CN103953411B - 两级增压气阀式排气机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供两级增压气阀式排气机构，通过伺服油液压驱动排气阀的开启与关闭，采用一级活塞与二级活塞分别以不同的增压比对增压室内的伺服油进行增压，在排气阀的开启过程中实现不同的驱动压力控制，进而驱动排气阀开启，通过三位三通电磁换向阀控制PA和AT高压伺服油油路与低压伺服油油路的通断，可以实现排气阀的排气定时、排气持续角和排气阀升程可控。本发明结构简单，对排气阀控制的自由度大，能进一步改善内燃机的排放和燃料的经济性，有利于提高内燃机的动力性能。

Description

两级增压气阀式排气机构

技术领域

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是发动机的排气机构。

背景技术

在内燃机的工作过程中，每完成一个工作循环都必须把废气排出气缸，把新鲜空气吸入气缸，进、排气过程必须严格按照内燃机的定时要求进行，在多缸内燃机中，还要按照规定的发火次序来进行，以保证内燃机在最佳工况下运转。排气系统是内燃机配气系统的重要组成部分，其主要作用是在规定的时间内把燃烧后的废气排出燃烧室，排气相位和排气持续角对燃油的经济性、内燃机功率及排放都有很大影响。现有的机械式排气系统排气相位和气门升程固定不变，只能保证某一工况下性能达到最佳，这对使用工况变化频繁的内燃机是不利的。再者，由于其采用机械传动机构，存在凸轮易于磨损破坏、机械传动机构工作噪声大和加工精度要求高及排气阀控制精度差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供工作噪声小、排气相位可控、排气持续角和排气阀升程可变的两级增压气阀式排气机构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明两级增压气阀式排气机构，其特征是：包括排气单元、增压器、伺服油箱、三位三通电磁换向阀，排气单元包括活塞套、液压活塞、复位弹簧套、排气阀、排气阀外壳，液压活塞安装在活塞套里并与活塞套上壁之间形成液压腔，活塞套固定在复位弹簧套上，复位弹簧套固定在排气阀外壳上，复位弹簧套里安装复位弹簧和复位弹簧座，复位弹簧设置在复位弹簧座和排气阀壳体之间，排气阀的阀杆端部安装在液压活塞里，排气阀的阀头与排气阀壳体上的排气阀座相配合；增压器包括增压器体、一级活塞、二级活塞、液压柱塞，增压器体里为中空结构，增压器体上分别开有伺服油出口、低压伺服油进口、伺服油进口，增压器体中空结构的顶端分别与伺服油出口、低压伺服油进口相连通，一级活塞、二级活塞、液压柱塞自下而上依次安装在增压器体里，一级活塞下端与增压器体形成伺服油腔，一级活塞下端开有伺服油通孔，伺服油通孔、伺服油腔、伺服油进口相连通，液压柱塞与增压器体中空结构的顶端之间形成增压室；伺服油进口连通三位三通电磁换向阀，三位三通电磁换向阀分别通过低压伺服油管和高压伺服油管连通液压油箱，高压伺服油管上安装伺服滤清器、伺服油输油泵、高压伺服油泵，低压伺服油管连通低压伺服油进油管，低压伺服油进油管上安装伺服油吸油单向阀，低压伺服油进油管连通低压伺服油进口。

