CN206530374U - 全可变液压气门机构气门升程控制装置及内燃机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全可变液压气门机构气门升程控制装置及内燃机，属于内燃机的配气机构和燃料供给系统领域。所述气门升程控制装置的柱塞上升到周向环形槽与泄油孔连通时，柱塞油腔和活塞油腔内的液压油通过轴向直槽、周向环形槽、泄油孔和第一低压油道流入蓄能腔，柱塞油腔和活塞油腔内的油压降低、油量减少，使气门的最大升程降低并提前回落。本实用新型通过控制柱塞的转动角度，改变周向环形槽与泄油孔连通的时间，调节周向环形槽与泄油孔形成的最小有效流通面积的大小，控制流出泄油孔的液压油油量，从而改变气门的最大升程及其落座时间。本实用新型结构简单、工作可靠、成本低廉并且适用于凸轮轴上置、下置和中置式内燃机。
Description
技术领域
本实用新型涉及内燃机的配气机构和燃料供给系统领域，特别是指一种全可变液压气门机构气门升程控制装置及内燃机。
背景技术
内燃机采用液压驱动气门系统能够实现气门最大升程、气门开启持续角和配气相位三者的连续可变，这种气门系统被称为全可变液压气门系统(Hydraulic FullyVariable Valve System,简称HFVVS)，它对内燃机的节能减排具有重要意义。目前，具有代表性的全可变液压气门系统有舍弗勒公司的Uniair系统、美国Ford公司的电液全可变气门系统和英国Lotus的EHFVVT系统等。这些液压全可变气门系统全部采用了高频电磁阀作为控油开关来控制油液的流入和流出，而高频电磁阀存在频率响应速度低、可靠性低和成本昂贵的不足。
专利号为CN201310296611.0的实用新型专利公开了一种内燃机全可变液压气门系统的控油装置，该装置由壳体及安装在壳体中的回转阀、液压蓄能器和传动机构构成。回转阀由回转阀芯、回转阀套组成；液压蓄能器由储能活塞、蓄能弹簧、端盖、密封座圈、橡胶垫组成，并安装在壳体的一端内腔；回转阀和液压蓄能器之间为蓄能腔；传动机构由传动齿轮、齿轮轴和十字滑块联轴器组成，传动齿轮安装在齿轮轴上，齿轮轴通过十字滑块联轴器与回转阀芯相连接实现了气门最大升程、气门开启持续角和配气相位三者的连续可变。该机构主要适用于凸轮轴顶置的配气机构，而对于凸轮轴下置和中置的配气机构，由于液压传动系统不易布置且传动链较长等问题，导致该装置难以在凸轮轴下置和中置式内燃机上推广应用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、工作可靠、成本低廉。不仅适用于凸轮轴上置式内燃机，并且也适用于凸轮轴下置和中置式内燃机的全可变液压气门机构气门升程控制装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：
一种全可变液压气门机构气门升程控制装置，包括设置有高压油道的壳体，所述壳体上设置有用于连接至内燃机凸轮驱动组件的液压柱塞式控油装置、用于连接至内燃机气门组件的活塞式气门驱动装置、用于连通内燃机机油润滑系统的液压蓄能装置和入口单向阀，其中：
所述液压柱塞式控油装置包括设置在所述壳体上的柱塞套、与所述柱塞套的内孔相配合的柱塞、使所述柱塞复位的柱塞弹簧以及调节所述柱塞转动角度的柱塞调节机构，所述柱塞包括与所述柱塞套相配合的柱塞芯和设置于所述柱塞芯下端的柱塞杆，所述柱塞芯的顶端与所述柱塞套之间形成与所述高压油道连通的柱塞油腔，所述柱塞芯的圆柱面上设置有与所述柱塞油腔连通的轴向直槽和与所述轴向直槽连通的周向环形槽，所述柱塞套的侧壁上设置有泄油孔；
所述活塞式气门驱动装置包括液压活塞、与液压活塞相匹配的活塞套，所述液压活塞的顶端与所述活塞套之间形成与所述高压油道连通的活塞油腔；
所述液压蓄能装置包括设置在所述壳体上的液压蓄能器及由所述蓄能器与所述壳体构成的蓄能腔，所述壳体上设置有将所述蓄能腔与泄油孔连通的第一低压油道、将所述蓄能腔与高压油道连通的第二低压油道和将所述蓄能腔与内燃机机油润滑系统连通的第三低压油道，所述蓄能腔能够通过所述第一低压油道、泄油孔、周向环形槽和轴向直槽与所述柱塞油腔连通；
所述入口单向阀设置于所述高压油道与第二低压油道之间。
进一步的，所述周向环形槽的上边缘距柱塞顶端的距离从轴向直槽开始沿柱塞圆周方向逐渐增大或不变，所述周向环形槽的深度从轴向直槽开始沿柱塞圆周方向逐渐减小；
或者，所述周向环形槽的上边缘距柱塞顶端的距离从轴向直槽开始沿柱塞圆周方向逐渐增大，所述周向环形槽的深度不变。
进一步的，所述周向环形槽的全部深度或部分深度不大于所述泄油孔的直径的四分之一。
进一步的，所述周向环形槽的横截面为三角形、圆弧形、梯形或矩形。
进一步的，所述柱塞调节机构包括与所述柱塞套的下部外圆间隙配合的控制套筒，所述控制套筒的端部设置有导向槽，所述柱塞杆的下部设置有与所述导向槽相配合的榫舌。
进一步的，所述柱塞调节机构还包括电机或比例电磁铁，所述控制套筒的外圆上设置有齿圈，所述电机或比例电磁铁驱动连接有与所述齿圈相啮合的齿条或齿轮。
