專利名稱：無凸輪電液驅(qū)動的內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種優(yōu)化四沖程內(nèi)燃機的進排氣參數(shù)，提高內(nèi)燃機性能的技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，活塞式四沖程內(nèi)燃機均采用機械式凸輪軸驅(qū)動進氣門和排氣門的配氣機構(gòu)。氣門的運動通過曲軸與凸輪軸以及凸輪軸與各缸氣門之間的機械傳動來進行控制定時。長期以來，這種機械式機構(gòu)被證明是簡單、有效和可靠的，并且費用相對低廉。然而，這種氣門機構(gòu)在氣門的開啟時刻，開啟持續(xù)時間和氣門升程等在參數(shù)上是固定不變的，工作缺乏柔性。隨著對內(nèi)燃機的燃油經(jīng)濟性和降低有害排放的要求不斷提高，迫使廣大內(nèi)燃機設(shè)計人員尋求新式的配氣機構(gòu)。
20世紀80年代末期90年代初期，廣大研究人員開發(fā)出了一系列以凸輪軸為基礎(chǔ)的可變換氣方案，如日本的豐田公司、本田的VTEC系統(tǒng)，德國的FEV等均開展了此類工作。這些方案一般是通過增加附件，使凸輪軸的相位發(fā)生變化或者使用多凸輪系統(tǒng)，從而能有效改善了發(fā)動機一部分工況的運行條件，優(yōu)化了發(fā)動機的性能，但是，這只能是綜合發(fā)動機的各種工況條件，有選擇地改進某一部分工況的運行，不能實現(xiàn)所有工況均達到完全最佳的控制，因而只是一個局部的改進。20世紀80年代中后期，研究人員開始發(fā)起了以微處理器控制的可以連續(xù)調(diào)節(jié)氣門運行參數(shù)的無凸輪氣門機構(gòu)的研究。無凸輪配氣機構(gòu)就是取消發(fā)動機配氣機構(gòu)中的凸輪軸以及從動件，而以電磁、電液、電氣或者其他方式驅(qū)動氣門。聯(lián)邦德國的加布里爾.蒂蒂薩1988年在中國申請了“液壓傳動并通過滑套控制的可變特性氣門驅(qū)動裝置”的發(fā)明專利(CN 88 1 00461 A)，其基本思想是氣門由液壓活塞控制，而油泵提供的液壓工作液的流動由一個旋轉(zhuǎn)閥控制，氣門的升程通過旋轉(zhuǎn)閥上的軸向調(diào)節(jié)輔助軸以及與之配置的滑套來實現(xiàn)。1999年中國的郭來順等申請了“內(nèi)燃機進、排氣閥無凸輪啟閉裝置”實用新型專利(ZL 99202687.3)，它由轉(zhuǎn)動的裝有突出導(dǎo)體的驅(qū)動輪、固定并有按配氣相位設(shè)定的弧形導(dǎo)體的分電盤及閥桿上纏有電線繞組的氣閥組成，其開啟、關(guān)閉進、排氣門的基本思想主要是通過氣閥閥桿上的電線繞組通電后產(chǎn)生電磁力來抵消氣門彈簧的作用力。2000年美國人澳德E.斯特曼在中國公開了“內(nèi)燃機液壓控制的無凸輪閥系統(tǒng)”的發(fā)明專利(CN 1251638A)，用數(shù)字控制信號控制不同部件(例如噴油器、排氣門、泵旁通閥)的控制器。對于進入燃燒室的空氣流和排出燃燒室的廢氣流可由無凸輪液壓驅(qū)動進氣門和排氣門控制。液壓驅(qū)動由電磁控制鎖定液控閥控制。加布里爾.蒂蒂薩的發(fā)明專利(CN 88 1 00461 A)，其控制的方式是通過旋轉(zhuǎn)閥上的軸向調(diào)節(jié)輔助軸以及與之配置的滑套來實現(xiàn)，對于高速的內(nèi)燃機機構(gòu)而言，顯然機械式的控制方式在響應(yīng)時間上具有先天的不足。郭來順的實用新型專利(ZL 99202687.3)采用電磁力來控制氣門的運動，電磁力往往隨著頻率的增加而呈指數(shù)下降，在氣門高速運動以及高溫的情況下，控制氣門運動的力會有所不夠。澳德E.斯特曼的發(fā)明專利(CN 1251638A)機構(gòu)比較復(fù)雜，實現(xiàn)的成本較高。