专利名称：一种发动机气门控制机构及其控制方法
技术领域：
本发明属于内燃机配气领域，特别涉及到一种发动机气门控制机构及其控制方法。
背景技术：
传统发动机的进排气门的开启和关闭时刻及升程是固定不变的，发动机只能在某一特定工况下处于最佳的配气状态，而在发动机转速很低或很高时，其配气就会处于不理想的状态。比如在发动机低转速时，会因为气门叠开角和升程比理想值大，使部分新鲜空气被废气带走，不利于燃烧；在高转速时，由于气门升程比理想值小，进气量不足，从而限制了发动机所能达到的最大功率。而采用可变配气机构，包括可变气门升程、正 时以及气门开启持续期，则可以在整个工作范围内，提供合适的气门开启、关闭时刻和升程，从而改善内燃机进、排气性能，可以更好地满足发动机的动力性、经济性以及废气排放的要求。目前，气门可变控制技术主要包括基于凸轮轴式气门控制和无凸轮轴式气门控制；其中无凸轮轴气门控制技术主要包括电磁式和电液式。电磁式气门控制灵活，但是其能量消耗大，气门机构的可靠性和寿命受到影响；电液式气门控制技术控制较电磁式更加灵活，但其响应速度较差，并且气门在最大升程状态时，气门会发生抖动现象。
发明内容
本发明的目的是提出一种发动机气门控制机构及其控制方法，以克服发动机气门升程、正时以及气门开启持续期不可变或不能连续可变的缺点，为发动机在全转速范围内提供最佳的气门升程和正时，降低泵气损失，提高充气效率，提高发动机的性能。本发明的发动机气门控制机构包括气门机构、电磁机构、气门升程控制机构和液压机构；所述气门机构包括气门和固定于气门上端的活塞、气门衔铁；所述电磁机构包括上电磁铁、下电磁铁；所述气门升程控制机构包括驱动单元和可在驱动单元作用下上下移动的下电磁铁支撑架；所述液压机构包括液压腔，所述活塞活动安装于液压腔内，并将液压腔分隔成活塞上部的第一液压室和活塞下部的第二液压室，所述第一液压室与第一液压管路相通，所述第二液压室分别与第一液压管路和第二液压管路相通，其中第二液压室与第一液压管路之间设有第一电磁阀，第二液压室与第二液压管路之间设有第二电磁阀。具体来说，所述驱动单元为固定于发动机上的电机，所述电机的电机轴上设有螺纹，所述下电磁铁支撑架的底部设有螺纹孔，所述电机轴旋入螺纹孔内。根据蜗杆的原理，当电机轴转动时，电机轴的旋转推动下电磁铁支撑架上下运动，改变下电磁铁的位置，进而控制气门的最大升程。上述的发动机气门控制机构的控制方法如下发动机控制单元控制下电磁铁通电，并开启第一电磁阀和第二电磁阀中的一个电磁阀，从而控制气门开启；发动机控制单元控制上电磁铁通电，并开启第一电磁阀和第二电磁阀中的一个电磁阀，从而控制气门关闭；发动机控制单元控制电机转动，调整下电磁铁支撑架的高度，从而调整气门的最大升程。上述控制方法中的气门开启和关闭的原理让如下
气门开启下电磁铁通电，下电磁铁给气门衔铁一个向下的吸力，从而使气门向下运动而开启，同时第一电磁阀和第二电磁阀中的一个电磁阀为开启状态，这样第二液压室内的液体可以排出(第一液压室始终保持与第一液压管路连通的状态，因此液体可以随时排出或流入第一液压室)，从而减少气门的下行阻力。气门关闭上电磁铁通电，上电磁铁给气门衔铁一个向上的吸力，从而使气门向上运动而关闭，同时第一电磁阀和第二电磁阀中的一个电磁阀为开启状态，这样液体可以流入第二液压室(第一液压室始终保持与第一液压管路连通的状态，因此液体可以随时排出或流入第一液压室)，从而减少气门的上行阻力。进一步地，所述第一液压管路的液压小于第二液压管路的液压。