进一步的，所述活塞式气门驱动装置上设置有分别与所述高压油道连通的单向孔和节流孔，所述单向孔内设置有活塞腔单向阀，所述活塞腔通过所述单向孔和节流孔与高压油道连通，当气门组件关闭时，所述液压活塞的顶端位于所述节流孔的上方。
进一步的，所述液压蓄能器包括固定安装在所述壳体上的端盖、与所述壳体间隙配合的蓄能活塞以及设置于所述端盖与蓄能活塞之间的蓄能器弹簧。
一种内燃机，包括上述全可变液压气门机构气门升程控制装置。
本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置及内燃机工作时，凸轮驱动组件(包括配气凸轮轴、挺柱和挺杆)中的配气凸轮轴与内燃机的曲轴一同运转，配气凸轮驱动挺柱和挺杆并与柱塞弹簧共同作用使液压柱塞式控油装置的柱塞做往复直线运动，即：当配气凸轮处于上升段时，凸轮顶起柱塞使柱塞向上运动；当凸轮处于下降段时，柱塞在柱塞弹簧的作用下复位(即向下运动)。柱塞在上升行程时，液压柱塞式控油装置内的柱塞油腔的体积减小，使得高压油道内的油压升高，高压油道的液压油流入活塞油腔，推动活塞式气门驱动装置的液压活塞克服气门弹簧的作用力将气门打开；当柱塞上升到周向环形槽与泄油孔连通时，高压油道内的液压油通过柱塞油腔、轴向直槽、周向环形槽、泄油孔和第一低压油道流入蓄能腔，柱塞油腔内、高压油道内和活塞油腔内的油量减少，油压降低，气门最大升程降低；柱塞在下降行程时，当周向环形槽与泄油孔断开连通时，蓄能腔与高压油道也即断开连通，气门随着柱塞的下降逐渐回落并最终落座。
当内燃机处于中小负荷运行时，需要气门的最大升程变小，且气门关闭时间较早，液压柱塞式控油装置的柱塞调节机构调节柱塞的转动角度使得周向环形槽接近轴向直槽的部分和泄油孔连通，使周向环形槽与泄油孔连通的时间较长，且周向环形槽和泄油孔形成的最小有效流通面积较大，导致柱塞油腔内经过泄油孔流入蓄能腔的油量较多，最终使气门的最大升程减小并在下止点前关闭。当内燃机处于较大负荷运行时，此时需要较大的气门升程，且气门关闭时间较晚，液压柱塞式控油装置的柱塞调节机构调节柱塞的转动角度使得周向环形槽远离轴向直槽的部分和泄油孔连通，使周向环形槽与泄油孔连通的时间较短，周向环形槽和泄油孔形成的最小有效流通面积较小，导致柱塞油腔内经过泄油孔流入蓄能腔的油量较少，最终使气门的最大升程较大并在下止点附近关闭。当内燃机处于高速全负荷工况运行时，需要气门完全开启，且具有较大的进气迟闭角，则柱塞调节机构通过调节柱塞的转动角度使得周向环形槽远离轴向直槽的最末端与泄油孔连通，甚至使周向环形槽与泄油孔始终断开，柱塞油腔内经过泄油孔流入蓄能腔的油量很少甚至等于0，此时气门升程取决于配气凸轮型线，气门具有最大的升程和较大的进气迟闭角。
当气门关闭时，若相对应的配气凸轮仍处于下降过程，则随着柱塞的下降，柱塞油腔的体积增大，高压油道内液压油的压力降低至小于蓄能腔的压力时，蓄能腔通过入口单向阀向高压油道内补充液压油，保证液压油始终充满柱塞油腔、活塞油腔和高压油道。
本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中的柱塞套和活塞套固定安装在壳体中，减少了油液的泄漏量，仅在柱塞芯与柱塞套之间、液压活塞与活塞套之间采用间隙密封，从而极大地提高了气门升程的控制精度。此外本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中的液压油全部采用内燃机润滑系统中的机油。
综上所述，与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)由柱塞芯上的周向环形槽和柱塞套上的泄油孔形成的最小有效流通面积可得到精确控制，周向环形槽与泄油孔连通的时间也可以得到准确调节，能够准确控制从泄油孔流出的油量，使气门最大升程、气门开启持续角和关闭时刻三者的连续可变。
(2)通过控制周向环形槽与泄油孔连通的时间，并调节周向环形槽和泄油孔形成的最小有效流通面积的大小，不仅能够准确控制从泄油孔流出的油量，而且能够控制其流速，便于精确控制气门升程及其运动规律，满足全可变液压气门机构动力学性能的需求。
(3)本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置与凸轮轴上置、中置和下置的内燃机都具有很好的匹配性，使用在传统内燃机上，原机的改动较小而内燃机机体等主要零部件无需更改。
(4)与国外现有先进技术相比，节省了高频电磁阀，因而具有结构简单、工作可靠、成本低廉的优势。
附图说明
图1为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置的结构示意图；
图2为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中液压柱塞式控油装置的结构示意图；
图3为图2中A-A的剖视图；
图4为泄油孔与周向环形槽的局部结构示意图；
图5为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中柱塞的实施例1的结构示意图；
