CN102137988A - 用于空转系统中的专用发动机制动摇臂的偏压系统 - Google Patents

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Abstract

空转气门驱动系统包括发动机制动壳体和一个或多个延伸通过所述壳体的液压流体供给通道。主活塞和从活塞可滑动地设于所述壳体中的相应的孔中。主活塞和从活塞被用于将选择性的驱动提供至一个或多个发动机气门。设于邻近壳体的发动机制动摇臂包括主活塞接触表面和偏压机构接触表面。偏压机构设于壳体中并且包括从壳体延伸的偏压活塞。在选择的发动机运行模式过程中、例如在正功率运行模式过程中，偏压活塞偏压摇臂以使其不与发动机凸轮接触。偏压活塞可以机械地或液压地复位，以容许摇臂在发动机运行的第二模式、例如发动机制动模式过程中接触发动机凸轮。

Description

用于空转系统中的专用发动机制动摇臂的偏压系统
相关申请的交叉引用
本发明和本申请涉及名为“用于空转系统中的专用发动机制动摇臂的偏压系统”的2008年7月31日提交的美国临时专利申请No.61/129,947，并且要求其较早的申请日和优先权。
技术领域
本发明一般地涉及在用于发动机制动的内燃发动机中用于驱动发动机气门的系统和方法。特别地，本发明涉及可以在内燃发动机的非发动机制动模式运行过程中将摇臂偏压到预定位置的系统和方法。
背景技术
在内燃发动机中，为了产生正功率，需要发动机气门驱动，并且还使用发动机气门驱动来产生发动机制动和/或废气再循环(EGR)。在正功率过程中，一个或多个进气门可以在活塞的进气冲程过程中打开以容许空气进入气缸中以用于燃烧。一个或多个排气门可以在活塞的排气冲程过程中打开以允许燃烧气体从气缸中逸出。
一个或多个排气门还可以选择性地打开以至少暂时地将发动机转变成空气压缩机以用于发动机制动运行。这种空气压缩机效果可以通过在接近活塞上止点(TDC)的位置打开一个或多个排气门以用于压缩释放型制动来实现，或者通过在大量的或所有的活塞运动过程中将一个或多个排气门保持在相对恒定的缝隙打开位置以用于抽气机(bleeder)型制动来实现。在这些方法中的任何一个中，发动机都可以形成可以用于帮助减慢车辆的减速力。所述制动力可以为操作者提供对车辆的增强的控制，并且还可以很大程度上减小行车制动器上的磨损。压缩释放型发动机制动已经在长时间内已知，并且在Cummins的美国专利No.3,220,392(1965年11月)中公开，所述专利通过引用结合于此。
在固定凸轮轮廓的情况下，调节气门正时和升程以选择性地提供发动机制动的一个所提出的方法已经被结合到“空转”装置中，其处于发动机气门和提供发动机制动动作的凸轮之间的气门机构连杆装置中。空转是应用到一类用于利用可变长度的机械、液压或其它连杆组件改变由凸轮轮廓规定的气门动作的技术方案的术语。在空转系统中，凸轮凸角可以提供例如为发动机制动的发动机气门事件所需要的“最大”(最长的凸轮角(dwell)和最大的升程)动作。于是可变长度系统可以包括在气门机构连杆装置、将被打开的气门的中间件和提供最大动作的凸轮中，以减去或失去由凸轮给予气门的动作中的一部分或全部。
所述可变长度系统(或空转系统)可以在完全展开时将所有的凸轮动作传递至气门(例如用于发动机制动)，并且在完全收缩时不将凸轮动作或将最小量的凸轮动作传递至气门。这种系统和方法的一个实例在Hu的美国专利No.5,537,976和No.5,680,841中提供，所述专利转让给与本申请相同的受让人，并且通过引用结合于此。
