專利名稱：帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)一種需要蓄能器進(jìn)行回程緩沖的液壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)至今仍然是熱效率最高、單位體積和單位重量功率最大的原動(dòng)機(jī)，應(yīng)用非常廣泛，然而隨著世界能源的逐漸短缺以及環(huán)境資源的不斷惡化，我們需要內(nèi)燃機(jī)滿足更嚴(yán)格的排放法規(guī)。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)采取固定型線的凸輪軸驅(qū)動(dòng)氣門，這使得內(nèi)燃機(jī)的排放與油耗并不能在所有的工況點(diǎn)達(dá)到最佳，因此，大多新型內(nèi)燃機(jī)都采用可變氣門技術(shù)控制排放， 降低油耗?？勺儦忾T技術(shù)目前主要分為基于凸輪軸的可變配氣技術(shù)及無凸輪配氣技術(shù)。前者主要改變機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，但是因?yàn)楸Ａ袅送馆?，其氣門只是相對可變，并不能任意可變。而無凸輪配氣技術(shù)則可以任意的改變氣門正時(shí)、升程及持續(xù)期。就驅(qū)動(dòng)方式來分，無凸輪配氣技術(shù)分為電磁驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電液驅(qū)動(dòng)等方式。相對于電磁驅(qū)動(dòng)的能耗大，電氣驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)速度低及不穩(wěn)定，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，電液驅(qū)動(dòng)的無凸輪配氣技術(shù)結(jié)構(gòu)相對簡單、響應(yīng)速度快。然而它也有不可避免的缺點(diǎn)氣門達(dá)到最大升程處及落座處速度快、沖擊力大，氣門磨損嚴(yán)重，能耗比較大。因此具有緩沖作用及能量回收裝置的可變氣門液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是未來研究的方向。蓄能器具有輔助動(dòng)力源、吸收脈動(dòng)和吸收沖擊的作用。因此，如果能把蓄能器應(yīng)用于可變氣門系統(tǒng)當(dāng)中，就可以在有效降低落座沖擊力，減緩落座速度的同時(shí)回收一部分液壓能量。但是，蓄能器一般固有頻率較低， 因此，除把蓄能器作為輔助動(dòng)力源外，國內(nèi)外鮮有把蓄能器作為電液可變氣門緩沖裝置的報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供一種帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了采用容量很小的蓄能器來提高整個(gè)系統(tǒng)的頻率，從而解決了因采用液壓技術(shù)驅(qū)動(dòng)的可變氣門在最大升程處及落座處沖擊力大，能量利用率低的難題，本實(shí)用新型液壓系統(tǒng)由供油回路、蓄能器回路和發(fā)動(dòng)機(jī)氣門機(jī)構(gòu)組成。氣門逐漸開啟，活塞下行時(shí)，蓄能器和氣門彈簧吸收能量；氣門逐漸關(guān)閉，活塞下行時(shí)，蓄能器和氣門彈簧釋放能量， 區(qū)別于傳統(tǒng)液壓缸需要的回油能量，一定程度上相當(dāng)于柱塞缸，在滿足系統(tǒng)需求的前提下， 能量利用率提高；在氣門徹底關(guān)閉前，通過控制電磁閥，關(guān)閉進(jìn)出油口，使蓄能器回收能量以降低落座速度，減緩液壓沖擊力。提前關(guān)閉進(jìn)出油口，氣門落座速度降低，推遲關(guān)閉進(jìn)出油口，氣門落座速度增大。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是由與發(fā)動(dòng)機(jī)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的供油回路和蓄能器回路構(gòu)成，所述供油回路由油箱、第一溢流閥、電機(jī)、油泵和一三位四通電磁閥組成，所述三位四通電磁閥與所述油泵連接，所述油泵通過所述電機(jī)帶動(dòng)，并從所述油箱吸油；所述第一溢流閥設(shè)置在所述油泵與所述三位四通電磁閥之間的油路上；所述三位四通電磁閥的中位機(jī)能為U型， 所述三位四通電磁閥的右位機(jī)能單獨(dú)進(jìn)油，所述三位四通電磁閥的左位機(jī)能單獨(dú)回油；所述蓄能器回路由液壓缸、蓄能器、單向閥和第二溢流閥組成，所述液壓缸的進(jìn)油口與所述三位四通電磁閥連接，所述液壓缸的回油口、所述蓄能器和所述單向閥依次連接至所述三位四通電磁閥，其中所述單向閥與所述蓄能器之間通過所述第二溢流閥通往所述油箱；所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括氣門和氣門彈簧，所述氣門與所述液壓缸的活塞桿之間設(shè)有一間隙。