一种进气门装置、配气系统及配气相位切换方法与流程

本发明涉及发动机设备技术领域，尤其涉及一种进气门装置、配气系统及配气相位切换方法。

背景技术：

随着环境的恶化和温室效应的影响，人们对传统柴油机排放污染物关注的同时，也越来越关注二氧化碳的排放，这就需要柴油机技术路线升级过程中，需要对更多的变量实现可控，配气机构作为柴油机进气系统的主要装置，其对进气量、配气相位的灵活控制与否关系到柴油机的性能与排放指标。

其中，配气机构是发动机的重要组成部分，其主要功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。气门式配气机构主要由气门组和气门传动组两部分构成。

配气相位，又称配气定时，是以曲轴转角表示的进排气门开闭时刻及其开启持续时间。不同的发动机，由于结构和转速的不同，其配气定时也不相同，即使是同一台发动机，其配气定时也应随转速的变化而变化，目前大多数发动机采用不变的配气定时，它只适用于发动机某一常用转速。

现在的柴油机多采用的是固定配气相位，即在全负荷全工况下的配气相位是唯一的，这样不利于实现对进气系统的灵活控制，且不利于实现全工况下最优的柴油机性能。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种进气门装置、配气系统及配气相位切换方法，该装置能同时满足气门的米勒升程和普通正常升程的性能和动力学要求，以实现气门升程的灵活可控切换，从而使得该配气系统在不同工况下都能实现性能与排放的最优状态。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种进气门装置，包括顺次连接的凸轮、气门传动机构和进气门，所述凸轮转动推动气门传动机构运动，以控制所述进气门的开启和关闭；所述凸轮的轮廓线包括多段分别具有不同升程的型线，以使所述气门传动机构能带动进气门分别实现多种配气相位；所述气门传动机构上设置有液压控制机构，所述液压控制机构用于控制进气门在各种配气相位之间切换。

进一步的，所述凸轮的轮廓线包括基圆、第一型线和第二型线，所述第一型线通过第二型线与基圆连接，且所述第一型线的升程大于所述第二型线的升程。

进一步的，所述第一型线的两端分别通过所述第二型线与基圆连接。

进一步的，所述气门传动机构包括挺柱导杆组、摇臂轴和驱动活塞，所述摇臂轴的一端通过挺柱导杆组与凸轮连接，且所述摇臂轴与挺柱导杆组之间设有导杆间隙；所述摇臂轴的另一端通过驱动活塞与进气门连接，所述摇臂轴与驱动活塞之间设有活塞腔，所述活塞腔的高度即为气门间隙；所述液压控制机构设置于所述摇臂轴与活塞腔之间。

进一步的，所述液压控制机构包括：

主油道；

控制滑阀，可滑动的密封设置于所述摇臂轴内，所述控制滑阀的两端分别设有第一端面和第二端面，所述第一端面和第二端面分别与所述主油道连接，所述第一端面的面积大于第二端面的面积，所述第二端面顶端设有滑阀弹簧；

控制阀，设置于所述控制滑阀的第一端面与所述主油道之间，用于控制所述控制滑阀在第一状态和第二状态之间滑动切换；

单向阀，设置于所述活塞腔的进油端和出油端之间，所述活塞腔的进油端与控制滑阀的第二端面始终保持连通；所述控制滑阀在第一状态和第二状态之间滑动切换时，所述活塞腔的出油端与控制滑阀的第二端面之间连通或断开。

进一步的，所述控制阀关闭，所述控制滑阀在所述滑阀弹簧的作用下滑动至第一状态时，所述活塞腔的进油端和出油端分别与所述控制滑阀的第二端面之间连通；所述控制滑阀滑动至第二状态时，所述控制阀打开，所述活塞腔的进油端与控制滑阀的第二端面之间连通，所述活塞腔的出油端与控制滑阀的第二端面之间断开。

进一步的，所述摇臂轴与挺柱导杆组之间设有用于调节所述导杆间隙的调节螺栓。

本发明还提供了一种配气系统，包括如上所述的进气门装置。

本发明还提供了一种配气相位切换方法，包括如下步骤：

间隙调节：在摇臂轴的一端与挺柱导杆组之间设置导杆间隙，所述导杆间隙的宽度与凸轮的第二型线的升程相匹配，利用所述导杆间隙在所述摇臂轴的另一端与驱动活塞之间的活塞腔内设置气门间隙；

将进气门切换至第一种配气相位：关闭电磁阀，使得液压控制机构的控制滑阀在滑阀弹簧的作用下滑动至第一状态，此时所述控制滑阀的第一端面与外界连通，所述控制滑阀的第二端面同时与主油道、活塞腔的进油端、及活塞腔的出油端连通，从而使得所述凸轮在转动时，所述第二型线的升程被导杆间隙抵消，此时所述进气门的开闭状态仅与所述凸轮的第一型线的升程相匹配；

