CN107975395A - 一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，包括挺柱体，活塞，柱塞，传动块，压电驱动器，单向阀等。压电驱动器通过传动块与活塞相连，活塞和柱塞分别安装在挺柱体的两端，挺柱体外表面有油孔与内腔相通，油孔处对应安装有单向阀，柱塞直接与气门相连。本发明结构简单，系统刚度大，响应时间短，气门运行参数可以在大范围内自由调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机配气机构，具体是发动机无凸轮轴气门驱动机构，特指一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构。
背景技术
压电驱动器是利用压电陶瓷材料的逆压电效应，当输入一定的电压时，压电驱动器将产生随电压升高而逐渐增大的变形量，从而将电能转变成机械运动，具有强度大，功耗低，响应速度快，位移控制精度高等一系列优点。
现代发动机特别是转速较高的汽油机，往往采用顶置式凸轮轴配用液压挺柱驱动气门的开启和关闭，从而使气门驱动系统传动链较短获得较大的刚度，满足高速运转下配气机构的工作效能。而在发动机工作过程中由于温度变化产生的工作元件变形以及由此产生的尺寸偏差，则通过液压挺柱动态调节凸轮轴到气门之间的间隙，满足不同工作温度下气门驱动链的尺寸要求。
发动机配气机构的工作性能对于发动机的动力性，经济性，排放性等都有着非常重要的影响。目前的可变配气机构中对气门的工作参数调整最为灵活，可以使气门的工作参数得到最大范围动态变化的是无凸轮轴气门驱动机构，这种机构取消了传统配气机构中的凸轮轴，采用其他的动力源直接驱动气门动作，目前主要有电磁驱动、电液驱动、电气驱动等几种工作形式。
发明内容
本发明的目的在于提出一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构。通过ECU控制压电驱动器变形伸长，利用机械传动机构传递这一变形量和驱动力，在此同时也可以根据需要相应的放大驱动行程，推动活塞运动压缩挺柱体内腔中的油液，利用活塞和柱塞的直径差，使压电驱动器在不同输入电压下的变形伸长量经机械传动机构传递和挺柱体液压传递放大后，在柱塞上得到多倍放大，驱动气门开启。当ECU控制输入压电驱动器的电压逐渐降低时，压电驱动器的变形伸长量减小，气门在气门弹簧的作用下落座回位，通过柱塞推动活塞及机械传动机构回复到初始位置。在气门落座期间，可以通过控制压电驱动器变形伸长量的变化，得到较小的气门落座冲击。
实现本发明目的的技术方案如下：
设有一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，包含压电驱动部分、行程液压放大及自适应部分，其特征在于：所述的压电驱动部分包括压电驱动器和机械传动机构，所述的机械传动机构可以直接传递所述的压电驱动器的动作，也可以通过杠杆放大机构或椭圆放大机构或三角形放大机构对所述的压电驱动器的驱动动作进行放大；所述的行程液压放大及自适应部分包括固定安装在气缸盖上的挺柱体、活塞、单向阀、柱塞、密封圈，所述的挺柱体具有第一端和第二端，所述的第一端与所述的活塞配合安装，所述的密封圈安装在所述的活塞和所述的挺柱体之间，用于实现无泄漏的可靠密封，所述的挺柱体外表面有至少一个油孔通向所述的挺柱体内腔，所述的挺柱体内腔安装有和所述的油孔数量相同的所述的单向阀，与所述的油孔对应安装，用于控制流经所述的油孔的油液只能从所述的挺柱体外部向所述的挺柱体内腔单向流动，所述的挺柱体第二端与所述的柱塞配合安装；所述的机械传动机构的末端传动元件与所述的活塞紧密接触，所述的柱塞与发动机气门紧密接触。
所述的压电驱动器的输入电压由电控单元ECU根据发动机工作需要自由调节，当发动机工作状况变化时，ECU控制所述的压电驱动器的输入电压，调节所述的压电驱动器的变形量，最终控制气门的开度大小及气门轨迹曲线。
所述的活塞和所述的柱塞均可以沿自身的轴线方向在所述的挺柱体内运动，所述的柱塞与所述的挺柱体第二端配合安装，允许微量泄漏。
所述的挺柱体内腔充满油液，外表面的油孔与发动机润滑油道相通或连接专用的液压油路。
当气门落座时ECU控制所述的压电驱动器的输入电压变化，可以对气门的落座速度进行控制。
所述的活塞直径大于所述的柱塞直径，两者由于直径差产生的行程放大结合所述的机械传动机构的放大倍数用来使所述的压电驱动器的工作行程能够放大到气门的最大升程。
附图说明
图1是本发明的一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构的结构示意图。
附图中标注说明：1-气门 2-气门弹簧 3-柱塞 4-挺柱体 5-密封圈 6-活塞7-压电驱动器 8-传动块 9-油孔 10-单向阀
具体实施方式
参考附图，对本发明的一个实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域内的普通技术人员在没有进行创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构包含固定在气缸盖上的挺柱体(4)，安装在挺柱体(4)第一端的活塞(6)，其上装有密封圈(5)保证两者之间可靠密封无泄漏。安装在挺柱体(4)第二端的柱塞(3)与气门(1)紧密接触。活塞(6)与传动块(8)紧密接触，传动块(8)被压电驱动器(7)驱动。挺柱体(4)外表面至少有一个油孔(9)通向挺柱体(4)内腔，油孔(9)处对应安装有单向阀(10)使流经油孔(9)的油液单向导通。活塞(6)和柱塞(3)都可以在挺柱体(4)内沿自身轴线方向移动，挺柱体(4)外表面的油孔(9)与发动机润滑油道相通。