在控制气门开启时，发动机控制单元开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀，这样第一液压室和第二液压室的压 力相同，有利于降低活塞的运动阻力，从而降低气门的下行阻力；在控制气门关闭时，发动机控制单元开启第二电磁阀，关闭第一电磁阀，这样液体从高压的第二液压管路流入，推动活塞向低压的第一液压室方向移动，不仅可以减少气门的上行阻力，还能够对气门形成向上的推力，进一步加快气门的上升。 进一步地，所述第一液压管路的液压最好为零，以在气门开启过程中降低活塞的运动阻力，从而减少对电磁铁的能量消耗，提高电磁机构的可靠性。进一步地，在控制气门关闭时，当气门接近气门上止点时，发动机控制单元控制下电磁铁通电，这样可以对气门施加一定的上行阻力，以控制气门的落座速度和冲击力。本发明的发动机气门控制机构同时采用电磁和液压控制，以电磁力控制气门开启，利用液压机构取代传统的气门弹簧，对气门的开启和关闭控制更加精确和灵活，同时可有效改善电磁机构的可靠性以及液压气门控制技术的不稳定性等缺点，并且实现了气门最大升程的精确控制。
图I是本发明的发动机气门控制机构的整体结构示意图。图2是电磁机构的结构示意图。图3是气门升程控制机构的结构示意图。图4是液压机构的结构示意图。图5是气门机构的结构示意图。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。实施例I :
如图所不，本实施例的发动机气门控制机构包括气门机构4、电磁机构I、气门升程控制机构2和液压机构3 ;其中气门机构4包括气门18和固定于气门18上端的活塞17、气门衔铁16。 电磁机构I包括上电磁铁5、下电磁铁6。气门升程控制机构包括驱动单元和可在驱动单元作用下上下移动的下电磁铁支撑架7 ;所述驱动单元为固定于发动机上的电机9，电机9的电机轴8上设有螺纹，下电磁铁支撑架7的底部设有螺纹孔，电机轴9旋入螺纹孔内。根据蜗杆的原理，当电机轴9转动时，电机轴9的旋转推动下电磁铁支撑架7上下运动，改变下电磁铁6的位置，进而控制气门的最大升程。液压机构3包括液压腔，所述活塞17活动安装于液压腔内，并将液压腔分隔成活塞上部的第一液压室10和活塞下部的第二液压室13，第一液压室10与低压的第一液压管 路14相通，第二液压室13分别与低压的第一液压管路14和高压的第二液压管路12相通，其中第二液压室13与第一液压管路14之间设有第一电磁阀15，第二液压室13与第二液压管路12之间设有第二电磁阀11。上述的发动机气门控制机构的控制方法如下
气门开启发动机控制单元控制下电磁铁6通电，并开启第一电磁阀15，关闭第二电磁阀11。下电磁铁6给气门衔铁16 —个向下的吸力，从而使气门向下运动而开启，因为第一电磁阀15为开启状态，使得第二液压室13与第一液压管路14连通，而第一液压室10始终保持与第一液压管路14连通的状态，这样第一液压室10和第二液压室13的压力相同，第二液压室13内的液体可以排出，因此液体可以随时排出第一液压室10，从而减少气门的下行阻力，方便气门开启。气门关闭发动机控制单元控制上电磁铁5通电，并开启第二电磁阀11，关闭第一电磁阀15。上电磁铁5给气门衔铁16—个向上的吸力，从而使气门向上运动而关闭，液体从高压的第二液压管路12流入，推动活塞17向低压的第一液压室10方向移动，并使得第一液压室内10的液体从第一液压管路14流出，不仅可以减少气门的上行阻力，还能够对气门形成向上的推力，进一步加快气门的上升。调整气门最大升程发动机控制单元控制电机9转动，调整下电磁铁支撑架7的高度，从而调整气门的最大升程。