柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統與控制方法

2023-12-11 23:19:22 2

專利名稱：柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統與控制方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機液壓式自適應氣門正時可變系統與控制方法。
背景技術：
傳統的活塞式四衝程發動機普遍採用機械式凸輪軸驅動進氣門和排氣門的配氣 機構。氣門的運動通過曲軸與凸輪軸，凸輪軸與各氣門之間的機械傳動來控制定時。長期 以來，這種機械式機構被證明是簡單、有效和可靠的，並且費用相對低廉。然而，這種氣門機 構開啟時間和相位等參數是固定不變的，無法在發動機運行中進行調節，不能在不同運行 工況下改變正時，發動機性能潛力不能得到充分發揮。現代先進內燃機燃燒過程需要對氣 門的開啟和關閉定時以及升程進行調整，汽油機廣泛應用的基於機械和電液控制的VVT系 統是最典型的代表。但在柴油機上，特別是重型柴油機上由於機構複雜，調整裝置受力強度 大，在工程上可用的氣門調整機構鮮見報導。20世紀80年代以來，能源和環境問題日益突 出，社會對燃油的經濟性和有害排放物的要求日益嚴格，如何改善發動機的性能、提高熱效 率和減少有害排放越來越受到關注，開發可工程應用的氣門正時可變機構成為現代柴油機 開發的關鍵技術。配氣相位和時間直接影響著發動機的進排氣性能，對燃燒過程的優劣起著至關重 要的作用。配氣相位和時間的選擇要考慮到發動機的高速功率、低速扭矩、怠速油耗、部分 負荷下的燃油經濟性、低速平穩性和廢氣排放等問題。為了獲得較好的發動機性能，配氣相 位應隨著轉速和負荷的變化而變化。發動機在高速和大負荷下需要較大的氣門重疊角和較 晚的進氣門關閉角，以便得到較高的功率輸出；反之，在怠速和低速小負荷下則需要較早的 進氣門關閉角和較小的氣門重疊角，以便得到較好的怠速平穩性和廢氣排放性能。隨著發動機工作者對減少發動機有害物排放和提高發動機工作效率的努力，出現 了廢氣再循環(EGR)和後處理技術，然而伴隨著發動機有害排放物的減少，卻導致了發動 機效率的降低，而當採用高增壓壓力時可能導致發動機最高爆發壓力過高。可變配氣技術 可以通過改變氣門開啟關閉時刻實現米勒循環，在發動機運行的一定工況下，可以利用延 遲進氣門關閉的時間，使一部分已經進入氣缸的氣體重新進入進氣歧管，並在渦輪增壓的 作用下保持一定的氣壓，發動機的進氣效率可以大大增加並降低泵吸損失。這樣就造成了 實際壓縮比降低，膨脹比大於壓縮比，提高效率並減小發動機工作的最高爆發壓力。與固定配氣相位相比，可變配氣相位則可以在發動機不同工作範圍內的轉速和負 荷下，提供可變的氣門開啟、關閉時刻或升程，從而改善發動機進、排氣性能，較好的滿足發 動機在高轉速與低轉速、大負荷與小負荷時動力性、經濟性、廢氣排放的要求，整體提高發 動機綜合性能。為了進一步提高發動機的動力性和降低有害物的排放，往往需要重新組織 其燃燒過程，而在新組織的燃燒過程當中，需要適時調整進、排氣量和氣門關閉的相位，方 能達到最優的燃燒過程，實現高效、清潔的燃燒。現代高科技的發展已將汽車發動機的節 能、增效、低排放作為「節能_高效_環保」 一體化課題進行綜合研究和技術開發。配氣相 位固定不變的限制已越來越顯得不適應時代要求，為此，可變氣門技術已成為汽車發動機
4研究重點方向之一。可變配氣技術由於自身的優點，日益受到人們的重視，國外研究機構進行了大量 的研究，出現了很多種可變氣門驅動機構，有些系統實現了氣門參數可變的功能，但只有少 數結構簡單、成本較低的機構實現了產品化，大多數可變氣門驅動機構由於成本較高或者 可靠性的問題，僅處於實驗階段。現有產品中的可變配氣機構以改變凸輪軸的相位為主要 方式，對原發動機的改動都比較大，多見於小功率汽油機。由於大功率柴油機進排氣凸輪軸 分為「頂置」和「側底置」兩種，由於「側底置」凸輪軸使發動機結構簡單，製造成本低，目前， 應用十分廣泛，通常它的進排氣門由同一凸輪軸驅動，很難使進排氣門分別進行調整，所以 大功率柴油機的可變氣門技術有待開發。

