本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

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。

可變氣門技術(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)速度較快。然而它也有不可避免的缺點(diǎn)：高轉(zhuǎn)速下液壓系統(tǒng)流量不夠，氣門達(dá)到最大升程處及落座處速度快、沖擊力大。因此主要用于柴油機(jī)這種轉(zhuǎn)速較低的發(fā)動(dòng)機(jī)上，除此之外，還必須要采用昂貴的電液伺服系統(tǒng)及相對復(fù)雜的控制技術(shù)來精確的控制氣門行程避免落座沖擊，而且在多缸機(jī)上需要多套電磁閥系統(tǒng)，大大增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的成本。因此，研究靈活可變而成本又相對較低適用于多缸機(jī)的可變氣門系統(tǒng)勢在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種液壓可變氣門裝置，通過改變外部高壓油源以及襯套軸向初始位置，控制液壓流體的運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)氣門的可變。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種液壓可變氣門裝置，包括凸輪機(jī)構(gòu)，以及自外向內(nèi)依次套裝的外殼、襯套、活塞套和單桿活塞；所述的襯套、活塞套和單桿活塞同軸；

所述外殼上端開口，其側(cè)壁設(shè)有高壓通道和低壓通道，其下端設(shè)有氣門開口；

所述襯套的側(cè)壁設(shè)有一對與所述高壓通道和低壓通道分別連通的第二通道和第一通道，所述襯套沿軸向方向與所述外殼間隙滑動(dòng)配合；

所述凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪與所述活塞套的上端接觸，所述活塞套隨所述凸輪的型線沿軸向方向與襯套間隙滑動(dòng)配合；

所述活塞套的側(cè)壁上設(shè)有一第三通道；該第三通道隨著所述活塞套的上下移動(dòng)與所述第二通道或第一通道中的一個(gè)連通或全部斷開；

所述單桿活塞沿軸向方向與所述活塞套間隙滑動(dòng)配合，其活塞桿上套設(shè)有所述氣門預(yù)緊彈簧并與所述氣門固定連接，所述氣門與所述氣門開口相配合；

所述單桿活塞的活塞面積設(shè)為s；所述氣門預(yù)緊彈簧提供一初始預(yù)緊力f，所述氣門預(yù)緊彈簧的剛度系數(shù)設(shè)為k，所述低壓通道油壓壓力小于f/s，所述高壓通道油壓壓力大于等于[f+k(l1-l2)]/s。

進(jìn)一步的，所述外殼內(nèi)設(shè)有控制齒輪，所述襯套的外表面設(shè)有一組豎直方向與所述控制齒輪嚙合的外齒，所述控制齒輪帶動(dòng)所述襯套沿所述外殼內(nèi)壁上下滑動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述外殼內(nèi)還設(shè)有一齒輪軸，所述齒輪軸與所述控制齒輪固定連接。

進(jìn)一步的，所述活塞套的外回轉(zhuǎn)表面設(shè)有環(huán)形凹槽，所述第三通道設(shè)置在所述環(huán)形凹槽的內(nèi)底面上，并與所述活塞套的內(nèi)部連通，所述環(huán)形凹槽隨著所述活塞套的上下移動(dòng)與所述第二通道或第一通道中的一個(gè)連通或全部斷開。

進(jìn)一步的，所述第一通道下沿到所述第二通道上沿的距離設(shè)為l1，所述環(huán)形凹槽上沿到下沿的距離設(shè)為l2，所述l2小于所述l1。

進(jìn)一步的，所述凸輪機(jī)構(gòu)包括凸輪和凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述活塞套隨所述凸輪的型線沿軸向方向與襯套間隙滑動(dòng)配合，所述凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述凸輪沿軸心轉(zhuǎn)動(dòng)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的液壓可變氣門裝置具有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明所述的液壓可變氣門裝置，通過調(diào)節(jié)所述高壓通道內(nèi)的油壓以及襯套的初始位置，可以改變所述液壓腔中液壓流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)氣門的靈活可變，且取消了昂貴的電液伺服系統(tǒng)，不需要在每一個(gè)工作循環(huán)下都對液壓系統(tǒng)進(jìn)行操作，而是在氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律需要改變的工況下才對液壓參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證氣門運(yùn)動(dòng)靈活可變的基礎(chǔ)上可明顯降低成本，有利于可變氣門技術(shù)的工程化應(yīng)用，尤其適用于多缸柴油機(jī)。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的液壓可變氣門裝置初始狀態(tài)(凸輪未驅(qū)動(dòng)可變氣門裝置)下的示意圖；

