CN108240244B - 柴油机进气门可变***及柴油机 - Google Patents

柴油机进气门可变***及柴油机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种柴油机进气门可变***，通过推杆上下滑移，由柱塞的伸出端承受摇臂压力。推杆滑至下止点时，油液由进油油路流入柱塞驱动端，将柱塞顶出阀芯；推杆上移至上止点，回油油路连通柱塞的驱动端，当控制阀关闭时，柱塞驱动端的油压与回油油路的油压相同，柱塞的伸出端承受摇臂压力。当控制阀打开时，回油油路导通，柱塞驱动端的油液由回油油路排出，柱塞缩回，使得推杆的长度缩短，气门实现提前关闭，通过设置分别位于推杆滑移上止点和下止点的进油油路和回油油路，通过控制阀对推杆长度进行主动控制，实现对气门控制的可调，优化了可变气门的控制结构。本发明还提供了一种具有上述柴油机进气门可变***的柴油机。

Description

柴油机进气门可变***及柴油机
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，更具体地说，涉及一种柴油机进气门可变***及柴油机。
背景技术
20世纪80年代以来，能源和环境问题日益突出，社会对燃油经济性和有害物排放的要求越来越高。为了改善发动机性能，提高热效率并降低有害物排放，就要对发动机进行改进。
传统四冲程发动机普遍采用机械式凸轮轴驱动进气门和排气门的配气机构，气门运动通过凸轮轴与各气门之间的机械传统来控制，这种机械式机构简单可靠，但气门机构开启时间和相位、升程等参数是固定不变的，发动机的性能得不到充分发挥。可变气门定时/升程技术，使得配气相位在不同发动机转速和负荷下，提供可变的气门开启、关闭时刻或升程，从而改善发动机进、排气性能，更好地满足发动机在高转速与低转速、大负荷与小负荷时的动力性、经济性和排放要求。
国外研究机构通过大量研究，出现了很多可变气门驱动机构，但普遍存在结构复杂且实用的机构很少。现有产品中可变配气机构以改变凸轮轴相位为主要方式，对原发动机改动比较大，多见于小功率汽油机，对于大功率柴油机的应用几乎没有，很难对进排气门分别调整。
现有技术中一种可变气门机构，实现对柴油机电液控制，其在原发动机推杆上设置一个柱塞，将柱塞升程叠加在原气门升程上，实现气门定时或升程可变。柱塞腔内的压力油进出由高速、大流量电磁阀实时控制，发动机各缸每工作一个循环，压力油进出柱塞腔一次。由于发动机各缸轮流工作，所以需要对各缸分别设置电磁控制阀，成本高。发动机的转速很高，要求电磁控制阀的开关响应快，且控制阀必须满足流量要求，制造难度大。各缸分别设置电磁控制阀并有严格的时序要求，对控制***提出了更高要求。
因此，如何优化可变气门的控制结构，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柴油机进气门可变***，以优化可变气门的控制结构；本发明还提供了一种柴油机。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种柴油机进气门可变***，包括滑动布置于发动机缸盖上的推杆，所述推杆的伸出端设置有内置可伸出柱塞的阀芯，所述推杆内设置连通所述柱塞驱动端的进油通道；
所述推杆的杆体上设置有沿其径向布置，并与所述进油通道连通的回油通道，所述发动机缸盖上设置有在所述推杆下滑至下止点时，与所述回油通道的进油口连通的进油油路，和当所述推杆上滑至上止点时，与所述回油通道的出油口连通的回油油路；
所述回油油路的回油管道上设置有控制所述回油管道导通或闭合的控制阀。
优选地，在上述柴油机进气门可变***中，所述进油油路连通所述发动机缸盖的润滑油路，所述润滑油路和所述回油通道之间设置有沿所述阀芯的进油方向开启的单向阀。