在美国专利No.5,680,841的空转系统中，发动机凸轮轴可以驱动主活塞，所述主活塞将流体从其液压室排出到从活塞的液压室中。从活塞又作用在发动机气门上以打开它。空转系统可以包括与液压回路连通的电磁触发阀，其中所述液压回路包括主活塞和从活塞的室。当一定的凸轮凸角作用在主活塞上时，电磁阀可以维持在关闭位置，以便于将液压流体保持在回路中。只要电磁阀保持关闭，从活塞和发动机气门就直接响应于通过主活塞的动作排出的液压流体，所述主活塞响应于作用于其上的凸轮凸角往复运动。当电磁阀打开时，回路可以排出，并且由主活塞产生的液压压力中的一部分或全部都可以由回路吸收，而不是被施加以使从活塞和发动机气门移动。
压缩释放型发动机制动的制动功率可以通过选择性地驱动排气门以与压缩释放制动结合执行制动气体再循环而得以提高。通过在接近进气或膨胀冲程的下止点打开排气门或辅助阀，并且在发动机的排气或压缩冲程的第一部分过程中保持排气门或辅助阀打开，可以实现制动气体再循环(BGR)。在发动机循环的所述部分的过程中打开排气门或辅助阀可以允许废气从相对较高压力的排气集管流入发动机气缸中。废气从排气集管引入气缸中可以提高在紧接在后面进行压缩释放事件时气缸中的总气体质量和气体压力。在发动机气缸中的所述提高的气体质量和压力可以提高通过压缩释放事件产生的制动功率。
存在可以用于选择性地驱动排气门或辅助阀以产生BGR和压缩释放事件的许多不同的系统。一种已知类型的驱动系统是在前述的Cummins的专利中描述的空转系统。用于获得发动机制动和制动气体再循环的空转系统和方法的一个实例在Gobert的美国专利No.5,146,890(1992年9月15日)中公开，其公开了通过在压缩冲程的第一部分过程中以及可选地还在进气冲程的后一部分过程中将气缸置于与排气系统连通而实施制动气体再循环的方法，所述专利通过引用结合于此。Gobert使用空转系统来使压缩释放制动和制动气体再循环生效和无效。Gobert公开的系统在接近进气冲程的下止点处打开排气门以用于BGR事件、在压缩冲程的中间点之前关闭排气门以终止BGR事件，并且在接近相同的压缩冲程的上止点处再次打开排气门以用于压缩释放事件。结果，根据Gobert系统驱动的排气门必须在BGR和压缩释放事件之间迅速地落座和离开阀座。
在许多内燃发动机中，进气门和排气门可以通过固定轮廓的凸轮驱动，并且更特别地通过一个或多个作为各个凸轮整体部分的固定凸角驱动。凸轮可以包括用于凸轮所负责提供的各个气门事件的凸角。凸轮上的凸角的尺寸和形状可以规定由凸角产生的气门升程和持续时间。例如，用于根据前述Gobert专利构成的系统的排气凸轮轮廓可以包括用于BGR事件的凸角、用于压缩释放事件的凸角以及用于主排气事件的凸角。
压缩释放发动机制动不是仅有的已知的发动机制动类型。抽气机型发动机制动的运行也已经在长时间内已知。在抽气机型发动机制动过程中，除了常规的排气门提升之外，一个或多个排气门可以在整个剩余的发动机循环中(完全循环抽气机制动)或在循环的一部分的过程中(部分循环抽气机制动)持续地保持稍微打开。部分循环抽气机制动和完全循环抽气机制动之间的主要差异是，对于前者，排气门在大部分的进气冲程过程中关闭。
通常，抽气机制动中的一个或多个制动气门的初始开启远远提前于压缩TDC(即早气门驱动)，然后升程被保持恒定一段时间。这样，抽气机型发动机制动可以由于早气门驱动而需要低得多的力来驱动气门，并且由于持续抽气而不是压缩释放型制动的迅速排空因此产生更少的噪音。此外，抽气机制动通常需要更少的构件并且可以以更低的成本被制造。由此，发动机抽气机制动可以具有显著的优点。
一些用于发动机制动的空转系统可以利用专用凸轮凸角来驱动摇臂以执行发动机制动和/或其它的发动机气门驱动。这种系统的实例在美国专利No.7,392,772和No.5,975,251中公开，所述专利通过引用被结合于此。在专用凸轮式发动机制动系统中，可能希望在发动机不提供发动机制动时(即在发动机的正功率运行过程中)在凸轮和用于驱动发动机气门以用于发动机制动的摇臂之间保持间隙空间。美国专利No.7,392,772和No.5,975,251两个都公开了用于在正功率过程中偏压摇臂远离专用发动机制动凸轮凸角的机构。然而，在前述专利中公开的偏压机构都需要液压流体通道设置在摇臂自身中。在摇臂内设置液压通道以及为这种通道供给液压流体可能是困难的并且为发动机制动系统增加了昂贵的成本。
因此，本发明的一些实施方式、而不一定是所有实施方式的一个优点是提供非液压装置以用于偏压摇臂远离专用凸轮，和/或提供液压装置以用于偏压摇臂远离专用凸轮，其中所述液压装置不结合在摇臂中。本发明的另外的优点在随后的描述中部分地被阐述，并且对于本领域中的普通技术人员来说将部分地根据描述和/或根据本发明的实践显而易见。
发明内容
响应于前述的挑战，本申请人已经开发了一种创新的空转气门驱动系统，其包括：发动机制动壳体；一个或多个延伸通过所述壳体的液压流体供给通道；与至少一个所述流体供给通道连通的电磁阀；可滑动地设于主活塞孔中的主活塞，所述主活塞孔设置在所述壳体中，其中所述主活塞孔与至少一个所述流体供给通道连通；可滑动地设于从活塞孔中的从活塞，所述从活塞孔设置在所述壳体中，其中所述从活塞孔通过流体通道与所述主活塞孔连通；设于摇杆轴上的发动机制动摇臂，所述摇臂具有主活塞接触表面和偏压机构接触表面；设于所述壳体中的偏压机构，所述偏压机构包括设于延伸通过所述壳体的偏压活塞孔内的偏压活塞，并且其中所述偏压活塞从所述壳体延伸以与所述偏压机构接触表面接触；与至少一个所述流体供给通道连通的控制阀；以及具有适于将发动机制动动作传递给所述摇臂的凸轮凸角的凸轮。
本申请人还已经开发了一种创新的空转气门驱动系统，其具有：包括偏压活塞弹簧的偏压机构，其中所述偏压活塞弹簧适于将偏压活塞朝向摇臂的偏压活塞接触表面偏压；至少一个与偏压活塞孔连通的液压流体供给通道；作为发动机制动凸轮凸角的凸轮凸角；包括制动凸轮凸角和制动气体再循环凸轮凸角的凸轮；液压地驱动的偏压机构；与流体供给通道和多个主活塞孔连通的电磁阀；和/或与所述一个或多个液压流体通道连接的液压流体的加压源，并且其中所述偏压活塞弹簧施加在所述偏压活塞上的偏压力小于所述液压流体的加压源施加在所述偏压活塞上的压力。
应该理解的是，前述的一般性说明和下面的详细说明都仅仅是示例性的和说明性的，而不是对权利要求书所要求保护的本发明的限制。
附图说明
为了帮助了解本发明，现在将参考所附的附图，其中类似的附图标记表示类似的元件。
图1是根据本发明的第一实施方式用于提供发动机制动的空转气门驱动系统的三维视图。
图2是在发动机运行的非发动机制动模式过程中，图1中示出的空转气门驱动系统的横截面视图。
图3是在发动机运行的发动机制动模式过程中，图2中示出的空转气门驱动系统的横截面视图。
图4是根据本发明的第二实施方式用于提供发动机制动的空转气门驱动系统的三维视图。
图5是在发动机运行的非发动机制动模式过程中，图4中示出的空转气门驱动系统的横截面视图。
图6是在发动机运行的发动机制动模式过程中，图5中示出的空转气门驱动系统的横截面视图。
图7是本发明的实施方式可以结合到其中的类型的主从空转系统的示意图。
具体实施方式
如在此处所实施的那样，本发明包括驱动发动机气门以用于发动机制动的系统和方法，所述发动机气门特别是排气门或辅助发动机气门。然而，应该认识到本发明的实施方式可以用于驱动发动机进气门。现在将详细地参考本发明的第一实施方式，其一个实例在附图中被示出。本发明的第一实施方式作为气门驱动系统10在图1-3和7中示出。
参考图1-3和7，系统10可以包括固定壳体100，所述固定壳体100包括一个或多个内部液压流体供给通道110。一个或多个内部液压流体供给通道110可以将主活塞130和从活塞160连接至液压流体供给源330。供给通道110可以从流体供给源330延伸经过开/关电磁阀120和经过控制阀150。电磁阀120的开/关控制可以利用液压流体泵340选择性地提供低压液压流体至一个或多个液压流体供给通道110，所述一个或多个液压流体供给通道110在包括在系统10中的主活塞130、发动机制动控制阀150和从活塞160之间延伸。各个前述元件中的三个在图1中示出并且是系统10的一部分。
从活塞160可以接触发动机气门350，其可滑动地设于发动机气门缸盖360中。从活塞160如图7所示直接接触发动机气门350，但是应该认识到的是，例如为气门桥的任何已知气门机构元件都可以设于从活塞和发动机气门之间而没有脱离本发明的预定范围。由于从活塞160在主活塞130影响下的运动，发动机气门350可以选择性地被驱动以打开和关闭。
参考图1-2和7，专用摇臂(其可以是专用发动机制动摇臂)200可以枢转地安装在摇杆轴210上。摇臂200可以包括凸轮滚子220、主活塞接触表面230和偏压活塞接触表面240。包括一个或多个凸轮300的凸轮轴可以邻近摇臂200被可旋转地安装。凸轮300可以包括一个或多个凸角320，它们提供发动机气门驱动动作，例如发动机制动和可选的BGR气门驱动。在发动机运行的第一模式过程中，例如在当系统10提供发动机制动时发动机运行的正功率模式过程中，可以在凸轮300和凸轮滚子220之间提供间隙空间310。在发动机运行的非制动模式过程中间隙空间310可以相等于或大于凸轮凸角320的高度。
固定壳体100可以安装在摇臂200之上并且邻近摇臂200。壳体100可以包括一个或多个液压流体通道110，其特别地将低压液压流体传输至主活塞孔132，主活塞130可滑动地被设于所述主活塞孔132中。
固定壳体100还可以包括偏压机构140，所述偏压机构140包括偏压活塞孔142，偏压活塞146可滑动地被设于其中。偏压活塞146可以具有细长的下部分和上端部分，并且可以延伸通过壳体100以选择性接触摇臂200的偏压活塞接触表面240。偏压活塞146可以被偏压活塞弹簧144朝向摇臂200向下偏压。弹簧144的偏压力可以被选择为小于低压液压流体施加在主活塞130上的力，其中所述低压液压流体可以通过液压流体供给通道110选择性地被供给到主活塞孔132。
在图1-3和7中示出的系统10的运行参考图2和3说明。参考图2，在发动机运行的第一模式过程中，例如在不需要发动机制动时发动机的正功率运行过程中，电磁阀120(图1和7)可以维持在阻止低压液压流体被提供至主活塞孔132的位置。结果，偏压弹簧144的偏压力可以迫使偏压活塞146向下以使其压靠摇臂200的偏压活塞接触表面240。接着，摇臂200可以顺时针旋转以使得主活塞130被推入主活塞孔132中并且使得间隙空间310被维持在其最大状态。结果，凸轮凸角320可以使减小的量的运动或优选地使没有运动传递至摇臂200，这进而使没有发动机制动气门驱动从主活塞130传递至从活塞160(如图1所示)。
参考图3，在发动机运行的第二模式过程中，例如在发动机的发动机制动运行过程中，电磁阀120可以维持在容许低压液压流体被供给到主活塞孔132的位置。从电磁阀120提供的液压流体可以流动通过控制阀150(图1和7)，所述控制阀150包括止回阀并且只容许流体的单向流动。结果，偏压弹簧144的偏压力被主活塞130施加到摇臂200上的力克服。更特别地，提供至主活塞孔132的液压流体可以使得主活塞130远离主活塞孔的内壁运动，从而使主活塞压靠摇臂200的主活塞接触表面240。接着，摇臂200可以逆时针旋转以使得偏压活塞146抵抗弹簧144的偏压被向上推动，并且使得间隙空间310被消除或处于其最小状态。结果，凸轮凸角320可以使增大的量的运动或优选地使所有的运动传递至摇臂200，这进而使发动机制动气门驱动从主活塞130传递至从活塞160(如图1和7所示)。当希望从发动机运行的第二模式返回到发动机运行的第一模式时，电磁阀120可以关闭，这又可以使控制阀150从壳体100中的供给通道110的部分泄放液压压力。
