双压电液压驱动增压式配气系统的制作方法

本发明涉及的是一种内燃机，具体地说是内燃机配气系统。

背景技术：

内燃机配气装置的主要作用是在规定的时间内把燃烧后的废气排出气缸，并吸入足够量的新鲜空气，配气定时和配气持续角对燃油的经济性、内燃机功率、燃烧及排放等影响重大。进、排气过程必须严格按照内燃机定时要求进行，在多缸内燃机中，还要按照规定的发火次序来进行，以保证内燃机运转在最佳工况下。申请号为201410638791.0的专利公开了一种由机械、液压和电子控制三个子系统组成的可变配气相位系统，该系统的三个子系统相互配合可以实现可变配气相位的功能，但电子控制系统同样采用电磁阀控制，电磁阀执行机构结构复杂，电磁线圈电感作用使其响应时间滞后，导致对气门的控制精度差。申请号为200510041311.3的专利公开了一种电控气门执行机构，由壳体、壳体内底部的电磁装置、贯穿电磁装置轴向中心通孔的行程调节螺杆、行程调节螺杆上端与壳体内顶部之间设置的消噪弹簧构成，该发明采用电磁开关直接控制气门开闭，仍然存在结构复杂、响应慢及控制精度差的不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供驱动压力可变及配气控制精度高的双压电液压驱动增压式配气系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明双压电液压驱动增压式配气系统，其特征是：包括配气单元、液压油轨、油箱；所述配气单元包括气门体、第一电液控制部分、第二电液控制部分、气门、外壳；

所述第一电液控制部分包括第一压电堆、第一顶杆、第一球阀、第一球阀复位弹簧，第一压电堆安装在气门体里，第一顶杆位于第一顶杆腔里并位于第一压电堆的下方，第一球阀位于在第一球阀腔里，第一球阀腔位于第一顶杆腔下方，第一球阀复位弹簧腔位于第一球阀腔下方，第一球阀复位弹簧设置在第一球阀复位弹簧腔里并位于第一球阀下面，第一球阀腔上端与第一球阀相配合的位置为第一密封座面，第一球阀腔下端与第一球阀相配合的位置为第二密封座面；

第一电液控制部分下方设置增压活塞，增压活塞与第一电液控制部分之间形成第一控制腔，增压活塞下方设置第二电液控制部分，第二电液控制部分与增压活塞之间形成增压腔；

所述第二电液控制部分包括第二压电堆、第二顶杆、第二球阀、第二球阀复位弹簧、液压活塞，第二压电堆安装在气门体里并位于增压腔下方，第二顶杆设置在第二顶杆腔里并位于第二压电堆下方，第二球阀腔设置在第二顶杆腔下方，第二球阀复位弹簧腔设置在第二球阀腔下方，第二球阀设置在第二球阀腔里，第二球阀复位弹簧设置在第二球阀复位弹簧腔里，第二球阀分别与第二球阀腔上端面和第二球阀腔下端面相配合，第二球阀腔上端面与第二球阀配合处为第三密封座面，第二球阀腔下端面与第二球阀配合处为第四密封座面，液压活塞设置在气门体里，液压活塞与其下方的气门体之间形成第二控制腔，液压活塞与其上方的气门体之间形成第三控制腔；

气门体里分别设置总回油孔、第一顶杆腔、第二顶杆腔、第一高压进油孔、第二高压进油孔、第三高压进油孔、第一高低压通孔、第二高低压通孔、第一低压回油孔、第二低压回油孔、第一球阀腔、第二球阀腔、第一球阀复位弹簧腔、第二球阀复位弹簧腔，总回油管连通油箱，第一高压进油孔分别连通第一顶杆腔和液压油轨，第一低压回油孔分别连通第一球阀复位弹簧腔和总回油管，第一高低压通孔分别连通第一球阀腔和第一控制腔，第二球阀复位弹簧腔连通第二高压进油孔，第三控制腔连通第三高压进油孔，第二高压进油孔和第三高压进油孔连通后连通增压腔，第二低压回油孔分别连通第二顶杆腔和总回油管，第二高低压通孔分别连通第二球阀腔和第二控制腔；

