CN105804827A - 压电控制增压式配气系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供压电控制增压式配气系统，包括液压油轨、压电控制部分、增压活塞、控制活塞、气门体、气门、外壳等。本发明采用液压油轨显著降低了系统内压力波动引起的气门开启和关闭不稳定性，确保了配气系统工作的可靠性及一致性；通过压电控制部分通断电控制球阀开启和关闭液压油路，利用增压活塞对增压腔内液压油进行增压，从而实现气门与通气口间的通断，能有效控制配气定时及配气持续角；通过压电堆直接驱动球阀，能灵活而精确的控制配气规律，有利于内燃机不同工况下灵活配气方式的实现，显著提高了气门控制自由度，能进一步改善燃料的经济性和内燃机排放，有利于提高内燃机的动力性能。

Description

压电控制增压式配气系统

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机，具体地说是内燃机的配气系统。

背景技术

内燃机配气装置的主要作用是在规定的时间内把燃烧后的废气排出气缸，并吸入足够量的新鲜空气，配气定时和配气持续角对燃油的经济性、内燃机功率、燃烧及排放等影响重大。申请号为200510041311.3的专利公开了一种电控气门执行机构，由壳体、壳体内底部的电磁装置、贯穿电磁装置轴向中心通孔的行程调节螺杆、行程调节螺杆上端与壳体内顶部之间设置的消噪弹簧构成，该发明采用电磁开关直接控制气门开闭，电磁阀执行机构结构复杂，电磁线圈电感作用使其响应时间滞后，导致对气门的控制精度差。申请号为200810120557.3的专利公开了一种电液综合控制的发动机配气系统，包括一个气门杆、一个液压油缸及液压油路，液压油缸的活塞杆与气门杆相连，进油口与一个换向阀的油路相连，该换向阀与高压油路相连，另一路与低压回路相连，换向阀的变换由一个电磁开关控制，控制电磁阀的开闭就能实现气门的开闭，可以达到最佳配气效果，但其电磁阀开关仍存在响应慢及控制精度差的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供配气相位易于控制、配气持续角和气门升程便于灵活调节、驱动压力可变的压电控制增压式配气系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明压电控制增压式配气系统，其特征是：包括配气单元、液压油轨、油箱；所述配气单元包括气门体、压电控制部分、气门、外壳，所述压电控制部分包括压电堆、顶杆、球阀、球阀复位弹簧，压电堆安装在气门体里，气门体里分别设置顶杆腔、高压进油孔、高低压通孔、低压回油孔、球阀腔和球阀复位弹簧腔，顶杆位于顶杆腔里并位于压电堆的下方，球阀位于在球阀腔里，球阀腔位于顶杆腔下方，球阀复位弹簧腔位于球阀腔下方，球阀复位弹簧设置在球阀复位弹簧腔里并位于球阀下面，球阀腔上端与球阀相配合的位置为第一密封座面，球阀腔下端与球阀相配合的位置为第二密封座面，高压进油孔分别连通顶杆腔和液压油轨，低压回油孔分别连通球阀复位弹簧腔和油箱，压电控制部分下方的气门体里设置控制腔，高低压通孔分别连通球阀腔和控制腔，控制腔下方设置增压活塞，增压活塞上套有增压活塞复位弹簧，增压活塞下方设置增压腔，增压腔通过吸油管路连通低压回油孔，吸油管路上安装吸油单向阀，增压腔下方设置控制活塞，控制活塞连接气门，气门上套有气门复位弹簧，外壳设置在气门体下方，气门的端部安装气门座，气门座位于外壳外侧；所述配气单元的个数与发动机汽缸的个数相一致。

本发明还可以包括：

1、增压活塞上端面的面积大于其下端面的面积。

2、压电控制部分未通电时，压电堆保持原始长度，球阀复位弹簧压紧球阀至第一密封座面，增压液压油经由高压进油孔流入顶杆腔，第二密封座面打开，高低压通孔连通控制腔与低压回油孔，气门座在气门复位弹簧的作用下被压在外壳上；压电控制部分通电后，压电堆变形伸长，向下推动顶杆，球阀随顶杆一起向下运动，球阀离开第一密封座面并密封第二密封座面，高低压通孔与低压回油孔断开，高低压通孔与高压进油孔连通，液压油轨内的增压液压油流流入控制腔，增压活塞向下运动，控制活塞与气门一起向下运动，气门座离开外壳。

