CN107313828A - 一种电机控制式液压驱动可变气门机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发动机技术领域，涉及一种电机控制式液压驱动可变气门机构。本发明由控制块体、齿轮a、齿轮b、油管a、油管b、油管c、油管d、液压气门组、齿轮c、电机a、电机b、齿轮d等组成；油管a、油管b、油管c和油管d连接控制块体和液压气门组，在控制块体、齿轮a和齿轮b中设有相应油道和连接油孔，齿轮a和齿轮b与控制块体滑动连接，由电机a和电机b分别控制齿轮a和齿轮b的转动；齿轮a和齿轮b与控制块体中油路相连通的时刻可分别控制气门正时和开启持续期。本发明可实现气门正时和开启持续期连续可变，优化发动机工作过程，控制灵活；实现节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种电机控制式液压驱动可变气门机构。
背景技术
配气机构是内燃机的重要组成部分之一，它承载着实现发动机各个气缸进、排气门的开、闭正时以及控制气门升程运动规律的重要作用，是实现发动机换气过程，保证内燃机热功转换的工作循环得以周而复始不断进行下去的基础。因此，发动机是否能可靠工作，其动力性和经济性能否得到保障，与配气机构在换气过程中对气门运动规律的控制密切相关。
传统的发动机由于结构固定，在发动机运转过程中，气门运动规律是固定不变的，传统发动机配气参数的确定是在发动机各种不同工况下进行大量实验研究后，设计选取的一种折衷方案，通常只能保证在某一工况使内燃机的性能最优。显然，这一劣势已使其不能满足现阶段对发动机高效率、低油耗、低排放的总体要求。因此，为了满足不同工况下各异的气门正时、开启持续期及升程的需求，提高内燃机经济性和动力性，降低有害物排放，可变气门技术应运而生。可变气门技术可根据内燃机工况的变化，实现气门正时及开启持续期等的连续可变。
目前发动机可变气门技术的实现主要有可变凸轮轴相位、可变凸轮型线、可变凸轮从动件和电磁、电液驱动等几种形式。存在的问题主要有实现气门可变控制参数单一；机构太过复杂，使得制造成本大大增加；加装了大量复杂的机械组件使得可靠性降低；电磁阀响应速度不够以及气门落座冲击问题严重等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有发动机气门运动规律固定不变和上述可变气门技术不能灵活改变气门运动参数等技术难题，提供一种结构简单可靠且能灵活控制气门正时及气门开启持续期的电机控制式液压驱动可变气门机构。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
本发明所述的一种电机控制式液压驱动可变气门机构，由控制块体1、卡环a2、齿轮a3、齿轮b4、卡环b5、油管a6、油管b7、油管c8、油管d9、液压气门组10、齿轮c11、电机轴a12、电机a13、电机b14、电机轴b15、齿轮d16组成；其中，卡环a2和卡环b5分别安装在控制块体1的卡环槽a101和卡环槽b104内；齿轮a3和齿轮b4分别安装在控制块体1的左、右两端，并且与之滑动连接；油管a6、油管b7、油管c8、油管d9一端分别与油道b110、油道d117、油道c114和油道a106出口固接，另一端分别与液压气门组10的进油孔a1006、进油孔b1007、进油孔c1008、进油孔d1009固接；齿轮c11固接在电机轴a12上，并且与齿轮b4啮合；电机轴a12由电机a13驱动；齿轮d16固接在电机轴b15上，并且与齿轮a3啮合；电机轴b15由电机b14驱动。
其特征在于所述的控制块体1包括卡环槽a101、凸肩a102、凸肩b103、卡环槽b104、连接油孔a105、油道a106、连接油孔b107、连接油孔c108、泄油通道109、油道b110、进油通道111、连接油孔d112、连接油孔e113、油道c114、连接油孔f115、连接油孔g116、油道d117、连接油孔h118；其中，卡环槽a101和卡环槽b104分别设在控制块体1的左、右两侧；凸肩a102和凸肩b103均固接在控制块体1的外表面上，并且在凸肩a102和凸肩b103的下方分别设有进油通道111和泄油通道109；连接油孔a105和连接油孔b107与油道a106相通；连接油孔c108和连接油孔d112和油道b110相通；连接油孔e113和连接油孔f115和油道c114相通；连接油孔g116和连接油孔h118与油道d117相通。
