CN108506063B - 一种无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，包括活动凸轮、定子和气门；活动凸轮套于定子上，并可绕定子做旋转运动；定子内部设有第一液压缸和第一活塞，第一活塞的活塞杆下端固定连接滚轮；气门杆上端固定连接第二液压缸，第二液压缸内部设有第二活塞，第二活塞的活塞杆上端固定连接滚轮；活动凸轮内部设有与滚轮互相配合的导向凹槽，所述导向凹槽上下表面分别设有第一型线和第二型线；通过控制第一液压缸与第二液压缸中液压流体的压力大小与运动方向，可以改变滚轮与第一型线和第二型线之间的配合规律，从而实现二四冲程变化。本发明取消了气门弹簧，可以实现更高充气效率，同时控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

Description

一种无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构

技术领域

本发明属于发动机可变气门液压执行机构技术领域，尤其是涉及一种无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构。

背景技术

内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的排放法规。传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术控制排放，降低油耗。

可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者主要改变机械结构，因此结构简单，响应速度快，但是因为保留了凸轮，其气门只是相对可变，并不能任意可变。而无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程及持续期。就驱动方式来分，无凸轮配气技术分为电磁驱动、电气驱动、电机驱动、电液驱动等方式。相对于电磁驱动的能耗大，电气驱动的响应速度低及不稳定，电机驱动的系统复杂等缺点，电液驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度较快。然而它也有不可避免的缺点：高转速下液压系统流量不够，气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大。因此主要用于柴油机这种转速较低的发动机上，除此之外，还必须要采用昂贵的电液伺服系统及相对复杂的控制技术来精确的控制气门行程避免落座冲击，大大增加了发动机的成本。因此，需要针对发动机具体的用途来采用合适的可变气门技术。

已经公知的是，如发明专利(名称：多模式2冲程/4冲程内燃发动机；专利号：200880102440.0)中所描述的，通过将发动机冲程从4冲程运行切换到2冲程运行可以使得燃烧频率被翻倍,甚至在每一循环的输出功相同时也实现发动机功率的翻倍。由此，有必要针对上述需求，研究耗能低而又灵活可变的气门机构，以实现2/4冲程互换功能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出本发明旨在提出一种无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，通过改变机构内部液压流体的压力大小与运动方向，最终实现二四冲程的可变。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，包括活动凸轮、定子和气门；

所述活动凸轮套于所述定子上，并可绕所述定子做旋转运动，所述定子内部设有第一液压缸以及沿所述第一液压缸内壁滑动的第一活塞，所述第一活塞自上而下把所述第一液压缸内部空间分为第一液压腔和第二液压腔；所述第一活塞的活塞杆下端固定连接滚轮，所述活动凸轮内部设有与所述滚轮互相配合的导向凹槽，所述导向凹槽上下表面分别设有第一型线和第二型线；

所述气门的气门杆顶端固定连接第二液压缸，所述第二液压缸内设可沿所述第二液压缸内壁滑动的第二活塞，所述第二活塞自上而下把所述第二液压缸内部空间分为第三液压腔和第四液压腔；所述第二活塞的活塞杆上端固定连接所述滚轮；

所述第一活塞的活塞杆内部和所述第二活塞的活塞杆内部设有第三油道和第四油道；所述第三油道两端分别连通至所述第一液压腔和所述第三液压腔，所述第四油道两端分别连通至所述第二液压腔和所述第四液压腔；所述定子内部还设有第一油道和第二油道，所述第一油道与所述第一液压腔相通，所述第二油道与所述第二液压腔相通。

进一步的，所述活动凸轮转速与发动机转速比为1：2；所述活动凸轮每转一圈，或所述第一型线使所述滚轮上下运动一次，或所述第二型线使所述滚轮上下运动二次。

进一步的，所述定子外表面还设有挡圈，限制所述活动凸轮沿所述定子的轴向运动。

进一步的，所述第一油道和第二油道外接二位四通电磁阀油路转换机构以及高低压油源，以实现进回油切换功能。

进一步的，所述第二活塞的活塞头还分别设有上下台阶面，用以限定所述第二液压缸相对于所述第二活塞的运动位置。

相对于现有技术，本发明所述的无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，具有以下优势：

本发明所述的可变液压气门机构，通过改变机构中液压流体的压力大小与运动方向，可以改变滚轮与第一型线以及第二型线之间的配合规律，从而实现二四冲程模式切换，本发明无需气门弹簧，可以实现更高充气效率，不需要在每一个工作循环下都对液压系统进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对液压参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低成本，有利于可变气门技术的工程化应用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例处于二冲程工况下气门关闭时的示意图；

