CN101054912B - 气缸停缸设备 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机，包括限定有多个气缸的气缸体，所述多个气缸中至少一半通过多个切换液压挺杆可被选择性地停缸。设置有加压油液源。此外，至少一个螺线管致动液压控制阀工作以选择性地从所述加压油液源传输加压油液以致动所述多个切换液压挺杆，由此使所述可选择性停缸气缸停缸。所述螺线管致动液压控制阀的数量少于可选择性停缸气缸的数量。

Description

气缸停缸设备
技术领域
本发明涉及用于内燃机的气缸停缸系统。
背景技术
可变排量内燃机通过根据气缸停缸原理工作可提供改进的燃油经济性及按需转矩。在需要高输出转矩的工作状态期间，向可变排量内燃机的各个气缸供应燃油及空气。或者，在全可变排量内燃机的低速、低负载、及/或其他低效率状态的工作状态下，可以使气缸停缸以改进配备有可变排量内燃机的车辆的燃油经济性。例如，在配备有八缸可变排量内燃机的车辆的工作期间，如果在相对低转矩工作状态期间仅内燃机的四个气缸工作，则通过减小节流损失可改进燃油经济性。节流损失(即泵气损失)是内燃机必需完成以将空气从相对低压的进气歧管经由进气及排气气门向外泵送至大气的额外工。停缸气缸将不允许气流经过其各个进气及排气气门，由此通过迫使内燃机以较高进气歧管压力工作而降低了泵气损失。因为停缸气缸不允许空气流动，故通过使停缸气缸因各个停缸气缸内空气的加压及减压而以“空气弹簧”的形式工作而避免了额外损耗。
在发动机气缸停缸领域中公知的是，提供可切换液压间隙调节器，通过液压间隙调节器的空动特性，该调节器可工作以致动可停缸气缸的气门或保持气门处于关闭位置。可在液压气门挺杆内设置类似机构，液压气门挺杆包括液压间隙调节机构，因此可被泛称为液压间隙调节器。
通过连接至环形供给槽的间隙调节器平台或挺杆油液通道向液压间隙调节器供应加压油液，液压间隙调节器提供油液压力以吸收气门顶端与其关联摇臂或其他致动器之间的气门组系中的间隙。设置以进行气缸停缸的液压间隙调节器及液压气门挺杆通常具有用于锁销的额外端口，其通过供应通道与带阀门的油液压力供应源连接。螺线管致动液压控制阀可被用来选择性地将油液压力从主要加压油液源传输至锁销用于气缸停缸。或者，螺线管致动液压控制阀工作以将油液压力从锁销及供应通道排放。通常情况下，为每个待停缸的气缸都设置一个螺线管致动液压控制阀。这种系统在发明名称为“IndividualHydraulic Circuit Modules for Engine With Hydraulically-Controlled Cylinder Deactivation”的共同转让美国专利号6,584,951中进行了描述，通过参考其整体将其内容包含于本说明书中。
发明内容
因此，提供了一种内燃机，包括气缸体，其限定有多个气缸，所述多个气缸中至少一半通过多个切换液压挺杆可被选择性地停缸。还设置了加压油液源。至少一个螺线管致动液压控制阀(例如开/闭型阀)工作以选择性地从所述加压油液源传输加压油液以致动所述多个切换液压挺杆，由此使所述多个气缸中所述至少一半停缸。所述至少一个螺线管致动液压控制阀的数量少于可被选择性地停缸的所述多个气缸中所述至少一半的数量。
所述加压油液源可以是限定在所述气缸体内的主通道。可以设置泵以从蓄油箱抽吸油液，并向所述主通道提供加压油液。可以设置至少一个可旋转凸轮轴，其中，所述至少一个可旋转凸轮轴与所述多个可切换液压挺杆配合以执行所述多个可切换液压挺杆的往复运动。
此外，相对于内燃机可移除地安装油液歧管组件。所述油液歧管组件限定有至少一个供应通道，以及可工作以从所述主加压油液源接收加压油液的控制通道。每个所述至少一个螺线管致动液压控制阀均可相对于所述油液歧管组件安装，并选择性地将加压油液从所述控制通道传输至每一个所述至少一个供应通道。所述至少一个供应通道可工作以选择性地将加压油液传输至所述多个切换液压挺杆。
结合附图，通过以下对实施本发明的最佳实施例的详细描述，可以容易地理解本发明的上述特征及优点及其他特征及优点。
附图说明
图1是八缸内燃机的后视剖视图，该八缸内燃机具有V形结构，并采用根据本发明的气缸停缸系统；
图2是用于图1所示的内燃机的润滑及气缸停缸控制线路的示意性立体图，示出了根据本发明的各个方面；
