CN107676144A - 一种2/4冲程发动机用液压可变气门机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种2/4冲程发动机用液压可变气门机构，包括一个具有两种型线的凸轮、与两种型线互相配合的衬套和活塞以及带有预紧弹簧的气门；通过调节液压可变气门机构内部液压力大小与方向，可以改变衬套与活塞的相对位置以及作用力大小，进而可实现2/4冲程可变和气门升程可变。本发明不需要在每一个工作循环下都对***进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对参数进行调整，保证气门运动灵活可变、结构紧凑的基础上可明显降低发动机成本并提高元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。

Description

一种2/4冲程发动机用液压可变气门机构

技术领域

本发明属于发动机可变气门技术领域，尤其是涉及一种2/4冲程发动机用液压可变气门机构。

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，大大增加了发动机的成本。因此，需要针对发动机具体的用途来采用合适的可变气门技术。

已经公知的是，如发明专利(名称：多模式2冲程/4冲程内燃发动机；专利号：200880102440.0)中所描述的，通过将发动机冲程从4冲程运行切换到2冲程运行可以使得燃烧频率被翻倍,甚至在每一循环的输出功相同时也实现发动机功率的翻倍。由此，有必要针对上述需求，研究结构紧凑而又灵活可变的气门机构，以实现2/4冲程互换功能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种2/4冲程发动机用液压可变气门机构，至少能够实现2/4冲程互换功能，且结构紧凑而又灵活可变。。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种2/4冲程发动机用液压可变气门机构，包括凸轮、活塞、衬套和气门；

所述凸轮表面有两种型线，分别为与所述衬套顶端配合的第一凸轮型线，以及与所述活塞顶端配合的第二凸轮型线；所述第一凸轮型线为双桃形状，所述第二凸轮型线为单桃形状；所述凸轮与发动机的转速比为一比二；

所述活塞套装在衬套内；所述活塞头部外回转表面和底部外回转表面可分别沿衬套的内壁间隙滑动；衬套内由上而下分别设有第一液压腔和第二液压腔；所述衬套的侧壁还设有第一通道和第二通道，用以分别连通所述第一液压腔和第二液压腔；

所述气门的气门杆上套有气门弹簧；所述气门的气门杆顶端外回转表面沿所述活塞的底部内壁间隙滑动；气门杆顶端与活塞的底部内壁之间形成第三液压腔；所述活塞内部还设有第三通道，用以将所述第一液压腔和所述第三液压腔连通。

进一步的，所述活塞中部外表面沿旋转方向设有一环型凹槽，所述衬套内部设有挡板，所述挡板把所述的环型凹槽与所述衬套内壁围成的空间自上而下分为第一液压腔和第二液压腔。

进一步的，所述气门的气门杆顶端为凹***塞形状，所述活塞底部为活塞套形状，所述气门的气门杆顶端与所述活塞底部围成第三液压腔。

进一步的，所述活塞的底部内壁还设有第一挡圈，用于限定所述活塞相对于所述气门滑动的最高位置。

进一步的，所述衬套内壁自上而下还设有第三挡圈和第二挡圈，用以分别限定所述活塞相对于所述衬套滑动的最低位置与最高位置。

进一步的，所述第一通道和第二通道可由常用的外接高低压油源的二位四通电磁阀进行进回油控制。

进一步的，高压油源压力通过常用的高速溢流阀或共轨***进行调节。

相对于现有技术，本发明所述的2/4冲程发动机用液压可变气门机构具有以下优势：本发明只需调节进回油方向，就可以实现2/4冲程可变，除此之外，只需调节进油高压压力就可以改变气门最大升程。本发明不需要在每一个工作循环下都对***进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对参数进行调整，保证气门运动灵活可变、结构紧凑的基础上可明显降低发动机成本并提高元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。

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2/4冲程发动机用液压可变气门机构处于4冲程工况下气门关闭时的示意图；

图2是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构处于4冲程工况下气门开启时的示意图；

图3是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构处于4冲程工况下气门升程可变时的示意图；

图4是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构处于2冲程工况下气门关闭时的示意图；

图5是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构处于2冲程工况下气门开启时的示意图；

图6是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构处于2冲程工况下气门升程可变时的示意图；

图7是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构中的凸轮正视图；

图8是图7的左视图；

图9是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构中的活塞示意图；

图10是本发明2/4冲程发动机用液压可变气门机构中衬套的主视图；

图11是图10的A-A左剖视图；

图12是图10的俯视图。

附图标记说明：

1.凸轮，2.活塞，3.衬套，4.第一液压腔，5.第二通道，6.气门弹簧，7.气门，8.第二液压腔，9.第一通道，13.第三液压腔；71.气门杆；10.第一凸轮型线，11.第二凸轮型线；21.第三通道，22.第一挡圈；23.环型凹槽；31.挡板，32.第二挡圈，33.第三挡圈。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明包括凸轮1、活塞2、衬套3和气门7；

