CN106285811B - 一种可变气门挺柱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变气门挺柱，包括挺柱座和支架；挺柱座为上部设置有倒“凸”字形中空圆柱槽的圆柱体结构，其外部设置有中空圆筒结构的挺柱外套，还包括圆柱体结构的气门推杆座，下表面与挺柱座之间构成附加升程腔；支架为中空圆筒状结构，气门推杆座上表面沿圆柱体外缘向外延伸与支架内表面相配合，与支架内表面之间构成储油腔；支架外表面、挺柱外套内表面与挺柱座之间构成压油腔；气门推杆座外，压油腔内设置有挺柱弹簧；挺柱外套上设置有连接供油系统的进油口和连接回油系统的回油口；气门推杆座上表面连接气门推杆；挺柱座正下方设置有凸轮；本发明能在发动机各转速工况范围内实现气门正时和升程控制，成本低、适用性强、可靠性高。

Description

一种可变气门挺柱
技术领域
本发明涉及发动机配气机构技术领域，具体涉及一种可变气门挺柱。
背景技术
发动机传统的配气机构多采用凸轮轴驱动进排气门，通过曲轴与凸轮轴、凸轮轴与各气门之间的机械传动来实现配气相位的正时与控制；而凸轮线型的设计是根据发动机各工况转速下各项指标的综合评价值进行选择的，其只能满足发动机某一工况下的性能要求，不能将发动机各工况下的性能发挥到最佳状态；与发动机传统的配气技术相比，可变气门技术能在发动机各转速工况下提供最佳的气门正时或升程以满足发动机动力性、经济性和排放的要求；面对节能减排和环境污染两大难题，可变气门技术已成为各国内燃机研究者实现高效清洁燃烧技术路线的关键技术之一；而现有的可变气门机构大部分只能实现气门早开或晚关等局部功能，不能在发动机全工况下进行连续调节，进而限制了发动机最佳性能的发挥。
发明内容
本发明提供一种能在发动机各转速工况范围内实现气门正时和升程控制的可变气门挺柱。
本发明采用的技术方案是：一种可变气门挺柱，包括挺柱座和支架；挺柱座为上部设置有倒“凸”字形中空圆柱槽的圆柱体结构，其外部设置有中空圆筒结构的挺柱外套，挺柱座外表面与挺柱外套内表面相配合；还包括圆柱体结构的气门推杆座，下部外表面与挺柱座内部中空部分小圆柱槽内表面相配合，下表面与挺柱座之间构成附加升程腔；支架为中空圆筒状结构，其上表面沿圆筒外缘向外延伸与挺柱外套内表面连接，下表面沿圆筒内缘向内部延伸与气门推杆座外表面相配合；气门推杆座上表面沿圆柱体外缘向外延伸与支架内表面相配合，与支架内表面之间构成储油腔；附加升程腔连通储油腔；支架外表面、挺柱外套内表面与挺柱座之间构成压油腔；气门推杆座外，压油腔内设置有挺柱弹簧；挺柱外套上设置有连接供油系统的进油口和连接回油系统的回油口；进油口连通压油腔，回油口连通附加升程腔；压油腔通过进油单向阀连通储油腔；挺柱座上设置有连通附加升程腔的限压油道；气门推杆座上表面连接气门推杆；挺柱座正下方设置有凸轮。
进一步的，所述气门推杆座下部直径小于上部直径，构成两阶圆柱体；下部圆柱体外表面与挺柱座内部中空部分小圆柱槽内表面相配合；上部圆柱体外表面与支架下表面沿圆筒内缘向内延伸部相配合。
进一步的，所述气门推杆座上表面设置有向其内部凹陷的“凹”形球面，与气门推杆下表面相配合。
进一步的，所述挺柱座上沿其运动方向上设置有两条互不连通的油槽；其中一条油槽连接进油口，上端通过设置在挺柱座上的进油油道连接压油腔；另一条油槽连接回油口，上端通过设置在挺柱座上的回油油道连接附加升程腔。
进一步的，所述支架表面沿圆筒内缘向内部延伸部位设置有连通压油腔和储油腔的进油单向阀。
进一步的，所述限压油道上设置有限压阀。
进一步的，所述支架通过固定螺钉连接挺柱外套。
进一步的，所述气门推杆座上设置有液压油道，液压油道连接储油腔和附加升程腔。
进一步的，所述挺柱外套、挺柱座、支架和气门推杆座同轴设置。
本发明的有益效果是：
(1)本发明能在发动机各转速工况范围内实现气门正时和升程的控制；
(2)本发明产生附加升程的油压所需的做功由凸轮的自身运动提供，无需额外高压油泵，简化了系统、节约了成本；
(3)本发明通过改变储油腔和附加升程腔的体积，可动态调整最大气门升程时刻的附加升程值，保护气门组件，最大化气门升程曲线时面值；
(4)本发明可用于各类型气门控制机构，适用性强；
