多级增压气阀式排气机构的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供多级增压气阀式排气机构，通过液压驱动排气阀的开启与关闭，采用一级活塞与二级活塞分别以不同的增压比对初级增压腔内的液压油增压，利用增压后的二级液压油腔内的液压油再驱动三级活塞与四级活塞分别以不同的增压比对次级增压腔内的液压油进行增压，从而以不同的增压压力驱动排气阀的开启，通过三位三通电磁换向阀控制PA和AT液压油路与低压液压油路的通断，可以实现排气阀的排气定时和排气持续角可变。本发明结构简单，对排气阀控制的自由度大，驱动液压油的供油压力低，能进一步改善燃料的经济性和内燃机的排放，有利于提高内燃机的动力性能。
【专利说明】多级增压气阀式排气机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种发动机，具体地说是发动机的排气机构。
【背景技术】
[0002]排气系统是内燃机配气系统的重要组成部分，其主要作用是在规定的时间内把燃烧后的废气排出燃烧室，排气相位和排气持续角对燃油的经济性、内燃机功率及排放都有很大影响。传统机械式凸轮轴驱动排气门的配气机构，气门的运动通过曲轴与凸轮轴以及凸轮轴与各气缸气门之间的机械传动来进行控制定时，一直以来，这种机械式驱动机构被证明是简单、有效、可靠并且廉价的，然而，这种排气机构的排气阀开启时刻、持续时间和气阀升程等在结构参数上是固定不变的，只能保证内燃机在某一工况下性能达到最佳，这对使用工况变化频繁的内燃机是不利的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供液压驱动、排气相位可控、驱动压力和排气持续角可变的多级增压气阀式排气机构
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]本发明多级增压气阀式排气机构，其特征是:排气单元、一级增压器、二级增压器、液压油箱、三位三通电磁换向阀；排气单元包括活塞套、液压活塞、复位弹簧套、排气阀、排气阀外壳，液压活塞安装在活塞套里并与活塞套上壁之间形成液压腔，活塞套固定在复位弹簧套上，复位弹簧套固定在排气阀外壳上，复位弹簧套里安装复位弹簧和复位弹簧座，复位弹簧设置在复位弹簧座和排气阀壳体之间，排气阀的阀杆端部安装在液压活塞里，排气阀的阀头与排气阀壳体上的排气阀座相配合；一级增压器包括增压器壳体、一级活塞、二级活塞、一级液压柱塞，增压器壳体里为中空结构，增压器壳体上分别开有液压油出口一、低压液压油进口一、一级液压油进口，增压器壳体中空结构的顶端分别于液压油出口一、低压液压油进口一相连通，一级活塞、二级活塞、一级液压柱塞自下而上依次安装在增压器壳体里，一级活塞下端与增压器壳体形成一级液压油腔，一级活塞下端开有一级液压通孔，一级液压通孔、一级液压油腔、一级液压油进口相连通，一级液压柱塞与增压器壳体中空结构的顶端之间形成初级增压腔；二级增压器与一级增压器结构相同，一级增压器的液压油出口一、低压液压油进口一、一级液压油进口分别与二级增压器的液压油出口二、低压液压油进口 二、二级液压油进口相对应，一级液压油进口连通三位三通电磁换向阀，三位三通电磁换向阀通过低压液压油管和高压液压油管连通液压油箱，高压液压油管上安装滤清器、液压油输油泵、高压液压油泵，低压液压油管连通低压液压油进油管一，低压液压油进油管一上安装第一液压进油单向阀，低压液压油进油管一连通低压液压油进口 一和低压液压油进油管二，低压液压油进油管二上安装第二液压进油单向阀，低压液压油进油管二连通低压液压油进口二，液压油出口一通过增压液压油管连通二级液压油进口，液压出油口二通过液压油管连通液压腔。[0006]本发明还可以包括:
[0007]1、一级活塞位于一级液压油腔一端的横截面积大于其另一端的横截面积,一级液压油进口最大横截面积大于一级液压柱塞横截面积，一级液压油进口与一级液压油腔相连通的部分剖面形状为梯形。
[0008]2、一级活塞上开有的一级液压通孔靠近二级活塞端的横截面面积大于一级液压柱塞的横截面面积，一级液压通孔最大横截面积大于一级液压柱塞横截面积，一级液压通孔靠近二级活塞端的剖面形状为梯形。
[0009]3、一级活塞的最大横截面积大于二级活塞的横截面积，二级活塞的横截面积大于一级液压柱塞的横截面积。
[0010]本发明的优势在于:本发明通过一级增压器上的一级活塞与二级活塞分别以不同的增压比对初级增压腔内的液压油增压，从而增压驱动二级增压器上的三级活塞与四级活塞以不同的增压比对次级液压腔内的液压油进行增压，进而在排气阀开启的过程中以不同的增压压力驱动，有利于降低驱动液压油的供油压力，采用电磁阀控制液压油的流通方向，对排气阀控制的自由度大，能灵活的控制排气定时和排气持续角，能进一步改善内燃机的排放和燃油的经济性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构示意图；
[0012]图2为初级增压腔和次级增压腔内压力变化曲线示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0014]结合图1?2，本发明由液压油管1、液压腔2、液压活塞3、排气阀4、复位弹簧座5、复位弹簧6、排气口 7、排气阀座8、液压油出口二 9、次级增压腔10、二级液压柱塞11、二级增压器12、四级活塞13、三级活塞14、二级液压通孔15、二级液压油腔16、二级液压油进口
17、低压液压油进口二 18、三位三通电磁换向阀19、高压液压油泵20、液压油输油泵21、滤清器22、液压油箱23、低压液压油管24、一级液压油进口 25、一级液压油腔26、一级液压通孔27、一级活塞28、液压进油单向阀29、二级活塞30、一级增压器31、一级液压柱塞32、初级增压腔33、低压液压油进口一 34、液压油出口一 35和增压液压油管36组成。其特征是:一级活塞28与一级增压器31体之间形成一级液压油腔26，一级液压油腔26通过一级增压器31体上的一级液压油进口 25与三位三通电磁换向阀19相连通，一级活塞28上开有一级液压通孔27，液压油通过一级液压通孔27连通一级液压油腔26和由于二级活塞30滑动时与一级活塞28之间形成的液压油腔，一级活塞28可以在一级增压器31内往复滑动，一级活塞28作为二级活塞30的活塞套与二级活塞30相连，二级活塞30可以在一级活塞28内往复滑动，一级液压柱塞32由于初级增压腔33内液压油的液压力作用与二级活塞30紧密相连，一级液压柱塞32与一级增压器31体之间形成初级增压腔33，初级增压腔33通过一级增压器31体上开有的低压液压油进口一 34连通液压进油单向阀29，液压进油单向阀29通过低压液压油管24与液压油箱23相连通，初级增压腔33通过一级增压器31体上开有的液压油出口一 35与增压液压油管36相连通，增压液压油管36通过二级增压器12体上开有的二级液压油进口 17与二级液压油腔16相连通，三级活塞14与二级增压器12体之间形成二级液压油腔16，三级活塞14上开有二级液压通孔15，液压油通过二级液压通孔
15连通二级液压油腔16和由于四级活塞13滑动时与三级活塞14之间形成的液压油腔，三级活塞14可以在二级增压器12内往复滑动，三级活塞14作为四级活塞13的活塞套与四级活塞13相连，四级活塞13可以在三级活塞14内往复滑动，二级液压柱塞11由于次级增压腔10内液压油的液压力作用与四级活塞13紧密相连，二级液压柱塞11与二级增压器12体之间形成次级增压腔10，次级增压腔10通过二级增压器12体上开有的低压液压油进口二 18连通液压进油单向阀29，液压进油单向阀29通过低压液压油管24与液压油箱23相连通，次级增压腔10通过二级增压器12体上开有的液压油出口二 9与液压油管I相连通，液压油管I与液压活塞3上端的液压腔2相连通。
