CN107676142A - 一种低压控制高压的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，涉及一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构。本发明由柱塞弹簧、柱塞、高压限压阀、低压限压阀、高速电磁阀、柱塞套、电控节流阀、活塞套、气门活塞、气门弹簧、气门等组成；柱塞上设有油槽，柱塞套和活塞套中设有油道，并且各组件之间有连通油管。当高速电磁阀通电时，控制柱塞移动的液压油路连通，使柱塞下移导通控制气门开启的高压油路，使气门开启；当高速电磁阀断电时，柱塞在柱塞弹簧的作用力下回位，使控制气门开启的高压油路隔断，控制气门落座的低压油路导通，气门回落，气门落座后期由电控节流阀对气门进行落座缓冲控制。本发明可实现气门正时和开启持续期连续可变，并具有驱动能耗低、可靠性高的优点。

Description

一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种低压控制高压的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，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。而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。
目前发动机可变气门技术的实现主要有机械驱动和液压驱动两种形式。机械式的驱动方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以及工作可靠性降低；而液压驱动式可变气门技术的驱动油路系统多采用耐高压电磁阀进行控制，除其成本昂贵之外，目前耐高压电磁阀大多响应性较差，难于满足内燃机高速运转的需求，且高压驱动还造成了较高的驱动能耗以及产生液压泄漏、阀体工作的耐久性和可靠性降低等问题，因此限制了液压驱动可变气门技术的发展。
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以及高压驱动缺点等问题，提供一种结构简单可靠、能耗低且能灵活控制气门正时及开启持续期的低压控制高压的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：
本发明所述的一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构，由挡座1、柱塞弹簧2、柱塞3、高压限压阀4、高压油管5、油腔6、低压限压阀7、油管a8、油管b9、高速电磁阀10、油管c11、柱塞套12、泄油总管13、电控节流阀14、副泄油管15、进油管16、活塞套17、主泄油管18、活塞腔19、气门活塞20、气门弹簧21、气门弹簧座22、气门23组成；其中，挡座1通过螺纹与柱塞套12上的柱塞孔1204下端入口处连接；柱塞弹簧2安装在柱塞套12上的柱塞孔1204内，且其上下两端分别固接在柱塞3底部和挡座1顶部；柱塞3安装在柱塞套12上的柱塞孔1204内，且与柱塞孔1204内壁滑动连接；柱塞3顶部与柱塞孔1204内壁之间的区域构成油腔6；高压油管5为三通管结构，其三个端口分别连通高压油源、高压限压阀4和低压限压阀7；高压限压阀4安装在柱塞套12上的高压限压阀安装孔1202内，并与柱塞套12上的油道b1203相通；低压限压阀7串接在高压油管5和油管a8之间；油管b9与柱塞套12上的油道c1205相通；高速电磁阀10的三个端口分别与油管a8、油管b9、油管c11相通；油管c11与低压油源相通；泄油总管13也是三通管结构，其三个端口分别与柱塞套12上的油道e1207、副泄油管15和主泄油管18连通；电控节流阀14串接在副泄油管15上；副泄油管15与活塞套17上的副泄油道1702相通；进油管16与柱塞套12上的油道d1206和活塞套17上的进油道1703相通；主泄油管18与活塞套17上的主泄油道1701相通；活塞腔19为气门活塞20顶部与活塞套17上的气门活塞孔1704内壁之间构成的区域；气门活塞20安装在活塞套17上的气门活塞孔1704内，并且与气门活塞孔1704内壁滑动连接；气门弹簧21上下两端分别由气门活塞20底端和气门弹簧座22限位；气门23顶端固接在气门活塞20底部。