图6为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中柱塞的实施例2的结构示意图；
图7为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中柱塞的实施例3的结构示意图；
图8为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中柱塞的实施例4的结构示意图；
图9为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置中柱塞的实施例5的结构示意图；
图10为本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置的控制下的气门升程的变化曲线图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本实用新型提供一种全可变液压气门机构气门升程控制装置，如图1至图10所示，包括设置有高压油道1-1的壳体1，壳体1上设置有用于连接至内燃机凸轮驱动组件7的液压柱塞式控油装置3、用于连接至内燃机气门组件8的活塞式气门驱动装置5、用于连通内燃机机油润滑系统的液压蓄能装置4和入口单向阀2，其中：
液压柱塞式控油装置3包括设置在壳体1上的柱塞套3-1、与柱塞套3-1的内孔相配合的柱塞3-2、使柱塞3-2复位的柱塞弹簧3-4以及调节柱塞3-2周向转动角度的柱塞调节机构3-3，柱塞3-2包括与柱塞套3-1相配合的柱塞芯3-2-1和设置于柱塞芯3-2-1下端的柱塞杆3-2-2，柱塞芯3-2-1的顶端与柱塞套3-1之间形成与高压油道1-1连通的柱塞油腔3-5，柱塞芯3-2-1的圆柱面上设置有与柱塞油腔3-5连通的轴向直槽3-2-1-2和与轴向直槽3-2-1-2连通的周向环形槽3-2-1-1，柱塞套3-1的侧壁上设置有泄油孔3-1-1；
活塞式气门驱动装置5包括液压活塞5-1、与液压活塞5-1相匹配的活塞套5-2，液压活塞5-1的顶端与活塞套5-2之间形成与高压油道1-1连通的活塞油腔5-4；
液压蓄能装置包括设置在壳体1上的液压蓄能器4及由液压蓄能器4与壳体1构成的蓄能腔9，壳体1上设置有将蓄能腔9与泄油孔3-1-1连通的第一低压油道1-2，将蓄能腔9与高压油道1-1连通的第二低压油道1-3和将蓄能腔9与内燃机的机油润滑系统连通的第三低压油道1-4，蓄能腔9能够通过第一低压油道1-2、泄油孔3-1-1、周向环形槽3-2-1-1和轴向直槽3-2-1-2与柱塞油腔3-5连通；
入口单向阀2设置于高压油道1-1与第二低压油道1-3之间。
本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置工作时，凸轮驱动组件7(包括配气凸轮、挺柱和挺杆)中的配气凸轮与内燃机的曲轴一同运转，配气凸轮驱动挺柱和挺杆并与柱塞弹簧3-4共同作用使液压柱塞式控油装置3的柱塞3-2做往复直线运动，即：当凸轮处于上升段时，凸轮顶起柱塞3-2使柱塞3-2向上运动；当凸轮处于下降段时，柱塞3-2在柱塞弹簧3-4的作用下复位(即向下运动)。柱塞3-2在上升行程时，液压柱塞式控油装置3内的柱塞油腔3-5的体积减小，使得高压油道1-1内的油压升高，高压油道1-1的液压油经过活塞式气门驱动装置5内流入活塞油腔5-4内，推动液压活塞5-2克服气门弹簧的作用力将气门打开；当柱塞3-2上升到周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通时，柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内的液压油通过轴向直槽3-2-1-2、周向环形槽3-2-1-1、泄油孔3-1-1和第一低压油道1-2流入蓄能腔9，使柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内的油量减少、油压降低，导致气门最大升程降低并提前回落；柱塞3-2在下降行程时，当周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1断开连通时，蓄能腔9与高压油道1-1也即断开连通，气门随着柱塞3-2的下降逐渐回落并最终落座。
当内燃机处于中小负荷运行时，需要气门的最大升程变小，且气门关闭时间较早，液压柱塞式控油装置3的柱塞调节机构3-3调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1接近轴向直槽3-2-1-2的部分和泄油孔3-1-1连通，使周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间较长，泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1形成的最小有效流通面积较大，导致柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔3-1-1流入蓄能腔9的油量较多，最终使气门的最大升程明显减小并在下止点前关闭，如图10中的曲线C和D。