参考图4和7，系统10的第二实施方式可以包括固定壳体100，所述固定壳体100包括一个或多个内部液压流体供给通道110。供给通道110的第一部分可以从流体供给源330延伸通过液压流体泵340、首先通过开/关电磁阀120并且通过控制阀150。电磁阀120的开/关控制可以选择性地提供低压液压流体至其余的液压流体供给通道110，所述其余的液压流体供给通道110在包括在系统10中的主活塞130、偏压机构140、控制阀150和从活塞160之间延伸。各个前述元件中的三个在图4中示出并且是系统10的一部分。
参考图4-5和7，专用摇臂(其可以是专用发动机制动摇臂)200可以枢转地安装在摇杆轴540上。摇臂200可以包括凸轮滚子220、主活塞接触表面230和偏压活塞接触表面240。包括一个或多个凸轮300的凸轮轴可以邻近摇臂200被可旋转地安装。凸轮300可以包括一个或多个凸角320，它们提供发动机气门驱动动作，例如发动机制动和可选的BGR气门驱动。在发动机运行的第一模式过程中，例如在当系统10提供发动机制动时发动机运行的正功率模式过程中，可以在凸轮300和凸轮滚子220之间提供间隙空间310。在发动机运行的非制动模式过程中间隙空间310可以相等于或大于凸轮凸角320的高度。
固定壳体100可以安装在摇臂200之上并且邻近摇臂200。壳体100可以包括一个或多个液压流体通道110，其特别地将低压液压流体传输至主活塞孔132，主活塞130可滑动地被设于所述主活塞孔132中。
固定壳体100还可以包括偏压机构140，所述偏压机构140包括偏压活塞孔142，偏压活塞146可滑动地被设于其中。偏压活塞146可以具有细长的下部分和上端部分147，并且可以延伸通过壳体100以选择性接触摇臂200的偏压活塞接触表面240。偏压活塞146的上端部分147可以呈杯状以接收偏压弹簧144。上端部分147可以利用偏压活塞孔142的壁形成液压密封并且限定上端部分和偏压活塞孔142的内壁之间的空间149。空间149可以与供给通道110液压连通。偏压活塞146可以被偏压活塞弹簧144朝向摇臂200向下偏压。弹簧144的偏压力可以被选择为小于低压液压流体施加在主活塞130上和/或施加在偏压活塞的内表面148上的力，其中所述低压液压流体可以通过液压流体供给和道110选择性地被供给到主活塞孔132和偏压活塞孔142。
在图4-7中示出的系统10的运行参考图5和6说明。参考图5，在发动机运行的第一模式过程中，例如在不需要发动机制动时发动机的正功率运行过程中，电磁阀120(图4和7)可以维持在阻止低压液压流体被提供至主活塞孔132和偏压活塞孔142中的空间149的位置。结果，偏压弹簧144的偏压力可以迫使偏压活塞146向下以使其压靠摇臂200的偏压活塞接触表面240。接着，摇臂200可以顺时针旋转以使得主活塞130被推入主活塞孔132中并且使得间隙空间310被维持在其最大状态。结果，凸轮凸角320可以使减小的量的运动或优选地使没有运动传递至摇臂200，这进而使没有发动机制动气门驱动从主活塞130传递至从活塞160(如图4所示)。
