CN109322719A - 一种液压式可变气门摇臂装置 - Google Patents

一种液压式可变气门摇臂装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液压式可变气门摇臂装置，包括摇臂、凸轮、气门、摇臂座和三位四通电磁阀；摇臂内部设有第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞；第一柱塞中部固定设有摇臂轴，第三柱塞与凸轮接触配合；第一柱塞可沿摇臂左右运动从而影响摇臂比，第二柱塞和第三柱塞可沿摇臂上下运动从而影响气门开启时刻；通过调节三位四通电磁阀电压信号的初始时刻以及持续时间，可以改变第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞的运动规律，从而实现气门机构摇臂比与气门开启时刻的单独可变。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降低成本，有利于可变气门技术的应用。

Description

一种液压式可变气门摇臂装置
技术领域
本发明属于一种内燃机可变气门液压执行机构技术领域，尤其是涉及一种液压式可变气门摇臂装置。
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，而且在多缸机上需要多套电磁阀系统，大大增加了发动机的成本。因此，研究灵活可变而成本又相对较低适用于多缸机的可变气门系统势在必行。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种液压式可变气门摇臂装置，通过液压机构控制摇臂支点(柱塞)相对于摇臂的轴向运动，不仅实现摇臂比的单独可变，还可以实现气门开启时刻的单独可变。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种液压式可变气门摇臂装置，包括摇臂、凸轮、气门和三位四通电磁阀；
所述摇臂内部设有第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞；所述第一柱塞沿所述摇臂左右运动，所述第二柱塞和所述第三柱塞可沿所述摇臂上下运动；
所述摇臂侧壁设有贯通的第一液压通道、第二液压通道和第三液压通道；所述第一柱塞的左端通过所述第一液压通道与所述三位四通电磁阀的A端相连；所述第一柱塞的右端以及所述第二柱塞的上端都通过所述第二液压通道与所述三位四通电磁阀的B端相连；所述第二柱塞的下端以及所述第三柱塞的上端之间的空间通过所述第三液压通道与外界低压油源相通；所述三位四通电磁阀的P端外接高压油源，T端外接中压油源；
所述第三柱塞的下端与所述凸轮接触配合；所述摇臂与第三柱塞相对的另一端与所述气门的头部铰接；所述气门的气门杆套有气门弹簧。
进一步的，所述第一柱塞中部固定设有摇臂轴，所述摇臂1外表面设有第一导向长孔，所述摇臂两侧设有摇臂座，所述摇臂座内部水平方向设有第二导向长孔，所述摇臂轴径向穿过所述第一导向长孔以及所述第二导向长孔，且之间为滑动配合方式。
进一步的，所述三位四通电磁阀给正电压信号处于左位机能时，所述三位四通电磁阀的A端与P端相通，B端与T端相通，即所述第一液压通道与高压油源相通，所述第二液压通道与中压油源相通；所述三位四通电磁阀给负电压信号处于右位机能时，所述三位四通电磁阀的A端与T端相通，B端与P端相通所述第一液压通道与中压油源相通，所述第二液压通道与高压油源相通；所述三位四通电磁阀给零电压信号处于中位机能时，所述第一液压通道与所述第二液压通道处于封闭状态。
相对于现有技术，本发明所述的一种液压式可变气门摇臂装置，具有以下优势：
本发明所述的一种液压式可变气门摇臂支点装置，通过控制三位四通电磁阀的电压信号初始时刻与持续时间，可以实现摇臂比与气门开启时刻的单独可变。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，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对液压参数进行调整，通过一个电磁阀控制即可以实现两个自由度可变，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低成本。
