CN110159382A - 一种气门正时的电液调控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气门正时的液压调控装置，包括液压挺柱、配气凸轮、摇臂、摇臂滚子、气门组件、润滑油路、回油路和电磁阀，该气门组件包括气门弹簧和气门，本发明结构简单、集成度高；只需根据发动机不同工况改变电磁阀的通断时刻就可以实现气门提前角、滞后角的独立调节，使发动机分别获得不同工况下的最佳气门提前角和滞后角，满足发动机不同工况的配气正时需求；在一个循环中就可实现气门提前角和滞后角的单独、准确的调节；滞后角调节范围大，提高发动机效率，改善动力性能、节能减排；用于排气门时，可易于实现缸内残余废气系数实时调控和HCCI燃烧模式，系统运行平稳，气门关闭的运动过程及落座速度均相同，不随发动机转速的变化而变化，气门落座冲击小。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体来说涉及一种气门正时的电液调控装置。
背景技术
目前，在有液压挺柱的凸轮驱动式的配气系统中，液压挺柱用于自动补偿气门及传动系统因热膨胀、制造误差及磨损等原因造成的尺寸变化引起的间隙，减小冲击，改善运动平稳性，但不具有气门正时调节的功能。
可变气门正时技术可以根据发动机实际工况调节气门正时参数满足不同工况的配气需求，进而提高发动机动力特性、改善燃油经济性和降低有害气体排放。当前，可变气门正时调节方法主要有以下几种：1）每个气门对应着由多个不同凸轮组成的凸轮组，根据发动机不同转速变换不同的凸轮控制气门的运动而实现气门正时调节，因此，这种方法只能使发动机获得凸轮组中各凸轮型线对应转速的最佳配气正时，不能实现气门正时的无级调节；2）通过改变配气凸轮轴与发动机曲轴之间的相对角度实现气门正时的调节，由于气门开启的持续角大小不变，因此，这种调节方式存在着加大气门提前角的同时使气门滞后角减小相同的角度；反之，加大气门滞后角必然使得气门提前角减小同样的角度。因而，这种调节方法不能同时符合发动机不同工况下气门提前角和气门滞后角的调节需求。3）电磁直接驱动气门，该技术调节灵活，但高速响应性差、能耗高、冲击大，使得该技术不能较好地满足发动机高转速的配气要求。综上所述，现有的可变气门正时调节系统并不能较好地满足发动机不同转速下的配气需求，从而对发动机的动力性、燃油经济性和减排性的改善程度有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，既能实现液压挺柱原有的间隙补偿功能又能根据发动机不同工况进行气门提前角和滞后角的电液调控装置，可以克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气门正时的液压调控装置，包括液压挺柱、配气凸轮、摇臂、摇臂滚子、气门组件、润滑油路、回油路和电磁阀，该气门组件包括气门弹簧和气门。
在摇臂中部安装摇臂滚子，液压挺柱、气门组件分别安装在摇臂同侧的两端，在摇臂的对侧面安装配气凸轮，并且其工作表面与摇臂滚子外圆面相接触；
所述液压挺柱包括挺柱套、挺柱、挺柱单向阀芯、挺柱单向阀弹簧、挺柱单向阀弹簧座、挺柱弹簧、随动缓冲套、缓冲套卡簧、挺柱卡簧、缓冲套单向阀芯、缓冲套单向阀弹簧、缓冲套弹簧；
挺柱安装在挺柱套中，挺柱卡簧安装在挺柱的环形槽中；挺柱单向阀芯安装在挺柱下部的单向阀孔中，挺柱单向阀弹簧座安装在挺柱下部的大台阶孔中，挺柱单向阀弹簧安装在挺柱单向阀弹簧座的台阶孔中且其上端与挺柱单向阀芯接触、下端与挺柱单向阀弹簧座台阶孔的底部接触；
挺柱弹簧安装在挺柱下部的大台阶孔内且其上端与挺柱单向阀弹簧座的环形台阶下端面接触、下端与缓冲套卡簧接触；
缓冲套卡簧安装在随动缓冲套上部的环形槽中，随动缓冲套安装在挺柱套的下部台阶孔内；
缓冲套弹簧安装在挺柱套的下部内孔中且其下端与挺柱套的下部底孔接触、上端与随动缓冲套下端面接触；
缓冲套单向阀芯安装在随动缓冲套的单向阀孔内，缓冲套单向阀弹簧安装在随动缓冲套的单向阀孔中且其下端与挺柱套的下部底孔接触、上端与缓冲套单向阀芯接触；
挺柱套上部设有连接发动机润滑油路的挺柱套上油孔，下部设有连接回油路的快速段节流孔；
挺柱内部设有与挺柱同轴的挺柱阶梯轴孔，上部设有与挺柱阶梯轴孔相贯且与挺柱套上油孔时刻相通的径向挺柱油孔；
回油路的通断由电磁阀的开关状态控制。
优选的，配气凸轮的型线由多段曲线组成，其回程组合曲线的后段设置有半径大于配气凸轮基圆半径且尺寸等于与其连接的前段曲线终点升程值的同心圆弧.