本发明的优势在于：本发明通过压电控制部分通断电控制球阀位移，实现对高低压油路的通断及流量大小的灵活控制，进而控制控制腔内液压油的供给量和泄放量，通过增压活塞对增压腔内的液压油增压，使作用在控制活塞上的液压力灵活变化，液压驱动气门开启和关闭，从而实现气门与通气口间的通断，能有效控制配气定时及配气持续角；采用液压油轨显著降低了由于压电控制部分高低压油路转换时引起的液压油压力波动导致的气门开启和关闭不稳定性，确保了配气系统工作的可靠性及一致性；通过压电堆直接驱动球阀，能灵活而精确的控制配气规律，有利于内燃机不同工况下灵活配气方式的实现，显著提高了气门控制自由度，能进一步改善燃料的经济性和内燃机排放，有利于提高内燃机的动力性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的压电控制部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明一种压电控制增压式配气系统，它由液压油轨1、液压油管2、压电控制部分3、控制腔4、增压活塞5、增压活塞复位弹簧6、吸油单向阀7、增压腔8、控制活塞9、气门体10、弹簧座11、气门复位弹簧12、气门13、外壳14、通气口15、气门座16、回油管17、油箱18、滤器19和液压油泵20组成。液压油轨1左端通过油管分别与液压油泵20、滤器19和油箱18相连通，液压油轨1上开有多个液压油出口，液压油出口的个数根据内燃机气缸的个数确定，液压油出口通过液压油管2与气门体10上开有的液压进油口相连通，气门体10上开有的低压回油口通过回油管17连通油箱18。电气接头21、压电堆22、高压进油孔23、第一密封座面24、球阀复位弹簧25、高低压通孔26、低压回油孔27、第二密封座面28、球阀29和顶杆30共同构成了压电控制增压式配气系统的压电控制部分3。气门体10上分别设计有高压进油孔23、第一密封座面24、高低压通孔26、低压回油孔27和第二密封座面28，高压进油孔23通过气门体10上的液压油通道与液压进油口相连通，低压回油孔27通过气门体10上的低压回油通道与低压回油口相连通，在球阀29压紧至第一密封座面24上时，高低压通孔26连通控制腔4与低压回油孔27，在球阀29压紧至第二密封座面28上时，高低压通孔26连通控制腔4与高压进油孔23，压电堆22上端通过电气接头21与内燃机电控单元相连，进而控制球阀29的抬起和落座，球阀29通过球阀复位弹簧25被压紧至顶杆30上。增压活塞5上端面积大于下端面积，其上端与气门体10之间形成控制腔4，控制腔4连通高低压通孔26，下端与控制活塞9及气门体10之间形成增压腔8，增压腔8通过吸油单向阀7与油箱18连通。控制活塞9设置在气门13上部，控制活塞9随气门13开启和关闭并与气门13同步运动，弹簧座11通过止动环固定在气门13上，并随之一起运动，气门复位弹簧12压紧在弹簧座11与外壳14之间，气门座16对气门13的运动升程进行限制。