發明內容
針對上述現有技術，本發明提供一種柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統與控 制方法，是針對市場上普遍保有的側底置凸輪軸柴油發動機提出的一種可以快速實現氣門 正時可變的機構及其實現方式。為了解決上述技術問題，本發明柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統予以實現 的一個技術方案是該系統至少包括發動機，發動機的動力輸出軸上設置有油泵，所述油泵 與一調壓換向閥相連，發動機的主潤滑油道與油泵之間通過油泵進油管連接，所述調壓換 向閥還分別連接有輸油管和回油管，所述輸油管與供油總管相連；系統的工作介質是發動 機機油；所述油泵進油管從發動機的主潤滑油道取油；所述油泵與發動的動力輸出相連； 所述調壓換向閥將油泵加壓後的壓力油調整到合適的工作壓力並切換其流向，從而完成系 統工作模式的切換；所述供油總管、輸油管和發動機的各個工作缸通過一自適應推桿長度 改變機構相連；所述回油管和發動機油底殼相連；所述自適應推桿長度改變機構為滑閥式 自適應油路切換機構，所述滑閥式自適應油路切換機構至少包括底座、下端蓋、活塞、搖臂 球銷、球頭座、內閥芯和彈簧；所述底座設置在發動機工作缸缸頭上，所述底座中設置有下 端蓋，所述搖臂球銷與所述發動機的氣門搖臂相連，所述搖臂球銷通過球頭座壓在活塞的 頂端；所述底座上設有底座進油孔，所述下端蓋上設有下端蓋進油孔和下端蓋回油孔和下 端蓋回油大孔；所述內閥芯在彈簧的作用下頂在活塞的底部；所述供油總管是一種共軌式 的供油管，通過供油支管將油壓傳遞到發動機的各工作缸內。本發明柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統予以實現的另一個技術方案是該 系統至少包括發動機、油底殼、齒輪泵和正時齒輪，所述發動機與油底殼之間設有回油油 路，發動機的動力輸出軸上設置有油泵，所述油泵與一調壓換向閥相連，發動機的主潤滑油 道與油泵之間通過油泵進油管連接，所述調壓換向閥還分別連接有輸油管和回油管，所述 輸油管與供油總管相連；系統的工作介質是發動機機油；所述油泵進油管從發動機的主潤 滑油道取油；所述油泵與發動機的動力輸出相連；所述調壓換向閥將油泵加壓後的壓力油 調整到合適的工作壓力並切換其流向，從而完成系統工作模式的切換；所述供油總管、輸油 管和發動機的各個工作缸通過一自適應推桿長度改變機構相連；所述回油管和發動機油底 殼相連；所述自適應推桿長度改變機構為分配盤控制油路切換機構，所述分配盤控制油路 切換機構至少包括進油管、動盤、定盤、分配盤供油支管和液壓推桿部件；所述動盤和所述 發動機的正時齒輪相連，所述動盤上設置有動盤過油孔；所述定盤上設有與發動機的各工作缸位置對應的定盤過油孔，所述液壓推桿部件設置在發動機的工作缸中，所述定盤過油 孔通過供油支管和各工作缸的液壓推桿部件相連，所述液壓推桿部件包括液壓活塞、下端 蓋、下端蓋上的進油回油口和下部推桿；所述分配盤供油支管連接到液壓推桿部件。本發明柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統的控制方法，該控制方法由上述兩 種結構中的任一種柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統予以實現，根據發動機工作狀 態，由發動機電控單元發送的控制指令控制其中的調壓換向閥動作，所述控制指令儲存於 發動機運行MAP內，通過氣門正時可變系統完成油路的切換以實現發動機工作模式和非工 作模式的切換；其控制過程如下首先，油泵通過發動機的主潤滑油道取機油，與此同時，所述油泵從所述發動機的 動力輸出獲得動力；所述調壓換向閥將機油加壓到lOMpa，並根據發動機轉速、負荷和機油溫度的具體 數值，判斷是否換向，通過控制所述調壓換向閥動作以實現發動機在工作模式和非工作模 式之間的切換，當機油溫度大於70°C、發動機轉速大於或等於1300轉/分、負荷大於或等 於50%時，所述調壓換向閥動作使發動機切換到工作模式；否則，所述調壓換向閥靜止，發 動機仍然處於非工作模式，壓力油經回油管直接回發動機底油殼；當發動機切換到工作模式後，壓力油經輸油管進入自適應推桿長度改變機構，實 現自適應油路切換，壓力油做功之後，經回油管回到發動機油底殼。