[发明专利]基于逆压电效应的新型压电式无级可变气门机构

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机的配气机构，尤其涉及一种压电式无级可变气门机构。

背景技术

随着汽车保有量的急剧增加，由汽车带来的环境问题和能源问题也日益严峻。各国相继制定更严格的排放法规，促进了内燃机高效清洁燃烧技术的发展，而进排气控制技术是实现高效清洁燃烧的基础。内燃机可变气门正时和升程技术是实现进排气相位控制的一种有效方法。可变气门技术可以实现在不同工况下进气惯性的最佳利用并降低排气推出功损失，因此可以提高充量系数，增加进气量，实现更充分的燃烧，降低泵气损失，提高动力性经济性的同时降低排放。

目前主要有纯机械式、液压式、电磁式等三种方法来实现可变气门技术。纯机械式可变气门技术主要通过一系列的齿轮和凸轮来改变气门的运动规律，其响应速度快，性能可靠，但是噪声较大，结构不紧凑，无法实现气门正时的连续可变以及气门正时和升程的同时控制，因而不能满足内燃机所有工况的要求。液压式可变气门技术通过控制高低压电磁阀的开启与关闭，改变控制室内的压力，从而实现气门定时及升程同时连续可变，而且可以改变气门的运动速度，控制自由度大，但存在着控制延迟、响应速度慢等问题，不适合精确的相位控制。电磁式可变气门技术主要能过控制两个电磁极的通电时间来实现气门可变，其结构简单，可以同时实现配气定时、最大升程和升程曲线的独立控制，但是气门落座时的冲击较大，发动机的可靠性及气门的寿命降低，能耗较高。因此，针对目前气门可变技术的固有缺点，开发一种具有新型控制原理的可变气门技术以实现气门正时及升程的灵活独立控制显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于逆压电效应的新型压电式无级可变气门机构，采用压电晶体控制方法实现了内燃机气门正时的灵活控制。主要应用于对内燃机配气相位的控制、内燃机压缩比连续可调控制或内部EGR率控制等领域。

为了解决上述技术问题，本发明一种基于逆压电效应的新型压电式无级可变气门机构的技术方案是：该装置包括气门装置、电位转换器、行程放大器和充油装置；所述气门装置包括气门弹簧、中间体和小活塞；所述电位转换器包括压电晶体，所述压电晶体的一端固定有承压板，所述压电晶体的另一端固定有顶板，所述压电晶体上、且靠近顶板处设有接线柱，所述接线柱由两根导线组成，分别连接在压电晶体的两个表面，产生逆压电效应，所述接线柱与外部控制电压信号线相连；所述行程放大器包括壳体，所述壳体的内表面沿轴向依次包括大直径的圆柱内表面、圆锥内表面和小直径的圆柱内表面，所述大直径的圆柱内表面中装配有大活塞，所述大活塞与所述承压板连接，所述小活塞装配在所述小直径的圆柱内表面中，所述壳体内由大活塞的下表面、圆锥内表面和小活塞的上表面形成一圆锥形的行程放大腔，所述大活塞与小活塞的面积不相等，以实现行程放大；所述充油装置包括设置在行程放大器的壳体上的一个液体入口和一个液体出口，所述液体入口和液体出口上均分别设有一限压阀；所述限压阀包括本体，所述本体上设有泄压孔和调压螺栓，所述本体的一端连接有密封球座，所述密封球座上设有进油孔，所述密封球座与所述调压螺栓之间设有密封球和限压弹簧；所述液体入口上的限压阀按照限压阀的进油孔朝外的方向来安装，所述液体出口上的限压阀按照限压阀的进油孔朝内的方向来安装。

进一步讲，所述行程放大腔内充满有不可压缩的液体。位于行程放大器壳体液体入口处的限压阀中的限压弹簧的预紧力大于气门弹簧在工作中的最大弹力；位于行程放大器壳体液体出口处的限压阀中的限压弹簧的预紧力能保证该限压阀中的密封球与密封球座接触密封即可。即：行程放大器液体入口的油压可以通过安装在其中的限压阀的限压弹簧的预紧力来控制，通过调节安装在行程放大器液体出口中的限压阀的限压弹簧的预紧力来控制工作中最大油压，以实现保护功能。

本发明压电式无级可变气门机构主要采用压电晶体的逆效应原理以及行程放大原理实现气门正时、升程和升程曲线的灵活控制。压电晶体的逆效应是指在压电材料表面施加电场（电压），因电场作用时电偶极矩会被拉长，压电材料为抵抗变化，会沿电场方向伸长，电压的连续变化会导致压电材料长度的连续变化，是一个电能转变成机械能的过程；行程放大的原理是指在一个充满液体的密闭容器中，如果容器有两个可移动的表面A和B，其面积分别为A1和A2，假设A表面移动距离为x₁，在不可压缩液体的作用下液体总体积的变化为零，则表面B会产生一个相应的位移x₂，且令行程放大系数则表面A的位移会在行程放大器的作用下放大K倍。