專(zhuān)利名稱(chēng)：一種壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)的控制系統(tǒng)，尤其指一種電液式控制的內(nèi)燃機(jī)變氣門(mén)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣門(mén)裝置是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一個(gè)組成部分，由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作運(yùn)轉(zhuǎn)由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)工作過(guò)程組成，其中進(jìn)氣和排氣過(guò)程，需要依靠發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確地按各氣缸的工作順序輸送可燃混合氣(汽油發(fā)動(dòng)機(jī))或新鮮空氣(柴油發(fā)動(dòng)機(jī))以及排出燃燒后的廢氣，而負(fù)責(zé)上述工作的機(jī)件就是配氣機(jī)構(gòu)中的氣門(mén)，因此氣門(mén)裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作中起著非常重要的作用。可傳統(tǒng)的氣門(mén)機(jī)構(gòu)是由凸輪軸、氣門(mén)搖臂、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)導(dǎo)管、氣門(mén)本體及氣門(mén)座組成，實(shí)踐證明，上述結(jié)構(gòu)的氣門(mén)機(jī)構(gòu)運(yùn)作比較呆板，工作時(shí)，氣門(mén)的正時(shí)(時(shí)序控制)和升程無(wú)法按工作要求隨時(shí)改變，因此無(wú)法同時(shí)滿足高、低轉(zhuǎn)速的需求。為此，一種變氣門(mén)控制機(jī)構(gòu)(VVA)便因應(yīng)運(yùn)而生，按其作動(dòng)機(jī)構(gòu)原理可分為機(jī)械式、機(jī)電式和液壓式三種。在機(jī)械式變氣門(mén)控制系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)仍是由凸輪系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，只是在機(jī)構(gòu)中增加了相位器、凸輪的連合，如在保時(shí)捷的新911渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，通過(guò)一個(gè)油壓驅(qū)動(dòng)凸輪相位器取得了變正時(shí)和有兩種設(shè)定的離散的升程控制，通過(guò)一個(gè)油驅(qū)動(dòng)的推桿開(kāi)關(guān)裝置來(lái)切換。采用上述氣門(mén)機(jī)構(gòu)，雖然其可節(jié)省燃料消耗，降低廢氣排放量，并可顯著地改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，但由于變正時(shí)和變升程仍無(wú)法獨(dú)立控制，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能仍不十分的理想。而在機(jī)電式VVA系統(tǒng)中，初始的作動(dòng)件是電—機(jī)作動(dòng)件，采用一對(duì)帶彈簧的電磁鐵，即電磁作動(dòng)件，雖然在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)中節(jié)省燃料可高至18％，并能降低碳?xì)浠系漠a(chǎn)生，但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銜鐵接近擋鐵時(shí)，磁力升得很快，而避免碰撞的控制較難完善，因此，其控制的可靠性、牢固性較差，且無(wú)法提供可變的升程，另外，為了提高其作動(dòng)力，往往在原有的12V電瓶上，增加電瓶量，但現(xiàn)有的狹窄空間已無(wú)法提供更多的場(chǎng)合供額外電瓶的安裝，這勢(shì)必以增加外殼的體積來(lái)達(dá)到目的，因此，這種結(jié)構(gòu)限制了機(jī)電式變氣門(mén)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。而液壓式變氣門(mén)控制系統(tǒng)中，其初始作動(dòng)件為液壓作動(dòng)件，如美國(guó)公開(kāi)號(hào)為US2002/0184996A1的《Variable life actuator》就是這樣一種方案，在其公開(kāi)的方案中包括氣門(mén)、液壓供給裝置、壓力控制調(diào)節(jié)裝置、液壓作動(dòng)件和換向閥，所述的液壓作動(dòng)件又包括液壓缸筒和位于液壓缸簡(jiǎn)內(nèi)的上下同軸分布的動(dòng)作活塞、控制活塞以及控制彈簧，動(dòng)作活塞和控制活塞將液壓缸筒分成動(dòng)作腔、控制腔和回油腔，動(dòng)作腔通過(guò)換向閥后分別與液壓供給裝置或油箱相連，而控制腔通過(guò)壓力控制調(diào)節(jié)裝置與液壓供給裝置相連，回油腔則通過(guò)回程流量限制器與油箱相連，活塞桿一端與作動(dòng)活塞相連，另一端與氣門(mén)中的氣門(mén)頭相固定，控制活塞可隨活塞桿軸向移動(dòng)，控制彈簧位于回油腔內(nèi)，其兩端分別抵于作動(dòng)活塞下端與液壓缸筒底部?jī)?nèi)壁之間。