优选的，所述挺柱套、挺柱、挺柱单向阀芯弹簧座、随动缓冲套同轴；挺柱弹簧的预紧力大于缓冲套弹簧的预紧力与缓冲套单向阀弹簧的预紧力之和，但远小于气门弹簧的预紧力。
优选的，缓冲套卡簧下端面与挺柱卡簧上端面的距离可从零到设定的最大分离距离之间变动，其最大分离距离根据气门落座前需要进行滞后角调节时的、并由凸轮曲线确定的气门开度尺寸参数与气门驱动系统所需补偿的最大间隙尺寸参数之和进行设定。
优选的，随动缓冲套为台阶轴，内部设置有台阶轴孔，在其上端设置有与台阶轴孔相贯的径向孔，在随动缓冲套的台阶轴轴肩外圆面设有节流缓冲斜面。
与现有技术相比，本发明结构简单、集成度高，易于与现有配置有液压挺柱的发动机集成；系统调节灵活、精度高，只需根据发动机不同工况改变电磁阀的通断时刻就可以实现气门提前角、滞后角的独立调节，使发动机分别获得不同工况下的最佳气门提前角和滞后角，满足发动机不同工况的配气正时需求；具有良好动态响应特性，在一个循环中就可实现气门提前角和滞后角的单独、准确的调节；滞后角调节范围大，用于进气门时，可以对发动机有效压缩比实时调控，发动机可以根据当前工况在最合理的有效压缩比条件下工作，提高效率，改善动力性能、节能减排；用于排气门时，可易于实现缸内残余废气系数实时调控和HCCI燃烧模式，系统运行平稳，气门关闭的运动过程及落座速度均相同，不随发动机转速的变化而变化，气门落座冲击小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中凸轮型线示意图；
图3为本发明中气门运动曲线示意图；
图4为本发明中液压挺柱在调节气门滞后角时状态示意图。
图中：1、液压挺柱，1.1、挺柱套，1.2、挺柱，1.3、挺柱单向阀芯，1.4、挺柱单向阀弹簧，1.5、挺柱单向阀弹簧座，1.6、挺柱弹簧，1.7、随动缓冲套，1.8、缓冲套卡簧，1.9、挺柱卡簧，1.10、缓冲套单向阀芯，1.11、缓冲套单向阀弹簧，1.12、缓冲套弹簧，1.13、快速段节流孔，1.14、节流缓冲斜面，1.15、径向孔，1.16、台阶轴孔，1.17、挺柱油孔，1.18、挺柱套上油孔，1.19、低速节流缝隙，1.20、挺柱台阶轴孔,2、配气凸轮，3、摇臂，4、摇臂滚子，5、气门组件，5.1、气门弹簧，5.2、气门，6、润滑油路，7、回油路，8、电磁阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种气门正时的液压调控装置，包括液压挺柱1、配气凸轮2、摇臂3、摇臂滚子4、气门组件5、润滑油路6、回油路7和电磁阀8。其中：液压挺柱1包括挺柱套1.1、挺柱1.2、挺柱单向阀芯1.3、挺柱单向阀弹簧1.4、挺柱单向阀弹簧座1.5、挺柱弹簧1.6、随动缓冲套1.7、缓冲套卡簧1.8、挺柱卡簧1.9、缓冲套单向阀芯1.10、缓冲套单向阀弹簧1.11、缓冲套弹簧1.12，挺柱1.2安装在挺柱套1.1大台阶孔中，挺柱卡簧1.9安装在挺柱1.2的环形槽中，挺柱单向阀芯1.3安装在挺柱1.2下部的单向阀孔中，挺柱单向阀弹簧座1.5安装在挺柱1.2下部的大台阶孔中，挺柱单向阀弹簧1.4安装在挺柱单向阀弹簧座1.5的台阶孔中、其上端与挺柱单向阀芯1.3接触、下端与挺柱单向阀弹簧座1.5台阶孔的底部接触，挺柱弹簧1.6安装在挺柱1.2下部的大台阶孔内、其上端与挺柱单向阀弹簧座1.5的环形台阶下端面接触、下端与浮动套卡簧1.8接触，缓冲套卡簧1.8安装在随动缓冲套1.7上部的环形槽中，随动缓冲套1.7安装在挺柱套1.1的下部台阶孔内，缓冲套弹簧1.12安装在挺柱套1.1的下部内孔中、其下端与挺柱套1.1的下部底孔接触、上端与随动缓冲套1.7下端面接触，缓冲套单向阀芯1.10安装在随动缓冲套1.7的单向阀孔内，缓冲套单向阀弹簧1.11安装在随动缓冲套1.7的单向阀孔中、其下端与挺柱套1.1的下部底孔接触、上端与缓冲套单向阀芯1.10接触;气门组件5包括气门弹簧5.1、气门5.2；摇臂滚子4安装在摇臂3中部，液压挺柱1、气门组件5分别安装在摇臂3同侧的两端，配气凸轮2安装在液压挺柱1、气门组件5在摇臂3的对侧面并且其工作表面与摇臂滚子4外圆面相接触。