CN113217135A - 电控液压全可变气门驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电控液压全可变气门驱动机构，包括低压阀芯、阀体、高压阀芯、缸套和第一活塞；所述低压阀芯滑动配置在阀体内一侧；所述高压阀芯滑动配置在阀体内另一侧；所述阀体内设能够与低压油入口连通的低压油腔，所述高压阀芯一端伸入低压油腔内；所述阀体底部设有压力油出口；所述阀体内设与低压油入口相连的低压油通道；所述低压油通道另一端能够与压力油出口相连通；所述缸套配置在阀体底部，所述第一活塞贯穿缸套；所述第一活塞一端能够伸入压力油出口内。本发明结构紧凑，采用电控液压形式驱动气门进行全可变启闭，降低技术功耗，达到能量回收和动作缓冲的效果，安全系数高。

Description

电控液压全可变气门驱动机构

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种电控液压全可变气门驱动机构。

背景技术

目前车辆发动机上的可变相位与可变气门升程机构，主要是凸轮气门升程机构，其通过凸轮的变换来改变配气相位和气门升程，这种结构只能实现部分固定大小的气门升程调节，而气门启闭相位不能相互独立调节，只能实现同时早开早关或者晚开晚关，因此，无法对发动机在不同工况下所需的配气相位和气门升程进行合理调节；

现有的液压式气门***的工作过程中，一些***能够实现气门相位与气门升程的可变调节，但由于其***结构复杂，技术功耗大，容易影响发动机油耗。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种电控液压全可变气门驱动机构，结构紧凑，实现能量回收，具有缓冲效果，驱动稳定可靠。本发明采用的技术方案是：

一种电控液压全可变气门驱动机构，包括液压驱动组件和气门控制组件，

所述液压驱动组件包括低压阀芯、阀体和高压阀芯；

所述阀体顶部设有用于通入低压油的低压油入口和用于通入高压油的高压油入口；所述低压阀芯滑动配置在阀体内一侧；所述高压阀芯滑动配置在阀体内另一侧；所述阀体内设能够与低压油入口连通的低压油腔，所述高压阀芯一端伸入低压油腔内；当低压阀芯运动到一定位置后，低压油能够从低压油入口进入低压油腔内并推动高压阀芯运动；

所述阀体底部设有压力油出口，当高压阀芯运动到一定位置时，高压油能够从高压油入口进入压力油出口；

所述阀体内设与低压油入口相连的低压油通道；所述低压油通道另一端能够与压力油出口相连通；当高压阀芯运动到一定位置时，能够导通低压油入口和压力油出口；

所述气门控制组件包括缸套和第一活塞；

所述缸套配置在阀体底部，所述第一活塞贯穿缸套；所述第一活塞一端能够伸入压力油出口内，其另一端用于连接气门。

进一步地，在所述液压驱动组件中，所述阀体内部一侧设容纳低压阀芯的低压阀芯腔，所述阀体内部另一侧设容纳高压阀芯的高压阀芯腔，所述高压阀芯腔一端和低压油腔相通。

进一步地，在所述高压阀芯腔内还设有换向弹簧，所述换向弹簧一端抵接高压阀芯腔的腔壁，其另一端抵接高压阀芯。

进一步地，在所述阀体内一侧边缘处设与低压油腔相通的低压油回路通道，所述低压阀芯上设有一圈与低压油回路通道相适配的外沿，在低压阀芯周面还设有与外沿相连的低压油槽；当低压阀芯运动到其外沿接触低压油回路通道外侧壁时，低压油即通过低压油入口、低压油槽、低压油回路通道进入低压油腔；当低压阀芯运动到其外沿接触低压油回路通道内侧壁时，实现泄压。

进一步地，所述高压阀芯上设高压油槽，当高压阀芯在高压阀芯腔内往复运动时，高压油槽一端能够与低压油通道或高压油入口相通，其另一端始终与压力油出口相通。

进一步地，在所述液压驱动组件中，还包括电磁铁、衔铁弹簧和衔铁，所述衔铁弹簧一端连接电磁铁，其另一端连接低压阀芯的一端，所述衔铁配置在低压阀芯靠近电磁铁一侧的边缘处，通过电磁铁通断电对衔铁吸引力的有无，实现低压阀芯在阀体内的往复运动。

进一步地，在所述气门控制组件中，还包括第二活塞，所述缸套顶部设与压力油出口相对应的缸套液压腔，所述第二活塞设于缸套液压腔内并套在第一活塞上，所述第一活塞和第二活塞之间存在间隙、第一活塞顶部外周面和压力油出口之间存在间隙，以使得压力油能够顺利进入缸套液压腔内。

