CN204877575U - 压电晶体电控液压快速vvt及vvl装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电晶体电控液压快速VVT及VVL装置，包括压电晶体控制机构、进气门机构、液压机构、高低压油路机构和ECU；压电晶体控制机构和液压机构分别设置在一圆柱壳体内两侧；使用压电晶体控制机构作为气门可变技术的核心，通过高低压油路的作用连通液压腔，液压腔与一活塞相连，利用排气门侧凸轮轴推动活塞，进而驱动进气门，实现精确的气门控制，ECU根据工况的不同控制减压阀开度，调节高压油压力和压电晶体的形变，从而实现VVT、VVL。本实用新型将VVT和VVL技术巧妙融合，同时压电晶体的快速响应特性和电控技术的柔性控制，能够更好的使气门动作与运行工况相匹配，提高发动机工作的经济性和稳定性。

Description

压电晶体电控液压快速VVT及VVL装置

技术领域

本实用新型涉及内燃机领域，特别是涉及内燃机工作过程控制，具体的说是一种涉及电控液压快速气门可变正时(VVT)及气门可变升程(VVL)装置。

背景技术

发动机的配气相位机构负责向气缸提供汽油燃烧做功所必须的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出，从工作原理上讲，配气相位机构的主要功能是按照一定的时限来开启和关闭各气缸的进、排气门，从而实现发动机气缸换气补给的整个过程。对于没有可变气门技术的普通发动机而言，进排气们开闭时间及升程都是固定的，内燃机的配气相位不能根据内燃机的转速而改变，这种固定不变的气门正时及升程很难顾及到发动机在不同转速工况时的工作需要。因此为了满足发动机全工况的工作要求，就要设计可变气门，提升发动机的动力表现，使燃烧更有效率。

VVT技术改变了传统发动机中配气相位固定不变的状态，在发动机运转工况范围内提供最佳的配气正时，较好地解决了高转速与低转速、大负荷与小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时在一定程度上改善了废气排放。VVL技术可以在发动机不同转速、不同负荷时匹配合适的气门升程，使得发动机在低转速、小负荷时使用较小的气门升程，改善冷启动和降低油耗。高转速、大负荷时使用较大的气门升程，减少气门节流损失，提高充气效率，提高发动机在高转速、大负荷时的功率输出并能降低发动机的燃油消耗，提高燃油经济性，降低HC,NOx的排放。

目前，VVT和VVL技术已经在内燃机领域得到了广泛应用，如本田的i-VTEC系统就是典型的VVL技术在汽车中的应用，实现了复杂的气门升程变化，但是增加第三根摇臂和第三根凸轮轴的机构使其机械系统更加复杂，而且分段式的气门调节方式使其动力输出不够线性；BMW的Valvetronic系统在传统的配气相位机构上增加了偏心轴，步进电机和中间推杆等部件，该系统借由步进电机的旋转，再在一系列机械传动后巧妙的改变进气门升程的大小，但是只能在一定范围内改变升程大小，而且如何在正确的时间使气门升程处于正确的位置是该技术的难点；奥迪的AVS系统以及丰田的VVTL-i技术等都是代表性的可变气门技术，但是由于机械控制系统本身存在的误差和磨损，这些系统仍然存在不足，因此气门可变技术的控制需要向电控技术倾斜，如菲亚特的Multiair电控液压进气系统，使用了电控液压控制系统来驱动气门的正时和升程，却取消了进气门一侧凸轮轴，排气门侧的凸轮轴通过液压机构来驱动进气门，但是结构比较复杂，而且利用ECU控制一个电磁阀同时实现VVT和VVL也在一定程度上增加了控制的难度。

