專利名稱：一種配氣系統與方法
技術領域：
本發明涉及發動機技術領域，尤其涉及一種配氣系統和方法。
技術背景傳統的配氣機構是由發動機曲軸通過正時齒輪驅動的配氣凸輪軸旋轉，配 氣凸輪軸上的凸輪來驅動氣門傳動組動作，從而帶動氣門組動作。這種氣門機 構氣門的開啟和關閉過程由凸輪軸上的凸輪型線來保證，氣門開啟和關閉時刻 是通過曲軸與凸輪軸上的一對正時齒輪的準確定位來完成的。電子控制液壓驅動無凸輪配氣機構是基于一種新型的動力裝置一液壓自由 活塞發動機的基礎上研究發明的。液壓自由活塞發動機是將往復活塞式內燃機 與柱塞式液壓泵集成為一體的一種新型的發動機。與傳統的曲軸式發動機在結 構上的主要不同點在于該發動機沒有了曲柄連桿機構，即沒有了旋轉機構。 由于沒有了旋轉機構，該種發動機配氣機構的驅動和正時若采用傳統發動機的 配氣凸輪軸驅動則很難實現，故此需要一種無凸輪軸的配氣機構來實現該發動 機的換氣過程。發明內容本發明的目的在于提出一種配氣系統與方法，不僅能夠在不使用旋轉部件 的情況下驅動氣門，而且能夠有效地改善發動機的充氣效率。 為達此目的，本發明采用以下技術方案一種配氣系統，適用于液壓自由活塞發動機，包括進油油道12、出油油道13、第一開關電磁閥2、第二開關電磁閥3、第三油道15、柱塞套4、柱塞5、 挺柱7、推桿8、搖臂9、氣門橋19、兩根氣門彈簧10和兩個同名氣門11，所油道分別與所述液壓自由活塞發動機的液壓油源系統1 連通，用于提供、回流高壓油，所述第一開關電磁閥、所述第二開關電磁閥和所述柱塞套安裝在機體16上，所述第一開關電磁閥的一端與所述進油油道連 接，另一端與所述第三油道連接，所述第二開關電磁閥的一端與所述出油油道 連接，另一端與所述第三油道連接，所述第三油道的另一端與所述柱塞套內油 路通道連通，所述柱塞安裝在所述柱塞套內，所述柱塞的一端對應所述挺柱的 滾輪，所述推桿的下端放置在所述挺柱內，所述推桿的上端通過鉸鏈和所述搖 臂一端連接，所述搖臂另一端連接所述氣門橋的上端，所述氣門橋下端連接著 所述兩個同名氣門，在所述氣門上分別卡套有一根所述氣門彈簧。還包括氣門間隙調整螺釘18，所述間隙調整螺釘位于所述推桿上，用于調 整所述推桿的長度。所述柱塞呈T型，上端截面直徑比下端大。所述氣門彈簧上端通過彈簧座圈安裝在所述氣門尾端，下端頂在氣缸蓋17。所述柱塞的直徑與所提供高壓油壓力和氣門彈簧剛度之間的關系為^7 = ^，其中，d表示柱塞直徑，P表示高壓油壓力，F表示氣門彈簧力；4所述柱塞的長度與氣門最大升程和導向所需最小高度之間的關系為 s = /zmaxa， /H.5d，其中h,表示氣門最大升程，s表示柱塞升程，入表示搖臂 比，l表示柱塞正常導向所需最小長度，d表示柱塞直徑，柱塞長度為max^,/);所述出油油道的流量不小于第二開關電磁閥流量。所述第一開關電磁閥、所述第二開關電磁閥和所述柱塞套通過螺紋安裝在 機體上。所述柱塞套為管狀結構，內孔為與柱塞配合圓柱表面，外部為階梯軸式結 構，外徑較大的上部有外螺紋，并且以內孔圓為內切圓設置有內正六方凹坑， 便于用扳手安裝緊固螺紋，機體上相應位置有內螺紋，柱塞套通過螺紋安裝于 機體上。 一種配氣方法，包括以下步驟A、 第一開關電磁閥得電打開，第二開關電磁閥關閉；B、 高壓油經進油油道通過第一開關電磁閥進入柱塞套；C、 高壓油推動柱塞沿著柱塞套向上運動；D、 柱塞推動挺柱向上運動，挺柱帶動推桿向上運動；E、 推桿推動搖臂繞其軸線順時針轉動，搖臂另一端向下運動；F、 搖臂推動氣門橋驅動兩個同名氣門向下運動，打開氣門，套在氣門的氣 門彈簧被壓縮；G、 當氣門開啟到設定的最大升程時，第一開關電磁閥失電，進油油道關閉， 氣門保持開啟狀態；H、 當需要氣門關閉時，第二開關電磁閥得電打開，柱塞套內高壓油通過第 二幵關電磁閥經出油油道回流到油箱；I、 氣門彈簧伸展帶動氣門落座，搖臂繞其軸線逆時針轉動； J、在搖臂的帶動下，推桿、挺柱和柱塞回復原來位置。