并且這三種專利都是采用液壓力或電磁力來開啟氣門的升程，但是氣門的落座仍然是由氣門彈簧力的作用來關(guān)閉。因此，對氣門的運動只是能夠控制前半個軌跡，氣門落座時的沖擊力大，易造成氣門和氣門座的損壞，并引起較大的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了能夠根據(jù)內(nèi)燃機的實際工作狀況，對其進排氣門的升程和配氣相位進行控制，提供一種無凸輪電液驅(qū)動的配氣機構(gòu)，可以達到優(yōu)化進排氣參數(shù)、改善燃燒過程、降低有害排放物、提高經(jīng)濟性的目的。
無凸輪電液驅(qū)動的配氣機構(gòu)組件結(jié)構(gòu)如圖1～2所示。主要具有氣門1、氣門座體3。氣門1通過其頂部的螺紋與液壓活塞5連接，氣門座體3的下端帶有錐形體的部分稱之為氣門導(dǎo)管，氣門1通過氣門座體3中的氣門導(dǎo)管插入液壓腔4。在氣門座體3上氣門導(dǎo)管的端口裝有密封圈2，防止液壓油滲漏。液壓活塞5將液壓套筒分隔成液壓腔4和控制室9，液壓腔4與高壓液體輸入口8相通，控制室9與壓力控制口6相通。封蓋7將整個液壓室密封，堵頭10為加工工藝所留的密封口。在高壓液體輸入口8以及壓力控制口6處分別接有高壓源11和低壓源12。高壓源與低壓源的連接采用高壓電磁閥13控制，低壓源的液體輸入或輸出由低壓電磁閥14控制。液壓活塞5下端為內(nèi)螺紋上端為內(nèi)六角，通過內(nèi)六角扳手將液壓活塞擰緊在氣門1的頂部。液壓活塞5與氣門1均可在液壓腔4內(nèi)滑動。
圖3是電液驅(qū)動配氣機構(gòu)理想的加速度-時間、速度-時間、氣門升程-時間曲線。
為了使電液驅(qū)動機構(gòu)的恒定驅(qū)動力最小，開啟和關(guān)閉的加減速必須是相同的。通過改變高壓電磁閥和低壓電磁閥的工作定時就可以改變發(fā)動機氣門開啟與關(guān)閉定時。當然，這也改變了氣門開啟的持續(xù)時間。通過改變電磁閥脈沖的持續(xù)時間就能控制氣門的升程。而氣門的加速度、速度和運動時間可以通過改變高壓流體的壓力來控制。發(fā)動機工作時，通過使氣門的高壓電磁閥和低壓電磁閥處于上述所描述的狀態(tài)下，便可以使氣門停止工作。停止的持續(xù)時間可以為任意多個循環(huán)，也可以僅為一個循環(huán)。當需要增加每缸氣門數(shù)時并不需要增加相應(yīng)的電磁閥數(shù)，一對電磁閥既可以控制一對氣門，也可以控制并行運行的多對氣門。因此，在四氣門發(fā)動機中可以用一對電磁閥控制同步運行的兩個進氣門，用另一對電磁閥控制兩個排氣門。


圖1為無凸輪電液驅(qū)動的配氣機構(gòu)組件結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的控制原理圖。
圖3為本發(fā)明理想的(加速度-時間、速度-時間、氣門升程-時間)運動曲線圖。
圖4為本發(fā)明在氣缸上的裝配布置圖。
圖5為156FMI摩托車發(fā)動機缸蓋采用本發(fā)明的連接示意圖。(與圖4類似)圖6為帶有凸輪驅(qū)動的普通發(fā)動機氣門升程曲線。
圖7為本發(fā)明實施例測試的氣門升程曲線結(jié)果。
其中1-氣門；2-密封圈；3-氣門座體；4-液壓腔；5-液壓活塞；6-壓力控制口；7-封蓋；8-高壓液體輸入口；9-控制室；10-堵頭；11-高壓源；12-低壓源；13、高壓電磁閥；14、低壓電磁閥；15、氣缸蓋具體實施方式
以下通過具體工作過程對本發(fā)明做進一步的說明。