图2是本发明实施例处于二冲程工况下气门开启时的示意图；

图3是本发明实施例处于四冲程工况下气门关闭时的示意图；

图4是本发明实施例处于四冲程工况下气门开启时的示意图；

图5是本发明实施例中凸轮转子与滚轮配合的主视图；

图6是图5中A-A向剖视图。。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图6所示，本发明无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，包括活动凸轮1、定子4和气门8；

所述活动凸轮1套于所述定子4上，并可绕所述定子4做旋转运动，所述活动凸轮1转速与发动机转速比为1：2；所述定子4内部设有第一液压缸14以及沿所述第一液压缸14内壁滑动的第一活塞12，所述第一活塞12自上而下把所述第一液压缸14内部空间分为第一液压腔13和第二液压腔11；所述第一活塞12的活塞杆下端固定连接滚轮5，所述活动凸轮1内部设有与所述滚轮5互相配合的导向凹槽，所述导向凹槽上下表面分别设有第一型线2和第二型线3，所述活动凸轮1每转一圈，或所述第一型线2使所述滚轮5上下运动一次，或所述第二型线3使所述滚轮5上下运动二次；

所述气门8的气门杆顶端固定连接第二液压缸7，所述第二液压缸7内设可沿所述第二液压缸7内壁滑动的第二活塞6，所述第二活塞6自上而下把所述第二液压缸7内部空间分为第三液压腔10和第四液压腔9；所述第二活塞6的活塞杆上端固定连接所述滚轮5；

所述第一活塞12的活塞杆内部和所述第二活塞6的活塞杆内部设有第三油道17和第四油道18；所述第三油道17两端分别连通至所述第一液压腔13和所述第三液压腔10，所述第四油道18两端分别连通至所述第二液压腔11和所述第四液压腔9；所述定子4内部还设有第一油道15和第二油道16，所述第一油道15与所述第一液压腔13相通，所述第二油道16与所述第二液压腔11相通；

通过改变所述第一油道15和所述第二油道16中的液压流体的压力大小与运动方向，改变所述滚轮5与所述第一型线2以及所述第二型线3之间的配合规律，可实现二四冲程模式切换。

所述定子4外表面还设有挡圈19，限制所述活动凸轮1沿所述定子4的轴向运动；

所述第一油道15和第二油道16外接公知的二位四通电磁阀油路转换机构以及高低压油源，以实现进回油切换功能；

所述第二活塞6的活塞头还分别设有上下台阶面，用以限定所述第二液压缸7相对于所述第二活塞6的运动位置；

本发明的工作过程如下：

在图1和图2中，所述第四液压腔9分别经过所述第四油道18、第二液压腔11、第二油道16和外界高压油源相通，所述第三液压腔10分别经过所述第三油道17、第一液压腔13、第一油道15与外界低压油源相通；所述第一液压腔13和所述第三液压腔10的体积减小，所述第二液压腔11和所述第四液压腔9的体积增大；所述第二活塞6的上台阶面与所述第二液压缸7的内壁接触；所述滚轮5与所述第二型线3相配合；

在图1中，所述第二型线3处于基圆状态，所述第一活塞12所受的向上液压力使得与所述第一活塞12相连的所述第二活塞6带动所述第二液压缸7处于最高端，所述气门8关闭；所述第二型线3的基圆与所述滚轮5之间留有微小气门间隙，以防止部件受热膨胀导致所述气门8被顶开；

在图2中，所述活动凸轮1的旋转导致所述第二型线3处于凸起状态，所述第二型线3与所述滚轮5接触，且对所述滚轮5向下的作用力大于所述第一活塞12所受的向上液压力，所述滚轮5向下移动，所述气门8开启；由于所述活动凸轮1转速与发动机转速比为一比二，发动机每转两圈，所述活动凸轮1转一圈，所述第二型线3使所述滚轮5上下运动二次，所述气门8开启关闭二次，因此为二冲程模式；