與現有技術相比，本發明的有益效果是(1)本發明氣門正時可變系統可在現有固定氣門發動機上進行改裝，對原機改動 小，易於實現產業化；(2)本發明氣門正時可變系統的動力來源和工作介質均來自發動機自身，既不需 依附外部設備而工作，又自成一個系統；(3)本發明氣門正時可變系統根據需要分為工作模式和非工作模式，既能滿足發 動機的實際需求又起到節能環保的效果；(4)本發明氣門正時可變系統所需的零部件較少，結構簡單，成本較低。




圖1是採用滑閥控制油路切換以實現自適應氣門正時可變系統的示意圖； 圖2是圖1中所示滑閥式自適應油路切換機構20的內部結構示意圖； 圖3是採用分配盤控制油路切換以實現自適應氣門正時可變系統的示意圖； 圖4是圖3中所示分配盤控制油路切換機構18的結構示意圖； 圖5是圖3中所示液壓推桿部件23的結構示意圖； 圖6是本發明控制方法的主流程框圖； 圖中
1——發動機體2——發動機回油油路 3——發動機油底殼
4——發動機主潤滑油道5——油泵進油管6——發動機動力輸出軸
7——油泵8——調壓換向閥9——回油管
10——輸油管11——供油總管12——供油支管
13——發動機飛輪20——滑閥式實時油路切換機構
6
201——氣門搖臂204——下端蓋回油孔207——彈簧29、210-下部推桿213——搖臂球銷214—216——下端蓋進油孔217—219——下端蓋回油大孔16——18——分配盤控制油路切換機構23——液壓推桿部件181—183-定盤184—186——動盤過油孔187—28-進油回油口
26,202——壓力室 205——底座回油孔 208——發動機缸頭 211——挺柱
-球頭座 一底座進油孔 -正時齒輪
-供油支管 -分配盤進油管 _分配盤迴油管
203-內閥芯
206——底座 27、209——下端蓋 212——凸輪軸 215——活塞 218——底座回油大孔 17——凸輪軸
181——分配盤供油支管
182——定盤過油孔 185——動盤
25——液壓活塞
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。本發明柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統的目的是在側底置凸輪軸柴油發 動機上實現氣門正時可變，主要是通過在原發動機推桿上增加一套自適應推桿長度改變機 構，可以根據發動機的實際需要藉助該機構中的下部推桿來改變推桿長度，從而形成一個 組合式進氣門推桿。自適應推桿長度改變機構中液壓柱塞的運動是通過壓力油進入和流出自適應推 杆長度改變機構的壓力室推動液壓柱塞(活塞)上下運動而實現的。而這個液壓油流入和 流出的過程是通過自適應推桿長度改變機構的液壓迴路自動完成的。採用自適應推桿長度 改變機構所形成的液壓迴路可以保證發動機在不同轉速下液壓油保持固定的相位流入和 流出，從而基本上保持氣門定時不變或遵循設定的變化規律，故本發明的發明點是自適應 氣門控制。本發明中液壓源的動力是通過與發動機輸出裝置相耦合而來自於發動機動力輸 出，液壓油採用發動機機油或獨立的液壓油，前者結構簡單，後者適用於瞬態響應要求高、 機油溫度或機油量不能滿足響應要求的發動機。如圖1所示，本發明柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，至少包括發動機1， 發動機的動力輸出軸6上設置有油泵7，所述油泵7可以為齒輪泵、柱塞泵、轉子泵及葉片泵 中的一種。