当内燃机处于较大负荷运行时，此时需要较大的气门升程，且气门关闭时间较晚，则柱塞调节机构3-3调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1远离轴向直槽3-2-1-2的部分和泄油孔3-1-1连通，使周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间较短、泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1形成的最小有效流通面积较小，导致柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔流入蓄能腔9的油量较少，最终使气门的最大升程有所减小并在下止点之后关闭，如图10中的曲线B。当内燃机处于高速全负荷运行时，需要气门完全开启，且具有较大的进气迟闭角，则柱塞调节机构3-3通过调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1远离轴向直槽3-2-1-2的最末端与泄油孔3-1-1连通，甚至使周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1始终断开，柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔3-1-1流入蓄能腔9的油量很少甚至等于0，此时气门升程取决于配气凸轮的型线，气门具有最大的升程和较大的进气迟闭角，如图10中的曲线A。
当气门关闭时，若相对应的配气凸轮仍处于下降过程，则随着柱塞3-2的下降，柱塞油腔3-5的体积增大，高压油道1-1内液压油的压力降低至小于蓄能腔9的压力时，蓄能腔9通过入口单向阀2向高压油道1-1内补充液压油，保证液压油始终充满柱塞油腔3-5、活塞油腔5-4和高压油道1-1。
综上，本实用新型具有以下有益效果：
(1)由柱塞芯上的周向环形槽和柱塞套上的泄油孔形成的最小有效流通面积可得到精确控制，周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间也可以得到准确调节，能够准确控制从泄油孔流出的油量，使气门最大升程、气门开启持续角和关闭时刻三者的连续可变。
(2)通过控制周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间，并调节周向环形槽3-2-1-1和泄油孔3-1-1形成的最小有效流通面积的大小，能够精确控制液压油流出泄油孔3-1-1的流速，便于精确控制气门升程及其运动规律，满足全可变液压气门机构动力学性能的需求。
(3)本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置与凸轮轴上置、中置和下置的内燃机都具有很好的匹配性，使用在传统内燃机上，原机的改动较小而关键零部件无需更改。
(4)与国外现有先进技术相比，节省了高频电磁阀，因而具有结构简单、工作可靠、成本低廉的优势，
(5)一套气门升程控制装置控制一个气缸，适用于单缸和多缸内燃机，扩大了全可变液压气门机构的适用范围。
本领域技术人员可以理解的是，本实用新型中所提到高压和低压是两者相对而言的，并不局限压力必须到达一定数值时才称之为高压或低压。
本实用新型中，壳体既可以是单独的一个零件，也可以将壳体分成两部分(壳体1和顶盖6)分别加工，然后将两者固定连接，此时，高压油道1-1设置在顶盖6上。
下面给出周向环形槽3-2-1-1的几种具体结构：
实施例1
如图5所示，周向环形槽3-2-1-1的上边缘距柱塞3-2顶端的距离从轴向直槽3-2-1-2开始沿柱塞3-2圆周方向逐渐增大，周向环形槽3-2-1-1的深度从轴向直槽3-2-1-2开始沿柱塞3-2圆周方向逐渐减小，周向环形槽3-2-1-1的横截面为三角形。
本实施例中，当需要的气门最大升程变小，且气门关闭时间较早时，柱塞调节机构3-3调节柱塞3-2转动角度使得周向环形槽3-2-1-1接近轴向直槽3-2-1-2的部分与泄油孔3-1-1连通，由于周向环形槽3-2-1-1的这部分上边缘距柱塞3-2顶端的距离较小，并且周向环形槽3-2-1-1的深度较深，使得周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间变长，周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1形成的最小有效流通面积较大，导致柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内的液压油经过泄油孔3-1-1流入蓄能腔9的油量较多，最终使气门的最大升程明显减小并在下止点前关闭，如图10中的曲线C和D。