定挡圈(6)与所述第二固定挡圈(11)固定于所述活塞杆(3)上，所述第一固定挡圈(6)用于限制所述第一活动挡板(7)的顶端位置，所述第二固定挡圈(11)用于限制所述第二活动挡板(10)的底端位置；在所述致动活塞(2)处于轴向最上端时，所述第一活动挡板(7)未与第一固定挡圈(6)接触；在所述致动活塞(2)处于轴向最下端时，所述第二活动挡板(10)未与所述第二固定挡圈(11)接触；

所述缓冲活塞(9)、所述第二活动挡板(10)和所述活塞杆(3)三者之间形成一封闭的可移动液压腔；所述第一环形凹槽(4)中设有第一油孔(5)，所述第二环形凹槽(14)中设有第二油孔(13)，所述第一油孔(5)和第二油孔(13)之间设有通道，所述第二油孔(13)与所述可移动液压腔相通；

所述第一液压油通道(21)和所述第二液压油通道(16)与一两位四通电磁阀(20)连接，所述第一液压油通道(21)、所述第二液压油通道(16)和两位四通电磁阀(20)一起控制所述致动活塞(2)的轴向移动，所述第三液压油通道(15)与一两位两通电磁阀(17)连接，所述第三液压油通道(15)和两位两通电磁阀(17)一起控制所述缓冲活塞(9)的轴向移动。