CN116557100B - 一种发动机液压可变气门机构及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机液压可变气门机构及工作方法，涉及发动机技术领域，解决了现有发动机液压可变气门机构结构复杂、切换速度慢的问题，降低了成本、提高了可靠性，具体方案如下：所述壳体上还设有摇臂轴，摇臂轴上设有润滑油路和控制油路，所述建压机构设有高压腔、壳体设有低压腔，所述润滑油路依次通过低压腔、高压腔与高压油路连接，低压腔与高压腔之间设有用于控制通断的滑阀，所述控制油路与滑阀连接，控制油路上设有断电常闭的电磁阀，所述高压腔与低压腔连通时气门处于部分开度状态，高压腔与低压腔切断时气门处于全开度状态。

Description

一种发动机液压可变气门机构及工作方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种发动机液压可变气门机构及工作方法。

背景技术

现有的发动机液压可变气门机构追求的是能够全程实现气门开度的连续可变，例如公开号为CN108361088A的一种柴油机液压可变气门机构，其存在结构复杂，成本高，对现有发动机的改动大，控制难度大等问题，所以在工程化和商品化上存在较大的难度。

而对于普通车辆，特别是商用车，主要工作在满载和空载两种状态，只要针对这两种状态配气，就能够满足大多数场景使用要求，为满足满载和空载两种工作状态需求，现有的可变气门机构多为两级凸轮结构（例如公开号CN113279834A），让气门在高低两种凸轮驱动之间进行切换，但这种凸轮切换的缺点是切换速度慢，只能在低速进行两种工作模式之间的切换。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种发动机液压可变气门机构及工作方法，在摇臂轴上设置控制油路，再通过电磁阀将控制油路与滑阀连通，推动滑阀运动，进而利用滑阀控制高压腔与低压腔的通断，实现两级气门开度的切换，解决了现有发动机液压可变气门机构结构复杂、切换速度慢的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种发动机液压可变气门机构，包括建压机构和设有高压油路的壳体，所述壳体上设有活塞式气门驱动机构，建压机构推动液压油进入高压油路并带动活塞式气门驱动机构动作以开启气门，所述壳体上还设有摇臂轴，摇臂轴上设有润滑油路和控制油路，所述建压机构设有高压腔、壳体设有低压腔，所述润滑油路依次通过低压腔、高压腔与高压油路连接，低压腔与高压腔之间设有用于控制通断的滑阀，所述控制油路与滑阀连接，控制油路上设有断电常闭的电磁阀，所述高压腔与低压腔连通时气门处于部分开度状态，高压腔与低压腔切断时气门处于全开度状态。

作为进一步的实现方式，所述建压机构由挺柱和凸轮组成，挺柱滑动设置在壳体内，挺柱的一端与凸轮接触，另一端与安装在壳体内的挺柱弹簧连接，所述高压腔设置在挺柱内。

作为进一步的实现方式，所述高压腔为挺柱孔，挺柱孔的一端贯穿挺柱的顶端并与高压油路连通，挺柱的外壁上沿其环向开设有与挺柱孔连通的挺柱环槽，挺柱环槽用于高压腔与低压腔的连通。

作为进一步的实现方式，所述活塞式气门驱动机构由活塞套和滑动设置在活塞套内的液压活塞组成，活塞套固定安装在壳体内，活塞的底端伸出活塞套并通过气门桥驱动气门。

作为进一步的实现方式，所述低压腔为泄油油路，泄油油路的一端通过高压腔与高压油路连通，另一端与润滑油路连通。

作为进一步的实现方式，所述润滑油路与泄油油路之间依次设有滑阀、蓄能器和第二单向阀。

作为进一步的实现方式，所述润滑油路直接与高压油路连通，润滑油路与高压油路之间设有第一单向阀。

作为进一步的实现方式，发动机的每个气缸对应设有一个滑阀，所有滑阀通过一个或两个电磁阀控制。

第二方面，本发明提供了一种发动机液压可变气门机构的工作方法，具体如下：

建压机构上行建压产生高压油，高压油通过高压油路流至活塞式气门驱动机构以推动对应的两个气门打开；

通过电磁阀控制滑阀动作，以通过滑阀控制高压腔与低压腔之间的通断，进而使得气门在全开度状态与部分开度状态之间切换。

作为进一步的实现方式，不通电时电磁阀常闭，控制油路与滑阀之间不连通，滑阀不开启，高压腔与低压腔之间不连通，气门始终工作在高开度状态；

通电后电磁阀开启，控制油路与滑阀连通，滑阀开启，高压腔与低压腔连通，当挺柱运动到挺柱环槽与泄油油路连通后，高压油从高压油路排泄到润滑油路内，气门工作在低开度状态。

