全可变电液气门系统的制作方法

本发明涉及发动机气门机构，尤其涉及一种全可变电液气门系统。

背景技术：

1、全可变气门系统(fully variable valve system,简称fvvs)可实现气门最大升程、气门开启持续角和配气相位三者的连续可变，对发动机的节能减排具有重要意义。fvvs技术已成为内燃机新技术的重要发展方向之一。

2、中国新型专利cn209053652u公开了一种全可变电液气门机构，通过凸轮轴以及电磁阀联合控制气门运动，不仅响应速度快，而且控制方便,但是，在发动机停机过程中，滑套腔中的液压油会慢慢渗漏，发动机启动时，滑套腔中可能出现“无油”的现象，导致系统工作失效。

3、为了解决上述问题，中国发明专利cn110985155a公开了一种全可变电液气门系统，设置了可变气门刚性连接装置，发动机停机后，在弹簧力的作用力下，柱塞旋转到刚性连接位置，活塞端面顶靠于柱塞端面，机油不起作用，凸轮轴与气门间处于刚性连接状态，气门组件的气门升程完全由凸轮轴控制，从而避免了机油流失对系统正常工作造成的影响。

4、在应用中发现：上述中国新型专利cn209053652u，每缸采用独立的电磁阀控制，可对各缸实施独立控制，比如，可实现发动机个别缸的停缸功能，且采用的电磁阀，一般是开关电磁阀，开关响应时间不大于5ms，最佳可达到2ms以下，可适应高速发动机的要求。而上述中国发明专利cn110985155a，采用执行机构+齿轮齿条机构控制气门的开启大小，机构惯性较大，如果采用电机+减速机构作为执行机构，即使采用每缸分别控制的方式(即六缸机设置6个执行机构)，响应时间一般为50-200ms左右，如果采用价格特别昂贵的比例电磁铁作为执行机构，响应时间一般也大于20ms；当六缸公用一个执行机构时，响应速度会更慢。参见图13，对一台转速为6000r/min的发动机来说，每转的时间为10ms，四冲程每循环(720°ca)的时间为20ms，一般气门开启/关闭时间为6.7ms(240°ca)，到气门下次开启的时间为13.3ms(480°ca)。由于上述中国新型专利cn209053652u采用电磁阀，响应时间不大于6.7ms，可满足要求；但由于上述中国发明专利cn110985155a采用齿轮齿条机构作为执行机构，响应时间大于13.3ms，不能满足要求，在高速发动机上应用受到限制，大型发动机要求流量大，而大流量会影响相关阀的响应性，限制更为明显。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种全可变电液气门系统，该系统既能解决发动机启动时油压没有建立前的失效问题，又适合在大型高速发动机上使用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种全可变电液气门系统，包括：凸轮轴和气门组件；滑套、主柱塞、活塞和柱塞复位弹簧，所述滑套相对于发动机固定，所述主柱塞和所述活塞分别与所述滑套滑动密封配合，所述主柱塞与所述活塞之间的内腔称为滑套腔，所述柱塞复位弹簧夹压于所述主柱塞与所述活塞之间，所述活塞顶靠于所述气门组件，所述主柱塞在轴向上受控于所述凸轮轴的凸轮面；所述主柱塞传动连接有回转机构；所述滑套设置有定位销，所述活塞设置有沿轴向延伸的导向槽，所述定位销伸入所述导向槽内限制所述活塞转动；所述滑套开设有与所述滑套腔连通的通油孔；所述通油孔连接有充放油路，所述充放油路中设置有液控开关阀和控制所述液控开关阀开闭的第一电磁换向阀，所述第一电磁换向阀使所述液控开关阀的液控端口可选择的与发动机机油油路或油底壳连通、进而控制所述滑套腔与所述发动机机油油路连通或断开连通；所述回转机构由联动柱塞偶件驱动并通过回位弹簧反转复位，所述联动柱塞偶件通过第二电磁换向阀可选择的与发动机机油油路或油底壳连通，所述联动柱塞偶件包括联动柱塞和联动柱塞套；所述主柱塞的一端设置有柱塞凸台，所述活塞的一端设置有活塞凸台；当所述第二电磁换向阀通电时，所述发动机机油油路与所述联动柱塞偶件接通，克服所述回位弹簧的弹簧力，推动所述回转机构运动，使所述柱塞凸台相对于所述活塞凸台周向错位，系统处于非刚性连接状态；当所述第二电磁换向阀断电时，所述第二电磁换向阀与所述油底壳接通，在所述回位弹簧的作用下，推动所述回转机构反向运动，使所述活塞凸台与所述柱塞凸台的端面顶靠对齐，所述气门组件的气门升程由所述凸轮轴控制，系统处于刚性连接状态。

4、其中，所述滑套开设有与油底壳连通的放气孔，在所述主柱塞处于回位状态时，所述放气孔相对于所述通油孔更靠近所述主柱塞。

5、其中，所述回转机构包括相互啮合的控制齿轮和齿条，所述控制齿轮与所述主柱塞以传递扭矩的方式连接，所述回位弹簧是压缩弹簧，在所述回位弹簧的作用下所述齿条与所述联动柱塞相抵靠。

