CN103696823B - 电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其包括气门以及驱动气门回位的气门弹簧，所述的气门上串联设置有驱动所述气门启闭的电磁驱动机构和液压驱动机构；所述的电磁驱动机构包括安装于所述气门上的电磁阀；所述的液压驱动机构包括油箱，连接于油箱的液压泵，驱动液压泵运转的电机，设于液压泵出口的调压阀，以及安装于所述气门上的液压缸，所述液压缸与液压泵出口间连接设有电磁换向阀，在所述电磁换向阀与液压缸间串联设置有单向节流阀。本发明可避免单独的电磁驱动或者液压驱动形式的弊端，且气门控制机构的冲击振动小，噪音低，同时可对气门控制机构中的电磁机构进行冷却，提高了电磁机构的使用寿命。

Description

电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构

技术领域

本发明涉及一种发动机气门机构，尤其涉及一种电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构。

背景技术

目前实现气门机构全可变控制的技术方案包括电控液压驱动配气机构、电控磁力驱动配气机构和电控气动配气机构，这些配气机构可实现传统凸轮驱动机构无法实现的气门开启相位、关闭相位和升程大范围可变的特点，可使发动机进排气门的控制具有更大的柔性，可以实现发动机的多种燃烧模式，对改善发动机中低负荷工况下的燃烧具有很好的意义。但现有的电控液压驱动气门，由于电磁阀、液压机构和缓冲机构为分体安装，以及电磁阀内部线圈发热和液压结构密封等因素，限制了液压线路的额定流量和额定压力，导致气门响应速度慢。而电控磁力驱动气门机构虽然气门响应速度快，但也导致气门冲击振动大，落座噪音大等问题。另一方面由于气门的启闭频率高，运行时间长也会导致气门配气机构中的电磁阀发热量大，易因过热而损坏。

中国发明专利申请CN102877959A公开了一种发动机气门控制机构及其控制方法，该发动机气门控制机构包括气门机构、电磁机构、气门升程控制机构和液压机构；所述气门机构包括气门和固定于气门上端的活塞、气门衔铁；所述电磁机构包括上电磁铁、下电磁铁；所述气门升程控制机构包括驱动单元和可在驱动单元作用下上下移动的下电磁铁支撑架；所述液压机构包括液压腔，所述活塞活动安装于液压腔内，并将液压腔分隔成活塞上部的第一液压室和活塞下部的第二液压室，所述第一液压室与第一液压管路相通，所述第二液压室分别与第一液压管路和第二液压管路相通，其中第二液压室与第一液压管路之间设有第一电磁阀，第二液压室与第二液压管路之间设有第二电磁阀。该技术方案利用液压机构取代传统的气门弹簧，在气门下降时，依靠电磁铁驱动，液压机构的第一液压室和第二液压室相通而不发生作用，在气门开启到最大位置时，磁铁和气门衔铁接触，碰撞冲击振动大，噪音大，且电磁铁线圈通过的电流大，电磁线圈散热困难，电磁铁寿命低；在气门关闭时，依靠电磁铁和液压缸共同驱动，虽然减小了电磁铁线圈通过的电流，但由于电磁铁在气门工作时动作频率高，电磁铁产生热量累积，由于电磁线圈散热困难，致使电磁铁寿命降低，同时，气门在电磁铁和液压缸共同驱动作用下会导致气门落座冲击振动大，噪音大，虽然该方案中提出在气门接近气门上止点时控制下磁铁通电，以通过向气门衔铁施加向下的吸力而对气门产生一定的上行阻力，以此来控制气门的落座速度和冲击力，但由于气门工作时启闭频率很高，上述的控制方式难以产生有效作用，且该控制方式也会导致电磁铁线圈电流增大，产热量增加，从而会影响电磁特的使用寿命。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其可避免单独的电磁驱动或者液压驱动形式的弊端，且气门控制机构的冲击振动小，噪音低，同时可对气门控制机构中的电磁机构进行冷却，提高了电磁机构的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构包括气门以及驱动气门回位的气门弹簧，所述的气门上串联设置有驱动所述气门启闭的电磁驱动机构和液压驱动机构；所述的电磁驱动机构包括安装于所述气门上的电磁阀；所述的液压驱动机构包括油箱，连接于油箱的液压泵，驱动液压泵运转的电机，设于液压泵出口的调压阀，以及安装于所述气门上的液压缸，所述液压缸与液压泵出口间连接设有改变油路流向以驱动所述液压缸上行或下降的电磁换向阀，在所述电磁换向阀与液压缸间串联设置有单向节流阀，所述的单向节流阀包括并联相接的单向阀组件和节流阀组件。