工作時(shí)，給出一定的電信號(hào)給換向閥和壓力控制調(diào)節(jié)裝置，使換向閥得電或失電，壓力控制調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)控制腔內(nèi)的壓力，最終使得作動(dòng)腔與液壓供給裝置或油箱相連通，推動(dòng)作動(dòng)活塞按需上下移動(dòng)，從而達(dá)到控制氣門(mén)升程和正時(shí)的目的。但上述專(zhuān)利尚無(wú)應(yīng)用，經(jīng)研究分析①由于隨著技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速已經(jīng)越來(lái)越高，完成四個(gè)工作過(guò)程只需0.005秒的時(shí)間，因此要求換向閥的響應(yīng)時(shí)間很快，而要滿足這樣短的響應(yīng)時(shí)間，使得換向閥的制造成本很高，最終導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)于昂貴，而無(wú)法進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。②由于其在液壓缸筒內(nèi)設(shè)有控制活塞、控制腔和控制彈簧，在液壓回路中設(shè)有電液壓力調(diào)節(jié)器等元件，使得其系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，可靠性差。③其氣門(mén)的開(kāi)啟高度與液壓系統(tǒng)的壓力有關(guān)，因此受系統(tǒng)的干擾較大，具有脈動(dòng)大等缺陷。④同時(shí)，受液壓缸體積的影響，控制彈簧的性能受到一定的限制，使得其頻響不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、響應(yīng)速度快的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為該壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)包括液壓供給裝置、液壓作動(dòng)件、氣門(mén)和控制活塞平衡的彈簧，所述的液壓作動(dòng)件又包括液壓缸、活塞及活塞桿，所述的活塞桿與氣門(mén)相聯(lián)動(dòng)，其特征在于所述的活塞將液壓缸分成上腔和下腔，所述的液壓供給裝置通過(guò)進(jìn)油管與所述的液壓缸上腔相通，而所述的液壓缸下腔則通過(guò)壓差比例減壓閥與所述的液壓供給裝置相連。
所述的壓差比例減壓閥可以為壓差反饋型控制滑閥，其包括閥體、滑閥芯、比例電磁鐵和位于閥體上的進(jìn)油口A、出油口B及泄油口T，所述的閥體設(shè)有與所述的滑閥芯相匹配的水平布置的橫向通道，所述的滑閥芯上設(shè)有一柱體凸臺(tái)，該柱體凸臺(tái)能隨所述的滑閥芯而移動(dòng)，堵住或打開(kāi)柱體凸臺(tái)與泄油口T相通的控制油口，所述的滑閥芯的一端與所述的比例電磁鐵的頂桿同心相接觸，另一端與彈簧相抵，所述的閥體的左側(cè)處設(shè)有通過(guò)進(jìn)油口A與所述的液壓缸上腔及所述的液壓供給裝置相連通的左側(cè)通道，所述的閥體的中心處則設(shè)有與所述的橫向通道相連通、以及通過(guò)出油口B與所述的液壓缸下腔相連通的縱向通道，在所述的左側(cè)通道與所述的縱向通道之間設(shè)有帶阻尼的阻尼通道，所述的縱向通道的上端與所述的閥體的右上側(cè)通道的左端相溝通，所述的右上側(cè)通道的右端與所述的閥體的右端通道相溝通，所述的閥體的右下側(cè)設(shè)有一端與回流口T相連通，另一端與所述的橫向通道相溝通的右下側(cè)通道。
所述的阻尼通道內(nèi)的阻尼可以為阻尼孔；也可以為可變阻尼，該可變阻尼是由所述的柱體凸臺(tái)與閥體之間的第二個(gè)節(jié)流邊形成。同時(shí)為了提高工作壓差，可以在上述滑閥芯的兩端設(shè)置有密封伸出閥體外的細(xì)桿，所述的比例電磁鐵的頂桿與其相應(yīng)端的細(xì)桿相抵。
所述的液壓缸上腔與所述的液壓缸下腔之間還可以設(shè)置有與所述的壓差比例減壓閥相并聯(lián)的、使液壓油從液壓缸的上腔流向液壓缸的下腔的液控單向閥，以加快氣門(mén)頭的回程速度。
所述的活塞頂部以設(shè)有一凸起為佳，相對(duì)應(yīng)地，在所述的液壓缸上蓋處設(shè)有與其相匹配的緩沖腔，并在液壓缸上設(shè)有一端與緩沖腔相貫通的油道，該油道的另一端則通過(guò)第一單向閥與液壓供給裝置相連。
所述的總進(jìn)油管中可以安裝有壓力蓄能器。