所述的齿轮a3包括导油环槽a301、圆孔a302、圆孔b303、导油孔a304；其中，导油环槽a301与导油孔a304和凸肩a102上的进油通道111相通；导油孔a304可与连接油孔a105、连接油孔d112、连接油孔e113和连接油孔h118分别相通；圆孔a302和圆孔b303连通，且两者轴线与齿轮a3轴线重合；所述的齿轮b4包括导油环槽b401、圆孔c402、圆孔d403、导油孔b404；其中，导油环槽b401与导油孔b404和凸肩b103上的泄油通道109相通；导油孔b404可与连接油孔b107、连接油孔c108、连接油孔f115和连接油孔g116分别相通；圆孔c402和圆孔d403连通，且两者轴线与齿轮b4轴线重合。
所述的液压气门组10至少包括气门1001、气门弹簧1002、气门活塞1003、活塞套1004、活塞腔1005、进油孔a1006、进油孔b1007、进油孔c1008、进油孔d1009；其中，气门1001上端穿过活塞套1004底部的中心孔并与气门活塞1003底部固接；气门活塞1003置于活塞套1004中，与活塞套1004内壁滑动连接；气门活塞1003顶部与活塞套1004内壁之间的区域构成活塞腔1005；进油孔a1006设在活塞套1004顶部；气门弹簧1002在安装时具有一定预紧力。
本发明装置的工作过程如下：
气门需要开启时：电机b14控制电机轴b15带动齿轮d16转动，进而带动与之啮合的齿轮a3转动，使齿轮a3上的导油孔a304与连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]相通，则相应高压油路连通。高压油由进油通道111、导油环槽a301、导油孔a304、连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]、油道b110[或油道c114或油道a106或油道d117]、油管a6[或油管c8或油管d9或油管b7]、进油口a1006[或进油孔c1008或进油孔d1009或进油孔b1007]进入活塞腔1005[或相应其它活塞腔]推动气门活塞1003[或相应其它气门活塞]下行，克服气门弹簧1002[或相应其它气门弹簧]的预紧力，使气门1001[或相应其它气门]开启。
气门需要关闭时：电机b14控制导油孔a304离开连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]，从而阻断相应高压油路；同时，电机a13控制电机轴a12带动齿轮c11转动，进而带动与之啮合的齿轮b4转动，使齿轮b4上的导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]相通，则相应低压油路连通。在气门弹簧1002[或相应其它气门弹簧]的作用力下，推动气门活塞1003[或相应其它气门活塞]上行，使活塞腔1005[或相应其它活塞腔]液压油经过进油口a1006[或进油孔c1008或进油孔d1009或进油孔b1007]、油管a6[或油管c8或油管d9或油管b7]、油道b110[或油道c114或油道a106或油道d117]、连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]、导油孔b404、导油环槽b401、泄油通道109流回液压油箱，气门1001[或相应其它气门]关闭。
气门落座缓冲控制：在气门1001[或相应其它气门]落座后期，通过电机a13带动齿轮b4转动，使导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]的接通面积减小，从而使液压油流通面积减小，使气门1001[或相应其它气门]落座速度减小。
需要提前气门开启正时时：提前导油孔a304与连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]相通的时刻。
需要滞后气门开启正时时：滞后导油孔a304与连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]相通的时刻。
需要增大气门开启持续期时：滞后导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]相通的时刻。
需要减小气门开启持续期时：提前导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]相通的时刻。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的电机控制式液压驱动可变气门机构可实现气门正时和气门开启持续期的连续可变，控制灵活；
2.本发明提供的电机控制式液压驱动可变气门机构可兼顾发动机不同工况下性能，优化发动机工作过程，有效提高发动机动力性和经济性；