液压活塞下方连接气门，气门上套有气门复位弹簧，气门端部安装气门座，外壳安装在气门体下方，气门座位于外壳外侧；所述的配气单元的数量与发动机汽缸的数量相一致。

本发明还可以包括：

1、增压腔通过吸油管路与总回油管相通，吸油管路上安装吸油单向阀。

2、增压活塞上端面面积大于其下端面面积，液压活塞上端 面面积小于其下端面面积。

本发明的优势在于：本发明通过第一电液控制部分和第二电液控制部分协同通断电分别控制第一球阀和第二球阀位移，在配气系统内部实现高低压油路间灵活转换，通过增压活塞对增压腔内的液压油增压，使作用在液压活塞上的液压力灵活变化，利用作用在液压活塞和气门上的压力差实现气门运动可控，从而实现气门与通气口间的通断，能有效控制配气定时及配气持续角；采用液压油轨显著降低了由于电液控制部分切换高低压油路时引起的液压油压力波动导致的气门开启和关闭不稳定性，确保了配气系统工作的可靠性及一致性；通过压电堆直接驱动球阀，能灵活而精确的控制配气规律，有利于内燃机不同工况下灵活配气方式的实现，显著提高了气门控制自由度，能进一步改善燃料的经济性和内燃机排放，有利于提高内燃机的动力性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一电液控制部分的示意图；

图3为本发明的第二电液控制部分的示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明一种双压电液压驱动增压式配气系统，它由液压油轨 1、液压油管2、第一电液控制部分3、第一控制腔4、增压活塞5、增压活塞复位弹簧6、吸油单向阀7、增压腔8、第二电液控制部分9、气门体10、弹簧座 11、气门复位弹簧12、气门13、外壳14、通气口15、气门座16、回油管17、油箱18、滤器19和液压油泵20组成。液压油轨1左端通过液压油管分别与液压油泵20、滤器19和油箱18相连通，液压油轨1上开有多个液压油出口，液压油出口的个数根据内燃机气缸的个数确定，液压油出口通过液压油管2与气门体10上开有的液压进油口相连通，气门体10上开有的低压回油口通过回油管17连通油箱18。第一电液控制部分3由电气接头21、第一压电堆22、第一高压进油孔23、第一密封座面24、第一球阀复位弹簧25、第一高低压通孔26、第一低压回油孔27、第二密封座面28、第一球阀29和第一顶杆30组成。第二电液控制部分9由第二顶杆31、第三密封座面32、第二球阀33、第二高压进油孔34、第三高压进油孔35、液压活塞36、第二控制腔37、第二高低压通孔 38、第三控制腔39、第二球阀复位弹簧40、第四密封座面41、第二低压回油孔42和第二压电堆43组成。气门体10上分别设计有第一高压进油孔23、第一密封座面24、第一高低压通孔26、第一低压回油孔27、第二密封座面28、第三密封座面32、第二高压进油孔34、第三高压进油孔35、第二高低压通孔 38、第四密封座面41和第二低压回油孔42，第一高压进油孔23通过气门体10 上的液压油通道与液压进油口相连通，第一低压回油孔27通过气门体10上的低压回油通道与低压回油口相连通，第二高压进油孔34通过气门体10上开有的液压油道连通第三高压进油孔35并与气门体10上的液压油通道与增压腔8 相连通，第二低压回油孔42通过气门体10上的液压通道与第一低压回油孔27 相连通，增压活塞5上端面积大于下端面积，其上端与气门体10之间形成第一控制腔4，第一控制腔4连通第一高低压通孔26，下端与气门体10之间形成增压腔8并与吸油单向阀7连通，液压活塞36上端面积小于下端面积，其上端和下端分别与气门体10之间形成第三控制腔39和第二控制腔37，第二控制腔37 与第二高低压通孔38连通，第三控制腔39与第三高压进油孔35连通，在第一球阀29压紧至第一密封座面24上时，第一高低压通孔26连通第一控制腔4与第一低压回油孔27，在第一球阀29压紧至第二密封座面28上时，第一高低压通孔26连通第一控制腔4与第一高压进油孔23，在第二球阀33压紧至第三密封座面32上时，第二高低压通孔38连通第二控制腔37与第二高压进油孔34，在第二球阀33压紧至第四密封座面41上时，第二高低压通孔38连通第二控制腔37与第二低压回油孔42，第一压电堆22和第二压电堆43通过电气接头与内燃机电控单元相连，进而控制第一球阀29和第二球阀33的抬起和落座，压电堆未通电时第一球阀29和第二球阀33分别通过第一球阀复位弹簧25和第二球阀复位弹簧40被压紧至第一顶杆30和第二顶杆31上。液压活塞36设置在气门13上部并随气门13开启和关闭并与气门13同步运动，弹簧座11通过止动环固定在气门13上，并随之一起运动，气门复位弹簧12压紧在弹簧座11与外壳14之间，气门座16对气门13的运动升程进行限制。

