CN107246294A - 一种内燃机液压可变气门装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液压可变气门装置，包括凸轮、外壳、衬套、单杆活塞和液压活塞；衬套、单杆活塞和液压活塞同轴并可沿轴向移动；液压活塞内部自上而下设有一单向可变节流阀和一单向阀；单杆活塞与液压活塞形成一液压腔，在液压活塞随凸轮的移动过程中，该液压腔或密闭或与外部低压油源直接或间接相通；通过调节外部低压油源压力以及衬套的初始位置，可以改变所述液压腔中液压流体的运动规律，从而实现气门的可变。本发明取消了昂贵的电液伺服***，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低成本，有利于可变气门技术的工程化应用。

Description

一种内燃机液压可变气门装置
技术领域
本发明属于发动机气门结构技术领域，尤其是涉及一种内燃机液压可变气门装置。
背景技术
内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的排放法规。传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术控制排放，降低油耗。
可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者主要改变机械结构，因此结构简单，响应速度快，但是因为保留了凸轮，其气门只是相对可变，并不能任意可变。而无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程及持续期。就驱动方式来分，无凸轮配气技术分为电磁驱动、电气驱动、电机驱动、电液驱动等方式。相对于电磁驱动的能耗大，电气驱动的响应速度低及不稳定，电机驱动的***复杂等缺点，电液驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度较快。然而它也有不可避免的缺点：高转速下液压***流量不够，气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大。因此主要用于柴油机这种转速较低的发动机上，除此之外，还必须要采用昂贵的电液伺服***及相对复杂的控制技术来精确的控制气门行程避免落座冲击，而且在多缸机上需要多套电磁阀***，大大增加了发动机的成本。因此，研究灵活可变而成本又相对较低适用于多缸机的可变气门***势在必行。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种内燃机液压可变气门装置，通过改变衬套与液压活塞的相对位置以及外部低压油源压力，控制液压流体的运动，最终实现气门的可变。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种内燃机液压可变气门装置，包括凸轮、外壳、衬套、单杆活塞和液压活塞；所述外壳上端开口，底端设有气门口，所述衬套沿轴向方向与所述外壳的内侧壁间隙滑动配合，所述衬套的初始位置可调；所述液压活塞和单杆活塞均沿轴向方向与所述衬套的内侧壁间隙滑动配合，且上下设置，中间形成液压腔；
所述外壳的侧壁设有第一通道，所述衬套侧壁设有第二通道，在所述衬套初始位置调节过程中，所述第二通道与所述第一通道始终相通；所述液压活塞内部自上而下设有单向可变节流阀和单向阀；
所述液压活塞随凸轮的转动沿轴向方向与衬套内壁间隙滑动配合，使所述第二通道可与所述液压腔直接相通或相断；或使所述第二通道通过单向阀或单向可变节流阀与所述液压腔间接相通或相断，相通时，所述第二通道内液压流体可通过所述单向阀流进所述液压腔，所述液压腔内液压流体通过所述单向可变节流阀流进所述第二通道；
其中，所述单向可变节流阀可以通过改变所述液压腔与所述第二通道之间的压力差来调节流阀开度；
所述单杆活塞的活塞杆上套有气门弹簧并与气门固定相连，所述气门与所述外壳底部的气门口配合；所述第一通道外接一低压油源，所述气门弹簧提供一预紧力，所述低压油源压力与所述单杆活塞截面积的乘积小于所述气门弹簧的预紧力。
进一步的，所述外壳内设有控制齿轮，所述衬套的外表面设有一组竖直方向与所述控制齿轮啮合的外齿，通过所述控制齿轮带动所述衬套沿所述外壳内壁上下滑动。
