CN220979594U - 一种全可变液压气门机构的液压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发动机气门驱动领域，特别涉及一种全可变液压气门机构的液压系统。该系统包括液压源、低压系统、高压系统、第一单向阀、第二单向阀、排气装置和控制阀组件。本实用新型的目的在于克服现有技术存在的液压冲击、停机后液压油泄漏、油气分离不充分、液压油补充迟滞等问题和缺陷，提供了一种适用于全可变液压气门机构的液压系统，能够为全可变液压气门机构提供数量足够、压力稳定、质量可靠的液压油，确保液压气门机构工作稳定。

Description

一种全可变液压气门机构的液压系统

技术领域

本实用新型涉及发动机气门驱动领域，特别涉及一种全可变液压气门机构的液压系统。

背景技术

全可变液压气门系统(Fully Hydraulic Variable Valve system，简称FHVVS)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，该系统对实现发动机米勒循环、排气热管理和排气制动等功能具有重要意义。

全可变液压气门机构是通过机械——液压传动的方式来实现功能，但是该机构在液压油从高压油道排入低压油道时，液压油带来的振动冲击将会使得系统不平稳；在发动机停止工作期间，液压系统存在液压油泄漏，使空气进入造成液压油品质下降以及导致下次起机时启动困难；液压油中存在的空气无法分离，造成挺柱活塞运动失调；工作过程中会出现高压油道液压油压力低于低压油道，但由于高压油道不能迅速补充油液，导致下一工作循环气门运动失调。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的液压冲击、停机后液压油泄漏、油气分离不充分、液压油补充迟滞等问题和缺陷，提供了一种适用于全可变液压气门机构的液压系统，能够为全可变液压气门机构提供数量足够、压力稳定、质量可靠的液压油，确保液压气门机构工作稳定。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种全可变液压气门机构的液压系统，包括：低压系统、高压系统、第一单向阀、第二单向阀、排气装置、控制阀组件和液压源；

低压系统包括第二油池、蓄能器、溢流阀和低压油道，溢流阀进油口与蓄能器腔连通、出油口与液压源连通，第二油池、蓄能器和溢流阀通过低压油道连通；

高压系统包括挺柱腔、活塞腔、高压系统安全阀和高压油道，挺柱腔、活塞腔和高压系统安全阀通过高压油道连通；

第一单向阀的进油口与液压源连通，出油口与低压系统连通，液压源通过第一单向阀向低压系统提供液压油；

第二单向阀，其进油口与低压系统连通，出油口与高压系统连通，当高压系统由于泄油导致压力低于低压系统时，第二单向阀开启，低压系统通过第二单向阀向高压系统补充液压油；

排气装置设置在低压系统中低压油道和蓄能器腔的最顶端，为一个或多个节流孔，所述节流孔与第二油池连通；

控制阀组件控制低压系统和高压系统之间的通断；

液压源与低压系统相连。

作为进一步的技术方案，所述的液压源包括第一油池、液压泵和过滤器，液压油从第一油池经过液压泵和过滤器进入低压系统

作为进一步的技术方案，所述高压系统安全阀的进油口与高压油道连通、出油口与第一油池连通。

作为进一步的技术方案，所述第二单向阀阀芯设置有导向机构且导向机构的横截面采用人字或十字结构。

作为进一步的技术方案，所述排气装置的节流孔最小直径小于等于1.5mm。

作为进一步的技术方案，所述第二油池容积大于等于2倍挺柱腔排油量。

作为进一步的技术方案，所述的控制阀组件采用方向控制阀结构或者旋转式结构。

作为进一步的技术方案，所述方向控制阀结构，为二位二通方向控制阀，包括P油口和T油口，P油口与高压系统连通，T油口与低压系统连通。

作为进一步的技术方案，所述旋转式结构，包括回转阀套和回转阀芯，回转阀芯安装在回转阀套内，回转阀芯与凸轮轴同步转动，回转阀套摆动；回转阀套和回转阀芯上设置有能相通的径向孔，回转阀芯的径向孔与低压系统连通，回转阀套的径向孔与高压系统连通。