其特征在于所述的柱塞3上设有泄油环槽301、进油环槽302；所述的柱塞套12上设有油道a1201、高压限压阀安装孔1202、油道b1203、柱塞孔1204、油道c1205、油道d1206、油道e1207；其中，油道a1201、油道b1203、油道c1205、油道d1206、油道e1207均与柱塞孔1204相通；油道a1201和油道e1207直径相同且处于同一轴线上，另外，油道a1201还与低压油源相通；油道a1201和油道e1207的连通与隔断可通过泄油环槽301来控制；油道b1203和油道d1206直径相同且处于同一轴线上；油道b1203和油道d1206的连通与隔断可通过进油环槽302来控制。
所述的高压油管5内的高压油经过高压限压阀4后可维持稳定的高压状态，并能推动气门活塞20下行；高压油管5内的高压油经过低压限压阀7后压力降低，但其压力仍高于低压油源的压力，且能够满足高速电磁阀10的工作需求。
所述的高速电磁阀10为两位三通电磁阀；当高速电磁阀10处于通电状态时，油管a8、高速电磁阀10、油管b9相通，经过低压限压阀7泄压的液压油进入油腔6，柱塞3在液压油的压力下向下运动，当液压油压力与柱塞弹簧2作用力相平衡时进油环槽302刚好与油道b1203和油道d1206完全连通；当高速电磁阀10处于断电状态时，油管c11、高速电磁阀10、油管b9相通，柱塞3在柱塞弹簧2的作用力下回位，推动油腔6内液压油从油管c11流出，此时，泄油环槽301与油道a1201和油道e1207完全连通。
所述的活塞套17上设有主泄油道1701、副泄油道1702、进油道1703、气门活塞孔1704；其中，主泄油道1701、副泄油道1702和进油道1703均与气门活塞孔1704相通；主泄油道1701、副泄油道1702设在活塞套17侧壁上部，并且主泄油道1701设在副泄油道1702下方；进油道1703设在活塞套17顶部。
本发明装置的工作过程如下：
当气门23需要开启时，高速电磁阀10通电，油管a8、高速电磁阀10、油管b9相通，经过低压限压阀7泄压的液压油进入油腔6，柱塞3在液压油的压力下向下运动，当液压油压力与柱塞弹簧2作用力相平衡时进油环槽302刚好与油道b1203和油道d1206完全连通，而泄油环槽301与油道a1201和油道e1207完全隔断；此时，经高压限压阀4稳压的高压油通过油道b1203、进油环槽302、油道d1206、进油管16和进油道1703进入活塞腔19，推动气门活塞20克服气门弹簧21的作用力使气门23开启。
当气门23需要关闭时，高速电磁阀10断电使得油管b9、高速电磁阀10、油管c11相通，柱塞3在柱塞弹簧2的作用力下回位，推动油腔6内液压油从油管c11流出，此时，泄油环槽301与油道a1201和油道e1207完全连通，而进油环槽302与油道b1203和油道d1206完全隔断；此时，在气门弹簧21的作用力下，推动气门23上行；在气门23落座初期，液压油主要通过主泄油道1701、主泄油管18、泄油总管13、油道e1207、泄油环槽301、油道a1201流出；在气门23落座后期，气门活塞20关闭主泄油道1701，液压油通过副泄油道1702、副泄油管15、泄油总管13、油道e1207、泄油环槽301、油道a1201流出，其中，副泄油管15上串接的电控节流阀14开度可根据发动机转速进行调节，并对液压油形成节流作用，从而对气门23进行落座缓冲控制，满足不同发动机转速工况下气门23的落座速度控制需求。
当需要提前气门23开启正时时，提前高速电磁阀10的通电时刻；当需要推迟气门23开启正时时，推后高速电磁阀10的通电时刻。
当需要增大气门23开启持续期时，推迟高速电磁阀10的断电时刻；当需要减小气门23开启持续期时，提前高速电磁阀10的断电时刻。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的低压控制高压的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.本发明提供的低压控制高压的液压驱动可变气门机构在气门落座初期具有快速的响应性，而且在气门落座后期提供缓冲控制，实现软落座；
3.本发明提供的低压控制高压的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.本发明提供的低压控制高压的液压驱动可变气门机构所采用的高速电磁阀具有驱动能耗低、稳定性好、安全性高的优点，可降低机构的驱动能耗，进一步提高经济性。
附图说明
图1是低压控制高压的液压驱动可变气门机构的结构示意图
