CN106545376A - 基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构 - Google Patents
基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106545376A CN106545376A CN201610947147.0A CN201610947147A CN106545376A CN 106545376 A CN106545376 A CN 106545376A CN 201610947147 A CN201610947147 A CN 201610947147A CN 106545376 A CN106545376 A CN 106545376A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- valve
- unit part
- piezoelectric unit
- cylinder
- internal combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 47
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910001095 light aluminium alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005183 dynamical system Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004899 motility Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
- F01L9/24—Piezoelectric actuators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D13/0253—Fully variable control of valve lift and timing using camless actuation systems such as hydraulic, pneumatic or electromagnetic actuators, e.g. solenoid valves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
Abstract
本发明涉及内燃机技术领域，尤其是一种基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构。其包括驱动装置、执行装置、气门室盖和气缸，驱动装置安装在气门室盖内，执行装置安装在气缸内，气门室盖固定在气缸的顶部，驱动装置通过气门室盖连接在执行装置的上方。设计采用压电单元件作为执行器的驱动装置，利用气门室盖与气缸的结合，将驱动装置与执行装置安装连接，通过压电单元件效应驱动气门开闭，因压电单元件响应速度较快，满足了发动机高速运转时控制响应速度，大大提高了控制精度及控制可靠性，同时省略了液压回路设计，在结构上将更加简单、结构布置将更加方便、移植性将更强。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，尤其是一种基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构。
背景技术
目前，内燃机技术的发展主要是进行电控***集成及精度控制上，涉及到内燃机机械机构的改进主要集中在对机械运动部件的优化及材料应用方面。表现在发动机配气机构方面的改进主要有：采用多气门控制技术；利用VVT技术改变发动机进、排气门开启及关闭时刻；采用可变气门升程技术提高发动机的充气效率等。但是传统配气机构有个共同特点，进、排气门的开闭均由凸轮轴驱动，这就影响到进、排气门开闭的灵活性。
一种较为先进的控制方法是“无凸轮轴电液式配气机构” ，如长春工程学院王树范、邹向阳、温泳发表的研究论文《无凸轮轴驱动可变配气机构发展及展望》；北京理工大学军用车辆动力***技术国防重点学科实验室的赵振峰、黄英、张付军、杨守平撰写的研究论文《一种新型电液驱动无凸轮轴配气机构特性研究》；吉林大学王云开、于秀敏、郭英男梁金广等人撰写的研究论文《无凸轮轴电液配气机构性能试验》等，他们的研究方向均是利用执行元件电磁阀对液压回路进行控制，进而控制进、排气门开闭。对于电液式配气机构来说，其关键的技术在于气门的响应性和落座速度的控制。气门响应性主要受到电磁阀的响应速度、电磁阀的流量和额定压力的影响，以上这些因素反应在内燃机上即是限制发动机在高速运转下配气机构对其进、排气门快速开闭时的控制精度及控制可靠性上。实际使用中，结构复杂，布置移植不方便，响应速度慢。
发明内容
