一种电液全可变配气装置及控制方法与流程

本发明属于发动机气阀技术领域，具体涉及一种电液全可变配气装置及控制方法。

背景技术：

伴随着世界环境问题和国际能源危机的日趋严重，其已严重威胁到人类社会的可持续发展。随着内燃机行业的高速发展，人们对石油资源的需求与日俱增，由此而带来的环境污染和能源短缺等问题也接踵而至，节能和环保已然成为内燃机工业发展不得不面对的两个重要问题。为了能有效解决这两个问题，世界各国对提高发动机的经济性和控制有害排放要求均越来越高，节约燃油，控制有害排放，已经成为内燃机技术发展的核心方向。

为了解决节能和环保问题，各种内燃机新技术层出不穷，改变发动机气门的配气定时和气门升程是改善发动机性能、提高热效率和减少有害排放的一种重要方法。目前发动机的可变气门驱动方式包括凸轮驱动、电磁驱动、电气驱动、电液驱动等。

传统的发动机气门驱动系统采用机械凸轮机构来控制进气门和排气门，由于凸轮型线是固定的，因而其气门升程、配气定时等配气参数都是固定不变的，凸轮驱动方式调节不能实现全可变，无法在发动机运行中进行调节，通常只能保证在某一工况下优化发动机性能。

为了更好地解决上述问题，有研究人员提出了无凸轮配气机构，即取消发动机配气机构中的凸轮轴及从动件，而以电磁、电液、电气或者其他方式驱动气门。可变配气技术作为一种性价比较高的技术手段得到了广泛地推广，该技术主要通过改进发动机的配气机构来达到改善发动机性能的目的，因为配气机构直接关系到发动机燃烧过程的完善程度，故对其动力性、经济性和排放性能的优劣有着重要的影响。现阶段研发的无凸轮可变配气机构相比于传统的配气机构具有明显的配气优势，但在这些无凸轮可变配气机构中，电磁驱动方式难以同时满足高压进气对气门启闭频率和升程的要求，电气驱动对于密封的要求严格，而电液驱动的全可变气阀驱动装置能突破凸轮型线的制约，实现气阀升程与相位的柔性调节，进而改善发动机的整体性能，因此电液驱动的方式最容易实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够突破凸轮型线的制约、实现气阀升程和相位的柔性调节且气阀在开启持续期实现连续可变的电液全可变配气装置及控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种电液全可变配气装置及控制方法，包括缓冲控制阀15、升程控制阀16、低压油箱17、过滤器18、液压马达19、蓄能器20、溢流阀21、电磁换向阀22、电液全可变配气执行器23、电子控制系统和油管等附属部件；

电液全可变配气执行器23包括油口，缓冲控制阀15、升程控制阀16和电磁换向阀22分别通过油管与油口相连接；电磁换向阀22之后依次连接有蓄能器20、液压马达19与过滤器18，最后连接到低压油箱17；同时电磁换向阀22通过另一条管道直接连接到低压油箱17，管道线上通过溢流阀21与蓄能器20相连接；电子控制系统通过导线分别连接到缓冲控制阀15、升程控制阀16与电磁换向阀22上。

对于一种电液全可变配气装置及控制方法，所述的电液全可变配气执行器23包括缸体节流孔2、高压油口3、主活塞4、下盖板5、升程控制油口8、落座缓冲油口9、缓冲活塞10、缸体11、缓冲弹簧12、低压油口13和上盖板14；

上盖板14与下盖板5分别位于缸体11的上下两端密封缸体11，主活塞4与缓冲活塞10将缸体11内部分成a、b、c、d、e五个液压腔，a液压腔中缓冲活塞10上方开有低压油口13，c液压腔所在的缸体11处开有落座缓冲油口9，d液压腔所在的缸体11处开有高压油口3，e液压腔所在的缸体11处开有升程控制油口8，主活塞4后端连接有气缸气阀及气阀弹簧。