图2是图1中柱塞3的结构示意图
图3是图1中柱塞套12的结构示意图
图4是图1中活塞套17的结构示意图
其中，1.挡座 2.柱塞弹簧 3.柱塞 4.高压限压阀 5.高压油管 6.油腔 7.低压限压阀 8.油管a 9.油管b 10.高速电磁阀 11.油管c 12.柱塞套 13.泄油总管 14.电控节流阀 15.副泄油管 16.进油管 17.活塞套 18.主泄油管 19.活塞腔 20.气门活塞 21.气门弹簧 22.气门弹簧座 23.气门 301.泄油环槽 302.进油环槽 1201.油道a 1202.高压限压阀安装孔 1203.油道b 1204.柱塞孔 1205.油道c 1206.油道d 1207.油道e 1701.主泄油道 1702.副泄油道 1703.进油道 1704.气门活塞孔
具体实施方式
下面结合附图1-4对本发明做详细描述：
参照附图1-4：
本发明由挡座1、柱塞弹簧2、柱塞3、高压限压阀4、高压油管5、油腔6、低压限压阀7、油管a8、油管b9、高速电磁阀10、油管c11、柱塞套12、泄油总管13、电控节流阀14、副泄油管15、进油管16、活塞套17、主泄油管18、活塞腔19、气门活塞20、气门弹簧21、气门弹簧座22、气门23组成。
其中，挡座1通过螺纹与柱塞套12上的柱塞孔1204下端入口处连接；其作用为对柱塞弹簧2进行限位；
柱塞弹簧2安装在柱塞套12上的柱塞孔1204内，且其上下两端分别固接在柱塞3底部和挡座1顶部；柱塞弹簧2为柱塞3在柱塞孔1204内的上行移动提供回复力；
柱塞3安装在柱塞套12上的柱塞孔1204内，且与柱塞孔1204内壁滑动连接；柱塞3在柱塞孔1204内的上下滑动可以控制油道a1201和油道e1207的连通与隔断以及油道b1203和油道d1206的连通与隔断；
高压限压阀4安装在柱塞套12上的高压限压阀安装孔1202内，其一端与高压油管5的端口相通，另一端与柱塞套12上的油道b1203相通；高压油管5内的高压油经过高压限压阀4后可维持稳定的高压状态；
高压油管5为三通管结构，其三个端口分别连通高压油源、高压限压阀4和低压限压阀7；
油腔6为柱塞3顶部与柱塞孔1204内壁之间构成的区域；
低压限压阀7一端与高压油管5的端口相通，另一端与油管a8相通；高压油管5内的高压油经过低压限压阀7后压力降低，但其压力仍高于低压油源的压力，且能够满足高速电磁阀10的工作需求；
高速电磁阀10的三个端口分别与油管a8、油管b9、油管c11的一端相通，另外，油管b9另一端与柱塞套12上的油道c1205相通，油管c11另一端与低压油源相通；
高速电磁阀10为两位三通电磁阀；当高速电磁阀10处于通电状态时，油管a8、高速电磁阀10、油管b9相通，经过低压限压阀7泄压的液压油进入油腔6，柱塞3在液压油的压力下向下运动，当液压油压力与柱塞弹簧2作用力相平衡时进油环槽302刚好与油道b1203和油道d1206完全连通；当高速电磁阀10处于断电状态时，油管c11、高速电磁阀10、油管b9相通，柱塞3在柱塞弹簧2的作用力下回位，推动油腔6内液压油从油管c11流出，此时，泄油环槽301与油道a1201和油道e1207完全连通；
泄油总管13为三通管结构，其三个端口分别与柱塞套12上的油道e1207、副泄油管15和主泄油管18连通；
副泄油管15的一端与泄油总管13相通，另一端与活塞套17上的副泄油道1702相通；在气门23落座后期，液压油通过副泄油管15流出；
主泄油管18的一端与泄油总管13相通，另一端与活塞套17上的主泄油道1701相通；在气门23落座初期，液压油主要通过主泄油管18流出；
电控节流阀14串接在副泄油管15上；其开度可根据发动机转速进行调节，并对液压油形成节流作用，从而对气门23进行落座缓冲控制，降低气门23的落座速度；
进油管16一端与柱塞套12上的油道d1206相通，另一端与活塞套17上的进油道1703相通；可将高压油导入活塞腔19；
活塞腔19为气门活塞20顶部与活塞套17上的气门活塞孔1704内壁之间构成的区域；
气门活塞20安装在活塞套17上的气门活塞孔1704内，并且与气门活塞孔1704内壁滑动连接；
气门弹簧21上下两端分别由气门活塞20底端和气门弹簧座22限位；其在安装时具有一定预紧力，为气门23回位提供回复力并保证气门23运动的可靠性；
气门23顶端固接在气门活塞20底部。
参照附图2：
所述的柱塞3上设有泄油环槽301、进油环槽302。
其中，泄油环槽301可控制油道a1201和油道e1207的连通与隔断；