图1为本发明双压电液压驱动增压式配气系统的整体结构示意图，包括由液压油轨1、液压油管2、第一电液控制部分3、第一控制腔4、增压活塞5、增压活塞复位弹簧6、吸油单向阀7、增压腔8、第二电液控制部分9、气门体10、弹簧座11、气门复位弹簧12、气门13、外壳14、通气口15、气门座16、回油管17、油箱18、滤器19和液压油泵20组成。液压油轨1左端通过液压油管分别与液压油泵20、滤器19和油箱18相连通，液压油轨1上开有多个液压油出口，液压油出口的个数根据内燃机气缸的个数确定，如图1所示，为本发明用于四缸内燃机时的示意图，液压油出口通过液压油管2与气门体10上开有的液压进油口相连通，气门体10上开有的低压回油口通过回油管17连通油箱 18。电气接头21、第一压电堆22、第一高压进油孔23、第一密封座面24、第一球阀复位弹簧25、第一高低压通孔26、第一低压回油孔27、第二密封座面 28、第一球阀29和第一顶杆30共同构成了双压电液压驱动增压式配气系统的第一电液控制部分3，如图2所示。第二顶杆31、第三密封座面32、第二球阀 33、第二高压进油孔34、第三高压进油孔35、液压活塞36、第二控制腔37、第二高低压通孔38、第三控制腔39、第二球阀复位弹簧40、第四密封座面41、第二低压回油孔42和第二压电堆43共同构成了双压电液压驱动增压式配气系统的第二电液控制部分9，如图3所示。气门体10上分别设计有第一高压进油孔23、第一密封座面24、第一高低压通孔26、第一低压回油孔27、第二密封座面28、第三密封座面32、第二高压进油孔34、第三高压进油孔35、第二高低压通孔38、第四密封座面41和第二低压回油孔42，第一高压进油孔23通过气门体10上的液压油通道与液压进油口相连通，第一低压回油孔27通过气门体10上的低压回油通道与低压回油口相连通，第二高压进油孔34通过气门体 10上开有的液压油道连通第三高压进油孔35并与气门体10上的液压油通道与增压腔8相连通，第二低压回油孔42通过气门体10上的液压通道与第一低压回油孔27相连通，增压活塞5上端面积大于下端面积，其上端与气门体10之间形成第一控制腔4，第一控制腔4连通第一高低压通孔26，下端与气门体10 之间形成增压腔8并与吸油单向阀7连通，液压活塞36上端面积小于下端面积，其上端和下端分别与气门体10之间形成第三控制腔39和第二控制腔37，第二控制腔37与第二高低压通孔38连通，第三控制腔39与第三高压进油孔35连通，在第一球阀29压紧至第一密封座面24上时，第一高低压通孔26连通第一控制腔4与第一低压回油孔27，在第一球阀29压紧至第二密封座面28上时，第一高低压通孔26连通第一控制腔4与第一高压进油孔23，在第二球阀33压紧至第三密封座面32上时，第二高低压通孔38连通第二控制腔37与第二高压进油孔34，在第二球阀33压紧至第四密封座面41上时，第二高低压通孔38 连通第二控制腔37与第二低压回油孔42，第一压电堆22和第二压电堆43通过电气接头与内燃机电控单元相连，进而控制第一球阀29和第二球阀33的抬起和落座，压电堆未通电时第一球阀29和第二球阀33分别通过第一球阀复位弹簧25和第二球阀复位弹簧40被压紧至第一顶杆30和第二顶杆31上。液压活塞36设置在气门13上部并随气门13开启和关闭并与气门13同步运动，弹簧座11通过止动环固定在气门13上，并随之一起运动，气门复位弹簧12压紧在弹簧座11与外壳14之间，气门座16对气门13的运动升程进行限制。如图 1所示，本发明用于四缸内燃机时，油箱18内的液压油流经液压油管流入滤器 19，滤清后的液压油通过液压油管流入液压油泵20，并在液压油泵20内被增压到一定压力，从液压油泵20内流出的增压液压油经过液压油管流入液压油轨 1，并储存在液压油轨1内，液压油轨1内的增压液压油流经液压油管2经由气门体10上开有的液压进油口流入气门体10内液压进油通道，在双压电液压驱动增压式配气系统第一电液控制部分3和第二电液控制部分9均未通电时，第一压电堆22和第二压电堆43均保持原始长度，不伸长，第一球阀复位弹簧25 压紧第一球阀29至第一密封座面24，第二球阀复位弹簧40压紧第二球阀33 