CN109578152B

CN109578152B - 具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构及控制方法

Info

Publication number: CN109578152B
Application number: CN201910004402.1A
Authority: CN
Inventors: 崔靖晨; 隆武强; 田华
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2039-01-03
Also published as: CN109578152A

Abstract

具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构及控制方法，属于发动机气门驱动领域。该机构主要包括气门组件、供油器、气门驱动器、第一泄油阀、第二泄油阀、输油单元等。本发明直接或者通过控制先导阀来控制第二泄油阀，决定气门是否处于停缸模式：在停缸模式下，气门始终保持完全关闭状态；在非停缸模式下，通过控制第一泄油阀，实现完全灵活的气门运行事件。本发明中的第一泄油阀可采用流通面积较小的现有快速响应泄油阀，成本低廉，易于获取；通过控制第二泄油阀，解决了第一泄油阀无法单独满足高速下的停缸模式要求。此外，第二泄油阀还可由先导阀控制其阀芯位置，可实现由一个先导阀来控制多组进气门和/或排气门是否处于停缸模式。

Description

具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构及控制方法

技术领域

本发明涉及具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构及控制方法，属于发动机气门驱动领域。

背景技术

随着发动机保有量的急剧增加，能源与环境问题已成为制约我国可持续发展的重大问题之一。研究表明：气门可变灵活程度越高，发动机性能改善程度越高；在一定范围内，气门启闭速度越快，发动机换气效果越好，发动机性能也越好；停缸技术可以有效改善发动机的油耗和排放；停缸技术与连续可变气门升程技术相结合可实现发动机燃油经济性大幅度的改善，因此，急需一款具有停缸功能的连续可变气门驱动机构。

目前，单纯实现连续可变气门升程的机构，即CVVL机构大多应用于顶置凸轮轴式汽油机上。机械式CVVL机构大多在调节进气门关闭正时，进气门开启正时的变化范围将超出发动机允许范围，因此，存在以下问题：（a）必须和VVT配合，方可满足进气门运行要求；（b）进排气凸轮必须分配到两个凸轮轴，即只适用于双凸轮轴发动机，无法应用于单凸轮轴发动机；此外，气门启闭速度有限。通过合理设计，主从活塞式液压CVVL机构避免了机械式CVVL机构的上述问题。但是，由于这类机构采用泄油阀来控制气门运行事件，要求泄油阀必须同时具有足够快的响应速度和足够大的流通面积，才能满足发动机高速运行要求。泄油阀的响应速度和流通面积是一对难以解决的矛盾，因此，主从活塞式液压CVVL机构存在的问题是：（a）随着发动机转速的增加，现有泄油阀对气门控制能力降低；（b）超过一定转速后，无法实现停缸等。如果通过同步提高泄油阀的响应速度和流通面积来解决上述问题，需要投入大量的成本进行研发，实用化前景差。因此开发一套结构紧凑、成本低廉且满足停缸和完全灵活的气门运行事件的气门驱动机构势在必行。

发明内容

本发明的目的在于：通过设计具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构，用于实现：（a）为了达到发动机低油耗、低排放的运行，需要气门驱动机构实现停缸模式以及完全灵活的可变气门事件。（b）为了满足成本和发动机布置的要求，本发明的机构需要满足成本低廉、结构紧凑等要求。

本发明所采用的技术方案是：具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构，它包括安全阀、储能器、输油泵、单向阀、第一泄油阀、凸轮、供油器、气门驱动器、气门组件、第二泄油阀、低压源。安全阀具有安全阀A口和安全阀T口。第一泄油阀具有第一泄油阀A口和第一泄油阀T口。第二泄油阀具有第二泄油阀A口和第二泄油阀T口。

凸轮驱动供油器内的柱塞运动。输油泵从低压源吸油，通过单向阀为储能器提供液压油。安全阀T口与低压源相连。安全阀A口、第一泄油阀T口、第二泄油阀T口均与储能器相连。第一泄油阀A口、第二泄油阀A口、供油器的油腔和气门驱动器的油腔四者相连。气门驱动器的活塞驱动气门组件运动。

所述第一泄油阀为快速响应阀，由电控单元驱动；所述第二泄油阀为大流量阀，由机械、电磁、电控气动或电控液压机构驱动。

当发动机处于非停缸模式时，第二泄油阀A口和第二泄油阀T口断开，气门运行情况由第一泄油阀的通断电状态控制；

当发动机处于停缸模式时，第二泄油阀A口和第二泄油阀T口连通。

该驱动机构还设有先导阀。先导阀具有先导阀P口、先导阀A口和先导阀T口。先导阀P口连接到输油泵和单向阀之间的油路。先导阀T口与低压源T相连。先导阀A口控制第二泄油阀的阀芯位置。