进油环槽302可控制油道b1203和油道d1206的连通与隔断。
参照附图3：
所述的柱塞套12上设有油道a1201、高压限压阀安装孔1202、油道b1203、柱塞孔1204、油道c1205、油道d1206、油道e1207。
其中，油道a1201、油道b1203、油道c1205、油道d1206、油道e1207均与柱塞孔1204相通；
油道a1201和油道e1207直径相同且处于同一轴线上，另外，油道a1201还与低压油源相通；当油道a1201和油道e1207通过泄油环槽301连通时，控制气门23回落的低压油路连通；
油道b1203和油道d1206直径相同且处于同一轴线上；当油道b1203和油道d1206通过进油环槽302连通时，控制气门23开启的高压油路连通。
参照附图4：
所述的活塞套17上设有主泄油道1701、副泄油道1702、进油道1703、气门活塞孔1704。
其中，主泄油道1701、副泄油道1702和进油道1703均与气门活塞孔1704相通；主泄油道1701、副泄油道1702和进油道1703为活塞腔19内液压油的进出通路；
主泄油道1701、副泄油道1702设在活塞套17侧壁上部，并且主泄油道1701设在副泄油道1702下方；在气门23落座初期，液压油主要通过主泄油道1701流出；在气门23落座后期，液压油通过副泄油道1702流出；
进油道1703设在活塞套17顶部；
气门活塞孔1704为气门活塞20提供安装位置，并且气门活塞孔1704内壁为气门活塞20的上下移动提供导向作用。
结合本发明装置各组件及其安装位置关系，该低压控制高压的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：
高速电磁阀10通电，油管a8、高速电磁阀10、油管b9相通，经过低压限压阀7泄压的液压油进入油腔6，柱塞3在液压油的压力下向下运动，当液压油压力与柱塞弹簧2作用力相平衡时进油环槽302刚好与油道b1203和油道d1206完全连通，而泄油环槽301与油道a1201和油道e1207完全隔断；此时，经高压限压阀4稳压的高压油通过油道b1203、进油环槽302、油道d1206、进油管16和进油道1703进入活塞腔19，推动气门活塞20克服气门弹簧21的作用力使气门23开启。
气门需要关闭时：
高速电磁阀10断电，使得油管b9、高速电磁阀10、油管c11相通，柱塞3在柱塞弹簧2的作用力下回位，推动油腔6内液压油从油管c11流出，此时，泄油环槽301与油道a1201和油道e1207完全连通，而进油环槽302与油道b1203和油道d1206完全隔断；此时，在气门弹簧21的作用力下，推动气门23上行。
气门落座缓冲控制：
在气门23落座初期，液压油主要通过主泄油道1701、主泄油管18、泄油总管13、油道e1207、泄油环槽301、油道a1201流出；在气门23落座后期，气门活塞20关闭主泄油道1701，液压油通过副泄油道1702、副泄油管15、泄油总管13、油道e1207、泄油环槽301、油道a1201流出，其中，副泄油管15上串接的电控节流阀14开度可根据发动机转速进行调节，并对液压油形成节流作用，从而对气门23进行落座缓冲控制，满足不同发动机转速工况下气门23的落座速度控制需求。
气门正时及开启持续期调整：
当需要提前气门23开启正时时，提前高速电磁阀10的通电时刻；当需要推迟气门23开启正时时，推后高速电磁阀10的通电时刻。
当需要增大气门23开启持续期时，推迟高速电磁阀10的断电时刻；当需要减小气门23开启持续期时，提前高速电磁阀10的断电时刻。

Claims (5)

1.一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构，由挡座(1)、柱塞弹簧(2)、柱塞(3)、高压限压阀(4)、高压油管(5)、油腔(6)、低压限压阀(7)、油管a(8)、油管b(9)、高速电磁阀(10)、油管c(11)、柱塞套(12)、泄油总管(13)、电控节流阀(14)、副泄油管(15)、进油管(16)、活塞套(17)、主泄油管(18)、活塞腔(19)、气门活塞(20)、气门弹簧(21)、气门弹簧座(22)、气门(23)组成；其中，挡座(1)通过螺纹与柱塞套(12)上的柱塞孔(1204)下端入口处连接；柱塞弹簧(2)安装在柱塞套(12)上的柱塞孔(1204)内，且其上下两端分别固接在柱塞(3)底部和挡座(1)顶部；柱塞(3)安装在柱塞套