为了克服现有配气机构结构复杂，布置移植不方便，响应速度慢的不足，本发明提供了一种基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构，包括驱动装置、执行装置、气门室盖和气缸，驱动装置安装在气门室盖内，执行装置安装在气缸内，气门室盖固定在气缸的顶部，驱动装置通过气门室盖连接在执行装置的上方，驱动装置包括浮动浮塞、油介质、移动浮塞、压电单元件、正极接线端、负极接线端和壳体，执行装置包括气门、气门弹簧、气门锁片、气门弹簧座和气门杆。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括浮动浮塞、油介质、移动浮塞和压电单元件都安装在壳体内，压电单元件和浮动浮塞分别位于壳体的顶部和底部，移动浮塞位于压电单元件的下方，油介质填充在轻铝合金材质的浮动浮塞和移动浮塞之间，正极接线端和负极接线端的一端与压电单元件连接，另一端延伸至壳体的外部。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括压电单元件的基体为压电陶瓷层，两侧分别设有正电极层和负电极层，正电极层和负电极层分别与正极接线端和负极接线端连接。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括气门杆的上下两端分别插在壳体和气门内，顶在浮动浮塞的下方，气门弹簧座通过气门锁片约束在气门杆上。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括气门弹簧套装在气门杆的中部，固定在气门弹簧座上，夹在气门弹簧座和气缸之间，气门杆通过气门弹簧支撑在气缸上。
本发明的有益效果是，设计采用压电单元件作为执行器的驱动装置，利用气门室盖与气缸的结合，将驱动装置与执行装置安装连接，通过压电单元件效应驱动气门开闭，因压电单元件响应速度较快，满足了发动机高速运转时控制响应速度，大大提高了控制精度及控制可靠性，同时省略了液压回路设计，在结构上将更加简单、结构布置将更加方便、移植性将更强，使其在无凸轮轴机构下，配合电控***实现可变配气相位与可变气门升程功能，以减少发动机的泵气损失、加快进气速度、改变残余废气，进而改善发动机的燃烧效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的驱动装置示意图；
图3是本发明的控制流程图。
图中100. 驱动装置，200. 执行装置，1. 气门，2. 气门弹簧，3. 气门锁片，4. 浮动浮塞，5. 油介质，6. 移动浮塞，7. 压电单元件，8. 正极接线端，9. 负极接线端，10. 气门弹簧座，11. 气门室盖，12. 气缸，13. 壳体，14. 气门杆，15. 压电陶瓷层，18. 正电极层，19. 负电极层。
具体实施方式
图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的驱动装置示意图，图3是本发明的控制流程图，一种基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构，包括驱动装置100、执行装置200、气门室盖11和气缸12，驱动装置100安装在气门室盖11内，执行装置200安装在气缸12内，气门室盖11固定在气缸12的顶部，驱动装置100通过气门室盖11连接在执行装置200的上方，驱动装置100包括浮动浮塞4、油介质5、移动浮塞6、压电单元件7、正极接线端8、负极接线端9和壳体13，执行装置200包括气门1、气门弹簧2、气门锁片3、气门弹簧座10和气门杆14。浮动浮塞4、油介质5、移动浮塞6和压电单元件7都安装在壳体13内，压电单元件7和浮动浮塞4分别位于壳体13的顶部和底部，移动浮塞6位于压电单元件7的下方，油介质5填充在轻铝合金材质的浮动浮塞4和移动浮塞6之间，正极接线端8和负极接线端9的一端与压电单元件7连接，另一端延伸至壳体13的外部。压电单元件7的基体为压电陶瓷层15，两侧分别设有正电极层18和负电极层19，正电极层18和负电极层19分别与正极接线端8和负极接线端9连接。气门杆14的上下两端分别插在壳体13和气门1内，顶在浮动浮塞4的下方，气门弹簧座10通过气门锁片3约束在气门杆14上。气门弹簧2套装在气门杆14的中部，固定在气门弹簧座10上，夹在气门弹簧座10和气缸12之间，气门杆14通过气门弹簧2支撑在气缸12上。
设计采用压电单元件7作为执行器的驱动装置100，利用气门室盖11与气缸12的结合，将驱动装置100与执行装置200安装连接，通过压电元件效应驱动气门1开闭，因压电单元件7响应速度较快，满足了发动机高速运转时控制响应速度，大大提高了控制精度及控制可靠性，同时省略了液压回路设计，在结构上将更加简单、结构布置将更加方便、移植性将更强，使其在无凸轮轴机构下，配合电控***实现可变配气相位与可变气门升程功能，以减少发动机的泵气损失、加快进气速度、改变残余废气，进而改善发动机的燃烧效果。
上述驱动装置中，由于压电元件效应产生的位移量与压电单元件7数量和驱动电压有直接关系，在设计其结构的时候，利用其截面积变化对位移量的正比例变化关系，通过工作油介质5对压电单元件7组件利用压电效应产生的位移量进行正比例放大，实现位移控制。
工作过程：图3是本发明的控制流程图，控制单元通过对驱动装置100的负极接线端9输出低电平信号（负极），对正极接线端8输出经过调制的正极电动势，且正极电动势根据气门开启行程进行调制，当压电单元件7因作用电动势后，由于逆压电效应，压电单元件7组件将变形，变形位移推动移动活塞6向下移动，移动活塞6向下移动后，油室内的油介质5一同向下运动，因油室下端因截面积发生变化，油室下端浮动活塞4向下移动，位移将被成倍数放大，浮动活塞4与气门杆14相连，浮动活塞4推动气门杆14克服气门弹簧2的作用力向下移动，使气门1开启并达到所需气门开启升程位置。
