CN111120029A - 一种旋转柱塞式的内燃机全可变配气机构 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种旋转柱塞式的内燃机全可变配气机构，系统开始运行时，电动机带动高压喷油泵，当与进油口相连的正时电磁阀开启时，高压油进入到液压缸中，当液压油作用在柱塞上的力大于气门回复弹簧的力时，推动柱塞向下运动，从而使气阀开启。当需要气门回复的时候，与进油口相连的正时电磁阀关闭，与进油口相连的正时电磁阀开启，在气门弹簧的作用下，气门向上运动，推动顶杆向上运动，将低压油排出液压缸内，顶杆和气门回到初始位置，完成一个循环。本发明可以对发动机配气参数进行柔性全可变调节；同时在落座时会产生一个液压死区，相对其他可变配气装置大大减小了气阀落座冲击，降低了发动机由于落座冲击而产生的振动和噪声。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种配气机构，具体地说是内燃机的配气机构。
背景技术
世界性的环境问题和国际能源危机日趋严重，已严重威胁到人类社会的可持续发展，世界各国政府逐步开始重视对于改善发动机燃油经济性、降低有害物质排放的相关技术，并颁布愈来愈苛刻的排放法规。发动机进排气性能的优劣，对发动机动力性、经济性及排放性都有重要影响。发动机不同转速工况下，对最佳配气参数的要求也会改变。但传统的发动机气门驱动机构采用机械凸轮控制进气门和排气门，由于凸轮型线固定不可变，因而其气门升程、配气定时等配气参数都是无法在发动机运行中进行灵活调节的，一般情况下只能对发动机某一工况下性能进行优化。20世纪80年代，出现了许多以改进凸轮驱动机构为基础的发动机可变配气机构的专利及技术，其中有很大一部分技术已经较为成熟，并已在汽车发动机上进行安装投产，但其本质上都是利用改变凸轮的型线或凸轮的相位角来实现可变配气，其只能在某几个工况下对发动机性能进行优化，还无法做到实时全程可变控制，保证发动机在每一工况下都最优化运行。
为了突破上述凸轮可变技术产生的瓶颈，研究人员设计出了无凸轮驱动配气机构，即改用以电磁、电液、电气或者其他方式替代凸轮及其从动件驱动气门的形式。无凸轮可变配气机构因为不受凸轮型线的限制，且这类系统都配有电控单元，可以根据发动机的工况，将传感器反馈的信号进行处理并发出相应的控制信号，对气门的配气参数灵活地、独立地控制，使发动机在不同工况下都以最低有害排放及低燃油经济性，最优动力性运行；这种形式的配气驱动机构简化了发动机结构、降低了加工成本和发动机重量。
发明内容
本发明的目的在于提供能解决在较大转速范围内动力性和经济性的矛盾问题的一种旋转柱塞式的内燃机全可变配气机构。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种旋转柱塞式的内燃机全可变配气机构，其特征是：包括可变配气机构执行器、油箱、高压油轨，高压油轨的进口连通油箱，高压油轨的出口通过进油管连接可变配气机构执行器的进油管高压接头，可变配气机构执行器的回油管高压接头通过回油管连接油箱，进油管上设置第一正时驱动电磁阀，回油管上设置第二正时驱动电磁阀，第一正时驱动电磁阀和第二正时驱动电磁阀均连接ECU；
所述可变配气机构执行器包括缸体、柱塞杆、齿条、调节柱塞杆，缸体里设置柱塞杆腔和调节柱塞杆腔，柱塞杆腔里安装柱塞杆，调节柱塞杆腔安装调节柱塞杆，柱塞杆包括柱塞杆头，调节柱塞杆下方的调节柱塞杆腔与柱塞杆头下方的柱塞杆腔连通，调节柱塞杆腔上端安装位置可调节的第一调节丝堵，第一调节丝堵与调节柱塞杆之间安装调节弹簧；柱塞杆的下端设置外螺纹，齿条与柱塞杆的外螺纹啮合，从而带动柱塞杆的上下移动。
本发明还可以包括：
1、高压油轨上设置压力传感器，压力传感器连接ECU，高压油轨的溢流口通过溢流管连接油箱，溢流口处设置高压溢流阀，油箱与高压油轨的进口之间设置过滤器、高压喷油泵、蓄能器。
2、调节杆腔的上端安装位置可调节的第二调节丝堵。
本发明的优势在于：本发明可以通过旋转柱塞来控制柱塞与回油孔的接触长度，用这种方法来灵活的控制升程，并可以对发动机配气参数进行柔性全可变调节；同时在落座时会产生一个液压死区，具有较低的气阀落座速度，相对其他可变配气装置大大减小了气阀落座冲击，降低了发动机由于落座冲击而产生的振动和噪声。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明可变配气机构执行器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，本发明包括油箱1、过滤器2、高压喷油泵3、蓄能器4、高压油轨5、压力传感器6、高压溢流阀7、电子控制单元8、转速传感器9，10、正时驱动电磁阀10，11、回油管高压接头12、进油管高压接头13、缸体14、顶杆15、安装座16、气门回复弹簧17、气门18。图2中，可变配气机构执行器包括安装座21、固定螺栓22、O型圈23、缸体24、高压接头25、柱塞杆26、调节丝堵27，28、调节弹簧29、调节柱塞杆30、丝堵31、齿条32。