3.本发明提供的电机控制式液压驱动可变气门机构可实现汽油机无节气门负荷控制，降低泵气损失，提高充气效率，达到节能减排的效果；
4.本发明提供的电机控制式液压驱动可变气门机构结构简单，制造方便，易于推广。
附图说明
图1是电机控制式液压驱动可变气门机构的结构示意图
图2是图1中控制块体1的结构示意图
图3是图2中控制块体1的主视方向剖视图
图4是图2中A—A方向剖视图
图5是图1中B—B方向剖视图
图6是图1中C—C方向剖视图
图7是图1中齿轮a3的结构示意图
图8是图1中齿轮b4的结构示意图
图9是图1中液压气门组10的结构示意图
其中，1.控制块体 2.卡环a 3.齿轮a 4.齿轮b 5.卡环b 6.油管a 7.油管b 8.油管c 9.油管d 10.液压气门组 11.齿轮c 12.电机轴a 13.电机a 14.电机b 15.电机轴b16.齿轮d 101.卡环槽a 102.凸肩a 103.凸肩b 104.卡环槽b 105.连接油孔a 106.油道a107.连接油孔b 108.连接油孔c 109.泄油通道 110.油道b 111.进油通道 112.连接油孔d113.连接油孔e 114.油道c 115.连接油孔f 116.连接油孔g 117.油道d 118.连接油孔h301.导油环槽a 302.圆孔a 303.圆孔b 304.导油孔a 401.导油环槽b 402.圆孔c 403.圆孔d 404.导油孔b 1001.气门 1002.气门弹簧 1003.气门活塞 1004.活塞套 1005.活塞腔1006.进油孔a 1007.进油孔b 1008.进油孔c 1009.进油孔d
具体实施方式
下面结合附图1-9对本发明做详细描述：
参照附图1-9：
本发明由控制块体1、卡环a2、齿轮a3、齿轮b4、卡环b5、油管a6、油管b7、油管c8、油管d9、液压气门组10、齿轮c11、电机轴a12、电机a13、电机b14、电机轴b15、齿轮d16组成。
其中，卡环a2和卡环b5分别安装在控制块体1的卡环槽a101和卡环槽b104内；其作用为分别对齿轮a3和齿轮b4进行轴向限位；
齿轮a3和齿轮b4分别安装在控制块体1的左、右两端，并且与之滑动连接；齿轮a3和齿轮b4可相对控制块体1转动；
油管a6、油管b7、油管c8、油管d9一端分别与油道b110、油道d117、油道c114和油道a106出口固接，另一端分别与液压气门组10的进油孔a1006、进油孔b1007、进油孔c1008、进油孔d1009固接；油管a6、油管b7、油管c8和油管d9的作用为连接控制块体1和液压气门组10；
齿轮c11固接在电机轴a12上，并且与齿轮b4啮合；电机a13驱动电机轴a12带动齿轮c11转动，进而带动齿轮b4相对控制块体1转动；
齿轮d16固接在电机轴b15上，并且与齿轮a3啮合；电机b14驱动电机轴b15带动齿轮d16转动，进而带动齿轮a3相对控制块体1转动。
参照附图1-4：
所述的控制块体1由卡环槽a101、凸肩a102、凸肩b103、卡环槽b104、连接油孔a105、油道a106、连接油孔b107、连接油孔c108、泄油通道109、油道b110、进油通道111、连接油孔d112、连接油孔e113、油道c114、连接油孔f115、连接油孔g116、油道d117、连接油孔h118组成。
其中，卡环槽a101和卡环槽b104分别设在控制块体1的左、右两侧，为卡环a2和卡环b5设置安装位置；
凸肩a102和凸肩b103均固接在控制块体1的外表面上，并且分别对齿轮a3和齿轮b4进行轴向限位；
凸肩a102和凸肩b103的下方分别设有进油通道111和泄油通道109；进油通道111与高压油路连通，泄油通道109与低压油路连通；
连接油孔a105和连接油孔b107与油道a106相通；
连接油孔c108和连接油孔d112和油道b110相通；
连接油孔e113和连接油孔f115和油道c114相通；
连接油孔g116和连接油孔h118与油道d117相通；
连接油孔a105、连接油孔d112、连接油孔e113和连接油孔h118可分别将高压液压油供给至油道a106、油道b110、油道c114和油道d117，从而推动气门开启；
气门回落时，液压油可分别经由连接油孔b107、连接油孔c108、连接油孔f115或连接油孔g116流出；
参照附图1，7，8：
所述的齿轮a3包括导油环槽a301、圆孔a302、圆孔b303、导油孔a304；
其中，导油环槽a301与导油孔a304和凸肩a102上的进油通道111相通；
圆孔a302和圆孔b303连通，且两者轴线与齿轮a3轴线重合；