将所述进气门切换至第二种配气相位：打开电磁阀，此时所述控制滑阀的第一端面和第二端面分别与主油道连通，使得所述控制滑阀在两端面压力差的作用下滑动至第二状态，此时所述控制滑阀的第一端面和第二端面分别与主油道连通，所述第二端面与活塞腔的进油端连通，且与所述活塞腔的出油端断开，从而使得所述凸轮转动时，所述气门间隙内充满液压油，此时所述进气门的开闭状态与所述凸轮的整体轮廓线的升程相匹配。

进一步的，所述在摇臂轴的一端与挺柱导杆组之间设置导杆间隙，进一步包括：

在驱动活塞和进气门之间设置一具有预设高度的衬垫，所述预设高度等于所述凸轮的第二型线的升程；

通过调节螺栓使得所述摇臂轴与挺柱导杆组之间贴合；

取出所述衬垫，以使所述摇臂轴与挺柱导杆组之间具有所述导杆间隙。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的进气门装置包括顺次连接的凸轮、气门传动机构和进气门，凸轮转动推动气门传动机构运动，以控制进气门的开启和关闭；凸轮的轮廓线包括多段分别具有不同升程的型线，以使气门传动机构能带动进气门分别实现多种配气相位；气门传动机构上设置有液压控制机构，液压控制机构用于控制进气门在各种配气相位之间切换。该进气门装置在同一凸轮的轮廓线上设置多段分别具有不同升程的型线，以使该进气门装置能够兼顾至少两种不同工况对配气相位的要求，特别是能同时满足气门的米勒升程和普通正常升程的性能和动力学要求，且通过液压控制机构实现不同配气相位的灵活切换，从而机动性的实现发动机的最优性能和排放目标；该液压控制机构的结构紧凑，对发动机本体改动较小，且直接使用发动机上的润滑油作为压力源，不必增加额外的辅助装置，在配气相位的切换过程中响应迅速、准确，能够实现不同气门升程的灵活、准确的切换。

附图说明

图1为本发明实施例的进气门装置的装配图；

图2为本发明实施例的凸轮的截面结构示意图；

图3为本发明实施例的控制滑阀处于第一状态时的结构示意图；

图4为本发明实施例的控制滑阀处于第二状态时的结构示意图；

图5为本发明实施例的活塞腔的气门间隙调节示意图；

图6为本发明实施例的进气门的气门升程曲线图.

其中，1、凸轮；110、第一型线；120、第二型线；130、第一曲线；140、第二曲线；2、挺柱导杆组；3、控制阀；4、摇臂轴；5、调节螺栓；51、导杆间隙；52、第一位置；53、第二位置；6、主油道；61、第一油道；62、第二油道；63、第三油道；64、第四油道；7、单向阀螺钉；71、活塞腔；72、单向阀；8、驱动活塞；9、控制滑阀；A、第一端面；B、第二端面；10、密封螺栓；11、进气门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

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。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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。

如图1所示，本实施例提供的进气门装置包括顺次连接的凸轮1、气门传动机构和进气门11，凸轮1转动推动气门传动机构运动，以控制进气门11的开启和关闭；凸轮1的的轮廓线包括多段分别具有不同升程的型线，以使气门传动机构能带动进气门11分别实现多种配气相位，从而能够兼顾至少两种不同工况对配气相位的要求，特别是能同时满足气门的米勒升程和普通正常升程的性能和动力学要求；气门传动机构上设置有液压控制机构，液压控制机构用于控制进气门11在各种配气相位之间切换，由于该液压控制机构的结构紧凑，对发动机本体改动较小，且直接使用发动机上的润滑油作为压力源，不必增加额外的辅助装置，在配气相位的切换过程中响应迅速、准确，能够实现不同气门升程的灵活、准确的切换。

为了确保能够实现不同的气门升程，以满足发动机的不同配气相位的工况要求，本实施例中，凸轮1的轮廓线包括基圆、第一型线110和第二型线120，第一型线110通过第二型线120与基圆连接，且第一型线110的升程大于第二型线120的升程。

如图2所示，可以根据进气门11开启和关闭的频率，合理设计第一型线110和第二型线120的布局，本实施例中，优选第一型线110的两端分别通过第二型线120与基圆连接。

为了进一步确保进气门11的有效打开和有效关闭，优选凸轮1的轮廓线中，第一型线110具有上升段和下降段，以使上升段和下降段之间具有一个波峰点，以足够通过气门传动机构推动进气门11开启。