所述的相對(duì)活塞桿的活塞端面上可以設(shè)有與活塞桿同軸并貫穿液壓缸之外的輔助活塞桿，所述的彈簧可以套在上述輔助活塞桿之外；也可以套在位于液壓缸之外的活塞桿上。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的另一個(gè)技術(shù)方案為該壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)包括液壓供給裝置、液壓作動(dòng)件、氣門(mén)和控制活塞平衡的彈簧，所述的液壓作動(dòng)件又包括液壓缸、活塞及活塞桿，所述的活塞桿與氣門(mén)相聯(lián)動(dòng)，其特征在于所述的活塞將液壓缸分成上腔和下腔，所述的上腔和下腔分別通過(guò)進(jìn)油管、出油管與一壓差比例減壓閥的兩個(gè)存在壓差的第一油口和第二油口相連，所述的液壓供給裝置則通過(guò)總進(jìn)油管與所述的壓差比例減壓閥的進(jìn)油口相連。
所述壓差比例減壓閥可以為壓差反饋錐閥，其包括錐閥體、錐閥芯、比例電磁鐵、位于錐閥體上的上述進(jìn)油口、第一油口和第二油口，所述的錐閥芯頭部設(shè)有與錐閥體內(nèi)孔后端口相配的圓錐體，而其尾部與所述的比例電磁鐵的頂桿相抵，并在所述的錐閥芯外套有一端抵于錐閥體上，另一端抵于所述的圓錐體端面上的軟彈簧，所述的進(jìn)油口、第一油口分別與所述的錐閥體內(nèi)孔的的前后端口相連通，而所述的第二油口與第一油口之間設(shè)有帶阻尼孔的通道，且第二油口還與油箱相連通。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于由于采用壓差比例減壓閥作為核心控制元件，氣門(mén)開(kāi)啟的高度與系統(tǒng)的壓力無(wú)關(guān)，只取決于液壓缸上、下腔之間的壓差，因而無(wú)需利用位移傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，而只需改變電信號(hào)就能改變活塞上下腔的壓差，從而達(dá)到氣門(mén)按需隨時(shí)進(jìn)行變升程和正時(shí)的目的，因此，用壓差比例減壓閥替代換向閥，使得系統(tǒng)響應(yīng)速度快，控制簡(jiǎn)單，成本低，可靠性好，且由于壓差比例減壓閥的工作方式為常開(kāi)型，沒(méi)有死區(qū)，可直接裝在氣缸旁，工作油路短，因此系統(tǒng)的干擾??；再者，在液壓缸的上腔與下腔之間設(shè)置有液控單向閥，使得活塞的回程更快，以提高其響應(yīng)速度；而把控制彈簧設(shè)在液壓缸之外，使得彈簧的性能不再受液壓缸體積的限制，更有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因此，本發(fā)明可滿足內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的更高工作速度要求，可在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；圖2為圖1中控制滑閥2a的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例中滑閥2b的部分系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例中壓差反饋型滑閥2c的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例中所采用的壓差反饋錐閥2d的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為采用壓差反饋錐閥2d后的系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
第一實(shí)施例，如圖1所示，該壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)包括液壓供給裝置1、液壓作動(dòng)件5、氣門(mén)6和控制活塞平衡的彈簧4，所述的液壓作動(dòng)件5又包括液壓缸51、活塞52及活塞桿53，而氣門(mén)6包括氣門(mén)頭61、氣門(mén)桿62和氣門(mén)座63，液壓供給裝置1包括液壓泵11和壓力調(diào)節(jié)閥12，活塞桿52與氣門(mén)桿62之間按常規(guī)技術(shù)進(jìn)行機(jī)械聯(lián)接或采用自由浮動(dòng)的方式進(jìn)行力傳遞，以實(shí)現(xiàn)活塞桿53與氣門(mén)頭61的聯(lián)動(dòng)；活塞52將液壓缸51分成上腔和下腔，液壓缸51的上腔通過(guò)液壓缸壁上的上油口57、總進(jìn)油管14與液壓泵11的出油口相連，而液壓缸51下腔則通過(guò)液壓缸壁上的下油口58、出油管15及壓差比例減壓閥2后，也與所述的液壓泵11出油口相連；液壓泵11的進(jìn)油口通過(guò)濾油器13與油箱相連，而壓力調(diào)節(jié)閥12按常規(guī)連接后，其卸壓口也與油箱相連通。所述的彈簧4位于液壓缸51之外，在本實(shí)施例中，在活塞52上端面上設(shè)有與活塞桿53同軸并伸出液壓缸51之外的輔助活塞桿54，上述彈簧4套在位于液壓缸之外的輔助活塞桿54上；也可以將彈簧4套于位于液壓缸外的活塞桿53上，使得彈簧4的性能不再受液壓缸51體積的影響，從而可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
為了減小系統(tǒng)工作壓力的脈動(dòng)量，并減低液壓系統(tǒng)的功率，在所述的總進(jìn)油管14上安裝有壓力蓄能器3；同時(shí)以防液壓缸上腔的油流向液壓供給裝置1，在總進(jìn)油管14上還安裝第二單向閥10。
考慮到氣門(mén)6關(guān)閉時(shí)，避免活塞52與液壓缸51頂部?jī)?nèi)壁發(fā)生碰撞，在活塞頂部設(shè)有一凸起，在這里，該凸起采用錐形凸肩55，相對(duì)應(yīng)地，在液壓缸上蓋處設(shè)有與其相匹配的錐形緩沖腔56，并在液壓缸51上設(shè)有一端與緩沖腔56相貫通的油道59，該油道59的另一端則通過(guò)使液壓油流入液壓缸上腔的第一單向閥7后，與液壓泵11的出油口相連；當(dāng)然，所述的凸起也可以采用如圓柱形的凸肩等形狀，只要能起到緩沖作用。另外，為了加快活塞52的回程速度，在液壓缸上腔與液壓缸下腔之間還設(shè)置有與壓差比例減壓閥2相并聯(lián)的液控單向閥9，該液控單向閥閥芯通過(guò)其彈簧與單向閥體相抵，且液壓缸上、下腔的油壓分別通過(guò)其第一控制油路、第二控制油路與液控單向閥閥芯的前后端相通，該液控單向閥的開(kāi)啟壓差設(shè)計(jì)成大于其前后端的系統(tǒng)工作的最大壓差ΔPmax。
在本實(shí)施例中，壓差比例減壓閥2可采用本公司申請(qǐng)的公開(kāi)號(hào)為1337539的《壓差反饋型先導(dǎo)控制滑閥》中所陳述的產(chǎn)品，即如圖2所示的先導(dǎo)控制滑閥，在本實(shí)施例中，該先導(dǎo)控制滑閥作控制滑閥2a獨(dú)立使用，其包括閥體、滑閥芯、比例電磁鐵和位于閥體上的進(jìn)油口A、出油口B及泄油口T，在閥體22內(nèi)橫向中心處設(shè)有與所述的滑閥芯21相匹配的、水平布置的橫向通道222，滑閥芯21上設(shè)有一柱體凸臺(tái)211，該柱體凸臺(tái)211能隨滑閥芯21而移動(dòng)，堵住或打開(kāi)閥芯21與泄油口T相通的控制油口c-c，滑閥芯21的右端與電磁鐵的頂桿25同心相接觸，其左端與復(fù)位彈簧23相抵，閥體22的左側(cè)處設(shè)有通過(guò)進(jìn)油口A與液壓缸上腔及液壓泵11的出油口相連通的左側(cè)通道223，閥體22的縱向中心線處設(shè)有與橫向通道222相連通、以及通過(guò)出油口B與液壓缸下腔相連通的縱向通道225，在左側(cè)通道223與縱向通道225之間的閥體上設(shè)有左下側(cè)通道224，左下側(cè)通道內(nèi)置有阻尼孔24；縱向通道225的上端與閥體22的右上側(cè)通道221的左端相溝通，右上側(cè)通道221的右端與閥體的右端通道227相溝通，閥體的右下側(cè)設(shè)有一端與泄油口相通，另一端與橫向通道222相溝通的右下側(cè)通道226。
工作時(shí)，給出一定的電信號(hào)給控制器8，即給控制滑閥2a的比例電磁鐵通入一定的電流，產(chǎn)生與電流成正比的電磁推力F，該推力F使滑閥芯21及柱體凸臺(tái)211向左移動(dòng)，控制油口c-c被打開(kāi)，壓力油P1(與系統(tǒng)壓力P相同)一部分通過(guò)左側(cè)通道223作用于滑閥芯21的左側(cè)，同時(shí)經(jīng)過(guò)阻尼孔24、滑閥芯的控制油口c-c、右下側(cè)通道226流回油箱。經(jīng)過(guò)阻尼孔24，壓力油的壓力由P1降至P2，即控制滑閥2a的進(jìn)油口A和出油口B的壓力分別為P1和P2，設(shè)ΔP＝P1-P2；同時(shí)，在右上側(cè)通道221和右端通道227內(nèi)充滿壓力為P2的油，即壓力為P2的油作用于滑閥芯的右端，則壓差ΔP施加到滑閥芯的兩端，以產(chǎn)生向右的作用于力，克服電磁推力F，使滑閥芯21帶動(dòng)柱體凸臺(tái)211向右移動(dòng)，導(dǎo)致控制油口c-c減小，控制油流量下降，壓差ΔP也隨之下降，直至滑閥芯21的左右端的壓差與電磁推力F相平衡，即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。由于控制滑閥的進(jìn)油口A通過(guò)總進(jìn)油管14、上油口57與液壓缸的上腔相連通，而出油口B通過(guò)出油管15、下油口58與液壓缸的下腔相連通，即隨著電信號(hào)的變化，進(jìn)油口A和出油口B之間的壓差ΔP變化將直接施加到液壓缸的上腔和下腔，若合力增大，則遂漸壓縮彈簧4，活塞52向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)活塞桿53帶動(dòng)氣門(mén)頭61向下運(yùn)動(dòng)，直至合力與彈簧4的作用力相平衡；同理，若合力減小，則在彈簧4回復(fù)力的作用下，活塞52向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)氣門(mén)頭61向上運(yùn)動(dòng)，也直至合力與彈簧4的回復(fù)力相平衡；在上述兩種狀態(tài)下，活塞52靜止不動(dòng)，氣門(mén)頭61與氣門(mén)座63之間得到一個(gè)與之相應(yīng)的間距。
若在上述動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)下，當(dāng)控制器8的電信號(hào)增大時(shí)，比例電磁鐵電流則隨之增大，電磁推力F克服滑閥芯21的左右端壓差ΔP的作用，推動(dòng)滑閥芯21帶動(dòng)柱體凸臺(tái)211向左移動(dòng)，使控制油口c-c的開(kāi)口增大，則油壓P1經(jīng)過(guò)阻尼孔24后的壓差ΔP也增大，即控制滑閥2a的進(jìn)油口A與出油口B之間的壓差ΔP增大，使進(jìn)油口A流向出油口B的流量成比例增大。同時(shí)該壓差ΔP作用到滑閥芯21的左右端，推動(dòng)滑閥芯21向右移動(dòng)，最終與電磁推力F達(dá)到又一次的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，使得液壓缸上、下腔壓差也隨之增大，合力增大，克服彈簧4的作用力，使活塞52下移，直至與彈簧4建立新的平衡為止，則此時(shí)活塞52也又一次處于靜止?fàn)顟B(tài)，氣門(mén)頭61與氣門(mén)座63之間也得到一個(gè)與之相應(yīng)的合適間距。
反之，當(dāng)控制器8的電信號(hào)減小，比例電磁鐵電流隨之減小，在滑閥芯21左右端壓差ΔP的作用下，滑閥芯21帶動(dòng)柱體凸臺(tái)211向右移動(dòng)，使控制油口c-c的開(kāi)口被減小，則油壓P1經(jīng)過(guò)阻尼孔后的壓差ΔP也減小，即控制滑閥2a進(jìn)油口A與其出油口B之間的壓差也減小，使進(jìn)油口A流向出油口B的流量成比例減小。同時(shí)該減小后的壓差ΔP作用到滑閥芯的左右端，使滑閥芯21停止向右移動(dòng)，最終與電磁推力F達(dá)到再一次的動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)也使得液壓缸上、下腔壓差隨之減小，合力減小，在彈簧4回復(fù)力的作用下，活塞52上移，直至與彈簧4建立新的平衡，此時(shí)的活塞52再一次處于靜止不動(dòng)，氣門(mén)頭61與氣門(mén)座63之間重新得到一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的合適間距。
就這樣，活塞52隨著外界電信號(hào)的變化，隨之快速的上下移動(dòng)，使氣門(mén)頭61與氣門(mén)座63之間得到一個(gè)相應(yīng)的開(kāi)口，當(dāng)活塞52運(yùn)動(dòng)到液壓缸51下端的終點(diǎn)需要上行時(shí)，此時(shí)電磁推力F為零，流過(guò)控制滑閥2a的流量突然降至零，則ΔP＝0，液壓缸上、下腔的油壓相等，在彈簧4回復(fù)力的作用下，液壓缸活塞52快速上升，由于控制滑閥2a處于關(guān)閉狀態(tài)，因此在其進(jìn)油口A和出油口B之間經(jīng)過(guò)阻尼孔將產(chǎn)生很大的壓降，該壓降大于系統(tǒng)工作的最大壓差ΔPmax，這樣通過(guò)液控單向閥9的第一控制油路和第二控制油路使該液控單向閥9開(kāi)啟，液壓缸上腔的油通過(guò)液控單向閥9迅速地流至液壓缸的下腔，以達(dá)到加快氣門(mén)回程速度的目的。
當(dāng)活塞52在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，接近液壓缸51上端的行程終點(diǎn)時(shí)，上述臺(tái)肩55伸入至環(huán)形緩沖腔56內(nèi)，因油道59被單向閥7封閉，緩沖腔56內(nèi)的油只能經(jīng)過(guò)縫隙，再經(jīng)油口57流出，以形成制動(dòng)阻力。而當(dāng)活塞52向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓力油P1經(jīng)上油口57進(jìn)入液壓缸的上腔，壓力油P1同時(shí)通過(guò)第一單向閥7、油道59進(jìn)入緩沖腔56內(nèi)，使活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)不受阻礙。
第二實(shí)施例上述結(jié)構(gòu)的控制滑閥2a由于受到滑閥芯21端面面積的限制，在同等電磁推力的作用下，其壓差較小，為了提高其工作壓差，以便其能適用于不同場(chǎng)合的氣門(mén)工作要求，該控制滑閥2a也可采用如圖3所示的第二種結(jié)構(gòu)的滑閥2b，其與第一種結(jié)構(gòu)的控制滑閥2a之間的不同之處在于滑閥芯21的兩端設(shè)置有密封伸出閥體22外的細(xì)桿212，使滑閥芯21兩端的壓差只作用于滑閥芯21外徑與細(xì)桿212之間所形成的環(huán)形面積上，這樣，選擇不同的細(xì)桿212截面，就能得到不同的環(huán)形面積的大小，根據(jù)電磁推力F＝ΔP×S，(式中，S為滑閥芯外徑與細(xì)桿之間所形成的環(huán)形面積)，在電磁推力F不變的情況下，加粗細(xì)桿212的截面，即減小了環(huán)形面積，則作用于滑閥芯21兩端的壓差ΔP增大，通過(guò)滑閥2b的流量也增大，從而可提高作用在液壓缸上、下腔之間的壓差，以提高其響應(yīng)速度，其動(dòng)作原理與上述第一實(shí)施例相同，在這里不再累述。
第三實(shí)施例本實(shí)施例中的壓差比例減壓閥2采用如圖4所示結(jié)構(gòu)的壓差反饋型滑閥2c，其結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中的控制滑閥2a之間的不同之處在于在阻尼通道中采用可變阻尼，該可變阻尼由柱體凸臺(tái)221與閥體之間的第二個(gè)節(jié)流邊c2形成，即柱體凸臺(tái)221與閥體之間形成兩個(gè)節(jié)流邊，第一個(gè)節(jié)流邊c1為常閉口，第二個(gè)節(jié)流邊c2為常開(kāi)口，而在垂直通道223與橫向通道222之間設(shè)有使壓力油P1流過(guò)第二節(jié)流邊的通道24c；由于電磁鐵的初始推力F很小，若在第一節(jié)流邊c1上有流量流過(guò)時(shí)，在第二節(jié)流邊c2上將產(chǎn)生壓差，與上述第一實(shí)施例同理，該壓差使滑閥芯21右移而關(guān)閉第一節(jié)流邊c1。若電磁推力F增大時(shí)，使滑閥芯21左移，流量流過(guò)第二節(jié)流邊c2產(chǎn)生壓差ΔP，該ΔP＝P1-P2，與上述第一實(shí)施例同理，該壓差ΔP通過(guò)滑閥芯21左右端面與電磁鐵力相平衡，同時(shí)該壓差也將直接施加到液壓缸的上腔和下腔，通過(guò)彈簧4的作用，使得氣門(mén)頭61與氣門(mén)座63之間得到相應(yīng)的間距，其動(dòng)作過(guò)程與上述第一實(shí)施例相同，只是當(dāng)電磁推力F減至零時(shí)，氣門(mén)6及活塞52在彈簧4的作用下壓迫液壓缸上腔的油從進(jìn)油口A流向出油口B時(shí)，將在第二節(jié)流邊c2產(chǎn)生壓差，該壓差通過(guò)滑閥芯21端面作用于滑閥芯21的兩端，使得滑閥芯21右移，則第二節(jié)流邊c2增大，流量暢通，氣門(mén)6返回迅速，因此，在本實(shí)施例中，在液壓缸上腔與液壓缸下腔之間無(wú)需設(shè)置與壓差比例滑閥相并聯(lián)的液控單向閥，使得系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，而仍能達(dá)到氣門(mén)快速回程的目的。
第四實(shí)施例本實(shí)施例中的壓差比例減壓閥2采用如圖5所示的壓差反饋錐閥2d，其包括錐閥體22d、錐閥芯21d、比例電磁鐵、位于錐閥體上的進(jìn)油口C、第一油口A1和第二油口B1，所述的錐閥芯21d頭部設(shè)有與錐閥體內(nèi)孔221d后端口相配的圓錐體211d，而其尾部與比例電磁鐵的頂桿相抵，并在錐閥芯21d外套有一端抵于錐閥體22d上，另一端抵于圓錐體211d端面上的軟彈簧23d，所述的進(jìn)油口C、第一油口A1分別與所述的錐閥體內(nèi)孔221d的的前、后端口相連通，而所述的第二油口B1與第一油口A1之間設(shè)有帶阻尼孔24d的通道，且第二油口B1還與油箱相連通。當(dāng)其連于控制系統(tǒng)中時(shí)，如圖6所示，與第一實(shí)施例的系統(tǒng)圖不同在于第一油口A1通過(guò)進(jìn)油管16與液壓缸的上腔相連，而第二油口B1通過(guò)出油管15與液壓缸的下腔相連，壓差反饋錐閥2d的進(jìn)油口C則通過(guò)總油管14與液壓泵11的出油口相連。
當(dāng)壓差反饋錐閥2d不工作時(shí)，系統(tǒng)的壓力為P，給控制器8一個(gè)電信號(hào)，使得壓差反饋錐閥2d的比例電磁鐵具有一個(gè)最大的電磁推力Fmax，錐閥芯21d在該電磁推力Fmax的作用下，克服系統(tǒng)壓力P，使得錐閥芯的圓錐體211d堵住閥體內(nèi)孔221d的后端口，使其處于關(guān)閉狀態(tài)。
工作時(shí)，給出一定的電信號(hào)給控制器8，使壓差反饋錐閥的電磁推力F減小，在系統(tǒng)壓力P的作用下，錐閥芯21d右移，使得圓錐體211d離開(kāi)錐閥體內(nèi)孔221d，壓差反饋錐閥2d隨之開(kāi)啟，通過(guò)其的流量設(shè)為Q，該流量流過(guò)阻尼孔24d后，在阻尼孔24d的前后產(chǎn)生壓差的ΔP，ΔP＝P1-P2，即在第一油口A1與第二油口B1之間產(chǎn)生壓差ΔP，由于第二油口B1與油箱相連，因此P2≈0，ΔP≈P1；而錐閥的平衡條件為F＝Лd2(P-P1)/4(液動(dòng)力忽略不計(jì))，得到P1＝P-F/(Лd2/4)，(其中d為錐閥體內(nèi)孔的直徑)，顯然，壓差ΔP隨著電磁推力的減小而增大。由于第一油口A1與第二油口B1分別與液壓缸的上腔和下腔相通，即隨著電信號(hào)的變化，第一油口A1與第二油口B1之間的壓差變化將直接施加至液壓缸的上腔和下腔，若合力增加，則遂漸壓縮彈簧4，活塞52向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)活塞桿53帶動(dòng)氣門(mén)頭61向下運(yùn)動(dòng)，直至合力與彈簧4的作用力相平衡，則此時(shí)活塞52靜止不動(dòng)，氣門(mén)頭61與氣門(mén)座63之間得到一個(gè)與之相應(yīng)的間距；若合力減小，則在彈簧4回復(fù)力的作用下，活塞52向上移動(dòng)，直至再一次達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，使得氣門(mén)得到一個(gè)合適的開(kāi)口。
就這樣，活塞52隨著外界電信號(hào)的變化，隨之快速的上下移動(dòng)，使氣門(mén)頭與氣門(mén)座63之間得到一個(gè)相應(yīng)的開(kāi)口，當(dāng)活塞52運(yùn)動(dòng)到液壓缸51下端的終點(diǎn)需要上行時(shí)，此時(shí)電磁推力F為最大，流過(guò)壓差反饋錐閥2d的流量突然降至零，則ΔP＝0，液壓缸上、下腔的油壓相等，在彈簧4回復(fù)力的作用下，液壓缸活塞快速上升，由于壓差反饋錐閥2d處于關(guān)閉狀態(tài)，因此在其第一油口A1和第二油口B1之間產(chǎn)生很大的壓降，該壓降大于系統(tǒng)工作的最大壓差ΔPmax，通過(guò)液控單向閥9的第一控制油路和第二控制油路使該液控單向閥9開(kāi)啟，液壓缸上腔的油通過(guò)液控單向閥9迅速地流至液壓缸的下腔，也達(dá)到加快氣門(mén)回程速度的目的。
當(dāng)活塞52在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，接近液壓缸51上端的行程終點(diǎn)時(shí)，臺(tái)肩55伸入至環(huán)形緩沖腔56內(nèi)，其緩沖作用與上述第一實(shí)施例的原理相同，在這里不再重復(fù)敘述。
由此可見(jiàn)，本發(fā)明中的氣門(mén)開(kāi)啟高度只與液壓缸上、下腔之間的壓差有關(guān)，即與壓差比例減壓閥的油口之間的壓差有關(guān)，而與系統(tǒng)的壓力無(wú)關(guān)，工作時(shí)，系統(tǒng)壓力可以漂移，而不會(huì)對(duì)活塞有較大的影響，系統(tǒng)的工況基本是變頻振動(dòng)，約在10Hz-200Hz之間，控制信號(hào)可以是調(diào)合函數(shù)或脈寬調(diào)制方波等，液壓泵可采用變量泵，以節(jié)約能量，所以采用上述方案也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其包括液壓供給裝置(1)、液壓作動(dòng)件(5)、氣門(mén)(6)和控制活塞(52)平衡的彈簧(4)，所述的液壓作動(dòng)件(5)又包括液壓缸(51)、活塞(52)及活塞桿(53)，所述的活塞桿(53)與氣門(mén)(6)相聯(lián)動(dòng)，其特征在于所述的活塞(52)將液壓缸(51)分成上腔和下腔，所述的液壓供給裝置(1)通過(guò)總進(jìn)油管(14)與所述的液壓缸(51)上腔相通，而所述的液壓缸(51)下腔則通過(guò)壓差比例減壓閥(2)與所述的液壓供給裝置(1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的壓差比例減壓閥為壓差反饋型控制滑閥(2a)，其包括閥體(22)、滑閥芯(21)、比例電磁鐵和位于閥體上的進(jìn)油口(A)、出油口(B)及泄油口(T)，所述的閥體(22)內(nèi)設(shè)有與所述的滑閥芯相匹配的水平布置的橫向通道(222)，所述的滑閥芯(21)上設(shè)有一柱體凸臺(tái)(211)，該柱體凸臺(tái)能隨所述的滑閥芯而移動(dòng)，堵住或打開(kāi)柱體凸臺(tái)(211)與泄油口(T)相通的控制油口(c-c)，所述的滑閥芯的一端與所述的比例電磁鐵的頂桿(25)同心相接觸，另一端與彈簧(23)相抵，所述的閥體(22)的左側(cè)處設(shè)有通過(guò)進(jìn)油口(A)與所述的液壓缸上腔及所述的液壓供給裝置(1)相連通的左側(cè)通道(223)，所述的閥體的中心處則設(shè)有與所述的橫向通道(222)相連通、以及通過(guò)出油口(B)與所述的液壓缸下腔相連通的縱向通道(225)，在所述的左側(cè)通道(223)與所述的縱向通道(225)之間設(shè)有帶阻尼的阻尼通道(224)，所述的縱向通道(225)的上端與所述的閥體的右上側(cè)通道(221)的左端相溝通，所述的右上側(cè)通道的右端與所述的閥體的右端通道(227)相溝通，所述的閥體的右下側(cè)設(shè)有一端與泄油口(T)相連通，另一端與所述的橫向通道相溝通的右下側(cè)通道(226)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的阻尼通道(224)內(nèi)的阻尼為阻尼孔(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的阻尼通道內(nèi)的阻尼是由所述的柱體凸臺(tái)(221)與閥體(22)之間的第二個(gè)節(jié)流邊(c2)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的滑閥芯(21)的兩端設(shè)置有密封伸出閥體(22)外的細(xì)桿(212)，所述的比例電磁鐵的頂桿(25)與其相應(yīng)端的細(xì)桿相抵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的液壓缸上腔與所述的液壓缸下腔之間還設(shè)置有與所述的壓差比例減壓閥(2)相并聯(lián)的、使液壓油從液壓缸的上腔流向液壓缸的下腔的液控單向閥(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的活塞(52)頂部設(shè)有一凸起，相對(duì)應(yīng)地，在所述的液壓缸(51)上蓋處設(shè)有與其相匹配的緩沖腔(56)，并在液壓缸上設(shè)有一端與緩沖腔相貫通的油道(59)，該油道(59)的另一端則通過(guò)第一單向閥(7)與液壓供給裝置(1)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的總進(jìn)油管(14)上安裝有阻止所述的液壓缸上腔的油流向液壓供給裝置(1)的第二單向閥(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的總進(jìn)油管(14)上安裝有壓力蓄能器(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的相對(duì)活塞桿(53)的活塞端面上設(shè)有與活塞桿同軸并伸出液壓缸(51)之外的輔助活塞桿(54)，所述的彈簧(4)套在位于液壓缸之外的輔助活塞桿(54)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的彈簧(4)為套在位于液壓缸外的活塞桿(53)上。