所述油泵7與一調壓換向閥8相連，發動機的主潤滑油道4與油泵7之間通過 泵進油管5連接，所述調壓換向閥8還分別連接有輸油管10和回油管9，所述輸油管10與 供油總管11相連；系統的工作介質是發動機機油；所述油泵進油管5從發動機的主潤滑油 道4取油；所述油泵7與發動機1的動力輸出相連；所述調壓換向閥8將油泵7加壓後的 壓力油調整到合適的工作壓力並切換其流向，從而完成系統工作模式的切換；所述供油總 管11、輸油管10和發動機的各個工作缸通過一自適應推桿長度改變機構相連；所述回油管 9和發動機油底殼3相連。如圖1所示，本發明中的供油方式採用共軌式供油，即一個供油總管連接各個供 油支管向發動機的各工作缸的液壓推桿部件供油。根據設計要求，液壓推桿部件需要每循 環供油、回油一次，以完成氣門升程和定時的調節。發動機轉速很高，需要供油、回油的切換過程異常迅速和精確。同時要克服氣門彈簧壓力將液壓活塞推起。因此，工作壓力高、流量 大的壓力油路自適應切換控制是本發明的重點和難點。本發明中提出了兩種用於實現自適應推桿長度改變的壓力油自適應切換方式。分 別為滑閥式自適應油路切換機構和分配盤式自適應油路切換機構。如圖1和圖2所示，採用滑閥式自適應油路切換機構實現推桿長度改變是由凸輪 軸帶動的滑閥控制油路的實時切換實現氣門關閉定時相位的自適應控制。如圖2所示，所述滑閥式自適應油路切換機構20至少包括底座206、下端蓋209、 活塞215、搖臂球銷213、球頭座214、內閥芯203和彈簧207 ；起到滑閥和導向雙重作用的底 座206座落在發動機缸頭208上，所述底座206中設置有下端蓋209，所述搖臂球銷213與 所述發動機1的氣門搖臂201相連，所述搖臂球銷213通過球頭座214壓在活塞215的頂 端，搖臂球銷213和球頭座214結構既保證了運動的有效傳遞又使保證了氣門搖臂201運 動的自由度。所述底座206上設有底座進油孔217，所述下端蓋209上設有下端蓋進油孔 216和下端蓋回油孔204和下端蓋回油大孔219 ；所述內閥芯203在彈簧207的作用下頂在 活塞215的底部；所述供油總管是一種共軌式的供油管，通過供油支管將油壓傳遞到發動 機的各缸的滑閥式自適應油路切換機構內。當系統非工作模式下，所述油泵7輸送的機油經所述調壓換向閥8直接進入油底 殼3，所述液壓推桿部件的長度不發生改變，液壓推桿部件隨發動機凸輪軸旋轉進行上下往 復運動，使進氣門按照原機的定時與升程進行動作。氣門運動過程表現為純凸輪軸控制的 原機狀態。當系統在工作模式下，所述油泵7輸送的機油經調壓換向閥調整到合適的油壓並 給輸油管10供油，管路中產生壓力。所述下端蓋209在發動機凸輪軸212帶動下，隨挺柱 211和推桿210上下往復運動，在某一時刻下端蓋進油孔216和底座進油孔217接通，壓力 室202開始進油，進油過程持續一定時間，此時活塞215上行，內閥芯203在彈簧207作用 下隨之上行。挺柱211升到最高點後開始下降，在某一位置下端蓋回油孔204和底座回油 孔205接通，液壓缸開始緩慢洩油，當凸輪軸212轉到基圓時，氣門升程進入近似保持階段， 氣門關閉定時開始延遲，此時氣門下降速度完全由下端蓋回油孔204直徑決定。此時下端 蓋回油大孔219和底座回油大孔218已經導通。當活塞215繼續下降，內閥203被迫下降， 當內閥配油邊緣到達下端蓋回油大孔219時，壓力室202通過內閥203和下端蓋回油大孔 219導通，而此時下端蓋回油大孔219和底座回油大孔218已經導通，所以壓力室202內的 機油迅速洩出，活塞215回位，氣門關閉。完成發動機的一個配氣循環內配氣定時的調整。 滑閥式自適應油路切換機構的詳細結構和工作過程可以參考專利號為200810152274. 7，發 明創造名稱為《滑閥式兩模式發動機進氣門延時關閉機構》的中國發明專利。滑閥式油路切換控制的可變氣門系統的核心是具有自適應性的滑閥機構，它藉助 凸輪軸帶動的推桿的運動和一組特別設計的滑閥機構完成油路的實時切換，控制壓力油適 時進出液壓推桿部件，進而實現氣門正時的調整。整個系統結構緊湊，設計靈巧，進、回油孔 的大小和位置決定了氣門定時改變量的大小。而自適應滑閥的油路切換結構和液壓推桿部 件做成一體，消除了液力響應延遲造成的差異，無論發動機以何種轉速轉動，油路的實時切 換都是按照固定的配氣相位進行，做到了不同工況下可變氣門系統的工作特性一致。