图3是图1所示内燃机的一部分的示意性分解视图，示出了气缸停缸系统的各个组件；及
图4是示出了气门打开正时作为凸轮轴角度的函数的图表，说明了停缸/再致动正时窗口，以仅使用一个螺线管致动液压控制阀来控制两个气缸的停缸。
具体实施方式
参考附图(其中类似的参考标号表示类似的组件)，图1示出了总体由10表示的内燃机。发动机10是八缸顶置气门发动机，但是，本领域的技术人员可以理解的是，在保持在所主张范围内的情况下，发动机10也可以具有诸如四、六、十、十二或甚至十六个其他数量的设置为不同结构的气缸。发动机10包括气缸体12，分别具有设置为V形结构的第一组13气缸14及第二组13’气缸14’。每个气缸14及14’都分别具有通过曲轴18的旋转可在气缸内往复运动的活塞16及16’。曲轴18由主轴承(未示出)可旋转地支撑在气缸体12的曲轴箱部分20内。气缸14及14’分别由限定有进气口(例如24)及排气口(例如26)的气缸盖22及22’在一端覆盖或封闭，进气口及排气口分别通过进气气门28及排气气门30选择性地打开至各个气缸14及14’。
气门28及30由气门致动机构致动，该气门致动机构包括由曲轴18旋转驱动的凸轮轴32。凸轮轴32与包括液压挺杆(例如34)及所谓切换液压挺杆(例如36)两者的气门挺杆配合。液压挺杆34分别在孔(例如35)内可往复运动，同时切换液压挺杆36分别在孔(例如37)内可往复运动。挺杆34及36与推杆38配合，推杆38与摇臂40连接以克服气门弹簧42的偏压力致动气门28及30。
发动机10包括润滑及气缸停缸控制线路44，其包括由曲轴18驱动的油泵46。油泵46是正排量型泵，其从安装在气缸体12的曲轴箱部分20下方的蓄油箱或油底壳48抽吸油液47。油泵46将加压油液供应至由气缸体12限定的主通道50，其起加压油液源的作用。
发动机10还包括油液歧管组件52，其可移除地安装至发动机10，并限定有从主通道50接收加压油液的控制通道54。油液歧管组件52包括螺线管致动液压控制阀56及56’(图2所示)，其每一者均可工作以选择性地将加压油液从控制通道54提供至各个供应通道58及58’。螺线管致动液压控制阀56及56’优选地为开/闭型阀。每个供应通道58及58’都由油液歧管组件52限定并工作以选择性地将加压油液经由通道(例如60)传输至切换液压挺杆36的孔37。通道60至少部分地由油液歧管组件52及气缸体12限定。设置电子控制单元(即ECU61)与发动机10电连通。ECU61优选地包括预编程数字计算机，并工作以选择性地提供电势以控制螺线管致动液压控制阀56及56’的工作。
现参考图2，示出了润滑及气缸停缸控制线路44的一部分的示意性视图。如图1所示，主通道50将加压油液直接传输至挺杆油液通道62及64，其将加压油液供应至挺杆34及36，用于致动容纳在其中未示出的液压间隙调节器。挺杆油液通道62还通过多条通道66将加压油液直接传输至未示出的主轴承以进行润滑。如图1所示，可设置压力传感器68与主通道50连通以向ECU61提供诊断信号。
参考图1至图3可以很好地理解发动机10的工作。在各个气缸14及14’内迅速膨胀的燃气驱动活塞16及16’进行往复运动。这往复运动旋转曲轴18以从发动机10输出转矩。曲轴18的旋转驱动油泵46以通过主通道50向润滑及气缸停缸控制线路44供应加压油液。利用加压油液来润滑发动机10内的诸如活塞16及16’、凸轮轴32、挺杆34及36、摇臂40等运动部件，以及其他本领域技术人员公知的组件。还利用加压油液来致动设置在挺杆34及36内的间隙调节器。
此外，主通道50将加压油液供应至油液歧管组件52内的控制通道54。来自控制通道54内的加压油液通过各个螺线管致动液压控制阀56及56’被选择性地传输至供应通道58及58’。当在供应通道58及58’内存在加压油液时，该加压油液经由多条通道60被传输至各个孔37。当需要全排量时(即当需要全部气缸14及14’都产生动力时)，螺线管致动液压控制阀56及56’将供应通道58及58’以及多条通道60排空或使其减压。通过使多条通道60减压，切换液压挺杆36保持锁止在工作位置。当需要使关联于切换液压挺杆36的气缸14及14’停缸时，ECU61命令螺线管致动液压控制阀56及56’打开，由此以对供应通道58及58’分别加压并由此加压多条通道60。加压油液松开布置在切换液压挺杆36内的锁止销，由此使得挺杆主体能够围绕其间隙调节器缩入，并由此禁止与切换挺杆36机械连接的气门28及30工作。