上述本发明的有益效果如下：

（1）本发明在摇臂轴上设置控制油路，再通过电磁阀将控制油路与滑阀连通，推动滑阀运动，利用滑阀控制高压腔与低压腔的通断，实现两级气门开度的切换，电磁阀断电常闭且与滑阀配合使用，电磁阀只在工况切换时打开或关闭一次，工作频率大大降低，切换速度快且不受运行速度的影响，整体结构简单，使用、维护成本低，且在电磁阀调节功能丧失的情况下，气门能保持在最大开度状态下工作，不会影响发动机的正常运转，可靠性强。

（2）本发明润滑油路与高压油路之间设有单向阀，以限制润滑油路与高压油路之间油液的流向，随时补充高压油路内的油液泄露损失。

（3）本发明发动机的每个气缸对应设有一个滑阀，所有滑阀通过一个或两个电磁阀控制，通过电磁阀与滑阀的配合使用，电磁阀的使用数量大大减少，虽然增加了中间环节的滑阀的使用，但仍降低了整体的使用成本，且整体结构简单，占用空间小，对发动机的改动小。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书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。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种发动机液压可变气门机构的剖面结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的可变气门机构的原理示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、气门；2、气门桥；3、活塞式气门驱动机构；4、壳体；41、泄油油路；42、高压油路；5、摇臂轴；51、控制油路；52、润滑油路；6、挺柱弹簧；7、挺柱；71、挺柱环槽；72、挺柱孔；8、滑阀；9、凸轮；10、电磁阀；11、机油泵；12、蓄能器；13、第一单向阀；14、第二单向阀；15、安装孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，传统的发动机液压可变气门机构追求的是能够全程实现气门开度的连续可变，存在结构复杂，成本高，对现有发动机的改动大，控制难度大，为满足满载和空载两种工作状态需求，现有的可变气门机构多为两级凸轮结构，让气门在高低两种凸轮驱动之间进行切换，这种凸轮切换的缺点是切换速度慢，只能在低速进行两种工作模式之间的切换的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种发动机液压可变气门机构及工作方法。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提出一种发动机液压可变气门机构，在摇臂轴5上设置控制油路51，将控制油路51与液压可变气门机构上的滑阀8连接，且在控制油路51上设置电磁阀10，控制油路51内的油液可推动滑阀8运动；滑阀8只有两种工作位置，一种是将挺柱7内的高压腔与壳体4内的低压腔切断，另一种是将高压腔与低压腔连通，切断时气门1工作在全开度状态，连通时气门1工作在部分开度状态。

本实施例中的发动机液压可变气门机构包括：作为主体部分的壳体4、作为建压机构的挺柱7和凸轮9、活塞式气门驱动机构3以及作为控制部分的滑阀8和电磁阀10。

其中，挺柱7的一端与凸轮9接触，凸轮9由驱动机构驱动，凸轮9与挺柱7的一端接触，挺柱7的另一端插装在壳体4内，挺柱7能够在壳体4内沿轴线滑动。

具体的，壳体4内设有安装孔15，挺柱7滑动设置在安装孔15内，挺柱7的一端与凸轮9接触，另一端与固定安装在安装孔15内的挺柱弹簧6固定连接（复位弹簧的端部固定方式为现有技术手段，如公开号CN115949483B中的设置方式），从而挺柱7能够在凸轮9的作用下沿其轴向在安装孔15内运动，并可在挺柱弹簧6的作用下复位。

可以理解的是，在其他实施例中，挺柱弹簧6也可直接放置在安装孔15内，使得挺柱弹簧6的一端与安装孔15的顶端内壁接触，另一端伸入挺柱孔72内并与挺柱孔72底端的内壁接触，只要能起到复位弹簧的作用即可，挺柱弹簧6的具体安装方式可根据实际设计要求进行选择，具体的这里不做过多的限制。

壳体4内还设有活塞式气门驱动机构3和高压油路42，活塞式气门驱动机构3由液压活塞和活塞套组成，活塞套固定安装在壳体4内，活塞滑动设置在活塞套内且活塞的底端伸出活塞套以用于与气门机构接触。

活塞与活塞套之间形成与高压油路42连通的活塞油腔，高压油路42的一端与活塞油腔连通，高压油路42的另一端与安装孔15连通，从而当挺柱7跟随凸轮9上行运动时，挺柱7可将高压油路42内的高压油顶推至活塞油腔内，进而通过高压油推动活塞向外伸出活塞套。