进一步地，所述缸套内设与缸套液压腔相通的液压回路，所述阀体底部设回收通道，所述回收通道一端与液压回路相通，其另一端与低压油腔相通。

进一步地，所述缸套液压腔内上部设用于限制第二活塞运动行程的第一台阶，所述缸套液压腔内中部设用于限制第一活塞运动行程的第二台阶。

进一步地，所述第一活塞中部设与第二活塞相匹配的上台阶，当第一活塞向上运动到上台阶抵靠第二活塞时，第一活塞能够带动第二活塞同步上行；

所述第一活塞中部位于上台阶下侧设下台阶；

所述第一活塞顶部中间设一中间油腔，其中部位于下台阶下侧贯穿设置与中间油腔相通的横向通孔。

本发明的优点：

利用液压驱动组件和气门控制组件的组合实现液路变换，只需阀体和缸套两个外部结构即可实现气门的升降，简化了结构，更加方便部署，通过设置内部高低压两个油路的切换来对气门升降进行连续调节，通过控制高压油的压力大小来改变气门升程开启的大小；

气门开启过程中，第一活塞在受力平衡后在惯性下继续运动的过程中，高压油持续补充到缸套液压腔内，保证气门开启稳定性，实现能量转化，有利于动能回收；

气门开启或关闭过程中，缸套液压腔内的高压油能够通过回收通道或低压油通道流向低压油腔，能够实现高压油的回收利用；

利用缸套液压腔内的第二台阶与第一活塞上的下台阶的配合，在第二台阶与下台阶之间的空间内的压力油被压缩时，实现第一活塞下降过程中的液压缓冲，避免零部件刚性碰撞；

气门关闭过程中，第一活塞顶部进入压力油出口时，两者的间隙使得缸套液压腔内形成节流效果，缸套液压腔内的压力增大，对第一活塞和第二活塞起缓冲作用，避免零部件刚性碰撞，同时高压油流回至低压油路，能够充当下一循环时的低压源。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图。

图2为本发明液压驱动组件的结构示意图。

图3为本发明气门开启时液压驱动组件和气门控制组件的状态图。

图4为本发明气门关闭缓冲时液压驱动组件和气门控制组件的状态图。

图5为本发明低压油路的结构示意图。

图6为本发明高压油路的结构示意图。

图中：1-液压驱动组件，2-气门控制组件，3-低压油路，4-高压油路，5-气门，6-气门座，7-气门弹簧，101-电磁铁，102-衔铁弹簧，103-衔铁，104-低压阀芯，105-阀体，106-换向弹簧，107-高压阀芯，1041-低压油槽，1051-低压油入口，1052-低压阀芯腔，1053-低压油通道，1054-高压油入口，1055-高压阀芯腔，1056-压力油出口，1057-低压油腔，1058-回收通道，1059-低压油回路通道，1071-高压油槽，201-缸套，202-第一活塞，203-第二活塞，2011-缸套液压腔，2012-第一台阶，2013-液压回路，2014-第二台阶，2021-上台阶，2022-中间油腔，2023-下台阶，2024-横向通孔，301-低压源，302-低压油轨，303-低压限压阀，401-高压源，402-高压油轨，403-高压限压阀，404-止回阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅附图1，本发明提供一种电控液压全可变气门驱动机构，包括液压驱动组件1、气门控制组件2、低压油路3、高压油路4、气门5、气门弹簧6和气门座7。

请参阅附图2，液压驱动组件1包括电磁铁101、衔铁弹簧102、衔铁103、低压阀芯104、阀体105和高压阀芯107；

衔铁弹簧102一端连接电磁铁101，其另一端连接低压阀芯104的一端，衔铁103配置在低压阀芯104靠近电磁铁101一侧的边缘处，通过电磁铁101通断电对衔铁103吸引力的有无，实现低压阀芯104在阀体1内的往复运动，继而对气门启闭相位进行连续调节。

阀体105顶部设有用于通入低压油的低压油入口1051和用于通入高压油的高压油入口1054；低压阀芯104滑动配置在阀体105内一侧；高压阀芯107滑动配置在阀体105内另一侧；阀体105内设能够与低压油入口1051连通的低压油腔1057，高压阀芯107一端伸入低压油腔1057内。