控制过程：控制单元内的中央处理器根据发动机的曲轴位置传感器提供的气缸中活塞所处位置信号、凸轮轴位置传感器提供的判缸信号、通过节气门位置传感器获取的发动机负荷信号，并参考冷却液温度传感器信号、档位开关、空调开关和巡航开关信号，并对这些信号进行处理与分析，通过调用中央处理器内的程序存储器存储的数据库，发出控制指令，中央处理器的控制指令送到气缸气门驱动模块，气缸气门驱动模块集成在控制单元内部，气缸气门驱动模块可以实现驱动电压调节。如控制单元依以上信号判断内燃机处于较小负荷时，则控制单元内的气缸气门驱动模块输入较低的驱动电压，驱动装置100中的压电单元件7因驱动电压较低，则变形量较小，控制气门1打开的升程量也较小；如控制单元判断内燃机处理大负荷工作时，则输出的驱动电压较高，气门1打开的升程量也随之较大，通过控制单元对输出电压的调节，从而改变了气门1升程量，实现了气量的控制。
Claims (5)
1.一种基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构，其特征是：包括驱动装置（100）、执行装置（200）、气门室盖（11）和气缸（12），驱动装置（100）安装在气门室盖（11）内，执行装置（200）安装在气缸（12）内，气门室盖（11）固定在气缸（12）的顶部，驱动装置（100）通过气门室盖（11）连接在执行装置（200）的上方，驱动装置（100）包括浮动浮塞（4）、油介质（5）、移动浮塞（6）、压电单元件（7）、正极接线端（8）、负极接线端（9）和壳体（13），执行装置（200）包括气门（1）、气门弹簧（2）、气门锁片（3）、气门弹簧座（10）和气门杆（14）。
2.根据权利要求1所述的基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构，其特征是，浮动浮塞（4）、油介质（5）、移动浮塞（6）和压电单元件（7）都安装在壳体（13）内，压电单元件（7）和浮动浮塞（4）分别位于壳体（13）的顶部和底部，移动浮塞（6）位于压电单元件（7）的下方，油介质（5）填充在轻铝合金材质的浮动浮塞（4）和移动浮塞（6）之间，正极接线端（8）和负极接线端（9）的一端与压电单元件（7）连接，另一端延伸至壳体（13）的外部。
3.根据权利要求1所述的基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构，其特征是，压电单元件（7）的基体为压电陶瓷层（15），两侧分别设有正电极层（18）和负电极层（19），正电极层（18）和负电极层（19）分别与正极接线端（8）和负极接线端（9）连接。
4.根据权利要求1所述的基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构，其特征是，气门杆（14）的上下两端分别插在壳体（13）和气门（1）内，顶在浮动浮塞（4）的下方，气门弹簧座（10）通过气门锁片（3）约束在气门杆（14）上。
5.根据权利要求1所述的基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构，其特征是，气门弹簧（2）套装在气门杆（14）的中部，固定在气门弹簧座（10）上，夹在气门弹簧座（10）和气缸（12）之间，气门杆（14）通过气门弹簧（2）支撑在气缸（12）上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610947147.0A CN106545376A (zh) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610947147.0A CN106545376A (zh) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106545376A true CN106545376A (zh) | 2017-03-29 |
Family
ID=58392523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610947147.0A Pending CN106545376A (zh) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106545376A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108691598A (zh) * | 2017-04-11 | 2018-10-23 | 福特环球技术公司 | 包括具有气门弹簧的配气机构的内燃发动机和用于安装此类气门弹簧的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103953415A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-07-30 | 天津大学 | 基于逆压电效应的新型压电式无级可变气门机构 |
| CN105257357A (zh) * | 2015-08-17 | 2016-01-20 | 天津大学 | 双压电晶体电控快速气门vvt及vvl装置及控制方法 |
| CN105756740A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-13 | 哈尔滨工程大学 | 压电控制配气*** |
| CN205654389U (zh) * | 2016-04-11 | 2016-10-19 | 浙江师范大学 | 一种压电驱动的无凸轮轴气门驱动机构 |
-
2016
