一种柴油机可变气门与可变几何压缩比集成系统

摘要

本发明提供了一种柴油机可变气门与可变几何压缩比集成系统，包括液压缸、第一单杆活塞、第二单杆活塞、气门和电磁阀；所述第一单杆活塞的活塞端可沿所述液压缸的内壁上下运动，并把所述液压缸内部自上而下分为无杆腔和有杆腔；所述第一单杆活塞的活塞杆内部设有第三油道，在第一单杆活塞运动到最上端时，所述第三油道与所述有杆腔相通；所述第二单杆活塞设置在所述气门内，并可沿所述气门的内壁上下运动，运动过程中，所述第二单杆活塞的杆身中部以及活塞头部可分别与所述气门之间形成第一液压腔和第二液压腔。本发明通过控制电液气门，同时实现不同气门运动规律与不同几何压缩比。

权利要求

1.一种柴油机可变气门与可变几何压缩比集成系统，其特征在于：包括液压缸(1)、第一单杆活塞(2)、第二单杆活塞(4)和气门(8)；

所述第一单杆活塞(2)的活塞端可沿所述液压缸(1)的内壁上下运动，并把所述液压缸(1)内部自上而下分为无杆腔和有杆腔；所述液压缸(1)的壁面设有分别与无杆腔和有杆腔连通的第一油道(11)和第二油道(10)，所述第一油道(11)和第二油道(10)的外侧通过电磁阀(12)与外部油源连接；

所述第一单杆活塞(2)的活塞杆内部设有第三油道(3)，一端连通其活塞杆底部端面，另一端连通活塞杆的侧面，在第一单杆活塞(2)运动到最上端时，所述第三油道(3)与所述有杆腔相通；

所述第一单杆活塞(2)的活塞杆端与所述气门(8)的顶部固定连接；

所述第二单杆活塞(4)设置在所述气门(8)内，并可沿所述气门(8)的内壁上下运动，运动过程中，所述第二单杆活塞(4)的杆身中部以及活塞头部可分别与所述气门(8)之间形成第一液压腔(5)和第二液压腔(7)；所述第二单杆活塞(4)内部沿轴向设有第四油道(6)，所述第四油道(6)两端分别与所述第三油道(3)和第二液压腔(7)相通；所述第二单杆活塞(4)内部径向设有连通第一液压腔(5)和第四油道(6)的第五油道(9)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第二单杆活塞(4)的活塞杆包括直径不同的第一段和第二段，远离活塞端的第一段的直径大于第二段的直径，所述气门(8)内设有与第一段和第二段配合的内腔和阶梯结构，第二单杆活塞(4)在运动过程中，阶梯结构处形成第一液压腔(5)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第二单杆活塞(4)的活塞杆与活塞端连接处设有连通第四油道(6)与第二液压腔(7)的环形的凹槽。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述电磁阀(12)为三位四通电磁阀，其外接高压和低压油源，高压油源压力小于柴油机缸内最高燃烧压力。

说明书

一种柴油机可变气门与可变几何压缩比集成系统

技术领域

[0001] 本发明属于内燃机系统领域，尤其是涉及一种柴油机可变气门与可变几何压缩比集成系统。

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
严格的经济性与排放法规。

[0003] 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；与此同时，研究人员希望在中低负荷适当提高几何压缩比来进
一步改善油耗，而在高负荷工况下降低几何压缩比避免爆燃，实现更高功率输出。因此，大
多新型内燃机都采用可变气门技术甚至可变几何压缩比技术控制排放，降低油耗。

[0004] 相对于其它可变气门技术，电液直接驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响应速度较快。变几何压缩比方式主要有偏心衬套方式、气缸盖活动方式、多连杆方式、可变活
塞方式、燃烧室容积可变方式等。其中燃烧室容积可变方式是通过设置在气缸内的副活塞
往复运动改变燃烧室容积，相比其它方式，结构与控制简单，但由于占用了气缸盖底板面
积，导致进排气门面积降低，对充气效率产生不利影响。

[0005] 对于柴油机来讲，其最高爆发压力可达20MPa以上，而一般电液气门系统压力处于7-15MPa之间。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油机可变气门与可变几何压缩比集成系统，通过控制电液气门，同时实现不同气门运动规律与不同几何压缩比。

[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0008] 一种柴油机可变气门与可变几何压缩比集成系统，包括液压缸、第一单杆活塞、第二单杆活塞、气门；所述第一单杆活塞的活塞端可沿所述液压缸的内壁上下运动，并把所述
液压缸内部自上而下分为无杆腔和有杆腔；所述液压缸的壁面设有分别与无杆腔和有杆腔
连通的第一油道和第二油道，所述第一油道和第二油道的外侧通过电磁阀与外部油源连
接；所述第一单杆活塞的活塞杆内部设有第三油道，一端连通其活塞杆底部端面，另一端连
通活塞杆的侧面，在第一单杆活塞运动到最上端时，所述第三油道与所述有杆腔相通；所述
第一单杆活塞的活塞杆端与所述气门的顶部固定连接；所述第二单杆活塞设置在所述气门
内，并可沿所述气门的内壁上下运动，运动过程中，所述第二单杆活塞的杆身中部以及活塞
头部可分别与所述气门之间形成第一液压腔和第二液压腔；所述第二单杆活塞内部沿轴向
设有第四油道，所述第四油道两端分别与所述第三油道和第二液压腔相通；所述第二单杆
活塞内部径向设有连通第一液压腔和第四油道的第五油道。

