CN114135402B - 一种二四冲程可变发动机气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二四冲程可变发动机气门机构，包括四冲程凸轮、二冲程凸轮，四冲程凸轮和二冲程凸轮位于同一根凸轮轴上，且四冲程液压缸由四冲程凸轮驱动，二冲程液压缸由二冲程凸轮驱动，所述四冲程液压缸、二冲程液压缸分别通过气缸盖内部各自的油道连接至滑动腔；滑动腔一端通过气缸盖中的油道连接至执行液压缸；所述滑动腔内设有滑动阀芯，电磁阀控制滑动阀芯在滑动腔内的轴向位移，当滑动阀芯为伸出状态时，四冲程运转；当滑动阀芯为收回状态时，二冲程运转；执行液压缸用于控制气门运动。本发明所述的二四冲程可变发动机气门机构，通过电磁阀控制滑动阀芯位置的改变和液压油路的切换，实现四冲程或二冲程的高速在线切换。

Description

一种二四冲程可变发动机气门机构
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，尤其是涉及一种二四冲程可变发动机气门机构。
背景技术
小型化(downsize)是减少内燃机CO2及NOx等有害排放的最有效途径之一。通过对发动机进行功率强化，用小排量发动机替代大排量发动机，可实现发动机重量减轻、摩擦损失减少、传热损失减少、泵气损失降低，进而获得显著的燃油经济性改善。采用二冲程工作模式是发动机小型强化有效途径，其优势在于可以在不需很高的增压度和基本不改变的发动机机械强度的前提下，通过提高燃烧做功频率，大幅提高发动机的功率密度。在相同排量下，二冲程发动机的升功率比四冲程的发动机高约50-70％，扭矩高约30-50％，且周期性振动较小；但是，二冲程柴油机普遍存在冷起动困难，低速低负荷热效率不高等问题。因此，如果能在一台发动机上将二冲程和四冲程结合起来，根据运行工况进行冲程数的调节，就能够使发动机在全工况运行范围内都具有很高的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种二四冲程可变发动机气门机构，以提供一种能够根据运行工况进行冲程数调节，能使发动机在全工况运行范围内都具有很高性能的发动机气门机构。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种二四冲程可变发动机气门机构，包括四冲程凸轮、二冲程凸轮、四冲程液压缸和二冲程液压缸，所述四冲程凸轮和二冲程凸轮位于同一根凸轮轴上，且四冲程液压缸由四冲程凸轮驱动，二冲程液压缸由二冲程凸轮驱动，所述四冲程液压缸、二冲程液压缸分别通过气缸盖内部各自的油道连接至滑动腔；滑动腔一端通过气缸盖中的油道连接至执行液压缸；所述滑动腔内设有滑动阀芯，通过所述电磁阀控制滑动阀芯在滑动腔内的轴向位移，滑动阀芯的运动为两段式，当滑动阀芯为伸出状态时，执行液压缸与四冲程液压缸导通，实现四冲程运转；当滑动阀芯为收回状态时，执行液压缸与二冲程液压缸导通，实现二冲程运转；执行液压缸用于控制气门运动；电磁阀信号连接至外部的控制系统。
进一步的，所述发动机处于四冲程运转模式时，滑动阀芯为伸出状态，四冲程凸轮触压四冲程液压缸，二冲程液压缸、滑动腔和蓄压腔连通；由四冲程液压缸、滑动阀芯外壁面沟槽和执行液压缸组成一个封闭的油道空间，即四冲程液压缸与执行液压缸导通，该封闭的油道空间内的液压机油将四冲程凸轮的力传递至执行液压缸，继而按照四冲程凸轮的型线驱动气门；
发动机处于二冲程运转模式时，滑动阀芯为收回状态，所述二冲程凸轮触压二冲程液压缸，四冲程液压缸、滑动阀芯外壁面沟槽和蓄压腔连通；由二冲程液压缸、滑动腔和执行液压缸组成一个封闭的油道空间,即二冲程液压缸与执行液压缸导通，该封闭的油道空间内的液压机油将二冲程凸轮的力传递至执行液压缸，继而按照二冲程凸轮的型线驱动气门。
进一步的，所述滑动阀芯内部中空，且外壁面加工有沟槽和孔。
进一步的，所述滑动阀芯的响应时间≤2ms。
进一步的，所述滑动阀芯固定连接至电磁阀，电磁阀安装在气缸盖上。
进一步的，所述四冲程凸轮通过摇臂驱动四冲程液压缸，二冲程凸轮通过摇臂驱动二冲程液压缸。