如圖3、圖4和圖5所示，採用分配盤式自適應油路切換機構的柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統至少包括發動機1、發動機回油油路2、油底殼3、齒輪泵7、正時齒輪16 和分配盤控制油路切換機構18，發動機的動力輸出軸6上設置有油泵7，所述油泵7與一調 壓換向閥8相連，發動機的主潤滑油道4與油泵7之間通過泵進油管5連接，所述調壓換向 閥8還分別連接有輸油管10和回油管9，所述輸油管10與分配盤控制油路切換機構18相 連；系統的工作介質是發動機機油；所述油泵進油管5從發動機的主潤滑油道4取油；所述 油泵7與發動機1的動力輸出相連；所述調壓換向閥8將油泵7加壓後的壓力油調整到合 適的工作壓力並切換其流向，從而完成系統工作模式的切換；所述分配盤控制油路切換機 構18將輸油管10來的壓力油通過分配盤供油支管181分配到各缸的液壓推桿部件；所述 回油管9和回油管187與發動機油底殼3相連。如圖4所示，所述自適應推桿長度改變機構為分配盤控制油路切換機構18，所述 分配盤控制油路切換機構18至少包括進油管184、回油管187、動盤185、定盤183、分配盤 供油支管181和液壓推桿部件；所述動盤185和所述發動機1的正時齒輪16相連，所述動 盤185上設置有動盤過油孔186 ；所述定盤183上設有與發動機的各缸工作順序對應的定 盤過油孔182，所述輸油管10與所述分配盤控制油路切換機構18中的定盤183相連；所述 液壓推桿部件設置在發動機的工作缸中，所述定盤過油孔182通過供油支管和各工作缸的 液壓推桿部件相連，如圖5所示，所述液壓推桿部件包括液壓活塞25、下端蓋27、下端蓋上 的進油回油口 28和下部推桿29。分配盤控制油路切換機構18的定盤183固定於機體上， 動盤185和正時齒輪16相連，實現配氣正時。氣門搖臂壓在液壓活塞25上。上述採用分配盤式自適應油路切換機構的柴油機液壓式自適應氣門正時可變系 統配合正時齒輪16、凸輪軸17—起工作，與凸輪軸17相連的正時齒輪16帶動凸輪軸17 和分配盤控制油路切換機構18的動盤185同步旋轉，動盤過油孔186分別接通定盤過油孔 182接通進油和回油油路，使壓力油適時的進、出液壓推桿部件23的壓力室26，推動活塞25 運動，產生一個附加的升程疊加在原氣門升程上，實現氣門正時的變化。靠分配盤控制油路 切換機構18上動盤過油孔186和定盤過油孔182的大小確定氣門正時可變系統一個工作 循環內液壓推桿部件23內進油和排油時間長短，靠兩孔的相對位置確定進油、回油過程開 始的相位。一個分配盤可以為多個液壓推桿部件23同時分配高壓油，根據需要只需在定盤 上加工不同個數出油孔即可。當系統非工作模式下，所述油泵7輸送的機油經所述調壓換向閥8直接進入油底 殼3，所述液壓推桿部件的長度不發生改變，液壓推桿部件隨發動機凸輪軸旋轉進行上下往 復運動，使進氣門按照原機的定時與升程進行動作。氣門運動過程表現為純凸輪軸控制的 原機狀態。當系統在工作模式下，所述油泵7輸送的機油經調壓換向閥8調整到合適的油壓 並給輸油管10供油，管路中產生壓力。壓力油經分配盤控制油路切換機構18的進油管184 進入分配盤進行分配。動盤185隨凸輪軸17同步旋轉，當原進氣門升到某個恰當的時刻， 動盤過油孔186和某一缸的定盤過油孔182接通，壓力油經分配盤供油支管181進入液壓 推桿部件的壓力室26，推動活塞25運動，液壓推桿部件的長度增加，產生一個附加升程疊 加在原氣門升程上。當凸輪軸17繼續旋轉一定角度，分配盤進油孔186轉過，把進油油路 切斷而回油油路接通，壓力室26內的壓力油在氣門彈簧力的作用下經進油回油口 28回流， 液壓推桿部件23變回原來長度，附加升程消失。如此完成發動機的一個配氣循環內配氣定