圖2是本發(fā)明液壓可變氣門裝置中氣門即將開啟時(shí)的示意圖；

圖3是本發(fā)明液壓可變氣門裝置中氣門升程及關(guān)閉時(shí)刻可調(diào)時(shí)的示意圖；

圖4是本發(fā)明液壓可變氣門裝置中氣門開啟時(shí)刻可調(diào)時(shí)的示意圖；

圖5是本發(fā)明液壓可變氣門裝置所用符號(hào)的示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-凸輪；2-活塞套；3-齒輪軸；4-控制齒輪；5-環(huán)形凹槽；6-單桿活塞；7-襯套；8-外殼；9-氣門預(yù)緊彈簧；10-氣門；11-第二通道；12-高壓通道；13-低壓通道；14-第一通道；15-第三通道。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

如圖1至5所示，本發(fā)明包括凸輪機(jī)構(gòu)，以及自外向內(nèi)依次套裝的外殼8、襯套7、活塞套2和單桿活塞6；的襯套7、活塞套2和單桿活塞6同軸；

外殼8上端開口，其側(cè)壁設(shè)有高壓通道12和低壓通道13，其下端設(shè)有氣門開口；

襯套7的側(cè)壁設(shè)有一對與高壓通道12和低壓通道13分別連通的第二通道11和第一通道14，襯套7沿軸向方向與外殼8間隙滑動(dòng)配合；

凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪1與活塞套2的上端接觸，活塞套2隨凸輪1的型線沿軸向方向與襯套7間隙滑動(dòng)配合；

活塞套2的側(cè)壁上設(shè)有一第三通道15；該第三通道15隨著活塞套2的上下移動(dòng)與第二通道11或第一通道14中的一個(gè)連通或全部斷開；

單桿活塞6沿軸向方向與活塞套2間隙滑動(dòng)配合，其活塞桿上套設(shè)有氣門預(yù)緊彈簧9并與氣門10固定連接，氣門10與氣門開口相配合；

單桿活塞6配合安裝在活塞套2內(nèi)，其活塞桿由活塞套2的下端伸出，套設(shè)有氣門預(yù)緊彈簧9并與氣門10固定連接，該氣門10通過氣門預(yù)緊彈簧9與氣門開口相配合。

外殼8內(nèi)設(shè)有控制齒輪4，襯套7的外表面設(shè)有一組豎直方向與控制齒輪4嚙合的外齒，控制齒輪4帶動(dòng)襯套7沿外殼8內(nèi)壁上下滑動(dòng)。

外殼8內(nèi)還設(shè)有一齒輪軸3，齒輪軸3與控制齒輪4固定連接。

活塞套2的外回轉(zhuǎn)表面設(shè)有環(huán)形凹槽5，第三通道15設(shè)置在環(huán)形凹槽5的內(nèi)底面上，并與活塞套2的內(nèi)部連通，環(huán)形凹槽5隨著活塞套2的上下移動(dòng)與第二通道11或第一通道14中的一個(gè)連通或全部斷開。

第一通道14下沿到第二通道11上沿的距離設(shè)為l1，環(huán)形凹槽5上沿到下沿的距離設(shè)為l2，l2小于l1。

凸輪機(jī)構(gòu)包括凸輪1和凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，活塞套2隨凸輪1的型線沿軸向方向與襯套7間隙滑動(dòng)配合，凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)凸輪1沿軸心轉(zhuǎn)動(dòng)。

該外殼8上的高壓通道12的外端與外部的高壓油源連通，該高壓油可通過常用溢流閥或節(jié)流閥來調(diào)節(jié)所需要的供油壓力，該高壓通道12的內(nèi)端連通至所述外殼8的內(nèi)回轉(zhuǎn)表面。

該外殼8的低壓通道13的外端與外部的低壓油源聯(lián)通，該低壓通道13連通至外殼8的內(nèi)回轉(zhuǎn)表面。

該外殼8內(nèi)的齒輪軸3帶動(dòng)控制齒輪4旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過外齒帶動(dòng)襯套7沿軸向方向與外殼8間隙滑動(dòng)配合。