导油孔a304可与连接油孔a105、连接油孔d112、连接油孔e113和连接油孔h118分别相通；导油孔a304与连接油孔a105、连接油孔d112、连接油孔e113或连接油孔h118的连通时刻可以控制气门正时；
所述的齿轮b4包括导油环槽b401、圆孔c402、圆孔d403、导油孔b404；
其中，导油环槽b401与导油孔b404和凸肩b103上的泄油通道109相通；
圆孔c402和圆孔d403连通，且两者轴线与齿轮b4轴线重合；
导油孔b404可与连接油孔b107、连接油孔c108、连接油孔f115和连接油孔g116分别相通；
导油孔b404与连接油孔b107、连接油孔c108、连接油孔f115或连接油孔g116的连通时刻可以控制气门开启持续期；且导油孔b404与连接油孔b107、连接油孔c108、连接油孔f115或连接油孔g116的连通的有效流通面积可以进行调整，来控制液压油的卸油速度，进而对气门的落座速度进行调节。
参照附图1，9：
所述的液压气门组10至少包括气门1001、气门弹簧1002、气门活塞1003、活塞套1004、活塞腔1005、进油孔a1006、进油孔b1007、进油孔c1008、进油孔d1009。
其中，气门1001上端穿过活塞套1004底部的中心孔并与气门活塞1003底部固接；
气门弹簧1002在安装时具有一定预紧力，为气门1001回位落座时提供一定的回复力，保证气门1001运动的可靠性；
气门活塞1003置于活塞套1004中，与活塞套1004内壁滑动连接；可在活塞套1004内上下移动；
活塞套1004为气门活塞1003的移动提供导向作用；
活塞腔1005为气门活塞1003顶部与活塞套1004内壁之间的空腔区域；高压液压油进入活塞腔1005时可推动气门活塞1003克服气门弹簧1002的预紧力向下运动；
进油孔a1006设在活塞套1004顶部，为活塞腔1005内液压油的进出通路。
结合本发明装置各组件及其安装位置关系，该电机控制式液压驱动可变气门机构技术方案的具体工作过程及控制原理如下：
气门需要开启时：
电机b14控制电机轴b15带动齿轮d16转动，进而带动与之啮合的齿轮a3转动，使齿轮a3上的导油孔a304与连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]相通，则相应高压油路连通。高压油由进油通道111、导油环槽a301、导油孔a304、连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]、油道b110[或油道c114或油道a106或油道d117]、油管a6[或油管c8或油管d9或油管b7]、进油口a1006[或进油孔c1008或进油孔d1009或进油孔b1007]进入活塞腔1005[或相应其它活塞腔]推动气门活塞1003[或相应其它气门活塞]下行，克服气门弹簧1002[或相应其它气门弹簧]的预紧力，使气门1001[或相应其它气门]开启。
气门需要关闭时：
电机b14控制导油孔a304离开连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]，从而阻断相应高压油路；同时，电机a13控制电机轴a12带动齿轮c11转动，进而带动与之啮合的齿轮b4转动，使齿轮b4上的导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]相通，则相应低压油路连通。在气门弹簧1002[或相应其它气门弹簧]的作用力下，推动气门活塞1003[或相应其它气门活塞]上行，使活塞腔1005[或相应其它活塞腔]液压油经过进油口a1006[或进油孔c1008或进油孔d1009或进油孔b1007]、油管a6[或油管c8或油管d9或油管b7]、油道b110[或油道c114或油道a106或油道d117]、连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]、导油孔b404、导油环槽b401、泄油通道109流回液压油箱，气门1001[或相应其它气门]关闭。
气门落座缓冲控制：
在气门1001[或相应其它气门]落座后期，通过电机a13带动齿轮b4转动，使导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]的接通面积减小，从而使液压油流通面积减小，使气门1001[或相应其它气门]落座速度减小。
气门正时及开启持续期调整：
需要提前气门开启正时时：提前导油孔a304与连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]相通的时刻。
