一种电液式可变气门正时调节装置的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，具体来说涉及一种电液式可变气门正时调节装置。

背景技术：

可变气门正时技术可以为发动机各种工况提供合适的配气正时，改善发动机进、排气性能，提高充气效率，改善燃烧条件，较好地满足发动机各种工况下的动力性、经济性和废气排放的要求，已成为现代汽车发动机的关键技术之一。

目前，应用比较广泛的可变气门正时技术主要有一下几种：1）通过改变配气凸轮轴与曲轴之间的相对相位实现气门正时的可变凸轮相位技术。由于气门开启持续角的不可变，该技术只能满足发动机不同工况配气对气门提前角或气门滞后角需求，不能同时满足气门提前角和气门滞后角的最佳参数调节需求。2）采用多个凸轮并在一定发动机工况范围利用其中某一个凸轮对气门进行控制的方法实现气门正时需求的阶段式调节气门正时技术。该技术只能实现与控制一个气门运动的凸轮个数相同的最佳气门正时数量，正时变化不连续，且系统结构复杂。3）利用电磁力和弹簧力驱动气门运动的电磁式可变气门正时技术。该技术通过对电磁线圈通断电的时刻控制，可以灵活实现气门正时、持续期和升程的独立控制，但是存在电磁驱动力大、响应慢、落座冲击大、能耗大等缺点。4）无凸轮轴的电液式可变气门正时技术。该技术采用高、低压两套不同油压的液压系统对气门运动进行控制，通过高、低压系统相关电磁阀的灵活控制可以满足不同发动机工况的气门正时，但是系统结构较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构、控制简单，可以根据发动机不同工况进行气门提前角和滞后角调节的电液式气门正时调节装置，可以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电液式可变气门正时调节装置，包括气门系统a和b、回油路控制系统和回油路，气门系统a和b位于回油路控制系统两侧并通过回油路并联起来，气门系统包括液压挺柱、润滑油路、气门弹簧、气门、摇臂、滚子，在摇臂上设置滚子，在滚子上方设置配气凸轮且相互配合，所述回油路控制系统包括阀体、节流套、阀口、阀芯导套、阀芯、弹簧垫圈、小弹簧、小弹簧安装套、大弹簧、大弹簧安装套、电磁驱动器，该阀体安装在发动机缸盖的安装孔中，且阀体的轴肩压紧发动机缸盖的台阶孔的台阶面；节流套安装固定在阀体的节流套安装孔内，并通过节流套的节流孔以及回油路将液压挺柱的油腔与阀体的油腔进行连接；阀口安装固定在阀体内部台阶轴孔的下部；阀芯导套安装固定在阀体内部台阶轴孔的中部，且阀芯导套的轴肩压紧阀体内部台阶轴孔的中部台阶面；阀芯安装在阀芯导套中，其下端穿过阀口设置的内孔，上端与电磁驱动器连接，可沿阀芯导套轴向与阀口内孔轴向往复运动；弹簧垫圈安装在阀芯轴肩上且可随阀芯一起运动；小弹簧空套在阀芯上且其上端与小弹簧安装套内孔孔底接触、下端与弹簧垫圈上表面接触；小弹簧安装套空套在阀芯上且可沿阀芯轴向往复运动；大弹簧空套在小弹簧安装套上且其上端与大弹簧安装套的内孔孔底接触、下端与小弹簧安装套外轴肩接触；大弹簧安装套空套在阀芯上且该大弹簧安装套位于阀体上的大弹簧安装套的安装孔中；电磁驱动器安装固定在在发动机缸盖的安装孔中，其下端面压紧大弹簧安装套的上表面。

优选的，穿过阀口内孔的阀芯下端部分为上下两端是圆锥面且中部有贯通径向孔的细腰结构，阀芯下端头部直径尺寸与阀口内孔直径尺寸相同而小于与阀芯导套配合安装部分的直径尺寸，在阀芯下端头部的轴心设有与细腰中部径向孔相贯的轴向节流孔。