(12)上的柱塞孔(1204)内，且与柱塞孔(1204)内壁滑动连接；柱塞(3)顶部与柱塞孔(1204)内壁之间的区域构成油腔(6)；高压油管(5)为三通管结构，其三个端口分别连通高压油源、高压限压阀(4)和低压限压阀(7)；高压限压阀(4)安装在柱塞套(12)上的高压限压阀安装孔(1202)内，并与柱塞套(12)上的油道b(1203)相通；低压限压阀(7)串接在高压油管(5)和油管a(8)之间；油管b(9)与柱塞套(12)上的油道c(1205)相通；高速电磁阀(10)的三个端口分别与油管a(8)、油管b(9)、油管c(11)相通；油管c(11)与低压油源相通；泄油总管(13)也是三通管结构，其三个端口分别与柱塞套(12)上的油道e(1207)、副泄油管(15)和主泄油管(18)连通；电控节流阀(14)串接在副泄油管(15)上；副泄油管(15)与活塞套(17)上的副泄油道(1702)相通；进油管(16)与柱塞套(12)上的油道d(1206)和活塞套(17)上的进油道(1703)相通；主泄油管(18)与活塞套(17)上的主泄油道(1701)相通；活塞腔(19)为气门活塞(20)顶部与活塞套(17)上的气门活塞孔(1704)内壁之间构成的区域；气门活塞(20)安装在活塞套(17)上的气门活塞孔(1704)内，并且与气门活塞孔(1704)内壁滑动连接；气门弹簧(21)上下两端分别由气门活塞(20)底端和气门弹簧座(22)限位；气门(23)顶端固接在气门活塞(20)底部。
2.按照权利要求1所述的一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构，其特征在于所述的柱塞(3)上设有泄油环槽(301)、进油环槽(302)；所述的柱塞套(12)上设有油道a(1201)、高压限压阀安装孔(1202)、油道b(1203)、柱塞孔(1204)、油道c(1205)、油道d(1206)、油道e(1207)；其中，油道a(1201)、油道b(1203)、油道c(1205)、油道d(1206)、油道e(1207)均与柱塞孔(1204)相通；油道a(1201)和油道e(1207)直径相同且处于同一轴线上，另外，油道a(1201)还与低压油源相通；油道a(1201)和油道e(1207)的连通与隔断可通过泄油环槽(301)来控制；油道b(1203)和油道d(1206)直径相同且处于同一轴线上；油道b(1203)和油道d(1206)的连通与隔断可通过进油环槽(302)来控制。
3.按照权利要求1所述的一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构，其特征在于所述的高压油管(5)内的高压油经过高压限压阀(4)后可维持稳定的高压状态，并能推动气门活塞(20)下行；高压油管(5)内的高压油经过低压限压阀(7)后压力降低，但其压力仍高于低压油源的压力，且能够满足高速电磁阀(10)的工作需求。
4.按照权利要求1所述的一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构，其特征在于所述的高速电磁阀(10)为两位三通电磁阀；当高速电磁阀(10)处于通电状态时，油管a(8)、高速电磁阀(10)、油管b(9)相通，经过低压限压阀(7)泄压的液压油进入油腔(6)，柱塞(3)在液压油的压力下向下运动，当液压油压力与柱塞弹簧(2)作用力相平衡时进油环槽(302)刚好与油道b(1203)和油道d(1206)完全连通；当高速电磁阀(10)处于断电状态时，油管c(11)、高速电磁阀(10)、油管b(9)相通，柱塞(3)在柱塞弹簧(2)的作用力下回位，推动油腔(6)内液压油从油管c(11)流出，此时，泄油环槽(301)与油道a(1201)和油道e(1207)完全连通。
5.按照权利要求1所述的一种低压控制高压的液压驱动可变气门机构，其特征在于所述的活塞套(17)上设有主泄油道(1701)、副泄油道(1702)、进油道(1703)、气门活塞孔(1704)；其中，主泄油道(1701)、副泄油道(1702)和进油道(1703)均与气门活塞孔(1704)相通；主泄油道(1701)、副泄油道(1702)设在活塞套(17)侧壁上部，并且主泄油道(1701)设在副泄油道(1702)下方；进油道(1703)设在活塞套(17)顶部。
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