CN102414424A - 用于发动机制动和排气提前开启的空动可变气门致动系统 - Google Patents

用于发动机制动和排气提前开启的空动可变气门致动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于致动内燃机排气门以在发动机制动模式的发动机运行期间提供压缩释放致动和在正功率模式的发动机运行期间提供提前排气门开启致动的方法和系统。所述系统可以包括第一凸轮，所述第一凸轮具有压缩释放凸起部分和提前排气门开启凸起部分，所述提前排气门开启凸起部分连接到具有第一摇臂的液压空动系统上。液压方式致动的活塞可以从所述液压空动系统有选择地延伸，以向所述排气门提供压缩释放致动或提前排气门开启致动。液压方式致动的活塞可以作为主-从活塞回路中的从动活塞设置在固定的壳体中，或者，替代地，作为液压活塞可滑动地布置在摇臂中。所述方法和系统还提供与压缩释放致动和提前排气门开启致动相联合的废气再循环和/或制动气体再循环。

Description

用于发动机制动和排气提前开启的空动可变气门致动系统
技术领域
本发明一般地涉及一种用于致动内燃机的一个或多个发动机气门的系统。特别地，本发明涉及一种用于向发动机制动和提前排气开启(EEO)提供可变气门致动(VVA)的空动系统。
背景技术
内燃机通常使用机械、电动或液压-机械气门致动系统致动发动机气门。这些系统可包括由发动机曲轴旋转驱动的推杆、凸轮轴和摇臂的组合。当凸轮轴用于致动发动机气门时，气门致动的正时可以由凸轮轴上的凸起部分的大小和位置固定。
凸轮轴每旋转360度，发动机完成一个由四个冲程组成的全循环，即膨胀、排气、进气和压缩。当活塞从汽缸盖离开且汽缸盖和活塞头部之间的体积增加时，在大部分膨胀冲程期间，进气门和排气门可以被关闭和保持关闭。在正功率运行期间，燃料在压缩冲程过程中燃烧，并且正功率由发动机传递。在下止点(BDC)，膨胀冲程结束，此时，活塞转向。排气门可以在BDC之前为主排气事件开启。在活塞向上运动且驱使燃烧气体离开气缸时，凸轮轴上的凸起部分可以为主排气事件同步开启排气门。在排气冲程快结束时，凸轮轴上的另一凸起部分可以为主进气事件开启进气门，此时，活塞从汽缸盖离开。当活塞位于下止点附近时，进气门关闭，进气冲程结束。当活塞再次向上运动时，对于压缩冲程，进气门和排气门是关闭的。
内燃机的正功率运行需要主进气和主排气门事件。可能希望不需要额外的附加气门事件。例如，在正功率或其他发动机运行模式期间，对于压缩释放发动机制动、泄放发动机制动、废气再循环(EGR)、制动气体再循环(BGR)或其他辅助进气和/或排气门事件，希望致动进气和/或排气门。
关于辅助气门事件，已经使用通过内燃机的废气流量控制，以便提供车辆发动机制动。一个或多个排气门还可以被有选择地开启，以将发动机至少暂时地转变成用于发动机制动操作的空气压缩机。对于压缩-释放类型的制动，这个空气压缩机效应可以通过在活塞上止点位置附近开启一个或多个排气门实现，或者，对于泄放类型的制动，在许多和所有活塞运动过程中，通过保持一个或多个排气门在相对稳定的破裂开启位置中实现。在这两种类型的制动中，发动机可以产生减速力，可以用于帮助使车辆慢下来。这个制动力可以向操作人员提供对车辆增加的控制，并且还可以显著地减小工作制动器的磨损。人们已经知道压缩-释放类型的发动机制动很久了，在Cummins的美国专利No.3,220,392(1965年11月)中已经公开了，以参引的方式合并于此。
一般地，发动机制动系统可以结合压缩-释放制动、泄放制动、废气再循环和/或制动气体再循环的原理控制废气的流动。在压缩-释放发动机制动期间，排气门可以有选择地开启，以至少暂时地将产生功率的内燃机转变成吸收功率的空气压缩机。在压缩冲程期间，活塞向上运动，捕获在气缸中的气体可以被压缩。受到压缩的气体可能抵抗活塞的向上运动。当活塞到达上止点位置时，至少一个排气门可以开启以将气缸中受到压缩的气体释放到排气歧管中，防止存储在受到压缩的气体中的能量在随后的膨胀下行冲程中返回到发动机。在这种做时，发动机可以产生减速功率以帮助使车辆慢下来。
在泄放发动机制动过程中，附加和/或代替发生在活塞的排气冲程期间的排气门事件，在维持三个发动机循环期间(全循环泄放制动)或者在维持三个发动机循环期间的一部分期间(部分循环泄放制动)，排气门可以稍微地保持开启。气缸气体泄放和泄放出气缸可以作用以使发动机减速。通常，在泄放制动操作中，制动阀的初始开启是在压缩上止点之前，即提前气门致动，然后气门升程保持一段时间稳定。这样，泄放类型的发动机制动因提前气门致动而可以需要较小的力致动气门，并且因连续泄放代替压缩-释放类型制动的快速喷出而产生较小的噪音。
