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CN107100689B - 一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构 - Google Patents

一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构 Download PDF

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CN107100689B CN201710508329.2A CN201710508329A CN107100689B CN 107100689 B CN107100689 B CN 107100689B CN 201710508329 A CN201710508329 A CN 201710508329A CN 107100689 B CN107100689 B CN 107100689B
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Abstract

本发明属于发动机技术领域，涉及一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构。本发明由控制阀下部、阀芯、电控节流阀、控制阀上部、电磁线圈、电控调压阀、气门、低压油路系统和高压油路系统等组成；电磁线圈通电，将阀芯吸合使高压油路系统打开，低压油路系统关闭，高压油驱动气门开启；电磁线圈断电，阀芯回位使高压油路系统关闭，低压油路系统打开，气门落座；电磁线圈通电时刻及通电时长可控制气门正时及开启持续期；电控调压阀调节高压油路系统油压可控制气门升程；电控节流阀调节低压油路系统的有效流通面积可控制气门落座速度，减小冲击。本发明可实现全可变气门运动参数控制，优化发动机工作过程，控制灵活；结构简单，制造方便，易于推广。

Description

一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构。
背景技术
配气机构是内燃机的重要组成部分之一，它承载着实现发动机各个气缸进、排气门的开、闭正时以及控制气门升程运动规律的重要作用，是实现发动机换气过程，保证内燃机热功转换的工作循环得以周而复始不断进行下去的基础。因此，发动机是否能可靠工作，其动力性和经济性能否得到保障，与配气机构在换气过程中对气门运动规律的控制密切相关。
传统的发动机由于结构固定，在发动机运转过程中，气门运动规律是固定不变的，传统发动机配气参数的确定是在发动机各种不同工况下进行大量实验研究后，设计选取的一种折衷方案，通常只能保证在某一工况使内燃机的性能最优。显然，这一劣势已使其不能满足现阶段对发动机高效率、低油耗、低排放的总体要求。因此，为了满足不同工况下各异的气门正时、开启持续期及升程的需求，提高内燃机经济性和动力性，降低有害物排放，可变气门技术应运而生。可变气门技术可根据内燃机工况的变化，实现气门升程从零至最大设计升程和气门正时及开启持续期的连续可变。
目前发动机可变气门技术的实现主要有可变凸轮轴相位、可变凸轮型线、可变凸轮从动件和电磁、电液驱动等几种形式。存在的问题主要有实现气门可变控制参数单一；机构太过复杂，使得制造成本大大增加；加装了大量复杂的机械组件使得可靠性降低；电磁阀响应速度不够以及气门落座冲击问题严重等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有发动机气门运动规律固定不变和上述可变气门技术不能灵活改变气门运动参数等技术难题，提供一种结构简单可靠且能灵活控制气门正时、气门开启持续期和气门升程的电磁控制液压驱动式全可变气门机构。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
本发明所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构由控制阀下部1、缓冲环a2、油堵a3、密封圈a4、缓冲环b5、阀芯6、电控节流阀7、油堵b8、控制阀上部9、阀芯复位弹簧10、电磁线圈11、绝缘材料12、电控调压阀13、密封圈b14、气门15、气门复位弹簧16组成，其中阀芯6置于控制阀下部1和控制阀上部9之间；阀芯复位弹簧10置于阀芯6与控制阀上部9之间；控制阀下部1和控制阀上部9通过控制阀下部1的外螺纹109和控制阀上部9的内螺纹906相连接；气门15置于控制阀下部1的下方，且其顶部置于控制阀下部1下部的圆孔a102内；电磁线圈11置于控制阀上部9的圆孔c905内，并通过包裹在外部的绝缘材料12与圆孔c905壁面固接；电控调压阀13置于控制阀下部1的高压油道111入口处的调压阀安装孔110内，可对进入高压油道111的液压油压进行调整；电控节流阀7放置于控制阀上部9的节流阀安装孔901内，可对低压油道c902的有效流通面积进行调整；油堵a3置于控制阀下部1低压油道a103外侧；油堵b8置于控制阀上部9低压油道d903外侧；缓冲环a2置于气门15顶部的环槽d1502内；缓冲环b5置于控制阀下部1顶部的环槽b107内；密封圈a4置于控制阀下部1和控制阀上部9结合处的环槽a105内；密封圈b14置于气门15上部与控制阀下部1的下部圆孔a102壁面结合处的环槽c1501内；控制阀下部1、控制阀上部9、阀芯6和气门15轴心线重合。