优选的，所述的a、b两个液压腔位于缸体上部，缓冲活塞10位于a、b两个液压腔之间，a液压腔中安装有缓冲弹簧12，缓冲弹簧12的上端固定在上盖板14上，下端固定在缓冲活塞10上；缸体11上有一隔板，将b、c两液压腔分隔，隔板上有一缸体节流孔2；主活塞4将隔板以下分割成c、d、e三个液压腔，在任何情况下，主活塞4均不会遮挡液压油口。

优选的，所述的缸体11为上窄下宽的凸形结构，上下的结构为圆柱体或方体结构；上盖板14沿圆周均布多个沉头螺纹孔1，螺栓通过沉头螺纹口1将上盖板14安装在缸体11上，上盖板14面向a液压腔的一侧安装有弹簧座，用于安装缓冲弹簧12；下盖板5沿圆周均布两圈沉头螺纹孔，螺栓通过直径小的一圈沉头螺纹孔7将下盖板5安装在缸体上，通过直径大的一圈沉头螺纹孔6将电液全可变配气执行器23安装在气缸盖上；下盖板5中心处还开有圆孔，圆孔直径与缓冲活塞10直径相同，在圆孔与缓冲活塞10连接处安装有密封圈。

优选的，所述的高压油口3与电磁换向阀22相接，升程控制油口8与升程控制阀16相接，落座缓冲油口9与缓冲控制阀15相接，低压油口13与低压油轨相连接。

优选的，所述的电磁换向阀22为两位三通换向阀。

对于一种电液全可变配气装置及控制方法，电液全可变配气执行器23在多缸发动机中工作时，a液压腔中开有两个对称的油口分别直接连接到相邻的电液全可变配气执行器23的a液压腔中，末端的油口接回低压油箱17。

本发明公开了一种电液全可变配气装置及控制方法，其控制方法的具体实现步骤包括：

(1)气缸气阀关闭，缓冲控制阀、升程控制阀及电磁换向阀处于失电状态，电液全可变配气执行器的a、b、c、d、e液压腔均处于低压状态；

(2)给电磁换向阀通电，高压液压油通过高压油口向d液压腔内灌入，a、b、c、e液压腔处于低压状态，在液压力的作用下，主活塞推动气阀下移，气阀开启；

(3)气阀开启的过程中，c液压腔的容积不断增大，低压液压油通过缓冲低压油口向c液压腔内灌入；

(4)当气阀接近最大升程时，升程控制阀通电，升程控制油口关闭，e液压腔内液压油压力升高，主活塞在c、d、e液压腔内液压力以及气阀弹簧的弹力作用下处于平衡状态；

(5)当气阀达到最大升程时，气阀进入最大升程持续期；

(6)电磁换向阀失电，d液压腔内液压油压力变低，升程控制阀失电，各腔内压力改变，主活塞受弹簧力作用向上运动，气阀开始落座；

(7)缓冲控制阀得电，落座缓冲油口关闭，c液压腔内的液压油通过缸体节流口流入b液压腔，b液压腔中的缓冲活塞在液压力与缓冲弹簧的作用下向上运动，b液压腔与c液压腔中的液压油压力上升，主活塞受到向下的液压力增大，向上运动的速度减小，也就是气阀落座的速度减小；

(8)气阀完全落座，缓冲控制阀失电，b液压腔与c液压腔内的压力下降，缓冲活塞在弹簧力的作用下向下运动，为下一次缓冲做准备。

优选的，所述的a液压腔内充满液压油，且液压油始终处于低压状态。

本发明的有益效果在于：

本发明所公开的这种电液全可变配气装置结构简单，加工难度小，装配方便；

本发明所公开的这种电液全可变配气装置及控制方法既适用于柴油机，又适用于汽油机，通用型强；

本发明所公开的这种电液全可变配气装置及控制方法可以使发动机气阀在全工况下，实现气阀升程和相位的柔性调节且气阀在开启持续期中实现连续可变；

本发明所公开的这种电液全可变配气装置中a液压腔内始终充满低压油，能够在电液全可变配气执行器工作的过程中润滑缓冲活塞，减小冲击，从而增加装置的使用寿命。

本发明所公开的这种电液全可变配气装置可利用a液压腔中的缓冲弹簧12来控制b液压腔中液压力的大小，从而可以使气阀在落座阶段有效降低落座速度，减小气阀落座冲击，降低发动机的振动噪声。