本发明还可以包括：

1、一级活塞位于伺服油腔一端的横截面积大于其另一端的横截面积，伺服油进口邻近一级活塞端的剖面形状为梯形。

2、伺服油通孔邻近二级活塞端的横截面面积大于液压柱塞的横截面面积，伺服油通孔邻近二级活塞端的剖面形状为梯形。

3、一级活塞的横截面积大于二级活塞的横截面积，二级活塞的横截面积大于液压柱塞的横截面积。

本发明的优势在于：本发明通过增压器上的一级活塞与二级活塞分别以不同的增压比对液压柱塞上面的增压室内的伺服油进行增压，进而在排气阀开启的过程中以不同的增压压力驱动，采用电磁阀控制伺服油腔内伺服油的流通方向，可以实现排气阀排气相位、持续角和升程可变。本发明结构简单，对排气阀控制的自由度大，能灵活的控制排气定时和排气持续角，可以实现排气阀升程可变，能进一步改善内燃机的排放和燃油的经济性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为增压室内压力变化曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明由液压油管1、液压腔2、排气阀液压活塞3、排气阀4、排气阀复位弹簧座5、排气阀复位弹簧6、排气口7、排气阀阀座8、增压室9、液压柱塞10、二级活塞11、一级活塞12、伺服油腔13、三位三通电磁换向阀14、高压伺服油泵15、伺服油输油泵16、伺服油滤清器17、伺服油箱18、低压伺服油管19、伺服油进口20、伺服油通孔21、伺服油吸油单向阀22、增压器体23、低压伺服油进口24和伺服油出口25组成。其特征是：一级活塞12和增压器体23之间形成伺服油腔13，伺服油腔13通过增压器体23上开有的伺服油进口20与高压伺服油管相连通，一级活塞12可以在增压器体23内往复滑动，一级活塞12作为二级活塞11的活塞套与二级活塞11相连，二级活塞11可以在一级活塞12内往复滑动，一级活塞12上开有伺服油通孔21，伺服油通过伺服油通孔21连通伺服油腔13和由于二级活塞11滑动时与一级活塞12之间形成的伺服油液压腔，液压柱塞10由于增压室9内伺服油的液压力作用与二级活塞11紧密相连，液压柱塞10与增压器体23之间形成增压室9，增压室9通过增压器体23上开有的低压伺服油进口24连通伺服油吸油单向阀22，伺服油吸油单向阀22通过低压伺服油管19与伺服油箱18相连通，增压室9通过伺服油出口25与液压油管1相连通，液压油管1与排气阀液压活塞3上端的液压腔2相连通，排气阀液压活塞3上端由于液压腔2内伺服油的液压力作用紧连排气阀4，排气阀复位弹簧座5被固定在排气阀4的阀杆上，随之一起运动，排气阀复位弹簧6压紧在排气阀复位弹簧座5上，排气阀4通过排气阀阀座8限位。