当气门(1)关闭时，ECU控制输入压电驱动器(7)的电压为零，压电驱动器(7)处于自由状态，由于挺柱体(4)外表面的油孔(9)和发动机润滑油道相通，压力油经油孔(9)充满挺柱体(4)内腔，在柱塞(3)和活塞(6)的表面上产生较小的压力，保持各接触面的紧密接触。
当需要气门(1)开启时，ECU控制输入压电驱动器(7)的电压逐渐升高，压电驱动器(7)变形伸长，通过传动块(8)推动活塞(6)产生较小的位移，压缩挺柱体(4)内腔的油液，由于压力差的作用，单向阀(10)关闭油孔(9)，由于活塞(6)的直径大于柱塞(3)的直径，因此柱塞(3)产生更大的位移，推动气门(1)下行，克服气门弹簧(2)的作用力开启。由于压电驱动器(7)的变形伸长量随输入电压的变化而变化，位移精度极高，因此通过控制压电驱动器(7)的输入电压大小，就可以精确的控制活塞(6)的位移，从而控制柱塞(3)开启气门(1)的起始位置，开启时长，最大升程等参数，得到理想的气门升程曲线。
当需要气门(1)部分开启时，只需要通过ECU控制输入压电驱动器(7)的最高电压，使压电驱动器(7)的最大变形伸长量适当减小，从而使柱塞(3)的位移相应减小，即可实现气门(1)的部分开启状态。
当需要气门(1)保持某一开度时，ECU控制输入压电驱动器(7)的电压保持不变，则压电驱动器(7)的变形伸长量保持不变，活塞(6)和柱塞(3)均保持在该电压下的行程位置，气门(1)保持在预定开度位置不变。
当需要气门(1)关闭时，ECU控制输入压电驱动器(7)的电压逐渐降低，则压电驱动器(7)的变形伸长量逐渐减小，此时气门(1)在气门弹簧(2)的作用下，推动柱塞(3)上行回位，压缩挺柱体(4)内腔的油液，推动活塞(6)逐渐回到初始位置。通过ECU控制输入压电驱动器(7)的电压变化，可以得到适当的气门落座速度和理想的气门落座冲击。输入压电驱动器(7)的电压最终变为零时，压电驱动器(7)恢复初始尺寸，气门(1)完全关闭，各接触位置在挺柱体(4)内腔的油压作用下紧密接触。
当发动机工作温度变化时，气门及驱动机构等都有一定的热变形，由于热变形产生的尺寸变化通过挺柱体(4)与柱塞(3)配合处的微量泄漏调整挺柱体(4)内腔的油液数量加以补偿。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，包含压电驱动部分、行程液压放大及自适应部分，其特征在于：所述的压电驱动部分包括压电驱动器和机械传动机构，所述的机械传动机构可以直接传递所述的压电驱动器的动作，也可以通过杠杆放大机构或椭圆放大机构或三角形放大机构对所述的压电驱动器的驱动动作进行放大；所述的行程液压放大及自适应部分包括固定安装在气缸盖上的挺柱体、活塞、单向阀、柱塞、密封圈，所述的挺柱体具有第一端和第二端，所述的第一端与所述的活塞配合安装，所述的密封圈安装在所述的活塞和所述的挺柱体之间，用于实现无泄漏的可靠密封，所述的挺柱体外表面有至少一个油孔通向所述的挺柱体内腔，所述的挺柱体内腔安装有和所述的油孔数量相同的所述的单向阀，与所述的油孔对应安装，用于控制流经所述的油孔的油液只能从所述的挺柱体外部向所述的挺柱体内腔单向流动，所述的挺柱体第二端与所述的柱塞配合安装；所述的机械传动机构的末端传动元件与所述的活塞紧密接触，所述的柱塞与发动机气门紧密接触。
2.根据权利要求1所述的一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，其特征在于所述的压电驱动器的输入电压由电控单元ECU根据发动机工作需要自由调节，当发动机工作状况变化时，ECU控制所述的压电驱动器的输入电压，调节所述的压电驱动器的变形量，最终控制气门的开度大小及气门轨迹曲线。
3.根据权利要求1所述的一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，其特征在于所述的活塞和所述的柱塞均可以沿自身的轴线方向在所述的挺柱体内运动，所述的柱塞与所述的挺柱体第二端配合安装，允许微量泄漏。
4.根据权利要求1所述的一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，其特征在于所述的挺柱体内腔充满油液，外表面的油孔与发动机润滑油道相通或连接专用的液压油路。
5.根据权利要求1所述的一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，其特征在于当气门落座时ECU控制所述的压电驱动器的输入电压变化，可以对气门的落座速度进行控制。
6.根据权利要求1所述的一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构，其特征在于所述的活塞直径大于所述的柱塞直径，两者由于直径差产生的行程放大结合所述的机械传动机构的放大倍数用来使所述的压电驱动器的工作行程能够放大到气门的最大升程。
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