本實(shí)用新型帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，其中，所述液壓缸活塞桿直徑與活塞直徑之比大于0. 8，以保證蓄能器工作容積小，頻率響應(yīng)高。所述蓄能器的有效工作容積大于液壓缸下腔容積。在所述蓄能器蓄液量小于液壓缸下腔容積之前時(shí)第二溢流閥不溢流。所述蓄能器的最高允許壓力等于或大于所述第二溢流閥的溢流壓力。所述氣門與所述液壓缸的活塞桿之間的間隙小于1mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，便于控制，由于采用了蓄能器提供回油，因此不需要額外的回油，可以降低能耗；本實(shí)用新型利用蓄能器進(jìn)行緩沖，液壓沖擊很小，不需要額外的緩沖裝置；本實(shí)用新型電液可變氣門裝置實(shí)現(xiàn)蓄能及緩沖的方法是通過控制一三位四通電磁閥不同的轉(zhuǎn)換時(shí)刻，以控制氣門的落座速度，進(jìn)而控制氣門落座緩沖型線，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的氣門落座緩沖型線都能夠滿足需求。


附圖是本實(shí)用新型帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意簡圖< 圖中
1—第一溢流閥 2、4、6、7——油箱3——電機(jī)
溢流閥 9——?dú)忾T一位移傳感器 12-一蓄能器15-
8-
-第:
5——油泵 10——?dú)忾T彈簧11-13——液壓缸1 Α 6——電磁閥Pl-Ρ2——液壓缸有桿腔壓力Α2-
-液壓缸無桿腔壓力Al--活塞桿面積
-活塞桿 -單向閥 -活塞面積
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如附圖所示，本實(shí)用新型一種帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，由與發(fā)動(dòng)機(jī)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的供油回路和蓄能器回路構(gòu)成。所述供油回路由油箱、第一溢流閥1、電機(jī)3、油泵5和一三位四通電磁閥16組成， 所述三位四通電磁閥16與所述油泵5連接，所述油泵5通過所述電機(jī)3帶動(dòng)，并從所述油箱吸油；所述第一溢流閥1設(shè)置在所述油泵與所述三位四通電磁閥之間的油路上；所述三位四通電磁閥16的中位機(jī)能為U型，所述三位四通電磁閥16的左位機(jī)能單獨(dú)回油，所述三位四通電磁閥16的右位機(jī)能單獨(dú)進(jìn)油。[0020]所述蓄能器回路由液壓缸13、蓄能器14、單向閥15和第二溢流閥8組成，所述蓄能器14的有效工作容積大于液壓缸13下腔容積。在所述蓄能器14蓄液量小于液壓缸13 下腔容積之前時(shí)第二溢流閥8不溢流。所述蓄能器14的最高允許壓力等于或大于所述第二溢流閥8的溢流壓力。所述液壓缸13的進(jìn)油口與所述三位四通電磁閥16連接，所述液壓缸13的回油口、所述蓄能器14和所述單向閥15依次連接至所述三位四通電磁閥16，其中所述單向閥15與所述蓄能器14之間通過所述第二溢流閥8通往所述油箱。所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括氣門9和氣門彈簧10，所述氣門9與所述液壓缸的活塞桿12之間設(shè)有一氣門間隙，該間隙小于1mm。所述液壓缸活塞桿直徑與活塞直徑之比大于0. 8.。利用上述電液可變氣門裝置實(shí)現(xiàn)蓄能包括幾種以下情形當(dāng)所述三位四通電磁閥16處于右位時(shí)，液壓油從所述三位四通電磁閥16依次流經(jīng)所述液壓缸13、所述蓄能器14、所述第二溢流閥8至油箱；當(dāng)所述三位四通電磁閥16處于中位時(shí)，液壓油從所述液壓缸13依次流經(jīng)所述電磁閥16、所述單向閥15至所述蓄能器14構(gòu)成一回路，與此同時(shí)，還有一路液壓油從所述第二溢流閥8溢出；當(dāng)所述三位四通電磁閥16處于左位時(shí)，液壓油從所述蓄能器14流經(jīng)所述液壓缸 13至所述三位四通電磁閥16，所述氣門9開啟和關(guān)閉時(shí)，所述蓄能器14均起到緩沖作用。