图1为本发明两级增压气阀式排气机构的整体结构示意图，包括液压油管1、液压腔2、排气阀液压活塞3、排气阀4、排气阀复位弹簧座5、排气阀复位弹簧6、排气口7、排气阀阀座8、增压室9、液压柱塞10、二级活塞11、一级活塞12、伺服油腔13、三位三通电磁换向阀14、高压伺服油泵15、伺服油输油泵16、伺服油滤清器17、伺服油箱18、低压伺服油管19、伺服油进口20、伺服油通孔21、伺服油吸油单向阀22、增压器体23、低压伺服油进口24和伺服油出口25。一级活塞12和增压器体23之间形成伺服油腔13，伺服油腔13通过增压器体23上开有的伺服油进口20与高压伺服油管相连通，此段高压伺服油管连通三位三通电磁换向阀14的A口，三位三通电磁换向阀14的P口通过伺服油管分别连接高压伺服油泵15、伺服油输油泵16、伺服油滤清器17和伺服油箱18，三位三通电磁换向阀14的T口通过低压伺服油管19与伺服油箱18连通，一级活塞12可以在增压器体23内往复滑动，一级活塞12作为二级活塞11的活塞套与二级活塞11相连，二级活塞11可以在一级活塞12内往复滑动，一级活塞12上开有伺服油通孔21，如图1所示，伺服油通孔21靠近二级活塞11一端的剖面形状为梯形，伺服油通孔21的最大开口处的面积大于液压柱塞10的横截面积，以便于伺服油快速的通过二级活塞11对增压室9内的伺服油进行增压，伺服油通过伺服油通孔21连通伺服油腔13和由于二级活塞11滑动时与一级活塞12之间形成的伺服油液压腔，液压柱塞10由于增压室9内伺服油的液压力作用与二级活塞11紧密相连，液压柱塞10与增压器体23之间形成增压室9，增压室9通过增压器体23上开有的低压伺服油进口24连通伺服油吸油单向阀22，伺服油吸油单向阀22通过低压伺服油管19与伺服油箱18相连通，增压室9通过伺服油出口25与液压油管1相连通，液压油管1与排气阀液压活塞3上端的液压腔2相连通，排气阀液压活塞3上端由于液压腔2内伺服油的液压力作用紧连排气阀4，排气阀复位弹簧座5被固定在排气阀4的阀杆上，随之一起运动，排气阀复位弹簧6压紧在排气阀复位弹簧座5上，排气阀4通过排气阀阀座8限位。当三位三通电磁换向阀14处在中位时，A、P、T彼此间均不连通，增压器体23内的各个活塞都保持初始位置，不运动；当三位三通电磁换向阀14换向到右位时，PA通路接通，伺服油箱18中的伺服油经由伺服油滤清器17由伺服油输油泵16输入到高压伺服油泵15，在高压伺服油泵15内增压后的伺服油流经三位三通电磁换向阀14，流过高压伺服油管由伺服油进口20流入伺服油腔13，由于一级活塞12的面积大于二级活塞11的面积，二级活塞11的面积大于液压柱塞10的面积，随着伺服油腔13内不断的供入高压伺服油，一级活塞12带动二级活塞11推动液压柱塞10向上运动，此时，增压室9内的低压伺服油被一级活塞12增压，当增压室9内伺服油的压力大于排气阀复位弹簧6和气缸内气体对排气阀4向上的压力之和时排气阀4脱离排气阀阀座8，排气阀4开始开启；而在排气阀4从刚开启到达到最大升程的开启过程中，随着排气阀4与排气阀阀座8距离的增大，气门开口面积增大，气缸内气体通过排气口7的排出量增加，缸内气体压力降低，排气阀4所受向上的气体压力减小，此时，如果继续按一个增压比对增压室9内的伺服油增压势必要求高压伺服油泵15不断供入高压的伺服油，造成额外的机械做功损失和高压伺服油能量的损失，所以本发明在排气阀4从刚开启到达到最大升程的开启过程中用一级活塞12和二级活塞11分别对增压室9内的伺服油进行增压驱动，当一级活塞12增压驱动液压柱塞10至排气阀4开启到一定升程后即被限位，一级活塞12停止继续向上运动，此时，伺服油通过一级活塞12上开有的伺服油通孔21驱动二级活塞11继续向上增压增压室9内的伺服油，推动排气阀液压活塞3连同排气阀4继续向下运动，直至排气阀4达到最大升程完全开启。当三位三通电磁换向阀14换向到左位时，AT通路接通，伺服油腔13中的高压伺服油迅速经过三位三通电磁换向阀14流经低压伺服油管19流回到伺服油箱18中，此时，增压室9内增压后的伺服油推动液压柱塞10带动二级活塞11推动一级活塞12落座到最低位置，液压腔2内的增压后的伺服油压力迅速降低，排气阀4在排气阀复位弹簧6的弹力作用下重新落座至排气阀阀座8上，由于排气阀4各个部分都会存在伺服油的泄漏，所以增压室9、液压油管1和液压腔2内的伺服油通过伺服油吸油单向阀22从伺服油箱18中进行伺服油的补充。图2为本发明两级增压气阀式排气机构增压室9内伺服油压力随着时间变化曲线的示意图。本发明通过一级活塞12和二级活塞11与液压柱塞10的不同的增压比，可以实现在排气阀4开启过程中不同的增压压力控制，通过控制三位三通电磁换向阀14PA、AT油路的通断时刻，可以控制排气阀4的排气定时、排气持续角和排气阀4的升程，能进一步改善燃料的经济性和内燃机的排放，提高了内燃机的动力性能。