其特征在于所述的控制阀下部1由下壳体101、圆孔a102、低压油道a103、低压油道b104、环槽a105、圆孔b106、环槽b107、环台108、外螺纹109、调压阀安装孔110、高压油道111组成，其中环台108位于下壳体101顶部，其外表面布置有外螺纹109，可与控制阀上部9的内螺纹906相连接；圆孔b106置于下壳体101中心位置，侧面与高压油道111相连通，底部与圆孔a102相连通；低压油道a(103)一侧与油堵a3相连，另一侧与圆孔a102相连通，同时，低压油道a(103)还与低压油道b104相连通；下壳体101在与控制阀上部9和阀芯6接合处分别开有环槽a105和环槽b107；圆孔a102、圆孔b106和下壳体101轴心线重合。
所述的阀芯6由圆台a601、圆盘602、圆台b603组成，其中圆盘602位于圆台a601与圆台b603之间，圆台a601位于圆盘602的下表面，圆台b603位于圆盘602的上表面，圆台a601和圆台b603分别与圆盘602固接；圆台a601与控制阀下部1的圆孔b106相连；圆台b603与控制阀上部9的出油孔904相连；圆盘602上表面还与阀芯复位弹簧10相连。
所述的控制阀上部9由节流阀安装孔901、低压油道c902、低压油道d903、出油孔904、圆孔c905、内螺纹906、上壳体907组成，其中低压油道d903一侧与出油孔904相连通，另一侧与油堵b8相连；低压油道c902与低压油道d903相连通，同时其还与节流阀安装孔901相连通；上壳体907、出油孔904和圆孔c905三者轴心线重合。
所述的气门15上部开有环槽c1501、环槽d1502。
所述的控制阀下部1上的低压油道b104与控制阀上部9上的低压油道c902装配后需连通。
所述的低压油道a103、低压油道b104、低压油道c902、电控节流阀7、低压油道d903和出油孔904构成低压油路系统；电控调压阀13、高压油道111和气门15顶端与圆孔a102壁面围成的油腔构成高压油路系统。
所述的电磁线圈11，当通电后能够产生磁力，对阀芯6进行吸合，断电后磁力消失。
所述的阀芯6运动到最上端时，圆台b603将会使低压油道d903完全被遮挡，圆台a601将会使高压油道111出口完全打开，与圆孔b106完全连通；当阀芯6运动到最下端时，圆台a601将会使高压油道111出口完全遮挡，圆台b603将会使低压油道d903完全打开，与出油孔904完全连通。
所述的阀芯复位弹簧10和气门复位弹簧16装配时需具有一定的预紧力。
本发明装置的工作过程如下：
当发动机气门需要开启时，电磁线圈11通电，阀芯6在电磁力的吸引下向上运动，圆台a601从高压油道111出口移开，高压油道111与圆孔b106连通，低压油道d903出口被圆台b603遮挡；高压油通过高压油道111和圆孔b106进入气门15顶端与圆孔a102壁面围成的油腔内；气门15顶端油腔内的油压力升高，推动气门15下行，气门复位弹簧16被压缩，气门开启；当气门15顶端的油压力与气门复位弹簧16力共同作用达到平衡时，气门到达最大升程。
当发动机气门需要关闭时，电磁线圈11被断电，阀芯6在阀芯复位弹簧10作用力下向下运动，高压油道111出口被圆台a601遮挡，低压油道d903出口打开，与出油孔904连通，气门15顶端油腔内的油压降低，在气门复位弹簧16的推力作用下气门15上行，气门关闭。
需要提前气门开启正时时，提前电磁线圈11通电时刻；需要推迟气门开启正时时，推后电磁线圈11通电时刻。
需要增加气门开启持续期时，增大电磁线圈11通电时间；需要减小气门开启持续期时，降低电磁线圈11通电时间。
需要增大气门升程时，提高高压油道111入口处电控调压阀13的调压压力，进而增加气门15顶端所受到的油压力和气门复位弹簧16的压缩量；需要减小气门升程时，降低高压油道111入口处电控调压阀13的调压压力，进而减小气门15顶端所受到的油压力和气门复位弹簧16的压缩量。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的电磁控制液压驱动式全可变气门机构可实现气门正时、气门开启持续期和气门升程的连续可变，控制灵活；