当需要进行二四冲程互换时，可以利用公知的二位四通电磁阀油路转换机构使所述第二油道16和外界低压油源相通，所述第一油道15与外界高压油源相通；此时如图3和图4所示，所述第四液压腔9分别经过所述第四油道18、第二液压腔11、第二油道16和外界低压油源相通，所述第三液压腔10分别经过所述第三油道17、第一液压腔13、第一油道15与外界高压油源相通；所述第一液压腔13和所述第三液压腔10的体积增大，所述第二液压腔11和所述第四液压腔9的体积减小；所述滚轮5向下运动与所述第一型线2接触配合；

在图3中，所述第一型线2处于基圆状态，所述第二液压缸7所受的向上液压力使得所述气门8关闭；所述第二活塞6的下台阶面与所述第二液压缸7的内壁留有微小气门间隙，以防止部件受热膨胀导致所述气门8被所述第二活塞6顶开；

在图4中，所述活动凸轮1的旋转导致所述第一型线2处于凸起状态，所述第一活塞12所受的向下液压力带动所述滚轮5沿着所述第一型线2向下移动，所述气门8被所述第二活塞6顶开，处于开启状态；由于所述活动凸轮1转速与发动机转速比为一比二，发动机每转两圈，所述活动凸轮1转一圈，所述第一型线2使所述滚轮5上下运动一次，所述气门8开启关闭一次，因此为四冲程模式；

综上，通过改变所述第一油道15和所述第二油道16中的液压流体的压力大小与运动方向，即可以改变所述滚轮5与所述第一型线2以及所述第二型线3之间的配合规律，从而可实现二四冲程模式切换。本发明无需气门弹簧，可以实现更高充气效率，本发明不需要在每一个工作循环下都对液压系统进行操作，而是在冲程需要改变的工况下才对液压参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低发动机成本并提高液压元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，其特征在于：包括活动凸轮(1)、定子(4)和气门(8)；

所述活动凸轮(1)套于所述定子(4)上，并可绕所述定子(4)做旋转运动，所述定子(4)内部设有第一液压缸(14)以及沿所述第一液压缸(14)内壁滑动的第一活塞(12)，所述第一活塞(12)自上而下把所述第一液压缸14内部空间分为第一液压腔(13)和第二液压腔(11)；所述第一活塞(12)的活塞杆下端固定连接滚轮(5)，所述活动凸轮(1)内部设有与所述滚轮(5)互相配合的导向凹槽，所述导向凹槽上下表面分别设有第一型线(2)和第二型线(3)；

所述气门(8)的气门杆顶端固定连接第二液压缸(7)，所述第二液压缸(7)内设可沿所述第二液压缸(7)内壁滑动的第二活塞(6)，所述第二活塞(6)自上而下把所述第二液压缸(7)内部空间分为第三液压腔(10)和第四液压腔(9)；所述第二活塞(6)的活塞杆上端固定连接所述滚轮(5)；

所述第一活塞(12)的活塞杆内部和所述第二活塞(6)的活塞杆内部设有第三油道(17)和第四油道(18)；所述第三油道(17)两端分别连通至所述第一液压腔(13)和所述第三液压腔(10)，所述第四油道(18)两端分别连通至所述第二液压腔(11)和所述第四液压腔(9)；所述定子(4)内部还设有第一油道(15)和第二油道(16)，所述第一油道(15)与所述第一液压腔(13)相通，所述第二油道(16)与所述第二液压腔(11)相通；

所述活动凸轮(1)转速与发动机转速比为1：2；所述活动凸轮(1)每转一圈，或所述第一型线(2)使所述滚轮(5)上下运动一次，或所述第二型线(3)使所述滚轮(5)上下运动二次。

2.根据权利要求1所述的无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，其特征在于：所述定子(4)外表面还设有挡圈(19)，限制所述活动凸轮(1)沿所述定子(4)的轴向运动。

3.根据权利要求1所述的无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，其特征在于：所述第一油道(15)和第二油道(16)外接二位四通电磁阀油路转换机构以及高低压油源，以实现进回油切换功能。

4.根据权利要求1所述的无气门弹簧发动机二四冲程可变液压气门机构，其特征在于：所述第二活塞(6)的活塞头还分别设有上下台阶面，用以限定所述第二液压缸(7)相对于所述第二活塞(6)的运动位置。