相对于现有技术，本发明所述的二四冲程可变发动机气门机构具有以下优势：
(1)本发明所述的二四冲程可变发动机气门机构，第一通过发动机主油道向气缸盖供应液压机油，油路上安装机油压力传感器和温度传感器用于监控机油状态，油路上安装储液罐、放气阀、蓄压腔、单向阀用于维持油路中的机油压力以及排出油路中的空气；第二通过电磁阀控制滑动阀芯在滑动腔内的两段式轴向位移，使执行液压缸与四冲程液压缸或二冲程液压缸导通，控制气门按照四冲程凸轮型线或二冲程凸轮型线运动，实现四冲程或二冲程发动机工作过程运转。
(2)本发明所述的二四冲程可变发动机气门机构，通过电磁阀控制滑动阀芯位置的改变和液压油路的切换，实现四冲程或二冲程的高速在线切换，且不论被测发动机是柴油机还是汽油机，机构适用广泛。
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为本发明实施例所述的二四冲程可变发动机气门机构的应用示意图；
图2为本发明实施例所述的二四冲程可变发动机气门机构的四冲程工作过程控制原理图；
图3为本发明实施例所述的二四冲程可变发动机气门机构的二冲程工作过程控制原理图；
图4为本发明实施例所述的滑动阀芯和电磁阀的结构图；
图5为图4的A-A向剖视图。
附图标记说明：
1-四冲程凸轮；2-二冲程凸轮；3-四冲程液压缸；4-二冲程液压缸；5-气缸盖；6-电磁阀；7-滑动阀芯；8-滑动腔；9-执行液压缸；10-气门；11-蓄压腔；12-储液罐；13-单向阀；14-油底壳；15-机油泵；16-压力传感器；17-温度传感器；18-放气阀。
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。
一种二四冲程可变发动机气门机构，如图1至图5所示，包括四冲程凸轮1、二冲程凸轮2、四冲程液压缸3、二冲程液压缸4、气缸盖5、电磁阀6、滑动阀芯7、滑动腔8、执行液压缸9、气门10、蓄压腔11、储液罐12、单向阀13、油底壳14、机油泵15、压力传感器16、温度传感器17和放气阀18。
所述油底壳14通过供油油路连接至所述机油泵15的一端，所述机油泵15通过第一油路连接至气缸盖5主油道入口，第一油路上依次安装压力传感器16(量程0～1MPa)、温度传感器17(量程-50～200℃)，在气缸盖5最高点处安装所述储液罐12，其容积为200cm3，储液罐最高点安装放气阀18，放气阀18开启压力为0.8MPa，储液罐12最低点处有两个油路分别连接至四冲程液压缸3和二冲程液压缸4，且两个油路上分别设有一个单向阀13。
所述四冲程凸轮1和二冲程凸轮2位于同一根凸轮轴上，且四冲程液压缸3由四冲程凸轮1驱动，二冲程液压缸4由二冲程凸轮2驱动，所述四冲程液压缸3或二冲程液压缸4分别通过气缸盖5内部各自的油道连接至滑动腔8；滑动腔8一端通过气缸盖5中的油道连接至执行液压缸9；所述滑动腔8内设有滑动阀芯7，通过所述电磁阀6控制滑动阀芯7在滑动腔8内的轴向位移，滑动阀芯7的运动为两段式，当滑动阀芯7为伸出状态时，执行液压缸9与四冲程液压缸3导通，即实现四冲程运转；当滑动阀芯7为收回状态时，执行液压缸9与二冲程液压缸4导通，即实现二冲程运转；所述气门10的运动由执行液压缸9控制；滑动腔8另一端通过气缸盖5内部油道连接至所述蓄压腔11，蓄压腔11通过气缸盖5内部油道回油至油底壳14，机油泵15、压力传感器16、温度传感器17和电磁阀6均连接至外部的控制系统。
本发明所述的一种二四冲程可变发动机气门机构，通过电磁阀控制滑动阀芯位置的改变和液压油路的切换，实现四冲程或二冲程的高速在线切换，且不论被测发动机是柴油机还是汽油机，机构适用广泛。
滑动阀芯7固定连接至电磁阀6，并由电磁阀6控制位移，电磁阀6安装在气缸盖5上，滑动阀芯7的运动为两段式，滑动阀芯7响应时间≤2ms。
滑动阀芯7内部中空，其外壁面加工有沟槽和孔。
优选的，四冲程凸轮1通过摇臂驱动四冲程液压缸3，二冲程凸轮2通过摇臂驱动二冲程液压缸4。具体的，所述二冲程凸轮2触压二冲程液压缸4，所述四冲程凸轮1触压四冲程液压缸3。