附图说明

图1为本发明中电液全可变配气执行器初始状态下的结构示意图；

图2为本发明中电液全可变配气执行器上盖板的结构示意图；

图3为本发明中电液全可变配气执行器下盖板的结构示意图；

图4为本发明中电液全可变配气装置的系统原理图；

图5为本发明中电液全可变配气执行器最大升程状态下各组件的位置示意图；

图6为本发明中电液全可变配气执行器落座缓冲状态下各组件的位置示意图；

图7为本发明中电子控制系统的控制信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1

本发明公开一种电液全可变配气装置及控制方法，其控制方法的具体实现方式及原理如下：

(1)结合图4，气缸气阀关闭，缓冲控制阀、升程控制阀及电磁换向阀处于失电状态，电液全可变配气执行器的a、b、c、d、e液压腔均处于低压状态，其中，a液压腔内充满液压油，且液压油始终处于低压状态；

(2)给电磁换向阀通电，高压液压油通过高压油口向d液压腔内灌入，a、b、c、e液压腔处于低压状态，在液压力的作用下，主活塞推动气阀下移，气阀开启；

(3)气阀开启的过程中，c液压腔的容积不断增大，低压液压油通过缓冲低压油口向c液压腔内灌入；

(4)当气阀接近最大升程时，升程控制阀通电，如图7所示；升程控制油口关闭，e液压腔内液压油压力升高，主活塞在c、d、e液压腔内液压力以及气阀弹簧的弹力作用下处于平衡状态；

(5)结合图5，当气阀达到最大升程时，气阀进入最大升程持续期；

(6)电磁换向阀失电，d液压腔内液压油压力变低，升程控制阀失电，各腔内压力改变，主活塞受弹簧力作用向上运动，气阀开始落座；其中，升程控制阀与电磁换向阀的失电相隔时间很短，这样可以有效避免在落座开始时由于主活塞上腔压力过大造成气阀再次向下运动；

(7)缓冲控制阀得电，落座缓冲油口关闭，c液压腔内的液压油通过缸体节流口流入b液压腔，b液压腔中的缓冲活塞在液压力与缓冲弹簧的作用下向上运动，b液压腔与c液压腔中的液压油压力上升，主活塞受到向下的液压力增大，向上运动的速度减小，也就是气阀落座的速度减小，此时电液全可变配气执行器的状态如图6所示；

(8)气阀完全落座，缓冲控制阀失电，b液压腔与c液压腔内的压力下降，缓冲活塞在弹簧力的作用下向下运动，为下一次缓冲做准备。

在电液全可变配气装置运作的整个过程中，通过改变电磁换向阀的得电相位，就可以改变气阀开启的相位；改变升程控制阀的得电相位，就可以改变气阀的最大升程；改变电磁换向阀和升程控制阀的失电相位，就可以改变气阀开启的持续期；通过改变缓冲控制阀的得电相位，就可以间接改变气阀的落座速度。

结合图4，本发明公开的一种电液全可变配气装置，包括缓冲控制阀15、升程控制阀16、低压油箱17、过滤器18、液压马达19、蓄能器20、溢流阀21、电磁换向阀22、电液全可变配气执行器23、电子控制系统和油管等附属部件；

电液全可变配气执行器23包括油口，缓冲控制阀15、升程控制阀16和电磁换向阀22分别通过油管与油口相连接；电磁换向阀22之后依次连接有蓄能器20、液压马达19与过滤器18，最后连接到低压油箱17；同时电磁换向阀22通过另一条管道直接连接到低压油箱17，管道线上通过溢流阀21与蓄能器20相连接；电子控制系统通过导线分别连接到缓冲控制阀15、升程控制阀16与电磁换向阀22上，用于控制各阀门的开启与闭合时间以及开启或闭合的持续时间，从而改变b、c、d、e四液压腔内液压油的压力变化，从而控制主活塞4的运动，进而控制发动机气阀的运动，实现气阀升程和相位的柔性调节及在开启持续期实现连续可变的目的。