2.本发明提供的电磁控制液压驱动式全可变气门机构可兼顾发动机不同工况下性能，优化发动机工作过程，有效提高发动机动力性和经济性；
3.本发明提供的电磁控制液压驱动式全可变气门机构可实现汽油机无节气门负荷控制，降低泵气损失，提高充气效率以及能实现米勒循环，达到节能减排的效果。
4.本发明提供的电磁控制液压驱动式全可变气门机构结构简单，制造方便，易于推广。
附图说明
图1是电磁控制液压驱动式全可变气门机构的结构示意图
图2是图1中控制阀下部1的结构示意图
图3是图1中阀芯6的结构示意图
图4是图1中控制阀上部9的结构示意图
图5是图1中气门15的结构示意图
其中，1.控制阀下部 2.缓冲环a 3.油堵a 4.密封圈a 5.缓冲环b 6.阀芯 7.电控节流阀 8.油堵b 9.控制阀上部 10.阀芯复位弹簧 11.电磁线圈 12.绝缘材料 13.电控调压阀 14.密封圈b 15.气门 16.气门复位弹簧 101.下壳体 102.圆孔a 103.低压油道a104.低压油道b 105.环槽a 106.圆孔b 107.环槽b 108.环台 109.外螺纹 110.调压阀安装孔 111.高压油道 601.圆台a 602.圆盘 603.圆台b 901.节流阀安装孔 902.低压油道c903.低压油道d 904.出油孔 905.圆孔c 906.内螺纹 907.上壳体
具体实施方式
下面结合附图1-5对本发明做详细描述：
参照附图1，2，3，4，5：
本发明由控制阀下部1、缓冲环a2、油堵a3、密封圈a4、缓冲环b5、阀芯6、电控节流阀7、油堵b8、控制阀上部9、阀芯复位弹簧10、电磁线圈11、绝缘材料12、电控调压阀13、密封圈b14、气门15、气门复位弹簧16组成。
其中，控制阀下部1和控制阀上部9通过控制阀下部1的外螺纹109和控制阀上部9的内螺纹906相连接；
缓冲环a2置于气门15顶部的环槽d1502内，为气门15的落座提供缓冲作用；
油堵a3置于控制阀下部1低压油道a103外侧，其作用是对低压油道a103的外侧出口进行密封；
密封圈a4置于控制阀下部1和控制阀上部9结合处的环槽a105内，对低压油道b104和低压油道c902的结合处进行密封，防止液压油泄露；
缓冲环b5置于控制阀下部1顶部的环槽b107内，为阀芯6的落座提供缓冲作用，避免冲击振动；
阀芯6置于控制阀下部1和控制阀上部9之间，可在控制阀上部9的圆孔c905中上下运动；当阀芯6运动到最上端时，圆台b603将会使低压油道d903完全被遮挡，圆台a601将会使高压油道111出口完全打开，与圆孔b106完全连通；当阀芯6运动到最下端时，圆台a601将会使高压油道111出口完全遮挡，圆台b603将会使低压油道d903完全打开，与出油孔904完全连通；
电控节流阀7放置于控制阀上部9的节流阀安装孔901内，可对低压油道c902的有效流通面积进行调整，来控制低压油的卸油速度，进而对气门15的落座速度进行调节；
油堵b8置于控制阀上部9低压油道d903外侧，其作用是对低压油道d903的外侧出口进行密封；
阀芯复位弹簧10置于阀芯6与控制阀上部9之间，为阀芯6的安装提供一定预紧力，并且在电磁线圈11断电时可使阀芯6快速回位；
电磁线圈11置于控制阀上部9的圆孔c905内，并通过包裹在外部的绝缘材料12与圆孔c905壁面固接；电磁线圈11通电产生磁力，可将阀芯6吸合，断电磁力消失，阀芯6在阀芯复位弹簧10的作用力下向下运动快速回位；
电控调压阀13置于控制阀下部1的高压油道111入口处的调压阀安装孔110内，可对进入高压油道111的液压油压进行调整，从而改变气门15开启运动的推力，调节气门15的升程；
密封圈b14置于气门15上部与控制阀下部1下部圆孔a102壁面结合处的环槽c1501内，对进入气门15顶端与圆孔a102壁面围成的油腔内的液压油起到密封作用，防止液压油泄露；
气门15置于控制阀下部1的下方，且其顶部置于控制阀下部1下部的圆孔a102内；
气门复位弹簧16为气门15的安装提供一定预紧力，并且在气门15回位落座时提供一定的回复力，保证气门15运动的可靠性；
控制阀下部1、控制阀上部9、阀芯6和气门15轴心线重合；
低压油道a103、低压油道b104、低压油道c902、电控节流阀7、低压油道d903和出油孔904构成低压油路系统；
电控调压阀13、高压油道111和气门15顶端与圆孔a102壁面围成的油腔构成高压油路系统。
参照附图1，2：
所述的控制阀下部1由下壳体101、圆孔a102、低压油道a103、低压油道b104、环槽a105、圆孔b106、环槽b107、环台108、外螺纹109、调压阀安装孔110、高压油道111组成。