优选地，在上述柴油机进气门可变***中，所述发动机缸盖上固装有对所述推杆的滑移进行导向的底座，所述底座上开设有连通所述润滑油路和所述回油通道的补偿油路，所述单向阀布置于所述补偿油路内。
优选地，在上述柴油机进气门可变***中，所述单向阀包括对所述润滑油路进行封堵的钢球，推动所述钢球复位的复位弹簧，及设置于所述补偿油路的顶部，并支撑所述复位弹簧的限位块。
优选地，在上述柴油机进气门可变***中，所述进油油路和所述回油油路均开设于所述底座上，并分别位于所述推杆径向的两端。
优选地，在上述柴油机进气门可变***中，所述阀芯的伸出端开设有连通所述阀芯内部的柱塞顶出孔，所述柱塞的端部伸出有滑动布置于所述柱塞顶出孔内的柱塞顶出部，所述柱塞的驱动端设置有与所述阀芯的底部相抵的回位弹簧。
优选地，在上述柴油机进气门可变***中，所述回油通道的进油口和出油口分别开设有进油环槽和出油环槽，所述进油油路的末端设置有与所述进油环槽相对的给油环槽，所述回油油路的进油端设置与所述出油环槽相对的回油环槽。
优选地，在上述柴油机进气门可变***中，还包括连通所述回油油路的共轨管，所述控制阀设置于所述共轨管的排油管路上。
一种柴油机，其特征在于，其上设置有如上任一项所述柴油机进气门可变***。
优选地，在上述柴油机中，所述柴油机内设置多个进气门，每个所述进气门均设置有所述柴油机进气门可变***，每个所述柴油机进气门可变***的回油油路连通于同一个所述共轨管上。
本发明提供的柴油机进气门可变***，包括滑动布置于发动机缸盖上的推杆，推杆的伸出端设置有内置可伸出柱塞的阀芯，推杆内设置连通柱塞驱动端的进油通道；推杆的杆体上设置有沿其径向布置，并与进油通道连通的回油通道，发动机缸盖上设置有在推杆下滑至下止点时，与回油通道的进油口连通的进油油路，和当推杆上滑至上止点时，与回油通道的出油口连通的回油油路；回油油路的回油管道上设置有控制回油管道导通或闭合的控制阀。
推杆上下滑移，其伸出端的阀芯与发动机摇臂相抵，由柱塞的伸出端承受摇臂压力。推杆滑至下止点时，进油油路与回油通道连通，油液由进油油路流入柱塞驱动端，将柱塞顶出阀芯；推杆上移至上止点，回油油路连通柱塞的驱动端，当控制阀关闭时，柱塞驱动端的油压与回油油路的油压相同，柱塞的伸出端承受摇臂压力。当控制阀打开时，回油油路导通，柱塞驱动端的油液由回油油路排出，柱塞缩回，使得推杆的长度缩短，气门实现提前关闭，通过设置分别位于推杆滑移上止点和下止点的进油油路和回油油路，通过控制阀对推杆长度进行主动控制，实现对气门控制的可调，优化了可变气门的控制结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的柴油机进气门可变***的结构示意图；
图2为本发明提供的柴油机进气门可变***的气门控制型线图。
具体实施方式
本发明公开了一种柴油机进气门可变***，优化了可变气门的控制结构；本发明还提供了一种柴油机。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1为本发明提供的柴油机进气门可变***的结构示意图。
本申请提供了一种柴油机进气门可变***，包括滑动布置于发动机缸盖1上的推杆21，推杆21的伸出端设置有内置可伸出柱塞11的阀芯12，推杆21内设置连通柱塞11驱动端的进油通道9；推杆21的杆体上设置有沿其径向布置，并与进油通道6连通的回油通道211，发动机缸盖1上设置有在推杆21下滑至下止点时，与回油通道211的进油口连通的进油油路6，和当推杆21上滑至上止点时，与回油通道211的出油口连通的回油油路15；回油油路15的回油管道上设置有控制回油管道导通或闭合的控制阀19。