结合图1，电液全可变配气执行器23包括缸体节流孔2、高压油口3、主活塞4、下盖板5、升程控制油口8、落座缓冲油口9、缓冲活塞10、缸体11、缓冲弹簧12、低压油口13和上盖板14；

上盖板14与下盖板5分别位于缸体11的上下两端密封缸体11，主活塞4与缓冲活塞10将缸体11内部分成a、b、c、d、e五个液压腔，a液压腔中缓冲活塞10上方开有低压油口13，c液压腔所在的缸体11处开有落座缓冲油口9，d液压腔所在的缸体11处开有高压油口3，e液压腔所在的缸体11处开有升程控制油口8，主活塞4后端连接有气缸气阀及气阀弹簧。

a、b两个液压腔位于缸体上部，缓冲活塞10位于a、b两个液压腔之间，a液压腔中安装有缓冲弹簧12，缓冲弹簧12的上端固定在上盖板14上，下端固定在缓冲活塞10上；缸体11上有一隔板，将b、c两液压腔分隔，隔板上有一缸体节流孔2，用于在气阀落座缓冲过程中，使得缓冲活塞12下腔的压力迅速上升；主活塞4将隔板以下分割成c、d、e三个液压腔，在任何情况下，主活塞4均不会遮挡液压油口。

缸体11为上窄下宽的凸形结构，上下的结构为圆柱体或方体结构；结合图2，上盖板14沿圆周均布多个沉头螺纹孔1，螺栓通过沉头螺纹口1将上盖板14安装在缸体11上，上盖板14面向a液压腔的一侧安装有弹簧座，用于安装缓冲弹簧12；

结合图3，下盖板5沿圆周均布两圈沉头螺纹孔，螺栓通过直径小的一圈沉头螺纹孔7将下盖板5安装在缸体上，通过直径大的一圈沉头螺纹孔6将电液全可变配气执行器23安装在气缸盖上；下盖板5中心处还开有圆孔，圆孔直径与缓冲活塞10直径相同，在圆孔与缓冲活塞10连接处安装有密封圈。

结合图1及图4，高压油口3与电磁换向阀22相接，升程控制油口8与升程控制阀16相接，落座缓冲油口9与缓冲控制阀15相接，低压油口13与低压油轨相连接。

对于一种电液全可变配气装置，电液全可变配气执行器23在多缸发动机中工作时，a液压腔中开有两个对称的油口分别直接连接到相邻的电液全可变配气执行器23的a液压腔中，末端的油口接回低压油箱17。

实施例2

结合图4，本发明所公开的一种电液全可变配气装置包括电液全可变配气执行器23、电磁换向阀22、升程控制阀16、缓冲控制阀15、低压油箱17、过滤器18、液压马达19、蓄能器20、溢流阀21和油管等附属部件以及电磁阀控制系统三部分。

本发明包括一种电液全可变配气执行器，其特征是：包括a、b、c、d、e五个腔，其中a腔中的液压油始终处于低压状态，a腔中的液压油口13与低压油轨相连。剩余四腔液压油的压力会随着活塞的运动情况发生改变，通过控制这四腔中液压油的压力来控制主活塞4的运动，进而控制发动机气阀的运动，实现发动机气阀的柔性调节。

在缸体11上有一个经过优化得到的节流口2，在c腔有一个油口9，当油口9处于关闭状态时，节流口2开始工作，当油口9处于开启状态时，节流口2基本没有流量流动，即a腔内的弹簧12处于自由状态。