需要滞后气门开启正时时：滞后导油孔a304与连接油孔d112[或连接油孔e113或连接油孔a105或连接油孔h118]相通的时刻。
需要增大气门开启持续期时：滞后导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]相通的时刻。
需要减小气门开启持续期时：提前导油孔b404与连接油孔c108[或连接油孔f115或连接油孔b107或连接油孔g116]相通的时刻。
Claims (4)
1.一种电机控制式液压驱动可变气门机构，由控制块体(1)、卡环a(2)、齿轮a(3)、齿轮b(4)、卡环b(5)、油管a(6)、油管b(7)、油管c(8)、油管d(9)、液压气门组(10)、齿轮c(11)、电机轴a(12)、电机a(13)、电机b(14)、电机轴b(15)、齿轮d(16)组成；其中，卡环a(2)和卡环b(5)分别安装在控制块体(1)的卡环槽a(101)和卡环槽b(104)内；齿轮a(3)和齿轮b(4)分别安装在控制块体(1)的左、右两端，并且与之滑动连接；油管a(6)、油管b(7)、油管c(8)、油管d(9)一端分别与油道b(110)、油道d(117)、油道c(114)和油道a(106)出口固接，另一端分别与液压气门组(10)的进油孔a(1006)、进油孔b(1007)、进油孔c(1008)、进油孔d(1009)固接；齿轮c(11)固接在电机轴a(12)上，并且与齿轮b(4)啮合；电机轴a(12)由电机a(13)驱动；齿轮d(16)固接在电机轴b(15)上，并且与齿轮a(3)啮合；电机轴b(15)由电机b(14)驱动。
2.按照权利要求1所述的一种电机控制式液压驱动可变气门机构，其特征在于所述的控制块体(1)包括卡环槽a(101)、凸肩a(102)、凸肩b(103)、卡环槽b(104)、连接油孔a(105)、油道a(106)、连接油孔b(107)、连接油孔c(108)、泄油通道(109)、油道b(110)、进油通道(111)、连接油孔d(112)、连接油孔e(113)、油道c(114)、连接油孔f(115)、连接油孔g(116)、油道d(117)、连接油孔h(118)；其中，卡环槽a(101)和卡环槽b(104)分别设在控制块体(1)的左、右两侧；凸肩a(102)和凸肩b(103)均固接在控制块体(1)的外表面上，并且在凸肩a(102)和凸肩b(103)的下方分别设有进油通道(111)和泄油通道(109)；连接油孔a(105)和连接油孔b(107)与油道a(106)相通；连接油孔c(108)和连接油孔d(112)和油道b(110)相通；连接油孔e(113)和连接油孔f(115)和油道c(114)相通；连接油孔g(116)和连接油孔h(118)与油道d(117)相通。
3.按照权利要求1所述的一种电机控制式液压驱动可变气门机构，其特征在于所述的齿轮a(3)包括导油环槽a(301)、圆孔a(302)、圆孔b(303)、导油孔a(304)；其中，导油环槽a(301)与导油孔a(304)和凸肩a(102)上的进油通道(111)相通；导油孔a(304)可与连接油孔a(105)、连接油孔d(112)、连接油孔e(113)和连接油孔h(118)分别相通；圆孔a(302)和圆孔b(303)连通，且两者轴线与齿轮a(3)轴线重合；所述的齿轮b(4)包括导油环槽b(401)、圆孔c(402)、圆孔d(403)、导油孔b(404)；其中，导油环槽b(401)与导油孔b(404)和凸肩b(103)上的泄油通道(109)相通；导油孔b(404)可与连接油孔b(107)、连接油孔c(108)、连接油孔f(115)和连接油孔g(116)分别相通；圆孔c(402)和圆孔d(403)连通，且两者轴线与齿轮b(4)轴线重合。
4.按照权利要求1所述的一种电机控制式液压驱动可变气门机构，其特征在于所述的液压气门组(10)至少包括气门(1001)、气门弹簧(1002)、气门活塞(1003)、活塞套(1004)、活塞腔(1005)、进油孔a(1006)、进油孔b(1007)、进油孔c(1008)、进油孔d(1009)；其中，气门(1001)上端穿过活塞套(1004)底部的中心孔并与气门活塞(1003)底部固接；气门活塞(1003)置于活塞套(1004)中，与活塞套(1004)内壁滑动连接；气门活塞(1003)顶部与活塞套(1004)内壁之间的区域构成活塞腔(1005)；进油孔a(1006)设在活塞套(1004)顶部；气门弹簧(1002)在安装时具有一定预紧力。
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