CN102203478A - 气门机构的油控制系统以及油控制阀 - Google Patents

气门机构的油控制系统以及油控制阀 Download PDF

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Abstract

提供了一种液压控制系统(10)，该液压控制系统具有油控制阀(20)以控制气门机构内的油流。控制阀(20)基于来自该控制阀(20)的流体的压力来改变流率，从而将发动机部件(16A)从第一位置致动至第二位置。改变经过控制阀(20)的流率包括：增加经过控制阀(20)的流率，以将压力增加至第一水平级，从而将所述发动机部件(16A)致动至所述第一位置。在致动所述发动机部件(16A)之后，将经过所述控制阀(20)的流率保持在一足以使所述发动机部件(16A)保持在第一位置中的水平级。为了将发动机部件(16A)致动至第二位置，随后减小经过所述控制阀(20)的流率。然后将经过所述控制阀(20)的流体流率保持在一足以使所述发动机部件(16A)保持在第二位置中的水平级。

Description

气门机构的油控制系统以及油控制阀
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年7月22日提交的美国临时申请61/082,575的优先权，该临时申请作为参考整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于气门机构的油控制系统，尤其涉及用于减小气门机构的油耗的装置和方法。
背景技术
发动机的液压控制系统将油供给至各种发动机部件，并且还可包括控制加压油的油控制阀，该加压油例如可用于在发动机气门机构系统中切换挺柱、切换摇臂和切换间隙调节器时切换锁止销(latch pin)。气门致动系统包括气门去激励装置和可变气门提升系统，但不局限于此。
气门挺柱是传输凸轮运动的发动机部件，该凸轮运动控制发动机中的排气门和进气门的打开和关闭。间隙调节器和摇臂也可用于改变发动机内的排气门和进气门的提升曲线。除了改变气门升程，可变气门致动系统可选择性地激励或去激励发动机气门。当对发动机的动力需求减小时，发动机气门被去激励或锁止，从而使发动机中的一些气缸不能操作。通过去激励气缸(使气缸停止工作)，可提高发动机的燃料效率。
发动机的油控制阀必须以最少的响应时间来操作，以使发动机的效率最大化和增加发动机的耐久性。锁止销切换响应时间包括锁止销起动响应时间和锁止销停止(工作)响应时间。在可变气门致动系统中，用于气门致动的有限时间窗是关键性的并必须被最小化。另外，当由于温度和发动机速度而使系统内的流率和压力变化以致动所述气门时，流至所有的系统部件的油流率同样受到影响。
发明内容
本发明提供了一种液压控制系统，用以减小发动机气门机构的油耗。该液压控制系统包括油贮存器和油泵，该油泵与油贮存器流体连接，以便将油从贮存器泵送至至少一个发动机部件。
油控制阀与油贮存器流体连接，所述油泵包括限定出第一腔、第二腔和第三腔的壳体。该壳体的壁设置于第一腔与第二腔之间。该壁限定出一孔，该孔具有成角度的/倾斜的边缘，从而形成阀座。在该壳体上安装有膜片并且该膜片在第二腔与第三腔之间形成一壁。一提动阀芯(poppet)安装在该膜片上。提动阀芯延伸经过所述孔，并且能够根据第一腔、第二腔和第三腔内的压力的改变而相对于阀座移动。另外，一电磁阀选择性地将第一腔流体连接至第三腔。
一种控制气门机构内的油流动的方法包括：将流体从流体贮存器泵送至控制阀，以及改变经过所述控制阀的流率，使得流体在第一压力下进入控制阀并在第二压力下从控制阀流出。来自控制阀的流体被引导至气门机构的至少一个发动机部件。基于来自控制阀的第二压力，所述发动机部件被从第一位置流体致动至第二位置。
改变经过控制阀的流率包括：增加经过控制阀的流率，以使第二压力增加至第一水平级，这将发动机部件致动至第一位置。在发动机部件被致动之后，将经过控制阀的流率保持为使得第二压力处于小于第一水平级并且足以使发动机部件保持在第一位置的第二水平级。为了将发动机部件致动至第二位置，减小经过控制阀的流率，以将第二压力减小至第三水平级。然后将经过控制阀的流体流率保持为使得第二压力处于小于第二水平级并且足以使所述至少一个发动机部件保持在第二位置的第四水平级。
结合附图，从下面对实施本发明的最佳模式的详细说明中易于显见本发明的上述特征和优点以及其它的特征和优点。
附图说明
图1是液压控制系统的示意图；
图2是用于图1中液压控制系统的在供给通道和控制通道内的压力与时间的关系曲线；
图3是与图1和2的液压控制系统一起使用的可变流量阀的示意性截面图。
具体实施方式
参考图1，其中在各附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，示出一液压控制系统10。液压控制系统10包括油贮存器12和油泵14。油泵14将油从油贮存器12泵送至各种发动机部件16。发动机部件16包括至少一个发动机部件16A，该发动机部件16A包括锁止销18以用于在接合位置与分离位置之间致动所述至少一个发动机部件16A。所述至少一个发动机部件16A可以是间隙调节器、气门挺柱、或摇臂。虽然下面描述的实施例是参照一个锁止销18，但一次也可致动多个锁止销18。发动机部件16还包括其它的气门机构部件如轴承。
如下所述，通过液压控制系统10致动锁止销18在所述至少一个发动机部件16A内的接合和分离。例如，如本领域技术人员已知的，所述至少一个发动机部件16A是改变发动机进气门和排气门的提升特性的间隙调节器。来自油泵14的油经过油控制阀组件20流至包括所述至少一个发动机部件16A的发动机部件16，然后返回油贮存器12。
油控制阀组件20包括电磁阀22和可变流量阀24。油控制阀组件20改变从油供给通道26流至控制通道28的流率，从而改变控制通道28内的压力。控制通道28内压力的变化会使锁止销18接合或分离。在返回油贮存器12之前，来自控制通道28的油流也流至其它的发动机部件16。
参考图1和2，进一步详细解释油控制系统10的操作方法。油在第一压力P1下从供给通道26进入可变流量阀24。油流经过可变流量阀24被引导至处于第二压力P2下的控制通道28。控制通道28的第二压力P2是一足以用于润滑发动机部件16的压力。在控制通道28内，用于润滑和确保发动机部件16性能的示例性的保持压力是5-12psi。当油在压力P2下进入发动机部件16时，可变流量阀24增大或减小流量，以便在可变流量阀24内达到压力平衡的平衡状态。
电磁阀22包括电磁线圈23。当电磁阀22的电磁线圈23被通电时，开启通至电磁阀22的旁路30。来自供给通道26的油经过电磁阀22流至可变流量阀24内的腔32中。腔32内的增大的压力使可变流量阀24内部的压力平衡的平衡状态明显偏移，并且调节可变流量阀24以增加从供给通道26流至控制通道28的流率。进入控制通道28的流率的突然增加致使控制通道28内的压力增加，其导致足够的压力以致动锁止销18。对锁止销18的致动将锁止销18从第一位置移动至第二位置。在示出的实施例中，锁止销18为通常处于接合状态的销，并且锁止销18的从第一位置至第二位置的致动使所述销从接合位置移动至分离位置。对于所示实施例，锁止销18的分离压力PDIS的一示例为15-20psi。这由图2的虚线示出。由于从供给通道26进入控制通道28的流率突然增加，因此控制通道28的压力P2将增加至远超过锁止销18的分离压力PDIS的第一水平级。控制通道28内的压力增加速度由图2中的P2的斜率示出。压力的过度升高使得控制通道28增加到分离压力PDIS所需的时间减少。亦即，压力增加速度(P2的斜率)更陡，更快地达到分离压力PDIS以及更快速地致动锁止销18。因此，减少了致动锁止销18的行程时间。
一旦锁止销18分离，则不需要保持控制通道28内的较高压力P2的、从供给通道26流至控制通道28的增加的流率。这个较高的压力增加了经过发动机部件16和返回贮存器12的油流量，这降低了发动机效率。然而，必须将控制通道28内的压力P2保持为大于用于锁止销18的接合压力PDIS，从而通常处于接合状态的锁止销18保持在第二位置中，在本实施例中该第二位置是分离位置。当控制通道28内的压力P2增大时，可变流量阀24在负载减小的弹簧58、腔32内的作用在膜片52上的压力和腔24内的作用在膜片52上的压力之间重新建立平衡力。来自第一腔42和第二腔44的压力也作用在提动阀芯50上。将从供给通道26流至控制通道28的流率确定为使得控制通道的压力P2处于第二水平级。该流率大于当电磁阀22不工作以及旁路30关闭时的流率。然而，可变流量阀24也允许将流率确定成使得控制通道28内的处于第二水平级的压力P2仅略微大于将锁止销18保持在第二位置中所需要的压力。在示出的实施例中，控制通道28处在大致为30psi的压力下，而用于将锁止销18保持在第二位置的压力为25psi。产生这个压力的流率能被保持，直到需要使锁止销18返回第一位置时为止，在这个实施例中该第一位置是接合位置。可变流量阀24允许将流至控制通道28的流率确定为较低的流率，导致控制通道28内较低的压力。因此，经过所有发动机部件16的油流量减小，在使锁止销18已移动至第二位置之后以及在使锁止销18返回第一位置之前，发动机部件16的油耗减小。
在需要锁止销18再次接合时，用于电磁阀22的电磁线圈23被断电。电磁阀22切换至排放位置。从供给通道26通至腔32的旁路30被关闭。然而，腔32现在经过电磁阀22通向排放管道34。腔32内的油排出返回至油贮存器12。腔32内突然的压力损失致使可变流量阀24内的力平衡将提动阀芯50朝向阀座46偏压，从而切断至第二腔44和控制通道28的流。因此，控制通道28内的压力下降至第三水平级。与使锁止销18分离时相类似，控制通道28内压力的变化比移动锁止销18所需的压力变化更大。因此，减少了再次接合锁止销18的致动时间。另外，因为在此之前可变流量阀24允许将控制通道28内的压力P2保持为仅略微大于锁止销18的分离压力PDIS，所以迅速达到锁止销18的接合压力PENG，这也减少了致动时间。
一旦锁止销18接合，则可变流量阀24在负载增大的弹簧58、第三腔32内的作用在膜片52上的较低压力和第二腔44内的也作用在膜片52上的压力P2之间再次建立平衡力。来自第一腔42和第二腔44的压力也作用在提动阀芯50上。流率固定在第四水平级，该第四水平级保持压力足以维持发动机的性能以及润滑发动机部件16。如上所述，在图2中示出的实施例中，流率使得控制通道28内的压力P2大致为10psi。
尽管上面的实施例被描述为具有带有通常处于接合状态的锁止销18的至少一个发动机部件16A，该锁止销18可利用油控制阀20分离，但是所述至少一个发动机部件16A可选地可为与油控制阀20接合的、通常处于分离状态的销18。本领域技术人员应了解所述至少一个发动机部件16A和锁止销18的基于使用它们的发动机和油控制系统10的适合的布置方式。
参考图3，示出可变流量阀24的一实施例。该可变流量阀包括限定出第一腔42和第二腔44的壳体40。通过将第一腔42与第二腔44分开的壁48限定出孔46。油在第一压力P1下从供给通道26进入第一腔42并经过该孔流至第二腔44，第二腔44处于第二压力P2下并与控制通道28相连接。在示出的实施例中，孔46具有由壁48限定出的成角度的边缘，所述边缘用作提动阀芯50的座部。也可利用孔46的用于形成阀座的其它布置结构，如壁48可以是平的或形成其它形状以用于形成阀座。给定可变流量阀24的应用和规格，本领域技术人员应了解用于阀座的适合的布置方式。
提动阀芯50安装在膜片52上。膜片52置于第二腔44与第三腔32之间。膜片52将第二腔44与第三腔32密封隔开并允许提动阀芯50沿轴线A运动。阻尼器56安置在提动阀芯50的相对端，并用于使提动阀芯50由于第一腔42、第二腔44和第三腔32之间的压力变化而导致的振动衰减。在示出的实施例中，示出的阻尼器56为流体阻尼器56。然而，如本领域技术人员已知的，可利用其它类型的阻尼器。弹簧58置于第三腔32中并将提动阀芯50偏压至如图3中所示的中立打开位置。弹簧58作用在支承件60上，支承件60固定在膜片52上并且保护膜片52。