推杆21上下滑移，其伸出端的阀芯12与发动机摇臂相抵，由柱塞11的伸出端承受摇臂压力。推杆21滑至下止点时，进油油路6与回油通道211连通，油液由进油油路6流入柱塞驱动端，将柱塞11顶出阀芯12；推杆21上移至上止点，回油油路15连通柱塞的驱动端，当控制阀19关闭时，柱塞11驱动端的油压与回油油路15的油压相同，柱塞11的伸出端承受摇臂压力。当控制阀19打开时，回油油路15导通，柱塞11驱动端的油液由回油油路15排出，柱塞11缩回，使得推杆21的长度缩短，气门实现提前关闭，通过设置分别位于推杆21滑移上止点和下止点的进油油路6和回油油路15，通过控制阀19对推杆21长度进行主动控制，实现对气门控制的可调，优化了可变气门的控制结构。
在本案一具体实施例中，进油油路6连通发动机缸盖1的润滑油路2，润滑油路2和回油通道211之间设置有沿阀芯12的进油方向开启的单向阀。进油油路6与发动机缸盖1上的润滑油路2连通，由润滑油路2内的油压提供对阀芯12内柱塞11的驱动油压。同时，由于发动机缸盖1内的润滑油路2连通推杆21的滑移通道，在润滑油路2和回油通道211之间设置单向阀，单向阀的开启方向为润滑油路2内润滑油流入推杆21内阀芯12的方向，当推杆21上移时，回油通道211上移与进油油路6错位分开，由推杆孔的外壁对进油油路6进行封堵。设置单向阀，一方面当阀芯12内油压与润滑油路2内油压相同时，由单向阀对润滑油路2进行封堵，另一方面避免阀芯12内油压稳定后，润滑油路2内油液持续送入推杆21的滑移通道造成润滑油泄漏。
在本案一具体实施例中，发动机缸盖1上固装有对推杆21的滑移进行导向的底座3，底座3上开设有连通润滑油路2和回油通道211的补偿油路，单向阀布置于补偿油路内。进油油路6和回油油路15设置于底座3内，底座3固定于发动机缸盖1内壁，其上开设有与发动机缸盖1连通的推杆滑移通孔。
润滑油路2位于发动机缸盖1内，底座3开设贯穿其厚度方向，并与润滑油路2连通的补偿油路，补偿油路同时和回油通道211连通。单向阀布置于底座3内，用于对润滑油路2的封堵。
具体地，单向阀包括对润滑油路2进行封堵的钢球4，推动钢球4复位的复位弹簧5，及设置于补偿油路的顶部，并支撑复位弹簧5的限位块8。设置补偿油路与润滑油路2连通的油路内径大于润滑油路2的内径，钢球4在补偿油路内滑移，对润滑油路2的出油口进行封堵。补偿油路由限位块8封堵，限位孔8和钢球4之间设置复位弹簧5，限位块8与补偿油路之间可通过螺纹结构连接，限位块8设置为限位螺帽。
在本案一具体实施例中，进油油路6和回油油路15均开设于底座上，并分别位于推杆21径向的两端。为了便于推杆21上回油通道211的布置，避免推杆21上开孔后影响推杆21的自身强度，将回油通道211沿推杆21的径向布置。对应地，回油通道211同时进行与润滑油路连通的进油工作，和与回油油路15连通的放油工作，将进油油路6和回油油路15均设于底座3上，并位于推杆21径向的两端，在进油时，回油通道211的出油口由底座3上推杆21滑道的内壁封堵；在回油时，回油通道211的进油口由推杆21滑到的内壁封堵，从而简化了回油通道的进出油和封堵结构。
在本案一具体实施例中，阀芯12的伸出端开设有连通阀芯12内部的柱塞顶出孔，柱塞11的端部伸出有滑动布置于柱塞顶出孔内的柱塞顶出部，柱塞11的驱动端设置有与阀芯12的底部相抵的回位弹簧13。阀芯12为滑阀结构，其内通过柱塞11的滑出和滑入，改变推杆21的长度。阀芯12的伸出端开设柱塞顶出孔，柱塞11端部设置柱塞顶出部伸出与摇臂相抵，改变推杆21的长度。柱塞11的驱动端与阀芯12底部设置回位弹簧13，当阀芯12压力室10内充满的润滑油未被密封时，柱塞11顶部在承受压力时可以压缩回位弹簧13相对阀芯向下移动。当压力室10内充满润滑油，同时回油油路15密封时，由于润滑油体积弹性模量非常大，柱塞11的顶部承受压力时也无法压缩回位弹簧13。在受压缩的柱塞回位时，润滑油路内润滑油进入压力室10，与回位弹簧13共同作用将柱塞顶起。柱塞11与阀芯12的相对滑移，使得推杆21上半部分的长度存在两阶段可变，即柱塞顶部部伸出阀芯12端部的长度位移，该位移叠加在柴油机进气门升程上，可改变气门定时或升程。