活塞向外伸出活塞套的一端用于与气门机构接触，气门机构由气门1和气门桥2组成，其中，气门1设有两个且位于活塞的下方，气门桥2位于气门1与活塞之间，在活塞向外伸出时，活塞推动气门桥2，进而通过气门桥2推动气门1打开。

可以理解的是，当高压油不再推动活塞伸出时，气门1在气门弹簧的作用下回位，进而可通过气门桥2推动活塞复位。

壳体4内还设有泄油油路41，泄油油路41的一端通过高压腔与高压油路42连通，另一端与低压油路连通，泄油油路41处安装有滑阀8，以通过滑阀8控制泄油油路41的通断，进而实现高压油路42与低压油路之间的通断控制。

壳体4安装在摇臂轴5上，摇臂轴5上开设有控制油路51和润滑油路52，控制油路51和润滑油路52均与机油泵11连接，其中，控制油路51与滑阀8连接，且控制油路51上设有电磁阀10，从而可通过电磁阀10的启闭控制滑阀8的动作，进而控制高压油路42与低压油路之间的通断。

电磁阀10为普通的断电常闭阀结构，在不通电时电磁阀10处于常闭状态，滑阀8关闭，高压油路42和低压油路不连通；通电后电磁阀10开启，油液推动滑阀8开启，以将高压油路42和低压油路连通，挺柱7运行到设定升程后，高压油从高压油路排泄到低压油路内，通过控制电磁阀10的启闭即可实现两级气门1开度切换的目的。

采用普通的断电常闭的电磁阀10，相对于高速电磁阀使用成本低，高速电磁阀每次工作循环至少都要开关一次，技术含量高、成本高，而本实施例中电磁阀10与滑阀8配合的方式，电磁阀10只在工况切换的时候打开或关闭一次即可，工作频率大大降低，加工成本低，可靠性高。

电磁阀10的设置，在电磁阀10调节功能丧失的情况下，气门1能保持在最大开度状态下工作，不会影响发动机的正常运转，可靠性强。

润滑油路52（即低压油路）还直接与高压油路42连通，且润滑油路52与高压油路42之间设有单向阀，本实施例为第一单向阀13，以控制润滑油路52与高压油路42之间油液的流向，使得油液从润滑油路52流向高压油路42，以随时补充高压油路42（也可理解的为高压腔）内的油液泄露损失。

润滑油路52（即低压油路）还与泄油油路41连接，润滑油路52与泄油油路41之间依次设有滑阀8、蓄能器12和第二单向阀14，可通过滑阀8控制润滑油路52与泄油油路41之间的通断，蓄能器12起到蓄能、缓冲的作用，第二单向阀14用于控制发动机液压可变气门机构的工作油路与发动机其他工作油路之间的油液流向，避免发动机其他工作油路内的油液流入发动机液压可变气门机构的工作油路内。

可以理解的是，滑阀8内设有滑阀弹簧，以用于滑阀8的复位。

本实施例在摇臂轴5上设置控制油路51，电磁阀10控制控制油路51的通断，再驱动每个气缸上的滑阀8完成高压油路42的打开和关闭切换，整体结构简单，例如，六缸发动机可以用一个电磁阀10控制六个滑阀8，或者一个电磁阀10控制三个滑阀8，用两个电磁阀10即可，成本大大降低，结构以及操控简单，占用空间小，发动机基本不需要改动；而现有的高速电磁阀控制方案则直接控制高压油路的通断，每缸都需要一个高速电磁阀，结构复杂、使用成本高，且需要对发动机进行较大的改动。

如图1所示，挺柱7设有挺柱环槽71和挺柱孔72，其中，挺柱孔72设置在挺柱7内部，挺柱孔72的一端贯穿挺柱7的顶端，挺柱孔72与高压油路42连通以作为高压腔，且挺柱弹簧6的一端安装（可以固定，也可以直接伸入）在挺柱孔72内；

挺柱环槽71设置在挺柱7的外壁上，挺柱环槽71为环形槽结构，挺柱环槽71绕挺柱7的环向设置，且挺柱环槽71与挺柱孔72连通，从而当挺柱7移动至挺柱环槽71与泄油油路41连通的位置处时，高压油路42内的油液依次经过挺柱孔72、挺柱环槽71进入泄油油路41（低压腔）内，并最终流至低压油路；