作为进一步的技术方案，所述蓄能器为活塞式蓄能器，包括蓄能器活塞、蓄能器弹簧和蓄能器壳体，蓄能器活塞和蓄能器壳体组成蓄能器腔，蓄能器腔与低压油道连通。

本实用新型中，挺柱腔是指液压挺柱组件中存在的一个容积可变化的腔。液压挺柱组件包括挺柱、挺柱弹簧和挺柱套。在配气凸轮的作用下，挺柱在挺柱套内往复运动，使挺柱腔容积发生变化。挺柱腔设置在挺柱和挺柱套之间，凸轮直接驱动挺柱运动或者通过增设摇臂、推杆、滚子等中间部件驱动挺柱运动。挺柱腔排油量是指凸轮从基圆位置运动到最大升程位置时的挺柱腔容积之差活塞腔是指液压活塞组件中存在的一个容积可变化的腔。液压活塞组件包括液压活塞和活塞套，活塞腔设置在活塞和活塞套之间。液压活塞直接驱动气门组件运动或者通过增设气门桥、摇臂、推杆等中间部件驱动气门组件运动。当活塞腔内液压油压力对液压活塞的作用力超过气门弹簧预紧力时，液压活塞在液压油压力作用下克服气门弹簧力使气门开启，活塞腔容积增大；当液压油压力降低时，在气门弹簧的推动下液压活塞往回运动，活塞腔容积减小。

工作时，液压源提供低压系统所需的液压油，第一油池中的液压油被液压泵加压，经过过滤器、第一单向阀进入低压系统。液压油在低压系统中经低压油道进入第二油池，第二油池用于存储低压系统的液压油，液压油中掺入的空气通过与第二油池相通的排气装置的排气孔排出低压系统。当发动机停止工作时，第一单向阀防止液压油从低压系统倒流回液压源；当发动机重新开始工作时，第二油池内存储的液压油能够使发动机稳定启动。

第二油池与蓄能器相互连通，液压油经低压油道进入蓄能器腔，蓄能器腔内液压油推动蓄能器活塞压缩蓄能器弹簧在蓄能器壳体内运动，使低压系统容积增大能够储存更多的液压油，蓄能器进行蓄能。高压系统向低压系统泄油时低压系统的油压会产生波动。当低压系统内的压力升高时，蓄能器活塞压缩蓄能器弹簧在蓄能器壳体内运动，增大低压系统容积，吸收液压冲击；当低压系统内的压力降低时，蓄能器弹簧推动蓄能器活塞运动，通过减少蓄能器腔容积的方式向低压油道补充油液。蓄能器通过这种方式减少低压系统的压力波动，保证液压系统的压力稳定。溢流阀可以与蓄能器集成使用，其进油口与蓄能器腔连通。当低压系统的油压超过溢流阀的开启压力，溢流阀打开，液压油从低压系统排到第一油池，低压系统的油压从而降低。

液压油在低压系统中经低压油道进入第二单向阀，第二单向阀开启状态下液压油单向进入高压系统。第二单向阀带有导向机构，工作过程中能够保证准确可靠的快速启闭和可靠密封。

当高压系统内的油压超过高压系统安全阀的开启压力时，高压系统内的液压油通过高压系统安全阀流回低压系统或第一油池，保证系统的稳定性和安全性。

采用方向控制阀结构的控制阀组件为二位二通方向控制阀，包括P油口和T油口，两者可以相通，T油口与低压系统连通，P油口与高压系统连通。P油口和T油口相通时，控制阀组件将低压系统和高压系统连通；P油口和T油口不相通时，控制阀组件将低压系统和高压系统断开。

采用旋转式结构的控制阀组件包括回转阀套和回转阀芯。回转阀芯安装在回转阀套内，回转阀芯与凸轮轴同步转动。回转阀套和回转阀芯上设置有可以相通的径向孔，回转阀芯的径向孔与低压系统连通，回转阀套的径向孔与高压系统连通。回转阀套的径向孔和回转阀芯的径向孔相通时，控制阀组件将低压系统和高压系统连通；回转阀套的径向孔和回转阀芯的径向孔不相通时，控制阀组件将低压系统和高压系统断开。

控制阀组件在适当的时刻连通高压系统和低压系统，直接影响凸轮对气门的推动作用，控制气门早关或晚关，进而实现发动机气门最大升程、气门开启持续角和配气相位三者连续可变的功能；如果控制阀组件一直连通高压系统和低压系统，即可实现发动机停缸功能；也可以通过在凸轮上同时设计多个凸起，实现发动机气门开启次数可变的功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、提供了一种适用于全可变液压气门机构的液压系统，能够为全可变液压气门机构提供数量足够、压力稳定、质量可靠的液压油，确保可变气门机构工作稳定；

2、通过设置第二油池和第一单向阀，解决了发动机停机时全可变液压气门机构机油泄漏、空气进入的问题，有利于发动机的稳定启动；

3、设置第二油池和排气装置分离液压油中掺入的空气，保证液压油的良好品质，使各个零部件的响应性良好，提高控制的精确性；

4、通过设置蓄能器、第二单向阀和高压系统安全阀，保证了液压油供应的稳定性和可靠性。

附图说明

说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为实施例1中的控制阀组件采用方向控制阀结构的一种全可变液压气门机构的液压系统示意图。

