专利名称：无凸轮电液驱动的内燃机配气机构的制作方法
技术领域：
本发明具体涉及一种优化四冲程内燃机的进排气参数，提高内燃机性能的技术。
背景技术：
目前，活塞式四冲程内燃机均采用机械式凸轮轴驱动进气门和排气门的配气机构。气门的运动通过曲轴与凸轮轴以及凸轮轴与各缸气门之间的机械传动来进行控制定时。长期以来，这种机械式机构被证明是简单、有效和可靠的，并且费用相对低廉。然而，这种气门机构在气门的开启时刻，开启持续时间和气门升程等在参数上是固定不变的，工作缺乏柔性。随着对内燃机的燃油经济性和降低有害排放的要求不断提高，迫使广大内燃机设计人员寻求新式的配气机构。
20世纪80年代末期90年代初期，广大研究人员开发出了一系列以凸轮轴为基础的可变换气方案，如日本的丰田公司、本田的VTEC系统，德国的FEV等均开展了此类工作。这些方案一般是通过增加附件，使凸轮轴的相位发生变化或者使用多凸轮系统，从而能有效改善了发动机一部分工况的运行条件，优化了发动机的性能，但是，这只能是综合发动机的各种工况条件，有选择地改进某一部分工况的运行，不能实现所有工况均达到完全最佳的控制，因而只是一个局部的改进。20世纪80年代中后期，研究人员开始发起了以微处理器控制的可以连续调节气门运行参数的无凸轮气门机构的研究。无凸轮配气机构就是取消发动机配气机构中的凸轮轴以及从动件，而以电磁、电液、电气或者其他方式驱动气门。联邦德国的加布里尔.蒂蒂萨1988年在中国申请了“液压传动并通过滑套控制的可变特性气门驱动装置”的发明专利(CN 88 1 00461 A)，其基本思想是气门由液压活塞控制，而油泵提供的液压工作液的流动由一个旋转阀控制，气门的升程通过旋转阀上的轴向调节辅助轴以及与之配置的滑套来实现。1999年中国的郭来顺等申请了“内燃机进、排气阀无凸轮启闭装置”实用新型专利(ZL 99202687.3)，它由转动的装有突出导体的驱动轮、固定并有按配气相位设定的弧形导体的分电盘及阀杆上缠有电线绕组的气阀组成，其开启、关闭进、排气门的基本思想主要是通过气阀阀杆上的电线绕组通电后产生电磁力来抵消气门弹簧的作用力。2000年美国人澳德E.斯特曼在中国公开了“内燃机液压控制的无凸轮阀系统”的发明专利(CN 1251638A)，用数字控制信号控制不同部件(例如喷油器、排气门、泵旁通阀)的控制器。对于进入燃烧室的空气流和排出燃烧室的废气流可由无凸轮液压驱动进气门和排气门控制。液压驱动由电磁控制锁定液控阀控制。加布里尔.蒂蒂萨的发明专利(CN 88 1 00461 A)，其控制的方式是通过旋转阀上的轴向调节辅助轴以及与之配置的滑套来实现，对于高速的内燃机机构而言，显然机械式的控制方式在响应时间上具有先天的不足。郭来顺的实用新型专利(ZL 99202687.3)采用电磁力来控制气门的运动，电磁力往往随着频率的增加而呈指数下降，在气门高速运动以及高温的情况下，控制气门运动的力会有所不够。澳德E.斯特曼的发明专利(CN 1251638A)机构比较复杂，实现的成本较高。并且这三种专利都是采用液压力或电磁力来开启气门的升程，但是气门的落座仍然是由气门弹簧力的作用来关闭。因此，对气门的运动只是能够控制前半个轨迹，气门落座时的冲击力大，易造成气门和气门座的损坏，并引起较大的噪声。
发明内容
本发明的目的是为了能够根据内燃机的实际工作状况，对其进排气门的升程和配气相位进行控制，提供一种无凸轮电液驱动的配气机构，可以达到优化进排气参数、改善燃烧过程、降低有害排放物、提高经济性的目的。
无凸轮电液驱动的配气机构组件结构如图1～2所示。主要具有气门1、气门座体3。气门1通过其顶部的螺纹与液压活塞5连接，气门座体3的下端带有锥形体的部分称之为气门导管，气门1通过气门座体3中的气门导管插入液压腔4。在气门座体3上气门导管的端口装有密封圈2，防止液压油渗漏。液压活塞5将液压套筒分隔成液压腔4和控制室9，液压腔4与高压液体输入口8相通，控制室9与压力控制口6相通。封盖7将整个液压室密封，堵头10为加工工艺所留的密封口。在高压液体输入口8以及压力控制口6处分别接有高压源11和低压源12。高压源与低压源的连接采用高压电磁阀13控制，低压源的液体输入或输出由低压电磁阀14控制。液压活塞5下端为内螺纹上端为内六角，通过内六角扳手将液压活塞拧紧在气门1的顶部。液压活塞5与气门1均可在液压腔4内滑动。
图3是电液驱动配气机构理想的加速度-时间、速度-时间、气门升程-时间曲线。