配气凸轮2的型线由多段曲线组成，其回程组合曲线的后段设置有半径大于配气凸轮基圆半径且尺寸等于与其连接的前段曲线终点升程值的同心圆弧。挺柱套1.1、挺柱1.2、挺柱单向阀芯弹簧座1.5、随动缓冲套1.7同轴。挺柱弹簧1.6的预紧力大于缓冲套弹簧1.12的预紧力与缓冲套单向阀弹簧1.11的预紧力之和，但远小于气门弹簧5.1的预紧力。缓冲套卡簧1.8下端面与挺柱卡簧1.9上端面的距离可从零到设定的最大分离距离之间变动，其最大分离距离根据气门落座前需要进行滞后角调节时的、并由凸轮曲线确定的气门开度尺寸参数与气门驱动系统所需补偿的最大间隙尺寸参数之和进行设定。挺柱套1.1上部设有连接发动机润滑油路6的挺柱套上油孔1.18，下部设有连接回油路7的快速段节流孔1.13。挺柱1.2内部设有与挺柱1.2同轴的挺柱阶梯轴孔1.20，上部设有与挺柱阶梯轴孔1.20相贯且与挺柱套上油孔1.18时刻相通的径向挺柱油孔1.17。随动缓冲套1.7为台阶轴，内部设置有台阶轴孔1.16，在其上端设置有与台阶轴孔1.16相贯的径向孔1.15，台阶轴轴肩外圆面设有节流缓冲斜面1.14。随动缓冲套1.7大外圆面与其在挺柱套1.1的安装内孔之间的节流间隙根据气门落座低速段速度要求，按流体力学方法确定。回油路7的通断由电磁阀8的开关状态控制。
工作过程如下：
当配气凸轮2顺时针转动且处于图2所示的型线CO范围的基圆段与摇臂滚子4接触时，气门5.2在气门弹簧5.1的作用下处于关闭状态。此时，将电磁阀8处于关闭状态，在挺柱弹簧1.6和缓冲套弹簧1.12的共同作用下，挺柱1.2处于当前工况的最高位置，且由于挺柱弹簧1.6的预紧力大于缓冲套弹簧1.12和缓冲套单向阀弹簧1.11的预紧力之和，挺柱1.2运动到缓冲套卡簧1.7与挺柱卡簧1.8接触位置，如图1所示。配气凸轮2继续转动到O点时，摇臂滚子4与配气凸轮2的接触处开始进入配气凸轮2的升程段，挺柱1.2在摇臂3的作用下向下运动的趋势将使挺柱1.2下部的油腔内油压升高，挺柱单向阀将处于关闭状态，由于挺柱弹簧1.6的预紧力大于缓冲套弹簧1.12的预紧力与缓冲套单向阀弹簧1.11的预紧力之和，挺柱弹簧1.6将挺柱1.2的向下运动趋势传递给随动缓冲套1.7。在挺柱弹簧1.6和挺柱1.2下部油腔油压的共同作用下，随动缓冲套1.7下部油腔的油压高于挺柱1.2下部油腔的油压，缓冲套单向阀也将处于关闭状态。在忽略油液的可压缩性条件下，液压挺柱1成为一个刚性体，液压挺柱1的挺柱1.2的头部成为了摇臂3的支点，随着配气凸轮2的继续转动，气门5.2将被打开并开至最大开度，如图3的OH段。此种情形下，获得最大气门提前角。