进一步的，所述单向阀包括第三通道和第四通道，所述第三通道与所述液压活塞的外回转表面相通，所述第四通道与所述液压活塞的下表面相通，液压流体只能从所述第三通道流向所述第四通道；
进一步的，当所述第三通道压力大于所述第四通道压力时，所述单向阀处于开通状态，当所述第三通道压力小于所述第四通道压力时，所述单向阀处于关闭状态；
进一步的，所述单向可变节流阀包括第五通道，柱塞弹簧，柱塞和第六通道，第五通道与液压活塞的外回转表面相通，第六通道与液压活塞的下表面相通，通过设置在第六通道流向第五通道交叉位置处的柱塞弹簧，柱塞，使液压流体只能从第六通道流向第五通道，通过调节柱塞的上下位置调节流通截面。
进一步的，所述第一通道外接的低压油源通过溢流阀或节流阀来调节所需要的供油压力，通过调节低压油源的压力控制柱塞的上下位置的移动距离。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的内燃机液压可变气门装置，通过改变外部低压油源压力以及衬套轴向初始位置，可以改变所述液压腔中液压流体的运动规律，从而实现气门的灵活可变，且取消了昂贵的电液伺服***，不需要在每一个工作循环下都对液压***进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对液压参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低成本，有利于可变气门技术的工程化应用，尤其适用于多缸柴油机。
附图说明
构成本发明的一部分的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。在附图中：
图1是本发明液压可变气门装置初始状态(凸轮未驱动可变气门装置)下的示意图；
图2是本发明液压可变气门装置中气门即将开启时的示意图；
图3是本发明液压可变气门装置中气门升程及关闭时刻可调时的示意图；
图4是本发明液压可变气门装置中气门落座时的示意图；
图5是本发明液压可变气门装置中气门开启时刻可调时的示意图；
图6是本发明液压可变气门装置中液压活塞的放大示意图。
附图标记说明：
1.凸轮，2.外壳，3.控制齿轮，4.衬套，5.单杆活塞，6.气门弹簧，7.气门，8.第二通道，9.第一通道，10.单向阀，11.液压活塞，12.单向可变节流阀，101.第三通道，102.第四通道，121.第五通道，122.柱塞弹簧，123.柱塞，124.第六通道。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明一种内燃机液压可变气门装置，如图1至图6所示，包括凸轮1、外壳2、衬套4、单杆活塞5和液压活塞11；所述外壳2上端开口，底端设有气门口，所述衬套4沿轴向方向与所述外壳2的内侧壁间隙滑动配合，衬套4的初始位置可调；所述的衬套4、单杆活塞5和液压活塞11同轴，所述液压活塞11和单杆活塞5均沿轴向方向与所述衬套4的内侧壁间隙滑动配合，且上下设置，中间形成液压腔；
所述外壳2的侧壁设有第一通道9，所述第一通道9外接一低压油源；所述衬套4的侧壁设有与第一通道9连通的第二通道8，在所述衬套4初始位置调节过程中，所述第二通道8与所述第一通道9始终相通；
所述液压活塞11内部自上而下设有单向可变节流阀12和单向阀10，所述单向阀10一端通过第三通道101与液压活塞11的外回转表面相通，另一端通过第四通道102与液压活塞11的下表面相通，液压流体只能从第三通道101流向第四通道102；当所述第三通道101压力大于所述第四通道102压力时，所述单向阀10处于开通状态，当所述第三通道101压力小于所述第四通道102压力时，所述单向阀处于关闭状态；
所述单向可变节流阀12包括第五通道121，柱塞弹簧122，柱塞123和第六通道124，第五通道121与液压活塞11的外回转表面相通，第六通道124与液压活塞11的下表面相通；所述第五通道121向上设有一分支通道通向第六通道124的顶端，柱塞弹簧122和柱塞123依次竖向设置在第六通道124流向第五通道121交叉的位置，液压流体只能从第六通道124流向第五通道121，柱塞123的上下位置可调。
所述液压活塞11上表面与所述凸轮1接触，随着所述凸轮1的转动，所述液压活塞11随所述凸轮1的型线沿轴向方向与所述衬套4内壁间隙滑动配合，使所述第二通道8可与所述液压腔直接相通或相断；