采用上述的技术方案，由于在气门上串联设置有驱动气门启闭的电磁阀和液压缸，且在电磁换向阀与液压缸之间还串联设置有单向节流阀，所以，当气门开启时，电磁阀和液压缸共同驱动气门克服气门弹簧的阻力而打开，当气门关闭时，通过调整电磁阀和液压缸的控制方式，使得电磁阀和液压缸以及气门弹簧共同驱动气门关闭，由此在气门的驱动过程中便将电磁驱动机构响应速度快和液压驱动机构的过程平稳，冲击小的优点有机的结合在一起，同时也利用电磁驱动机构响应速度快弥补了液压驱动机构动作较慢的缺点，从而克服了单独使用电磁驱动机构和液压驱动机构时的弊端。

作为对上述方式的限定，所述电机经由离合器提供启停信号。将液压泵的驱动电机由离合器控制，在发动机启动时，离合器合上，通过电机驱动液压泵使得液压缸工作从而使得发动机正常开启，当发动机正常运行时，离合器分离，此时可通过发动机分动器传递的动力驱动液压泵继续工作，而在特殊工况当液压源的压力低于需求值时，也合上离合器启动电机为液压泵提供动力。

作为对上述方式的改进，在液压泵的出口还连接设有蓄能器。通过调压阀可控制液压泵的出口压力，而设置蓄能器则可消除液压泵流量周期变化产生的脉动，保证整个油路压力的平稳，同时在液压泵暂停时也可以作为紧急动力源。

作为对上述方式的改进，在液压泵的出口位于所述调压阀的后端串联设置有单向阀。设置单向阀可防止液压油工作端产生的液压压力波动的回传，以减少油路中的冲击波动。

作为对上述方式的限定，在所述单向阀与电磁换向阀之间串联设置有缓冲器。设置缓冲器可用于吸收液压油工作端产生的液压压力波动回传的能量，从而消除了在电磁换向阀切换及气门换向瞬间产生的液压冲击，以降低系统的振动，保护元件。

作为对上述方式的限定，所述的电磁换向阀为三位四通电磁换向阀，所述三位四通电磁换向阀的中位机能为U型相通，所述三位四通电磁换向阀的左位机能为液压缸下降，所述三位四通电磁换向阀的右位机能为液压缸上行。将三位四通电磁换向阀的中位机能设置为U型相通，在发动机启动时，电磁换向阀处于中位，液压缸上下腔互通压力相等，从而使得气门的位置可以确定，以消除发动机启动时气门初始位置不定引起的噪音。

作为对上述方式的改进，在所述缓冲器与电磁换向阀间串联设置有分流器，所述的电磁换向阀为三位五通电磁换向阀，所述三位五通电磁换向阀的中位机能为U型相通，所述三位五通电磁换向阀的左位机能为液压缸下降，所述三位五通电磁换向阀的右位机能为液压缸上行。在缓冲器与电磁换向阀间串联设置分流器，进一步减小了电磁换向阀和液压缸冲击波的回传，以保证系统的稳定。

作为对上述方式的改进，在所述电磁换向阀与液压泵间与所述单向节流阀并联设置有第一节流阀和第二节流阀。在单向节流阀处并联设置第一节流阀和第二节流阀，在气门启闭过程中，初始时由于增加了液压油的回油管路，从而可增加液压缸的动作速度，而当气门接近完全开启或气门将落座时，可通过第二节流阀、第一节流阀的依次关闭，从而使得液压缸回油管路的节流阻力逐渐增大，以使液压缸的运行速度逐渐降低，以此减小液压缸活塞和气门落座的冲击，减小了气门机构的振动和噪音。

作为对上述方式的限定，所述单向节流阀中的节流阀组件、第一节流阀、第二节流阀中的节流孔的设置采用黄金分割法确定。将节流阀组件、第一节流阀、第二节流阀的设置采用黄金分割法设置，即将三个节流孔间的位置采用黄金分割法来布置，使节流孔之间的距离采用黄金分割法依次递减，同时三个节流孔的大小也可采用黄金分割法依次递减，通过这种布置方式既可减少落座时间，也可减小落座时的冲击力。

作为对上述方式的限定，在所述电磁换向阀与油箱间的回油管路上设置有对所述电磁阀的线圈和电磁换向阀的线圈进行冷却的冷却机构。通过在回油管路上设置对电磁阀线圈和电磁换向阀线圈进行冷却的冷却机构，从而可对电磁线圈进行强制冷却，以降低电磁阀的问题，防止了电磁阀过热损坏，提高了电磁阀的寿命。

综上所述，采用本发明的技术方案，避免了单独的电磁驱动或者液压驱动形式的弊端，且气门控制机构的冲击振动小，噪音低，同时可对气门控制机构中的电磁机构进行冷却，提高了电磁机构的使用寿命。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为节流孔布置结构示意图；

图3为本发明实施例二的结构示意图；

图中：1、油箱；2、液压油滤清器；3、液压泵；4、调压阀；5、蓄能器；6、压力表；7、单向阀；8、缓冲器；9、分流器；10、控制单元；11、三位四通电磁换向阀；12、上部单向节流阀；121、上部节流阀组件；13、电磁阀；14、液压缸；15、上部第一节流阀；16、上部第二节流阀；17、下部第二节流阀；18、下部第一节流阀；19、下部单向节流阀；191、下部节流阀组件；20、离合器；21、电机；22、冷却机构；23、气门；24、锁夹；25、气门弹簧；26、气门座；27、三位五通电磁换向阀。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及一种电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，如图1所示，其包括气门23，以及驱动气门23回位的气门弹簧25，所述气门弹簧25通过锁夹24安装于气门23与气门座26之间。在气门23上串联设置有驱动气门23启闭的电磁驱动机构和液压驱动机构。

电磁驱动机构为连接于气门23顶端的电磁阀13，气门23通过与电磁阀13中的衔铁固连，从而可在电磁阀13电磁线圈产生的磁力作用下上下运动。

液压驱动机构包括油箱1，油箱1上安装有换气孔，液压泵3通过液压油滤清器2与油箱1相连，液压泵3的驱动端连接有驱动其运转的电机21，电机21为经由设置在离合器20上的常开触点控制启停，当离合器20合上时常开触点闭合电机21启动，当离合器20松开时常开触点断开电机21停止。此外液压泵3的驱动端也可与发动机的分动器相连，从而在发动机正常运转而离合器20分离时，可通过发动机的分动器继续驱动液压泵3运转。在液压泵3的出口连接设有调压阀4和蓄能器5，蓄能器5上安装有压力表6，以通过调压阀4对液压泵3出口的液压油压力进行定量调节。在调压阀4与蓄能器5的后端串联连接有单向阀7，单向阀7可防止液压油工作端冲击波动的回传，以保证管路内压力的稳定。在单向阀7的后端串联连接有缓冲器8，缓冲器8之后为三位四通电磁换向阀11，三位四通电磁换向阀11再通过上部单向节流阀12和下部单向节流阀19与设置在气门23上的液压缸14的上下腔相连。