所述凸轮1表面有两种型线，分别为与所述衬套3顶端配合的第一凸轮型线10，以及与所述活塞2顶端配合的第二凸轮型线11；所述第一凸轮型线为双桃形状，所述第二凸轮型线为单桃形状；所述凸轮与发动机的转速比为一比二；所述发动机原型机为4冲程发动机，所述发动机每转两圈，所述第一凸轮型线10与所述衬套3顶端可配合两次，所述第二凸轮型线11与所述活塞2顶端可配合一次；所述活塞2套装在衬套3内；所述活塞2头部外回转表面和底部外回转表面分别可沿所述衬套3的内壁间隙滑动；所述活塞2中部外表面沿旋转方向设有一环型凹槽23，所述衬套3内部设有挡板31，所述挡板31把所述的环型凹槽23与所述衬套3内壁围成的空间自上而下分为第一液压腔4和第二液压腔8；所述衬套3内壁还设有第一通道9和第二通道5，用以分别连通所述第一液压腔4和所述第二液压腔8；所述气门7的气门杆71中部套有气门弹簧6，所述气门弹簧6可提供预紧力和回复力；所述气门7的气门杆71顶端为凹***塞形状，所述活塞2底部为活塞套形状，所述气门7的气门杆71顶端与所述活塞2底部围成第三液压腔13，所述气门7的气门杆71顶端外回转表面沿所述活塞2的底部内壁间隙滑动；所述活塞2内部还设有第三通道21，分别使所述第一液压腔4和所述第三液压腔13相通；

通过控制所述第一通道9和第二通道5内液压流体运动方向，可以在所述衬套3顶端与所述第一凸轮型线10配合以及所述活塞2顶端与所述第二凸轮型线11配合之间实现切换；

所述活塞2内部还设有第一挡圈22，用于限定所述活塞2相对于所述气门7滑动的最高位置，避免在4冲程模式下气门关闭时所述活塞2与所述凸轮1之间接触，产生较大接触应力；

所述衬套3内壁自上而下还设有第三挡圈33和第二挡圈32，用以分别限定所述活塞2相对于所述衬套3滑动的最低位置与最高位置，避免所述活塞2移动过程中使所述第一通道9和第二通道5堵塞；

所述第一通道9和第二通道5可由常用的外接高低压油源的二位四通电磁阀进行进回油控制，以实现本发明液压可变气门机构内部流体运动；

所述高压油源的压力可以是可调的，从而使本发明气门升程可以实现无级可变；所述高压油源压力可以通过常用的高速溢流阀或共轨***进行调节。

本发明的工作过程如下：

如图1、图2和图3所示，所述第一通道9为进油口，所述第二通道5为回油口；所述第三液压腔13经过所述第三通道21、所述第一液压腔4、所述第一通道9与外界高压油源相通，所述第二液压腔8经过所述第二通道5与外界低压油源相通；在所述液压力的作用下，所述第一液压腔4和所述第三液压腔13空间都增大，所述第二液压腔8空间减小，最终使得所述活塞2向上移动并与所述凸轮1的第二凸轮型线11配合，同时使得所述衬套3向下移动，远离所述凸轮1的第一凸轮型线10；在此过程中，所述第二挡圈32用以限定所述活塞2相对于所述衬套3滑动的最高位置，避免所述活塞2移动过程中使所述第二通道5堵塞，同时所述第一挡圈22用于限定所述活塞2相对于所述气门7滑动的最高位置，避免在气门关闭时所述活塞2与所述凸轮1之间接触，产生较大接触应力。

在图1中，由于与所述活塞2配合的第二凸轮型线11处于基圆状态，且所述第一挡圈22限定了所述活塞2相对于所述气门7滑动的最高位置，所述凸轮1和所述活塞2未接触，只留有一定气门间隙，因此所述凸轮1未对所述活塞2产生驱动力，所述气门7处于关闭状态；在图2中，所述第二凸轮型线11处于凸起状态，对所述活塞2的作用力大于所述气门弹簧6的预紧力，所述气门7处于开启状态，且由于所述发动机原型机为4冲程发动机，所述发动机每转两圈，所述第二凸轮型线11使所述活塞2和气门7运动一次，因此为4冲程模式；在图3中，通过调整所述通道1的进油压力，可以改变所述第三液压腔13的液压力与所述气门弹簧6的弹簧力之间的相互关系，即当进油压力适当调低时，会出现所述凸轮1继续凸起使所述活塞2向下移动，但与此同时所述第三液压腔13体积减小，最终导致所述气门7最大升程降低；而当调高进油压力时，所述气门7最大升程提高，直至所述第一挡圈22与所述气门7接触。