- 2016-10-26 CN CN201610947147.0A patent/CN106545376A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103953415A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-07-30 | 天津大学 | 基于逆压电效应的新型压电式无级可变气门机构 |
| CN105257357A (zh) * | 2015-08-17 | 2016-01-20 | 天津大学 | 双压电晶体电控快速气门vvt及vvl装置及控制方法 |
| CN205654389U (zh) * | 2016-04-11 | 2016-10-19 | 浙江师范大学 | 一种压电驱动的无凸轮轴气门驱动机构 |
| CN105756740A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-13 | 哈尔滨工程大学 | 压电控制配气*** |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108691598A (zh) * | 2017-04-11 | 2018-10-23 | 福特环球技术公司 | 包括具有气门弹簧的配气机构的内燃发动机和用于安装此类气门弹簧的方法 |
| CN108691598B (zh) * | 2017-04-11 | 2022-01-14 | 福特环球技术公司 | 具有气门弹簧的内燃发动机和安装此类气门弹簧的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2018503769A (ja) | 自由ピストン燃焼機関におけるエネルギー貯蔵および変換 | |
| CN102383892B (zh) | 内燃机可变气门升程机构 | |
| CN101936198B (zh) | 一种凸轮供油式电液气门驱动*** | |
| US10385797B2 (en) | Linear motor valve actuator system and method for controlling valve operation | |
| Wu et al. | Semi-analytical modelling of a hydraulic free-piston engine | |
| CN101608560B (zh) | 一种电液综合控制的发动机配气*** | |
| CN203130181U (zh) | 一种新型可调液压挺柱 | |
| JP6846932B2 (ja) | リニア弁アクチュエータシステム、及び弁の動作を制御する方法 | |
| US9739229B2 (en) | Linear valve actuator system and method for controlling valve operation | |
| KR20140027363A (ko) | 멀티-실린더 피스톤 기관 | |
| CN106545376A (zh) | 基于压电单元件驱动内燃机气门的无凸轮轴配气机构 | |
| US20100204900A1 (en) | Method and device for controlling a valve with several lift phases, and method for supplying a thermal engine with oxidant | |
| CN206439081U (zh) | 一种紧凑型模块化液压驱动机构 | |
| CN203742769U (zh) | 一种发动机涡轮增压***废气旁通阀控制机构 | |
| US9322302B2 (en) | Operating internal combustion engines | |
| Stone et al. | Intelligent Valve Actuation–A Radical New Electro-Magnetic Poppet Valve Arrangement | |
| CN104847481A (zh) | 气压储能式涡轮增压装置 | |
| CN206111260U (zh) | 一种压电驱动的挺柱式无凸轮轴气门驱动机构 | |
| CN108361073B (zh) | 基于大数据的助力装置 | |
| CN206054024U (zh) | 一种压电驱动的液压式无凸轮轴气门驱动机构 | |
| CN205477805U (zh) | 一种改进结构的发动机气门驱动机构 | |
| CN107869368A (zh) | 一种压电驱动的液压式无凸轮轴气门驱动机构 | |
| CN202500630U (zh) | 发动机配气控制***和汽车 | |
| US10047642B2 (en) | Electro-mechanical hydraulic valve lifter for precise control of fuel consumption | |
| Mitianiec et al. | Camless hydraulic valve timing system in combustion engines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170329 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |