CN101067386A

CN101067386A - 带有分布式储压器的气缸停缸装置

Info

Publication number: CN101067386A
Application number: CNA2007101097574A
Authority: CN
Inventors: D·A·弗林克; M·斯塔宾斯基; W·C·阿尔伯特森
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: CN101067386B; DE102007012093A1; US7484484B2; US20070215081A1

Abstract

可变排量的内燃机具有气缸体和安装在其上的气缸盖。可变排量的内燃机包括至少一个切换液压间隙调节器。间隙调节器油液供应通道至少部分由气缸体和气缸盖之一限定。间隙调节器油路通道可操作以将加压油液输送到至少一个切换液压间隙调节器。分布式储压器设置在间隙调节器油路通道内，用于减弱间隙调节器油路通道内的油压峰值。

Description

带有分布式储压器的气缸停缸装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的液压驱动的气缸停缸装置，更具体的涉及到一种带有分布式储压器的气缸停缸装置，可减少间隙调节器油液供应通道中的压力脉冲。

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已知提供可切换的液压间隙调节器，其可操作以致动气门使气缸停缸或通过液压间隙调节器的空动特性保持这些气门在关闭位置。当液压间隙调节器缩回主体或套筒中时产生此空动，从而允许相应进气或排气气门保持关闭，甚至当凸轮轴在旋转时。相似的机构也可设置在液压气门挺杆中，液压气门挺杆包括液压间隙调节器并且因此也可以在广义上可称为液压间隙调节器。可响应液压的机械闩锁装置，比如锁销，通常设置在间隙调节器中以允许空动。

通过连接至环形供给槽的间隙调节器油液供应廊道或通道向液压间隙调节器供应加压油液，环形供给槽提供油液压力以吸收进气或排气气门顶端与其关联摇臂或其他致动器(例如辊式指状随动件)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通常具有输送油液到锁销的额外端口，额外端口通过供应通道与带阀门的压力油液供应源连接。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经由供应通道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。

锁销的平稳运行会受到间隙调节器油液供应通道中的油压变动或峰值的影响。锁销通常需要少量的间隙，使得锁销在空动和致动气门打开模式之间自由往复移动。为了保证足量间隙使得锁销能够移动，通常由弹簧部件产生的预定力被用于抵抗液压间隙调节器施加在锁销上的力。附加部件，比如可变凸轮轴相位器，一般通过与供给间隙调节器的供应通道相同的压力油液回路而驱动。驱动这些附加部件可能会引起短暂的高油压变动而超出间隙调节器供应通道的预期平均范围。这种高油压变动会引起通常所谓的“挺杆泵送(lifter pump-up)”，其中高过间隙调节器油液供应通道中预设油压的压力会使得液压间隙调节器克服弹簧偏置的力，从而消除了用于实现锁销的平稳运行所需的间隙。

发明内容

因此，提供了一种可变排量内燃机，其具有气缸体和安装在其上的气缸盖。可变排量内燃机包括至少一个可切换液压间隙调节器和间隙调节器油液供应通道，该通道至少部分地由气缸体和气缸盖之一限定。间隙调节器油液供应通道将加压油液输送到至少一个可切换液压间隙调节器。此外，分布式储压器设置在间隙调节器油液供应通道内。分布式储压器用来减弱间隙调节器油液供应通道中的油压峰值。

分布式储压器基本上跨越间隙调节器油液供应通道的整个长度。而且，分布式储压器可限定出至少一个填充有可压缩流体的柔性空套。可切换液压间隙调节器可为固定的液压间隙调节器，其至少部分的设置在气缸盖中，或者可为可移动的液压间隙调节器，其可往复运动地至少部分设置在气缸体中。

通过下面结合相关附图对本发明的最佳实施方式的详细说明，容易理解本发明的上述特性和益处以及其他特性和益处。

附图说明

图1是使用气缸停缸系统的V型八缸内燃机的后视截面图；

图2是用于图1所示内燃机的润滑和气缸停缸控制回路的部分示意透视图，显示出按照本发明的分布式储压器；

图3是用于V型六缸内燃机的润滑和气缸停缸控制回路的部分示意透视图，显示出按照本发明的分布式储压器；

图4是气缸盖组件的部分截面图，该组件用于顶置凸轮构造的内燃机，图中显示出按照本发明的分布式储压器；

图5是图2、3和4中所示分布式储压器的透视图；和

图5a是沿图5的线A-A所取的分布式储压器的截面图。

具体实施方式

参考附图(其中全部附图中类似的参考标号对应于相同或类似的部件)，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19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’。