參考附圖1～5，當氣門1開啟時，高壓電磁閥13開啟，低壓電磁閥14關(guān)閉。高壓流體經(jīng)壓力控制口6流入控制室9作用在液壓活塞5上。由于液壓活塞5上、下端液體的壓強相同，但液壓活塞5上端面液體的有效作用面積大于下端面，對液壓活塞而言就有一個向下的作用力，從而使液壓活塞5推動氣門1加速向下運動。當氣門運動到接近最大升程時，高壓電磁閥13關(guān)閉，液壓流體停止進入控制室9。隨著液壓活塞5的下移，控制室9的容積變大，而控制室內(nèi)9的流體總量卻保持不變，使控制室內(nèi)的壓力下降，而液壓活塞5下端液壓腔內(nèi)的壓力保持不變，這時液壓活塞受到向上的合力，但是由于慣性，氣門1將向下作減速運動。當氣門停止向下運動時，高壓電磁閥13、低壓電磁閥14均關(guān)閉，氣門停留在最大升程的位置。氣門關(guān)閉過程與氣門打開相似。低壓電磁閥14打開，高壓電磁閥13關(guān)閉。液壓活塞5上端壓力降低到和低壓源壓力相等，作用在液壓活塞5上的凈壓力使氣門加速向上運動。當接近落座位置時，液壓活塞上端壓力增大，氣門減速向上運動。
原來發(fā)動機即由凸輪驅(qū)動的氣門升程曲線如圖6所示，這個升程曲線在任何轉(zhuǎn)速下都是固定的。圖7所示為本實施例測試的結(jié)果。對比圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)，氣門升程的豐滿度得到了極大的改善，表明進氣量能夠極大的增加，而排氣則能夠更為徹底。
本發(fā)明的有意效果在于，電液驅(qū)動配氣機構(gòu)是無彈簧系統(tǒng)，由于無彈簧，氣門可以恒定地加速或減速運動，這使得可以采取比有彈簧的系統(tǒng)小很多的凈驅(qū)動力驅(qū)動氣門運動。更為有利的是，在無彈簧系統(tǒng)中只有氣門是機械運動部件，減少了運動零部件的數(shù)量和質(zhì)量，除可以降低能耗和噪聲外，還可達到優(yōu)化進排氣參數(shù)、改善燃燒過程、降低有害排放物、提高經(jīng)濟性的目的。
權(quán)利要求
1.無凸輪電液驅(qū)動的內(nèi)燃機配氣機構(gòu)，主要具有氣門(1)、氣門座體(3)，其特征在于氣門(1)通過其頂部的螺紋與液壓活塞(5)連接，通過氣門座體(3)中的氣門導(dǎo)管插入液壓腔(4)，在氣門座體(3)氣門導(dǎo)管的端口裝有密封圈(2)，液壓活塞(5)將液壓套筒分隔成液壓腔(4)和控制室(9)，液壓腔(4)與高壓液體輸入口(8)相通，控制室(9)與壓力控制口(6)相通，封蓋(7)將整個液壓室密封，堵頭(10)為加工工藝的密封口。
2.按照權(quán)利要求1所述的無凸輪電液驅(qū)動的內(nèi)燃機配氣機構(gòu)，其特征在于在高壓液體輸入口(8)以及壓力控制口(6)處分別接有高壓源(11)和低壓源(12)，高壓源與低壓源的連接采用高壓電磁閥(13)控制，低壓源的液體輸入或輸出由低壓電磁閥(14)控制。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的無凸輪電液驅(qū)動的內(nèi)燃機配氣機構(gòu)，其特征在于所述的液壓活塞(5)下端為內(nèi)螺紋上端為內(nèi)六角，液壓活塞(5)與氣門(1)均可在液壓腔(4)內(nèi)滑動。
全文摘要
無凸輪電液驅(qū)動的內(nèi)燃機配氣機構(gòu)，主要在于氣門通過其頂部的螺紋與液壓活塞連接并通過氣門座體中的氣門導(dǎo)管插入液壓腔。液壓活塞將液壓套筒分隔成液壓腔和控制室，液壓腔與高壓液體輸入口相通，控制室與壓力控制口相通。在高壓液體輸入口以及壓力控制口處分別接有高壓源和低壓源，高、低壓源的連接分別采用高、低壓電磁閥控制。本發(fā)明是無彈簧系統(tǒng)，氣門可以恒定地加速或減速運動，這使得可以采取比有彈簧的系統(tǒng)小很多的凈驅(qū)動力驅(qū)動氣門運動。更為有利的是，在無彈簧系統(tǒng)中只有氣門是機械運動部件，減少了運動零部件的數(shù)量和質(zhì)量，除可以降低能耗和噪聲外，還可達到優(yōu)化進排氣參數(shù)、改善燃燒過程、降低有害排放物、提高經(jīng)濟性的目的。
文檔編號F01L1/02GK1598252SQ200410020388
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者舒歌群, 李志銳, 蘇炎玲, 王立彪 申請人:天津大學(xué)