同理，当需要的气门最大升程较大，且气门关闭时间较晚时，则柱塞调节机构3-3调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1远离轴向直槽3-2-1-2的部分和泄油孔3-1-1连通，由于周向环形槽3-2-1-1的这部分上边缘距柱塞3-2顶端的距离较大，并且这部分周向环形槽3-2-1-1深度较浅，使得周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间变短，周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1形成的最小有效流通面积较小，导致柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔3-5流入蓄能腔9的油量较少，使气门的最大升程有所减小并在下止点之后关闭，如图10中的曲线B。当需要气门完全开启，且具有较大的进气迟闭角时，则柱塞调节机构3-3通过调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1离轴向直槽3-2-1-2最远的末端与泄油孔3-1-1连通，甚至使周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1始终断开，柱塞油腔3-5内经过泄油孔-1-1流入蓄能腔9的油量很少甚至等于0，此时气门升程取决于配气凸轮的型线，气门具有最大的升程和较大的进气迟闭角，如图10中的曲线A。
实施例2
如图6所示，周向环形槽3-2-1-1的横截面为圆弧形，其余结构与实施例1相同。
实施例3
如图7所示，周向环形槽3-2-1-1的上边缘距柱塞3-2顶端的距离从轴向直槽3-2-1-2开始沿柱塞3-2圆周方向逐渐增大，下边缘距柱塞3-2顶端的距离从轴向直槽3-2-1-2开始沿柱塞3-2圆周方向不变，周向环形槽3-2-1-1的深度不变。当柱塞调节机构3-3调节柱塞3-2转动不同的角度，时，周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时刻不同，使得柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔3-1-1流入蓄能腔9的时刻也相应变化，导致气门的最大升程也随之变化。
实施例4
如图8所示，周向环形槽3-2-1-1的上边缘与下边缘平行，并且距柱塞3-2顶端的距离从轴向直槽3-2-1-2开始沿柱塞3-2圆周方向均逐渐增大，周向环形槽3-2-1-1的深度不变。
实施例5
如图9所示，周向环形槽3-2-1-1的上边缘与下边缘平行，并且距柱塞3-2顶端的距离从轴向直槽3-2-1-2开始沿柱塞3-2圆周方向均不变，周向环形槽3-2-1-1的深度从轴向直槽3-2-1-2开始沿柱塞3-2圆周方向逐渐减小，周向环形槽3-2-1-1的横截面为矩形。
在上述5个实施例中，周向环形槽3-2-1-1的横截面形状除了为三角形、圆弧形或矩形外，还可以是梯形或本领域技术人员能够想到的符合上述原则的其他形状，均不影响本实用新型技术方案的实现。周向环形槽3-2-1-1的横截面形状是指周向环形槽3-2-1-1在通过柱塞芯3-2-1的中心线的纵向截面所形成的缺口形状。
根据流体力学知识，在不考虑其他因素的情况下，当流体经过横截面较大的周向环形槽3-2-1-1流入横截面较小的泄油孔3-1-1时，如图4所示，流体的流量与泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1之间形成的侧面积有关。当泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1之间形成的侧面积大于等于泄油孔3-1-1的横截面积，即泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1之间的距离h大于等于泄油孔3-1-1的直径的四分之一时，流体的流量由泄油孔3-1-1的横截面积决定；当泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1之间形成的侧面积小于泄油孔3-1-1的横截面积，即泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1之间的距离h小于泄油孔3-1-1的直径的四分之一时，流体的流量由泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1之间的距离h决定。
本实用新型中，周向环形槽3-2-1-1的全部深度或者部分深度优选为不大于泄油孔3-1-1的直径的四分之一。此时，液压油经过高压油道1-1、柱塞油腔3-5、轴向直槽3-2-1-2、周向环形槽3-2-1-1、泄油孔3-1-1和第一低压油道1-2回流至蓄能腔9内的流量得到合理控制，气门的回落速度也即得到缓控，如图9所示的曲线B3、曲线C3段，气门则不会沿图9中的曲线C3’段急剧回落，不仅能够实现气门最大升程、气门开启持续角和关闭时刻三者的连续可变，而且可以保证气门运动的升程、速度和加速度曲线变化较为平缓，不会出现较大的起伏，从而满足内燃机对气门机构动力学性能方面的需求。