菌形气门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。发动机10的凸轮轴32布置在气缸体12内，但是发动机设计领域的普通技术人员将认识到所要求保护的发明可以在具有顶置凸轮轴配置的发动机中使用。凸轮轴32与包括传统液压间隙调节器(例如34)及所谓切换液压间隙调节器(例如36)两者的液压气门挺杆或者液压间隙调节器配合。液压间隙调节器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回路44，其包括由曲轴18驱动的油泵46。油泵46是容积式泵，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。设置电子控制单元或ECU 61与发动机10电连通。ECU 61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回路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间隙调节器油液供应通道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机构。隙调节器油液供应通道62还通过多条通道66将加压油液直接传输至图1示出的主轴承19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ECU 61提供诊断信号。分布式储压器70设置每个间隙调节器供应通道62和64中。分布式储压器70基本上在间隙调节器供应通道62和64的长度方向上延伸。

参考图1和2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。此往复运动旋转曲轴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回路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、液压间隙调节器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液压间隙调节器34及36内的间隙调节器机构，同时还驱动内燃机的其它液压操作部件，例如可变凸轮轴相位器(未示出)。

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，切换液压间隙调节器36保持锁止在工作或致动模式。当需要使关联于切换液压间隙调节器36的气缸14及14’停缸时，ECU 61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间隙调节器36内的机械闩锁装置，例如锁销，这允许间隙调节器机构缩入切换液压间隙调节器36内，并由此禁止与切换液压间隙调节器36机械连接的气门28及30工作。其他液压驱动的部件的操作可能会引起间隙调节器油液供应通道62和64中高油压变动或峰值。这种高油压变动会引起通常所谓的“挺杆泵动”，其中间隙调节器油液供应通道62和64中的高油压偏压间隙调节器机构，从而消除切换液压间隙调节器36的锁销平稳操作所需的间隙或缝隙。这会导致当ECU61发出指令时，切换液压间隙调节器36延迟或不能停缸气缸。分布式储压器70，图2中所示，可操作以减弱间隙调节器油液供应通道62和64中的高压力变动，从而实现可切换液压间隙调节器36的精确控制。下面将参考图5和5a，更详细的讨论分布式储压器70的一种可行结构。

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。

参看图3，显示润滑和气缸停缸控制回路44’的部分示意透视图，该回路用于V型结构六缸内燃机中。对于典型六缸V型内燃机，一组三个气缸可选择性地停缸。因此，间隙调节器油液供应通道64将压力油液传送到容纳在孔37内的切换液压间隙调节器36中，如图1所示，而间隙调节器油液供应通道62将压力油液传送到容纳在孔35内的常规液压间隙调节器34中，如图1所示。由于只有间隙调节器油液供应通道64与切换液压间隙调节器36相通，因此分布式储压器70设置在该通道中。本领域的技术人员能够认识到分布式储压器70也可以用设置在间隙调节器油液供应通道62中来减弱高油压变动；但是使在间隙调节器油液供应通道62中的高油压变动减弱的重要性比在间隙调节器油液供应通道64中的重要性要小。

图4显示气缸盖组件72一部分的部分截面图，该组件用于具有顶置凸轮轴气门组配置的内燃机中。气缸盖组件72包括气缸盖74，凸轮轴76可旋转地安装在气缸盖上。凸轮轴结合辊式指状随动件78，该随动件操作以选择性地克服气门弹簧82的偏压打开菌形气门80。菌形气门80和气门弹簧82与图1所示的菌形气门28和30图1所示的气门弹簧42在结构和设计上相同。可选择停用或切换的固定液压间隙调节器84在与菌形气门80相反的端部处与辊式指状随动件78结合。液压间隙调节器84设置在孔86中，该孔由气缸盖74限定。