优选的，阀芯细腰上端圆锥面离开与其接触的阀口接触面且阀芯细腰下端圆锥面未进入阀口内孔中时，阀芯细腰与阀口内孔形成的最小过流面积大于节流套的节流孔过流面积。

优选的，节流套的节流孔直径小于与其连接的缸盖回油路油孔和阀体油孔的直径，大于阀芯下端头部的轴向节流孔的直径。

优选的，阀芯细腰上端圆锥面与阀口相接触时，弹簧垫圈上表面与小弹簧安装套下表面的距离小于阀芯从阀芯细腰上端圆锥面与阀口分离到阀芯细腰下端圆锥面完全进入阀口内孔而向上运动的运动距离。

优选的，小弹簧的预紧力和弹簧垫圈上表面与小弹簧安装套的下表面接触时小弹簧的弹簧力均小于大弹簧的预紧力。

优选的，阀芯细腰上端圆锥面与阀口接触面相接触时，小弹簧安装套上表面与大弹簧安装套的内孔凸台的距离与弹簧垫圈上表面与小弹簧安装套下表面的距离之和大于阀芯从阀芯细腰上端圆锥面与阀口分离到阀芯细腰下端圆锥面完全进入阀口内孔的向上运动的运动距离。

优选的，电磁驱动装置利用电流大小实现二级加载，一级加载为小电流加载使阀芯克服小弹簧的作用力向上运动至弹簧垫圈上表面与小弹簧安装套下表面接触，二级加载为大电流加载使阀芯克服大弹簧的作用力向上运动至细腰下端圆锥面完全进入阀口内孔。

优选的，气门系统b为发动机同一气缸上与气门系统a结构一致，且受同一回油路控制系统2控制的并列气门驱动装置。

与现有技术相比，本发明结构简单、集成度高，易于集成在现有配置有液压挺柱的发动机上；系统调节灵活、精度高，只需根据发动机不同工况通过电磁驱动器对阀芯运动控制，可以实现液压挺柱回油路控制，就可以实现气门提前角、滞后角的独立调节，使发动机分别获得不同工况下的最佳气门提前角和滞后角，满足发动机不同转速的配气正时需求；所需调控的油量、电磁力均较小，使系统具有良好动态响应特性，在一个循环中就可实现气门提前角和滞后角的单独、准确的调节，从而可以对发动机有效压缩比实时调控，发动机可以根据当前工况在最合理的有效压缩比条件下工作，提高效率，改善动力性能、节能减排；滞后角调节范围大，可易于实现缸内残余废气系数实时调控和hcci燃烧模式，系统运行平稳，气门关闭的运动过程及落座速度均相同，不随发动机转速的变化而变化，气门落座冲击小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中凸轮型线示意图；

图3为本发明中气门运动曲线示意图；

图4为本发明中电磁驱动器关闭时阀芯状态示意图；

图5为本发明中电磁驱动器第一级加载时阀芯状态示意图；

图6为本发明中电磁驱动器第二级加载时阀芯状态示意图；

图7为本发明中阀口的结构示意图；

图8为本发明中阀芯的结构示意图。

图中：1、气门系统a，1.1、配气凸轮，1.2、液压挺柱，1.2.1、液压挺柱柱塞，1.2.2、液压挺柱弹簧，1.3、润滑油路，1.4、气门弹簧，1.5、气门，1.6、摇臂，1.7、滚子，2、回油路控制系统，2.1、阀体，2.1.1、阀体油孔，2.2、节流套，2.2.1、节流孔，2.3、阀口，2.3.1、阀口接触面，2.3.2、阀口内孔，2.4、阀芯导套，2.5、阀芯，2.5.1、阀芯径向孔，2.5.2、阀芯轴向节流孔，2.5.3、阀芯细腰上端圆锥面，2.5.4、阀芯细腰下端圆锥面，2.6、弹簧垫圈，2.7、小弹簧，2.8、小弹簧安装套，2.9、大弹簧，2.10、大弹簧安装套，2.11、电磁驱动器，3、液压挺柱回油路，4、缸盖，4.1、缸盖回油路油孔，4.2、缸盖回油路,5、气门系统b。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种电液式气门正时调节装置，包括气门系统a1、回油路控制系统2、回油路3。其中：气门系统a1包括配气凸轮1.1、液压挺柱1.2、润滑油路1.3、气门弹簧1.4、气门1.5、摇臂1.6、滚子1.7；回油路控制系统2包括阀体2.1、节流套2.2、阀口2.3、阀芯导套2.4、阀芯2.5、弹簧垫圈2.6、小弹簧2.7、小弹簧安装套2.8、大弹簧2.9、大弹簧安装套2.10、电磁驱动器2.11，阀体2.1安装在发动机缸盖4的安装孔中，且阀体2.1的轴肩压紧发动机缸盖4的台阶孔的台阶面；节流套2.2安装固定在阀体2.1的节流套安装孔内，并通过节流孔2.2.1、回油路3将液压挺柱1.2的油腔与阀体2.1的油腔进行连接；阀口2.3安装固定在阀体2.1内部台阶轴孔的下部；阀芯导套2.4安装固定在阀体2.1内部台阶轴孔的中部，且阀芯导套2.4的轴肩压紧阀体2.1内部台阶轴孔的中部台阶面；阀芯2.5安装在阀芯导套2.4中，下端穿过阀口2.3的内孔2.3.2，上端与电磁驱动器2.11连接，可沿阀芯导套2.4轴向往复运动；弹簧垫圈2.6安装在阀芯2.5的轴肩上且随阀芯2.5一起运动；小弹簧2.7空套在阀芯2.5上、上端与小弹簧安装套2.8的内孔孔底接触、下端与弹簧垫圈2.6上表面接触；小弹簧安装套2.8空套在阀芯2.5上，可沿阀芯2.5轴向往复运动；大弹簧2.9空套在小弹簧安装套2.8上、上端与大弹簧安装套2.10的内孔孔底接触、下端与小弹簧安装套2.8的外轴肩接触；大弹簧安装套2.10空套在阀芯2.5上且安装在阀体2.1上的大弹簧安装套安装孔中；电磁驱动器2.11安装固定在发动机缸盖4的安装孔中，下端面压紧大弹簧安装套2.10的上表面。穿过阀口内孔2.3.2的阀芯2.5下端部分为上下两端是圆锥面且中部有贯通径向孔2.5.1的细腰结构，阀芯2.5下端头部直径尺寸与阀口内孔2.3.2直径尺寸相同而小于与阀芯导套2.4配合安装部分的直径尺寸，在阀芯2.5下端头部的轴心设有与细腰中部径向孔2.5.1相贯的轴向节流孔2.5.2。凸轮1.1的型线由多段曲线组成，其回程组合曲线的后段设置有半径大于配气凸轮基圆半径且尺寸等于与其连接的前段曲线终点升程值的同心圆弧。阀芯细腰上端圆锥面2.5.3离开与其接触的阀口接触面2.3.1且阀芯细腰下端圆锥面2.5.4未进入阀口内孔2.3.2中时，阀芯细腰与阀口内孔2.3.2形成的最小过流面积大于节流套2.2的节流孔2.2.1的过流面积。节流套2.2的节流孔2.2.1直径小于与其连接的缸盖回油路油孔4.1、阀体油孔2.1.1的直径，大于阀芯下端头部的阀芯轴向节流孔2.5.2。阀芯细腰上端圆锥面2.5.3与阀口2.3相接触时，弹簧垫圈2.6上表面与小弹簧安装套2.8下表面的距离小于阀芯2.5从阀芯细腰上端圆锥面2.5.3与阀口2.3分离到阀芯2.5细腰下端圆锥面2.5.4完全进入阀口内孔2.3.2而向上运动的运动距离。小弹簧2.7的预紧力和弹簧垫圈2.6上表面与小弹簧安装套2.8的下表面接触时小弹簧2.7的弹簧力均小于大弹簧2.9的预紧力。阀芯细腰上端圆锥面2.5.3与阀口接触面2.3.1相接触时，小弹簧安装套2.8上表面与大弹簧安装套2.10的内孔凸台的距离与弹簧垫圈2.6上表面与小弹簧安装套2.8下表面的距离之和大于阀芯2.5从阀芯细腰上端圆锥面2.5.3与阀口2.3分离到阀芯细腰下端圆锥面2.5.4完全进入阀口内孔2.3.2的向上运动的运动距离。电磁驱动器2.11可以利用电流大小实现二级加载，一级加载为小电流加载使阀芯2.5克服小弹簧2.7的作用力向上运动至弹簧垫圈2.6上表面与小弹簧安装套2.8下表面接触，二级加载为大电流加载使阀芯2.5克服大弹簧2.9的作用力向上运动至阀芯2.5的细腰下端圆锥面2.5.4完全进入阀口内孔2.3.2。气门系统b5为发动机同一气缸上与气门系统a1完全相同的受同一回油路控制系统2控制的并列气门驱动装置。

工作过程如下：

当凸轮1.1顺时针转动且处于图2所示的型线co基圆段与滚子1.7接触时，气门1.5在气门弹簧1.4的作用下处于关闭状态。润滑油通过润滑油路1.3进入液压挺柱1.2的内腔，然后通过液压挺柱回油路3、缸盖回油路油孔4.1、节流套的节流孔2.2.1、阀体油孔2.1.1进入阀体2.1的油腔。如果此时电磁驱动器2.11处于关闭状态，阀芯2.5的细腰上端斜面2.5.3处于与阀口2.3的接触位置，回油路断开，润滑油将充满液压挺柱1.2的油腔、回油路3和阀体2.1的油腔。在液压挺柱弹簧1.2.2和润滑油的作用下，液压挺柱柱塞1.2.1通过摇臂1.6、滚子1.7压紧配气凸轮1.1，液压挺柱1.2成为一个刚性体。当配气凸轮1.1与滚子1.7的接触处为配气凸轮1.1的升程段（即图2中的oh段）时，在配气凸轮1.1的推动下，气门1.5打开并开至最大升程。此种情形下，获得最大气门提前角。

如需调节气门提前角时，在配气凸轮1.1转动至任意点g与滚子1.7接触之前均保持电磁驱动器2.11为一级加载，使阀芯2.5处于向上运动至弹簧垫圈2.6上表面与小弹簧安装套2.8下表面接触，即使阀芯细腰上端斜面2.5.3离开与阀口接触面2.3.1而阀芯细腰下端斜面2.5.4未进入阀口内孔2.3.2中（如图5所示），回油路处于接通状态，润滑油从液压挺柱1.2的油腔中流出，经过液压挺柱回油路3、缸盖回油路油孔4.1、节流套2.2的节流孔2.2.1、阀体油孔2.1.1、阀体2.1的油腔、阀口内孔2.3.2、缸盖回油路油孔4.2回到油箱。此时，液压挺柱1.2不是刚性体，液压挺柱1.2的油腔油压作用于气门1.5的作用力远小于气门弹簧1.4的预紧力，气门1.5保持不动。当需要的气门提前角达到时，即配气凸轮1.1转动到g点，关闭电磁驱动器2.11，阀芯2.5在小弹簧2.7的弹簧力作用下复位，阀芯细腰上端斜面2.5.3与阀口接触面2.3.1接触，使回油路断开。此刻，液压挺柱1.2成为了一个刚性体，并将配气凸轮1.1的运动传递给气门1.5，气门1.5打开并开至最大开度。由此可见，配气凸轮1.1转动到与滚子1.7接触处为g点时再关闭回油路获得的气门提前角比在配气凸轮1.1转动到与滚子1.7接触处为配气凸轮1.1的升程开始点（o点）之前关闭回油路所获得的气门提前角小，如图3所示的曲线gh段，也就是说，气门提前角得到了调节。因此，只要根据发动机不同工况选择合适的g点关闭回油路，就可以使发动机获得合理的气门提前角。

当配气凸轮1.1与滚子1.7的接触处处于回程ha段，由于电磁驱动器2.11处于关闭状态，回油路处于断开状态，液压挺柱1.2仍然是一个刚性体，气门开度在气门弹簧1.4的作用下随着配气凸轮1.1升程的不断下降而不断减小。当配气凸轮1.1转动到与滚子1.7接触处为图2的a点时，气门1.5回落至图3的a点。之后，配气凸轮1.1与滚子1.7接触处为图2的ab段是一段等半径的圆弧，因此，气门1.5无法落座，保持着一定的开度，如图3的直线段ab。配气凸轮1.1从图2的b点转到c点过程中，气门1.5又在气门弹簧1.4的作用下继续落座并最终关闭。此情形下，获得最大气门滞后角。

如果在配气凸轮1.1与滚子1.7接触处于等半径圆弧ab段中的任意点d对电磁驱动器2.11实施一级加载，通过电磁驱动器2.11使阀芯2.5克服小弹簧2.7的作用力向上运动至弹簧垫圈2.6上表面与小弹簧安装套2.8下表面接触，即使阀芯细腰上端斜面2.5.3离开与阀口接触面2.3.1而阀芯细腰下端斜面2.5.4未进入阀芯内孔2.3.2中的状态（如图5所示），回油路接通，润滑油从液压挺柱1.2油腔中流出，经过液压挺柱回油路3、缸盖回油路油孔4.1、节流套2.2的节流孔2.2.1、阀体油孔2.1.1、阀体2.1的油腔、阀口内孔2.3.2、缸盖回油路油孔4.2回到油箱。此阶段，气门1.5在气门弹簧1.4的作用下快速接近气门座，但气门1.5运动速度受节流套2.2的节流孔2.2.1控制。当气门1.5运动到图3的e点时，为了使气门1.5无冲击平稳落座，对电磁驱动器2.11实施二级加载，加大电磁驱动器2.11的输出功率而使阀芯2.5克服大弹簧2.9的作用力再次向上运动，运动至小弹簧安装套2.8上表面与大弹簧安装套2.10内孔凸台接触，而阀芯细腰下端斜面2.5.4完全进入阀口内孔2.3.2之中（如图6所示），因而，液压挺柱1.2油腔中流出的润滑油只能经过液压挺柱回油路3、缸盖回油路油孔4.1、节流套2.2的节流孔2.12、阀体油孔2.1.1、阀体2.1的油腔、阀口内孔2.3.2、阀芯径向孔2.5.1、阀芯轴向节流孔2.5.2、缸盖回油路油孔4.2回到油箱。此阶段，气门1.5的运动速度受阀芯轴向节流孔2.5.2控制而降至一个利于气门1.5平稳落座的速度，实现气门1.5的平稳落座，如图3的ef段。气门1.5落座后，配气凸轮1.1继续转动至基圆段，此过程中，液压挺柱柱塞1.2.1在液压挺柱弹簧1.2.2的作用下上升，与此同时，液压挺柱1.2的油腔也在不断增大而使油腔的油压小于润滑油的供油油压，润滑油通过润滑油路1.3流入液压挺柱1.2的油腔并充满整个油腔，为下一个循环做好准备。由此可见，相对于配气凸轮1.1转动在等半径圆弧ab段没有开启电磁驱动器2.11的情形，气门1.5提前落座了，即气门滞后角得到了调节。因此，只要根据发动机不同工况，选择合适的时刻（d点）对电磁驱动器2.11实施一级加载和合适的时刻对电磁驱动器2.11实施二级加载即可实现发动机对气门滞后角调节的配气需求。

综上所述，本发明只要根据发动机的不同工况改变电磁驱动器2.11的开、关闭时刻和二级加载时刻，即可实现气门提前角和滞后角的精确调节，满足发动机不同工况的最佳配气需求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。