在a腔与b腔之间有一个活塞10，将a、b两腔分隔开，当b腔内液压油的压力升高的时候，通过推动活塞10上移来压缩弹簧12。c、d、e腔中的变径活塞4将c与d,d与e腔分隔开，在c、d、e腔中均有连接外部油路的液压油口。在任何情况下，活塞4均不会挡住液压油口。

在执行器的上盖板14上，沿圆周均布4个或者6个沉头螺纹孔1，目的是为了将上盖板14与缸体11连接起来。在上盖板14上沉头孔1的另一侧，有放置弹簧的弹簧座。

在执行器的下盖板5上，在其中心，有一个直径与活塞直径相同的孔，在孔上面，有用于密封活塞的密封圈。此外，在下盖板5上，还均布两圈沉头螺纹孔，其中直径小的一圈7用来和执行器缸体11连接，直径大的一圈6则用来将执行器固定在气缸盖上。

结合图1、图4至图7，所述的电液全可变配气执行器包括上盖板螺钉1、缸体节流孔2、高压油口3、主活塞4、下盖板5、执行器固定螺栓6、下盖板固定螺钉7、升程控制油口8、落座缓冲油口9、缓冲活塞10、缸体11、缓冲弹簧12、低压油口13、上盖板14。

结合图4，高压油口3与两位三通阀22相接。升程控制油口8与升程控制阀16相接。落座缓冲油口9与缓冲控制阀15相接。在下盖板5的中间孔中，安装有密封圈，用于密封e腔。

发动机气阀在关闭状态下，两位三通阀22、升程控制阀16以及缓冲控制阀15都处于失电状态，此时，全可变配气执行器的a、b、c、d、e腔均处于低压状态；

当两位三通电磁阀22得电，升程控制阀16与缓冲控制阀15失电的时候，d腔中开始充满高压油，a、b、c、e处于低压状态，此时在液压力的作用下，主活塞5开始推动气阀下移，气阀开启。气阀开启的过程中，c腔的容积增大，此时主要通过落座缓冲低压油口9提供低压油，节流孔在此时基本没有液体流动；

当气阀接近最大升程的时候，升程控制阀16得电，如图7所示，此时e腔内的液压油口8开始关闭，e腔内液压油压力升高，主活塞在c腔液压力、d腔液压力、e腔液压力以及气阀弹簧的弹力作用下处于平衡状态，气阀达到最大升程，气阀进入最大升程持续期，此时执行器的状态如图5所示；

当气阀开始落座的时候，两位三通阀22先失电，此时在d腔内，液压油处于低压状态，在弹簧力的作用下，气阀开始落座，在两位三通阀22失电之后的短暂时间内，升程控制阀16也失电，此时主活塞在弹簧力的作用下开始向上运动，气阀落座。如图7所示，在时间为30左右，两位三通阀22先失电，升程控制阀16再失电；

当气阀接近落座的时候，为了降低气阀的落座速度，缓冲控制阀15得电，c腔内的液压油口9关闭，此时c腔内的液压油会通过图1中的节流口2进入b腔，b腔中的缓冲活塞10在液压力与缓冲弹簧12的作用下向上运动，随着弹簧12被压缩，b腔与c腔中液压油的压力上升，导致c腔对主活塞4向下的液压力增大，主活塞4向上运动的速度减小，即气阀落座速度减小，此时执行器的状态如图6所示；

在气阀完全落座以后，缓冲控制阀15失电，此时，c与b腔内的压力下降，缓冲活塞10在弹簧力的作用下，向下运动，为下一次缓冲准备，此时执行器的状态如图1所示。

通过改变两位三通阀22的得电相位，就可以改变气阀开启的相位；通过改变升程控制阀16的得电相位，就可以改变气阀的最大升程；通过改变两位三通阀和升程控制阀16的失电相位，就可以改变气阀开启的持续期；通过改变缓冲控制阀15的得电相位，就可以间接改变气阀的落座速度。

在多缸发动机中，a腔中的两个油口分别接到相邻全可变配气执行器的a腔中，末端的油口接回低压油箱。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。