步驟H中，第二開關電磁閥得電打開預定時間后又失電，柱塞套內部分高 壓油通過第二開關電磁閥經出油油道回流到油箱，經過預定時間后第二開關電 磁閥再次得電打開，柱塞套內剩余高壓油通過第二開關電磁閥經出油油道回流 到油箱。通過調整氣門間隙調整螺釘，使得安裝初始狀態下挺柱滾輪與柱塞頂平面 接觸。采用了本發明的技術方案，通過電子控制液壓來驅動配氣系統，可以避免 了旋轉部件，這對于沒有旋轉機構的發動機來說是很實用的，而且可以有效地 改善發動機的充氣效率。
圖l是本發明具體實施方式
中配氣系統的原理圖； 圖2是本發明具體實施方式
中配氣系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。本發明的總體思想是利用液壓力驅動的按一定規律運動的液壓柱塞在柱 塞套內的運動來代替傳統配氣機構中凸輪軸上凸輪的驅動力的作用，液壓柱塞 的運動規律是通過串聯在液壓回路中的開關電磁閥的動作來實現的。圖l是本發明具體實施方式
中配氣系統的原理圖。如圖1所示，液壓油源系 統l可用液壓自由活塞發動機的輸出液壓能產生，開關電磁閥2和開關電磁閥3 分別連接液壓油源系統。當發動機活塞位于需要氣門打開的位置時，給控制進 油的開關電磁閥2通電，使其打開，高壓油進入柱塞套4中，由于此時控制出油 的開關電磁閥3處于關閉狀態，所以，在高壓油作用下，柱塞5就會克服氣門彈 簧10的彈力向上運動，推動挺柱7向上運動，挺柱推動推桿8向上運動，推桿向 上運動使得搖臂9逆時針轉動，壓縮氣門彈簧IO，使氣門ll向下運動，氣門打開， 當氣門達到設定的最大升程時，開關電磁閥2失電關閉，由于此時兩個開關電磁 閥均處于關閉狀態，所以柱塞套內維持高壓油壓力，使得氣門處于瞬時平衡狀 態，即氣門處于最大升程處，當氣缸內活塞運動到需要氣門關閉時，給控制出 油的電磁閥3通電，使其打開，柱塞套4內的高壓油通過開關電磁閥3流回油箱， 柱塞在氣門彈簧10作用下回位，氣門落座關閉，完成一次氣門開啟和關閉動作。圖2是本發明具體實施方式
中配氣系統的結構示意圖。如圖2所示，開關電 磁閥2通過進油油道12與液壓油源系統連接，開^^電磁閥3通過出油油道13與液 壓油源系統連接，兩個開關電磁閥通過螺紋連接的方式緊固于發動機機體16上， 為快速大流量電磁閥，響應時間不大于3毫秒，流量不小于每分鐘20升。進油油 道12和出油油道13通過鉆孔的方式布置于機體上相應的位置，高壓進油油道的 直徑取決于氣門彈簧力、推桿彈簧力和氣門升程等因素。進油油道直徑應大于
電磁閥油道直徑，防止產生節流作用，影響氣門開啟的實時性，同時進油油道 直徑也不能太大，會產生較大的容積效應，同樣也會影響氣門開啟和關閉的實 時性，出油油道的直徑應大于進油油道的直徑。另外出油油道的直徑取決于所 用電磁閥的流量，即油道流量不小于電磁閥流量。柱塞套4通過螺紋安裝于機體16上，柱塞套為管狀結構，內孔為高精度與柱 塞配合圓柱表面，外部為階梯軸式結構，外徑較大的上部加工出外螺紋，并且 以內孔圓為內切圓加工內正六方凹坑，便于用扳手安裝緊固螺紋，機體上安裝 柱塞套相應位置加工出內螺紋，柱塞套通過螺紋安裝于機體上，柱塞套軸向位 置可以通過柱塞套底平面上的墊片厚度調整。兩個開關電磁閥油路通道分別和柱塞套4內油路通道通過加工在機體內部 的油道15貫通，柱塞套4的位置應與挺柱7的滾輪相對應，柱塞5通過間隙配合安 裝于柱塞套4內，柱塞的直徑根據所提供高壓油壓力和氣門彈簧剛度計算求得，柱塞的直徑與所提供高壓油壓力和氣門彈簧剛度之間的關系為^^戶=^ ，其4中，d表示柱塞直徑，P表示高壓油壓力，F表示氣門彈簧力。