在本案一具体实施例中，回油通道211的进油口和出油口分别开设有进油环槽7和出油环槽16，进油油路6的末端设置有与进油环槽7相对的给油环槽，回油油路15的进油端设置与出油环槽16相对的回油环槽14。推杆21在底座的推杆孔内滑移，由于推杆21上回油通道211与推杆孔的内壁直接接触，导致推杆21上下滑移过程中，与推杆孔之间摩擦容易产生烧机油的问题，通过将回油通道211的进油口和出油口分别设置进油环槽7和出油环槽16，通过提高油液量的方式对润滑油实现一定程度上的冷却，对应地，回油通道211位于上止点或下止点时，推杆孔的内壁上开设与回油通道211对应位置的给油环槽和回油环槽，进一步提高推杆滑移过程中，回油通道与推杆孔之间的冷却能力。
在本案一具体实施例中，还包括连通回油油路15的共轨管18，控制阀19设置于共轨管的排油管路上。由回油油路15排出的润滑油流入共轨管18，二者通过共轨管接头17连通，共轨管18的排油管路上设置排油控制阀19，排油流回至机体回油位置20，控制阀19的开启或关闭导通回油油路或关闭回油油路15，实现对阀芯12内润滑油的排放控制。设置共轨管18，可同时将柴油机内多个推杆21同时设置阀芯结构，由同一控制阀19控制各个阀芯12的同时开闭，控制阀为电磁阀，其接入柴油机控制***，实现对阀芯压力室10内进回油的逻辑控制。
如图2所示，图2为本发明提供的柴油机进气门可变***的气门控制型线图。图2给出了随曲轴的凸轮22的曲轴转角变化，进气门升程的气门型线图。
本实施例提供的柴油机进气门可变***可实现推杆21长度两阶段可变，即可实现进气门早关模式和进气门正常关闭模式。
发动机运转时，润滑油路2内机油压力较高，当凸轮22与阀芯12相对位置为凸轮基圆时，进油油路6与回油通道211相通，此时柱塞11顶部不承受摇臂压力，压力室10处于无压力状态，发动机润滑油顶开钢球4经过进油油路6、进油环槽7、出油环槽16和进油通道9进入压力室10中；随后阀芯12根据凸轮22转动，相对于底座3上行，柱塞11顶部开始承受摇臂压力，压力室10中油压快速上升，钢球4落座，润滑油被密封在压力室10和进油通道9中，柱塞11无法下行；随后阀芯12相对于底座3继续上行，当出油环槽16与回油环槽14相通时，压力室10与回油共轨管18相通，此时可以通过通断电磁阀19实现以下A、B两种状态。
A、电磁阀19控制回油共轨管18与机体回油位置20相通；
柱塞11承受摇臂压力，压力室10内的高压油经进油通道9、出油环槽16、回油环槽14、回油油路路15、回油共轨管18和电磁阀19迅速泄到机体回油位置20，柱塞11相对于阀芯12下行，推杆长度缩短，气门实现提前关闭，如图2中气门型线201所示。
B、电磁阀19控制回油共轨18与机体回油位置20断开；
柱塞11承受摇臂压力，压力室10内的高压油与回油共轨管18内的润滑油为相同压力，压力室10内的润滑油无法泄出，柱塞11相对于阀芯12无位移，推杆21长度不变，气门实现正常关闭，如图2中气门型线202所示。
基于上述实施例中提供的柴油机进气门可变***，本发明还提供了一种柴油机，该柴油机上设有的柴油机进气门可变***为上述实施例中提供的柴油机进气门可变***。