至第三密封座面32，流入气门体12内的增压液压油经由第一高压进油孔23流入第一密封座面24、第一球阀29、第一顶杆30与气门体12形成的环形容腔内，由于第一球阀29在此容腔内所受液压力小于第一球阀复位弹簧25向上的弹簧力，第一球阀29仍然被第一球阀复位弹簧25压紧至第一密封座面24上，此时，第二密封座面28打开，第一高低压通孔26连通第一控制腔4与第一低压回油孔27，从而通过回油管17连通第一控制腔4与油箱18，第一控制腔4内液压油压力较低，增压活塞5在增压活塞复位弹簧6作用下不对增压腔8内液压油进行增压，气门7在气门复位弹簧12的弹簧力作用下被压紧至气门座16上，通气口15与气缸不连通；在双压电液压驱动增压式配气系统第一电液控制部分 3接收来自内燃机电控单元的增压控制电流后，由于压电堆的逆压电效应，第一压电堆22变形伸长，向下推动第一顶杆30，第一球阀29随第一顶杆30一起向下运动，第一球阀29密封第二密封座面28，第一高低压通孔26与第一低压回油孔27断开，第一密封座面24开启，第一高低压通孔26与第一高压进油孔23连通，液压油轨1内的增压液压油流经液压油管2流入第一控制腔4，第一控制腔4内压力迅速升高，由于增压活塞5上端面积大于下端面积，增压活塞5向下运动并对增压腔8内液压油进行增压，增压腔8内液压油压力迅速增加，此时，第二电液控制部分9不通电，第二压电堆43保持原始长度，不伸长，第二球阀复位弹簧40压紧第二球阀33至第三密封座面32，此时，第二高低压通孔38与第二低压回油孔42不连通，由增压腔8流入气门体10内的增压液压油分为两路，一路经由第三高压进油孔35流入第三控制腔39，一路经由第二高压进油孔34和第二高低压通孔38流入第二控制腔37，由于液压活塞36上端面积小于下端面积，因此，此时液压活塞36所受液压合力方向向上，又由于气门复位弹簧12对气门13的弹簧力方向也向上，所以气门13在液压力和弹簧力合力作用下被压紧至气门座16上，通气口15与气缸不连通，在增压腔8内液压油压力增压到一定值后，第二压电堆43通电伸长，向下推动第二顶杆31，第二球阀33随第二顶杆31一起向下运动，第二球阀33密封第四密封座面41，第二高低压通孔38与第二高压进油孔34断开，第三密封座面32开启，第二高低压通孔38与第二低压回油孔42连通，第二控制腔37内高压液压油流经第二高低压通孔38和第二低压回油孔42流回至油箱18，第二控制腔37内液压油压力迅速下降，而第三控制腔39内仍保持高压，液压活塞36所受液压合力向下，推动气门13克服气门复位弹簧12的弹簧力和气门13所受气缸内压力的合力，液压活塞36与气门13一起向下运动，气门13离开气门座16而开启，通气口15与气缸连通，开启配气；在双压电液压驱动增压式配气系统第一电液控制部分3再次断电时，第一压电堆22再次恢复原始长度，第一球阀29在第一球阀复位弹簧25的弹簧力作用下再次密封第一密封座面24，第一高低压通孔 26与第一高压进油孔23断开，第二密封座面28开启，第一控制腔4通过第一高低压通孔26与第一低压回油孔27相连通，第一控制腔4内的高压液压油流经第一高低压通孔26回流至油箱18，第一控制腔4内压力迅速下降，在增压活塞复位弹簧6的弹簧力及增压腔8内液压油对增压活塞5下端面液压力合力作用下增压活塞5向上运动，此时第二电液控制部分9断电，第二球阀33在第二球阀复位弹簧40的弹簧力作用下再次密封第三密封座面32，第二高低压通孔38与第二低压回油孔42断开，第四密封座面41开启，第二控制腔37通过第二高低压通孔38与第二高压进油孔34相连通，第二控制腔37内压力迅速升高，液压活塞36带动气门13在向上的液压力及气门复位弹簧12弹簧力作用下向上运动压紧至气门座16而关闭，随着增压活塞5向上运动吸油单向阀7开启，增压腔8通过吸油单向阀7自油箱18中吸油，增压腔8内液压油压力恢复至初始值，完成一个配气循环过程。图1所示，为本发明用于四缸内燃机时的示意图，可以根据内燃机气缸个数灵活调整本发明双压电液压驱动增压式配气系统的第一电液控制部分3、第一控制腔4、增压活塞5、增压活塞复位弹簧6、吸油单向阀7、增压腔8、第二电液控制部分9、气门体10、弹簧座11、气门复位弹簧12、气门13、外壳14、通气口15和气门座16等的个数。本发明采用液压油轨1显著降低了由于系统内高低压油路转换时引起的液压油压力波动导致的气门13开启和关闭不稳定性，确保了配气系统工作的可靠性及一致性；通过双压电协同液压控制球阀位移，实现对高低压油路的通断及流量大小的灵活控制，通过增压活塞5对增压腔8内的液压油增压，使作用在液压活塞36上的液压力灵活变化，可以实现不同的配气方式，既可以根据不同工况调节配气定时，又能灵活控制配气持续角，显著提高了气门13控制自由度，能进一步改善燃料的经济性和内燃机排放，有利于提高内燃机的动力性能。