阀体105底部设有压力油出口1056，当高压阀芯107运动到一定位置时，高压油能够从高压油入口1054进入压力油出口1056。

阀体105内设与低压油入口1051相连的低压油通道1053；低压油通道1053另一端能够与压力油出口1056相连通；当高压阀芯107运动到一定位置时，能够导通低压油入口1053和压力油出口1056。

具体地，阀体105内部一侧设容纳低压阀芯104的低压阀芯腔1052，阀体105内部另一侧设容纳高压阀芯107的高压阀芯腔1055，高压阀芯腔1055一端和低压油腔1057相通；当低压阀芯104运动到一定位置后，低压油能够从低压油入口1051进入低压油腔1057内并推动高压阀芯107运动；

在阀体105内一侧边缘处设与低压油腔1057相通的低压油回路通道1059，低压阀芯104上设有一圈与低压油回路通道1059相适配的外沿，在低压阀芯104周面还设有与外沿相连的低压油槽1041；当低压阀芯104运动到其外沿接触低压油回路通道1059外侧壁时，低压油即通过低压油入口1051、低压油槽1041、低压油回路通道1059进入低压油腔1057；当低压阀芯104运动到其外沿接触低压油回路通道1059内侧壁时，实现泄压；

高压阀芯107上设高压油槽1071，当高压阀芯107在高压阀芯腔1055内往复运动时，高压油槽1071一端能够与低压油通道1053或高压油入口1054相通，其另一端始终与压力油出口1056相通；通过切换高压油槽1071与低压油通道1053和高压油入口1054的连通路径，切换低压油或高压油的流动。

在高压阀芯腔1055内还设有换向弹簧106，换向弹簧106一端抵接高压阀芯腔1055的腔壁，其另一端抵接高压阀芯107；通过换向弹簧106的弹力达到高压阀芯107的复位功能，实现反复使用。

在实际中，当电磁铁101通电时，衔铁103带动低压阀芯104向电磁铁101靠近，衔铁弹簧102压缩，同时低压油入口1051和低压油腔1057导通，低压油通过低压油入口1051、低压油槽1041、低压油回路通道1059进入低压油腔1057，推动高压阀芯107在高压阀芯腔1055内滑动，此时换向弹簧106压缩，高压油入口1054和压力油出口1056导通，高压油通过高压油入口1054、高压油槽1071进入压力油出口1056，用于驱动气门打开；

当电磁铁101断电时，衔铁103在衔铁弹簧102的作用下带动低压阀芯104快速回位，低压油腔1057内的低压油通过低压油回路通道1059快速泄压，高压阀芯107在换向弹簧106的作用下快速复位，使得低压油通道1053和高压油槽1071导通，用于气门关闭。

请参阅附图3-4，气门控制组件2包括缸套201、第一活塞202和第二活塞203；缸套201配置在阀体105底部，第一活塞202贯穿缸套201；第一活塞202一端能够伸入压力油出口1056内，其另一端用于连接气门5；气门5另一端贯穿气门座7，并且在气门座7和气门5之间设置气门弹簧6，通过气门弹簧6的形变为气门5提供恢复力。

具体地，缸套201顶部设与压力油出口1056相对应的缸套液压腔2011，第二活塞203设于缸套液压腔2011内并套在第一活塞202上，第一活塞202和第二活塞203之间存在间隙、第一活塞202顶部外周面和压力油出口1056之间存在间隙，以使得压力油能够顺利进入缸套液压腔2011内；

作为本申请的一个实施例，第一活塞202顶部截面形状为锥面，当气门5回位使得第一活塞202和第二活塞203上行时，第一活塞202顶部进入压力油出口1056处，与压力油出口1056之间的油路瞬间变窄，而后后间隙由大变小，油路突然变窄时缸套液压腔2011内的油压瞬间增大，第二活塞203顶面与缸套液压腔2011顶部之间的压力瞬间增大，对第一活塞202和第二活塞203起到缓冲作用，此时高压油通过缸套液压腔2011、压力油出口1056、低压油通道1053和低压油入口1051回收，充当下一循环的低压油，有利于提高利用率。

缸套201内设与缸套液压腔2011相通的液压回路2013，阀体105底部设回收通道1058，回收通道1058一端与液压回路2013相通，其另一端与低压油腔1057相通；当第一活塞202下行实现气门5开启过程中，缸套液压腔2011内的高压油会经液压回路2013和回收通道1058流至低压油腔1057内，实现高压油回收利用。

缸套液压腔2011内上部设用于限制第二活塞203运动行程的第一台阶2012，缸套液压腔2011内中部设用于限制第一活塞202运动行程的第二台阶2014；具体地，第一台阶2012位于液压回路2013最低端的下侧，保证第一活塞202缓冲时剩余的压力油有足够的压力。