(5)本发明附加升程曲线取决于机械结构、进油电磁阀和回油电磁阀，可靠性高。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1-凸轮，2-油底壳，3、机油滤清器，4-低压油泵，5-进油电磁阀，6-调压阀，7-溢流阀，8-进油口，9-挺柱座，10-进油油道，11-压油腔，12-支架，13-定位螺钉，14-挺柱外套，15-气门推杆，16-气门推杆座，17-储油腔，18-进油单向阀，19-挺柱弹簧，20-附加升程腔，21-回油油道，22-回油口，23-回油电磁阀，24-限压阀，25-限压油道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种可变气门挺柱，其特征在于：包括挺柱座9和支架12；挺柱座9为上部设置有倒“凸”字形中空圆柱槽的圆柱体结构，其外部设置有中空圆筒结构的挺柱外套14，挺柱座9外表面与挺柱外套14内表面相配合；还包括圆柱体结构的气门推杆座16，下部外表面与挺柱座9内部中空部分小圆柱槽内表面相配合，下表面与挺柱座9之间构成附加升程腔20；支架12为中空圆筒状结构，其上表面沿圆筒外缘向外延伸与挺柱外套14内表面连接，下表面沿圆筒内缘向内部延伸与气门推杆座16外表面相配合；气门推杆座16上表面沿圆柱体外缘向外延伸与支架12内表面相配合，与支架12内表面之间构成储油腔17；附加升程腔20连通储油腔17；支架12外表面、挺柱外套14内表面与挺柱座9之间构成压油腔11；气门推杆座16外，压油腔11内设置有挺柱弹簧19；挺柱外套14上设置有连接供油系统的进油口8和连接回油系统的回油口22；进油口8连通压油腔11，回油口22连通附加升程腔20；压油腔11通过进油单向阀18连通储油腔17；挺柱座9上设置有连通附加升程腔20的限压油道25；气门推杆座16上表面连接气门推杆15；挺柱座9正下方设置有凸轮1。
进一步的，所述气门推杆座16下部直径小于上部直径，构成两阶圆柱体；下部圆柱体外表面与挺柱座9内部中空部分小圆柱槽内表面相配合；上部圆柱体外表面与支架12下表面沿圆筒内缘向内延伸部相配合；气门推杆座16上表面沿圆柱体外缘向外延伸与支架12内表面形成密封面，上部圆柱体外表面与支架12下表面沿圆筒内缘向内延伸部形成密封面，下部圆柱体外表面与挺柱座9内部中空部分小圆柱槽内表面形成密封面。
进一步的，所述气门推杆座16上表面设置有向其内部凹陷的“凹”形球面，与气门推杆15下表面相配合。
进一步的，所述挺柱座9上沿其运动方向上设置有两条互不连通的油槽；其中一条油槽连接进油口8，上端通过设置在挺柱座9上的进油油道10连接压油腔11，挺柱座9运动过程中油槽始终与进油口8连通；另一条油槽连接回油口22，上端通过设置在挺柱座9上的回油油道21连接附加升程腔20，挺柱座9运动过程中油槽始终与回油口22连通；油槽两端为圆弧状。
进一步的，所述支架12表面沿圆筒内缘向内部延伸部位设置有连通压油腔11和储油腔17的进油单向阀18；设置进油单向阀18可以保证液压油只能从压油腔11进入储油腔17而不能逆流。
进一步的，所述限压油道25上设置有限压阀24；可以确保任何情况下附加升程腔20所产生的附加升程不大于最大气门附加升程。
进一步的，所述支架12通过固定螺钉13连接挺柱外套14；挺柱外套14上加工有螺纹通孔，支架12上表面沿圆筒外缘向外延伸部位设置有与挺柱外套14上螺纹通孔向配合的螺纹孔。
进一步的，所述气门推杆座16上设置有液压油道，液压油道连接储油腔17和附加升程腔20；确保在任何情况下储油腔17和附加升程腔20连通。
进一步的，所述挺柱外套14、挺柱座9、支架12和气门推杆座16同轴设置。
使用时，进油口8通过进油电磁阀5与进油系统连接，回油口22通过回油电磁阀23与回油系统连接；进油系统包括与油底壳2连接的机油滤清器3和溢流阀7，机油滤清器3连接低压油泵4，低压油泵4连接调压阀6，调压阀6连接进油电磁阀5。
使用时，限压阀24的限压值计算方法如下：
Fk＝k(L+Δl)＝P0s即
P0＝k(L+Δl)/s
式中：k为气门弹簧的刚度，Δl为气门最大附加升程，s为附加升程腔20内气门推杆15的受力面积，L为气门原升程，Fk为气门总升程最大时的弹簧力，P0为限压阀24的限压值；使用时，只需限压阀24的限压值略大于P0即可。
可变气门挺柱工作过程包括以下部分：
一、目标值为最大附加升程值的附加升程产生过程