該襯套7側(cè)壁上的第二通道11和第一通道14的外端連通至襯套7的外回轉(zhuǎn)表面，內(nèi)端連通至襯套7的內(nèi)回轉(zhuǎn)表面，在襯套7靜止或移動(dòng)過程中，第二通道11與高壓通道12始終相通，第一通道14與低壓通道13始終相通。

活塞套2隨凸輪1的型線沿軸向方向與襯套7間隙滑動(dòng)配合，活塞套2上環(huán)形凹槽5上沿至下沿的豎直距離l2小于襯套7上第二通道11上沿至第一通道14下沿的豎直距離l1，第三通道15的外端與環(huán)形凹槽5連通，內(nèi)端連通至活塞套2內(nèi)回轉(zhuǎn)表面。

所述單桿活塞6的活塞桿套有氣門預(yù)緊彈簧9并與氣門10固定相連。

所述單桿活塞6的活塞面積設(shè)為s；所述氣門預(yù)緊彈簧9提供一初始預(yù)緊力f，所述氣門預(yù)緊彈簧9的剛度系數(shù)設(shè)為k，本發(fā)明中需將所述低壓油源壓力設(shè)為小于f/s，將所述高壓油源壓力設(shè)為大于等于[f+k(l1-l2)]/s。

所述單桿活塞6可沿軸向方向與活塞套2間隙滑動(dòng)配合；所述單桿活塞6無桿端與所述活塞套2形成一液壓腔；在所述活塞套2隨所述凸輪1的型線移動(dòng)過程中，所述液壓腔可依次經(jīng)過所述第三通道15、所述環(huán)形凹槽5與所述第一通道14和所述第二通道11中的一個(gè)相通或全部斷開；當(dāng)所述液壓腔對單桿活塞6的作用力大于所述初始預(yù)緊力f時(shí)，所述氣門10處于開啟狀態(tài)，當(dāng)所述液壓腔對單桿活塞6的作用力小于所述初始預(yù)緊力f時(shí)，所述氣門10處于關(guān)閉狀態(tài)。

本發(fā)明的工作過程如下：

在圖1中，假設(shè)凸輪1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)凸輪1凸起端與活塞套2上表面無接觸，凸輪1未驅(qū)動(dòng)可變氣門裝置，活塞套2與單桿活塞6無桿端形成的液壓腔分別經(jīng)過第三通道15、環(huán)形凹槽5、第一通道14、低壓通道13和低壓油源相通，由于低壓油源壓力小于f/s，因此單桿活塞6上表面所受的低壓油作用力小于氣門預(yù)緊彈簧9的初始預(yù)緊力f，氣門10處于關(guān)閉狀態(tài)。值得注意的是，如果低壓油源壓力大于f/s，則氣門10始終處于開啟狀態(tài)，將會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中導(dǎo)致活塞與氣門相撞，機(jī)構(gòu)損壞。

當(dāng)凸輪1繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直至凸輪1凸起端與活塞套2上表面接觸時(shí)，凸輪1開始驅(qū)動(dòng)可變氣門裝置，活塞套2沿軸向下移，活塞套2與單桿活塞6無桿端形成的液壓腔體積減小，該液壓腔中的液壓流體從第三通道15、環(huán)形凹槽5、第一通道14、低壓通道13流進(jìn)低壓油源，由于此時(shí)單桿活塞6上表面所受的低壓油作用力仍小于氣門預(yù)緊彈簧9的初始預(yù)緊力f，因此氣門10仍處于關(guān)閉狀態(tài)。

當(dāng)凸輪1繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞套2繼續(xù)下移，直至環(huán)形凹槽5上沿低于第一通道14下沿時(shí)，如圖2所示，活塞套2與單桿活塞6無桿端形成一封閉液壓腔，該液壓腔的油壓在凸輪1旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下迅速升高，對單桿活塞6無桿端的作用力大于氣門預(yù)緊彈簧9的初始預(yù)緊力f，活塞套2和單桿活塞6一起運(yùn)動(dòng)，氣門10逐漸開啟。