第一活塞202中部设与第二活塞203相匹配的上台阶2021，当第一活塞202向上运动到上台阶2021抵靠第二活塞203时，第一活塞202能够带动第二活塞203同步上行；

第一活塞202中部位于上台阶2021下侧设下台阶2023；

第一活塞202顶部中间设一中间油腔2022，其中部位于下台阶2023下侧贯穿设置与中间油腔2022相通的横向通孔2024；中间油腔2022和横向通孔2024实现高压油顺利进入下台阶2023和第二台阶2014之间；当高压油压力较大，第一活塞202下行至横向通孔2024位于第二台阶2014下侧时，第二台阶2014和下台阶2023之间的高压油被压缩而产生较大的液压力，来减缓第一活塞202继续下行，由此防止第一活塞202和缸套201端面之间出现撞击而受损。

请参阅附图5，低压油路3包括低压源301、低压油轨302和低压限压阀303；。

在低压油路3中，低压源301一端连接油箱，另一端连接低压油轨302，低压限压阀303一端连接油箱，另一端连接低压油轨302，低压油轨302输出端连通阀体105上的低压油入口1051，用于输出低压油。

请参阅附图6，高压油路4包括高压源401、高压油轨402和高压限压阀403；

在高压油路4中，高压源401一端连接油箱，另一端连接高压油轨402，高压限压阀403一端连接油箱，另一端连接高压油轨402，高压油轨402另一端连通阀体105上的高压油入口1054，用于输出高压油；通过控制高压油轨402内的压力大小来控制高压油的油压，继而控制气门升程开启的大小。

具体地，在高压油轨402的输出端和高压油入口1054之间配置止回阀404，在第一活塞202下行的过程中，高压油路4中的高压油及时补充到缸套液压腔2011内，止回阀404能够阻止高压油回流，保证气门升程稳定开启，有利于动能转化，实现动能回收。

作为本申请的一个实施例，在低压油路3和高压油路4中分别设冷启动辅助加热装置，解决整个机构在低温条件下启动困难的问题。

工作原理：

电磁铁101通电，低压阀芯104向电磁铁101靠近，低压阀芯104上的外沿抵接低压油回路通道1059外侧壁，低压油路3打开，低压油通过低压油入口1051、低压油槽1041、低压油回路通道1059下侧进入低压油腔1057，高压阀芯107在液压力的作用下压缩换向弹簧106，直至高压油槽1071将高压油入口1054和压力油出口1056导通，高压油路4打开，高压油顺利经过压力油出口1056进入缸套液压腔2011内；

缸套液压腔2011内的液压力升高，推动第一活塞202和第二活塞203下行，第一活塞202克服气门弹簧6的弹力向下行动时，气门5打开，由于不同高压油压力对应相应的气门升程，当第一活塞202受力平衡时，第一活塞202会在惯性作用下继续下行，克服更大的气门弹簧6弹力做减速运动，直至其停止移动，此时高压油路4内的高压油会及时补充到缸套液压腔2011内，止回阀404防止高压油回流，从而保证气门升程开启稳定，有利于动能转化，实现动能回收；

气门5关闭时，电磁铁101断电，衔铁弹簧102、衔铁103和低压阀芯104复位，低压阀芯104上的外沿抵接低压油回路通道1059内侧壁，低压油从低压油腔1057至低压油回路通道1059处泄掉，高压阀芯107在换向弹簧106作用下复位，高压油槽1071将低压油通道1053和缸套液压腔2011导通，同时高压油路4关闭，缸套液压腔2011内的液压力瞬间降低，第一活塞202受力失去平衡，并在气门弹簧6的作用下上行，同时带动气门5上行，高压油通过缸套液压腔2011、压力油出口1056、低压油通道1053和低压油入口1051回收，充当下一循环的低压油，直至气门5关闭。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电控液压全可变气门驱动机构，包括液压驱动组件（1）和气门控制组件（2），其特征在于：

所述液压驱动组件（1）包括低压阀芯（104）、阀体（105）和高压阀芯（107）；

所述阀体（105）顶部设有用于通入低压油的低压油入口（1051）和用于通入高压油的高压油入口（1054）；所述低压阀芯（104）滑动配置在阀体（105）内一侧；所述高压阀芯（107）滑动配置在阀体（105）内另一侧；所述阀体（105）内设能够与低压油入口（1051）连通的低压油腔（1057），所述高压阀芯（107）一端伸入低压油腔（1057）内；当低压阀芯（104）运动到一定位置后，低压油能够从低压油入口（1051）进入低压油腔（1057）内并推动高压阀芯（107）运动；