当需要减少气门的最大升程时，将电磁铁支撑架7上升，当需要增大气门的最大升程时，将电磁铁支撑架7下降。第一液压管路14的液压最好为零或趋近于零，以在气门开启过程中降低活塞17的运动阻力，从而减少对电磁铁的能量消耗，提高电磁机构的可靠性。进一步地，在控制气门关闭时，当气门接近气门上止点时，发动机控制单元控制下电磁铁6通电，这样可以通过向气门衔铁16施加向下的吸力而对气门施加一定的上行阻力，以控制气门的落座速度和冲击力。所有机构控制均由发动机控制单元实现，依据工况需求，选择合适的气门正时、升程和气门开启持续期，从而获得最佳的配气效果。
权利要求
1.一种发动机气门控制机构，其特征在于包括气门机构、电磁机构、气门升程控制机构和液压机构；所述气门机构包括气门和固定于气门上端的活塞、气门衔铁；所述电磁机构包括上电磁铁、下电磁铁；所述气门升程控制机构包括驱动单元和可在驱动单元作用下上下移动的下电磁铁支撑架；所述液压机构包括液压腔，所述活塞活动安装于液压腔内，并将液压腔分隔成活塞上部的第一液压室和活塞下部的第二液压室，所述第一液压室与第一液压管路相通，所述第二液压室分别与第一液压管路和第二液压管路相通，其中第二液压室与第一液压管路之间设有第一电磁阀，第二液压室与第二液压管路之间设有第二电磁阀。
2.根据权利要求I所述的发动机气门控制机构，其特征在于所述驱动单元为固定于发动机上的电机，所述电机的电机轴上设有螺纹，所述下电磁铁支撑架的底部设有螺纹孔，所述电机轴旋入螺纹孔内。
3.根据权利要求I或2所述的发动机气门控制机构，其特征在于所述第一液压管路的液压小于第二液压管路的液压。
4.根据权利要求3所述的发动机气门控制机构，其特征在于所述第一液压管路的液压为零。
5.根据权利要求I所述的发动机气门控制机构的控制方法，其特征在于发动机控制单元控制下电磁铁通电，并开启第一电磁阀和第二电磁阀中的一个电磁阀，从而控制气门开启；发动机控制单元控制上电磁铁通电，并开启第一电磁阀和第二电磁阀中的一个电磁阀，从而控制气门关闭；发动机控制单元控制电机转动，调整下电磁铁支撑架的高度，从而调整气门的最大升程。
6.根据权利要求5所述的发动机气门控制机构的控制方法，其特征在于在控制气门开启时，发动机控制单元开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀；在控制气门关闭时，发动机控制单元开启第二电磁阀，关闭第一电磁阀。
7.根据权利要求5或6所述的发动机气门控制机构的控制方法,其特征在于在控制气门关闭时，当气门接近气门上止点时，发动机控制单元控制下电磁铁通电。
全文摘要
本发明的目的是提出一种发动机气门控制机构及其控制方法，该发动机气门控制机构包括气门机构、电磁机构、气门升程控制机构和液压机构；所述气门机构包括气门和固定于气门上端的活塞、气门衔铁；所述电磁机构包括上电磁铁、下电磁铁；所述气门升程控制机构包括驱动单元和可在驱动单元作用下上下移动的下电磁铁支撑架；所述液压机构包括液压腔，所述活塞活动安装于液压腔内，并将液压腔分隔成活塞上部的第一液压室和活塞下部的第二液压室，所述第一液压室与第一液压管路相通，所述第二液压室分别与第一液压管路和第二液压管路相通，其中第二液压室与第一液压管路之间设有第一电磁阀，第二液压室与第二液压管路之间设有第二电磁阀。
文档编号F02D13/02GK102877959SQ20121036579
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者张华 申请人:奇瑞汽车股份有限公司