图1为本发明压电控制增压式配气系统的整体结构示意图，包括液压油轨1、液压油管2、压电控制部分3、控制腔4、增压活塞5、增压活塞复位弹簧6、吸油单向阀7、增压腔8、控制活塞9、气门体10、弹簧座11、气门复位弹簧12、气门13、外壳14、通气口15、气门座16、回油管17、油箱18、滤器19和液压油泵20组成。液压油轨1左端通过油管分别与液压油泵20、滤器19和油箱18相连通，液压油轨1上开有多个液压油出口，液压油出口的个数根据内燃机气缸的个数确定，如图1所示，为本发明用于四缸内燃机时的示意图，液压油出口通过液压油管2与气门体10上开有的液压进油口相连通，气门体10上开有的低压回油口通过回油管17连通油箱18。电气接头21、压电堆22、高压进油孔23、第一密封座面24、球阀复位弹簧25、高低压通孔26、低压回油孔27、第二密封座面28、球阀29和顶杆30共同构成了压电控制增压式配气系统的压电控制部分3，如图2所示。气门体10上分别设计有高压进油孔23、第一密封座面24、高低压通孔26、低压回油孔27和第二密封座面28，高压进油孔23通过气门体10上的液压油通道与液压进油口相连通，低压回油孔27通过气门体10上的低压回油通道与低压回油口相连通，在球阀29压紧至第一密封座面24上时，高低压通孔26连通控制腔4与低压回油孔27，在球阀29压紧至第二密封座面28上时，高低压通孔26连通控制腔4与高压进油孔23，压电堆22上端通过电气接头21与内燃机电控单元相连，进而控制球阀29的抬起和落座，球阀29通过球阀复位弹簧25被压紧至顶杆30上。增压活塞5上端面积大于下端面积，其上端与气门体10之间形成控制腔4，控制腔4连通高低压通孔26，下端与控制活塞9及气门体10之间形成增压腔8，增压腔8通过吸油单向阀7与油箱18连通。控制活塞9设置在气门13上部，控制活塞9随气门13开启和关闭并与气门13同步运动，弹簧座11通过止动环固定在气门13上，并随之一起运动，气门复位弹簧12压紧在弹簧座11与外壳14之间，气门座16对气门13的运动升程进行限制。如图1所示，本发明用于四缸内燃机时，油箱18内的液压油流经油管流入滤器19，滤清后的液压油通过油管流入液压油泵20，并在液压油泵20内被增压到一定压力，从液压油泵20内流出的增压液压油经过油管流入液压油轨1，并储存在液压油轨1内，液压油轨1内的增压液压油流经液压油管2经由气门体10上开有的液压进油口流入气门体10内液压进油通道，在压电控制增压式配气系统压电控制部分3未通电时，压电堆22保持原始长度，不伸长，球阀复位弹簧25压紧球阀29至第一密封座面24，流入气门体10内的增压液压油经由高压进油孔23流入第一密封座面24、球阀29、顶杆30与气门体10形成的环形容腔内，由于球阀29在此容腔内所受液压力小于球阀复位弹簧25向上的弹簧力，球阀29仍然被球阀复位弹簧25压紧至第一密封座面24上，此时，第二密封座面28打开，高低压通孔26连通控制腔4与低压回油孔27，从而通过回油管13连通控制腔4与油箱18，控制腔4内液压油压力较低，增压活塞5在增压活塞复位弹簧6作用下不对增压腔8内液压油进行增压，增压腔8内液压油压力较低，气门13在气门复位弹簧12的弹簧力作用下被压紧至气门座16上，通气口15与气缸不连通；在压电控制增压式配气系统压电控制部分3接收来自内燃机电控单元的增压控制电流后，由于压电堆22的逆压电效应，压电堆22变形伸长，向下推动顶杆30，球阀29随顶杆30一起向下运动，球阀29离开第一密封座面24并密封第二密封座面28，高低压通孔26与低压回油孔27断开，高低压通孔26与高压进油孔23连通，液压油轨1内的增压液压油流经液压油管2流入控制腔4，控制腔4内压力迅速升高，由于增压活塞5上端面积大于下端面积，增压活塞5向下运动并对增压腔8内液压油进行增压，增压腔8内液压油压力迅速增加，此时控制活塞9所受液压力大于气门复位弹簧12的弹簧力与气门13所受气缸内压力的合力，控制活塞9与气门13一起向下运动，气门13离开气门座16而开启，通气口15与气缸连通，开启配气；在压电控制增压式配气系统压电控制部分3再次断电时，压电堆22再次恢复原始长度，球阀29在球阀复位弹簧25的弹簧力作用下向上运动再次密封第一密封座面24，高低压通孔26与高压进油孔23断开，第二密封座面28开启，控制腔4通过高低压通孔26与低压回油孔27相连通，控制腔4内的高压液压油流经高低压通孔26回流至油箱18，控制腔4内压力迅速下降，在增压活塞复位弹簧6的弹簧力及增压腔8内液压油对增压活塞5下端面液压力合力作用下增压活塞5向上运动至初始位置，吸油单向阀7开启，增压腔8通过吸油单向阀7自油箱18中吸油，增压腔8内液压油压力恢复至初始值，气门13在气门复位弹簧12的弹簧力作用下向上运动压紧至气门座16而关闭，完成一个配气循环过程。图1所示，为本发明用于四缸内燃机时的示意图，可以根据内燃机气缸个数灵活调整本发明压电控制增压式配气系统的压电控制部分3、控制腔4、增压活塞5、增压活塞复位弹簧6、吸油单向阀7、增压腔8、控制活塞9、气门体10、弹簧座11、气门复位弹簧12、气门13、外壳14、通气口15和气门座16等的个数。本发明采用液压油轨1显著降低了由于压电控制部分3高低压油路转换时引起的液压油压力波动导致的气门13开启和关闭不稳定性，确保了配气系统工作的可靠性及一致性；通过压电控制部分3通断电直接驱动球阀29的位移，实现对高低压油路的通断及流量大小的灵活控制，通过增压活塞对增压腔内的液压油增压，使作用在控制活塞上的液压力灵活变化，液压驱动气门开启和关闭，可以实现不同的配气方式，既可以根据不同工况调节配气定时，又能灵活控制配气持续角，显著提高了气门13控制自由度，能进一步改善燃料的经济性和内燃机排放，有利于提高内燃机的动力性能。