9時的調整。分配盤式自適應油路切換控制的可變氣門系統是靠一個分配盤控制油路的通斷 進而實現氣門正時的控制。通過精確調整分配盤上油孔的位置和大小，可以滿足發動機進、 排氣的定時改變的要求，從而調整發動機配氣到較佳狀態。分配盤動盤185的轉動和發動 機凸輪軸同步轉動，因此無論發動機以何種轉速轉動，油路的實時切換都是按照固定的相 位進行，具有很好的自適應性。而管路內建立油壓的時間延遲在不同轉速下造成的轉角差 異，可以通過工作油壓的調整進行補償，最終做到不同工況下可變氣門系統的工作特性基 本一致。上述採用不同的壓力油自適應切換方式所具有的共同點是通過將原推桿改裝成 一個組合式液壓推桿部件，該組合式液壓推桿部件在液壓力的作用下產生一個附加升程疊 加到原氣門升程上，從而改變了原氣門定時或升程，從而達到氣門可變的目的；而且都是通 過採用一個自適應性的實時油路切換機構來完成組合式液壓推桿部件的伸縮控制。本發明中的工作介質是對於對瞬態響應要求不高的發動機，其首選採用發動機 自身機油。對於有特殊要求的發動機，例如瞬態響應要求高、而且沒有足夠的時間使機油 預熱到理想溫度，則工作介質可以採用液壓油且配專用的進、回油管路即可。本發明工作過程中壓力油的來源是通過一個液壓泵(或其他能滿足流量和壓力 要求的泵)與發動機的某個動力輸出位置耦合提供液壓油。本發明還通過液壓換向閥根據 發動機工作需要切換該自適應氣門控制機構工作模式是處於工作或不工作的狀態。另外， 還可通過改變油壓來改變進氣門的運動規律。對於諸如上述的壓力油來源、液壓換向閥的 控制及如何通過改變油壓來改變進氣門的運動規律等均屬於本技術領域內的公知常識，其 實現的過程在此不再贅述。柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統的控制主要是體現在發動機工作狀態的 判斷和氣門正時可變系統的工作模式和非工作模式的切換上。本發明中的所述調壓換向閥 根據發動機電控單元發送的控制指令完成油路的切換，以實現發動機工作模式和非工作模 式的切換；所述控制指令儲存於發動機運行MAP內，根據發動機的機油溫度，發動機轉速和 負荷等運行參數等綜合考慮得出的最優控制策略，實現發動機的高效低排放的燃燒。本發 明中作為判斷調壓換向閥動作的參數條件是將發動機的機油壓力調整為lOMpa，機油溫度 大於70°C，最好控制在70°C至95°C範圍，發動機轉速大於或等於1300轉/分，負荷大於或 等於50%，調壓換向閥動作，使發動機氣門正時可變機構處於工作模式。如圖6所示，其控 制過程如下通過氣門正時可變系統完成油路的切換以實現發動機工作模式和非工作模式的 切換；其控制過程如下油泵1通過發動機的主潤滑油道4取機油，與此同時，所述油泵7從所述發動機1 的動力輸出獲得動力。所述調壓換向閥8將機油加壓到lOMpa，並根據發動機轉速、負荷和 機油溫度的具體數值，判斷是否換向，通過控制所述調壓換向閥8動作以實現發動機在工 作模式和非工作模式之間的切換，當機油溫度大於70°C、發動機轉速大於或等於1300轉/ 分、負荷大於或等於50%時，所述調壓換向閥動作使發動機切換到工作模式；否則，所述調 壓換向閥靜止，發動機仍然處於非工作模式，壓力油經回油管9直接回發動機底油殼3。當 發動機切換到工作模式後，壓力油經輸油管10進入自適應推桿長度改變機構，實現自適應油路切換，壓力油做功之後，經回油管9回到發動機油底殼3。因為，噴油定時、進氣增壓、可變氣門定時和EGR都是為了組織燃燒過程，實現高 效低排放的燃燒。本發明柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統是實現高效、低排放燃燒 的關鍵技術之一。可變配氣相位可以在發動機整個範圍內的轉速和負荷下，提供較優的氣 門開啟、關閉時刻或升程，從而改善發動機進排氣性能，較好的滿足發動機在高轉速與低轉 速、大負荷與小負荷時的動力性、經濟性、廢氣排放的要求，整體提高發動機綜合性能。可以 確定不同發動機轉速、噴油定時、負荷、EGR率、進氣增壓壓力和機油溫度等條件下的最優燃 燒方案採用原機氣門定時或升程還是採用改變後的氣門定時或升程，從而控制柴油機液壓 式自適應氣門正時可變系統處於非工作模式還是工作模式。配合其他控制手段，協同控制 發動機的缸內燃燒過程，最終實現高效、低排放的燃燒過程。本發明的柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統與現有技術相比，其優勢在於(1)本發動機氣門正時可變系統的突出特點是具有自適應性，能夠很好地滿足不 同工況下氣門正時可變的需求。(2)本發動機氣門正時可變系統結構簡單且獨立成系統，工作時不需要額外的設 備，僅需要幾個必要的組件即可迅速構建完成，將固定氣門發動機進行簡單改裝就可實現 氣門正時可變，零部件少，製造成本低，易於實現。(3)本發動機氣門正時可變系統的基本原理相同但具體實施方式