实用新型内容

本实用新型主要解决的问题是实际运行中发动机气门正时和升程的无极可调，通过利用排气侧凸轮轴和活塞、液压机构实现正常的配气相位，利用压电晶体控制机构和高低压油路机构实现VVT和VVL，减小了电控机构控制的难度，压电晶体的快速响应特性使气门变化更迅速，增强了发动机对不同工况的适应能力，而且机械结构的安排减小了配气机构的惯性，减小了高速运转时的能量损失。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种压电晶体电控液压快速VVT及VVL装置，包括压电晶体控制机构、进气门机构、液压机构、高低压油路机构以及发动机ECU；所述压电晶体控制机构和所述液压机构分别设置在一圆柱壳体内的两侧；所述圆柱壳体的中部设有四个油路过孔；所述压电晶体控制机构包括依次设置的压电晶体堆、位移放大器、放大腔室和第一活塞，所述压电晶体堆与所述壳体的一侧固定；所述位移放大器腔室的直径大于放大腔室的直径，所述压电晶体堆与所述位移放大器之间以及所述位移放大器和所述第一活塞之间均分别设置有回位弹簧；所述位移放大器腔室与所述放大腔室贯通；所述进气门机构包括气门挺杆；所述液压机构包括一个封闭的液压腔，所述液压腔由设置在所述圆柱壳体内、且可移动的第一挡板和第二挡板之间的空间构成，所述第一挡板与所述气门挺杆相连；在排气门的一侧设有凸轮轴，所述凸轮轴通过摇臂带动一第二活塞,所述摇臂采用“工”字型结构，增加摇臂的强度，摇臂连接销采用实体圆柱销，所述第二活塞带动一设置在一液压缸内的圆形推板，所述圆形推板具有与所述液压缸相同的直径，所述液压缸与所述液压腔贯通；所述高低压油路机构包括高压油路通道和低压油路通道及设置在圆柱壳体中部的一伺服控制阀和中心控制部；所述伺服控制阀设有回位腔，所述回位腔内设有伺服控制阀回位弹簧；所述中心控制部包括由一挡板划分的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内设有挡板回位弹簧；所述高压油路通道和所述低压油路通道的一端均分别连接至高压油轨，所述高压油路通道的另一端通过两个油路过孔穿入圆柱壳体内并分为三个支路分别连接至所述放大腔室、所述回位腔和第二腔室；连通所述放大腔室的高压油路分支通道A上设有电控减压阀；所述低压油路通道的另一端通过另外两个油路过孔穿入圆柱壳体内并分为两个支路分别连接至所述伺服控制阀和第一腔室；连通所述第一腔室的低压油路分支通道B上设有截止阀；所述伺服控制阀的阀体与所述第一腔室之间连接有一旁路C；所述伺服控制阀与所述第一活塞连接；所述压电晶体堆和所述电控减压阀，以及所述截止阀均与发动机ECU联接。

本实用新型使用压电晶体控制机构作为气门可变技术的核心，通过高低压油路的作用连通液压腔，同时液压腔与一个小活塞相连，省略进气门一侧凸轮轴，利用排气门侧的凸轮轴推动活塞，进而通过液压腔驱动进气门，实现精确的气门控制，发动机ECU根据工况的不同控制电控减压阀开度，调节高压油的压力大小，同时调节压电晶体的形变，从而实现VVT、VVL。通过上述方式，本实用新型能够将连续可变气门正时和连续可变气门升程技术巧妙的融合，同时压电晶体的快速响应特性以及电控技术的柔性控制，能够更好的使发动机运行状态与运行工况相匹配，提高发动机工作的经济性和稳定性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

省略了进气门侧的凸轮轴，摆脱了传统气门机械驱动形式，利用排气门侧凸轮轴结合电子控制技术联合驱动气门运动来实现可变气门，从而减少了机械系统之间的摩擦和惯性，适于内燃机单循环内气门根据工况瞬态变化，适用于HCCI、GDI等发动机的气门工作要求；开创性的结合压电晶体和液压技术来实现对气门正时和气门升程的柔和控制；液压腔空间封闭，液压油不需额外补充，减少了液压油的浪费，降低使用成本；既可以实现传统发动机气门运动模式，也可以实现VVT、VVL，同时还可以融合VVT/VVL技术协同工作，VVT和VVL结合使用，互相补充，使发动机能够适应多种工况，大大拓宽了发动机运转范围；压电晶体控制机构结合高低压油路机构实现VVT、VVL的形式减小了电控技术的难度，压电晶体的快速响应特性不仅能够降低气门可变的响应时间，而且系统只需要根据发动机的运行工况改变压电晶体两端的电压和减压阀的开度即可实现对气门升程的无极可调和气门正时可调。