进一步的，如图2和图3所示，柱塞调节机构3-3包括与柱塞套3-1的下部外圆间隙配合的控制套筒3-3-1，控制套筒3-3-1的端部优选设置有导向槽3-3-1-2，柱塞杆3-2-2的下部设置有与导向槽3-3-1-2相配合的榫舌3-2-2-2。本实用新型通过榫舌3-2-2-2与导向槽3-3-1-2的配合使得柱塞3-2相对于柱塞套3-1既能做往复直线运动，又能绕其中心轴转动，这种结构可以使得柱塞套3-1能够固定安装在壳体1内，避免了柱塞套3-1因相对于壳体1转动而与壳体1之间的配合间隙较大造成漏油。
此外，如图1至图3所示，柱塞调节机构3-3还可以包括电机或比例电磁铁(未示出)，控制套筒3-3-1的外圆上设置有与齿条3-3-2啮合的齿圈3-3-1-1，电机或比例电磁铁驱动连接有与齿圈3-3-1-1相啮合的齿条3-3-2。应用时，齿条3-3-2由步进电机或比例电磁铁带动。根据内燃机工况判定气门的最佳升程及开启持续期，通过控制步进电机或比例电磁铁拉动齿条3-3-2调节柱塞3-2的转动角度，改变周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1的相对位置，控制柱塞油腔3-5内液压油的泄油开始时刻及泄油持续时间，从而实现气门最大升程、气门开启持续角和关闭时刻三者的连续可变。当柱塞3-2在配气凸轮轴、凸轮驱动组件7和柱塞弹簧3-4的共同作用下进行往复直线运动时，榫舌3-2-2-2可在导向槽3-3-1-2的导向作用下上下运动；当电机或比例电磁铁拉动齿条3-3-2运动时，由于导向槽3-3-1-2对榫舌3-2-3的限制作用，使得柱塞3-2随着控制套筒3-3-1绕柱塞3-2的中心线转动，从而实现周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1的相对位置的改变。
此外，柱塞调节机构3-3除了可以采用齿条3-3-2与控制套筒3-3-1上的齿圈3-3-1-1相啮合外，也可以采用齿轮与齿圈3-3-1-1进行啮合传动。齿轮传动平稳，具有工作可靠、效率高和寿命长等特点。当然，也可以采用蜗轮蜗杆等传动方式调节柱塞3-2的转动角度。
优选的，柱塞杆3-2-2的末端可以设置有半球形凹槽3-2-2-1(如图7和图8所示)或者半球形凸起。当凸轮轴驱动组件7的顶端为半球形凸起时，柱塞杆3-2-2的末端则为与凸轮轴驱动组件7的半球形凸起相配合的半球形凹槽；当凸轮轴驱动组件7的顶端为半球形凹槽时，柱塞杆3-2-2的末端则为与凸轮轴驱动组件7的半球形凸起相配合的半球形凸起。凸轮轴驱动组件7与柱塞杆3-2-2之间通过这种万向连接，能够调整其与柱塞杆3-2-2之间的角度，保证柱塞3-2在齿条3-3-2不动时始终保持往复直线运动。
当柱塞杆3-2-2的末端为平面结构或滚轮结构时，可省略凸轮轴驱动组件7使得配气凸轮轴直接驱动柱塞3-2运动。
作为本实用新型的另一种改进，如图1所示，活塞式气门驱动装置5上优选设置有分别与高压油道1-1连通的单向孔5-2-2和节流孔5-2-1。单向孔5-2-2内设置有活塞腔单向阀5-3，活塞腔5-4通过单向孔5-2-2和节流孔5-2-1与高压油道1-1连通。当气门组件关闭时，液压活塞5-1的顶端位于节流孔5-2-1的上方。气门组件8在关闭后，液压活塞5-1将节流孔5-2-1密封。当配气凸轮驱动柱塞3-2在上升行程时，柱塞油腔3-5的体积减小，使得高压油道1-1内的液压油的压力升高，高压油道1-1的液压油经过单向孔5-2-2和活塞腔单向阀5-3流入活塞腔5-4，推动液压活塞5-1克服气门弹簧的作用力将气门打开；随着液压活塞5-1的向下运动，节流孔5-2-1与液压活塞5-1的接触面积逐渐减小，节流孔5-2-1与活塞腔5-4的连通面积逐渐增大，则高压油道1-1内的液压油经过节流孔5-2-1流入活塞腔5-4，提高了液压活塞5-1推动气门组件的开启速度。当气门在气门弹簧的作用下回落时，由于活塞腔单向阀5-3的作用，活塞腔5-4内的液压油不能从单向孔5-2-2流入高压油道1-1，只能从节流孔5-2-1流入高压油道1-1。当气门回落到使得液压活塞5-1的圆柱面与节流孔5-2-1接触时，随着液压活塞5-1与节流孔5-2-1的接触面积的增大，节流孔5-2-1的最小有效流通面积减小，活塞腔5-4内液压油的流量逐渐减小，压力逐渐增大，则气门的落座速度逐渐减小，最后平稳落座。
本实用新型中，活塞腔单向阀5-3安装在液压活塞5-1和液压活塞套5-2之间，为了避免因安装活塞腔单向阀5-3而增加液压活塞5-1和液压活塞套5-2的结构尺寸，液压活塞5-1的顶端可以设置有凹槽以增加活塞腔单向阀5-3的安装空间并满足活塞腔5-4的体积要求。
在内燃机的正常工作过程中，由于高压油道1-1内的液压油经过泄油孔3-1-1流向内燃机的机油润滑系统，引起机油润滑系统内油压的波动。为了维持机油润滑系统内的油压的稳定性，如图1所示，液压蓄能器4优选包括固定安装在壳体1上的端盖4-3、与壳体1间隙配合的蓄能活塞4-1以及设置于端盖4-3与蓄能活塞4-1之间的蓄能器弹簧4-2，蓄能活塞4-1与壳体1之间形成蓄能腔9。当机油润滑系统内的油压增大时，蓄能活塞4-1在液压油的作用下克服蓄能器弹簧4-2的作用力压向端盖4-3；当机油润滑系统内的油压降低时，蓄能活塞4-1在蓄能器弹簧4-2的作用下远离端盖4-3，以维持机油润滑系统内的油压的稳定性。