有多種，實際應 用時可以根據具體條件進行選擇，增加了使用的靈活性和實用性。(4)本發動機氣門正時可變系統分為兩模式工作，不僅能滿足發動機不同工況的 需求，而且能有效的降低能耗。儘管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方 式，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發 明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬於本發明的保 護之內。
權利要求
一種柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，至少包括發動機(1)及其電控單元，其特徵在於發動機的動力輸出軸(6)上設置有油泵(7)，所述油泵(7)與一調壓換向閥(8)相連，發動機的主潤滑油道(4)與油泵(7)之間通過油泵進油管(5)連接，所述調壓換向閥(8)還分別連接有輸油管(10)和回油管(9)，所述輸油管(10)與供油總管(11)相連；系統的工作介質是發動機機油；所述油泵進油管(5)從發動機的主潤滑油道(4)取油；所述油泵(7)與發動機(1)的動力輸出相連；所述調壓換向閥(8)將油泵(7)加壓後的壓力油調整到合適的工作壓力並切換其流向，從而完成系統工作模式的切換；所述供油總管(11)、輸油管(10)和發動機的各個工作缸通過一自適應推桿長度改變機構相連；所述回油管(9)和發動機油底殼(3)相連；所述自適應推桿長度改變機構為滑閥式自適應油路切換機構(20)，所述滑閥式自適應油路切換機構(20)至少包括底座(206)、下端蓋(209)、活塞(215)、搖臂球銷(213)、球頭座(214)、內閥芯(203)和彈簧(207)；所述底座(206)設置在發動機工作缸缸頭上，所述底座(206)中設置有下端蓋(209)，所述搖臂球銷(213)與所述發動機1)的氣門搖臂(201)相連，所述搖臂球銷(213)通過球頭座(214)壓在活塞(215)的頂端；所述底座(206)上設有底座進油孔(217)，所述下端蓋(209)上設有下端蓋進油孔(216)和下端蓋回油孔(204)和下端蓋回油大孔(219)；所述內閥芯(203)在彈簧(207)的作用下頂在活塞(215)的底部；所述供油總管是一種共軌式的供油管，通過供油支管將油壓傳遞到發動機的各工作缸內。
2.根據權利要求1所述柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，其特徵在於，所述油 泵(7)為齒輪泵、柱塞泵、轉子泵及葉片泵中的一種。
3.根據權利要求1所述柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，其特徵在於，所述油 泵(7)的動力來源為發動機(1)的動力輸出。
4.根據權利要求1所述柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，其特徵礙於，所述發 動機(1)與發動機回油底殼(3)之間設有發動機回油油路(2)。