[0015]图1为本发明多级增压气阀式排气机构的整体结构示意图，包括液压油管1、液压腔2、液压活塞3、排气阀4、复位弹簧座5、复位弹簧6、排气口 7、排气阀座8、液压油出口二9、次级增压腔10、二级液压柱塞11、二级增压器12、四级活塞13、三级活塞14、二级液压通孔15、二级液压油腔16、二级液压油进口 17、低压液压油进口二 18、三位三通电磁换向阀
19、高压液压油泵20、液压油输油泵21、滤清器22、液压油箱23、低压液压油管24、一级液压油进口 25、一级液压油腔26、一级液压通孔27、一级活塞28、液压进油单向阀29、二级活塞30、一级增压器31、一级液压柱塞32、初级增压腔33、低压液压油进口一 34、液压油出口一35和增压液压油管36。一级活塞28与一级增压器31体之间形成一级液压油腔26，一级液压油腔26通过一级增压器31体上的一级液压油进口 25与三位三通电磁换向阀19A 口相连通，一级液压油进口 25靠近一级活塞28端的横截面积大于远离一级活塞28端的横截面积，一级液压油进口 25最大横截面积大于一级液压柱塞32的横截面积,如图1所不,一级液压油进口 25靠近一级活塞28端的剖面形状为梯形，三位三通电磁换向阀19P 口依次与高压液压油泵20、液压油输油泵21、滤清器22和液压油箱23相连通，三位三通电磁换向阀19T 口通过低压液压油管24与液压油箱23相连通，一级活塞28上开有一级液压通孔27，一级液压通孔27靠近二级活塞30端的横截面积大于远离二级活塞30端的横截面积，一级液压通孔27最大横截面积大于一级液压柱塞32的横截面积，如图1所示，一级液压通孔27靠近二级活塞30端的剖面形状为梯形，液压油通过一级液压通孔27连通一级液压油腔26和由于二级活塞30滑动时与一级活塞28之间形成的液压油腔，一级活塞28可以在一级增压器31内往复滑动，一级活塞28作为二级活塞30的活塞套与二级活塞30相连，二级活塞30可以在一级活塞28内往复滑动，一级液压柱塞32由于初级增压腔33内液压油的液压力作用与二级活塞30紧密相连，一级液压柱塞32可以在一级增压器31内往复滑动，一级液压柱塞32与一级增压器31体之间形成初级增压腔33，初级增压腔33通过一级增压器31体上开有的低压液压油进口一 34连通液压进油单向阀29，液压进油单向阀29通过低压液压油管24与液压油箱23相连通，初级增压腔33通过一级增压器31体上开有的液压油出口一 35与增压液压油管36相连通，增压液压油管36通过二级增压器12体上开有的二级液压油进口 17与二级液压油腔16相连通，二级液压油进口 17靠近三级活塞14端的横截面积大于远离三级活塞14端的横截面积，二级液压油进口 17最大横截面积大于二级液压柱塞11的横截面积，如图1所示，二级液压油进口 17靠近三级活塞14端的剖面形状为梯形，三级活塞14与二级增压器12体之间形成二级液压油腔16，三级活塞14上开有二级液压通孔15，二级液压通孔15靠近四级活塞13端的横截面积大于远离四级活塞13端的横截面积，二级液压通孔15最大横截面积大于二级液压柱塞11横截面积，如图1所示，二级液压通孔
15靠近四级活塞13端的剖面形状为梯形，液压油通过二级液压通孔15连通二级液压油腔16和由于四级活塞13滑动时与三级活塞14之间形成的液压油腔，三级活塞14可以在二级增压器12内往复滑动，三级活塞14作为四级活塞13的活塞套与四级活塞13相连，四级活塞13可以在三级活塞14内往复滑动，二级液压柱塞11由于次级增压腔10内液压油的液压力作用与四级活塞13紧密相连，二级液压柱塞11与二级增压器12体之间形成次级增压腔10，二级液压柱塞11可以在二级增压器12内往复滑动，次级增压腔10通过二级增压器12体上开有的低压液压油进口二 18连通液压进油单向阀29，液压进油单向阀29通过低压液压油管24与液压油箱23相连通，次级增压腔10通过二级增压器12体上开有的液压油出口二 9与液压油管I相连通，液压油管I与液压活塞3上端的液压腔2相连通，液压活塞3上端由于液压腔2内液压油的液压力作用紧连排气阀4，复位弹簧座5被固定在排气阀4的阀杆上，随之一起运动，复位弹簧6压紧在复位弹簧座5上，排气阀4通过排气阀座8限位。当三位三通电磁换向阀19处在中位时，A 口、P 口和T 口彼此间均不连通，一级增压器