在图1中，此装置未启动时，顶杆15在气门弹簧17的作用下处于最上端，此时电磁阀10,11未工作，等待电子控制单元8发出脉冲信号，此时腔内为低压油。当系统开始运行时，电动机带动高压喷油泵3，将液压油从油箱1中吸出，中间的过滤器2过滤掉其中的杂质，保证进入油路的液压油的清洁，蓄能器4保证液压油路压力的稳定，减少波动。之后高压液压油流入高压油轨5，在其上安装有压力传感器6，实时传输压力信号到电子控制单元8，其上安装有高压溢流阀7，当油压过高时溢流阀7开启，将多余的液压油输送回油箱1。电子控制单元8控制着两个正时驱动电磁阀的10,11开启与关闭，当电磁阀11开启时，高压油进入到液压缸14中，使腔内压力升高，当液压油作用在柱塞15上的力大于气门回复弹簧17的力时，推动柱塞15向下运动，从而使气阀18开启。当需要气门回复的时候，连接高压油源的电磁阀11关闭，连接低压油源的电磁阀10开启，在气门弹簧17的作用下，气门18向上运动，推动顶杆15向上运动，将低压油排出液压缸内，顶杆15和气门18回到初始位置，完成一个循环。在这个过程中，电子控制单元8接受来自曲轴端的转速信号，根据不同的转速匹配不同的正时电磁阀开闭顺序，来实现配气机构正时可变。
根据可变配气机构的工作原理，设计了可变配气机构执行器的结构图，如图2所示。主体结构为液压缸24，通过高低压液压油的往复流动来推动柱塞杆26运动，来实现代替传统的凸轮顶杆结构的目的。相比于单纯的液压缸，此执行机构多了一个液压缓冲部分，由图中的28、29、30、31四部分组成。当柱塞26向下运动，弹簧被不断压缩，压缩力不断变大，柱塞26向下运动的速度不断变慢，柱塞下方的液压油被挤出，运动到右侧的管路中。但是柱塞下方存在死区，有一部分液压油始终无法流出，充当一个缓冲垫的作用。当柱塞运动到下方液压油的死区时，柱塞26运动到油垫之上，起到缓冲的作用，可以显著的减小气阀落座的速度以及冲击力。同时也加入了一个通过调节齿条来使柱塞旋转的结构，当需要调节升程时，齿条32带动柱塞26进行旋转，改变与回油孔接触的柱塞26长度，因为进气门开启的过程长短是由和回油孔接触的柱塞长度决定的。接触的柱塞长度越长，柱塞的行程越长，气门的升程也就越大，通过传感器接收到的转速信号来匹配不同的升程，实现升程的即时可调。
在执行器中齿条32带动柱塞进行旋转，通过旋转柱塞来控制柱塞与回油孔的接触长度，不同的接触长度会导致柱塞的运动长度不同，接触的长度越长，柱塞运动距离越长，通过这种方法来控制升程。
由缸体24、调节丝堵28、调节弹簧29、调节柱塞杆30、丝堵31组成的结构，使得气阀在落座时会产生一个液压死区，具有较低的气阀落座速度，相对其他可变配气装置大大减小了气阀落座冲击，降低了发动机由于落座冲击而产生的振动和噪声。
本发明工作过程：执行器通过油管与正时驱动电磁阀相连，当系统开始运行时，电动机带动高压喷油泵，当与进油口相连的正时电磁阀开启时，高压油进入到液压缸中，使腔内压力升高，当液压油作用在柱塞上的力大于气门回复弹簧的力时，推动柱塞向下运动，从而使气阀开启。当需要气门回复的时候，与进油口相连的正时电磁阀关闭，与进油口相连的正时电磁阀开启，在气门弹簧的作用下，气门向上运动，推动顶杆向上运动，将低压油排出液压缸内，顶杆和气门回到初始位置，完成一个循环。当需要调节升程时，齿条带动柱塞进行旋转，改变与回油孔接触的柱塞长度，即进气门开启的过程长短是由和回油孔接触的柱塞长度决定的。接触的柱塞长度越长，柱塞的行程越长，气门的升程也就越大。柱塞上表面为倾斜表面，柱塞上设置有密封圈，防止漏油。
Claims (3)
1.一种旋转柱塞式的内燃机全可变配气机构，其特征是：包括可变配气机构执行器、油箱、高压油轨，高压油轨的进口连通油箱，高压油轨的出口通过进油管连接可变配气机构执行器的进油管高压接头，可变配气机构执行器的回油管高压接头通过回油管连接油箱，进油管上设置第一正时驱动电磁阀，回油管上设置第二正时驱动电磁阀，第一正时驱动电磁阀和第二正时驱动电磁阀均连接ECU；
所述可变配气机构执行器包括缸体、柱塞杆、齿条、调节柱塞杆，缸体里设置柱塞杆腔和调节柱塞杆腔，柱塞杆腔里安装柱塞杆，调节柱塞杆腔安装调节柱塞杆，柱塞杆包括柱塞杆头，调节柱塞杆下方的调节柱塞杆腔与柱塞杆头下方的柱塞杆腔连通，调节柱塞杆腔上端安装位置可调节的第一调节丝堵，第一调节丝堵与调节柱塞杆之间安装调节弹簧；柱塞杆的下端设置外螺纹，齿条与柱塞杆的外螺纹啮合，从而带动柱塞杆的上下移动。
2.根据权利要求1所述的一种旋转柱塞式的内燃机全可变配气机构，其特征是：高压油轨上设置压力传感器，压力传感器连接ECU，高压油轨的溢流口通过溢流管连接油箱，溢流口处设置高压溢流阀，油箱与高压油轨的进口之间设置过滤器、高压喷油泵、蓄能器。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转柱塞式的内燃机全可变配气机构，其特征是：调节杆腔的上端安装位置可调节的第二调节丝堵。
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