附图说明

图1是本实用新型一种压电晶体电控液压快速VVT及VVL装置结构示意图；

图2是本实用新型中压电晶体控制机构示意图；

图3(a)是本实用新型中高低压油路机构的整体结构示意图；

图3(b)是本实用新型中高低压油路机构内部油路示意图；

图4(a)是本实用新型中液压机构液压腔部分示意图；

图4(b)是本实用新型中液压机构摇臂部分示意图。

图中：1-压电晶体堆，2-位移放大器，3-放大腔室，4-第一活塞，5-回位腔，61-第一腔室，62-第二腔室，7-挡板，8-第二挡板，9-液压腔，10-第一挡板，11-伺服控制阀，12、13-回位弹簧，14-减压阀，15-高压油轨，16-第二活塞，17-摇臂，18-凸轮轴，19-位移放大器腔室，20-伺服控制阀腔室，21-圆形推板，22-截止阀，23-液压缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型一种压电晶体电控液压快速VVT及VVL装置，包括压电晶体控制机构、进气门机构、液压机构、高低压油路机构以及发动机ECU；所述压电晶体控制机构和所述液压机构分别设置在一圆柱壳体内的两侧；所述圆柱壳体的中部设有四个油路过孔。

如图1和图2所示，所述压电晶体控制机构包括依次设置的压电晶体堆1、位移放大器2、放大腔室3和第一活塞4，所述压电晶体堆1与所述壳体的一侧固定；所述压电晶体堆1的形变随加载在其两端的电压变化而变化，所述位移放大器腔室19的直径大于放大腔室3的直径，所述压电晶体堆1的微小形变通过放大部分反映到所述第一活塞4和所述伺服控制阀11，所述压电晶体堆1与所述位移放大器2之间以及所述位移放大器2和所述第一活塞4之间均分别设置有回位弹簧；所述位移放大器腔室19与所述放大腔室3贯通。

如图1所示，所述进气门机构包括气门挺杆。

如图1和图4(a)所示，所述液压机构包括一个封闭的液压腔9，所述液压腔9由设置在所述圆柱壳体内、且可移动的第一挡板10和第二挡板8之间的空间构成，所述第一挡板10与所述气门挺杆相连。

如图1和图4(b)所示，在排气门的一侧设有凸轮轴18，所述凸轮轴18通过摇臂17带动一第二活塞16,所述摇臂17采用“工”字型结构，增加摇臂的强度，摇臂连接销采用实体圆柱销，所述第二活塞16带动一设置在一液压缸23内的圆形推板21，所述圆形推板21具有与所述液压缸23相同的直径，所述液压缸23与所述液压腔9贯通，所述液压缸23和液压腔9空间封闭，液压油体积一定，不需额外补充液压油量，减少浪费。

如图1和图3(a)和图3(b)所示，所述高低压油路机构包括高压油路通道和低压油路通道及设置在圆柱壳体中部的一伺服控制阀11和中心控制部；所述伺服控制阀11设有回位腔5，所述回位腔5内设有伺服控制阀回位弹簧；所述伺服控制阀腔室20两侧分别设置有油路通道；所述中心控制部包括由一挡板7划分的第一腔室61和第二腔室62，所述第一腔室61内设有挡板回位弹簧；所述高压油路通道和所述低压油路通道的一端均分别连接至高压油轨15，所述高压油路通道的另一端通过两个油路过孔穿入圆柱壳体内并分为三个支路分别连接至所述放大腔室3、所述回位腔5和第二腔室62；连通所述放大腔室3的高压油路分支通道A上设有电控减压阀14，所述电控减压阀14能够控制进入所述放大腔3中高压油的油压的大小；所述低压油路通道的另一端通过另外两个油路过孔穿入圆柱壳体内并分为两个支路分别连接至所述伺服控制阀11和第一腔室61；所述低压油通道中的低压油是所述高压油经过一系列油路后减压形成的，所述低压油回到油箱后，经过高压油泵的加压作用再次流向所述高压油轨15，实现液压油的循环使用；连通所述第一腔室61的低压油路分支通道B上设有截止阀22；所述伺服控制阀11的阀体与所述第一腔室61之间连接有一旁路C；所述伺服控制阀11与所述第一活塞4连接。所述压电晶体堆1和所述电控减压阀14，以及所述截止阀22均与发动机ECU联接。

利用本实用新型压电晶体电控液压快速VVT及VVL装置实现快速VVT及VVL有以下情形之一：

一、在不需要改变气门正时及升程时，发动机ECU控制截止阀22打开，同时控制压电晶体堆1两端不供电，压电晶体不伸长，伺服控制阀在弹簧的作用下堵住高压油路通道，低压油路导通，低压油进入伺服控制阀腔室20两侧的油路中，连通旁路C，低压油进入挡板7一侧的第一腔室61，在挡板7另外一侧的第二腔室62中高压油作用下，挡板7不会向右移动，第二挡板8不会移动，气门升程不会变化；同时，排气门侧的凸轮轴18通过摇臂17推动第二活塞16移动，压缩所述液压缸23和液压腔9中的液压油，推动气门挺杆移动，进而推动进气门开闭，实现正常的进气门机构的开启相位及升程，使气门的运动状态能够准确的与发动机运行状态相适应，实现常规状态下发动机的换气，即常规模式；