31和二级增压器12内的各个增压活塞和液压柱塞都保持初始位置，不运动；当三位三通电磁换向阀19换向到右位时，PA通路接通，液压油箱23中的液压油经由滤清器22由液压油输油泵21输入到高压液压油泵20，在高压液压油泵20内增压后的液压油流经三位三通电磁换向阀19，流过液压油管由一级液压油进口 25流入一级液压油腔26，由于一级液压油进口 25靠近一级活塞28端的横截面积大于远离一级活塞28端的横截面积，如图1所示，一级液压油进口 25靠近一级活塞28端的剖面形状为梯形，流入的液压油通过一级液压油进口 25后即作用在一级活塞28较大的作用面积上，又因为一级活塞28的最大横截面积大于二级活塞30的横截面积,二级活塞30的横截面积大于一级液压柱塞32的横截面积，随着一级液压油腔26内不断的供入高压液压油，由于一级活塞28和一级液压柱塞32两端的压力差，其受力不平衡，一级活塞28带动二级活塞30推动一级液压柱塞32向上运动，此时，初级增压腔33内的低压液压油被一级活塞28增压，增压后的液压油流经增压液压油管36通过二级液压油进口 17流入二级液压腔16，由于二级液压油进口 17靠近三级活塞14端的横截面积大于远离三级活塞14端的横截面积，如图1所示，二级液压油进口 17靠近三级活塞14端的剖面形状为梯形，流入的液压油通过二级液压油进口 17后即作用在三级活塞14较大的作用面积上,又因为三级活塞14的最大横截面积大于四级活塞13的横截面积，四级活塞13的横截面积大于二级液压柱塞11的横截面积，随着二级液压油腔16内不断的供入增压液压油，由于三级活塞14和二级液压柱塞11两端的压力差，其受力不平衡，三级活塞14带动四级活塞13推动二级液压柱塞11向上运动，此时，次级增压腔10内的低压液压油被三级活塞14增压，当次级增压腔10内液压油的压力大于排气阀复位弹簧6和气缸内气体对排气阀4向上的压力之和时排气阀4脱离排气阀阀座8，排气阀4开始开启，废气经由排气口 7排出，而在排气阀4从刚开启到达到最大升程的开启过程中，随着排气阀4与排气阀座8距离的增大，气门开口面积增大，气缸内气体通过排气口 7的排出量增加，缸内气体压力降低，排气阀4所受向上的气体压力减小，此时，如果继续按一个增压比对次级增压腔10内的液压油增压势必要求高压液压油泵20不断供入高压的液压油，造成额外的机械做功损失和高压液压油能量的损失，所以本发明在排气阀4从刚开启到达到最大升程的开启过程中采用一级活塞28和二级活塞30分别以不同的增压比对初级增压腔33内的液压油增压，再利用三级活塞14和四级活塞13分别以不同的增压比对次级增压腔10内的液压油增压，从而以不同的液压压力驱动排气阀4的开启，当一级增压器31内的一级活塞28增压驱动一级液压柱塞32，进而推动三级活塞14增压驱动二级液压柱塞11，在液压腔3内的压力足够大后，排气阀4开启，排气阀4开启到一定升程但未达到最大升程时，一级活塞28和三级活塞14被限位，一级活塞28和三级活塞14停止继续向上运动，此时，液压油通过一级活塞28上开有的一级液压通孔27驱动二级活塞30继续向上增压初级增压腔33内的液压油，增压后的液压油流经增压液压油管36通过三级活塞14上的二级液压通孔15驱动四级活塞继续向上增压次级液压腔10内的液压油，推动排气阀液压活塞3连同排气阀4继续向下运动，直至排气阀4达到最大升程完全开启。