图2为实施例1中的方向控制阀组件结构示意图。

图3为实施例1和2中的蓄能器结构示意图。

图4为实施例2中的控制阀组件采用旋转式控制阀结构的一种全可变液压气门机构的液压系统示意图。

图5(a)、图5(b)为实施例2中的旋转式控制阀组件结构示意图。

图6(a)、图6(b)为实施例1和2中的第二单向阀结构示意图。

附图标记：

1、第一油池，2、液压泵，3、过滤器，4、第一单向阀，5、第二油池，6、排气装置，7、蓄能器，7-1、蓄能器活塞，7-2、蓄能器弹簧，7-3、蓄能器壳体，8、控制阀组件，8-1、阀套，8-2、阀芯，8-3、回转阀套，8-4、回转阀芯，9、高压系统安全阀，10、液压活塞组件，11、气门组件，12、液压挺柱组件，13、凸轮轴，14、凸轮，15、第二单向阀，15-1第二单向阀螺塞，15-2第二单向阀弹簧，15-3第二单向阀阀芯，15-4密封锥面，15-5第二单向阀阀体，16、溢流阀，17、传动齿轮系，N1、低压油道，N2、T油口，N3、P油口，N4、挺柱腔，N5、高压油道，N6、活塞腔，N7、回转阀芯的径向孔，N8、回转阀套的径向孔，N9、回油油道，(a)、液压源，(b)、低压系统，(c)、高压系统。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的实施过程。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了使用方向控制阀结构的一种全可变液压气门机构的液压系统，包括液压源(a)、低压系统(b)、高压系统(c)、第一单向阀4、第二单向阀15和控制阀组件8。

液压源(a)包括第一油池1、液压泵2和过滤器3，液压油从第一油池1经过液压泵2和过滤器3进入第一单向阀4。在本实施例中，第一油池1为发动机油底壳，液压泵2为发动机机油泵，过滤器3为发动机机油滤清器。

第一单向阀4的进油口与液压源(a)连通，出油口与低压系统(b)连通，液压源(a)通过第一单向阀4向低压系统(b)提供液压油。

低压系统(b)包括第二油池5、蓄能器7、溢流阀16和低压油道N1。溢流阀16进油口与低压油道N1或蓄能器7连通，出油口通过回油油道N9与第一油池1连通。低压油道N1连通第一单向阀4出油口、第二油池5、排气装置6入口、蓄能器7、第二单向阀15入口、溢流阀16进油口和控制阀组件8的T油口N2(低压油口)。在本实施例中，回油油道N9中的压力为大气压力，油道中的油液最终流回第一油池1，用细虚线表示。

高压系统(c)包括挺柱腔N4、活塞腔N6、高压系统安全阀9和高压油道N5。高压系统安全阀9的进油口与高压油道N5连通，出油口通过回油油道N9与第一油池1连通。高压油道连通P油口N3(高压油口)、高压入口单向阀15出口、挺柱腔N4、活塞腔N6和高压系统安全阀9进油口。

控制阀组件8根据工作需要断开或连通低压系统(b)和高压系统(c)。

第二单向阀15结构如图6(a)、图6(b)所示，其进油口与低压油道N1连通、出油口与高压油道N2连通。第二单向阀15包括第二单向阀螺塞15-1、第二单向阀弹簧15-2、第二单向阀阀芯15-3、密封锥面15-4、第二单向阀阀体15-5。当高压系统(c)的压力高于低压系统(b)时，第二单向阀阀芯15-3在第二单向阀弹簧15-2和液压油油压的作用下，通过密封锥面15-4将低压系统(b)和高压系统(c)断开；当高压系统(c)由于泄油导致压力低于低压系统(b)时，第二单向阀阀芯15-3克服第二单向阀弹簧15-2的弹簧力向上移动，低压系统(b)和高压系统(c)连通，低压系统(b)向高压系统(c)补充油液。根据可以通过减轻第二单向阀阀芯15-3的质量，提高第二单向阀15频率响应特性。因此在本实施例中，第二单向阀阀芯15-3采用十字结构，既可以减轻质量又能起到导向作用。