本實(shí)用新型一種帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置的工作過程是首先，氣門9關(guān)閉時(shí)，活塞桿12靜止，此時(shí)，三位四通電磁閥16處于中位，油泵5到液壓缸13的進(jìn)油油路截?cái)?，液壓油從第一溢流閥1溢出。當(dāng)三位四通電磁閥16處于右位時(shí)，油泵5到液壓缸13的進(jìn)油油路打開，液壓缸13 無桿腔開始充油，液壓缸13有桿腔開始排油，活塞桿12經(jīng)過微小距離(即氣門9與活塞桿 12之間的微小間隙，該間隙小于Imm)后與氣門9接觸，克服氣門彈簧10預(yù)緊力向下運(yùn)動(dòng)， 氣門9逐漸開啟，此時(shí)蓄能器14進(jìn)行充油，當(dāng)充油壓力超過第二溢流閥8的設(shè)定壓力時(shí)，液壓油從第二溢流閥8溢出，避免液壓力過大保證系統(tǒng)安全。設(shè)活塞面積為Al，活塞桿面積為A2，液壓缸無桿腔壓力為P1，液壓缸有桿腔壓力為P2，隨著活塞桿12下移，氣門彈簧10的彈簧力逐漸加大，蓄能器14內(nèi)部壓力也逐漸升高，加速度從正開始變負(fù)，氣門速度逐漸下降，當(dāng)氣門9達(dá)到預(yù)定最大升程時(shí)，令三位四通電磁閥16處于中位，油泵5到液壓缸13的進(jìn)油油路截?cái)啵簤焊?3無桿腔與單向閥15、 蓄能器14、液壓缸13有桿腔構(gòu)成回路，由于此時(shí)蓄能器14和第二溢流閥8共同作用，避免了傳統(tǒng)電液可變氣門系統(tǒng)由于油路突然關(guān)閉而導(dǎo)致液壓缸13有桿腔壓力P2瞬間過高的不利因素。同時(shí)，由于液壓缸13活塞面積Al遠(yuǎn)大于活塞面積與活塞桿面積之差A(yù)1-A2，所以液壓缸無桿腔壓力Pl X活塞面積Al能夠迅速與液壓缸有桿腔壓力P2 X (活塞面積Al-活塞桿面積A2) +氣門彈簧10的彈簧力建立平衡關(guān)系。例如，當(dāng)液壓缸無桿腔壓力PlX活塞面積Al大于液壓缸有桿腔壓力P2 X (活塞面積Al-活塞桿面積A2) +氣門彈簧10的彈簧力時(shí)，活塞向下微動(dòng)，液壓缸無桿腔壓力Pl變小，而液壓缸有桿腔壓力P2與氣門彈簧10 的彈簧力增大，因此平衡；當(dāng)液壓缸無桿腔壓力PlX活塞面積Al小于液壓缸有桿腔壓力 P2X (活塞面積Al-活塞桿面積A2) +氣門彈簧10的彈簧力時(shí)，活塞向上微動(dòng)，液壓缸無桿腔壓力Pl變大，而液壓缸有桿腔壓力P2與氣門彈簧10的彈簧力變小，如果還不平衡的話，直到通過單向閥15作用，使液壓缸無桿腔壓力Pl =液壓缸有桿腔壓力P2，然后，液壓缸無桿腔壓力Pl和液壓缸有桿腔壓力P2共同增大，最后平衡，在平衡之前要保證第二溢流閥8 的工作壓力均大于液壓缸無桿腔壓力P1、液壓缸有桿腔壓力P2，如果未能保證第二溢流閥 8的工作壓力大于液壓缸無桿腔壓力Pl和液壓缸有桿腔壓力P2，活塞將繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，直到氣門彈簧10的彈簧力變得足夠小，重新平衡。當(dāng)三位四通電磁閥16處于左位時(shí)，液壓缸13無桿腔開始回油，活塞桿12向上移動(dòng)，氣門逐漸關(guān)閉，此時(shí)蓄能器14進(jìn)行放油，與氣門彈簧10—起作用，活塞桿12加速上行， 上行過程中，液壓缸有桿腔壓力P2逐漸降低。通過位移傳感器11監(jiān)測氣門升程，當(dāng)氣門距離氣門座一微小距離時(shí)(如Imm左右)，控制三位四通電磁閥16回到中位，此時(shí)液壓缸13 無桿腔與單向閥15、蓄能器14、液壓缸13有桿腔重新構(gòu)成回路。此時(shí)緩沖壓力(液壓缸無桿腔壓力)P1大于液壓缸有桿腔壓力P2，一部分液壓油通過單向閥15重新回到蓄能器14 當(dāng)中，沖擊力降低，氣門緩慢關(guān)閉，保證氣門落座速度< 0. 5m/s，如未能達(dá)到預(yù)定速度，可以通過提前或延后關(guān)閉進(jìn)排油通路來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)氣門9徹底關(guān)閉時(shí)，活塞桿12與氣門9脫離， 此時(shí)氣門彈簧10的彈簧力不再起作用，活塞克服慣性運(yùn)動(dòng)，速度大幅下降。由于單向閥15 的鎖定作用，最終活塞桿穩(wěn)定在氣門間隙內(nèi)，為下一循環(huán)作準(zhǔn)備。綜上，本實(shí)用新型是一種能夠在氣門最大升程處及落座處都能起到有效緩沖且具有降低能耗作用的電液可變氣門系統(tǒng)。