本发明两级增压气阀式排气机构包括液压油管、液压腔、排气阀液压活塞、排气阀、排气阀复位弹簧座、排气阀复位弹簧、排气口、排气阀阀座、增压室、液压柱塞、二级活塞、一级活塞、伺服油腔、三位三通电磁换向阀、高压伺服油泵、伺服油输油泵、伺服油滤清器、伺服油箱、低压伺服油管、伺服油进口、伺服油通孔、伺服油吸油单向阀、增压器体、低压伺服油进口和伺服油出口。一级活塞和增压器体之间形成伺服油腔，伺服油腔通过增压器体上开有的伺服油进口与高压伺服油管相连通，一级活塞可以在增压器体内往复滑动，一级活塞作为二级活塞的活塞套与二级活塞相连，二级活塞可以在一级活塞内往复滑动，一级活塞上开有伺服油通孔，液压柱塞与二级活塞紧密相连，液压柱塞与增压器体之间形成增压室，增压室通过增压器体上开有的低压伺服油进口连通伺服油吸油单向阀，增压室通过伺服油出口与液压油管相连通。

增压器体上开有的伺服油进口靠近一级活塞端的横截面积大于远离一级活塞端的横截面积，伺服油进口靠近一级活塞端的剖面形状为梯形。

一级活塞上开有的伺服油通孔靠近二级活塞端的横截面面积大于液压柱塞的横截面面积，伺服油通孔靠近二级活塞端的剖面形状为梯形。

一级活塞的横截面积大于二级活塞的横截面积，二级活塞的横截面积大于液压柱塞的横截面积。

Claims (3)

1.两级增压气阀式排气机构，其特征是：包括排气单元、增压器、伺服油箱、三位三通电磁换向阀，排气单元包括活塞套、液压活塞、复位弹簧套、排气阀、排气阀外壳，液压活塞安装在活塞套里并与活塞套上壁之间形成液压腔，活塞套固定在复位弹簧套上，复位弹簧套固定在排气阀外壳上，复位弹簧套里安装复位弹簧和复位弹簧座，复位弹簧设置在复位弹簧座和排气阀壳体之间，排气阀的阀杆端部安装在液压活塞里，排气阀的阀头与排气阀壳体上的排气阀座相配合；增压器包括增压器体、一级活塞、二级活塞、液压柱塞，增压器体里为中空结构，增压器体上分别开有伺服油出口、低压伺服油进口、伺服油进口，增压器体中空结构的顶端分别与伺服油出口、低压伺服油进口相连通，一级活塞、二级活塞、液压柱塞自下而上依次安装在增压器体里，一级活塞下端与增压器体形成伺服油腔，一级活塞下端开有伺服油通孔，伺服油通孔、伺服油腔、伺服油进口相连通，液压柱塞与增压器体中空结构的顶端之间形成增压室；伺服油进口连通三位三通电磁换向阀，三位三通电磁换向阀分别通过低压伺服油管和高压伺服油管连通液压油箱，高压伺服油管上安装伺服滤清器、伺服油输油泵、高压伺服油泵，低压伺服油管连通低压伺服油进油管，低压伺服油进油管上安装伺服油吸油单向阀，低压伺服油进油管连通低压伺服油进口；

一级活塞位于伺服油腔一端的横截面积大于其另一端的横截面积，伺服油进口邻近一级活塞端的剖面形状为梯形。

2.根据权利要求1所述的两级增压气阀式排气机构，其特征是：伺服油通孔邻近二级活塞端的横截面面积大于液压柱塞的横截面面积，伺服油通孔邻近二级活塞端的剖面形状为梯形。

3.根据权利要求1或2所述的两级增压气阀式排气机构，其特征是：一级活塞的横截面积大于二级活塞的横截面积，二级活塞的横截面积大于液压柱塞的横截面积。