通过在发动机工作的低转矩要求模式期间使发动机10的八个气缸14及14’中的一半气缸停缸，可以改进发动机10的工作效率。此外，优选地是，发动机10点火顺序中每隔一个气缸14及14’被停缸由此以维持发动机平衡。
参考图4，并继续参考图1至图3，示出了成对气缸14或14’的进气气门28及排气气门30的打开正时的图表，通过螺线管致动液压控制阀56及56’中一者来选择性地停缸该对气缸14或14’。进气气门28及排气气门30的打开正时被给定为凸轮轴角度(即凸轮轴32的转角)的函数。还表示了各个气缸14或14’的作功冲程的起始。以67表示的该点表示发动机周期中活塞16或16’到达压缩行程的上止点(即TDC)并向下止点(即BDC)反向运动以开始作功冲程的阶段。在点67处，气缸14或14’内部的部分燃油空气充气已经被引燃，且发动机10将在作功冲程的一部分保持燃烧。线69表示关联于第一可停缸气缸14或14’的排气气门30的打开正时，而线70表示关联于第一可停缸气缸14或14’的进气气门28的打开正时。线72表示关联于第二可停缸气缸14或14’的排气气门30的打开正时，而线74表示关联于第二可停缸气缸14或14’的进气气门28的打开正时。优选地选择可选择性停缸的气缸14或14’(其被歧管连接或接合至各个螺线管致动液压控制阀56及56’)使得图4中76表示的停缸/再致动正时窗口在各个进气气门28之前先提供各个排气气门30的停止。此外，在气缸14或14’再致动时，选择停缸/再致动正时窗口76使得在各个进气气门28之前先使各个排气气门30再致动。停缸/再致动正时窗口76表示各个螺线管致动液压控制阀56或56’优选地打开的凸轮轴的旋转范围，即曲轴18的旋转范围。进气气门28及排气气门30将仅在关闭位置或附近停止。因此，尽管同时命令进气气门28及排气气门30停止，但停止定相依然取决于进气气门28及排气气门30的位置以及对螺线管致动液压控制阀56及56’的选择性通电。
通过采用上述策略，可以将燃油空气充气引入可选择性停缸的气缸14或14’，然后引燃。因为排气气门30被停止，故将在停缸气缸14或14’内保持燃烧产物直至再致动。因为在再致动时离开停缸气缸14或14’的燃烧产物将包含很少的氧气，故该策略是优选的。因此，不需要ECU61内复杂的控制算法以即刻停止车辆排放系统内的氧气传感器(未示出)，由此以保持正常的燃油喷射控制。
通过将螺线管致动液压控制阀56及56’与孔37歧管连接，发动机10可利用仅两个螺线管致动液压控制阀56及56’来对四个可选择性停缸气缸进行停缸。通过减少进行气缸停缸所需的螺线管控制阀的数量，可以降低发动机10的成本及复杂度，同时保持对气缸停缸功能的正确控制。
虽然已经对实施本发明的最佳方式进行了描述，但相关于本发明领域的技术人员可以构思出落入所附权利要求范围内的、实施本发明的各种替代设计及实施例。

Claims (13)

1.一种内燃机，包括：
气缸体，其限定有多个气缸，所述多个气缸中至少一半通过多个切换液压挺杆可被选择性地停缸；
加压油液源；
至少一个螺线管致动液压控制阀，其可工作以选择性地从所述加压油液源传输加压油液以致动所述多个切换液压挺杆，由此使所述多个气缸中所述至少一半停缸；
电子控制单元，其与所述至少一个螺线管致动液压控制阀电连通；
多个可选择性停止进气气门，每个可选择性停止进气气门均与所述多个切换液压挺杆中的相应一个机械连接；以及
多个可选择性停止排气气门，每个可选择性停止排气气门均与所述多个切换液压挺杆中的相应一个机械连接；
其中，所述至少一个螺线管致动液压控制阀的数量少于所述多个气缸中可被选择性地停缸的所述至少一半的数量，并且
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使所述多个可选择性停止进气气门和所述多个可选择性停止排气气门仅在关闭位置或附近停止，
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使所述多个可选择性停止排气气门先于所述多个可选择性停止进气气门停止；和
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使所述多个可选择性停止排气气门先于所述多个可选择性停止进气气门再致动.
2.如权利要求1所述的内燃机，其中所述至少一个螺线管致动液压控制阀中的每一个均为开/闭型阀。
3.如权利要求1所述的内燃机，其中所述加压油液源是限定在所述气缸体内的主通道。
4.如权利要求3所述的内燃机，还包括：
可工作以从蓄油箱抽吸油液的泵；并且
其中，所述泵可工作以向所述主通道提供加压油液。
5.如权利要求1所述的内燃机，还包括：
至少一个可旋转凸轮轴；并且
其中，所述至少一个可旋转凸轮轴与所述多个切换液压挺杆配合以实现所述多个切换液压挺杆的往复运动.
6.如权利要求1所述的内燃机，还包括：
相对于内燃机可移除地安装的油液歧管组件，所述油液歧管组件限定有至少一个供应通道，以及可工作以从所述加压油液源接收加压油液的控制通道；
其中，每个所述至少一个螺线管致动液压控制阀均相对于所述油液歧管组件安装，并可工作以选择性地将加压油液从所述控制通道传输至每一个所述至少一个供应通道；并且
其中，所述至少一个供应通道可工作以选择性地将加压油液传输至所述多个切换液压挺杆.
7.一种气缸停缸系统，用于具有多个可停缸气缸的内燃机，每个所述可停缸气缸均具有至少一个可选择性停止进气气门以及至少一个可选择性停止排气气门，所述系统包括：
主加压油液源；
多个切换液压挺杆，其可工作以响应于加压油液信号使所述可停缸气缸停缸；
油液歧管组件，其限定了控制通道及至少一个供应通道，所述控制通道与所述主加压油液源流体连通；
至少一个螺线管致动液压控制阀；以及
电子控制单元，其与所述至少一个螺线管致动液压控制阀电连通；
其中，每个所述至少一个螺线管致动液压控制阀可工作，以选择性地将加压油液从所述控制通道传输至每一个所述至少一个供应通道；
其中，所述至少一个供应通道选择性地将加压油液传输至所述多个切换挺杆以执行气缸停缸；
其中，所述至少一个螺线管致动液压控制阀的数量少于所述多个可停缸气缸，并且
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使所述至少一个可选择性停止进气气门和所述至少一个可选择性停止排气气门仅在关闭位置或附近停止，
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使与所述多个可停缸气缸关联的所述至少一个可选择性停止排气气门先于与所述多个可停缸气缸关联的所述至少一个可选择性停止进气气门停止；并且
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀使与所述多个可停缸气缸关联的所述至少一个可选择性停止排气气门先于与所述多个可停缸气缸关联的所述至少一个可选择性停止进气气门再致动。
8.如权利要求7所述的气缸停缸系统，其中所述至少一个螺线管致动液压控制阀中每一者均是开/闭型阀。
9.一种内燃机，包括：
气缸体，其限定有多个气缸，所述多个气缸中至少两个通过多个切换液压挺杆可被选择性地停缸；
加压油液源；
至少一个螺线管致动液压控制阀；以及
电子控制单元，其与所述至少一个螺线管致动液压控制阀电连通；
多个可选择性停止进气气门，每个可选择性停止进气气门均与所述多个切换液压挺杆中的相应一个机械连接；以及
多个可选择性停止排气气门，每个可选择性停止排气气门均与所述多个切换液压挺杆中的相应一个机械连接；
其中所述至少一个螺线菅致动液压控制阀中每一者均可工作以选择性地从所述加压油液源传输加压油液以致动所述多个切换液压挺杆，由此使所述多个气缸中的所述至少两个停缸；
其中，所述至少一个螺线管致动液压控制阀的数量少于所述多个气缸中可被选择性地停缸的所述至少两个的数量，并且
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使所述多个可选择性停止进气气门和所述多个可选择性停止排气气门仅在关闭位置或附近停止，
所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使所述多个可选择性停止排气气门先于所述多个可选择性停止进气气门停止；并且
其中，所述电子控制单元可工作，以命令所述至少一个螺线管致动液压控制阀选择性地使所述多个可选择性停止排气气门先于所述多个可选择性停止进气气门再致动。
10.如权利要求9所述的内燃机，其中所述至少一个螺线管致动液压控制阀中的每一者均为开/闭型阀.
11.如权利要求9所述的内燃机，其中所述加压油液源是限定在所述气缸体内的主通道.
12.如权利要求11所述的内燃机，还包括：
可工作以从蓄油箱抽吸油液的泵；并且
其中，所述泵可工作以向所述主通道提供加压油液.
13.如权利要求9所述的内燃机，还包括：
至少一个可旋转凸轮轴；并且
其中，所述至少一个可旋转凸轮轴与所述多个切换液压挺杆配合以实现所述多个切换液压挺杆的往复运动.
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