当配气凸轮2顺时针转动且处于图2所示的型线CO范围的基圆段与摇臂滚子4接触时，将电磁阀8处于导通状态，配气凸轮2转动到O点时，摇臂滚子4与配气凸轮2的接触处开始进入配气凸轮2的升程段，挺柱1.2在摇臂3的作用下向下运动，挺柱1.2下部油腔内的油液将通过快速段节流孔1.13、回油路7、单向阀8流回油箱，同时在沿程流动阻力和挺柱弹簧力作用下，挺柱单向阀和缓冲套单向阀均处于关闭状态，此种状态将一直延续至如图2型线OH段任意点G处电磁阀8关闭。当电磁阀8关闭后，在忽略油液的可压缩性条件下，液压挺柱1成为一个刚性体，液压挺柱1的挺柱1.2的头部成为了摇臂3的支点，随着配气凸轮2的继续转动，气门5.2将被打开并开至最大开度，如图3的GH段。相比于电磁阀8在配气凸轮2转动到O点之前就提前关闭情况，气门5.2开启位置滞后，即实现了气门提前角的调节。因此，根据不同发动机转速，调整电磁阀8的关闭时刻即可满足发动机的气门提前角的需求。
在摇臂滚子4与配气凸轮2的接触处于配气凸轮2回程阶段，气门5.2在气门弹簧5.1的作用下其开度随着凸轮升程的减小不断减小。当配气凸轮2转到图2所示的型线A点时，气门5.2也回落到图3所示的A点升程。此时，如果不接通电磁阀8，挺柱1.2下部的内腔内的油液不能通过回油路7、电磁阀8回到油箱中，液压挺柱1仍然是一个刚性整体，配气凸轮2从图2的型线A点转到B点时，气门5.2保持一定的开度而停止，如图3所示的水平直线段AB；配气凸轮2从图2的型线B点转到C点时,气门5.2继续回落直至关闭，如图3所示的线段BC。此情形下，获得最大气门滞后角。
如在配气凸轮2转到如图2所示的型线AB段任意点D时使电磁阀8处于导通状态，回油路7通过快速段节流孔1.13接通挺柱1.2下部的油腔与油箱之间的油路，挺柱1.2下部的油腔中的油液将通过快速段节流孔1.13、回油路7、单向阀8流回油箱。与此同时，挺柱1.2下部的油腔中的油液油压开始下降，挺柱1.2的高度也开始下降，在气门弹簧5.1的作用下，气门5.2也开始继续回落，此阶段气门5.2的运动速度受快速段节流孔1.13控制，如图3所示的DE段。当挺柱1.2内孔的下边沿下降至随动缓冲套1.7的节流缓冲斜面1.14时，节流缓冲斜面1.14以上的油液只能通过挺柱1.2内孔与随动缓冲套1.7之间的低速节流缝隙1.19流过。挺柱1.2从开始向下运动的初始位置下降至随动缓冲套1.7的节流缓冲斜面1.14起到缓冲作用位置之间的尺寸就确定了快速段的行程。只要根据使用要求设置合适的随动缓冲套1.7的尺寸，就可以控制节流的开始位置及流速，挺柱1.2的高度下降速度也就减缓，因而气门5.2的落座速度也同时被减小并最终平稳落座。相比于前述配气凸轮2转动在型线AB段电磁阀8没有接通的情况，此时气门5.2提前关闭，即实现了气门滞后角的调节。因此，根据不同发动机转速，调整电磁阀8的导通时刻即可满足发动机的气门滞后角的需求。气门5.2落座后，气门弹簧力不再作用于挺柱1.2，配气凸轮2继续转动处于图2的BC段时，挺柱1.2在挺柱弹簧1.6的弹簧力作用下向上运动并始终与摇臂3接触。此过程中，挺柱1.2下部的油腔容积增大，压力下降，挺柱单向阀打开，发动机润滑油通过单向阀向挺柱1.2下部的油腔补油，至此为下一循环工作做好准备。
对于气门驱动系统因制造误差、磨损、热胀冷缩等产生的尺寸变化，发动机每个循环以配气凸轮2转动至处于图2所示的型线CO范围的基圆段与摇臂滚子4接触时的初始位置，挺柱1.2将在其下部挺柱弹簧1.6的作用下以间隙为零进行自动补偿，同时随动缓冲套1.7也将随挺柱1.2初始位置的变化利用缓冲套卡簧和挺柱卡簧之间的限位作用而自动跟随。
综上所述，本发明只要根据发动机不同工况，合理调整电磁阀8的开关时刻即可实现发动机不同工况的气门提前角、气门滞后角的独立、精确调节。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种气门正时的液压调控装置，包括液压挺柱(1)、配气凸轮(2)、摇臂(3)、摇臂滚子(4)、气门组件(5)、润滑油路(6)、回油路(7)和电磁阀(8)，该气门组件(5)包括气门弹簧(5.1)和气门(5.2)，其特征在于：