本发明双压电液压驱动增压式配气系统包括液压油轨、液压油管、第一电液控制部分、第一控制腔、增压活塞、增压活塞复位弹簧、吸油单向阀、增压腔、第二电液控制部分、气门体、弹簧座、气门复位弹簧、气门、外壳、通气口、气门座、回油管、油箱、滤器和液压油泵。气门体上开有的液压进油口通过液压油管与液压油轨相连通，气门体上开有的低压回油口通过回油管连通油箱。气门体上分别设计有第一高压进油孔、第一密封座面、第一高低压通孔、第一低压回油孔、第二密封座面、第三密封座面、第二高压进油孔、第三高压进油孔、第二高低压通孔、第四密封座面和第二低压回油孔。压电堆未通电时第一球阀和第二球阀分别通过第一球阀复位弹簧和第二球阀复位弹簧被压紧至第一顶杆和第二顶杆上。液压活塞设置在气门上部，弹簧座通过止动环固定在气门上，气门复位弹簧压紧在弹簧座与外壳之间。

第一电液控制部分包括电气接头、第一压电堆、第一高压进油孔、第一密封座面、第一球阀复位弹簧、第一高低压通孔、第一低压回油孔、第二密封座面、第一球阀和第一顶杆。第一高压进油孔通过气门体上的液压油通道与液压进油口相连通，第一低压回油孔通过气门体上的低压回油通道与低压回油口相连通，在第一球阀压紧至第一密封座面上时，第一高低压通孔连通第一控制腔与第一低压回油孔，在第一球阀压紧至第二密封座面上时，第一高低压通孔连通第一控制腔与第一高压进油孔。

第二电液控制部分包括第二顶杆、第三密封座面、第二球阀、第二高压进油孔、第三高压进油孔、液压活塞、第二控制腔、第二高低压通孔、第三控制腔、第二球阀复位弹簧、第四密封座面、第二低压回油孔和第二压电堆。第二高压进油孔通过气门体上开有的液压油道连通第三高压进油孔并与气门体上的液压油通道与增压腔相连通，第二低压回油孔通过气门体上的液压通道与第一低压回油孔相连通，在第二球阀压紧至第三密封座面上时，第二高低压通孔连通第二控制腔与第二高压进油孔，在第二球阀压紧至第四密封座面上时，第二高低压通孔连通第二控制腔与第二低压回油孔。

增压活塞上端面积大于下端面积，其上端与气门体之间形成第一控制腔，第一控制腔连通第一高低压通孔，下端与气门体之间形成增压腔并与吸油单向阀连通。

液压活塞上端面积小于下端面积，其上端和下端分别与气门体之间形成第三控制腔和第二控制腔，第二控制腔与第二高低压通孔连通，第三控制腔与第三高压进油孔连通。

第一电液控制部分、第一控制腔、增压活塞、增压活塞复位弹簧、吸油单向阀、增压腔、第二电液控制部分、气门体、弹簧座、气门复位弹簧、气门、外壳、通气口和气门座的数量与内燃机气缸数量相同。