本实施例中，气门传动机构包括挺柱导杆组2、摇臂轴4和驱动活塞8，摇臂轴4的一端通过挺柱导杆组2与凸轮1连接，且摇臂轴4与挺柱导杆组2之间设有导杆间隙51；摇臂轴4的另一端通过驱动活塞8与进气门11连接，摇臂轴4与驱动活塞8之间设有活塞腔71，活塞腔71的高度即为气门间隙，优选气门间隙与导杆间隙51的宽度相等，可利用导杆间隙51设置并调节气门间隙的大小，从而确保不同的配气相位之间的可靠切换；优选摇臂轴4与挺柱导杆组2之间设有用于调节导杆间隙51的调节螺栓5。

液压控制机构设置于摇臂轴4与活塞腔71之间，利用发动机自带的润滑油作为压力源控制活塞腔71内的压力，从而控制驱动活塞8的工作状态，以使进气门11的开闭和进气状态满足不同配气相位的工况要求。

具体的，本实施例的凸轮1在转动时，利用其设有的多段不同升程的型线推动挺柱导杆组2竖直往复运动，通过挺柱导杆组2推动摇臂轴4的一端摆动，同时，根据杠杆摆动的原理，驱动活塞8在摇臂轴4的另一端同样进行竖直往复运动，驱动活塞8通过气门弹簧控制进气门11的开关和进气。

为了保证进气门11实现不同的配气相位的可靠切换，优选液压控制机构包括：主油道6、控制滑阀9、控制阀3和单向阀72。

主油道6优选为发动机的润滑油油道；控制滑阀9可滑动的密封设置于摇臂轴4内，通过控制滑阀9的滑动来控制进气门11的配气相位的切换，可以确保切换动作的快速准确，优选控制滑阀9通过密封螺栓10密封在摇臂轴4内；控制滑阀9的两端分别设有第一端面A和第二端面B，第一端面A和第二端面B分别连接主油道6，第一端面A的面积大于第二端面B的面积，在第二端面B顶端设有滑阀弹簧，利用滑阀弹簧的弹力作用，保证控制滑阀9的状态切换准确，特别是保证控制滑阀9在滑阀弹簧的弹力作用下，能够由第二状态切换回第一状态；控制阀3设置于控制滑阀9的第一端面A与主油道6之间，用于控制上述的控制滑阀9在第一状态和第二状态之间滑动切换；单向阀72设置于活塞腔71的进油端和出油端之间，活塞腔71的进油端与控制滑阀9的第二端面B始终保持连通，利用单向阀72使得活塞腔71内部在必要时能具有足够大的压力，从而保证提供足够的压力来开启进气门11；控制滑阀9在第一状态和第二状态之间滑动切换时，活塞腔71的出油端与控制滑阀9的第二端面B之间连通或断开。

优选摇臂轴4与驱动活塞8连接的一端设有单向阀螺钉7，单向阀螺钉7与驱动活塞8之间设置活塞腔71，通过单向阀螺钉7固定单向阀72，以便于单向阀72的安装、调整和更换。

本实施例中，液压控制机构利用发动机的润滑油作为压力源，利用控制阀3对控制滑阀9的上下两个端面的压力差的变化进行控制，利用单向阀72控制润滑油的走向，从而将三者灵活结合以推动控制滑阀9滑动，进而控制活塞腔71内的压力变化，依据活塞腔71内的压力变化，配合气门弹簧的弹力作用，使得进气门11由一种配气相位可靠且准确的切换至另一种配气相位。

具体的，优选控制滑阀9的第一端面A和第二端面B分别与主油道6之间设有第二油道62和第一油道61，控制阀3安装于第一油道61上，活塞腔71的进油端和出油端分别与控制滑阀9的第二端面B之间设有第三油道63和第四油道64。

当需要进气门11实现第一种配气相位时，如需进气门11实现普通升程的配气相位，则如图3所示，使控制滑阀9滑动至第一状态，此时控制阀3关闭，控制滑阀9的第二端面B通过第一油道61与主油道6连通，而控制滑阀9的第一端面A则通过第二油道62直接与外界相通，从而使控制滑阀9的第一端面A的压力近似等于大气压力，而控制滑阀9的第二端面B的压力等于主油道6的压力，则活塞腔71的进油端和出油端分别与控制滑阀9的第二端面B之间连通，此时活塞腔71内的压力等于主油道6的压力，由于主油道6的压力远远小于气门弹簧的压力，因此凸轮1在转动时，第二型线120的升程被导杆间隙51抵消掉，仅有第一型线110的升程有效。

当需要进气门11实现第二种配气相位时，如需进气门11实现米勒升程的配气相位时，将控制阀3打开，控制滑阀9的第一端面A和第二端面B各自通过第二油道62和第一油道61分别与主油道6连通，使得控制滑阀9的第一端面A和第二端面B的压力均等于主油道6的压力，但是由于控制滑阀9的第一端面A的面积大于第二端面B的面积，因此，控制滑阀9在第一端面A和第二端面B之间的油压压力差的作用下被推动滑动至第二状态，如图4所示，此时活塞腔71的进油端与控制滑阀9的第二端面B之间连通，活塞腔71的出油端与控制滑阀9的第二端面B之间断开，即是说，活塞腔71与控制滑阀9之间的第四油道64被堵住，第三油道63由于活塞腔71内的单向阀72的作用而只能进油不能出油，从而使气门间隙内充满液压油，则此时活塞腔71内的压力大到足以克服气门弹簧的压力，此时气门间隙不再存在，故而此时凸轮1在转动时，第一型线110和第二型线120的升程均有效。

本实施例提供的配气系统包括如上所述的进气门装置，该配气系统可以实现凸轮1型线的可靠切换，从而使得进气门11可以同时满足至少两种配气相位的性能和动力学要求，且能实现在两种配气相位之间可靠切换，该配气系统可用于匹配SCR(选择性催化还原处理，英文全称Selective Catalytic Reduction)或DPF(柴油颗粒过滤器，英文全称Diesel Particulate Filter)后处理的柴油机，在优化SCR前温度和实现DPF再生的同时，尽可能小的改变发动机本身结构和油耗水平，具有良好的市场前景和经济效益。

本实施例还提供了一种配气相位切换方法，包括如下步骤：

首先，在实施配气相位的切换之前进行间隙调节，具体为：在摇臂轴4的一端与挺柱导杆组2之间设置导杆间隙51，导杆间隙51的宽度与凸轮1的第二型线120的升程相匹配，优选导杆间隙51的宽度相等或略大于凸轮1的第二型线120的升程，利用导杆间隙51及摇臂轴4的摇摆作用，从而在摇臂轴4的另一端与驱动活塞8之间的活塞腔71内设置气门间隙。

其中，如图5所示，以活塞腔71与气门弹簧之间的位置为第一位置527，以驱动活塞8和进气门11之间的位置为第二位置53，在摇臂轴4的一端与挺柱导杆组2之间设置导杆间隙，进一步包括：在第二位置53处设置一具有预设高度的衬垫，该衬垫的预设高度等于凸轮1的第二型线120的高度；通过调节螺栓5使得摇臂轴4与挺柱导杆组2之间贴合；取出第二位置53处的衬垫，以使摇臂轴4与挺柱导杆组2之间具有导杆间隙51。

通过上述的导杆间隙51的设置调节方式，结合摇臂杆的杠杆原理、以及气门弹簧的弹力作用，使得第一位置527处出现气门间隙，从而能够根据凸轮1的实际轮廓线确定合理的气门间隙宽度，以保证进气门11的配气相位的切换可靠有效。

设第一种配气相位的气门升程小于第二种配气相位的气门升程，比如，以普通升程的气门状态作为第一种配气相位，以米勒升程的气门状态作为第二种配气相位。

当需要将进气门11切换至第一种配气相位时，关闭电磁阀，以使液压控制机构的控制滑阀9滑动至第一状态，此时控制滑阀9的第一端面A与外界连通，控制滑阀9的第二端面B同时与主油道6、活塞腔71的进油端、及活塞腔71的出油端连通，从而使得所述凸轮1在转动时，所述第二型线120的升程被导杆间隙51抵消，此时所述进气门11的开闭状态仅与所述凸轮1的第一型线110的升程相匹配，此时，进气门11的气门升程如图6中的第一曲线130所示。

当需要将进气门11切换至第二种配气相位时，打开电磁阀，使得控制滑阀9滑动至第二状态，此时控制滑阀9的第一端面A和第二端面B分别与主油道6连通，第二端面B与活塞腔71的进油端连通，且与活塞腔71的出油端断开，从而使得凸轮1转动时，气门间隙被气门弹簧抵消，此时进气门11的开闭状态与凸轮1的整体轮廓线的升程相匹配，此时，进气门11的气门升程如图6中的第二曲线140所示。

综上所述，本实施例的进气门装置包括顺次连接的凸轮1、气门传动机构和进气门11，凸轮1转动推动气门传动机构运动，以控制进气门11的开启和关闭；凸轮1的各个截面上均设有相同的多升程型线结构，以使气门传动机构能带动进气门11分别实现多种配气相位；气门传动机构上设置有液压控制机构，液压控制机构用于控制进气门11在各种配气相位之间切换。该进气门装置在同一凸轮1的各个截面上均同时具有多升程型线结构，以使该进气门装置能够兼顾至少两种不同工况对配气相位的要求，特别是能同时满足气门的米勒升程和普通正常升程的性能和动力学要求，且通过液压控制机构实现不同配气相位的灵活切换，从而机动性的实现发动机的最优性能和排放目标；该液压控制机构的结构紧凑，对发动机本体改动较小，且直接使用发动机上的润滑油作为压力源，不必增加额外的辅助装置，在配气相位的切换过程中响应迅速、准确，能够实现不同气门升程的灵活、准确的切换。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。