一种液压驱动可变气门正时机构
技术领域
本发明涉及气门正时机构，具体涉及一种液压驱动可变气门正时机构。
背景技术
在汽车工业中，发动机是整车最为重要的部件，发动机的组成构件很多，而配气机构为其中比较重要的部分。目前大多数发动机采用固定的配气相位，而发动机在不同工况下所需要的最佳配气正时是不同的，所以很多发动机兼顾各种工况下的性能而采用一种折中的办法，导致发动机性能无法得到充分的发挥，在经济性、排放性、动力性方面都已不能满足现代技术的发展需求。
申请号CN201610579815.9公开了一种发动机及其可变气门正时机构，包括具有预设转速比传动关系的凸轮轴和曲轴，还包括动力连接于凸轮轴与曲轴之间、用于调节两者间的转速比的可变传动比传动组件。其中，可变传动比组件的自身传动比是可变的，并以此对凸轮轴和曲轴之间的传动比关系做出调节，将其增大或减小，使得正时相位提前或滞后。气门开闭受凸轮型线的限制，气门升程大，开启时间长，泵气损失增大，经济型较差，且因为凸轮轴的存在，工作振动和噪声较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种液压驱动可变气门正时机构，使用液压系统驱动气门开闭，取消凸轮轴结构，油路布置相对于凸轮轴更加灵活，可有效改善设计空间，还可降低工作振动和噪声；气门开闭不受凸轮型线的限制，可自由开闭，通过气门升程和开启时间控制进气量，可取消节气门机构，大大减少泵气损失，提升经济性。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种液压驱动可变气门正时机构，包括高压系统、低压系统和执行机构，所述高压系统、低压系统和执行机构分别连接ECU；
所述高压系统包括高压公共油腔，所述高压公共油腔连接有高压油泵，所述高压油泵连接有液压油箱；
所述高压公共油腔内设有压力传感器，所述高压公共油腔设有溢流阀，所述溢流阀通过回油管连接至所述液压油箱；
所述低压系统包括低压公共油腔，所述低压公共油腔包括进油端和回油端，所述回油端内部设有稳压弹簧和与所述回油端的内径相适应的限压滑块；
所述回油端设有泄油孔，所述泄油孔管道连接至所述液压油箱；当稳压弹簧处于自然状态时所述限压滑块距所述回油端的距离大于所述泄油孔距所述回油端的距离；
所述执行机构包括若干活塞，每个所述活塞均连接有气门，所述活塞和所述气门之间设有气门弹簧；
所述活塞设有活塞套，所述高压公共油腔与所述活塞套之间通过油管连接有供油电磁阀和第一单向阀，所述活塞套和所述低压公共油腔之间通过油管连接有第二单向阀和回油电磁阀，所述活塞套在与所述第二单向阀连接处设有回油孔。
作为优选的一种技术方案，所述气门弹簧与所述活塞套之间设有气门弹簧座，所述气门弹簧座上设有激光位移传感器。
作为优选的一种技术方案，所述油管水平设置，所述活塞及所述活塞套属于配对偶件且竖直安装于所述气门弹簧上方。
作为优选的一种技术方案，所述活塞在静止状态下活塞顶部的高度大于所述回油孔的高度，所述活塞在工作状态下活塞顶部的高度小于所述回油孔的高度。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种液压驱动可变气门正时机构，包括高压系统、低压系统和执行机构，所述高压系统、低压系统和执行机构分别连接ECU；所述高压系统包括高压公共油腔，所述高压公共油腔连接有高压油泵，所述高压油泵连接有液压油箱；所述高压公共油腔内设有压力传感器，所述高压公共油腔设有溢流阀，所述溢流阀通过回油管连接至所述液压油箱；所述低压系统包括低压公共油腔，所述低压公共油腔包括进油端和回油端，所述回油端内部设有稳压弹簧和限压滑块；所述回油端设有泄油孔，所述泄油孔管道连接至所述液压油箱；当稳压弹簧处于自然状态时所述限压滑块距所述回油端的距离大于所述泄油孔距所述回油端的距离；所述执行机构包括若干活塞，每个所述活塞均连接有气门，所述活塞和所述气门之间设有气门弹簧；所述活塞设有活塞套，所述高压公共油腔与所述活塞套之间通过油管连接有供油电磁阀和第一单向阀，所述活塞套和所述低压公共油腔之间通过油管连接有第二单向阀和回油电磁阀，所述活塞套在与所述第二单向阀连接处设有泄油孔。高压油泵将液压油从液压油箱中抽出，过滤增压后存储至高压公共油腔内，高压公共油腔内设置压力传感器，向ECU提供油压信号，控制高压压力；同时设置溢流阀、回油管，在油压过高时及时泄油，保护系统。低压系统内设置稳压弹簧和与所述回油端的内径相适应的限压滑块，通过限压滑块和泄油孔的配合，保证低压系统压力稳定，方便控制液压油的泄放量和速度。经试验，本液压驱动可变气门正时机构可降低25％的燃耗和二氧化碳排放，预热阶段的碳氢化合物排放最多可降低40％，氮氧化合物排放可降低60％。