柱塞長度根據氣門最大行程和導向所需最小高度決定，柱塞的長度與氣門最大升程和導向所需最小高度之間的關系為^U.;i， Qi.5d，其中h,表示氣門最大升程，s表示柱塞升程，入表示搖臂比，l表示柱塞正常導向所需最小長 度，d表示柱塞直徑，柱塞長度為max^/1。柱塞頭部直徑較柱塞下部大，便于和挺柱滾輪接觸傳遞力，通過調整氣門 間隙調整螺釘18，使得安裝初始狀態保證挺柱滾輪和柱塞頂平面接觸，推桿8 下端放置于挺柱7內，上端通過氣門間隙調整螺釘與搖臂9相連，搖臂另一端通 過鉸鏈與氣門橋19鉸接，氣門橋可保證同步驅動兩個同名氣門ll，氣門彈簧IO 卡套在氣門ll外，氣門彈簧上端通過彈簧座圈安裝在氣門尾端，下端頂在氣缸 蓋17，保證氣門快速落座。電子控制液壓驅動配氣系統在液壓自由活塞發動機上的具體實施步驟包 括當活塞運動到需要氣門打開的位置時，控制進油的開關電磁閥2通電打開， 高壓油經出油油道12通過開關電磁閥2流經油道15進入柱塞套4內，由于此時開 關電磁閥3處于關閉狀態，使得高壓油推動柱塞5沿柱塞套4克服氣門彈簧10的彈 力向上運動，柱塞5推動挺柱7向上運動，挺柱7帶動推桿8向上運動，推桿8的作 用下，搖臂9繞其軸線順時針轉動，使得搖臂橋19向下運動，克服氣門彈簧IO 的彈力推動氣門ll向下運動，即打開氣門。當氣門開啟到設定的最大升程時， 開關電磁閥2失電關閉，此時由于開關電磁閥3處于關閉狀態，所以整個油道15 和柱塞套4內保持高壓油壓力不變，氣門在高壓油和氣門彈簧的共同作用下處于 平衡狀態，即在氣門處于開啟狀態。當需要氣門關閉時，給電磁閥3通電，使其打開，柱塞套內的高壓油通過開 關電磁閥3經出油油道13流回油箱，壓力瞬時降低，氣門在氣門彈簧的作用下開 始落座，同時搖臂繞其軸線逆時針轉動，在搖臂的帶動下，推桿、挺柱和柱塞 回復原來位置。為了防止氣門落座沖擊，可以采用兩次分段關閉氣門的方法關閉氣門，即 開關電磁閥3得電打開一段預定時間后又失電，柱塞套內部分高壓油通過開關電 磁閥3經出油油道13回流到油箱，經過一段預定時間后開關電磁閥3再次得電打 開，柱塞套內剩余高壓油通過開關電磁閥3經出油油道回流到油箱，這樣完成一 個氣門開啟和關閉的動作。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局 限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變 化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該 以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1、一種配氣系統，適用于液壓自由活塞發動機，其特征在于，包括進油油道(12)、出油油道(13)、第一開關電磁閥(2)、第二開關電磁閥(3)、第三油道(15)、柱塞套(4)、柱塞(5)、挺柱(7)、推桿(8)、搖臂(9)、氣門橋(19)、兩根氣門彈簧(10)和兩個同名氣門(11)，所述進油油道、所述出油油道分別與所述液壓自由活塞發動機的液壓油源系統(1)連通，用于提供、回流高壓油，所述第一開關電磁閥、所述第二開關電磁閥和所述柱塞套安裝在機體(16)上，所述第一開關電磁閥的一端與所述進油油道連接，另一端與所述第三油道連接，所述第二開關電磁閥的一端與所述出油油道連接，另一端與所述第三油道連接，所述第三油道的另一端與所述柱塞套內油路通道連通，所述柱塞安裝在所述柱塞套內，所述柱塞的一端對應所述挺柱的滾輪，所述推桿的下端放置在所述挺柱內，所述推桿的上端通過鉸鏈和所述搖臂一端連接，所述搖臂另一端連接所述氣門橋的上端，所述氣門橋下端連接著所述兩個同名氣門，在所述氣門上分別卡套有一根氣門彈簧。