当挺柱环槽71不与泄油油路41连通时，挺柱7利用其外壁对邻近的泄油油路41的一端进行封堵，以切断泄油油路41与高压腔的连通。

可以理解的是，挺柱环槽71的具体设置位置需根据实际挺柱7的设计行程以及泄油油路41的位置等综合考虑确定，具体的这里不做过多的限制。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，提出一种发动机液压可变气门机构的工作方法，具体如下：

凸轮9驱动挺柱7上行建压产生高压油，高压油通过高压油路42流至活塞油腔内并驱动活塞运动，活塞推动气门桥2，气门桥2推动对应的两个气门1打开；

滑阀8和电磁阀10配合使用以起到控制作用，不通电时电磁阀10处于常闭状态，控制油路51与滑阀8之间不连通，滑阀8不开启，高压油路42与低压油路之间不连通，凸轮9绕轴转动过程中气门1始终工作在高开度状态；

当通电后电磁阀10开启，控制油路51与滑阀8连通，滑阀8在油压的作用下运动到另一极限位置，即控制油路51内的油液推动滑阀8开启，高压油路42与低压油路连通，挺柱7运行到设定升程后（即当挺柱7运动到挺柱环槽71与壳体4上的泄油油路41连通后），高压油从高压油路42排泄到低压油路内，此时，当凸轮9绕轴转动推动挺柱7顶升时，气门1工作在低开度状态。

通过控制电磁阀10的开关即可控制滑阀8的启闭，进而实现两级气门开度切换的目的，操作、结构简单，成本低、可靠性高，且工作频率低，切换速度快。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种发动机液压可变气门机构，包括建压机构和设有高压油路的壳体，所述壳体上设有活塞式气门驱动机构，建压机构推动液压油进入高压油路并带动活塞式气门驱动机构动作以开启气门，其特征在于，所述壳体上还设有摇臂轴，摇臂轴上设有润滑油路和控制油路，所述建压机构设有高压腔、壳体设有低压腔，所述润滑油路依次通过低压腔、高压腔与高压油路连接，低压腔与高压腔之间设有用于控制通断的滑阀，所述控制油路与滑阀连接，控制油路上设有断电常闭的电磁阀，所述高压腔与低压腔连通时气门处于部分开度状态，高压腔与低压腔切断时气门处于全开度状态；

所述低压腔为泄油油路，泄油油路的一端通过高压腔与高压油路连通，另一端与润滑油路连通；

所述润滑油路与泄油油路之间依次设有滑阀、蓄能器和第二单向阀；

所述润滑油路直接与高压油路连通，润滑油路与高压油路之间设有第一单向阀。

2.根据权利要求1所述的一种发动机液压可变气门机构，其特征在于，所述建压机构由挺柱和凸轮组成，挺柱滑动设置在壳体内，挺柱的一端与凸轮接触，另一端与安装在壳体内的挺柱弹簧连接，所述高压腔设置在挺柱内。

3.根据权利要求2所述的一种发动机液压可变气门机构，其特征在于，所述高压腔为挺柱孔，挺柱孔的一端贯穿挺柱的顶端并与高压油路连通，挺柱的外壁上沿其环向开设有与挺柱孔连通的挺柱环槽，挺柱环槽用于高压腔与低压腔的连通。

4.根据权利要求1所述的一种发动机液压可变气门机构，其特征在于，所述活塞式气门驱动机构由活塞套和滑动设置在活塞套内的液压活塞组成，活塞套固定安装在壳体内，活塞的底端伸出活塞套并通过气门桥驱动气门。

5.根据权利要求1所述的一种发动机液压可变气门机构，其特征在于，发动机的每个气缸对应设有一个滑阀，所有滑阀通过一个或两个电磁阀控制。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种发动机液压可变气门机构的工作方法，其特征在于，具体如下：

建压机构上行建压产生高压油，高压油通过高压油路流至活塞式气门驱动机构以推动对应的两个气门打开；

通过电磁阀控制滑阀动作，以通过滑阀控制高压腔与低压腔之间的通断，进而使得气门在全开度状态与部分开度状态之间切换。

7.根据权利要求6所述的一种发动机液压可变气门机构的工作方法，其特征在于，不通电时电磁阀常闭，控制油路与滑阀之间不连通，滑阀不开启，高压腔与低压腔之间不连通，气门始终工作在高开度状态；

通电后电磁阀开启，控制油路与滑阀连通，滑阀开启，高压腔与低压腔连通，当挺柱运动到挺柱环槽与泄油油路连通后，高压油从高压油路排泄到润滑油路内，气门工作在低开度状态。