本发明压电控制增压式配气系统包括液压油轨、液压油管、压电控制部分、控制腔、增压活塞、增压活塞复位弹簧、吸油单向阀、增压腔、控制活塞、气门体、弹簧座、气门复位弹簧、气门、外壳、通气口、气门座、回油管、油箱、滤器和液压油泵。气门体上开有的液压进油口通过液压油管与液压油轨相连通，气门体上开有的低压回油口通过回油管连通油箱。气门体上分别设计有高压进油孔、第一密封座面、高低压通孔、低压回油孔和第二密封座面。增压活塞上端面积大于下端面积，其上端与气门体之间形成控制腔，控制腔连通高低压通孔，下端与控制活塞及气门体之间形成增压腔，增压腔通过吸油单向阀与油箱连通。控制活塞设置在气门上部，弹簧座通过止动环固定在气门上，气门复位弹簧压紧在弹簧座与外壳之间。

压电控制部分包括电气接头、压电堆、高压进油孔、第一密封座面、球阀复位弹簧、高低压通孔、低压回油孔、第二密封座面、球阀和顶杆。高压进油孔通过气门体上的液压油通道与液压进油口相连通，低压回油孔通过气门体上的低压回油通道与低压回油口相连通，在球阀压紧至第一密封座面上时，高低压通孔连通控制腔与低压回油孔，在球阀压紧至第二密封座面上时，高低压通孔连通控制腔与高压进油孔，压电堆上端通过电气接头与内燃机电控单元相连，球阀通过球阀复位弹簧被压紧至顶杆上。压电控制部分、控制腔、增压活塞、增压活塞复位弹簧、吸油单向阀、增压腔、控制活塞、气门体、弹簧座、气门复位弹簧、气门、外壳、通气口和气门座的数量与内燃机气缸数量相同。

Claims (3)

1.压电控制增压式配气系统，其特征是：包括配气单元、液压油轨、油箱；所述配气单元包括气门体、压电控制部分、气门、外壳，所述压电控制部分包括压电堆、顶杆、球阀、球阀复位弹簧，压电堆安装在气门体里，气门体里分别设置顶杆腔、高压进油孔、高低压通孔、低压回油孔、球阀腔和球阀复位弹簧腔，顶杆位于顶杆腔里并位于压电堆的下方，球阀位于在球阀腔里，球阀腔位于顶杆腔下方，球阀复位弹簧腔位于球阀腔下方，球阀复位弹簧设置在球阀复位弹簧腔里并位于球阀下面，球阀腔上端与球阀相配合的位置为第一密封座面，球阀腔下端与球阀相配合的位置为第二密封座面，高压进油孔分别连通顶杆腔和液压油轨，低压回油孔分别连通球阀复位弹簧腔和油箱，压电控制部分下方的气门体里设置控制腔，高低压通孔分别连通球阀腔和控制腔，控制腔下方设置增压活塞，增压活塞上套有增压活塞复位弹簧，增压活塞下方设置增压腔，增压腔通过吸油管路连通低压回油孔，吸油管路上安装吸油单向阀，增压腔下方设置控制活塞，控制活塞连接气门，气门上套有气门复位弹簧，外壳设置在气门体下方，气门的端部安装气门座，气门座位于外壳外侧；所述配气单元的个数与发动机汽缸的个数相一致。

2.根据权利要求1所述的压电控制增压式配气系统，其特征是：增压活塞上端面的面积大于其下端面的面积。

3.根据权利要求1或2所述的压电控制增压式配气系统，其特征是：压电控制部分未通电时，压电堆保持原始长度，球阀复位弹簧压紧球阀至第一密封座面，增压液压油经由高压进油孔流入顶杆腔，第二密封座面打开，高低压通孔连通控制腔与低压回油孔，气门座在气门复位弹簧的作用下被压在外壳上；压电控制部分通电后，压电堆变形伸长，向下推动顶杆，球阀随顶杆一起向下运动，球阀离开第一密封座面并密封第二密封座面，高低压通孔与低压回油孔断开，高低压通孔与高压进油孔连通，液压油轨内的增压液压油流流入控制腔，增压活塞向下运动，控制活塞与气门一起向下运动，气门座离开外壳。