其中下壳体101在与控制阀上部9和阀芯6接合处分别开有环槽a105和环槽b107；环槽a105为密封圈a4提供安装位置，环槽b107为缓冲环b5提供安装位置；
圆孔a102与气门15上部间隙配合，为气门15的上下运动提供导向作用；
低压油道a(103)一侧与油堵a3相连，另一侧与圆孔a102相连通，同时，低压油道a(103)还与低压油道b104相连通；
圆孔b106置于下壳体101中心位置，侧面与高压油道111相连通，底部与圆孔a102相连通；
环台108位于下壳体101顶部，其外表面布置有外螺纹109，可与控制阀上部9的内螺纹906相连接；
圆孔a102、圆孔b106和下壳体101轴心线重合。
参照附图1，3：
所述的阀芯6由圆台a601、圆盘602、圆台b603组成。
其中圆盘602位于圆台a601与圆台b603之间，圆台a601位于圆盘602的下表面，圆台b603位于圆盘602的上表面；
圆台a601和圆台b603分别与圆盘602固接；
圆台a601与控制阀下部1的圆孔b106相连，圆台b603与控制阀上部9的出油孔904相连；圆孔b106和出油孔904分别为圆台a601和圆台b603的上下运动提供导向作用；
圆盘602上表面与阀芯复位弹簧10相连。
参照附图1，4：
所述的控制阀上部9由节流阀安装孔901、低压油道c902、低压油道d903、出油孔904、圆孔c905、内螺纹906、上壳体907组成。
其中节流阀安装孔901为电控节流阀7提供安装位置；
低压油道c902与低压油道d903相连通，同时其还与节流阀安装孔901相连通；在控制阀上部9与控制阀下部1装配后低压油道c902和低压油道b104相连通；
低压油道d903一侧与出油孔904相连通，另一侧与油堵b8相连；
上壳体907、出油孔904和圆孔c905三者轴心线重合。
参照附图1，5：
所述的气门15上部开有环槽c1501和环槽d1502。
环槽c1501为密封圈b14提供安装位置；
环槽d1502为缓冲环a2提供安装位置。
结合本发明装置各组件及其安装位置关系，该电磁控制液压驱动式全可变气门机构技术方案的具体工作过程及控制原理如下：
当发动机气门需要开启时，电磁线圈11通电，阀芯6在电磁力的吸引下向上运动，圆台a601从高压油道111出口移开，高压油道111与圆孔b106连通，低压油道d903出口被圆台b603遮挡；高压油通过高压油道111和圆孔b106进入气门15顶端与圆孔a102壁面围成的油腔内；气门15顶端油腔内的油压力升高，推动气门15下行，气门复位弹簧16被压缩，气门开启；当气门15顶端的油压力与气门复位弹簧16力共同作用达到平衡时，气门到达最大升程。
当发动机气门需要关闭时，电磁线圈11被断电，阀芯6在阀芯复位弹簧10作用力下向下运动，高压油道111出口被圆台a601遮挡，低压油道d903出口打开，与出油孔904连通，气门15顶端油腔内的油压降低，在气门复位弹簧16的推力作用下气门15上行，气门关闭。
需要提前气门开启正时时，提前电磁线圈11通电时刻；需要推迟气门开启正时时，推后电磁线圈11通电时刻。
需要增加气门开启持续期时，增大电磁线圈11通电时间；需要减小气门开启持续期时，降低电磁线圈11通电时间。
需要增大气门升程时，提高高压油道111入口处电控调压阀13的调压压力，进而增加气门15顶端所受到的油压力和气门复位弹簧16的压缩量；需要减小气门升程时，降低高压油道111入口处电控调压阀13的调压压力，进而减小气门15顶端所受到的油压力和气门复位弹簧16的压缩量。

Claims (10)

1.一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，由控制阀下部(1)、缓冲环a(2)、油堵a(3)、密封圈a(4)、缓冲环b(5)、阀芯(6)、电控节流阀(7)、油堵b(8)、控制阀上部(9)、阀芯复位弹簧(10)、电磁线圈(11)、绝缘材料(12)、电控调压阀(13)、密封圈b(14)、气门(15)、气门复位弹簧(16)组成；其中阀芯(6)置于控制阀下部(1)和控制阀上部(9)之间；阀芯复位弹簧(10)置于阀芯(6)与控制阀上部(9)之间；控制阀下部(1)和控制阀上部(9)通过控制阀下部(1)的外螺纹(109)和控制阀上部(9)的内螺纹(906)相连接；气门(15)置于控制阀下部(1)的下方，且其顶部置于控制阀下部(1)下部的圆孔a(102)内；电磁线圈(11)置于控制阀上部(9)的圆孔c(905)内，并通过包裹在外部的绝缘材料(12)与圆孔c(905)壁面固接；电控调压阀(13)置于控制阀下部(1)的高压油道(111)入口处的调压阀安装孔(110)内，可对进入高压油道(111)的液压油压进行调整；电控节流阀(7)放置于控制阀上部(9)的节流阀安装孔(901)内，可对低压油道c(902)的有效流通面积进行调整；油堵a(3)置于控制阀下部(1)低压油道a(103)外侧；油堵b(8)置于控制阀上部(9)低压油道d(903)外侧；缓冲环a(2)置于气门(15)顶部的环槽d(1502)内；缓冲环b(5)置于控制阀下部(1)顶部的环槽b(107)内；密封圈a(4)置于控制阀下部(1)和控制阀上部(9)结合处的环槽a(105)内；密封圈b(14)置于气门(15)上部与控制阀下部(1)的下部圆孔a(102)壁面结合处的环槽c(1501)内；控制阀下部(1)、控制阀上部(9)、阀芯(6)和气门(15)轴心线重合。