当三位三通电磁换向阀19换向到左位时，AT通路接通，一级液压油腔26中的高压液压油迅速经过三位三通电磁换向阀19流经低压液压油管24流回到液压油箱23中，此时，由于压力差的作用，初级增压腔33内增压后的液压油推动一级液压柱塞32带动二级活塞30推动一级活塞28落座到最低位置，同样的，次级增压腔10内增压后的液压油推动二级液压柱塞11带动四级活塞13推动三级活塞14落座到最低位置，液压腔2内的增压后的液压油压力迅速降低，排气阀4在排气阀复位弹簧6的弹力作用下重新落座至排气阀阀座8上，由于排气阀4各个部分都会存在液压油的泄漏，也是为了避免由于一级液压柱塞32和二级液压柱塞11在下行过程中由于压力的骤减造成液压油的抽真空，在液压油中产生气泡等，初级增压腔33和次级增压腔10内的液压油通过液压进油单向阀29从液压油箱23中进行液压油的补充。图2为本发明多级增压气阀式排气机构初级增压腔33和次级增压腔10内液压油压力随着时间变化曲线的示意图。由图2可以看出，初级增压腔33内液压油的压力相对于次级液压腔的压力较小，但是由于三级活塞14和四级活塞13对二级液压柱塞11的不同的增压截面比，使即采用较小的液压压力也可以增压成较大的液压压力。本发明通过一级增压器31上的一级活塞28和二级活塞30与一级液压柱塞32的不同的增压比，对初级增压腔33内的液压油进行增压，从而增压二级增压器12上的三级活塞14和四级活塞13，进而增压次级增压腔10内的液压油，最终以不同的增压压力驱动排气阀4的开启，本发明可以实现在排气阀4开启过程中不同的增压压力控制，通过控制三位三通电磁换向阀19PA、AT油路的通断时刻，可以控制排气阀4的排气定时和排气持续角，能进一步改善燃料的经济性和内燃机的排放，提高了内燃机的动力性能。上述实施方式只是本发明实施的一个方式之一，本发明不仅仅局限于此种实施方式，本发明可以通过一级增压器31内一级活塞28和二级活塞30及二级增压器12内三级活塞14和四级活塞13不同的工作位置配合实现不同的增压方式，同样可以增加增压器的个数实现更多级次的增压压力以便降低液压油的供油压力。
[0016]本发明多级增压气阀式排气机构包括液压油管、液压腔、液压活塞、排气阀、复位弹簧座、复位弹簧、排气口、排气阀座、液压油出口二、次级增压腔、二级液压柱塞、二级增压器、四级活塞、三级活塞、二级液压通孔、二级液压油腔、二级液压油进口、低压液压油进口
二、三位三通电磁换向阀、高压液压油泵、液压油输油泵、滤清器、液压油箱、低压液压油管、一级液压油进口、一级液压油腔、一级液压通孔、一级活塞、液压进油单向阀、二级活塞、一级增压器、一级液压柱塞、初级增压腔、低压液压油进口一、液压油出口一和增压液压油管。一级活塞与一级增压器体之间形成一级液压油腔，一级增压器体上开有一级液压油进口，一级活塞上开有一级液压通孔，一级液压通孔连通一级液压油腔和由于二级活塞滑动时与一级活塞之间形成的液压油腔，一级活塞作为二级活塞的活塞套与二级活塞相连，二级活塞可以在一级活塞内往复滑动，一级液压柱塞与一级增压器体之间形成初级增压腔，初级增压腔通过增压液压油管与二级液压油腔相连通，三级活塞与二级增压器体之间形成二级液压油腔，三级活塞上开有二级液压通孔，二级液压通孔连通二级液压油腔和由于四级活塞滑动时与三级活塞之间形成的液压油腔，三级活塞作为四级活塞的活塞套与四级活塞相连，四级活塞可以在三级活塞内往复滑动，二级液压柱塞与二级增压器体之间形成次级增压腔，次级增压腔通过二级增压器体上开有的液压油出口二与液压油管相连通，液压油管与液压活塞上端的液压腔相连通。
[0017]一级增压器体上开有的一级液压油进口靠近一级活塞端的横截面积大于远离一级活塞端的横截面积，一级液压油进口最大横截面积大于一级液压柱塞横截面积，一级液压油进口靠近一级活塞端的剖面形状为梯形。
[0018]二级增压器体上开有的二级液压油进口靠近三级活塞端的横截面积大于远离三级活塞端的横截面积，二级液压油进口最大横截面积大于二级液压柱塞横截面积，二级液压油进口靠近三级活塞端的剖面形状为梯形。