间隙调节器油液供应通道88用以将机油输送到液压间隙调节器84中，从而保持气门组内的合适间隙或间距。通道90由气缸盖74限定，并用来选择性地将压力油液输送到液压间隙调节器84而实现液压间隙调节器84的停用或空动。在停用模式下，间隙调节器部分92缩回到液压间隙调节器84的主体94中从而实现空动。在优选实施例中，辊式指状随动件78为双级设计，也就是说，辊式指状随动件78与凸轮轴76协作，以响应间隙调节器油液供应通道88内的油压的步进变化，为菌形气门80提供两个不同的气门升程轮廓。由于这个原因以及液压间隙调节器84可选择性停用的事实，液压间隙调节器油液供应通道88内的油压变化或波动应该减少到最小。为了这个目的，在液压间隙调节器油液供应通道88内设置分布式储压器70来减弱油压峰值。

图5显示图2至4中所示的示例分布式储压器70的透视图。分布式储压器70充分构造为定位在如图1-3所示的液压间隙调节器油液供应通道62和64以及如图4所示的液压间隙调节器油液供应通道88中。分布式储压器70提供容纳可压缩流体的柔性膜。分布式储压器70具有减少间隙调节器油液供应通道62、64和88中油的表观体积弹性模量(apparent bulk modulus)的效果，由此可在由有效状态或模式转换到停缸模式期间，降低图1和4分布所示的切换液压间隙调节器36和84对这些通道中油压变动和峰值的敏感度。此外，由于分布式储压器70的分布特性，即由于柔性膜沿着间隙调节器油液供应通道62、64和88的长度延伸的事实，对沿这些液压通道在一系列液压间隙调节器36或84之间的流量波动的压力敏感性也减小。因而，一个液压间隙调节器36或84对其邻近的液压间隙调节器36或84的流动效应被最小化。分布式储压器70包括安装部分96，该安装部分被充分构造为将分布式储压器70紧固在各个液压间隙调节器油液供应通道62、64和88内。

图5a显示沿图5的线A-A所取的分布式储压器70的示例性结构的截面图。分布式储压器70包括空套98，其基本上沿着储压器70的长度延伸，如图5所示。空套98由第一和第二膜片100和102构成，两者在周边104和106焊接在一起形成密封内腔108，可容纳可压缩流体，比如氮气、空气、氦气等。膜片100和102优选为厚0.008″(0.2mm)的不锈钢。可选的，膜片100和102可包含其他金属或弹性体聚合物，其具有所需耐化学性、强度和疲劳强度。

膜片100和102的几何结构被优化地设计以产生所需的油的表观体积弹性模量，同时提供超出油的正常流体容积变化的最大绝对容积变形。也就是说，膜片100和102设计成高柔顺性，但优选地在高压力的环境下又不至于坍陷到彼此。此外，在高油压变动期间优选不超过膜片100和102的屈服强度。此外，膜片100和102的弹簧刚度与腔108内的流体的压缩性一起被选择来提供在要求范围内的整体柔顺性。可能希望设计膜片100和102的几何形状，以在超过最大预计体积流量变化和/或压力时改变在膜片上的载荷分布，使得膜片材料从不塑性变形。

可以想到内腔108内的可压缩流体可填充或预加压。可以通过将膜片100和102在填充加压流体的腔室中焊接在一起使得在腔室108内收集有加压流体。可选的方法包括卷曲、滚压和冲压。