二、在发动机负荷变化，需要改变气门升程时，在上述情形一的基础上，发动机ECU控制截止阀22关闭，并给压电晶体堆1两端加载电压，压电晶体伸长，经过位移放大器2和放大腔室3，由第一活塞4推动伺服控制阀11向前移动，堵住低压油路通道，高压油路通道导通，高压油进入伺服控制阀腔室20两侧的油路中，连通旁路C，高压油进入挡板7一侧的第一腔室61，在第一腔室61中高压油和挡板回位弹簧的共同作用下，推动挡板7移动，从而推动气门挺杆移动，改变气门升程；同时，发动机ECU根据发动机的运转情况在不同的发动机循环内控制电控减压阀14的不同开度，改变进入放大腔室3中高压油的油压，进而改变挡板7两侧的压力差，推动气门挺杆移动距离的连续变化，实现气门升程的连续变化，即VVL模式；

三、在一个气门开启的周期内，需要改变气门定时时，在情形2的基础上，发动机ECU可以控制减压阀14，不断改变进入放大腔室3中的高压油的油压大小，改变挡板7两侧的压力差，从而改变气门开启和关闭的时间，从而实现在一个周期内气门开启多次，改变气门定时，结合压电晶体实现VVT、VVL的无极可调，即VVL和VVT模式。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (1)

1.一种压电晶体电控液压快速VVT及VVL装置，其特征在于：

包括压电晶体控制机构、进气门机构、液压机构、高低压油路机构以及发动机ECU；所述压电晶体控制机构和所述液压机构分别设置在一圆柱壳体内的两侧；所述圆柱壳体的中部设有四个油路过孔；

所述压电晶体控制机构包括依次设置的压电晶体堆(1)、位移放大器(2)、放大腔室(3)和第一活塞(4)，所述压电晶体堆(1)与所述壳体的一侧固定；所述位移放大器腔室(19)的直径大于放大腔室(3)的直径，所述压电晶体堆(1)与所述位移放大器(2)之间以及所述位移放大器(2)和所述第一活塞(4)之间均分别设置有回位弹簧；所述位移放大器腔室(19)与所述放大腔室(3)贯通；

所述进气门机构包括气门挺杆；

所述液压机构包括一个封闭的液压腔(9)，所述液压腔(9)由设置在所述圆柱壳体内、且可移动的第一挡板(10)和第二挡板(8)之间的空间构成，所述第一挡板(10)与所述气门挺杆相连；

在排气门的一侧设有凸轮轴(18)，所述凸轮轴(18)通过摇臂(17)带动一第二活塞(16),所述摇臂17采用“工”字型结构，增加摇臂的强度，摇臂连接销采用实体圆柱销，所述第二活塞(16)带动一设置在一液压缸(23)内的圆形推板(21)，所述圆形推板(21)具有与所述液压缸(23)相同的直径，所述液压缸(23)与所述液压腔(9)贯通；

所述高低压油路机构包括高压油路通道和低压油路通道及设置在圆柱壳体中部的一伺服控制阀(11)和中心控制部；所述伺服控制阀(11)设有回位腔(5)，所述回位腔(5)内设有伺服控制阀回位弹簧；所述中心控制部包括由一挡板(7)划分的第一腔室(61)和第二腔室(62)，所述第一腔室(61)内设有挡板回位弹簧；所述高压油路通道和所述低压油路通道的一端均分别连接至高压油轨(15)，所述高压油路通道的另一端通过两个油路过孔穿入圆柱壳体内并分为三个支路分别连接至所述放大腔室(3)、所述回位腔(5)和第二腔室(62)；连通所述放大腔室(3)的高压油路分支通道A上设有电控减压阀(14)；所述低压油路通道的另一端通过另外两个油路过孔穿入圆柱壳体内并分为两个支路分别连接至所述伺服控制阀(11)和第一腔室(61)；连通所述第一腔室(61)的低压油路分支通道B上设有截止阀(22)；所述伺服控制阀(11)的阀体与所述第一腔室(61)之间连接有一旁路C；

所述伺服控制阀(11)与所述第一活塞(4)连接；

所述压电晶体堆(1)和所述电控减压阀(14)，以及所述截止阀(22)均与发动机ECU联接。