[0009] 进一步的，所述第二单杆活塞的活塞杆包括直径不同的第一段和第二段，远离活塞端的第一段的直径大于第二段的直径，所述气门内设有与第一段和第二段配合的内腔和
阶梯结构，第二单杆活塞在运动过程中，阶梯结构处形成第一液压腔。

[0010] 进一步的，所述第二单杆活塞的活塞杆与活塞端连接处设有连通第四油道与第二液压腔的环形的凹槽。

[0011] 进一步的，所述电磁阀为三位四通电磁阀，其外接高压和低压油源，高压油源压力小于柴油机缸内最高燃烧压力。

[0012] 相对于现有技术，本发明具有以下优势：

[0013] 本发明通过控制电液气门，同时实现不同气门运动规律与不同几何压缩比，结构与控制相对简单，集成化程度高，不占用气缸盖底板面积，不对充气效率产生不利影响。

附图说明

[0014] 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：

[0015] 图1是本发明实施例处于气门开启状态时的示意图；

[0016] 图2是本发明实施例处于气门关闭状态时的示意图(几何压缩比可变)；

[0017] 图3是本发明实施例中电磁阀与外接高低压油源的示意图。

[0018] 附图标记说明：

[0019] 1.液压缸，2.第一单杆活塞，3.第三油道，4.第二单杆活塞，5.第一液压腔，6.第四油道，7.第二液压腔，8.气门，9.第五油道，10.第二油道，11.第一油道，12.电磁阀。

具体实施方式

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0024] 如图1至图3所示，本实施例系统包括液压缸1、第一单杆活塞2、第二单杆活塞4、气门8；

[0025] 所述第一单杆活塞2的活塞端可沿所述液压缸1的内壁上下运动，并把所述液压缸1内部自上而下分为无杆腔和有杆腔；所述液压缸1壁面设有第一油道11和第二油道10，所
述第一油道11和所述第二油道10的外侧两端与电磁阀12连接，所述电磁阀12为三位四通电
磁阀，通过三位四通电磁阀与外部油源连接，内侧两端分别与所述无杆腔和所述有杆腔相
通；

[0026] 所述第一单杆活塞2的活塞杆内部设有第三油道3，一端连通其活塞杆底部端面，另一端连通活塞杆的侧面，在第一单杆活塞2运动到最上端时，所述第三油道3与所述有杆
腔相通；

[0027] 所述第一单杆活塞2的活塞杆端与所述气门8的顶部固定连接；

[0028] 所述第二单杆活塞4设置在所述气门8内，并可沿所述气门8的内壁上下运动，运动过程中，所述第二单杆活塞4的杆身中部以及活塞头部可分别与所述气门8之间形成第一液
压腔5和第二液压腔7；所述第二单杆活塞4内部沿轴向设有第四油道6，所述第四油道6两端
分别与所述第三油道3和第二液压腔7相通；所述第二单杆活塞4内部径向设有连通第一液
压腔5和第四油道6的第五油道9。

[0029] 所述第二单杆活塞4的活塞杆包括直径不同的第一段和第二段，远离活塞端的第一段的直径大于第二段的直径，所述气门8内设有与第一段和第二段配合的内腔和阶梯结
构，第二单杆活塞4在运动过程中，阶梯结构处形成第一液压腔5；所述第一液压腔5的高度
限制了所述第二单杆活塞4沿所述气门8内壁上下运动的最大距离。

[0030] 所述第二单杆活塞4的活塞杆与活塞端连接处设有环形的凹槽，实现第四油道6与第二液压腔7的连通。

[0031] 所述三位四通电磁阀外接高压和低压油源，高压油源压力小于柴油机缸内最高燃烧压力。

[0032] 本实施例的工作过程如下：

[0033] 当所述电磁阀12处于上位机能时，如图1所示，此时所述第一油道11与高压油源相通，所述第二油道10与低压油源相通，在液压力的作用下，所述第一单杆活塞2向下运动实
现气门开启。

[0034] 当所述电磁阀12处于下位机能时，此时所述第一油道11与低压油源相通，所述第二油道10与高压油源相通，在液压力的作用下，所述第一单杆活塞2向上运动，气门开始回
落，直至气门关闭，如图2所示。此时，第一单杆活塞2运动到最上端，所述第三油道3与所述
有杆腔相通进而与高压油源相通，由于气门刚关闭时，发动机缸内压力较低，在液压力的作
用下，所述第二单杆活塞4相对于所述气门8向下运动，第一液压腔5容积逐渐减小直至为0，
此时作为几何压缩比改变之前的基准位置，由于第二单杆活塞4向外突出最大，燃烧室内空
间最小，对应着最大几何压缩比。随着发动机缸内的压力增大，特别是当燃烧时急剧上升的
压力超过高压油源压力时，在综合作用力下，所述第二单杆活塞4相对于所述气门8向上运
动，第一液压腔5容积逐渐增大，几何压缩比逐渐减小，当达到预定几何压缩比位置时，此时
控制所述电磁阀12处于中位机能，所述第一油道11与所述第二油道10处于断开状态，几何
压缩比固化。

[0035] 由此，周而复转，进行气门的开启与关闭。

[0036] 由于几何压缩比具有基准位置，因此通过标定，采用开环控制即可实现几何压缩比的精确控制，控制简单。

[0037] 综上，通过控制所述电磁阀12的上位机能与下位机能的切换时刻，即可以实现气门运动规律的改变，进一步通过控制中位机能的切换，还可实现几何压缩比的可变。

[0038] 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。