第二油池5设置有排气装置6，该装置有两个直径为1.5mm的节流孔。排气装置6设置在低压系统(b)的最高位置。第二油池5储存有不少于2倍挺柱腔N4排油量的液压油。

如图2所示，本实施例中采用方向控制阀结构的控制阀组件8为二位二通电磁换向阀，包括阀套8-1和由电磁铁控制的阀芯8-2。阀芯8-2位于阀套8-1内并且在阀套8-1内是可移动的。P油口N3和T油口N2可以通过阀芯8-2上设置的环槽相通，T油口N2与低压系统(b)连通，P油口N3与高压系统(c)连通。通过控制电磁铁，控制阀芯8-2在阀套8-1内的相对位置。当T油口N2和P油口N3相通时，控制阀组件8将低压系统(b)和高压系统(c)连通；当T油口N2和P油口N3不相通时，控制阀组件8将低压系统(b)和高压系统(c)断开。

如图3所示，蓄能器7包括蓄能器活塞7-1、蓄能器弹簧7-2和蓄能器壳体7-3。蓄能器活塞7-1和蓄能器壳体7-3组成蓄能器腔，蓄能器腔与低压油道N1连通。溢流阀16集成在蓄能器7中，蓄能器壳体7-3上设置有与第一油池1连通的环槽，当蓄能器活塞7-1压缩蓄能器弹簧7-2运动，使蓄能器壳体7-3上设置的环槽与蓄能器腔连通时，液压油从低压系统(b)排到第一油池。

在本实施例中，凸轮14直接驱动液压挺柱组件12，设置在凸轮轴13上；液压活塞组件10驱动气门组件11。

工作时，液压源(a)提供低压系统(b)所需的液压油。第一油池1中的液压油被液压泵2加压，经过过滤器3，通过第一单向阀4进入低压系统(b)。液压油在低压系统(b)中经低压油道N1进入第二油池5，第二油池5用于存储低压系统(b)的液压油，液压油中掺入的空气通过与第二油池5相通的排气装置6排出低压系统(b)。当发动机停止工作时，第一单向阀4防止液压油从低压系统(b)倒流回液压源(a)；当发动机重新开始工作时，第二油池5内存储的液压油能够使发动机稳定启动。

第二油池5与蓄能器7相互连通，当液压油经低压油道N1进入蓄能器7，蓄能器活塞7-1压缩蓄能器弹簧7-2，并在蓄能器壳体7-3内运动，使低压系统(b)容积增大从而储存更多的液压油，蓄能器7进行蓄能。高压系统(a)向低压系统(b)泄油时低压系统(b)的油压会产生波动：当低压系统(b)内的压力升高时，蓄能器活塞7-1压缩蓄能器弹簧7-2在蓄能器壳体7-3内运动，增大低压系统(b)容积，吸收液压冲击；当低压系统(b)的油压超过规定的安全范围，低压泄压阀开启，液压油从低压系统(b)排到第一油池1；当低压系统(b)内的压力降低时，蓄能器弹簧7-2推动蓄能器活塞7-1运动，通过减少蓄能器腔容积的方式向低压油道(b)补充油液。蓄能器7通过这种方式降低低压系统(b)的压力波动，保证液压系统的压力稳定。

当高压系统(c)由于泄油导致压力低于低压系统(b)时，第二单向阀15开启，液压油经低压油道N1、第二单向阀14单向进入高压系统(c)。第二单向阀14带有导向机构，工作过程中能够保证准确可靠的快速启闭和可靠密封。

当控制阀组件8将高压系统(c)和低压系统(b)适时断开，高压系统(c)形成一个液压油只进不出的单向密闭腔，这个单向密闭腔包括液压挺柱组件12的挺柱腔N4和液压活塞组件10的活塞腔N6。凸轮14处于推程时，推动液压挺柱组件12运动使挺柱腔N4容积减小，高压系统(c)的油压升高，进而驱动活塞腔N6容积增大，液压活塞组件10推动气门下行，使气门克服气门弹簧力开启，此时气门的运动规律取决于凸轮14的型线。控制阀组件8在适当的时刻连通高压系统(c)与低压系统(b)，高压系统(c)内的液压油通过控制阀组件8流回低压系统(b)，此时作用在液压活塞组件10上的力小于气门弹簧力，气门在气门弹簧力的作用下关闭。通过控制控制阀组件8中阀芯8-2和阀套8-1的相对位置关系控制气门早关或晚关，进而实现发动机气门最大升程、气门开启持续角和配气相位三者连续可变。

在凸轮14进入推程前控制阀组件8将高压系统(c)与低压系统(b)连通，凸轮14推动液压挺柱组件12运动使挺柱腔N4容积减小，高压系统(c)的液压油经控制阀组件8进入低压系统(b)，高压系统(c)无法建立高压压力，作用在液压活塞组件10上的力始终小于气门弹簧力，气门不再开启。通过这种控制方式，全可变液压气门机构能够实现停缸功能；还可以通过在凸轮14上同时设计多个凸起，实现气门开启次数可变的功能。

