CN104481625A - 一种可变配气相位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变配气相位系统，涉及发动机。该可变配气相位系统在进气凸轮和进气门之间设置可变升程液力挺柱组件，采用电子装置判定发动机运转工况，在发动机低速时，切断油泵的压力油液供应，使可变升程液力挺柱组件仅作为被动的传力件，进气门只受进气凸轮驱动，具有基本的气门开闭时刻、持续时间和升程；而在发动机高速工况下，打开油泵的压力油液供应，可变升程液力挺柱组件在进气门配油凸轮的间接控制下，周期性充、放油液，升程改变，使进气门在进气凸轮驱动之前打开和在驱动之后关闭，具有高速工况下气门开闭时刻、持续时间和升程。该可变配气相位系统具有结构紧凑、气门落座冲击小、容易实现的特点。

Description

一种可变配气相位系统

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别涉及一种可变配气相位。

背景技术

配气相位是指发动机运行过程中进、排气门的开闭时刻和持续时间。传统发动机的配气相位由固定结构的配气机构确定，不管发动机转速如何，均相对曲轴具有固定的进、排气门开闭时刻和持续时间，且气门升程也确定不变。由发动机原理可知，固定配气相位适合发动机某一转速下运行，低于或高于该转速，发动机的进气效果都会变差。实际上固定配气相位是兼顾发动机高、低速进气效果的折中结果。

为了使发动机在高、低速下都有比较好的进气效果，使发动机在高低速下都有较好的动力输出，现实中应用了不同种类的可变配气相位（可变配气定时或可变配气正时）技术，如奥迪、捷达、丰田、日产、宝马等车系上均有自己的可变配气相位系统，而且更为简洁的电磁气门驱动装置也在研发中。在应用的或在研发的可变配气相位系统结构的复杂程度、控制原理等各具特色，有仅控制进、排气门相位的，有仅控制进、排气门升程的，也有同时控制进、排气门相位和升程的。

已在用的可变配气相位系统普遍结构比较复杂，调校困难；在研的电磁气门装置也存在落座冲击明显的问题。

发明内容

本发明为了在较宽的转速范围改善发动机的性能指标，提供了一种结构简单合理、容易实现的可变配气相位系统。

本发明可变配气相位系统由机械、液压和电子控制三个子系统组成，其中机械子系统包含带配油相位的凸轮轴、可变升程液力挺柱组件11、锁片12、上弹簧座13、进气门14、气门弹簧15、下弹簧座16部件，安装在气缸盖6上，起直接控制进气门14开闭时刻和持续时间及升程的作用；液压系统包含液压泵2、进油单向阀3、控制阀、回油单向阀4、储液器17及相关管道，起向可变升程液力挺柱组件11提供高压油液的作用；电子控制系统包含转速传感器1、电控单元18、电磁阀5，起适时开通液压通道的作用。

本发明可变配气相位系统的三个子系统相互配合以达到实现可变配气相位功能。电子控制子系统由转速传感器1感知发动机转速，并将信息传递给电控单元18，由电控单元18判断转速高低，在发动机转速高时给电磁阀5通电，将电磁阀从关闭位切换到接通位；液压子系统的油泵2出口流经进油单向阀3，在发动机低速时被电磁阀5切断，在发动机高速时流经电磁阀5通向控制阀，控制阀芯8的位置决定着连通可变升程液力挺柱组件11的进油通道和回油通道的开通或关闭，或一起关闭，但不会同时开通，而控制阀芯8的位置受控于进气门配油凸轮9所处的位置；机械子系统包含与发动机曲轴具有固定传动关系的带配油相位的凸轮轴和可变升程液力挺柱组件11，其中带配油相位的凸轮轴上的进气门配油凸轮9具有由供油基圆、停油基圆、泄油基圆以及三个基圆切线连接的固定形状的外缘，可变升程液力挺柱组件11中的活塞33因顶部空间经活塞33上的油道充油被迫相对液力挺柱体31轴向移动且具有最大轴向移动距离。

本发明可变配气相位系统中液压子系统的控制阀包含连通液力挺柱体31上进油槽39的进油阀40和连通出油槽38的出油阀41，当控制阀芯8受控于配油凸轮9的供油基圆部分时，进油阀40打开，出油阀41关闭；当控制阀芯8受控于配油凸轮9的停油基圆部分时，进油阀40和出油阀41均关闭；当控制阀芯8受控于配油凸轮9的泄油基圆部分时，进油阀关闭，出油阀41打开。