本发明中气门弹簧与所述活塞套之间设有气门弹簧座，所述气门弹簧座上设有激光位移传感器，所述油管水平设置，所述活塞及所述活塞套属于配对偶件且竖直安装于所述气门弹簧上方。通过激光位移传感器，实时监测气门开闭运动情况并形成气门位移信号，此气门位移信号作为电磁阀开闭控制信号的修正参数。
本发明中活塞在静止状态下活塞顶的高度大于所述回油孔的高度，所述活塞在工作状态下活塞顶的高度小于所述回油孔的高度。当气门需要关闭时，汽车ECU控制泄油电磁阀开启，高压油经第二单向阀流入低压系统，气门弹簧推动气门回位，在气门将要落座时，活塞上行，头部逐渐遮挡回油孔，减小流通面积，降低气门落座速度，减小冲击，对气门起到保护作用，同时使发动机运行更加平稳。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1中执行机构的示意图；
图3是图2沿A-A方向的剖视图；
图4是图1中高压系统的示意图；
图5是图1中低压系统的示意图；
图6是图5中低压公共油腔的示意图；
图7是本发明的工作原理图；
图中，1.高压系统；2.低压系统；3.执行机构；4.液压油箱；5.高压公共油腔；51.压力传感器；6.溢流阀；7.回油管；8.供油电磁阀；9.第一单向阀；10.第二单向阀；11.回油电磁阀；12.活塞套；13.气门弹簧；14.气门；15.气门弹簧座；16.激光位移传感器；17.活塞；18.油管；19.低压公共油腔；191.稳压弹簧；192.限压滑块；193.泄油孔；20.高压油泵；21.回油孔；22.气门杆；23.气门座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
参照图1至图7，一种液压驱动可变气门正时机构，包括高压系统1、低压系统2和执行机构3，所述高压系统1、低压系统2和执行机构3分别连接ECU；ECU内集成有控制程序。
所述高压系统1是一种专用的液压系统，所述高压系统1包括高压公共油腔5，所述高压公共油腔5连接有高压油泵20，本实施例中所述高压油泵20型号为：2.5PCY14-1B的恒压柱塞泵，输出压力可以在10MPa至31.5MPa之间无级调节，最大传动功率1.43kw；所述高压油泵20连接有液压油箱4；所述高压油泵20安装在发动机前端，通过齿轮直接由曲轴驱动，通过曲轴驱动，建立稳定的高压系统1，高压油泵20如何通过曲轴驱动是本领域的公知常识，在此不再赘述。本实施例中所述发动机选用北汽福田BJ486汽油系列，型号：BJ486EQV4，该发动机为直列四缸，气缸直径86mm，每缸配4个进排气门，高压油泵20将液压油从液压油箱4中抽出，过滤增压后存储至高压公共油腔5内。
所述高压公共油腔内5设有压力传感器51，所述高压公共油腔5设有溢流阀6，所述溢流阀6通过回油管7连接至所述液压油箱4；本实施例中所述压力传感器选用基恩士数字压力传感器，型号：GP-M400，额定压力0至40MPa，输出响应在3至5000ms之间可调。
所述低压系统2是一种专用的液压系统，所述低压系统2包括低压公共油腔19，所述低压公共油腔19包括进油端和回油端，所述回油端内部设有稳压弹簧191和限压滑块192；所述回油端设有泄油孔193，所述泄油孔193管道连接至所述液压油箱4；所述稳压弹簧191处于自然状态时所述限压滑块192距所述回油端的距离大于所述泄油孔193距所述回油端的距离；当所述低压系统2内压力升高时，限压滑块192与稳压弹簧191受压移动，导致泄油孔193开启，泄油减压；压力减小后，限压滑块192与稳压弹簧191恢复原位，保持所述低压系统2的压力稳定。