2.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的控制阀下部(1)由下壳体(101)、圆孔a(102)、低压油道a(103)、低压油道b(104)、环槽a(105)、圆孔b(106)、环槽b(107)、环台(108)、外螺纹(109)、调压阀安装孔(110)、高压油道(111)组成；其中环台(108)位于下壳体(101)顶部，其外表面布置有外螺纹(109)，可与控制阀上部(9)的内螺纹(906)相连接；圆孔b(106)置于下壳体(101)中心位置，侧面与高压油道(111)相连通，底部与圆孔a(102)相连通；低压油道a(103)一侧与油堵a(3)相连，另一侧与圆孔a(102)相连通，同时，低压油道a(103)还与低压油道b(104)相连通；下壳体(101)在与控制阀上部(9)和阀芯(6)接合处分别开有环槽a(105)和环槽b(107)；圆孔a(102)、圆孔b(106)和下壳体(101)轴心线重合。
3.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的阀芯(6)由圆台a(601)、圆盘(602)、圆台b(603)组成，其中圆盘(602)位于圆台a(601)与圆台b(603)之间，圆台a(601)位于圆盘(602)的下表面，圆台b(603)位于圆盘(602)的上表面，圆台a(601)和圆台b(603)分别与圆盘(602)固接；圆台a(601)与控制阀下部(1)的圆孔b(106)相连；圆台b(603)与控制阀上部(9)的出油孔(904)相连；圆盘(602)上表面还与阀芯复位弹簧(10)相连。
4.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的控制阀上部(9)由节流阀安装孔(901)、低压油道c(902)、低压油道d(903)、出油孔(904)、圆孔c(905)、内螺纹(906)、上壳体(907)组成，其中低压油道d(903)一侧与出油孔(904)相连通，另一侧与油堵b(8)相连；低压油道c(902)与低压油道d(903)相连通，同时其还与节流阀安装孔(901)相连通；上壳体(907)、出油孔(904)和圆孔c(905)三者轴心线重合。
5.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的气门(15)上部开有环槽c(1501)、环槽d(1502)。
6.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的控制阀下部(1)上的低压油道b(104)与控制阀上部(9)上的低压油道c(902)装配后需连通。
7.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的低压油道a(103)、低压油道b(104)、低压油道c(902)、电控节流阀(7)、低压油道d(903)和出油孔(904)构成低压油路系统；电控调压阀(13)、高压油道(111)和气门(15)顶端与圆孔a(102)壁面围成的油腔构成高压油路系统。
8.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的电磁线圈(11)，当通电后能够产生磁力，对阀芯(6)进行吸合，断电后磁力消失。
9.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的阀芯(6)运动到最上端时，圆台b(603)将会使低压油道d(903)完全被遮挡，圆台a(601)将会使高压油道(111)出口完全打开，与圆孔b(106)完全连通；当阀芯(6)运动到最下端时，圆台a(601)将会使高压油道(111)出口完全遮挡，圆台b(603)将会使低压油道d(903)完全打开，与出油孔(904)完全连通。
10.按照权利要求1所述的一种电磁控制液压驱动式全可变气门机构，其特征在于所述的阀芯复位弹簧(10)和气门复位弹簧(16)装配时需具有一定的预紧力。
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