當(dāng)凸輪1繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞套2繼續(xù)下移，直至環(huán)形凹槽5與第二通道11相通時(shí)，如圖3所示，活塞套2與單桿活塞6無桿端形成的液壓腔分別經(jīng)過第三通道15、環(huán)形凹槽5、第二通道11、高壓通道12和高壓油源相通，此時(shí)如果單桿活塞6無桿端所受力大于此時(shí)氣門預(yù)緊彈簧9的總彈簧力(f+k×氣門升程)，則氣門10在原有凸輪1型線的基礎(chǔ)上升程加大；如果單桿活塞6無桿端所受力小于此時(shí)氣門預(yù)緊彈簧9的總彈簧力(f+k×氣門升程)，則氣門10在原有凸輪1型線的基礎(chǔ)上升程減?。煌ㄟ^調(diào)節(jié)高壓油源的壓力，改變單桿活塞6無桿端作用力，即可以實(shí)現(xiàn)氣門升程的變化。值得注意的是，當(dāng)高壓油源壓力小于等于[f+k(l1-l2)]/s時(shí)，即單桿活塞6無桿端所受力小于等于f+k(l1-l2)時(shí)，盡管凸輪1繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但多余的液壓油從活塞套2與單桿活塞6無桿端形成的液壓腔流回高壓源，氣門升程保持不變，為l1-l2，因此為實(shí)現(xiàn)氣門升程的可調(diào)，高壓油源壓力需大于等于[f+k(l1-l2)]/s。

當(dāng)凸輪1繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞套2到達(dá)最低點(diǎn)然后上移，直至環(huán)形凹槽5下沿高于第二通道11上沿但環(huán)形凹槽5上沿低于第一通道14下沿時(shí)，活塞套2與單桿活塞6無桿端又形成一封閉液壓腔，該封閉液壓腔的初始體積與高壓油源壓力有關(guān)，高壓油源壓力越高，該液壓腔封閉的液體體積越多，高壓油源壓力越低，該液壓腔封閉的液體體積越少。

當(dāng)凸輪1繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞套2上移，直至環(huán)形凹槽5上沿高于第一通道14下沿時(shí)，活塞套2與單桿活塞6無桿端形成的液壓腔分別經(jīng)過第三通道15、環(huán)形凹槽5、第一通道14、低壓通道13和低壓油源相通，該液壓腔中的液壓流體從第三通道15、環(huán)形凹槽5、第一通道14、低壓通道13流進(jìn)低壓油源，該液壓腔封閉的液體體積越多(高壓油源壓力越高)，氣門回落時(shí)間越長，從而實(shí)現(xiàn)氣門晚關(guān)，該液壓腔封閉的液體體積越少(高壓油源壓力越低)，氣門回落時(shí)間越短，從而實(shí)現(xiàn)氣門早關(guān)。因此通過調(diào)節(jié)高壓油源的壓力可以實(shí)現(xiàn)氣門升程和氣門關(guān)閉時(shí)刻的同時(shí)改變。

通過調(diào)節(jié)控制齒輪4，如圖4所示，假設(shè)控制齒輪4逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，襯套7下移，第一通道14下沿到環(huán)形凹槽5上沿的初始距離變長，凸輪1需要順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)更多角度才能使活塞套2與單桿活塞6無桿端形成封閉液壓腔帶動(dòng)氣門10開啟，從而實(shí)現(xiàn)氣門晚開；反之，當(dāng)控制齒輪4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，襯套7上移，第一通道14下沿到環(huán)形凹槽5上沿的距離變短，凸輪1只需要順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)更少角度即可使活塞套2與單桿活塞6無桿端形成封閉液壓腔帶動(dòng)氣門10開啟，從而實(shí)現(xiàn)氣門早開。

綜上，通過調(diào)節(jié)高壓油源的壓力以及控制齒輪4的旋轉(zhuǎn)角度(襯套7的初始位置)，即可實(shí)現(xiàn)靈活可變的氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本發(fā)明取消了昂貴的電液伺服系統(tǒng)，不需要在每一個(gè)工作循環(huán)下都對液壓系統(tǒng)進(jìn)行操作，而是在氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律需要改變的工況下才對液壓參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證氣門運(yùn)動(dòng)靈活可變的基礎(chǔ)上可明顯降低成本，有利于可變氣門技術(shù)的工程化應(yīng)用，尤其適用于多缸柴油機(jī)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。