当凸轮14处于回程时，液压挺柱组件12在挺柱弹簧的作用下紧贴凸轮13运动，挺柱腔N4容积增大，若活塞腔容积减小速度小于挺柱腔容积增大速度，高压系统(c)形成的密闭腔容积增大，高压系统(c)压力则会降低。当高压系统(c)压力小于低压系统(b)压力时，第二单向阀14开启，低压系统(b)通过第二单向阀15向高压系统(c)补充液压油。液压挺柱组件12在凸轮14基圆上运动期间，若高压系统(c)压力大于等于低压系统(b)压力，第二单向阀15关闭。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了使用旋转式控制阀组件8的一种全可变液压气门机构的液压系统，包括液压源(a)、低压系统(b)、高压系统(c)、第一单向阀4、第二单向阀15和控制阀组件8。

本实施例中采用的旋转式控制阀组件8的结构如图5(a)、图5(b)所示，包括回转阀套8-3和回转阀芯8-4。回转阀芯8-4安装在回转阀套8-3内，通过传动齿轮系17与凸轮轴13连接并同步转动。回转阀套8-3和回转阀芯8-4上设置有可以相通的径向孔，回转阀芯的径向孔N7与低压系统(b)连通，回转阀套的径向孔N8与高压系统(c)连通。回转阀套的径向孔N8和回转阀芯的径向孔N7相通时，控制阀组件8将低压系统(b)和高压系统(c)连通；回转阀套的径向孔N8和回转阀芯的径向孔N7不相通时，控制阀组件8将低压系统(b)和高压系统(c)断开。

对于采用旋转式控制阀组件8，回转阀套8-3可以摆动，通过改变回转阀套8-1和回转阀芯8-2的相对位置关系控制气门早关或晚关，进而实现发动机气门最大升程、气门开启持续角和配气相位三者连续可变的功能。

其余结构与实施例1相同。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于，包括：低压系统、高压系统、第一单向阀、第二单向阀、排气装置、控制阀组件和液压源；

低压系统包括第二油池、蓄能器、溢流阀和低压油道，溢流阀进油口与蓄能器腔连通、出油口与液压源连通，第二油池、蓄能器和溢流阀通过低压油道连通；

高压系统包括挺柱腔、活塞腔、高压系统安全阀和高压油道，挺柱腔、活塞腔和高压系统安全阀通过高压油道连通；

第一单向阀的进油口与液压源连通，出油口与低压系统连通，液压源通过第一单向阀向低压系统提供液压油；

第二单向阀，其进油口与低压系统连通，出油口与高压系统连通，当高压系统由于泄油导致压力低于低压系统时，第二单向阀开启，低压系统通过第二单向阀向高压系统补充液压油；

排气装置设置在低压系统中低压油道和蓄能器腔的最顶端，为一个或多个节流孔，所述节流孔与第二油池连通；

控制阀组件控制低压系统和高压系统之间的通断；

液压源与低压系统相连。

2.根据权利要求1所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述的液压源包括第一油池、液压泵和过滤器，液压油从第一油池经过液压泵和过滤器进入低压系统。

3.根据权利要求2所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述高压系统安全阀的进油口与高压油道连通、出油口与第一油池连通。

4.根据权利要求1所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述第二单向阀阀芯设置有导向机构且导向机构的横截面采用人字或十字结构。

5.根据权利要求1所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述排气装置的节流孔最小直径小于等于1.5mm。

6.根据权利要求1所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述第二油池容积大于等于2倍挺柱腔排油量。

7.根据权利要求1所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述的控制阀组件采用方向控制阀结构或者旋转式结构。

8.根据权利要求7所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述方向控制阀结构，为二位二通方向控制阀，包括P油口和T油口，P油口与高压系统连通，T油口与低压系统连通。

9.根据权利要求7所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述旋转式结构，包括回转阀套和回转阀芯，回转阀芯安装在回转阀套内，回转阀芯与凸轮轴同步转动，回转阀套摆动；回转阀套和回转阀芯上设置有能相通的径向孔，回转阀芯的径向孔与低压系统连通，回转阀套的径向孔与高压系统连通。

10.根据权利要求1所述的全可变液压气门机构的液压系统，其特征在于：所述蓄能器为活塞式蓄能器，包括蓄能器活塞、蓄能器弹簧和蓄能器壳体，蓄能器活塞和蓄能器壳体组成蓄能器腔，蓄能器腔与低压油道连通。