或使所述第二通道8通过所述单向阀10或所述单向可变节流阀12与所述液压腔间接相通或相断，相通时，所述第二通道8内液压流体可通过所述单向阀10流进所述液压腔，所述液压腔内液压流体通过所述单向可变节流阀12流进所述第二通道8；
通过改变第六通道124与第五通道121之间的压力差，可以改变柱塞弹簧122的压缩量，从而可以改变柱塞123上下移动的距离，从而实现流通截面的可变；
具体实现方式为：所述第一通道9外接的低压油源通过常用的溢流阀或节流阀来调节所需要的供油压力，通过调节低压油源的压力，可以控制所述柱塞123的移动距离，即控制所述单向可变节流阀12的节流开度，从而可以实现气门升程的变化。
所述液压活塞11下方有一单杆活塞5，所述单杆活塞5可沿轴向方向与衬套4内回转表面间隙滑动配合，该单杆活塞5下端的活塞杆上套有气门弹簧6并与气门7固定连接，所述气门弹簧6可以提供一预紧力，所述气门7与气门口相配合；
所述第一通道9外端与外部低压油源连通，该低压油源压力与所述单杆活塞截面积的乘积小于所述气门弹簧的预紧力，当所述液压活塞11未受到凸轮1的作用力下移时，该低压油源作用于单杆活塞5的液压力小于气门弹簧6的预紧力。因为，如果此时低压油源作用于单杆活塞5的液压力大于气门弹簧6的预紧力，则气门10始终处于开启状态，将会在发动机运行过程中导致活塞与气门相撞，机构损坏。
所述外壳2内设有控制齿轮3，所述外壳2内壁上下滑动衬套4的外表面设有一组竖直方向与控制齿轮3啮合的外齿，控制齿轮3带动衬套4沿外壳2内壁上下滑动，从而改变衬套4的初始位置。
本发明内燃机液压可变气门装置的工作过程如下：
本发明的工作过程如下：
在图1中，假设凸轮1顺时针转动，此时凸轮1凸起端与液压活塞11上表面无接触，凸轮1未驱动可变气门装置，单杆活塞5与液压活塞11之间形成的液压腔分别经过第二通道8、第一通道9与低压油源相通，由于此时低压油源作用于单杆活塞5的液压力小于气门弹簧6的预紧力，因此气门7处于关闭状态。
当凸轮1继续顺时针转动，直至凸轮1凸起端与液压活塞11上表面接触时，凸轮1开始驱动可变气门装置，液压活塞11沿轴向下移，液压活塞11与单杆活塞5之间形成的液压腔体积减小，该液压腔中的液压流体从第二通道8、第一通道9流进低压油源，由于此时单杆活塞5上表面所受的液压油作用力仍小于气门弹簧6的初始预紧力，因此气门7仍处于关闭状态。
当凸轮1继续顺时针转动，液压活塞11继续下移，直至液压活塞11下沿与第二通道8下沿相平时，如图2所示，单向阀10处于关闭状态，液压活塞11与单杆活塞5之间形成一封闭液压腔，该液压腔的油压在凸轮1旋转带动下迅速升高，对单杆活塞5无杆端的作用力大于气门弹簧6的预紧力，液压活塞11和单杆活塞5一起运动，气门7逐渐开启。
当凸轮1继续顺时针转动，液压活塞11继续下移，直至单向可变节流阀12的一端第五通道121与第二通道8相通时，如图3所示，液压活塞11与单杆活塞5之间形成的液压腔经过单向可变节流阀12、第二通道8与低压油源相通，液压腔体积逐渐减小，在凸轮1的运动规律基础上气门7升程变小。
通过调节外界低压油源压力，可以改变液压腔与所述第二通道8之间的压力差，进而改变单向可变节流阀12开度，影响气门7升程的运动规律；例如当低压油源压力变大时，单向可变节流阀12开度变小，液压腔体积减少幅度变小，气门最大升程变大且可以实现气门晚关功能；当低压油源压力变小时，单向可变节流阀12开度变大，液压腔体积减少幅度变大，气门最大升程变小且可以实现气门早关功能。
当凸轮1继续顺时针转动，液压活塞11到达最低点然后上移，直至气门7关闭时，如图4所示，此时凸轮1将继续顺时针转动，液压活塞11与单杆活塞5之间形成的液压腔内压力急剧降低，且低于外界低压油源压力，所述单向阀10处于开通状态，液压流体从第一通道9、第二通道8、单向阀10流进液压腔，液压活塞11继续与凸轮1接触，防止脱离，从而可以准备下一循环。
通过调节控制齿轮3，如图5所示，假设控制齿轮3逆时针旋转，衬套4下移，第二通道8下沿到液压活塞11下沿的初始距离变长，凸轮1需要顺时针转动更多角度才能使液压活塞11与单杆活塞5之间形成封闭液压腔带动气门7开启，从而实现气门晚开；反之，当控制齿轮3顺时针旋转，衬套4上移，第二通道8下沿到液压活塞11下沿的初始距离变短，凸轮1只需要顺时针转动更少角度即能使液压活塞11与单杆活塞5之间形成封闭液压腔带动气门7开启，从而实现气门早开。