本实施例提供的柴油机进气门可变***，可以在对现有侧底置凸轮轴发动机基础上经过简单改造后可以实现推杆长度两阶段可变，利用滑阀机构，通过压力室10内的油量瞬时切换由机械结构完成，提高可靠性；利用润滑油路进行供油，不需要添加额外的泵油装置，依靠发动机自身的润滑油路内机油压力，即可完成机构充油，克服了额外添加油泵带来的成本上升和整机布置问题，并且降低了能耗。
且本案提供的柴油机进气门可变***，可根据实际需要实现多缸进气门关闭定时的两阶段调整，最大限度发挥进气相位调整的灵活性，提升发动机性能。
由于该柴油机采用了上述实施例的柴油机进气门可变***，所以该柴油机由柴油机进气门可变***带来的有益效果请参考上述实施例。
在本案一具体实施例中，柴油机内设置多个进气门，每个进气门均设置有柴油机进气门可变***，每个柴油机进气门可变***的回油油路连通于同一个共轨管上。柴油机的每个进气门均通过柴油机进气门可变***对进气门的定时或升程进行控制，所有进气门的回油油管由共轨管同步连通，由共轨管排油管路上的控制阀的开闭，实现对压力室10内油量的瞬时切换，同步控制气门的定时或升程，油量切换动作通过阀芯和回油油路的机械结构完成，保证了***的可靠性，克服了由电磁阀控制引起的一致性差异问题，降低了成本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种柴油机进气门可变***，其特征在于，包括滑动布置于发动机缸盖上的推杆，所述推杆的伸出端设置有内置可伸出柱塞的阀芯，所述推杆内设置连通所述柱塞驱动端的进油通道；
所述推杆的杆体上设置有沿其径向布置，并与所述进油通道连通的回油通道，所述发动机缸盖上设置有在所述推杆下滑至下止点时，与所述回油通道的进油口连通的进油油路，和当所述推杆上滑至上止点时，与所述回油通道的出油口连通的回油油路；
所述回油油路的回油管道上设置有控制所述回油管道导通或闭合的控制阀。
2.根据权利要求1所述的柴油机进气门可变***，其特征在于，所述进油油路连通所述发动机缸盖的润滑油路，所述润滑油路和所述回油通道之间设置有对沿所述阀芯的进油方向开启的单向阀。
3.根据权利要求2所述的柴油机进气门可变***，其特征在于，所述发动机缸盖上固装有对所述推杆的滑移进行导向的底座，所述底座上开设有连通所述润滑油路和所述回油通道的补偿油路，所述单向阀布置于所述补偿油路内。
4.根据权利要求3所述的柴油机进气门可变***，其特征在于，所述单向阀包括对所述润滑油路进行封堵的钢球，推动所述钢球复位的复位弹簧，及设置于所述补偿油路的顶部，并支撑所述复位弹簧的限位块。
5.根据权利要求3所述的柴油机进气门可变***，其特征在于，所述进油油路和所述回油油路均开设于所述底座上，并分别位于所述推杆径向的两端。
6.根据权利要求1所述的柴油机进气门可变***，其特征在于，所述阀芯的伸出端开设有连通所述阀芯内部的柱塞顶出孔，所述柱塞的端部伸出有滑动布置于所述柱塞顶出孔内的柱塞顶出部，所述柱塞的驱动端设置有与所述阀芯的底部相抵的回位弹簧。
7.根据权利要求1所述的柴油机进气门可变***，其特征在于，所述回油通道的进油口和出油口分别开设有进油环槽和出油环槽，所述进油油路的末端设置有与所述进油环槽相对的给油环槽，所述回油油路的进油端设置与所述出油环槽相对的回油环槽。
8.根据权利要求1所述的柴油机进气门可变***，其特征在于，还包括连通所述回油油路的共轨管，所述控制阀设置于所述共轨管的排油管路上。
9.一种柴油机，其特征在于，其上设置有如权利要求1-8任一项所述柴油机进气门可变***。
10.根据权利要求9所述的柴油机，其特征在于，所述柴油机内设置多个进气门，每个所述进气门均设置有所述柴油机进气门可变***，每个所述柴油机进气门可变***的回油油路连通于同一个共轨管上。
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