参考图6，在发动机运行的第二模式过程中，例如在发动机的发动机制动运行过程中，电磁阀120可以维持在容许低压液压流体被供给到主活塞孔132和偏压活塞孔148的位置。从电磁阀120提供的液压流体可以流动通过控制阀150(图4和7)，所述控制阀150包括止回阀并且只容许流体的单向流动。结果，偏压弹簧144的偏压力可以被主活塞130施加到摇臂200上的力克服，和/或被通过通道110供给的低压液压流体施加到空间149中的偏压活塞146上的力克服。更特别地，提供至主活塞孔132的液压流体和提供至偏压活塞孔142中的空间149的液压流体可以使得主活塞130远离主活塞孔的内壁运动，以使得主活塞压靠摇臂200的主活塞接触表面240，并且使得偏压活塞146向上和远离摇臂上的偏压活塞接触表面240运动。接着，摇臂200可以逆时针旋转以使得间隙空间310被消除或设于其最小状态，并且偏压活塞可以被向上推动以使其与摇臂200有微小的接触或优选地没有接触。结果，凸轮凸角320可以使增大的量的运动或优选地使所有的运动传递至摇臂200，这进而使发动机制动气门驱动从主活塞130传递至从活塞160(如图4所示)。当希望从发动机运行的第二模式返回到发动机运行的第一模式时，电磁阀120可以关闭，这又可以使控制阀150从壳体100中的供给通道110的部分泄放液压压力。
对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明范围或精神的情况下，可以作出本发明的改变和变化形式。例如，如图1-7所示的空转系统100的构件和装置仅仅用于示例性的目的。可以设想，根据各种各样的因素、例如发动机的规格，对于适当地运行空转系统所必需的其它构件可以被提供，并且主活塞、从活塞、偏压活塞、控制阀和电磁阀的设置可以被改变。由此，本发明意在覆盖所有这些本发明的改变和变化形式，规定它们属于所附权利要求及其等同物的范围之内。

Claims (8)

1.一种空转气门驱动系统，其包括：
发动机制动壳体；
一个或多个延伸通过所述壳体的液压流体供给通道；
与至少一个所述流体供给通道连通的电磁阀；
可滑动地设于主活塞孔中的主活塞，所述主活塞孔设置在所述壳体中，其中所述主活塞孔与至少一个所述流体供给通道连通；
可滑动地设于从活塞孔中的从活塞，所述从活塞孔设置在所述壳体中，其中所述从活塞孔通过一个流体通道与所述主活塞孔连通；
设于摇杆轴上的发动机制动摇臂，所述摇臂具有主活塞接触表面和偏压机构接触表面；
设于所述壳体中的偏压机构，所述偏压机构包括设于延伸通过所述壳体的偏压活塞孔内的偏压活塞，并且其中所述偏压活塞从所述壳体延伸以与所述偏压机构接触表面接触；
与至少一个所述流体供给通道连通的控制阀；以及
具有适于将发动机制动动作传递给所述摇臂的凸轮凸角的凸轮。
2.如权利要求1所述的空转系统，其特征在于，所述偏压机构包括：
适于将所述偏压活塞朝向所述摇臂的所述偏压活塞接触表面偏压的偏压活塞弹簧。
3.如权利要求1所述的空转系统，其特征在于，至少一个所述液压流体供给通道与所述偏压活塞孔连通。
4.如权利要求1所述的空转系统，其特征在于，所述凸轮凸角是发动机制动凸轮凸角。
5.如权利要求1所述的空转系统，其特征在于，所述凸轮包括制动凸轮凸角和制动气体再循环凸轮凸角。
6.如权利要求1所述的空转系统，其特征在于，所述偏压机构被液压地驱动。
7.如权利要求1所述的空转系统，其特征在于，所述电磁阀与连通至多个主活塞孔的流体供给通道连通。
8.如权利要求1所述的空转系统，其特征在于，所述空转系统还包括与所述一个或多个液压流体通道连接的液压流体的加压源，并且其中所述偏压活塞弹簧施加在所述偏压活塞上的偏压力小于所述液压流体的加压源施加在所述偏压活塞上的压力。
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