12.一種壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其包括液壓供給裝置(1)、液壓作動(dòng)件(5)、氣門(mén)(6)和控制活塞(52)平衡的彈簧(4)，所述的液壓作動(dòng)件(5)又包括液壓缸(51)、活塞(52)及活塞桿(53)，所述的活塞桿(53)與氣門(mén)(6)相聯(lián)動(dòng)，其特征在于所述的活塞(52)將液壓缸(5 1)分成上腔和下腔，所述的上腔和下腔分別通過(guò)進(jìn)油管(16)、出油管(15)與一壓差比例減壓閥的兩個(gè)存在壓差的第一油口(A1)和第二油口(B1)相連，所述的液壓供給裝置(1)則通過(guò)總進(jìn)油管(14)與所述的壓差比例減壓閥(2d)的進(jìn)油口(C)相連。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述壓差比例減壓閥為壓差反饋錐閥(2d)，其包括錐閥體(22d)、錐閥芯(21d)、比例電磁鐵、位于錐閥體上的上述進(jìn)油口(C)、第一油口(A1)和第二油口(B1)，所述的錐閥芯頭部設(shè)有與錐閥體內(nèi)孔(221d)后端口相配的圓錐體(211d)，而其尾部與所述的比例電磁鐵的頂桿相抵，并在所述的錐閥芯(21d)外套有一端抵于錐閥體(22d)上，另一端抵于所述的圓錐體(211d)端面上的軟彈簧(23d)，所述的進(jìn)油口(C)、第一油口(A1)分別與所述的錐閥體內(nèi)孔(221d)的的前后端口相連通，而所述的第二油口(B1)與第一油口(A1)之間設(shè)有帶阻尼孔(24d)的通道，且第二油口(B1)還與油箱相連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的活塞(52)頂部設(shè)有一凸起，相對(duì)應(yīng)地，在所述的液壓缸(51)上蓋處設(shè)有與其相匹配的緩沖腔(56)，并在液壓缸上設(shè)有一端與緩沖腔相貫通的油道(59)，該油道(59)的另一端則通過(guò)第一單向閥(7)與液壓供給裝置(1)相連。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的液壓缸上腔與所述的液壓缸下腔之間還設(shè)置有與所述的壓差比例減壓閥(2)相并聯(lián)的、使液壓油從液壓缸的上腔流向液壓缸的下腔的液控單向閥(9)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的總進(jìn)油管(14)上安裝有壓力蓄能器(3)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16任一所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的相對(duì)活塞桿(53)的活塞端面上設(shè)有與活塞桿同軸并伸出液壓缸(51)之外的輔助活塞桿(54)，所述的彈簧(4)套在位于液壓缸之外的輔助活塞桿(54)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至16任一所述的壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的彈簧(4)為套在位于液壓缸外的活塞桿(53)上。
全文摘要
一種壓差式變氣門(mén)控制系統(tǒng)，其包括液壓供給裝置、液壓作動(dòng)件、氣門(mén)和控制活塞平衡的彈簧，所述的液壓作動(dòng)件又包括液壓缸、活塞及活塞桿，所述的活塞桿與氣門(mén)相聯(lián)動(dòng)，其特征在于所述的活塞將液壓缸分成上腔和下腔，所述的液壓供給裝置通過(guò)進(jìn)油管與所述的液壓缸上腔相通，而所述的液壓缸下腔則通過(guò)壓差比例減壓閥與所述的液壓供給裝置相連。采用壓差比例減壓閥作為核心控制元件，氣門(mén)開(kāi)啟的高度與系統(tǒng)壓力無(wú)關(guān)，只需改變電信號(hào)就能改變活塞上下腔的壓差，從而達(dá)到氣門(mén)按需隨時(shí)進(jìn)行變升程和正時(shí)的目的，因此，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性好，且系統(tǒng)的干擾?。灰虼?，本發(fā)明可滿足內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的更高工作速度要求，可在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)F02D13/00GK1544800SQ20031010891
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者凌俊杰, 翁振濤 申請(qǐng)人:寧波華液機(jī)器制造有限公司