6、其中，所述齿条为多缸齿条，所述多缸齿条同时与多个所述主柱塞的控制齿轮啮合。

7、其中，所述液控开关阀包括：阀体、阀芯、开关阀复位弹簧和压盖，所述阀体包括轴向排列并固定连接在一起的第一阀体和第二阀体，所述开关阀复位弹簧位于所述第一阀体内并夹压于所述压盖与所述阀芯之间；所述第一阀体设置有第一腔和与所述第一腔连通的第一油口，所述第二阀体设置有第二腔和与所述第二腔连通的第二油口；所述第一油口与所述通油口连通，所述第二油口与所述发动机机油油路连通；所述阀芯包括外径相同的第一阀芯段和第二阀芯段，所述第一阀芯段与所述第二阀芯段之间设置有环形槽，所述环形槽与所述第一腔位置相对应，所述第一阀芯段与所述第一阀体滑动配合，所述第二阀芯段与所述第二阀体滑动配合，所述第二阀芯段在靠近所述环形槽处设置有凸缘，所述凸缘设置有阀芯密封锥面，当所述第一电磁换向阀通电时，所述液控端口与所述发动机机油油路接通，所述阀芯密封锥面顶靠于所述第一阀体的密封面，所述第一腔与所述第二腔断开连通，液控开关阀关闭；当所述第一电磁换向阀断电时，所述第一电磁换向阀与所述油底壳接通，在所述开关阀复位弹簧作用下，所述第一腔与所述第二腔连通，所述液控开关阀开启。或者

8、所述液控开关阀包括：阀体、阀芯、开关阀复位弹簧和压盖，所述开关阀复位弹簧位于所述阀体内并夹压于所述压盖与所述阀芯之间；所述阀体设置有第一腔和与所述第一腔连通的第一油口，所述阀体还设置有第二腔和与所述第二腔连通第二油口；所述第一油口与所述通油口连通，所述第二油口与所述发动机机油油路连通；所述阀芯包括外径相同的第一阀芯段和第二阀芯段，所述第一阀芯段与所述第二阀芯段之间设置有环形槽，所述环形槽与所述第一腔位置相对应，所述第一阀芯段和所述第二阀芯段分别与所述阀体滑动配合，当所述第一电磁换向阀通电时，所述液控端口与所述发动机机油油路接通，所述第二阀芯段与所述第二阀体形成柱面密封，所述第一腔与所述第二腔断开连通，液控开关阀关闭；当所述第一电磁换向阀断电时，所述第一电磁换向阀与所述油底壳接通，在所述开关阀复位弹簧作用下，所述第一腔与所述第二腔连通，所述液控开关阀开启。

9、其中，所述第一电磁换向阀和所述第二电磁换向阀分别是二位三通电磁换向阀。

10、采用了上述技术方案后，本发明取得的技术效果是：

11、由于主柱塞的一端设置有柱塞凸台，活塞的一端设置有活塞凸台，所述通油孔连接有充放油路，所述充放油路中设置有液控开关阀和控制所述液控开关阀开闭的第一电磁换向阀，所述第一电磁换向阀使所述液控开关阀的液控端口可选择的与发动机机油油路或油底壳连通、进而控制所述滑套腔与所述发动机机油油路连通或断开连通，所述主柱塞传动连接有回转机构，所述回转机构由联动柱塞偶件驱动并通过回位弹簧反转复位，所述联动柱塞偶件通过第二电磁换向阀可选择的与发动机机油油路或油底壳连通，一方面，发动机停机后，第二电磁换向阀断电，第二电磁换向阀与油底壳接通，在回位弹簧的作用下，柱塞凸台与活塞凸台的端面顶靠对齐，系统处于刚性连接状态；发动机启动时，控制第二电磁换向阀断电，所述活塞凸台与所述柱塞凸台的端面顶靠在一起，将凸轮轴的运动传递到气门，可变气门机构仍处于刚性连接状态，不依靠液压油工作，所述气门组件的气门升程由所述凸轮轴控制，从而避免了机油流失对系统正常工作造成的影响；发动机启动成功后，电控单元检测发动机的油温和油压达到设定的值，发动机机油油路与所述联动柱塞偶件接通，克服所述回位弹簧的弹簧力，推动所述回转机构运动，使所述柱塞凸台相对于所述活塞凸台周向错位，系统处于非刚性连接状态，此时，在液控开关阀和第一电磁换向阀的控制下，能够实现可变气门的功能，用一个流量较小的第一电磁换向阀控制流量较大的液控开关阀的开闭，使液控开关阀在满足大流量的同时，保持了高的响应性。另一方面，由于“刚性”转换为“非刚性”的过程，仅仅在发动机启动或气门机构故障时采用，且在“非刚性”状态时，气门行程也有全开状态，因此，对“刚性”与“非刚性”的转换，不需要很快的速度，对第二电磁换向阀的要求降低。综上，该系统既能解决发动机启动时油压没有建立前的失效问题，又适合在大型高速发动机上使用。

12、本发明中，所述滑套开设有与油底壳连通的放气孔，在所述主柱塞处于回位状态时，所述放气孔相对于所述通油孔更靠近所述主柱塞。在所述凸轮驱动所述主柱塞前，滑套腔通过放气孔排气，并不断排出机油，起到换热的效果，避免腔内油温过高。在非刚性连接状态工作时，主柱塞运动一段很小的距离，即可堵上放气孔，但这样会造成气门的行程损失，为了弥补这一损失，可设计凸轮型线进行补偿。

13、本发明中，驱动所述主柱塞往复转动的回转机构是齿轮齿条机构。

14、本发明中，液控开关阀的阀芯具有第一阀芯段和第二阀芯段，由于两个阀芯段外径相同，因此，无论开关阀处于关闭状态还是开启状态，第一腔和第二腔内液压油对阀芯的作用力的合力都为零，从而保证了开关阀的快速响应性能。阀芯与阀体可以采用“锥面密封”，也可以采用“柱面密封”，采用“锥面密封”时，密封效果好，但出于安装需要，阀体必须分体设置，采用“柱面密封”时，虽然密封性稍差，但阀体无需分体设置，结构更紧凑，工艺更简单。