另一方面，本实用新型提供一种内燃机，包括上述全可变液压气门机构气门升程控制装置，结构与上相同，此处不再赘述。
本实用新型的内燃机工作时，凸轮驱动组件7(包括配气凸轮、挺柱和挺杆)中的配气凸轮与内燃机的曲轴一同运转，配气凸轮驱动挺柱和挺杆并与柱塞弹簧3-4共同作用使液压柱塞式控油装置3的柱塞3-2做往复直线运动，即：当凸轮处于上升段时，凸轮顶起柱塞3-2使柱塞3-2向上运动；当凸轮处于下降段时，柱塞3-2在柱塞弹簧3-4的作用下复位(即向下运动)。柱塞3-2在上升行程时，液压柱塞式控油装置3内的柱塞油腔3-5的体积减小，使得高压油道1-1内的油压升高，高压油道1-1的液压油经过活塞式气门驱动装置5内流入活塞油腔5-4内，推动液压活塞5-2克服气门弹簧的作用力将气门打开；当柱塞3-2上升到周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通时，柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内的液压油通过轴向直槽3-2-1-2、周向环形槽3-2-1-1、泄油孔3-1-1和第一低压油道1-2流入蓄能腔9，使柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内的油量减少、油压降低，导致气门最大升程减小并提前回落；柱塞3-2在下降行程时，当周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1断开连通时，蓄能腔9与高压油道1-1也即断开连通，气门随着柱塞3-2的下降逐渐回落并最终落座。
当内燃机处于中小负荷运行时，需要气门的最大升程变小，且气门关闭时间较早，液压柱塞式控油装置3的柱塞调节机构3-3调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1接近轴向直槽3-2-1-2的部分和泄油孔3-1-1连通，使周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间较长，泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1形成的最小有效流通面积较大，导致柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔3-1-1流入蓄能腔9的油量较多，最终使气门的最大升程明显减小并在下止点前关闭，如图10中的曲线C和D。当内燃机处于较大负荷运行时，此时需要较大的气门升程，且气门关闭时间较晚，则柱塞调节机构3-3调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1远离轴向直槽3-2-1-2的部分和泄油孔3-1-1连通，使周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间较短、泄油孔3-1-1与周向环形槽3-2-1-1形成的最小有效流通面积较小，导致柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔流入蓄能腔9的油量较少，最终使气门的最大升程有所减小并在下止点之后关闭，如图10中的曲线B。当内燃机处于高速全负荷运行时，需要气门完全开启，且具有较大的进气迟闭角，则柱塞调节机构3-3通过调节柱塞3-2的转动角度使得周向环形槽3-2-1-1远离轴向直槽3-2-1-2的最末端与泄油孔3-1-1连通，甚至使周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1始终断开，柱塞油腔3-5和活塞油腔5-4内经过泄油孔3-1-1流入蓄能腔9的油量很少甚至等于0，此时气门升程取决于配气凸轮的型线，气门具有最大的升程和较大的进气迟闭角，如图10中的曲线A。
当气门关闭时，若相对应的配气凸轮仍处于下降过程，则随着柱塞3-2的下降，柱塞油腔3-5的体积增大，高压油道1-1内液压油的压力降低至小于蓄能腔9的压力时，蓄能腔9通过入口单向阀2向高压油道1-1内补充液压油，保证液压油始终充满柱塞油腔3-5、活塞油腔5-4和高压油道1-1。
综上，本实用新型具有以下有益效果：
(1)由柱塞芯上的周向环形槽和柱塞套上的泄油孔形成的最小有效流通面积可得到精确控制，周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间也可以得到准确调节，能够准确控制从泄油孔流出的油量，使气门最大升程、气门开启持续角和关闭时刻三者的连续可变。
(2)通过控制周向环形槽3-2-1-1与泄油孔3-1-1连通的时间，并调节周向环形槽3-2-1-1和泄油孔3-1-1形成的最小有效流通面积的大小，能够精确控制液压油流出泄油孔3-1-1的流速，便于精确控制气门升程及其运动规律，满足全可变液压气门机构动力学性能的需求。