在摇臂3中部安装摇臂滚子(4)，液压挺柱(1)、气门组件(5)分别安装在摇臂(3)同侧的两端，在摇臂3的对侧面安装配气凸轮(2)，并且其工作表面与摇臂滚子(4)外圆面相接触；
所述液压挺柱(1)包括挺柱套(1.1)、挺柱(1.2)、挺柱单向阀芯(1.3)、挺柱单向阀弹簧(1.4)、挺柱单向阀弹簧座(1.5)、挺柱弹簧(1.6)、随动缓冲套(1.7)、缓冲套卡簧(1.8)、挺柱卡簧(1.9)、缓冲套单向阀芯(1.10)、缓冲套单向阀弹簧(1.11)、缓冲套弹簧(1.12)；
挺柱(1.2)安装在挺柱套(1.1)中，挺柱卡簧(1.9)安装在挺柱(1.2)的环形槽中；挺柱单向阀芯(1.3)安装在挺柱(1.2)下部的单向阀孔中，挺柱单向阀弹簧座(1.5)安装在挺柱(1.2)下部的大台阶孔中，挺柱单向阀弹簧(1.4)安装在挺柱单向阀弹簧座(1.5)的台阶孔中且其上端与挺柱单向阀芯(1.3)接触、下端与挺柱单向阀弹簧座(1.5)台阶孔的底部接触；
挺柱弹簧(1.6)安装在挺柱(1.2)下部的大台阶孔内且其上端与挺柱单向阀弹簧座(1.5)的环形台阶下端面接触、下端与缓冲套卡簧(1.8)接触；
缓冲套卡簧(1.8)安装在随动缓冲套(1.7)上部的环形槽中，随动缓冲套(1.7)安装在挺柱套(1.1)的下部台阶孔内；
缓冲套弹簧(1.12)安装在挺柱套(1.1)的下部内孔中且其下端与挺柱套(1.1)的下部底孔接触、上端与随动缓冲套(1.7)下端面接触；
缓冲套单向阀芯(1.10)安装在随动缓冲套(1.7)的单向阀孔内，缓冲套单向阀弹簧(1.11)安装在随动缓冲套(1.7)的单向阀孔中且其下端与挺柱套(1.1)的下部底孔接触、上端与缓冲套单向阀芯(1.10)接触；
挺柱套(1.1)上部设有连接发动机润滑油路(6)的挺柱套上油孔(1.18)，下部设有连接回油路(7)的快速段节流孔(1.13)；
挺柱(1.2)内部设有与挺柱(1.2)同轴的挺柱阶梯轴孔(1.20)，上部设有与挺柱阶梯轴孔(1.20)相贯且与挺柱套上油孔(1.18)时刻相通的径向挺柱油孔(1.17)；
回油路7的通断由电磁阀8的开关状态控制。
2.根据权利要求1所述的一种气门正时的液压调控装置，其特征在于：配气凸轮(2)的型线由多段曲线组成，其回程组合曲线的后段设置有半径大于配气凸轮(2)基圆半径且尺寸等于与其连接的前段曲线终点升程值的同心圆弧。
3.根据权利要求1所述的一种气门正时的液压调控装置，其特征在于：所述挺柱套(1.1)、挺柱(1.2)、挺柱单向阀芯弹簧座(1.5)、随动缓冲套(1.7)同轴；挺柱弹簧(1.6)的预紧力大于缓冲套弹簧(1.12)的预紧力与缓冲套单向阀弹簧(1.11)的预紧力之和，但远小于气门弹簧(5.1)的预紧力。
4.根据权利要求1所述的一种气门正时的液压调控装置，其特征在于：缓冲套卡簧(1.8)下端面与挺柱卡簧(1.9)上端面的距离可从零到设定的最大分离距离之间变动，其最大分离距离根据气门落座前需要进行滞后角调节时的、并由凸轮(2)曲线确定的气门开度尺寸参数与气门驱动系统所需补偿的最大间隙尺寸参数之和进行设定。
5.根据权利要求1所述的一种气门正时的液压调控装置，其特征在于：随动缓冲套(1.7)为台阶轴，内部设置有台阶轴孔(1.16)，在其上端设置有与台阶轴孔(1.16)相贯的径向孔(1.15)，在随动缓冲套(1.7)的台阶轴轴肩外圆面设有节流缓冲斜面(1.14)。
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