一种无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构

摘要

本发明提供了一种无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，包括凸轮轴、定子和气门；凸轮轴套于定子上，并可绕定子做旋转运动；定子内部设有活塞和活塞弹簧，活塞弹簧给活塞提供向上的弹簧力；活塞杆下端固定连接滚轮，滚轮下端固定连接气门；凸轮轴内壁与定子外壁之间设有与滚轮配合的导向槽，导向槽为凸轮形状；通过控制活塞上端液压力大小，可以改变活塞相对于定子的移动距离，从而实现气门最大升程的可变。本发明取消了气门弹簧，可以实现更高充气效率，同时控制简单，有利于可变气门技术的工程化应用。

权利要求

1.一种无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，其特征在于：包括凸轮轴(1)、定子(2)和气门(6)；

所述凸轮轴(1)套于所述定子(2)上，并可绕所述定子(2)做旋转运动；所述凸轮轴(1)内壁与所述定子(2)外壁之间设有导向槽(3)，所述导向槽(3)为凸轮形状；

所述定子(2)内部设有活塞(8)，所述活塞(8)可沿所述定子(2)内壁间隙滑动，且自上而下把所述定子(2)的内部空间分为液压腔(9)和空气腔(7)；所述活塞(8)的活塞杆下端固定连接滚轮(5)，所述滚轮(5)下端固定连接气门(6)，所述滚轮(5)与所述导向槽(3)互相配合；

所述空气腔(7)设有活塞弹簧(4)并套于所述活塞(8)的活塞杆上，给所述活塞(8)提供向上的弹簧力，所述空气腔(7)下端设有开口，并与外界大气环境相通；

所述导向槽(3)横截面上的最小距离大于所述滚轮(5)的直径；所述导向槽(3)的最高凸起位置限制了所述滚轮(5)向下移动的最大距离，即所述气门(6)的最大升程。

2.根据权利要求1所述的无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，其特征在于：所述凸轮轴(1)每转一圈，所述滚轮(5)上下运动一次，使所述气门(6)开启关闭一次。

3.根据权利要求1所述的无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，其特征在于：所述定子(2)外表面还设有挡圈(11)。

4.根据权利要求1所述的无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，其特征在于：所述定子(2)内部还设有油道(10)，所述油道(10)一端与所述液压腔(9)相连，所述油道(10)另一端与外界油压控制单元相连。

说明书

一种无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构

技术领域

[0001] 本发明属于发动机可变气门液压执行机构技术领域，尤其是涉及一种无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构。

背景技术

[0002] 内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更
严格的排放法规。传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油
耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术控制排放，
降低油耗。

[0003] 可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术及无凸轮配气技术。前者主要改变机械结构，因此结构简单，响应速度快，但是因为保留了凸轮，其气门只是相对可
变，并不能任意可变。而无凸轮配气技术则可以任意的改变气门正时、升程及持续期。就驱
动方式来分，无凸轮配气技术分为电磁驱动、电气驱动、电机驱动、电液驱动等方式。相对于
电磁驱动的能耗大，电气驱动的响应速度低及不稳定，电机驱动的系统复杂等缺点，电液驱
动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度较快。然而它也有不可避免的缺点：高转速下
液压系统流量不够，气门达到最大升程处及落座处速度快、冲击力大。因此主要用于柴油机
这种转速较低的发动机上，除此之外，还必须要采用昂贵的电液伺服系统及相对复杂的控
制技术来精确的控制气门行程避免落座冲击，大大增加了发动机的成本。因此，需要针对发
动机具体的用途来采用合适的可变气门技术。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明旨在提出一种无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，通过改变机构内部液压流体的压力大小，最终实现气门升程的可变。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，包括凸轮轴、定子和气门；

[0007] 所述凸轮轴套于所述定子上，并可绕所述定子做旋转运动；所述凸轮轴内壁与所述定子外壁之间设有导向槽，所述导向槽为凸轮形状；

[0008] 所述定子内部设有活塞，所述活塞可沿所述定子内壁间隙滑动，且自上而下把所述定子的内部空间分为液压腔和空气腔；所述活塞的活塞杆下端固定连接滚轮，所述滚轮
下端固定连接气门，所述滚轮与所述导向槽互相配合；

[0009] 所述空气腔设有活塞弹簧并套于所述活塞的活塞杆上，给所述活塞提供向上的弹簧力，所述空气腔下端设有开口，并与外界大气环境相通。

[0010] 进一步的，所述凸轮轴每转一圈，所述滚轮上下运动一次，使所述气门开启关闭一次。

[0011] 进一步的，所述定子外表面还设有挡圈。

[0012] 进一步的，所述定子内部还设有油道，所述油道一端与所述液压腔相连，所述油道另一端与外界油压控制单元相连。

[0013] 进一步的，所述导向槽横截面积的最小距离大于所述滚轮的直径。

[0014] 相对于现有技术，本发明所述的无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，具有以下优势：