[0019]一级活塞上开有的一级液压通孔靠近二级活塞端的横截面面积大于一级液压柱塞的横截面面积，一级液压通孔最大横截面积大于一级液压柱塞横截面积，一级液压通孔靠近二级活塞端的剖面形状为梯形。
[0020]三级活塞上开有的二级液压通孔靠近四级活塞端的横截面面积大于二级液压柱塞的横截面面积，二级液压通孔最大横截面积大于二级液压柱塞横截面积，二级液压通孔靠近四级活塞端的剖面形状为梯形。
[0021]一级活塞的最大横截面积大于二级活塞的横截面积,二级活塞的横截面积大于一级液压柱塞的横截面积。
[0022]三级活塞的最大横截面积大于四级活塞的横截面积，四级活塞的横截面积大于二级液压柱塞的横截面积。
【权利要求】
1.多级增压气阀式排气机构，其特征是:包括排气单元、一级增压器、二级增压器、液压油箱、三位三通电磁换向阀；排气单元包括活塞套、液压活塞、复位弹簧套、排气阀、排气阀外壳，液压活塞安装在活塞套里并与活塞套上壁之间形成液压腔，活塞套固定在复位弹簧套上，复位弹簧套固定在排气阀外壳上，复位弹簧套里安装复位弹簧和复位弹簧座，复位弹簧设置在复位弹簧座和排气阀壳体之间，排气阀的阀杆端部安装在液压活塞里，排气阀的阀头与排气阀壳体上的排气阀座相配合；一级增压器包括增压器壳体、一级活塞、二级活塞、一级液压柱塞，增压器壳体里为中空结构，增压器壳体上分别开有液压油出口一、低压液压油进口一、一级液压油进口，增压器壳体中空结构的顶端分别于液压油出口一、低压液压油进口一相连通，一级活塞、二级活塞、一级液压柱塞自下而上依次安装在增压器壳体里，一级活塞下端与增压器壳体形成一级液压油腔，一级活塞下端开有一级液压通孔，一级液压通孔、一级液压油腔、一级液压油进口相连通，一级液压柱塞与增压器壳体中空结构的顶端之间形成初级增压腔；二级增压器与一级增压器结构相同，一级增压器的液压油出口一、低压液压油进口一、一级液压油进口分别与二级增压器的液压油出口二、低压液压油进口 二、二级液压油进口相对应，一级液压油进口连通三位三通电磁换向阀，三位三通电磁换向阀通过低压液压油管和高压液压油管连通液压油箱，高压液压油管上安装滤清器、液压油输油泵、高压液压油泵，低压液压油管连通低压液压油进油管一，低压液压油进油管一上安装第一液压进油单向阀，低压液压油进油管一连通低压液压油进口 一和低压液压油进油管二，低压液压油进油管二上安装第二液压进油单向阀，低压液压油进油管二连通低压液压油进口二，液压油出口一通过增压液压油管连通二级液压油进口，液压出油口二通过液压油管连通液压腔。
2.根据权利要求1所述的多级增压气阀式排气机构，其特征是:一级活塞位于一级液压油腔一端的横截面积大于其另一端的横截面积，一级液压油进口最大横截面积大于一级液压柱塞横截面积，一级液压油进口与一级液压油腔相连通的部分剖面形状为梯形。
3.根据权利要求1或2所述的多级增压气阀式排气机构，其特征是:一级活塞上开有的一级液压通孔靠近二级活塞端的横截面面积大于一级液压柱塞的横截面面积，一级液压通孔最大横截面积大于一级液压柱塞横截面积，一级液压通孔靠近二级活塞端的剖面形状为梯形。
4.根据权利要求1或2所述的多级增压气阀式排气机构，其特征是:一级活塞的最大横截面积大于二级活塞的横截面积，二级活塞的横截面积大于一级液压柱塞的横截面积。
5.根据权利要求3所述的多级增压气阀式排气机构，其特征是:一级活塞的最大横截面积大于二级活塞的横截面积，二级活塞的横截面积大于一级液压柱塞的横截面积。
【文档编号】F01L9/02GK103953413SQ201410107950
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】白云, 范立云, 刘洋, 赵文圣, 马修真, 董全, 宋恩哲, 袁志国, 刘晶晶 申请人:哈尔滨工程大学