尽管以上对本发明的最佳实施方式进行了详细描述，但是本发明相关领域技术人员将认识到在所附权利要求范围内用于实施本发明的各自可选设计和实施方式。

Claims

1、一种可变排量内燃机，具有气缸体和安装在其上的气缸盖，该可变排量内燃机包括：

至少一个切换液压间隙调节器；

间隙调节器油液供应通道，至少部分由气缸体和气缸盖之一限定，所述间隙调节器油液供应通道可操作以将加压油液输送到所述至少一个切换液压间隙调节器；和

分布式储压器，设置在所述间隙调节器油液供应通道内，所述分布式储压器可操作以减弱所述间隙调节器油液供应通道内的油压峰值。

2、如权利要求1所述的可变排量内燃机，其中所述分布式储压器基本上在所述间隙调节器油液供应通道上的长度上延伸。

3、如权利要求1所述的可变排量内燃机，其中所述至少一个切换液压间隙调节器为至少部分设置在气缸盖内的固定液压间隙调节器。

4、如权利要求1所述的可变排量内燃机，其中所述至少一个切换液压间隙调节器为可移动液压间隙调节器，其可往复地至少部分设置在气缸体内。

5、如权利要求1所述的可变排量内燃机，其中所述分布式储压器限定出至少一个柔性空套，其填充有可压缩流体。

6、如权利要求5所述的可变排量内燃机，其中所述至少一个柔性空套包括不锈钢膜片。

7、如权利要求1所述的可变排量内燃机，其中所述分布式储压器包括安装部分，该安装部分充分构造为将所述分布式储压器固定在所述间隙调节器油液供应通道内。

8、一种内燃机，包括：

多个切换液压间隙调节器；

限定有多个气缸的气缸体，所述多个气缸中的至少一个可由所述多个切换液压间隙调节器选择性地停缸；

相对于所述气缸体安装的至少一个气缸盖；

至少一个间隙调节器油液供应通道，其至少部分由所述气缸体和所述至少一个气缸盖之一限定，所述至少一个间隙调节器油液供应通道可操作以将加压油液输送到所述多个切换液压间隙调节器中的至少一个；和

至少一个分布式储压器，其设置在所述至少一个间隙调节器油液供应通道内，所述至少一个分布式储压器可操作以减弱所述至少一个间隙调节器油液供应通道内的油压峰值。

9、如权利要求8所述内燃机，进一步包括：

至少一个凸轮轴，可旋转地安装在所述气缸体上；和

其中所述至少一个凸轮轴可操作以直接接合所述多个切换液压间隙调节器以实现其运动。

10、如权利要求8所述内燃机，进一步包括：

相对于所述至少一个气缸盖可旋转地安装的至少一个凸轮轴；和

至少一个辊式指状随动件，具有与至少一个菌形气门接合的端部；

其中所述至少一个凸轮轴接合所述至少一个辊式指状随动件，以选择性地打开所述至少一个菌形气门；

其中所述多个切换液压间隙调节器中的至少一个在与所述至少一个菌形气门相反的端部处与所述至少一个辊式指状随动件接合；并且

其中所述多个切换液压间隙调节器中的至少一个为固定液压间隙调节器，其安装在所述至少一个气缸盖上。

11、如权利要求10所述内燃机，其中所述至少一个辊式指状随动件为双级辊式指状随动件。

12、如权利要求8所述内燃机，其中所述分布式储压器限定有至少一个柔性空套，其填充有可压缩流体。

13、如权利要求12所述内燃机，其中所述至少一个柔性空套包括不锈钢膜片。

14、如权利要求8所述内燃机，其中所述分布式储压器包括安装部分，该安装部分充分构造为将所述分布式储压器固定在所述间隙调节器油液供应通道内。

15、一种内燃机，具有气缸体和安装在其上的气缸盖，该内燃机包括：

至少一个液压间隙调节器；

至少一个间隙调节器油液供应通道，其至少部分由所述气缸体和所述气缸盖之一限定，所述至少一个间隙调节器油液供应通道可操作以将加压油液输送到所述至少一个液压间隙调节器；和

16、如权利要求15所述内燃机，其中所述至少一个液压间隙调节器为切换液压间隙调节器。

17、如权利要求15所述内燃机，其中所述至少一个分布式储压器基本上在所述至少一个间隙调节器油液供应通道的长度上延伸。

18、如权利要求16所述内燃机，其中所述至少一个切换液压间隙调节器为可移动液压间隙调节器，其可往复地至少部分设置在气缸体内。

19、如权利要求16所述内燃机，其中所述至少一个切换液压间隙调节器为至少部分设置在气缸盖内的固定液压间隙调节器。

20、如权利要求15所述的可变排量内燃机，其中所述分布式储压器限定出至少一个柔性空套，其填充有可压缩流体。