如图4、图5和图6所示，所述第一通道9为回油口，所述第二通道5为进油口；所述第三液压腔13经过所述第三通道21、所述第一液压腔4、所述第一通道9与外界低压油源相通，所述第二液压腔8经过所述第二通道5与外界高压油源相通；在所述液压力的作用下，所述第一液压腔4和所述第三液压腔13空间都减小，所述第二液压腔8空间增大，最终使得所述活塞2向下移动并远离所述凸轮1的第二凸轮型线11，同时使得所述衬套3向上移动并与所述凸轮1的第一凸轮型线10配合；在此过程中，所述第三挡圈33用以限定所述活塞2相对于所述衬套3滑动的最低位置，避免所述活塞2移动过程中使所述第一通道9堵塞。

在图4中，由于所述第三液压腔13空间最小，所述第三挡圈33限定了所述衬套3相对于所述活塞2滑动的最高位置，以及所述第一凸轮型线10处于基圆状态，因此所述凸轮1和所述衬套3未接触，只留有一定气门间隙，所述凸轮1未对所述衬套3产生驱动力，所述气门7处于关闭状态；在图5中，所述第一凸轮型线10处于凸起状态，对所述衬套3的作用力大于所述气门弹簧6的预紧力，所述气门7处于开启状态，且由于所述发动机原型机为4冲程发动机，所述发动机每转两圈，所述第一凸轮型线10使所述衬套3和气门7运动两次，因此为2冲程模式；在图6中，通过调整所述第二通道5的进油压力，可以改变所述第二液压腔8的液压力与所述气门弹簧6的弹簧力之间的相互关系，即当进油压力适当调低时，会出现所述凸轮1继续凸起使所述衬套3向下移动，但与此同时所述第二液压腔8体积减小，最终导致所述气门7最大升程降低；而当调高进油压力时，所述气门7最大升程提高，直至所述第三挡圈33与所述活塞2接触。

综上，只需要采用常用的二位四通电磁阀对所述第一通道9和第二通道5进行进回油方向改变控制，就可以实现2/4冲程自由切换；而只需要采用常用的高速溢流阀或共轨***对进油高压压力进行适当调节，就可以实现气门最大升程的无级变化。

本发明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(2/4冲程切换或者气门最大升程改变时)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发动机成本并提高液压元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。

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 (7)

1.一种2/4冲程发动机用液压可变气门机构，其特征在于：包括凸轮(1)、活塞(2)、衬套(3)和气门(7)；

所述凸轮(1)表面有两种型线，分别为与所述衬套(3)顶端配合的第一凸轮型线(10)，以及与所述活塞(2)顶端配合的第二凸轮型线(11)；所述第一凸轮型线(10)为双桃形状，所述第二凸轮型线(11)为单桃形状；所述凸轮(1)与发动机的转速比为一比二；

所述活塞(2)套装在衬套(3)内；所述活塞(2)头部外回转表面和底部外回转表面可分别沿衬套(3)的内壁间隙滑动；衬套(3)内由上而下分别设有第一液压腔(4)和第二液压腔(8)；所述衬套(3)的侧壁还设有第一通道(9)和第二通道(5)，用以分别连通所述第一液压腔(4)和第二液压腔(8)；

所述气门(7)的气门杆(71)上套有气门弹簧(6)；所述气门(7)的气门杆(71)顶端外回转表面沿所述活塞(2)的底部内壁间隙滑动；气门杆(71)顶端与活塞(2)的底部内壁之间形成第三液压腔(13)；所述活塞(2)内部还设有第三通道(21)，用以将所述第一液压腔(4)和所述第三液压腔(13)连通。

2.根据权利要求1所述的2/4冲程发动机用液压可变气门机构，其特征在于：所述活塞(2)中部外表面沿旋转方向设有一环型凹槽(23)，所述衬套(3)内部设有挡板(31)，所述挡板(31)把所述的环型凹槽(23)与所述衬套(3)内壁围成的空间自上而下分为第一液压腔(4)和第二液压腔(8)。

3.根据权利要求1所述的2/4冲程发动机用液压可变气门机构，其特征在于：所述气门(7)的气门杆(71)顶端为凹***塞形状，所述活塞(2)底部为活塞套形状，所述气门(7)的气门杆(71)顶端与所述活塞(2)底部围成第三液压腔(13)。

4.根据权利要求1所述的2/4冲程发动机用液压可变气门机构，其特征在于：所述活塞(2)的底部内壁还设有第一挡圈(22)，用于限定所述活塞(2)相对于所述气门(7)滑动的最高位置。

5.根据权利要求1所述的2/4冲程发动机用液压可变气门机构，其特征在于：所述衬套(3)内壁自上而下还设有第三挡圈(33)和第二挡圈(32)，用以分别限定所述活塞(2)相对于所述衬套(3)滑动的最低位置与最高位置。

6.根据权利要求1所述的2/4冲程发动机用液压可变气门机构，其特征在于：所述第一通道(9)和第二通道(5)可由常用的外接高低压油源的二位四通电磁阀进行进回油控制。

7.根据权利要求6所述的2/4冲程发动机用液压可变气门机构，其特征在于：高压油源压力通过常用的高速溢流阀或共轨***进行调节。