(3)本实用新型的全可变液压气门机构气门升程控制装置与凸轮轴上置、中置和下置的内燃机都具有很好的匹配性，使用在传统内燃机上，原机的改动较小而关键零部件无需更改。
(4)与国外现有先进技术相比，节省了高频电磁阀，因而具有结构简单、工作可靠、成本低廉的优势，
(5)一套气门升程控制装置控制一个气缸，适用于单缸和多缸内燃机，扩大了全可变液压气门机构的适用范围。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，包括设置有高压油道的壳体，所述壳体上设置有用于连接至内燃机凸轮驱动组件的液压柱塞式控油装置、用于连接至内燃机气门组件的活塞式气门驱动装置、用于连通内燃机机油润滑系统的液压蓄能装置和入口单向阀，其中：
所述液压柱塞式控油装置包括设置在所述壳体上的柱塞套、与所述柱塞套的内孔相配合的柱塞、使所述柱塞复位的柱塞弹簧以及调节所述柱塞转动角度的柱塞调节机构，所述柱塞包括与所述柱塞套相配合的柱塞芯和设置于所述柱塞芯下端的柱塞杆，所述柱塞芯的顶端与所述柱塞套之间形成所述柱塞油腔，所述柱塞芯的圆柱面上设置有与所述柱塞油腔连通的轴向直槽和与所述轴向直槽连通的周向环形槽，所述柱塞套的侧壁上设置有泄油孔；
所述活塞式气门驱动装置包括液压活塞、与液压活塞相匹配的活塞套，所述液压活塞的顶端与所述活塞套之间形成与所述高压油道连通的活塞油腔；
所述液压蓄能装置包括设置在所述壳体上的液压蓄能器以及由所述蓄能器与所述壳体构成的蓄能腔，所述壳体上设置有将所述蓄能腔与泄油孔连通的第一低压油道、将所述蓄能腔与高压油道连通的第二低压油道和将所述蓄能腔与内燃机的机油润滑系统连通的第三低压油道，所述蓄能腔能够通过所述第一低压油道、泄油孔、周向环形槽和轴向直槽与所述柱塞油腔连通；
所述入口单向阀设置于所述高压油道与第二低压油道之间。
2.根据权利要求1所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，所述周向环形槽的上边缘距柱塞顶端的距离从轴向直槽开始沿柱塞圆周方向逐渐增大或不变，所述周向环形槽的深度从轴向直槽开始沿柱塞圆周方向逐渐减小；
或者，所述周向环形槽的上边缘距柱塞顶端的距离从轴向直槽开始沿柱塞圆周方向逐渐增大，所述周向环形槽的深度不变。
3.根据权利要求2所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，所述周向环形槽的全部深度或部分深度不大于所述泄油孔的直径的四分之一。
4.根据权利要求3所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，所述周向环形槽的横截面为三角形、圆弧形、梯形或矩形。
5.根据权利要求1至4中任一所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，所述柱塞调节机构包括与所述柱塞套的下部外圆间隙配合的控制套筒，所述控制套筒的端部设置有导向槽，所述柱塞杆的下部设置有与所述导向槽相配合的榫舌。
6.根据权利要求5所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，所述柱塞调节机构还包括电机或比例电磁铁，所述控制套筒的外圆上设置有齿圈，所述电机或比例电磁铁驱动连接有与所述齿圈相啮合的齿条或齿轮。
7.根据权利要求1至4中任一所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，所述活塞式气门驱动装置上设置有分别与所述高压油道连通的单向孔和节流孔，所述单向孔内设置有活塞腔单向阀，所述活塞腔通过所述单向孔和节流孔与高压油道连通，当气门组件关闭时，所述液压活塞的顶端位于所述节流孔的上方。
8.根据权利要求1至4中任一所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置，其特征在于，所述液压蓄能器包括固定安装在所述壳体上的端盖、与所述壳体间隙配合的蓄能活塞以及设置于所述端盖与蓄能活塞之间的蓄能器弹簧。
9.一种内燃机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一所述的全可变液压气门机构气门升程控制装置。
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| CN108661744A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-10-16 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种发动机进气门连续可变系统以及发动机 |
| CN116044538A (zh) * | 2023-03-08 | 2023-05-02 | 龙口中宇热管理系统科技有限公司 | 一种液压可变气门控制机构 |
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