[0015] 本发明所述的无气门弹簧发动机液压式可变气门升程机构，通过改变机构中液压流体的压力大小，可以改变滚轮与导向槽之间的配合规律，从而实现气门最大升程的可变，
本发明无需气门弹簧，可以实现更高充气效率，不需要在每一个工作循环下都对液压系统
进行操作，而是在气门运动规律需要改变的工况下才对液压参数进行调整，保证气门运动
灵活可变的基础上可明显降低成本，有利于可变气门技术的工程化应用。

附图说明

[0016] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0017] 图1是本发明实施例处于气门关闭时的示意图；

[0018] 图2是本发明实施例处于气门开启时的示意图；

[0019] 图3是本发明实施例处于气门回落时的示意图；

[0020] 图4是本发明实施例处于气门开启时的主视图；

[0021] 图5是图4中A-A向剖视图。

[0022] 附图标记说明：

[0023] 1.凸轮轴，2.定子，3.导向槽，4.活塞弹簧，5.滚轮，6.气门，7.空气腔，8.活塞，9.液压腔；10.油道，11.挡圈。

具体实施方式

[0024] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0025] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。

[0026] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0027] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0028] 如图1至图5所示，本发明包括凸轮轴1、定子2和气门6；

[0029] 所述凸轮轴1套于所述定子2上，并可绕所述定子2做旋转运动；所述凸轮轴1内壁与所述定子2外壁之间设有导向槽3，所述导向槽3为凸轮形状；所述定子2内部设有活塞8，
所述活塞8可沿所述定子2内壁间隙滑动，且自上而下把所述定子2的内部空间分为液压腔9
和空气腔7；所述活塞8的活塞杆下端固定连接滚轮5，所述滚轮5下端固定连接气门6，所述
滚轮5与所述导向槽3互相配合；所述空气腔7设有活塞弹簧4并套于所述活塞8的活塞杆上，
给所述活塞8提供向上的弹簧力，所述空气腔7下端设有开口并与外界大气环境相通；

[0030] 所述凸轮轴1每转一圈，所述滚轮5上下运动一次，使所述气门6开启关闭一次；通过调节所述液压腔9中的液压流体的压力大小，可以改变所述活塞8所受向下的液压力与所
述活塞8所受向上的弹簧力之间的作用关系，从而改变所述活塞8相对于所述定子2的运动
距离，进而实现所述气门6升程的可变；

[0031] 所述定子2外表面还设有挡圈11，限制所述凸轮轴1沿所述定子2的轴向运动；

[0032] 所述导向槽3的最高凸起位置限制了所述气门6的最大升程；

[0033] 所述定子2内部还设有油道10，所述油道10一端与所述液压腔9相连，所述油道10另一端与外界油压控制单元相连；

[0034] 所述导向槽3横截面积的最小距离略大于所述滚轮5的直径，以避免所述滚轮5受热膨胀后卡住所述导向槽3。

[0035] 本发明的工作过程如下：

[0036] 在图1中，所述滚轮5与所述导向槽3的基圆部分接触配合，所述气门6处于关闭状态；

[0037] 在图2中，所述凸轮轴1的旋转使得所述导向槽3处于凸起阶段，当所述活塞6所受的向下液压力大于所述活塞弹簧4向上的弹簧力时，所述活塞6带动所述滚轮5以及所述气
门6向下运动，直至所述活塞6所受的向下液压力与所述活塞弹簧4向上的弹簧力处于平衡，
此时所述气门6处于开启状态；其中导向槽3的最高凸起位置限制了所述滚轮5向下移动的
最大距离，即限制了所述气门6的最大升程。

[0038] 在图3中，所述凸轮1的继续旋转使得所述导向槽3对所述滚轮5施加向上的作用力，并克服所述活塞6所受的向下液压力，所述滚轮5带动所述气门6向上运动，所述气门6回
落，直至关闭。周而复始，开始下一循环。

[0039] 当气门最大升程需要增大时，利用外界油压控制单元增大所述液压腔9中的液压流体的压力，相比图2，所述活塞6将向下移动并重新使所述活塞6所受的向下液压力与所述
活塞弹簧4向上的弹簧力处于新平衡；

[0040] 当气门最大升程需要减小时，利用外界油压控制单元减小所述液压腔9中的液压流体的压力，相比图2，所述活塞6将向上移动并重新使所述活塞6所受的向下液压力与所述
活塞弹簧4向上的弹簧力处于新平衡；值得注意的是，当所述液压腔9中的液压流体压力足
够小时，所述气门6将一直处于关闭状态，可以实现发动机断缸节油功能。

[0041] 综上，通过调节所述液压腔9中的液压流体的压力大小，可以改变所述活塞8所受向下的液压力与所述活塞8所受向上的弹簧力之间的作用关系，从而改变所述活塞8相对于
所述定子2的运动距离，进而实现所述气门6升程的可变。本发明无需气门弹簧，可以实现更
高充气效率，本发明不需要在每一个工作循环下都对液压系统进行操作，而是在气门最大
升程需要改变的工况下才对液压参数进行调整，保证气门运动灵活可变的基础上可明显降
低发动机成本并提高液压元器件的寿命，有利于可变气门技术的工程化应用。

[0042] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。