本实施例中液压缸14为安装于气门23上方且位于电磁阀13的下方，当然其也可以安装于电磁阀13的上方。三位四通电磁换向阀11的左位机能为液压缸14下降以驱动气门23开启，三位四通电磁换向阀11的中位机能为U型相通，此时液压缸14上下腔相连通，三位四通电磁换向阀11的右位机能为液压缸14上行以驱动气门23关闭。三位四通电磁换向阀11与电磁阀13一起由控制单元10控制。上部单向节流阀12和下部单向节流阀19的结构相同，其均包括单向阀组件和节流阀组件，单向阀组件用于在三位四通电磁换向阀11处于左位机能时使液压油顺利通过上部单向节流阀12以驱动液压缸14下降，同时又使液压缸14的回程油经过下部单向节流阀19时只能通过节流阀组件，以此来使得液压缸14的动作过程更加平稳，从而可以有效抵消电磁阀13响应动作快而导致的液压缸活塞及气门23的落座冲击。在三位四通电磁换向阀11处于右位机能时情况同样如此。

为进一步减小液压缸14的活塞及气门23的落座冲击，在上部单向节流阀12的两端并联连接有上部第一节流阀15和上部第二节流阀16，在下部单向节流阀19的两端也并联连接有下部第一节流阀18和下部第二节流阀17，各节流阀均连接于液压缸14上，其具体结构如图2所示。为减少落座时间，同时也减小了落座时的冲击力，将上部第二节流阀16、上部第一节流阀15、上部单向节流阀12中的上部节流阀组件121的节流孔的位置采用黄金分割法布置，即三个节流孔间的距离采用黄金分割法依次递减布置，同时三个节流孔的孔径也可采用黄金分割法依次递减布置，下部第二节流阀17、下部第一节流阀18、下部单向节流阀19中的下部节流阀组件191的节流孔也采用同样的黄金分割法设置方式。在液压缸14的运行中，上部第二节流阀16、上部第一节流阀15、上部单向节流阀12中的上部节流阀组件121或下部第二节流阀17、下部第一节流阀18、下部单向节流阀19中的下部节流阀组件191将被液压缸14的活塞依次封堵而关闭，从而可使液压缸14回油的节流阻力增加，使得液压缸14运行速度逐步减低，以减小液压缸14活塞和气门23的落座冲击。

在三位四通电磁换向阀11与油箱1间的回油管路上还设置有冷却机构22，冷却机构22包括包覆在电磁阀13的电磁线圈和三位四通电磁换向阀11的电磁线圈之上的回油管路，以及对回油管路中的液压油进行冷却的冷却元件。冷却元件由控制单元10控制，可根据发动机的工况，以及回程油路中液压油的温度对回程油路中的液压油进行冷却。

本全可变气门机构的工作过程是这样的，在发动机启动时，离合器20合上，通过电机21驱动液压泵3运转，液压缸14工作与电磁阀13和气门弹簧25一起驱动气门23开始工作，发动机正常运行时，离合器20分离，此时通过发动机分动器传递的动力继续驱动液压泵3运转。电磁阀13和三位四通电磁换向阀11的电磁线圈通过三位四通电磁换向阀11与油箱1间的回程油路进行冷却，当回程油路中的液压油温度高于35°时，冷却元件启动。

当发动机关闭时，离合器20断开，全可变气门机构停止工作，当回程油路中的液压油温度低于45°时冷却元件关闭。

在发动机运行中，当气门23开启时，由控制单元10控制，三位四通电磁换向阀11处于左位机能，液压油主要经过上部单向节流阀12中的单向阀组件进入液压缸14的上腔，液压缸14下腔中的液压油通过下部单向节流阀19中的节流阀组件和下部第一节流阀18、下部第二节流阀17经由三位四通电磁换向阀11回到油箱1。液压缸14的液压压力和电磁阀13的电磁力共同驱动气门23克服气门弹簧25的阻力，气门23开启。当气门23向下运行到接近下止点时，下部第二节流阀17和下部第一节流阀18、下部节流阀组件191被液压缸14的活塞依次封堵而关闭，液压缸14下腔回油的节流阻力增加，从而使得液压缸14运行速度逐步减低，以减小液压缸14活塞和气门23的落座冲击，最后气门23完全开启。