如上所述，并且参照图1和2，来自供给通道26的流体进入第一腔42并经过孔46流入第二腔44中，在第二腔44中流体随后离开流量控制阀24进入控制通道28。当电磁阀22的电磁线圈23通电时，开通旁路30，流体也经过第一腔42从供给通道26流入旁路30中并经过电磁阀22流至第三腔32。第三腔32内的压力增大并且在第二腔44与第三腔32之间产生的压差导致力平衡方程不平衡并在膜片52上产生偏压力。因此，流入第三腔32中的油迫使膜片弯曲并使提动阀芯50沿轴线A轴向移动，以将孔46打开至更大程度和增加从第一腔42流至第二腔44的流率。因此，当电磁阀22被起动时，从供给通道26至控制通道28的流量增加。另外，由于孔46的直径大于电磁阀22内部的阀座(未示出)的直径，所以较小的磁线圈23就足以使电磁阀22通电。因此，减少了磁线圈23所需的铜的量、至电磁阀22的电流以及打开电磁阀22所需的油压力的量。由于孔46的尺寸允许流至控制通道28的流体流率增加，所以与流至控制通道28的流率较小的系统相比较，这也增加了锁止销18运动的速率以及增加了在油控制系统10上从PDIS至PENG的压力升高(P2的斜率)。
在流体初始流入第三腔32之后，施加在膜片52上的力会平衡。可变阀24将在一位置处稳定，与当电磁阀22不通电时相比较，该位置允许增加的流量从第一腔42流至第二腔44。在平衡位置中压力的增加基于力平衡方程。力平衡方程为：弹簧58的力加上膜片52面积乘以第三腔32内的压力所得到的力再减去由孔46的面积乘以控制通道28的压力P2所得到的力，就等于由孔46的面积乘以供给通道26的压力P1所得到的力加上膜片52的面积乘以控制通道28的压力P2所得到的力。这通过下面的力平衡方程来表示：
F(弹簧58)+F((膜片52的面积)×P(腔32))-F((孔46的面积)×P2)＝F((孔46的面积)×P1)+F((膜片52的面积)×P2)
当电磁阀断电时，旁路30与第三腔32流体断开。第三腔32内的流体经过排放管道34(图1中示出)流出至油贮存器12。流出第三腔32的油流使第三腔32内的压力和第二腔44内的流体压力P2降低，致使提动阀芯50沿轴线A轴向移动，从而减少经过孔46的流量。由于在膜片52两侧上的过度的压力差和力平衡方程的不平衡，提动阀芯将暂时关闭孔46。当第二腔44中的压力P2下降时，提动阀芯开始重新打开直到力平衡方程恢复至平衡。弹簧58防止第一腔42中的流体压力P1将孔46保持闭合。流体持续从第一腔42流至第二腔44，尽管流率与以前相比减小。提动阀芯50再次处于图3中所示的位置，该位置允许流体以足够的速率流入控制通道28内，以保持润滑发动机部件16所需的最小压力P2。
尽管已详细描述了用于实现本发明的最好模式，但熟悉与本发明相关的领域的技术人员应认识到在所附权利要求范围内的用于实施本发明的各种可选的设计和实施例。

Claims (14)

1.一种油控制阀(20)，包括：
壳体(40)，所述壳体(40)限定出第一腔(42)、第二腔(44)和第三腔(32)；
所述壳体(40)的壁(48)，所述壁(48)设置于所述第一腔(42)与第二腔(44)之间，其中所述壁(48)限定出孔(46)；
膜片(52)，所述膜片(52)安装在所述壳体(40)上并在所述第二腔(44)与第三腔(32)之间形成壁(48)；
阀元件(50)，所述阀元件(50)安装在所述膜片(52)上，其中所述阀元件(50)延伸穿过所述孔(46)，并根据所述第一腔(42)、第二腔(44)和第三腔(32)中的至少一个内的压力变化而能相对于所述孔(46)移动；以及
电磁阀(22)，所述电磁阀(22)流体连接到所述第一腔(42)和所述第三腔(32)。
2.根据权利要求1所述的油控制阀(20)，其特征在于，所述壁(48)在所述孔(46)处限定出成角度的边缘，所述成角度的边缘形成用于所述阀元件(50)的阀座。
3.根据权利要求2所述的油控制阀(20)，其特征在于，当所述电磁阀(22)使所述第一腔(42)与所述第三腔(32)流体连接时，所述阀元件(50)相对于所述阀座处于第一位置，当所述电磁阀(22)使所述第一腔(42)与所述第三腔(32)流体断开时，所述阀元件(50)相对于所述阀座处于第二位置。
4.根据权利要求2所述的油控制阀(20)，其特征在于，所述第一腔(42)内的流体处于第一压力，所述第二腔(44)内的流体处于第二压力，其中所述第二压力低于所述第一压力，所述第一腔(42)与所述第二腔(44)之间的压力差沿着第一方向朝向所述阀座偏压所述阀元件(50)。