为了使电液驱动机构的恒定驱动力最小，开启和关闭的加减速必须是相同的。通过改变高压电磁阀和低压电磁阀的工作定时就可以改变发动机气门开启与关闭定时。当然，这也改变了气门开启的持续时间。通过改变电磁阀脉冲的持续时间就能控制气门的升程。而气门的加速度、速度和运动时间可以通过改变高压流体的压力来控制。发动机工作时，通过使气门的高压电磁阀和低压电磁阀处于上述所描述的状态下，便可以使气门停止工作。停止的持续时间可以为任意多个循环，也可以仅为一个循环。当需要增加每缸气门数时并不需要增加相应的电磁阀数，一对电磁阀既可以控制一对气门，也可以控制并行运行的多对气门。因此，在四气门发动机中可以用一对电磁阀控制同步运行的两个进气门，用另一对电磁阀控制两个排气门。
图1为无凸轮电液驱动的配气机构组件结构图。
图2为本发明的控制原理图。
图3为本发明理想的(加速度-时间、速度-时间、气门升程-时间)运动曲线图。
图4为本发明在气缸上的装配布置图。
图5为156FMI摩托车发动机缸盖采用本发明的连接示意图。(与图4类似)图6为带有凸轮驱动的普通发动机气门升程曲线。
图7为本发明实施例测试的气门升程曲线结果。
其中1-气门；2-密封圈；3-气门座体；4-液压腔；5-液压活塞；6-压力控制口；7-封盖；8-高压液体输入口；9-控制室；10-堵头；11-高压源；12-低压源；13、高压电磁阀；14、低压电磁阀；15、气缸盖具体实施方式
以下通过具体工作过程对本发明做进一步的说明。
参考附图1～5，当气门1开启时，高压电磁阀13开启，低压电磁阀14关闭。高压流体经压力控制口6流入控制室9作用在液压活塞5上。由于液压活塞5上、下端液体的压强相同，但液压活塞5上端面液体的有效作用面积大于下端面，对液压活塞而言就有一个向下的作用力，从而使液压活塞5推动气门1加速向下运动。当气门运动到接近最大升程时，高压电磁阀13关闭，液压流体停止进入控制室9。随着液压活塞5的下移，控制室9的容积变大，而控制室内9的流体总量却保持不变，使控制室内的压力下降，而液压活塞5下端液压腔内的压力保持不变，这时液压活塞受到向上的合力，但是由于惯性，气门1将向下作减速运动。当气门停止向下运动时，高压电磁阀13、低压电磁阀14均关闭，气门停留在最大升程的位置。气门关闭过程与气门打开相似。低压电磁阀14打开，高压电磁阀13关闭。液压活塞5上端压力降低到和低压源压力相等，作用在液压活塞5上的净压力使气门加速向上运动。当接近落座位置时，液压活塞上端压力增大，气门减速向上运动。
原来发动机即由凸轮驱动的气门升程曲线如图6所示，这个升程曲线在任何转速下都是固定的。图7所示为本实施例测试的结果。对比图6和图7可以发现，气门升程的丰满度得到了极大的改善，表明进气量能够极大的增加，而排气则能够更为彻底。
本发明的有意效果在于，电液驱动配气机构是无弹簧系统，由于无弹簧，气门可以恒定地加速或减速运动，这使得可以采取比有弹簧的系统小很多的净驱动力驱动气门运动。更为有利的是，在无弹簧系统中只有气门是机械运动部件，减少了运动零部件的数量和质量，除可以降低能耗和噪声外，还可达到优化进排气参数、改善燃烧过程、降低有害排放物、提高经济性的目的。
权利要求
1.无凸轮电液驱动的内燃机配气机构，主要具有气门(1)、气门座体(3)，其特征在于气门(1)通过其顶部的螺纹与液压活塞(5)连接，通过气门座体(3)中的气门导管插入液压腔(4)，在气门座体(3)气门导管的端口装有密封圈(2)，液压活塞(5)将液压套筒分隔成液压腔(4)和控制室(9)，液压腔(4)与高压液体输入口(8)相通，控制室(9)与压力控制口(6)相通，封盖(7)将整个液压室密封，堵头(10)为加工工艺的密封口。
2.按照权利要求1所述的无凸轮电液驱动的内燃机配气机构，其特征在于在高压液体输入口(8)以及压力控制口(6)处分别接有高压源(11)和低压源(12)，高压源与低压源的连接采用高压电磁阀(13)控制，低压源的液体输入或输出由低压电磁阀(14)控制。
3.按照权利要求1或2所述的无凸轮电液驱动的内燃机配气机构，其特征在于所述的液压活塞(5)下端为内螺纹上端为内六角，液压活塞(5)与气门(1)均可在液压腔(4)内滑动。
全文摘要
无凸轮电液驱动的内燃机配气机构，主要在于气门通过其顶部的螺纹与液压活塞连接并通过气门座体中的气门导管插入液压腔。液压活塞将液压套筒分隔成液压腔和控制室，液压腔与高压液体输入口相通，控制室与压力控制口相通。在高压液体输入口以及压力控制口处分别接有高压源和低压源，高、低压源的连接分别采用高、低压电磁阀控制。本发明是无弹簧系统，气门可以恒定地加速或减速运动，这使得可以采取比有弹簧的系统小很多的净驱动力驱动气门运动。更为有利的是，在无弹簧系统中只有气门是机械运动部件，减少了运动零部件的数量和质量，除可以降低能耗和噪声外，还可达到优化进排气参数、改善燃烧过程、降低有害排放物、提高经济性的目的。
文档编号F01L1/02GK1598252SQ200410020388
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者舒歌群, 李志锐, 苏炎玲, 王立彪 申请人:天津大学