所述蓄压腔11内部由柱塞和弹簧组成，蓄压腔压力由弹簧控制在0.8MPa。
油路上有蓄压腔11、储液罐12、单向阀13和放气阀18，用于维持油路中的机油压力以及排出油路中的空气。
所述机油泵15从油底壳14抽取机油，并向气缸盖5中的油道供应机油，油路上依次安装压力传感器16和温度传感器17，用以监控油路上的机油压力和机油温度。
在气缸盖5最高点安装所述储液罐12、放气阀18，释放油路中的空气。
所述储液罐12连接四冲程液压缸3、二冲程液压缸4，连接油道加工于气缸盖5内部，储液罐12与液压缸之间有单向阀13，以防止从液压缸逆向回流到储液罐12。
一种二四冲程可变发动机气门机构的工作原理为：
如图1所示，当滑动阀芯7为伸出状态时，发动机处于四冲程运转模式；所述四冲程凸轮1触压四冲程液压缸3，二冲程液压缸4、滑动腔8和蓄压腔11连通；由四冲程液压缸3、滑动阀芯7外壁面沟槽和执行液压缸9组成一个封闭的油道空间，即四冲程液压缸3与执行液压缸9导通，该封闭的油道空间内的液压机油将四冲程凸轮1的力传递至执行液压缸9，继而按照四冲程凸轮1的型线驱动气门10。
如图2所示，当滑动阀芯7为收回状态时，发动机处于二冲程运转模式；所述二冲程凸轮2触压二冲程液压缸4，四冲程液压缸3、滑动阀芯7外壁面沟槽和蓄压腔11连通；由二冲程液压缸4、滑动腔8和执行液压缸9组成一个封闭的油道空间,即二冲程液压缸4与执行液压缸9导通，该封闭的油道空间内的液压机油将二冲程凸轮2的力传递至执行液压缸9，继而按照二冲程凸轮2的型线驱动气门10。变冲程切换时间≤7ms。
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 (6)

1.一种二四冲程可变发动机气门机构，其特征在于：包括四冲程凸轮、二冲程凸轮、四冲程液压缸和二冲程液压缸，所述四冲程凸轮和二冲程凸轮位于同一根凸轮轴上，且四冲程液压缸由四冲程凸轮驱动，二冲程液压缸由二冲程凸轮驱动，所述四冲程液压缸、二冲程液压缸分别通过气缸盖内部各自的油道连接至滑动腔；滑动腔一端通过气缸盖内部油道连接至蓄压腔，滑动腔另一端通过气缸盖中的油道连接至执行液压缸；所述滑动腔内设有滑动阀芯，通过电磁阀控制滑动阀芯在滑动腔内的轴向位移，滑动阀芯的运动为两段式，当滑动阀芯为伸出状态时，执行液压缸与四冲程液压缸导通，实现四冲程运转；当滑动阀芯为收回状态时，执行液压缸与二冲程液压缸导通，实现二冲程运转；执行液压缸用于控制气门运动；电磁阀信号连接至外部的控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种二四冲程可变发动机气门机构，其特征在于：发动机处于四冲程运转模式时，滑动阀芯为伸出状态，四冲程凸轮触压四冲程液压缸，二冲程液压缸、滑动腔和蓄压腔连通；由四冲程液压缸、滑动阀芯外壁面沟槽和执行液压缸组成一个封闭的油道空间，即四冲程液压缸与执行液压缸导通，该封闭的油道空间内的液压机油将四冲程凸轮的力传递至执行液压缸，继而按照四冲程凸轮的型线驱动气门；
发动机处于二冲程运转模式时，滑动阀芯为收回状态，所述二冲程凸轮触压二冲程液压缸，四冲程液压缸、滑动阀芯外壁面沟槽和蓄压腔连通；由二冲程液压缸、滑动腔和执行液压缸组成一个封闭的油道空间,即二冲程液压缸与执行液压缸导通，该封闭的油道空间内的液压机油将二冲程凸轮的力传递至执行液压缸，继而按照二冲程凸轮的型线驱动气门。
3.根据权利要求1所述的一种二四冲程可变发动机气门机构，其特征在于：滑动阀芯内部中空，且外壁面加工有沟槽和孔。
4.根据权利要求1所述的一种二四冲程可变发动机气门机构，其特征在于：滑动阀芯的响应时间≤2ms。
5.根据权利要求1所述的一种二四冲程可变发动机气门机构，其特征在于：滑动阀芯固定连接至电磁阀，电磁阀安装在气缸盖上。
6.根据权利要求1所述的一种二四冲程可变发动机气门机构，其特征在于：四冲程凸轮通过摇臂驱动四冲程液压缸，二冲程凸轮通过摇臂驱动二冲程液压缸。
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