通過控制一三位四通電磁閥16的換向，可以實(shí)現(xiàn)氣門9上升時(shí)氣門彈簧10與蓄能器14吸收能量；回落途中氣門彈簧10與蓄能器14釋放能量；落座時(shí)氣門彈簧10釋放能量，蓄能器14吸收能量，從而最終實(shí)現(xiàn)氣門9加速上升—— 緩慢上升——加速下降——緩慢下降——平穩(wěn)落座的運(yùn)動(dòng)特性。與傳統(tǒng)液壓可變氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡單、控制簡單。盡管上面結(jié)合圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，例如用柱塞缸代替液壓缸13，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，由與發(fā)動(dòng)機(jī)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的供油回路和蓄能器回路構(gòu)成，其特征在于所述供油回路由油箱、第一溢流閥(1)、電機(jī)(3)、油泵(5)和一三位四通電磁閥(16) 組成，所述三位四通電磁閥(16)與所述油泵( 連接，所述油泵( 通過所述電機(jī)(3)帶動(dòng)，并從所述油箱吸油；所述第一溢流閥(1)設(shè)置在所述油泵與所述三位四通電磁閥之間的油路上；所述三位四通電磁閥(16)的中位機(jī)能為U型，所述三位四通電磁閥(16)的右位機(jī)能單獨(dú)進(jìn)油，所述三位四通電磁閥(16)的左位機(jī)能單獨(dú)回油；所述蓄能器回路由液壓缸(13)、蓄能器(14)、單向閥(1 和第二溢流閥(8)組成，所述液壓缸(1 的進(jìn)油口與所述三位四通電磁閥(16)連接，所述液壓缸(1 的回油口、所述蓄能器(14)和所述單向閥(1 依次連接至所述三位四通電磁閥(16)，其中所述單向閥 (15)與所述蓄能器(14)之間通過所述第二溢流閥(8)通往所述油箱；所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括氣門(9)和氣門彈簧(10)，所述氣門(9)與所述液壓缸的活塞桿(12)之間設(shè)有一間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，其特征在于所述液壓缸活塞桿直徑與活塞直徑之比大于0. 8.。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，其特征在于所述蓄能器(14)的有效工作容積大于液壓缸(13)下腔容積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，其特征在于在所述蓄能器(14)蓄液量小于液壓缸(1 下腔容積之前時(shí)第二溢流閥(8)不溢流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，其特征在于所述蓄能器(14)的最高允許壓力等于或大于所述第二溢流閥(8)的溢流壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，其特征在于所述氣門(9)與所述液壓缸的活塞桿(12)之間的間隙小于1mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種帶蓄能器緩沖作用的電液可變氣門裝置，由與發(fā)動(dòng)機(jī)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的供油回路和蓄能器回路構(gòu)成。供油回路由油箱、第一溢流閥、電機(jī)、油泵和一三位四通電磁閥組成，該三位四通電磁閥為一U型中位機(jī)能電磁閥；蓄能器回路由液壓缸、蓄能器、單向閥和第二溢流閥組成。通過控制電磁閥的換向，可以實(shí)現(xiàn)氣門上升時(shí)氣門彈簧與蓄能器吸收能量；回落途中氣門彈簧與蓄能器釋放能量；落座時(shí)氣門彈簧釋放能量，蓄能器吸收能量，從而最終實(shí)現(xiàn)氣門加速上升-緩慢上升-加速下降-緩慢下降-平穩(wěn)落座的運(yùn)動(dòng)特性。本實(shí)用新型能夠在氣門最大升程處及落座處都能起到有效緩沖且具有降低能耗作用。與傳統(tǒng)液壓可變氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡單、控制簡單。
文檔編號(hào)F15B1/02GK202194869SQ20112031436
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者堯命發(fā), 張翔宇, 童來會(huì), 鄭尊清 申請人:天津大學(xué)