所述阀体（105）底部设有压力油出口（1056），当高压阀芯（107）运动到一定位置时，高压油能够从高压油入口（1054）进入压力油出口（1056）；

所述阀体（105）内设与低压油入口（1051）相连的低压油通道（1053）；所述低压油通道（1053）另一端能够与压力油出口（1056）相连通；当高压阀芯（107）运动到一定位置时，能够导通低压油入口（1053）和压力油出口（1056）；

所述气门控制组件（2）包括缸套（201）和第一活塞（202）；

所述缸套（201）配置在阀体（105）底部，所述第一活塞（202）贯穿缸套（201）；所述第一活塞（202）一端能够伸入压力油出口（1056）内，其另一端用于连接气门（5）。

2.根据权利要求1所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：在所述液压驱动组件（1）中，所述阀体（105）内部一侧设容纳低压阀芯（104）的低压阀芯腔（1052），所述阀体（105）内部另一侧设容纳高压阀芯（107）的高压阀芯腔（1055），所述高压阀芯腔（1055）一端和低压油腔（1057）相通。

3.根据权利要求2所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：在所述高压阀芯腔（1055）内还设有换向弹簧（106），所述换向弹簧（106）一端抵接高压阀芯腔（1055）的腔壁，其另一端抵接高压阀芯（107）。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：在所述阀体（105）内一侧边缘处设与低压油腔（1057）相通的低压油回路通道（1059），所述低压阀芯（104）上设有一圈与低压油回路通道（1059）相适配的外沿，在低压阀芯（104）周面还设有与外沿相连的低压油槽（1041）；当低压阀芯（104）运动到其外沿接触低压油回路通道（1059）外侧壁时，低压油即通过低压油入口（1051）、低压油槽（1041）、低压油回路通道（1059）进入低压油腔（1057），当低压阀芯（104）运动到其外沿接触低压油回路通道（1059）内侧壁时，实现泄压。

5.根据权利要求2或3中任一项所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：所述高压阀芯（107）上设高压油槽（1071），当高压阀芯（107）在高压阀芯腔（1055）内往复运动时，高压油槽（1071）一端能够与低压油通道（1053）或高压油入口（1054）相通，其另一端始终与压力油出口（1056）相通。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：在所述液压驱动组件（1）中，还包括电磁铁（101）、衔铁弹簧（102）和衔铁（103），所述衔铁弹簧（102）一端连接电磁铁（101），其另一端连接低压阀芯（104）的一端，所述衔铁（103）配置在低压阀芯（104）靠近电磁铁（101）一侧的边缘处，通过电磁铁（101）通断电对衔铁（103）吸引力的有无，实现低压阀芯（104）在阀体（1）内的往复运动。

7.根据权利要求1所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：在所述气门控制组件（2）中，还包括第二活塞（203），所述缸套（201）顶部设与压力油出口（1056）相对应的缸套液压腔（2011），所述第二活塞（203）设于缸套液压腔（2011）内并套在第一活塞（202）上，所述第一活塞（202）和第二活塞（203）之间存在间隙、第一活塞（202）顶部外周面和压力油出口（1056）之间存在间隙，以使得压力油能够顺利进入缸套液压腔（2011）内。

8.根据权利要求7所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：所述缸套（201）内设与缸套液压腔（2011）相通的液压回路（2013），所述阀体（105）底部设回收通道（1058），所述回收通道（1058）一端与液压回路（2013）相通，其另一端与低压油腔（1057）相通。

9.根据权利要求7所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：所述缸套液压腔（2011）内上部设用于限制第二活塞（203）运动行程的第一台阶（2012），所述缸套液压腔（2011）内中部设用于限制第一活塞（202）运动行程的第二台阶（2014）。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的电控液压全可变气门驱动机构，其特征在于：

所述第一活塞（202）中部设与第二活塞（203）相匹配的上台阶（2021），当第一活塞（202）向上运动到上台阶（2021）抵靠第二活塞（203）时，第一活塞（202）能够带动第二活塞（203）同步上行；

所述第一活塞（202）中部位于上台阶（2021）下侧设下台阶（2023）；

所述第一活塞（202）顶部中间设一中间油腔（2022），其中部位于下台阶（2023）下侧贯穿设置与中间油腔（2022）相通的横向通孔（2024）。

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