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是本发明中气门关闭时(凸轮5未驱动第三柱塞4，第三柱塞4与第二柱塞3之间分离)的示意图；
图2是本发明中气门即将开启时(凸轮5已驱动第三柱塞4，且第三柱塞4已与第二柱塞3接触)的示意图；
图3是本发明中气门处于开启状态下的示意图；
图4是本发明中气门刚关闭时的示意图；
图5是本发明中气门运动规律改变时的初始状态；
图6是本发明中气门运动规律改变时的终了状态；
图7是本发明中摇臂座与摇臂配合的示意图；
图8是图7中摇臂的左视图；
图9是图7中摇臂座的左视图
图10是本发明中三位四通电磁阀。
附图标记说明：
1.摇臂，2.第一柱塞，3.第二柱塞，4.第三柱塞，5.凸轮，6.气门，7.气门弹簧，8.摇臂座，101.第一液压通道，102.第二液压通道，103.第三液压通道，104.第一导向长孔，201.摇臂轴，801.第二导向长孔；9.三位四通电磁阀。
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10所示，本发明包括摇臂1、凸轮5、气门6、摇臂座8和三位四通电磁阀9；
所述摇臂1内部设有第一柱塞2、第二柱塞3和第三柱塞4；所述摇臂1外表面设有第一液压通道101，第二液压通道102和第三液压通道103；所述第一柱塞2可沿所述摇臂1左右运动，所述第二柱塞3和所述第三柱塞4可沿所述摇臂1上下运动；所述第一柱塞2的左端通过所述第一液压通道101与所述三位四通电磁阀9的A端相连；所述第一柱塞2的右端以及所述第二柱塞3的上端都通过所述第二液压通道102与所述三位四通电磁阀9的B端相连；所述第二柱塞3的下端以及所述第三柱塞4的上端通过所述第三液压通道103与外界低压油源相通。所述三位四通电磁阀9的P端外接高压油源，T端外接中压油源；
所述第三柱塞4的下端与所述凸轮5接触配合；所述摇臂1左端与所述气门6的头部铰接；所述气门6的气门杆套有气门弹簧7；
所述第一柱塞2中部固定设有摇臂轴201，所述摇臂1外表面设有第一导向长孔104，所述摇臂座8内部水平方向设有第二导向长孔801，所述摇臂轴201径向穿过所述第一导向长孔104以及所述第二导向长孔801，且之间为滑动配合方式，这导致摇臂轴201被限制在水平方向；
所述第一柱塞2运动的距离决定摇臂比，所述第一柱塞2运动的停止时刻决定气门开启时刻。通过所述三位四通电磁阀9的换向控制，可以单独控制所述第一柱塞2运动距离和运动停止时刻，实现气门机构摇臂比与气门开启时刻单独可变。
进一步的，所述三位四通电磁阀给正电压信号处于左位机能时，所述第一液压通道101与所述高压油源相通，所述第二液压通道102与所述中压油源相通；所述三位四通电磁阀给负电压信号处于右位机能时，所述第一液压通道101与所述中压油源相通，所述第二液压通道102与所述高压油源相通；所述三位四通电磁阀给零电压信号处于中位机能时，所述第一液压通道101与所述第二液压通道102处于封闭状态。
本发明的工作过程如下：
假设凸轮5顺时针转动，在图1中，三位四通电磁阀9处于中位机能，第一液压通道101与第二液压通道102处于封闭状态，第一柱塞2、第二柱塞3与摇臂1之间构成一整体。此时凸轮5凸起端与第三柱塞4下表面无接触，第二柱塞3和第三柱塞4由于外界低压油源的液力补偿，彼此之间存在间隙，凸轮5未驱动可变气门机构，因此气门6处于关闭状态。
当凸轮5继续顺时针转动，凸轮5凸起端开始与第三柱塞4下表面接触，推动第三柱塞4向上运动，克服第三柱塞4上端的低压油源作用力，第三柱塞4与第二柱塞3之间距离逐渐缩短，直至如图2所示，第三柱塞4已与第二柱塞3接触，第一柱塞2、第二柱塞3、第三柱塞4与摇臂1之间构成一整体。此时气门6仍处于关闭状态。
当凸轮5继续顺时针转动，如图3所示，凸轮5将对摇臂1右端产生向上的作用力。由于摇臂轴201被限制在水平方向，因此摇臂1将绕摇臂轴201作逆时针旋转运动，由于摇臂1左端与气门6的头部铰接，因此将克服气门弹簧7的作用力，带动气门6向下运动，此时气门6处于开启状态。
当凸轮5继续顺时针转动，如图4所示，凸轮5凸起端开始与第三柱塞4下表面脱离接触，在气门弹簧7的反作用力下，摇臂1将绕摇臂轴201作顺时针旋转运动，直至气门处于关闭状态。由此周而复转，从图1到图4。