2、 根據權利要求1所述的一種配氣系統，其特征在于，還包括氣門間隙調 整螺釘(18)，所述間隙調整螺釘位于所述推桿上，用于調整所述推桿的長度。
3、 根據權利要求1所述的一種配氣系統，其特征在于，所述柱塞呈T型， 上端截面直徑比下端大。
4、 根據權利要求1所述的一種配氣系統，其特征在于，所述氣門彈簧上端 通過彈簧座圈安裝在所述氣門尾端，下端頂在氣缸蓋(17)。
5、 根據權利要求1所述的一種配氣系統，其特征在于，所述柱塞的直徑與所提供高壓油壓力和氣門彈簧剛度之間的關系為f .尸=^，其中，d表示柱塞4直徑，P表示高壓油壓力，F表示氣門彈簧力；所述柱塞的長度與氣門最大升程和導向所需最小高度之間的關系為 s = /7max.;i， /21.5J，其中h^表示氣門最大升程，S表示柱塞升程，入表示搖臂比，l表示柱塞正常導向所需最小長度，d表示柱塞直徑，柱塞長度為max^/h 所述出油油道的流量不小于第二開關電磁閥流量。
6、 根據權利要求1所述的一種配氣系統，其特征在于，所述第一開關電磁 閥、所述第二開關電磁閥和所述柱塞套通過螺紋安裝在機體上。
7、 根據權利要求6所述的一種配氣系統，其特征在于，所述柱塞套為管狀 結構，內孔為與柱塞配合圓柱表面，外部為階梯軸式結構，外徑較大的上部有 外螺紋，并且以內孔圓為內切圓設置有內正六方凹坑，便于用扳手安裝緊固螺 紋，機體上相應位置有內螺紋，柱塞套通過螺紋安裝于機體上。
8、 一種配氣方法，其特征在于，包括以下步驟A、 第一開關電磁閥得電打開，第二開關電磁閥關閉；B、 高壓油經進油油道通過第一開關電磁閥進入柱塞套；C、 高壓油推動柱塞沿著柱塞套向上運動；D、 柱塞推動挺柱向上運動，挺柱帶動推桿向上運動；E、 推桿推動搖臂繞其軸線順時針轉動，搖臂另一端向下運動；F、 搖臂推動氣門橋驅動兩個同名氣門向下運動，打開氣門，套在氣門的氣 門彈簧被壓縮；G、 當氣門開啟到設定的最大升程時，第一開關電磁閥失電，進油油道關閉， 氣門保持開啟狀態；H、 當需要氣門關閉時，第二開關電磁閥得電打開，柱塞套內高壓油通過第 二開關電磁閥經出油油道回流到油箱；I、 氣門彈簧伸展帶動氣門落座，搖臂繞其軸線逆時針轉動； J、在搖臂的帶動下，推桿、挺柱和柱塞回復原來位置。
9、 根據權利要求8所述的一種配氣方法，其特征在于，步驟H中，第二開 關電磁閥得電打開預定時間后又失電，柱塞套內部分高壓油通過第二開關電磁 閥經出油油道回流到油箱，經過預定時間后第二開關電磁閥再次得電打開，柱 塞套內剩余高壓油通過第二開關電磁閥經出油油道回流到油箱。
10、根據權利要求8所述的一種配氣方法，其特征在于，通過調整氣門間 隙調整螺釘，使得安裝初始狀態下挺柱滾輪與柱塞頂平面接觸。
全文摘要
本發明公開了一種配氣系統與方法，進油油道、出油油道分別與液壓油源系統連通，第一、第二開關電磁閥和柱塞套安裝在機體上，第一開關電磁閥分別與進油油道、第三油道連接，第二開關電磁閥分別與出油油道、第三油道連接，第三油道與柱塞套內油路通道連通，柱塞安裝在柱塞套內，柱塞對應挺柱滾輪，推桿放置在挺柱內，推桿通過鉸鏈和搖臂連接，搖臂連接氣門橋，氣門橋連接著兩個氣門，在氣門上分別卡套有一根氣門彈簧。采用了本發明的技術方案，不僅能夠在不使用旋轉部件的情況下驅動氣門，而且能夠有效地改善發動機的充氣效率。
文檔編號F01L9/02GK101131109SQ20071017574
公開日2008年2月27日 申請日期2007年10月11日 優先權日2007年10月11日
發明者劉波瀾, 吳思進, 張付軍, 趙振峰, 趙長祿, 英 黃 申請人:北京理工大學