综上，通过调节低压油源的压力以及控制齿轮3的旋转角度(即衬套4的初始位置)，即可实现灵活可变的气门运动规律。
本发明取消了昂贵的电液伺服***，不需要在每一个工作循环下都对液压***进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对液压参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降低成本，有利于可变气门技术的工程化应用，尤其适用于多缸柴油机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种内燃机液压可变气门装置，其特征在于：包括凸轮(1)、外壳(2)、衬套(4)、单杆活塞(5)和液压活塞(11)；所述外壳(2)上端开口，底端设有气门口，所述衬套(4)沿轴向方向与所述外壳(2)的内侧壁间隙滑动配合，所述衬套(4)的初始位置可调；所述液压活塞(11)和单杆活塞(5)均沿轴向方向与所述衬套(4)的内侧壁间隙滑动配合，且上下设置，中间形成液压腔；
所述外壳(2)的侧壁设有第一通道(9)，所述衬套(4)侧壁设有第二通道(8)，在所述衬套(4)初始位置调节过程中，所述第二通道(8)与所述第一通道(9)始终相通；所述液压活塞(11)内部自上而下设有单向可变节流阀(12)和单向阀(10)；
所述液压活塞(11)随凸轮(1)的转动沿轴向方向与衬套(4)内壁间隙滑动配合，使所述第二通道(8)可与所述液压腔直接相通或相断；或使所述第二通道(8)通过单向阀(10)或单向可变节流阀(12)与所述液压腔间接相通或相断，相通时，所述第二通道(8)内液压流体可通过所述单向阀(10)流进所述液压腔，所述液压腔内液压流体通过所述单向可变节流阀(12)流进所述第二通道(8)；
其中，所述单向可变节流阀(12)可以通过改变所述液压腔与所述第二通道(8)之间的压力差来调节流阀开度；
所述单杆活塞(5)的活塞杆上套有气门弹簧(6)并与气门(7)固定相连，所述气门(7)与所述外壳(2)底部的气门口配合；所述第一通道(9)外接一低压油源，所述气门弹簧(6)提供一预紧力，所述低压油源压力与所述单杆活塞(5)截面积的乘积小于所述气门弹簧(6)的预紧力。
2.根据权利要求1所述的内燃机液压可变气门装置，其特征在于：所述外壳(2)内设有控制齿轮(3)，所述衬套(4)的外表面设有一组竖直方向与所述控制齿轮(3)啮合的外齿，通过所述控制齿轮(3)带动所述衬套(4)沿所述外壳(2)内壁上下滑动。
3.根据权利要求1所述的内燃机液压可变气门装置，其特征在于：所述单向阀(10)包括第三通道(101)和第四通道(102)，所述第三通道(101)与所述液压活塞(11)的外回转表面相通，所述第四通道(102)与所述液压活塞(11)的下表面相通，液压流体只能从所述第三通道(101)流向所述第四通道(102)。
4.根据权利要求3所述的内燃机液压可变气门装置，其特征在于：当所述第三通道(101)压力大于所述第四通道(102)压力时，所述单向阀(10)处于开通状态，当所述第三通道(101)压力小于所述第四通道(102)压力时，所述单向阀(10)处于关闭状态。
5.根据权利要求1所述的内燃机液压可变气门装置，其特征在于：所述单向可变节流阀(12)包括第五通道(121)，柱塞弹簧(122)，柱塞(123)和第六通道(124)，所述第五通道(121)与所述液压活塞(11)的外回转表面相通，所述第六通道(124)与所述液压活塞(11)的下表面相通，通过设置在所述第六通道(124)流向所述第五通道(121)交叉位置处的所述柱塞弹簧(122)，所述柱塞(123)，使液压流体只能从所述第六通道(124)流向所述第五通道(121)，通过调节所述柱塞(123)的上下位置调节流通截面。
6.根据权利要求5所述的内燃机液压可变气门装置，其特征在于：所述第一通道(9)外接的低压油源通过溢流阀或节流阀来调节所需要的供油压力，通过调节低压油源的压力控制所述柱塞(123)的上下位置的移动距离。
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