1、开启进油电磁阀5和回油电磁阀23，当挺柱座9随凸轮1下行时，因为挺柱外套14和支架12固定连接，压油腔11因其体积V1增加而形成负压，液压油经供油系统、进油口8、进油油道10充满压油腔11；气门推杆座16随挺柱座9下行，储油腔17的体积V2减小，储油腔17内的液压油流向附加升程腔20，再经回油油道21进入回油系统；此过程中附加升程腔20的体积V3保持不变，气门升程型线取决于凸轮升程曲线。
2、关闭进油电磁阀5和回油电磁阀23，挺柱座9在凸轮1的作用下向上运动，从而“挤压”压油腔11，压油腔11的体积V1减小，压强p1增大；液压油经进油单向阀18进入储油腔17和附加升程腔20，储油腔17的体积V2和压强p2增加，附加升程腔20的体积V3和压强p3增加；气门推杆座16与挺柱座9产生相对位移，即产生附加升程；气门达最大附加升程后，附加升程腔20的压强p3超过限压阀24的开启压力值，限压阀24打开，液压油限压阀24流回回油系统，附加升程保持动态平衡。
3、当凸轮1下行，压油腔11的体积V1增大，液压油经供油系统进入压油腔11，此时储油腔17的体积V2减小，液压油经储油腔17流入附加升程腔20，附加升程腔20体积V2增加，气门附加升程缓慢增加；
ΔV2＝ΔV3即s2Δl2＝s3Δl3
气门附加升程增加量Δl3取决于s2/s3，其中s2为储油腔17的等效面积，s3为附加升程腔20的等效面积，当回油电磁阀23开启，液压油进回油系统流回液压油池，气门附加升程消失。
二、目标值小于最大附加升程值的附加升程产生过程
1、开启进油电磁阀5和回油电磁阀23，当挺柱座9随凸轮1下行时，因为挺柱外套14和支架12固定连接，压油腔11因其体积V1增加而形成负压，液压油经供油系统、进油口8、进油油道10充满压油腔11；气门推杆座16下行，储油腔17的体积V2减小，储油腔17内的液压油流向附加升程腔20，再经回油油道21进入回油系统；此过程中附加升程腔20的体积V3保持不变，气门升程型线取决于凸轮升程曲线。
2、关闭进油电磁阀5和回油电磁阀23，挺柱座9在凸轮1作用下向上运动而“挤压”压油腔11，压油腔11的体积V1减小，压强p1增大；液压油经进油单向阀18进入储油腔17和附加升程腔20，储油腔17的体积V2和压强p2增加，附加升程腔20的体积V3和压强p3增加；气门推杆座16与挺柱座9产生相对位移，即产生附加升程；当附加升程值达到目标附加升程值后，进油电磁阀5打开，凸轮1继续上行，压油腔11内的液压油经进油系统流回液压油池，此时储油腔17的体积V2增大，液压油经附加升程腔20流入储油腔17，附加升程腔20的体积V3减小，气门附加升程缓慢减小；由下式：
ΔV2＝ΔV3即s2Δl2＝s3Δl3
可知气门附加升程减小量Δl3取决于s2/s3。
3、当凸轮1下行，压油腔11的体积V1增大，液压油经供油系统进入压油腔11，此时储油腔17的体积V2减小，液压油经储油腔17流入附加升程腔20；附加升程腔20的体积V3增加，气门附加升程缓慢增加，有下式：
ΔV2＝ΔV3即s2Δl2＝s3Δl3
可知，气门附加升程增加量Δl3取决于s2/s3；当回油电磁阀23开启，气门附加升程消失。
三、凸轮1上止点前不产生附加升程而凸轮1下降阶段产生附加升程
1、开启进油电磁阀5和回油电磁阀23，当挺柱座9随凸轮1下行时，因为挺柱外套14和支架12固定连接，压油腔11因其体积V1增加而形成负压，液压油经供油系统、进油口8、进油油道10充满压油腔11；气门推杆座16下行，储油腔17的体积V2减小，储油腔17内的液压油流向附加升程腔20，再经回油油道21进入回油系统；此过程中附加升程腔20的体积V3保持不变，气门升程型线取决于凸轮升程曲线。
2、打开进油电磁阀5，关闭回油电磁阀23，挺柱座9在凸轮1的作用下向上运动而“挤压”压油腔11，压油腔11的体积V1减小，压强p1保持与液压油池相近的压力值；气门推杆座16在挺柱座9的推动下向上运动，储油腔体积V2增大、附加升程腔20的体积V3保持不变，压强p2减小；压油腔11中的部分液压油经进油单向阀18被吸入储油腔17，气门推杆座16与挺柱座9不产生相对位移，即不产生附加升程，直到凸轮1升程达到最大值。
3、当凸轮1下行，压油腔11的体积V1增大，液压油经供油系统进入压油腔11，此时储油腔17的体积V2减小，液压油经储油腔17进入附加升程腔20；附加升程腔20的体积V3增加，气门附加升程缓慢增加，由下式：
ΔV2＝ΔV3即s2Δl2＝s3Δl3
可知，气门附加升程增加量Δl3取决于s2/s3；当回油电磁阀23开启，气门附加升程消失。
四、不产生附加升程
当不需要产生附加升程时，进油电磁阀5和回油电磁阀23均保持开启，气门按原机的凸轮1型线工作。
本发明能在发动机各转速工况范围内实现气门正时和升程的控制，产生附加升程的油压所需的做功由凸轮1的自身运动提供，无需额外的高压油泵，简化了系统、节约了成本；附加升程曲线取决于装置的机械结构和进、回油电磁阀，可靠性高；并且通过合理设计储油腔17和附加升程腔20的面积，动态调整最大气门升程时刻的附加升程值，保护气门组件，最大化气门升程曲线时面值，并且本发明可用于各类型的气门控制机构，适用性强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡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保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变气门挺柱，其特征在于：包括挺柱座(9)和支架(12)；挺柱座(9)为上部设置有倒“凸”字形中空圆柱槽的圆柱体结构，其外部设置有中空圆筒结构的挺柱外套(14)，挺柱座(9)外表面与挺柱外套(14)内表面相配合；还包括圆柱体结构的气门推杆座(16)，下部外表面与挺柱座(9)内部中空部分小圆柱槽内表面相配合，下表面与挺柱座(9)之间构成附加升程腔(20)；支架(12)为中空圆筒状结构，其上表面沿圆筒外缘向外延伸与挺柱外套(14)内表面连接，下表面沿圆筒内缘向内部延伸与气门推杆座(16)外表面相配合；气门推杆座(16)上表面沿圆柱体外缘向外延伸与支架(12)内表面相配合，与支架(12)内表面之间构成储油腔(17)；附加升程腔(20)连通储油腔(17)；支架(12)外表面、挺柱外套(14)内表面与挺柱座(9)之间构成压油腔(11)；气门推杆座(16)外，压油腔(11)内设置有挺柱弹簧(19)；挺柱外套(14)上设置有连接供油系统的进油口(8)和连接回油系统的回油口(22)；进油口(8)连通压油腔(11)，回油口(22)连通附加升程腔(20)；压油腔(11)通过进油单向阀(18)连通储油腔(17)；挺柱座(9)上设置有连通附加升程腔(20)的限压油道(25)；气门推杆座(16)上表面连接气门推杆(15)；挺柱座(9)正下方设置有凸轮(1)。
2.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述气门推杆座(16)下部直径小于上部直径，构成两阶圆柱体；下部圆柱体外表面与挺柱座(9)内部中空部分小圆柱槽内表面相配合；上部圆柱体外表面与支架(12)下表面沿圆筒内缘向内延伸部相配合。
3.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述气门推杆座(16)上表面设置有向其内部凹陷的“凹”形球面，与气门推杆(15)下表面相配合。
4.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述挺柱座(9)上沿其运动方向上设置有两条互不连通的油槽；其中一条油槽连接进油口(8)，上端通过设置在挺柱座(9)上的进油油道(10)连接压油腔(11)；另一条油槽连接回油口(22)，上端通过设置在挺柱座(9)上的回油油道(21)连接附加升程腔(20)。
5.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述支架(12)表面沿圆筒内缘向内部延伸部位设置有连通压油腔(11)和储油腔(17)的进油单向阀(18)。
6.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述限压油道(25)上设置有限压阀(24)。
7.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述支架(12)通过固定螺钉(13)连接挺柱外套(14)。
8.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述气门推杆座(16)上设置有液压油道，液压油道连接储油腔(17)和附加升程腔(20)。
9.根据权利要求1所述的一种可变气门挺柱，其特征在于：所述挺柱外套(14)、挺柱座(9)、支架(12)和气门推杆座(16)同轴设置。
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