一种具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构的控制方法，第二泄油阀采用液压控制常闭阀，先导阀采用电控三通阀。当发动机处于非停缸模式时，先导阀处于不通电状态，先导阀将先导阀T口与先导阀A口相连，先导阀P口堵塞时，第二泄油阀的阀芯腔内的液压油回到低压源中，并且将第二泄油阀A口和第二泄油阀T口断开，气门运行情况由第一泄油阀的通断电状态控制。当发动机处于停缸模式时，先导阀处于通电状态，先导阀将先导阀P口与先导阀A口相连，先导阀T口堵塞，液压油驱动第二泄油阀的阀芯运动将第二泄油阀A口和第二泄油阀T口连通。

本发明的有益效果是：具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构主要包括安全阀、储能器、输油泵、单向阀、第一泄油阀、凸轮、供油器、气门驱动器、气门组件、第二泄油阀、低压源，还可增设先导阀。（a）通过控制第二泄油阀，实现了发动机高速下的停缸模式，解决了目前发动机停缸运行的最高转速受到第一泄油阀响应速度和流通面积等指标限制的问题，不仅不需要投入成本来提高第一泄油阀的性能；而且，还可适当降低对第一泄油阀的响应速度和/或流通面积的要求，进一步降低成本。（b）在非停缸模式下，通过控制第一泄油阀，可实现完全灵活的可变气门事件。（c）本发明还可由一个先导阀控制多个第二泄油阀的阀芯位置，即由一个先导阀控制多组进气门和/或排气门是否处于停缸模式。本发明实现了发动机停缸技术和全可变气门技术的结合，大幅度地改善了发动机的燃油经济性和排放性能，并且满足了结构紧凑、成本低廉的目标。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。

图1是具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构示意图。

图中：1、安全阀；1A、安全阀A口；1T、安全阀T口；2、储能器；3、输油泵；4、单向阀；5、第一泄油阀；5A、第一泄油阀A口；5T、第一泄油阀T口；6、凸轮；7、供油器；8、气门驱动器；9、气门组件；10、第二泄油阀；10A、第二泄油阀A口；10T、第二泄油阀T口；T、低压源；11、先导阀；11P、先导阀P口；11A、先导阀A口；11T、先导阀T口。

具体实施方式

本发明涉及一种具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构。它包括安全阀1、储能器2、输油泵3、单向阀4、第一泄油阀5、凸轮6、供油器7、气门驱动器8、气门组件9、第二泄油阀10、低压源T。安全阀1具有安全阀A口1A和安全阀T口1T。第一泄油阀5具有第一泄油阀A口5A和第一泄油阀T口5T。第二泄油阀10具有第二泄油阀A口10A和第二泄油阀T口10T。凸轮6驱动供油器7内的柱塞运动。输油泵3从低压源T吸油，通过单向阀4为储能器2提供液压油。安全阀T口1T与低压源T相连。安全阀A口1A、第一泄油阀T口5T、第二泄油阀T口10T均与储能器2相连。第一泄油阀A口5A、第二泄油阀A口10A、供油器7的油腔和气门驱动器8的油腔四者相连。气门驱动器8的活塞驱动气门组件9运动。

第一泄油阀5和第二泄油阀10均可采用开关式泄油阀。

当第二泄油阀10将第二泄油阀A口10A和第二泄油阀T口10T连通时，气门始终保持完全关闭状态，即可实现停缸模式。当第二泄油阀10将第二泄油阀A口10A和第二泄油阀T口10T断开时，气门的运行情况由第一泄油阀5控制，此时为非停缸模式。在非停缸模式下，通过控制第一泄油阀5，可实现完全灵活的可变气门事件。

本发明采用第一泄油阀5和第二泄油阀10并联泄油来保证发动机停缸模式的最高转速满足要求，解决了目前发动机停缸运行的最高转速受到第一泄油阀5的响应速度和流通面积等指标限制的问题，不仅不需要投入成本来提高第一泄油阀5的性能；而且，还可适当降低对第一泄油阀5的响应速度和/或流通面积的要求，可以进一步降低成本。第一泄油阀5为快速响应阀，必须满足发动机高速运行所需的响应速度。第二泄油阀10的响应速度较第一泄油阀5低，其成本也低。

本发明还可以增设先导阀11。先导阀11具有先导阀P口11P、先导阀A口11A和先导阀T口11T。先导阀P口11P连接到输油泵3和单向阀4之间的油路。先导阀T口11T与低压源T相连。先导阀A口11A控制第二泄油阀10的阀芯位置。

