一、 技术领域

本发明涉及内燃机的气门机构和燃料供给系统 ， 特别涉及一种内燃机全可变液压气门系 统的控油装置。

二、 背景技术

内燃机采用液压驱动气门系统能够实现气门最 大升程、 气门开启持续角和配气相位三者 的连续可变，这种气门系统被称为全可变液压 气门系统（Hydraulic Fully Variable Valve System, 简称 HFVVS), 它对内燃机的节能减排具有重要意义。 目前， 具有代表性的全可变液压气门 系统有舍弗勒公司的 Uniair 系统、 美国 Ford 公司的电液全可变气门系统和英国 Lotus 的 EHFVVT系统等。 这些液压全可变气门系统全部采用了高频电磁 阀作为控油开关来控制油液 的流入和流出。 而高频电磁阀存在频率响应速度低、 可靠性低和成本昂贵的不足。

中国国家知识产权局专利局在 2006年公幵了一项专利号为 ZL200610042070.9， 名称为 "一种配气定时连续可变的内燃机配气系统" 的发明专利， 提出了一种配气定时连续可变的 内燃机配气系统， 包括气门组件、 液压缸组件、 液压缸出口控制装置、 液压缸进口控制装置 和凸轮轴传动组件。 该系统在油液排出液压缸的过程中， 液压低压系统存在压力波动大、 导 致工作不平稳的问题； 在内燃机停止工作期间， 液压系统存在机油泄漏， 使空气进入的问题; 该液压缸出口控制装置由于结构缺陷也存在不 适用于多缸内燃机的局限性， 并且存在传动不 平稳的问题。 这些问题导致该系统难以推广应用。

三、 发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷， 提供一种运行平稳、 工作可靠、通用性强， 适用于单缸及多缸内燃机的全可变液压气门系 统的控油装置。

本发明与内燃机全可变液压气门系统匹配连接 应用， 其技术方案为： 由壳体及安装在壳 体中的回转阀、 液压蓄能器和传动机构构成； 回转阀由回转阀芯、 回转阀套组成， 回转阀套 一端设置轮齿， 回转阀芯安装在回转阔套内， 回转阀套安装在壳体内腔； 在壳体上与回转阀 套上的轮齿部分对应的位置有齿条腔， 在齿条腔内安装齿条并与回转阀套上的轮齿相 啮合； 液压蓄能器由储能活塞、 蓄能弹簧、 端盖、 密封座圈、 橡胶垫组成， 并安装在壳体的一端内 腔， 密封座圈、 橡胶垫固定安装在壳体内腔， 储能活塞活动安装在壳体内腔， 端盖固定安装 在壳体一端的端面， 储能活塞与端盖之间安装蓄能弹簧， 蓄能弹簧为压簧； 回转阀和液压蓄 能器之间为蓄能腔； 传动机构由传动齿轮、 齿轮轴和十字滑块联轴器组成， 传动齿轮通过连 接键安装在齿轮轴上， 齿轮轴通过十字滑块联轴器与回转阀芯相连接 。

回转阀芯上一端设置轴向盲孔和与其相通的径 向油孔， 其端部设置挡圈槽， 另一端设置 与十字滑块联轴器的连接齿槽相匹配的连接齿 ； 回转阀芯安装在回转阀套内， 挡圈槽内安装 轴向定位的挡圈； 在回转阀套上与回转阀芯径向油孔对应的轴向 位置设置径向油孔， 并在回 转阀套的径向油孔位置设置环形槽， 将装有回转阀芯的回转阔套安装在壳体内腔； 壳体上与 环形槽对应位置上设置高压油孔， 与蓄能腔轴向对应位置设置低压油孔， 在储能活塞运行的 壳体内腔底部设置径向泄油孔， 端盖上有出气孔。 在回转阀套上与回转阀芯径向油孔对应的 轴向位置的圆周上， 均匀分布回转阀套径向油孔， 回转阀套径向油孔的数量等于配气凸轮轴 与回转阀芯的转速比 N， N为正整数。

在同一轴向位置， 壳体上设有的高压油孔、 回转阀套环形槽、 回转阀套径向油孔和回转 阀芯径向油孔组成一套回转阀开关， 一套控油装置内至少设置一套回转阀开关， 回转阔开关 的数量等于与之相匹配应用的内燃机气缸数。

回转阀芯与回转阀套之间采用间隙密封， 回转阀套与壳体之间采用间隙密封或密封圈密 封， 当采用密封圈密封时将环形槽两侧加工密封圈 槽并装上密封圈后安装进壳体的内腔里； 当采用间隙密封时则不需要加工密封圈槽， 直接将回转阀套安装进壳体的内腔里。 在同一轴 向位置的回转阀套径向油孔数量等于配气凸轮 轴与回转阀芯的转速比 N (N为正整数）， 以保 证回转阀开关在内燃机一个工作循环开启和关 闭一次。 液压蓄能器的密封座圈安装在壳体内 腔采用过盈配合， 橡胶垫固定贴合在密封座圈端面上； 蓄能活塞与壳体内腔为间隙配合。 传 动齿轮通过连接键安装在齿轮轴上， 并通过轴肩和挡圈定位。齿轮轴与壳体内腔为 间隙配合， 其一端设有与十字滑块联轴器的连接齿槽相匹 配的连接齿； 十字滑块联轴器上设有两对相互 垂直的连接齿槽， 分别连接齿轮轴连接齿和回转阀芯连接齿， 使齿轮轴能够带动回转阔芯同 歩转动。

应用时， 将本发明连接在内燃机全可变液压气门系统中 ， 本装置传动机构中的传动齿轮 与内燃机配气凸轮轴通过传动链连接， 齿条与伺服电机或比例电磁铁相连接， 由伺服电机或 比例电磁铁控制； 壳体上的高压油孔与驱动液压气门的高压油腔 相连接， 壳体上的低压油孔 和泄油孔与内燃机润滑系统的低压油道连接。

内燃机工作时， 配气凸轮轴通过传动链带动本装置的传动齿轮 转动， 传动齿轮依次带动 齿轮轴、 十字滑块联轴器和回转阀芯转动。 当回转阀芯径向油孔转动到与回转阀套径向油 孔 不连通时， 回转阀开关处于关闭状态， 配气凸轮驱动液压挺柱， 使液压驱动系统内产生高压 油液， 高压油液推动液压活塞克服气门弹簧的阻力开 启气门； 当回转阀芯径向油孔转动到与 回转阀套径向油孔连通时， 回转阀开关处于开启状态， 高压油道内的油液和低压系统内的油 液相互连通， 气门在气门弹簧力的作用下关闭。 伺服电机或比例电磁铁驱动齿条通过回转阔 套齿轮带动回转阀套转动，因此回转阀套径向 油孔的圆周位置是随内燃机的运行工况可调的 。 当四冲程内燃机处于工作状态时， 若配气凸轮轴与回转阀芯的转速比 N为 1， 将回转阀套顺 着回转阀芯转动的方向转过 Φ,角时， 回转阀芯径向油孔与回转阀套径向油孔连通的 相位角将 相应推迟 2 · Φ,度曲轴转角 （四冲程内燃机曲轴转速是配气凸轮轴转速的 2倍）， 即回转阀开 关的丌启和关闭时刻相应推迟 2 · Φ,度曲轴转角； 同理， 将回转阀套逆着回转阀芯转动的方向 转过 Φ ₂ 角时， 回转阀芯径向油孔与回转阀套径向油孔连通的 相位角将相应提前 2 ·Φ ₂ 度曲轴 转角， 回转阀开关的启闭时刻相应提前 2 ·Φ ₂ 度曲轴转角。 由于 0>,或 ₂ 角能在 0° 至 180° 内连续改变， 回转阀开关的开启和关闭相位角能在 0° 至 360° 曲轴转角内连续可变。

回转阀芯和回转阀套之间为精密的间隙密封配 合， 在驱动过程中， 回转阀芯与齿轮轴之 间同轴度要求很高， 利用十字滑块联轴器可以降低对同轴度的要求 ， 简化了制造工艺， 降低 制造成本。 由于回转阀开关是间歇开启和关闭， 导致蓄能腔内油压不稳定， 利用蓄能器储存 和释放液压压力能， 可减小液压压力的波动。 当内燃机停机后， 随着油液的泄漏， 低压系统 内油压逐渐降低， 蓄能活塞被蓄能弹簧压紧在密封座圈的橡胶垫 上， 防止油液进一步泄漏使 气门液压驱动系统内进入空气， 保证下一次内燃机起动过程能够稳定运行。

本发明的控油装置在液压驱动装置和低压系统 之间具有开关阀的作用， 其幵启和关闭时 刻 （相位角） 能在一定范围内任意调整， 还具有蓄能和密封的作用， 且制作工艺简单。 并按 照内燃机气缸数的不同， 匹配相应的控油装置， 能够满足单缸及多缸内燃机全可变液压气门 机构的组合需求。

本发明的有益效果是：

( 1 )取代高频电磁阀， 且适用于单缸和多缸内燃机匹配应用，具有结 构简单、工作可靠、 成本低廉的优势；

(2) 具有蓄能和稳定低压系统内油压的作用， 工作平稳；

(3 ) 密封效果好， 能够防止空气进入气门液压驱动系统内；

(4) 使用十字滑块联轴器， 简化了制造工艺， 降低了制造成本。

四、 附图说明

图 1为本发明结构示意图的剖视图；

图 2为图 1的 Α-Α剖面图；

图 3为图 1的 Β-Β剖面图；

图 4为内燃机全可变液压气门系统的结构示意图� �

附图标记

1、 壳体 1-1、 高压油孔 1-2、 低压油孔 1-3、 泄油孔 2、 回转阀套 2-1、 回转 阀套轮齿 2-2、齿条 2-3、密封圈 2-4、回转阀套环形槽 2-5、回转阀套径向油孔 3、 回转阀芯 3-1、回转阀芯径向油孔 3-2、回转阀芯轴向盲孔 3-3、回转阀芯连接齿 4-1 蓄能活塞 4-2、蓄能弹簧 4-3、出气孔 4-4、端盖 4-5、橡胶垫 4-6、密封座圈 5-1、 传动齿轮 5-2、齿轮轴 5-3、连接键 5-4、十字滑块联轴器 5-5、齿轮轴连接齿 Κ、 一组回转阀开关；

N-l、 配气凸轮 Ν-2、 配气凸轮轴 Ν-3、 液压挺柱 Ν-4、 单向阀 Ν-5、 内燃机润 滑系统 Ν-6、 低压油道 Ν-7、 气门弹簧 Ν-8、 气门 Ν-9、 液压活塞 Ν-10、 高压 油道。

五、 具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施过程。

如图 1、 图 2和图 3所示， 本发明由壳体 1及安装在壳体 1中的回转阀、 液压蓄能器和 传动机构构成； 回转阀由回转阀芯 3、 回转阀套 2组成， 回转阀套 2—端设有轮齿 2-1， 回转 阀芯 3安装在回转阀套 2内， 回转阀套 2安装在壳体 1内腔； 在壳体 1上与回转阀套 2上的 轮齿 2-1部分对应的位置有齿条腔， 在齿条腔内安装齿条 2-2并与回转阀套 2上的轮齿相啮 合； 液压蓄能器由储能活塞 4-1、 蓄能弹簧 4-2、 端盖 4-4、 密封座圈 4-6和橡胶垫 4-5组成， 并安装在壳体 1 的一端内腔， 密封座圈 4-6、 橡胶垫 4-5固定安装在壳体 1 内腔， 储能活塞

4- 1活动安装在壳体 1内腔，端盖 4-4固定安装在壳体 1一端的端面，储能活塞 4-1与端盖 4-4 之间安装蓄能弹簧 4-2; 回转阀和液压蓄能器之间为蓄能腔； 传动机构由传动齿轮 5-1、 齿轮 轴 5-2、 连接键 5-3和十字滑块联轴器 5-4组成， 传动齿轮 5-1通过连接键 5-3安装在齿轮轴

5- 2上， 齿轮轴 5-2通过十字滑块联轴器 5-4与回转阀芯 3相连接。

回转阀芯 3上一端设有轴向盲孔 3-2和与其相通的径向油孔 3-1， 其端部设置挡圈槽， 另 一端设置与十字滑块联轴器 5-4的连接齿槽相匹配的连接齿 3-3 ; 回转阀芯 3安装在回转阀套 2内，挡圈槽内安装轴向定位的挡圈； 在回转阔套 2上与回转阔芯径向油孔 3-1对应的轴向位 置设置径向油孔 2-5， 并在回转阀套径向油孔 2-5的位置设置环形槽 2-4， 将装有回转阀芯 3 的回转阀套 2安装在壳体 1内腔； 壳体 1上与环形槽 2-4的对应位置上设有高压油孔 1-1， 在 与蓄能腔轴向对应的位置设置低压油孔 1-2，在储能活塞运行的内腔壳体底部设置直径 方向的 泄油孔 1 -3 , 端盖 4-4上有出气孔 4-3。

在回转阀套 2上， 与回转阔芯径向油孔 3-1对应的轴向位置的圆周上， 均匀分布回转阀 套径向油孔 2-5， 回转阀套径向油孔 2-5的数量等于配气凸轮轴与回转阀芯的转速比 N， N为 正整数。 以保证回转阀开关在内燃机一个工作循环内开 启和关闭一次； 如图 4所示， 当配气 凸轮轴 N-2与回转阔芯 3的转速比 N等于 1时， 在同一轴向位置的回转阀套径向油孔 2-5的 数量为 1 : 当转速比 N等于 2时， 在同一轴向位置的回转阀套径向油孔 2-5的数量为 2， 且成 180° 均匀分布；当转速比 N等于 3时，在同一轴向位置的回转阀套径向油孔 2-5的数量为 3 , 且成 120° 均匀分布， 依次类推。 回转阀芯径向油孔 3-1的圆周位置由内燃机点火顺序确定。

在同一轴向位置， 壳体 1上设有的高压油孔 1 -1、 回转阔套环形槽 2-4、 回转阀套径向油 孔 2-5和回转阀芯径向油孔 3-1组成一套回转阀开关 K。一套控油装置内至少设置一套回转阀 丌关 K， 回转阀开关 Κ的数量等于与之相匹配应用的内燃机气缸数� ��

回转阀芯 3与回转阀套 2之间采用间隙密封， 回转阀套 2与壳体 1之间采用间隙密封或 密封圈密封， 当采用密封圈密封时将回转阔套环形槽 2-4两侧加工密封圈槽并装上密封圈 2-3 后安装进壳体 1 的内腔里； 当采用间隙密封时则不需要加工密封圈槽， 直接将回转阀套 2安 装进壳体 1的内腔里。 液压蓄能器的密封座圈 4-6安装在壳体 1 内腔采用过盈配合， 橡胶垫 4-5采用硫化工艺贴合固定在密封座圈 4-6上； 蓄能活塞 4-1与壳体 1内腔为间隙配合， 端盖 4-4固定安装在壳体 1一端的端面， 储能活塞 4-1与端盖 4-4之间安装蓄能压缩弹簧 4-2。 传 动齿轮 5-1通过连接键 5-3安装在齿轮轴 5-2上， 并通过轴肩和挡圈定位。 齿轮轴 5-2与壳体 1内腔为间隙配合， 其一端设有与十字滑块联轴器 5-4的连接齿槽相匹配的连接齿 5-5， 通过 十字滑块联轴器 5-4将齿轮轴 5-2和回转阀芯 3相连接，使齿轮轴 5-2能够带动回转阀芯 3同 歩转动。 在多缸内燃机中， 齿轮轴 5-2的两端都可以设置连接齿， 从而可以连接两套独立的 本发明的控油装置。

如图 1和图 4所示，应用时将本发明连接在内燃机液压全� �变气门系统中，传动齿轮 5-1 与配气凸轮轴 N-2通过传动链连接， 并使凸轮轴 N-2与传动齿轮 5-1的转速比为正整数 N。 齿条 2-2 ώ伺服电机或比例电磁铁控制， 壳体上的高压油孔 1-1与高压油道 N-10连接， 壳体 上的低压油孔 1-2与低压油道 Ν-6连接。

内燃机工作时， 配气凸轮轴 Ν-2通过传动链带动传动齿轮 5-1转动， 当回转阀芯径向油 孔 3-1转动到与回转阀套径向油孔 2-5不连通时， 该回转阀开关 Κ处于关闭状态， 凸轮 N-1 驱动挺柱 Ν-3产生高压油液， 高压油液推动液压活塞 Ν-9克服气门弹簧 Ν-7的阻力开启气门 Ν-8; 当回转阀芯径向油孔 3-1转动到与回转阀套径向油孔 2-5连通时， 该回转阀开关 Κ处于 开启状态，高压油道 N-10内的油液和内燃机润滑系统 Ν-5内的油液相互连通，高压油液流出， 气门 Ν-8在气门弹簧 Ν- 7的作用下关闭。 由于回转阀套 2能够通过调节齿条 2-2使之绕回转 阀芯 3转动， 因此回转阀套径向油孔 2-5的圆周位置是可调的。 当四冲程内燃机处于工作状 态时， 若配气凸轮轴 Ν-2与回转阀芯 3的转速比 Ν为 1 , 这时回转阔套径向油孔 2-5的数量 为 1， 当回转阀套 2顺着回转阀芯 3转动的方向转过 Φ,角时， 回转阀芯径向油孔 3-1与回转 阀套径向油孔 2-5连通的相位角将相应推迟 2 · Φ,度曲轴转角， 即回转阀开关的开启和关闭时 刻相应推迟 2 · Φ,度曲轴转角； 同理， 将回转阀套 2逆着回转阀芯 3转动的方向转过<1> ₂ 角时， 回转阀芯径向油孔 3-1与回转阀套径向油孔 2-5连通的相位角将相应提前 2 · Φ ₂ 度曲轴转角， 回转阀开关的开启和关闭时刻相应提前 2 · Φ ₂ 度曲轴转角。由于 ^或 ₂ 能在 0° 至 180° 内连 续改变， 因此该回转阀开关的开启和关闭相位角能在 0° 至 360° 曲轴转角内连续可变。

由于回转阀芯 3和回转阀套 2之间为精密的间隙密封配合， 在通过传动齿轮 5-1驱动时， 齿轮轴 5-2与回转阀芯 3的安装同轴度要求很高， 利用十字滑块联轴器 5-4可以降低对同轴 度的要求， 从而简化制造工艺， 降低成本。 由于回转阀开关是间歇开启和关闭， 造成蓄能腔 内油压不稳定， 利用蓄能器储存和释放液压压力能， 能减小液压系统压力的波动。 当蓄能腔 内的油压高于气门开启压力时， 油液推动蓄能活塞 4-1压缩蓄能弹簧 4-2， 并通过泄油孔 1-3 流出， 使低压系统内的油压保持在一定压力之内； 当内燃机停机后， 随着蓄能腔内油液的逐 渐泄漏， 油压逐渐降低， 蓄能弹簧 4-2伸长， 最后将蓄能活塞 4-1压在橡胶垫 4-5上， 防止油 液进一歩泄漏使气门液压驱动系统内进入空气 ， 避免下一次内燃机起动过程不稳定。

本发明的控油装置可根据内燃机的气缸数进行 相应的匹配， 形成适用于单缸及多缸内燃 机的控油装置。 对于两缸内燃机， 在外壳 1、 回转阀套 2和回转阀芯 3上的两处不同的轴向 位置， 分别设置径向油孔和相应的环形槽， 从而形成了两个独立的回转阀开关 K。 显然， 这 种具有两个回转阀开关的控油装置内仅有一套 回转阀芯 3和回转阀套 2， 且只用一套蓄能器 和一套传动机构。 同理， 对于三缸内燃机， 可以在控油装置内设置三套独立的回转阔开关 Κ， 形成适用于三缸内燃机的控油装置。 对于四缸内燃机， 则设置四套独立的回转阀开关 Κ, 依 次类推。

在图 1 中， 若在齿轮轴 5-2的两端都设有连接齿， 则形成了一根齿轮轴 5-2带动两套控 油装置的结构， 也能满足多缸内燃机的使用要求。 因此， 多缸内燃机也可以采用两套或两套 以上的控油装置， 用不同的组合方式满足其缸数匹配的要求。 例如两缸内燃机可以釆用一根 齿轮轴 5-2带动两套含有单一回转阔开关的控油装置； 三缸内燃机可以釆用齿轮轴 5-2—端 带动一套含有两个回转阔丌关的控油装置，另 一端带动一套含有单一回转阀开关的控油装置 ； 四缸内燃机可以采用两套含有两个回转阀开关 的控油装置； 六缸内燃机可以采用两套含有三 个回转阀丌关的控油装置， 或采用三套含有两个回转阀开关的控油装置。 多缸内燃机采用多 套控油装置时， 为保证低压系统的油压稳定， 其蓄能腔的油液应相互连通。

因此， 在全可变液压气门系统中， 本发明的控油装置在液压驱动装置和低压系统 之间具 有开关阀的作用， 其开启和关闭时刻 （相位角） 能在较大范围内随内燃机的运行工况任意调 整。 该装置还具有蓄能和密封的作用， 且制造工艺简单， 并通过不同的组合能够满足多缸内 燃机的需求， 匹配应用方便灵活。