当需要改变气门的运动规律，如改变摇臂比或气门开启时刻或同时都改变时，第一步如图5所示，首先在气门关闭状态下，给予负电压，控制所述三位四通电磁阀9从中位机能切换到右位机能，此时第一液压通道101与外界中压油源相通，第二液压通道102与外界高压油源相通，第一柱塞2在两端压力差的作用下向左运动，直至第一柱塞2左端与摇臂1内壁接触。由于第二柱塞3的下端以及第三柱塞4的上端通过第三液压通道103与外界低压油源相通，第二柱塞3在两端压力差的作用下向下运动，直至第二柱塞3下端与第三柱塞4上端接触成为一整体。此时作为气门运动规律即将改变的初始状态。
由于第一柱塞2中部固定设有摇臂轴201，因此第一柱塞2的左右运动距离将影响气门机构摇臂比。第二步给予正电压控制所述三位四通电磁阀9从右位机能切换到左位机能，此时第一液压通道101与外界高压油源相通，第二液压通道102与外界中压油源相通，第一柱塞2在两端压力差的作用下向右运动，第二柱塞3与第三柱塞4仍保持一整体状态。与图4相比，当图6中摇臂比需要增大时，则图6中第一柱塞2从最左端向右移动的距离要大于图4中的距离，反之则小于。通过控制正电压信号持续时间，即可以控制第一柱塞2从最左端向右移动的距离，进而控制摇臂比。
第二柱塞3、第三柱塞4与凸轮5之间的配合关系将影响气门的开启时刻。第三步给予零信号控制所述三位四通电磁阀9从左位机能切换到中位机能，此时第一液压通道101与第二液压通道102处于封闭状态，第二柱塞3、第三柱塞4与摇臂1之间构成一整体。凸轮5凸起端通过与第三柱塞4的接触进而对摇臂1产生向上的推动力，最终通过摇臂1的绕轴旋转运动，推动气门开启。由于一个固定摇臂比对应一个固定正电压信号持续时间，因此根据目标摇臂比，通过确定正电压信号的初始时刻就可以确定正电压信号的结束时刻即零信号的初始时刻，进而可以确定气门的开启时刻。
综上，通过调节正电压的初始时刻与持续时间，就可以通过三位四通电磁阀实现摇臂比与气门开启时刻的单独可变。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，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对液压参数进行调整，通过一个电磁阀控制即可以实现两个自由度可变。
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 (3)

1.一种液压式可变气门摇臂装置，其特征在于：包括摇臂(1)、凸轮(5)、气门(6)和三位四通电磁阀(9)；
所述摇臂(1)内部设有第一柱塞(2)、第二柱塞(3)和第三柱塞(4)；所述第一柱塞(2)沿所述摇臂(1)左右运动，所述第二柱塞(3)和所述第三柱塞(4)可沿所述摇臂(1)上下运动；
所述摇臂(1)侧壁设有贯通的第一液压通道(101)、第二液压通道(102)和第三液压通道(103)；所述第一柱塞(2)的左端通过所述第一液压通道(101)与所述三位四通电磁阀(9)的A端相连；所述第一柱塞(2)的右端以及所述第二柱塞(3)的上端的空间通过所述第二液压通道(102)与所述三位四通电磁阀(9)的B端相连；所述第二柱塞(3)的下端以及所述第三柱塞(4)的上端之间的空间通过所述第三液压通道(103)与外界低压油源相通；所述三位四通电磁阀(9)的P端外接高压油源，T端外接中压油源；
所述第三柱塞(4)的下端与所述凸轮(5)接触配合；所述摇臂(1)与第三柱塞(4)相对的另一端与所述气门(6)的头部铰接；所述气门(6)的气门杆套有气门弹簧(7)。
2.根据权利要求1所述的液压式可变气门摇臂装置，其特征在于：所述第一柱塞(2)中部固定设有摇臂轴(201)，所述摇臂(1)外表面设有第一导向长孔(104)，所述摇臂(1)两侧设有摇臂座(8)，所述摇臂座(8)内部水平方向设有第二导向长孔(801)，所述摇臂轴(201)径向穿过所述第一导向长孔(104)以及所述第二导向长孔(801)，且之间为滑动配合方式。
3.根据权利要求1所述的液压式可变气门摇臂装置，其特征在于：所述三位四通电磁阀(9)给正电压信号处于左位机能时，所述三位四通电磁阀(9)的A端与P端相通，B端与T端相通；所述三位四通电磁阀(9)给负电压信号处于右位机能时，所述三位四通电磁阀(9)的A端与T端相通，B端与P端相通；所述三位四通电磁阀(9)给零电压信号处于中位机能时，所述第一液压通道(101)与所述第二液压通道(102)处于封闭状态。
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