5.一種柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，至少包括發動機(1)及其電控單元、 油底殼(3)、齒輪泵(7)和正時齒輪(16)，其特徵在於所述發動機(1)與油底殼(3)之間設有回油油路(2)，發動機的動力輸出軸(6)上設置 有油泵(7)，所述油泵7與一調壓換向閥(8)相連，發動機的主潤滑油道(4)與油泵(7)之 間通過油泵進油管(5)連接，所述調壓換向閥(8)還分別連接有輸油管(10)和回油管(9)； 系統的工作介質是發動機機油；所述油泵進油管(5)從發動機的主潤滑油道(4)取油；所 述油泵(7)與發動機(1)的動力輸出相連；所述調壓換向閥(8)將油泵(7)加壓後的壓力 油調整到合適的工作壓力並切換其流向，從而完成系統工作模式的切換；所述輸油管(10)和發動機的各個工作缸通過一自適應推桿長度改變機構相連；所述 回油管(9)和發動機油底殼(3)相連；所述自適應推桿長度改變機構為分配盤控制油路切換機構(18)，所述分配盤控制油路 切換機構(18)至少包括進油管(184)、動盤(185)、定盤(183)、分配盤供油支管(181)和 液壓推桿部件；所述動盤(185)和所述發動機(1)的正時齒輪相連，所述動盤(185)上設置 有動盤過油孔(186)；所述定盤(183)上設有與發動機的各缸工作順序對應的定盤過油孔(182)，所述輸油管(10)與所述定盤(183)相連；所述液壓推桿部件設置在發動機的工作缸 中，所述定盤過油孔(182)通過供油支管(181)和各工作缸的液壓推桿部件相連，所述液壓 推桿部件包括液壓活塞(25)、下端蓋(27)、下端蓋上的進油回油口(28)和下部推桿(29)； 所述分配盤供油支管(181)連接到液壓推桿部件。
6.根據權利要求5所述柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，其特徵在於，所述油 泵(7)為齒輪泵、柱塞泵、轉子泵及葉片泵中的一種。
7.根據權利要求5所述柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統，其特徵在於，所述油 泵(7)的動力來源為發動機(1)的動力輸出。
8.一種柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統的控制方法，其特徵在於，該控制方法 由如權利要求1或5中任一所述柴油機液壓式自適應氣門正時可變系統予以實現，根據發 動機工作狀態，由發動機電控單元發送的控制指令控制其中的調壓換向閥動作，所述控制 指令儲存於發動機運行MAP內，通過氣門正時可變系統完成油路的切換以實現發動機工作 模式和非工作模式的切換；其控制過程如下首先，油泵(1)通過發動機的主潤滑油道(4)取機油，與此同時，所述油泵(7)從所述 發動機(1)的動力輸出獲得動力；所述調壓換向閥(8)將機油加壓到lOMpa，並根據發動機轉速、負荷和機油溫度的具體 數值，判斷是否換向，通過控制所述調壓換向閥(8)動作以實現發動機在工作模式和非工 作模式之間的切換，當機油溫度大於70°C、發動機轉速大於或等於1300轉/分、負荷大於或 等於50%時，所述調壓換向閥動作使發動機切換到工作模式；否則，所述調壓換向閥靜止， 發動機仍然處於非工作模式，壓力油經回油管(9)直接回發動機底油殼(3)；當發動機切換到工作模式後，壓力油經輸油管(10)進入自適應推桿長度改變機構，實 現自適應油路切換，壓力油做功之後，經回油管(9)回到發動機油底殼(3)。
全文摘要
本發明公開了一種內燃機氣門正時液壓式自適應可變系統，包括發動機動力輸出軸上的油泵，油泵與一調壓換向閥相連，發動機的主潤滑油道通過油泵進油管與油泵連接，調壓換向閥還連接有輸油管和回油管，輸油管與供油總管相連；系統的工作介質是發動機機油；油泵進油管從發動機的主潤滑油道取油；油泵與發動機的動力輸出相連；調壓換向閥將油泵加壓後的壓力油調整到合適的工作壓力並切換其流向，從而完成系統工作模式的切換；供油總管、輸油管和發動機的各個工作缸通過一自適應推桿長度改變機構相連。同時，本發明還公開了上述系統的控制方法。本發明氣門正時可變系統根據需要分為工作模式和非工作模式，既能滿足發動機的實際需求又起到節能環保的效果。
文檔編號F01M1/02GK101929365SQ20101024177
公開日2010年12月29日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者劉二喜, 吳松林, 戰強, 蘇萬華, 裴毅強 申請人:天津大學