当气门23关闭时，由控制单元10控制，三位四通电磁换向阀11处于右位机能，液压油主要经过下部单向节流阀19中的单向阀组件进入液压缸14的下腔，液压缸14上腔中的液压油通过上部单向节流阀12中的节流阀组件和上部第一节流阀15、上部第二节流阀16经由三位四通电磁换向阀11回到油箱1。液压缸14的液压压力和电磁阀13的电磁力以及气门弹簧25的弹性回复力共同驱动气门23上行关闭。当气门23向上运行到接近上止点时，上部第二节流阀16和上部第一节流阀15、上部节流阀组件121被液压缸14的活塞依次封堵而关闭，液压缸14上腔回油的节流阻力增加，从而使得液压缸14运行速度逐步减低，以减小液压缸14活塞和气门23的落座冲击，最后气门23完全关闭。

实施例二

本实施例涉及一种电磁液压双驱动的全可变气门机构，如图3所示，其具有和实施例一中大致相同的结构，不同之处在于，在缓冲器8和电磁换向阀之间还串联设置有分流器9，以进一步减小由于电磁换向阀和液压缸14的切换而产生的液压冲击回传。此时的电磁换向阀为三位五通电磁换向阀27，三位五通电磁换向阀27的左位机能为液压缸14下降，三位五通电磁换向阀27的右位机能为液压缸14上行，而三位五通电磁换向阀27的中位机能也同为U型相通，此时液压缸14的上下腔通过三位五通电磁换向阀27在分流器9处相连通，液压缸14的上下腔可同时充满油液，保证了气门23上行和下降时缓冲机理有效。在三位五通电磁换向阀27与油箱1间的回油管路上依然设有冷却机构22。全可变气门机构的工作过程也同实施例一中大致相同。

Claims (9)

1.一种电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，包括气门以及驱动气门回位的气门弹簧，其特征在于：所述的气门上串联设置有驱动所述气门启闭的电磁驱动机构和液压驱动机构；所述的电磁驱动机构包括安装于所述气门上的电磁阀；所述的液压驱动机构包括油箱，连接于油箱的液压泵，驱动液压泵运转的电机，设于液压泵出口的调压阀，以及安装于所述气门上的液压缸，所述液压缸与液压泵出口间连接设有改变油路流向以驱动所述液压缸上行或下降的电磁换向阀，在所述电磁换向阀与液压缸间串联设置有单向节流阀，所述的单向节流阀包括并联相接的单向阀组件和节流阀组件；在所述电磁换向阀与液压泵间与所述单向节流阀并联设置有第一节流阀和第二节流阀。

2.根据权利要求1所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：所述电机经由离合器提供启停信号。

3.根据权利要求1所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：在液压泵的出口还连接设有蓄能器。

4.根据权利要求1所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：在液压泵的出口位于所述调压阀的后端串联设置有单向阀。

5.根据权利要求4所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：在所述单向阀与电磁换向阀之间串联设置有缓冲器。

6.根据权利要求5所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：所述的电磁换向阀为三位四通电磁换向阀，所述三位四通电磁换向阀的中位机能为U型相通，所述三位四通电磁换向阀的左位机能为液压缸下降，所述三位四通电磁换向阀的右位机能为液压缸上行。

7.根据权利要求5所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：在所述缓冲器与电磁换向阀间串联设置有分流器，所述的电磁换向阀为三位五通电磁换向阀，所述三位五通电磁换向阀的中位机能为U型相通，所述三位五通电磁换向阀的左位机能为液压缸下降，所述三位五通电磁换向阀的右位机能为液压缸上行。

8.根据权利要求1所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：所述单向节流阀中的节流阀组件、第一节流阀、第二节流阀中的节流孔的位置设置采用黄金分割法确定。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构，其特征在于：在所述电磁换向阀与油箱间的回油管路上设置有对所述电磁阀的线圈和电磁换向阀的线圈进行冷却的冷却机构。