本发明可变配气相位系统中的带配油相位的凸轮轴在传统的凸轮轴基础上，增设进气门配油凸轮9，且与原有的进、排气凸轮同轴线转动，具有确定的相位关系。进气门配油凸轮9在旋转过程中，其外缘形状使控制阀芯8处于不同的位置，使可变升程液力挺柱组件11的进油通道和回油通道交替打开，周期性地使活塞33顶部空间充、放油液，相对液力挺柱体31轴向移动而改变升程。

本发明可变配气相位系统中的可变升程液力挺柱组件11位于进气凸轮10和进气门14之间，起传递进气凸轮10驱动的作用，在进油通道打开、回油通道关闭的情况下，活塞33顶部空间进油，被液压驱动相对液力挺柱体31轴向移动，在可变升程液力挺柱组件11整体移动之前，使进气门14先于进气凸轮10驱动之前开启获得一个升程；在可变升程液力挺柱组件11被进气凸轮10驱动整体移动之后，液力挺柱体31下移，进油槽39和出油槽38偏离进、出油通道，活塞33顶部空间的油液被封闭，使进气门14的最大升程为进气凸轮10升程和可变升程液力挺柱组件11的活塞33的升程之和；并进气凸轮10升程结束且进气门配油凸轮9泄油基圆驱动控制阀芯8的情况下，活塞33进油通道关闭，回油通道打开，顶部空间油液排出，在气门弹簧15驱动下，进气门14回位，额外获得的升程消失而落座。

本发明可变配气相位系统在发动机处于低速时，电控单元18使电磁阀5处于关闭位置，切断油泵2的输出通道，则进气门配油凸轮9无论使控制阀芯8处于什么位置，可变升程液力挺柱组件11中都不会有油液充入，活塞33不会相对液力挺柱体31轴向移动，进气门14只受进气凸轮10驱动而开闭，升程仅为进气凸轮10的升程。

附图说明

图1是本发明可变配气相位系统构成示意图。

图2是本发明可变配气相位系统中应用的带配油相位的凸轮轴示意图。

图3是本发明带控油相位的凸轮轴上同名凸轮的相位关系示意图，其中图a）是排气凸轮，图b）是进气凸轮，图c）是进气门配油凸轮。

图4是本发明可变配气相位系统中应用的可变升程液力挺柱组件结构示意图。

图5是本发明可变可变配气相位系统的总体油路布置示意图。

图6是本发明可变配气相位系统低速下控制进气门基本升程工作示意图。

图7是本发明可变配气相位系统高速下控制进气门可变升程工作示意图。

图8是本发明可变配气相位系统高速下控制进气门回位工作示意图。

图9是本发明可变配气相位系统高速下进气门配油相位示意图。

附图中标注说明：1－转速传感器  2－油泵  3－进油单向阀    4－回油单向阀   5－电磁阀   6－气缸盖   7－回位弹簧   8－控制阀芯   9－进气门配油凸轮   10－进气凸轮   11－可变升程液力挺柱组件    12－锁片   13－上弹簧座   14－进气门   15－气门弹簧   16－下弹簧座  17－储液器   18－电控单元   19－1缸排气凸轮   20－1缸进气凸轮   21－1缸进气配油凸轮   22－2缸进气凸轮   23－2缸配油凸轮   24－2缸进气配油凸轮   25－3缸进气凸轮   26－3缸配油凸轮   27－3缸进气配油凸轮   28－4缸进气凸轮   29－4缸配油凸轮   30－4缸进气配油凸轮   31－液力挺柱体   32－卡簧   33－活塞   34－进油孔   35－活塞单向阀   36－回油孔   37－单向阀回位弹簧   38－回油槽   39－进油槽   40－进油阀   41－出油阀   α－停油延续角   β－进油延续角   θ－停油延续角   γ－泄油延续角。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是，本发明的以下实施方式中所提及“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”均以各图所示的方向为基准，这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明，发动机零部件也做了一定的结构简化和减少，图示的零部件之间的位置关系也是为了便于说明，并不代表对本发明具体技术方案的限制。

本发明的可变配气相位系统，在进气凸轮10和进气门14之间放置可变升程液力挺柱11，控制其内部油腔中油液的注入和泄放来实现轴向尺寸的改变，实现“低速工况下，气门打开时间短，升程小；高速工况下，气门打开时间长，升程大”，结构简单合理，容易实现。

如图1所示，本发明可变配气相位系统构成示意图，具体包括机械、液压和电子控制三个子系统，其中机械子系统包含气缸盖6、带配油相位的凸轮轴、可变升程液力挺柱组件11、锁片12、上弹簧座13、进气门14、气门弹簧15、下弹簧座16；液压子系统包含油泵2、进油单向阀3、电磁阀5、控制阀、回油电磁阀4、储液器17；电子控制子系统包含转速传感器1、电控单元18和电磁阀5。

图1中，本发明可变配气相位系统在发动机低速运转工况下工作，电磁阀5处于不通电关闭位置，进气凸轮10即将驱动可变升程液力挺柱组件11，控制阀芯8位置受进气门配油凸轮9的供油基圆控制，进油阀40打开，出油阀41关闭。可变升程液力挺柱组件11的活塞33顶部经其中活塞单向阀35、油道、进油槽39连通进油阀40，但由于电磁阀5关闭而无法获得进油，活塞33不会相对液力挺柱体31移动，进气门14的动作仅受进气凸轮10控制，获得发动机低速运行下的配气相位。

图2是本发明可变配气相位系统中应用的带配油相位的凸轮轴示意图，是一个四缸发动机应用实施例。在原有进、排气凸轮的基础上，增设同轴线转动的配油凸轮。

图3是本发明带控油相位的凸轮轴上同名凸轮的相位关系示意图，其中图a）是排气凸轮，图b）是进气凸轮，图c）是进气门配油凸轮。不仅同名凸轮，异名凸轮之间均保持固定的相位关系。

图4是本发明可变配气相位系统中应用的可变升程液力挺柱组件结构示意图。可变升程液力挺柱组件11处于进气凸轮10和进气门14之间，活塞33顶部充入油液时相对液力挺柱体31向下移动，最大移动距离是当活塞横向油道上沿移动到进油孔34下沿油道自行封闭时，该最大移动距离是进气门14能获得的相对于进气凸轮10升程的额外升程，即可变升程。

图5是本发明可变可变配气相位系统的总体油路布置示意图，涉及的控制阀为解说原理分成两个阀，一个是与可变升程液力挺柱组件11的进油槽39相通的进油阀40，另一个是与可变升程液力挺柱组件11的回油槽38相同的出油阀41。

图6是本发明可变配气相位系统低速下控制进气门基本升程工作示意图。在图1所示基础上，带配油相位的凸轮轴继续转动，进气凸轮10通过可变升程液力挺柱组件11使进气门14动作，且在进气凸轮10最大升程后，进气门14在气门弹簧15作用下逐渐回位，进气门14具有基本的配气相位。

图7是本发明可变配气相位系统高速下控制进气门可变升程工作示意图。当电控单元18判定发动机处于高速工况下时，控制电磁阀5处于连通位置，则可变升程液力挺柱组件11的活塞33顶部空间充满油液，相对于液力挺柱体31向下移动，在进气凸轮10驱动之前先行打开进气门14，使其预先获得一个升程，该升程为活塞33的最大轴向移动距离。在进气凸轮10开始通过可变升程液力挺柱组件11驱动进气门14后，由于活塞33顶部空间的油液被封闭，且具有不可压缩性，活塞33保持在伸张位置驱动进气门14，使进气门14的最大升程为进气凸轮10升程和可变升程液力挺柱组件11升程之和。

图8是本发明可变配气相位系统高速下控制进气门回位工作示意图。在进气凸轮10完成驱动之后，可变升程液力挺柱组件11在气门弹簧15作用下逐渐回位，此时进气门配油凸轮9又转过一个角度，泄油基圆决定控制阀芯8的位置，使进油阀40关闭，出油阀41打开，活塞33顶部油液得到泄放而回位，进气门14最终完全落座而关闭，具有延迟于进气凸轮10驱动关闭的实效。

图9是本发明可变配气相位系统高速下进气门配油相位示意图，是一个可变升程液力挺柱组件11的活塞顶部空间充、放液使进气门14获得可变升程的实施例。图9中，进油延续角β对应控制阀芯8受控于进气门配油凸轮9的供油基圆部分， 进油阀40开启，出油阀41关闭；停油延续角α和停油延续角θ对应控制阀芯8受控于进气门配油凸轮9的停油基圆部分，进油阀40关闭，出油阀41关闭；泄油延续角γ对应控制阀芯8受控于进气门配油凸轮9的泄油基圆部分，进油阀40关闭，出油阀41开启。在排气上止点前，进油延续角β开始的时候，可变升程液力挺柱组件11的活塞33顶部空间充油使进气门14打开并具有升程，一直维持该状况到停油延续角θ结束，进气凸轮10完成驱动的曲轴转角过程，活塞33一直处于最大升程，直到进气凸轮10完成驱动后进气门配油凸轮9打开出油阀41，活塞33顶部空间的油液泄放出去，进气门14在泄油延续角γ期间完成复位，之后在停油延续角α并追加一周曲轴转角期间，保持复位状态。

综上，可变配气相位系统可根据关键构成之一的可变升程液力挺柱组件内部油液的注入或泄放情况，使发动机进气门在不同的转速下获得不同的气门开闭时刻、持续时间和气门升程，满足发动机不同工况的需要。该种可变配气相位系统的主要零件参考原发动机进行功能设计，结构简单，气门落座冲击小，对发动机的改动小，可方便应用。

以上公开的仅有本发明的几个具体实施例。但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可变配气相位系统，其特征在于：该可变配气相位系统由机械、液压和电子控制三个子系统组成，其中机械子系统包含带配油相位的凸轮轴、可变升程液力挺柱组件、锁片、上弹簧座、进气门、气门弹簧、下弹簧座，直接控制进气门的开闭时刻、持续时间和升程；液压子系统包含油泵、进油单向阀、控制阀、出油单向阀、储液器，为可变升程液力挺柱组件提供压力油液；电子控制子系统包含转速传感器、电控单元、电磁阀，判定发动机转速并控制油泵的出油通道；三个子系统相互配合，构成一个完整的可变配气相位系统。

2.根据权利要求1所述的可变配气相位系统，其特征在于：机械子系统的带配油相位的凸轮轴上设有进气门配油凸轮，不同气缸间具有固定的相位关系，与进气凸轮具有固定的相位关系，同轴线同速旋转，具有三个不同直径的基圆和基圆间切线连接的外缘形状，三个不同形状的基圆分别对应可变升程液力挺柱组件的供油、停油和泄油状态。

3.根据权利要求1所述的可变配气相位系统，其特征在于：机械子系统的可变升程液力挺柱组件置于气缸盖的孔中，处于进气凸轮和进气门之间，上端液力挺柱体顶面与进气凸轮外缘相接，下端活塞小头部与进气门相接触，活塞顶部空间充入压力油液后可相对液力挺柱体轴向移动，并当横向油道上沿与进油孔下沿对齐时因油道封闭具有最大轴向移动距离，即升程。

4.根据权利要求1所述的可变配气相位系统，其特征在于：液压子系统的控制阀具有进油阀和出油阀，控制阀芯受控于进气门配油凸轮，其位置对应于进气门配油凸轮的供油基圆、停油基圆和泄油基圆部分时，分别使进油阀打开且出油阀关闭、进油阀关闭且出油阀关闭、进油阀关闭且出油阀打开。

5.根据权利要求1所述的可变配气相位系统，其特征在于： 电子控制子系统的电控单元判定发动机处于设定的低速工况时，对电磁阀不通电，使其处于关闭状态，而在发动机处于高速工况时，对电磁阀通电，使其处于打开状态。

6.根据权利要求1所述的可变配气相位系统，其特征在于：发动机高速工况下，在相对发动机低速时进气门再提前开启曲轴转角处，控制阀芯受控于进气门配油凸轮的供油基圆，进油阀打开且出油阀关闭，油液充入可变升程液力组件，进气门在受进气凸轮驱动前获得一个升程；在相对发动机低速时进气门再延迟关闭曲轴转角处，控制阀芯受控于进气门配油凸轮的泄油基圆，进油阀关闭且出油阀打开，可变升程液力组件中油液泄放，进气门在进气凸轮驱动完成后延后落座，具有再延迟关闭的实效。