壓電晶體電控液壓快速vvt及vvl裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機領(lǐng)域，特別是涉及內(nèi)燃機工作過程控制，具體的說是一種涉及電控液壓快速氣門可變正時(VVT)及氣門可變升程(VVL)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機的配氣相位機構(gòu)負責向氣缸提供汽油燃燒做功所必須的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出，從工作原理上講，配氣相位機構(gòu)的主要功能是按照一定的時限來開啟和關(guān)閉各氣缸的進、排氣門，從而實現(xiàn)發(fā)動機氣缸換氣補給的整個過程。對于沒有可變氣門技術(shù)的普通發(fā)動機而言，進排氣們開閉時間及升程都是固定的，內(nèi)燃機的配氣相位不能根據(jù)內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速而改變，這種固定不變的氣門正時及升程很難顧及到發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速工況時的工作需要。因此為了滿足發(fā)動機全工況的工作要求，就要設(shè)計可變氣門，提升發(fā)動機的動力表現(xiàn)，使燃燒更有效率。
[0003]VVT技術(shù)改變了傳統(tǒng)發(fā)動機中配氣相位固定不變的狀態(tài)，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)提供最佳的配氣正時，較好地解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負荷與小負荷下動力性與經(jīng)濟性的矛盾，同時在一定程度上改善了廢氣排放。VVL技術(shù)可以在發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速、不同負荷時匹配合適的氣門升程，使得發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速、小負荷時使用較小的氣門升程，改善冷啟動和降低油耗。高轉(zhuǎn)速、大負荷時使用較大的氣門升程，減少氣門節(jié)流損失，提高充氣效率，提高發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速、大負荷時的功率輸出并能降低發(fā)動機的燃油消耗，提高燃油經(jīng)濟性，降低HC，NOx的排放。
[0004]目前，VVT和VVL技術(shù)已經(jīng)在內(nèi)燃機領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如本田的1-VTEC系統(tǒng)就是典型的VVL技術(shù)在汽車中的應(yīng)用，實現(xiàn)了復(fù)雜的氣門升程變化，但是增加第三根搖臂和第三根凸輪軸的機構(gòu)使其機械系統(tǒng)更加復(fù)雜，而且分段式的氣門調(diào)節(jié)方式使其動力輸出不夠線性；BMff的Valvetronic系統(tǒng)在傳統(tǒng)的配氣相位機構(gòu)上增加了偏心軸，步進電機和中間推桿等部件，該系統(tǒng)借由步進電機的旋轉(zhuǎn)，再在一系列機械傳動后巧妙的改變進氣門升程的大小，但是只能在一定范圍內(nèi)改變升程大小，而且如何在正確的時間使氣門升程處于正確的位置是該技術(shù)的難點；奧迪的AVS系統(tǒng)以及豐田的VVTL-1技術(shù)等都是代表性的可變氣門技術(shù)，但是由于機械控制系統(tǒng)本身存在的誤差和磨損，這些系統(tǒng)仍然存在不足，因此氣門可變技術(shù)的控制需要向電控技術(shù)傾斜，如菲亞特的Multiair電控液壓進氣系統(tǒng)，使用了電控液壓控制系統(tǒng)來驅(qū)動氣門的正時和升程，卻取消了進氣門一側(cè)凸輪軸，排氣門側(cè)的凸輪軸通過液壓機構(gòu)來驅(qū)動進氣門，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且利用ECU控制一個電磁閥同時實現(xiàn)VVT和VVL也在一定程度上增加了控制的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的問題是實際運行中發(fā)動機氣門正時和升程的無極可調(diào)，通過利用排氣側(cè)凸輪軸和活塞、液壓機構(gòu)實現(xiàn)正常的配氣相位，利用壓電晶體控制機構(gòu)和高低壓油路機構(gòu)實現(xiàn)VVT和VVL，減小了電控機構(gòu)控制的難度，壓電晶體的快速響應(yīng)特性使氣門變化更迅速，增強了發(fā)動機對不同工況的適應(yīng)能力，而且機械結(jié)構(gòu)的安排減小了配氣機構(gòu)的慣性，減小了高速運轉(zhuǎn)時的能量損失。