5.根据权利要求4所述的油控制阀(20)，其特征在于，所述油控制阀(20)还包括设置于所述第三腔(32)内的弹簧(58)，以沿着第二方向远离所述阀座偏压所述阀元件(50)。
6.根据权利要求4所述的油控制阀(20)，其特征在于，当所述电磁阀(22)使所述第一腔(42)与所述第三腔(32)流体连接时，所述第二压力处于第一水平级，当所述电磁阀(22)使所述第一腔(42)与所述第三腔(32)流体断开时，所述第二压力处于低于所述第一水平级的第二水平级。
7.根据权利要求1所述的油控制阀(20)，其特征在于，当所述第一腔(42)与所述第三腔(32)流体断开时，所述电磁阀(22)将所述第三腔(32)流体连接至排放管道。
8.根据权利要求1所述的油控制阀(20)，其特征在于，所述阀元件(50)连接至带有阻尼器的所述壳体(40)。
9.一种控制气门机构内的油流动的方法，包括：
将流体从流体贮存器(12)泵送至控制阀(20)；
改变经过所述控制阀(20)的流率，使得流体在第一压力下进入所述控制阀(20)并在第二压力下从所述控制阀(20)流出；
将流体从所述控制阀(20)引导至所述气门机构的至少一个发动机部件(16A)，其中根据所述第二压力将所述至少一个发动机部件(16A)从第一位置流体致动至第二位置；以及
其中，改变经过所述控制阀(20)的流率包括：
增加经过所述控制阀(20)的流率，以将所述第二压力增加至第一水平级，从而将所述至少一个发动机部件(16A)致动至所述第一位置；
保持经过所述控制阀(20)的流率，使得所述第二压力处于第二水平级，所述第二水平级小于所述第一水平级并且足以将所述至少一个发动机部件(16A)保持在所述第一位置；
减小经过所述控制阀(20)的流率，以将所述第二压力减小至第三水平级，从而将所述至少一个发动机部件(16A)致动至所述第二位置；以及
保持经过所述控制阀(20)的流率，使得所述第二压力处于第四水平级，所述第四水平级小于所述第二水平级但大于所述第四水平级并且足以使所述至少一个发动机部件(16A)保持在所述第二位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，改变经过所述控制阀(20)的流率还包括：通过使阀元件(50)相对于设置在所述第一腔(42)与所述第二腔(44)之间的阀座移动，将所述控制阀(20)内的流体从处于所述第一压力下的第一腔(42)引导至处于所述第二压力下的第二腔(44)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，改变经过所述控制阀(20)的流率还包括：起动电磁阀(22)，以使所述第一腔(42)与所述第三腔(32)流体连接，从而使所述阀元件(50)沿第一方向远离所述阀座移动，以将所述第二压力增加至所述第一水平级，然后将所述第二压力保持在所述第二水平级。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，改变经过所述控制阀(20)的流率还包括：使电磁阀(22)停止工作，以使所述第一腔(42)与所述第三腔(32)流体断开，从而使所述阀元件(50)沿第二方向朝向所述阀座移动，以将所述第二压力减小至所述第三水平级，然后将所述第二压力保持在所述第四水平级。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括使由所述第一腔(42)与所述第二腔(44)之间的压力的变化而导致的所述阀元件(50)的振动衰减。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，保持经过所述控制阀(20)的流率，使得所述第二压力处于第二水平级，以将所述至少一个发动机部件(16A)保持在所述第一位置还包括：将通常处于接合状态的间隙致动器保持在分离位置；保持经过所述控制阀(20)的流率，使得所述第二压力处于第四水平级，以使所述至少一个发动机部件(16A)保持在所述第二位置还包括：将所述通常处于接合状态的间隙致动器保持在接合位置。
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