图1为本发明所述的具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构的一种实施例。在该实施例中，第一泄油阀5采用电控常开阀，第二泄油阀10采用液压控制常闭阀，先导阀11采用电控三通阀。图1中，先导阀11处于不通电状态，先导阀11将先导阀T口11T与先导阀A口11A相连，先导阀P口11P堵塞时，第二泄油阀10的阀芯腔内的液压油回到低压源T中，并且将第二泄油阀A口10A和第二泄油阀T口10T断开，实现非停缸模式；在非停缸模式下，气门运行情况由第一泄油阀5的通断电状态控制。当先导阀11处于通电状态，先导阀11将先导阀P口11P与先导阀A口11A相连，先导阀T口11T堵塞，具有一定压力的液压油驱动第二泄油阀10的阀芯运动将第二泄油阀A口10A和第二泄油阀T口10T连通，实现停缸模式，气门始终保持关闭状态。

通过增设先导阀11，可以解决第二泄油阀10的响应速度和流通面积之间的矛盾，并且本发明还可由一个先导阀11控制多个第二泄油阀10的阀芯位置，即由一个先导阀11控制多组进气门和/或排气门是否处于停缸模式，实现了结构紧凑和成本低廉的目标。此外，对于多缸机而言，各类停缸模式下，始终处于同一组的气缸中，相邻气缸的第二泄油阀10还可以将其阀芯合为一体。

本发明同时实现了发动机停缸技术和全可变气门技术，大幅度地改善了发动机的燃油经济性和排放性能，并且满足了结构紧凑、成本低廉的目标。

Claims

1.具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构，它包括气门组件（9），其特征是：它还包括安全阀（1）、储能器（2）、输油泵（3）、单向阀（4）、第一泄油阀（5）、凸轮（6）、供油器（7）、气门驱动器（8）、第二泄油阀（10）、低压源（T）；

安全阀（1）具有安全阀A口（1A）和安全阀T口（1T）；

第一泄油阀（5）具有第一泄油阀A口（5A）和第一泄油阀T口（5T）；

第二泄油阀（10）具有第二泄油阀A口（10A）和第二泄油阀T口（10T）；

凸轮（6）驱动供油器（7）内的柱塞运动；

输油泵（3）从低压源（T）吸油，通过单向阀（4）为储能器（2）提供液压油；

安全阀T口（1T）与低压源（T）相连；

安全阀A口（1A）、第一泄油阀T口（5T）、第二泄油阀T口（10T）均与储能器（2）相连；

第一泄油阀A口（5A）、第二泄油阀A口（10A）、供油器（7）的油腔和气门驱动器（8）的油腔四者相连；

气门驱动器（8）的活塞驱动气门组件（9）运动

所述第一泄油阀（5）为快速响应阀；第二泄油阀（10）为大流量阀，由机械、电磁、电控气动或电控液压机构驱动。

2.根据权利要求1所述的具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构，其特征是：所述第一泄油阀（5）为快速响应阀，由电控单元驱动；所述第二泄油阀（10）为大流量阀，由机械、电磁、电控气动或电控液压机构驱动。

3.根据权利要求1所述的具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构，其特征是：该驱动机构还设有先导阀（11）；先导阀（11）具有先导阀P口（11P）、先导阀A口（11A）和先导阀T口（11T）；

先导阀P口（11P）连接到输油泵（3）和单向阀（4）之间的油路；

先导阀T口（11T）与低压源（T）相连；

先导阀A口（11A）控制第二泄油阀（10）的阀芯位置。

4.根据权利要求1所述的具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构的控制方法，其特征在于：

当发动机处于非停缸模式时，第二泄油阀A口（10A）和第二泄油阀T口（10T）断开，气门运行情况由第一泄油阀（5）的通断电状态控制；

当发动机处于停缸模式时，第二泄油阀A口（10A）和第二泄油阀T口（10T）连通。

5.根据权利要求4所述的具有停缸功能的液压连续可变气门驱动机构的控制方法，其特征在于：第二泄油阀（10）采用液压控制常闭阀，先导阀（11）采用电控三通阀；

当发动机处于非停缸模式时，先导阀（11）处于不通电状态，先导阀（11）将先导阀T口（11T）与先导阀A口（11A）相连，先导阀P口（11P）堵塞时，第二泄油阀（10）的阀芯腔内的液压油回到低压源（T）中，并且将第二泄油阀A口（10A）和第二泄油阀T口（10T）断开，气门运行情况由第一泄油阀（5）的通断电状态控制；

当发动机处于停缸模式时，先导阀（11）处于通电状态，先导阀（11）将先导阀P口（11P）与先导阀A口（11A）相连，先导阀T口（11T）堵塞，液压油驱动第二泄油阀（10）的阀芯运动将第二泄油阀A口（10A）和第二泄油阀T口（10T）连通。