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種壓電晶體電控液壓快速VVT及VVL裝置，包括壓電晶體控制機構(gòu)、進氣門機構(gòu)、液壓機構(gòu)、高低壓油路機構(gòu)以及發(fā)動機ECU;所述壓電晶體控制機構(gòu)和所述液壓機構(gòu)分別設(shè)置在一圓柱殼體內(nèi)的兩側(cè)；所述圓柱殼體的中部設(shè)有四個油路過孔；所述壓電晶體控制機構(gòu)包括依次設(shè)置的壓電晶體堆、位移放大器、放大腔室和第一活塞，所述壓電晶體堆與所述殼體的一側(cè)固定；所述位移放大器腔室的直徑大于放大腔室的直徑，所述壓電晶體堆與所述位移放大器之間以及所述位移放大器和所述第一活塞之間均分別設(shè)置有回位彈簧；所述位移放大器腔室與所述放大腔室貫通；所述進氣門機構(gòu)包括氣門挺桿；所述液壓機構(gòu)包括一個封閉的液壓腔，所述液壓腔由設(shè)置在所述圓柱殼體內(nèi)、且可移動的第一擋板和第二擋板之間的空間構(gòu)成，所述第一擋板與所述氣門挺桿相連；在排氣門的一側(cè)設(shè)有凸輪軸，所述凸輪軸通過搖臂帶動一第二活塞，所述搖臂采用“工”字型結(jié)構(gòu)，增加搖臂的強度，搖臂連接銷采用實體圓柱銷，所述第二活塞帶動一設(shè)置在一液壓缸內(nèi)的圓形推板，所述圓形推板具有與所述液壓缸相同的直徑，所述液壓缸與所述液壓腔貫通；所述高低壓油路機構(gòu)包括高壓油路通道和低壓油路通道及設(shè)置在圓柱殼體中部的一伺服控制閥和中心控制部；所述伺服控制閥設(shè)有回位腔，所述回位腔內(nèi)設(shè)有伺服控制閥回位彈簧；所述中心控制部包括由一擋板劃分的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室內(nèi)設(shè)有擋板回位彈簧；所述高壓油路通道和所述低壓油路通道的一端均分別連接至高壓油軌，所述高壓油路通道的另一端通過兩個油路過孔穿入圓柱殼體內(nèi)并分為三個支路分別連接至所述放大腔室、所述回位腔和第二腔室；連通所述放大腔室的高壓油路分支通道A上設(shè)有電控減壓閥；所述低壓油路通道的另一端通過另外兩個油路過孔穿入圓柱殼體內(nèi)并分為兩個支路分別連接至所述伺服控制閥和第一腔室；連通所述第一腔室的低壓油路分支通道B上設(shè)有截止閥；所述伺服控制閥的閥體與所述第一腔室之間連接有一旁路C ;所述伺服控制閥與所述第一活塞連接；所述壓電晶體堆和所述電控減壓閥，以及所述截止閥均與發(fā)動機ECU聯(lián)接。
[0007]發(fā)明一種壓電晶體電控液壓快速VVT及VVL控制方法，利用上述壓電晶體電控液壓快速VVT及VVL裝置，并包括以下情形之一:
[0008]—、在不需要改變氣門正時及升程時，發(fā)動機ECU控制截止閥打開，同時控制壓電晶體堆兩端不供電，壓電晶體不伸長，伺服控制閥在彈簧的作用下堵住高壓油路通道，低壓油路導(dǎo)通，低壓油進入伺服控制閥腔室兩側(cè)的油路中，連通旁路C，低壓油進入擋板一側(cè)的第一腔室，在擋板另外一側(cè)的第二腔室中高壓油作用下，擋板不會向右移動，第二擋板不會移動，氣門升程不會變化；同時，排氣門側(cè)的凸輪軸通過搖臂推動第二活塞移動，壓縮所述液壓缸和液壓腔中的液壓油，推動氣門挺桿移動，實現(xiàn)常規(guī)狀態(tài)下發(fā)動機的配氣正時，即常規(guī)模式；
[0009]二、在發(fā)動機負荷變化，需要改變氣門升程時，在上述情形一的基礎(chǔ)上，發(fā)動機E⑶控制截止閥關(guān)閉，并給壓電晶體堆兩端加載電壓，壓電晶體伸長，經(jīng)過位移放大器和放大腔室，由第一活塞推動伺服控制閥向前移動，堵住低壓油路通道，高壓油路通道導(dǎo)通，高壓油進入伺服控制閥腔室兩側(cè)的油路中，連通旁路C，高壓油進入擋板一側(cè)的第一腔室，在第一腔室中高壓油和擋板回位彈簧的共同作用下，推動擋板移動，從而推動氣門挺桿移動，改變氣門升程；同時，發(fā)動機ECU根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)情況在不同的發(fā)動機循環(huán)內(nèi)控制電控減壓閥的不同開度，改變進入放大腔室中高壓油的油壓，進而改變擋板兩側(cè)的壓力差，推動氣門挺桿移動距離的連續(xù)變化，實現(xiàn)氣門升程的連續(xù)變化即VVL模式；
[0010]三、在一個氣門開啟的周期內(nèi)，需要改變氣門定時時，在情形的基礎(chǔ)上，發(fā)動機E⑶可以控制減壓閥，不斷改變進入放大腔室中的高壓油的油壓大小，改變擋板兩側(cè)的壓力差，從而改變氣門開啟和關(guān)閉的時間，從而實現(xiàn)在一個周期內(nèi)氣門開啟多次，改變氣門定時，即VVL和VVT模式。
[0011]綜上，本發(fā)明使用壓電晶體控制機