所述执行机构包括若干活塞17，本实施例选用的发动机为直列四缸，气缸直径86mm，每缸配4个进排气门14，每个气门14对应一个活塞17，所述活塞17和所述气门14之间设有气门弹簧13；所述气门设有气门杆22和气门座23，所述气门杆22的上端连接有所述活塞17，所述气门杆22的下端为锥形设置，所述气门座23设有与所述气门杆22的锥形形状相适应的锥面。所述活塞17外侧设有活塞套12，所述活塞17及活塞套12属于配对偶件，竖直安装于气门弹簧13上方，所述高压公共油腔5与所述活塞套12之间通过油管18连接有供油电磁阀8和第一单向阀9，所述活塞套12和所述低压公共油腔19之间通过油管18连接有第二单向阀10和回油电磁阀11，所述活塞套12在与所述第二单向阀10连接处设有回油孔21，本实施例中所述供油电磁阀和所述回油电磁阀均选用力士乐高频电磁阀4WRPDH系列，最高工作压力35MPa，单向阀选用力士乐单向阀Z1S6系列。
所述活塞17在静止状态下活塞顶部的高度大于所述回油孔21的高度，所述活塞17在工作状态下活塞顶部的高度小于所述回油孔21的高度。所述气门弹簧13与所述活塞套12之间设有气门弹簧座15，所述气门弹簧座15上设有激光位移传感器16，本实施例中所述位移传感器选用基恩士CMOS激光位移传感器，型号：IL-065，基准距离65mm，采样周期4级可变，最小周期0.33ms，所述油管18水平设置，所述活塞17及所述活塞套12属于配对偶件且竖直安装于所述气门弹簧13上方。所述激光位移传感器16实时监测气门14开闭运动情况并形成气门位置信号反馈至ECU，此气门位置信号作为供油电磁阀8和回油电磁阀11开闭控制信号的修正参数。
高压系统1的正常工作压力为10～15Mpa，当气门14需要打开时，供油电磁阀8和第一单向阀9打开，高压液压油进入活塞套12并压缩活塞17向下运动，活塞17推动气门14向下移动，气门14向下移动的过程中造成了气门弹簧13压缩，此时气门14打开并进气，当高压系统1压力超过时15Mpa时，ECU控制溢流阀6打开进行泄压，当高压系统1压力到达10Mpa时，ECU控制溢流阀6关闭，保持系统压力在正常范围，防止对设备造成损伤。
低压系统的工作压力为0.5～1.5Mpa，当气门14需要关闭时，供油电磁阀8和第一单向阀9关闭，第二单向阀10和回油电磁阀11打开，液压油流入低压系统2，低压系统2内压力升高，限压滑块192与稳压弹簧191受压移动，当低压系统2内压力升高至1.5Mpa时，泄油孔193开启，泄油减压；当低压系统2内压力降至0.5Mpa时，限压滑块192将泄油孔193挡住不再泄油，保持所述低压系统2的压力稳定，同时活塞17上行，气门弹簧13复位，带动气门14上行落座关闭，在气门14落座时，通过活塞17头部遮挡部分回油孔21，减小流通面积，实现气门14落座缓冲，减小冲击，减小噪音，保护气门14。
本发明具体工作过程如下：
ECU接收压力传感器51、供油电磁阀8、回油电磁阀11和激光位移传感器等各传感器信号，综合汽车行驶状况及驾驶员意图，发出指令控制供油电磁阀8、回油电磁阀11工作，ECU通过对供油电磁阀8、回油电磁阀11开闭时刻的控制，通过高压系统1和低压系统2控制气门14开启和关闭时刻，从而实现气门14升程及配气相位的全可变。
(1)发动机高速运转时：
①进气：由于进气速率很大，ECU增加所述供油电磁阀8的开启持续时间，从而增大进气迟闭角，充分利用气流的惯性，提高进气量。进气量的增加能很好的提升发动机高速工况下的动力性。
②排气：高速运转时，排气行程所使用的时间非常短，为了使废气能够顺利排出，ECU需要提前开启泄油电磁阀11，从而增大排气提前角，改善排气。
(2)发动机低速运转时：
①进气：由于此时气流惯性很小，ECU减小供油电磁阀8的开启持续时间，从而减小进气迟闭角，防止气体倒流。
②排气：ECU延迟开启泄油电磁阀11，从而减小排气提前角，使活塞能够充分做功，以改善发动机的燃油经济性。
经试验表明，本液压驱动可变气门正时机构可降低25％的燃耗和二氧化碳排放，预热阶段的碳氢化合物排放最多可降低40％，氮氧化合物排放可降低60％。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