废气再循环(EGR)系统可以允许一部分废气在正功率运行期间回流到发动机气缸中。EGR可以用于减小发动机在正功率运行期间产生的NOx。EGR系统还能用于在发动机制动循环期间控制废气歧管和发动机气缸中的压力和温度。通常存在两种类型的EGR系统，内部和外部。外部EGR系统通过进气门将废气再循环回到发动机气缸中。内部EGR系统通过排气门和/或进气门将废气再循环回到发动机气缸中。
制动气体再循环(BGR)系统可以允许一部分废气在发动机制动操作期间回流到发动机气缸中。在进气冲程期间将废气再循环回到发动机气缸中，例如可以增加压缩-释放制动可用的气缸中的气体质量。结果，BGR可以增加从制动事件实现的制动效果。
许多不同的致动系统可以用于有选择地致动发动机气门以产生制动气体再循环和压缩-释放事件。一种已知类型的致动系统是空动系统，在上面提及的Cummins的专利中进行了描述。用于可变气门致动的空动系统的另一实例在Vanderpoel等的美国专利No.7,152,576(2006年12月26日)中公开了，它也以参引的方式合并于此。用于发动机气门致动的具有主要和偏移致动器摇臂的系统的实例在Janak等的美国公开No.2006/0005796(2006年1月12日)中公开了，它也以参引的方式合并于此。
在许多内燃机中，进气门和排气门可以由固定的轮廓凸轮致动，更具体地，由一个或多个作为每个凸轮整体部分的固定的凸起部分或突出部致动。所述凸轮可以包括用于每个凸轮负责提供的气门事件的凸起部分。凸轮上的凸起部分的大小和形状可以规定所述气门升程和由凸起部分所引起的持续时间。例如，用于系统的排气凸轮轮廓可以包括用于制动气体再循环事件的凸起部分、用于压缩-释放事件的凸起部分和用于主排气事件的凸起部分。
还希望在发动机制动期间增加废气歧管中的废气背压。更高的废气背压可能增加发动机气缸中可用于发动机制动的气体质量和压力，并由此增加制动功率。然而，因为施加到排气门的开启力必须超过发动机气缸中因增加的废气背压而增加的压力，增加的废气背压可能不合意地增加用于开启压缩-释放事件所需要的排气门的力。在某种程度上，所述增加的废气背压还可以增加施加到排气门的背部的压力，它可以平衡气缸中增加的压力，并因而减小用于压缩-释放事件的排气门开启机构的负载。
增加废气歧管中的气体压力可以利用限制通过废气歧管的气体流量实现。废气歧管的限制可以通过使用在致动时限制通过废气歧管的全部或不完全地限制通过废气歧管的全部废气流量实现。废气限制器的形式可以是废气发动机制动器、涡轮增压器、可变几何结构的涡轮增压器、具有可变喷嘴涡轮机的可变几何结构的涡轮增压器和/或可以限定废气流量的其他任何装置。
废气制动器通常通过关闭全部或部分废气歧管或管道，由此防止废气漏出而提供限制。当每个气缸处于排气冲程时，这种废气限制可以通过提供背压而在发动机上提供制动效果。例如，Meneely的美国专利No.4,848,289(1989年7月18日)；Schaefer的美国专利No.6,109,027(2000年8月29日)；Israel的美国专利No.6,170,474(2001年1月9日)；Kinerson等的美国专利No.6,179,096(2001年1月30日)；以及Anderson等的美国专利申请公开No.US2003/0019470(2003年1月30日)公开了在使发动机减速中所使用的废气制动器。
涡轮增压器可以类似地限制来自废气歧管的废气流。涡轮增压器常常使用来自废气歧管的高压废气流向涡轮机提供功率。可变几何结构的涡轮增压器(VGT)可以改变高压废气的量，可变几何结构的涡轮增压器(VGT)捕获高压废气以驱动涡轮机。例如，Arnold等的美国专利No.6,269,642(2001年8月7日)公开了一种可变几伺结构的涡轮增压器，其中，受限制的废气的量通过修改涡轮机中叶片的角度和长度进行改变。与发动机制动相关的使用可变几何结构的涡轮增压器的实例在Faletti等的美国专利No.5,813,231(1998年9月29日)、Faletti等的美国专利No.6,148,793(2000年11月21日)和Ruggiero等的美国专利No.6,866,017(2005年3月15日)中公开，它们以参引的方式合并于此。
多年来，存在对用于发动机制动的空动系统进行改进并且随着技术的进展和新问题的解决而仍然持续存在的改进需求。对改进的需求存在许多原因，包括提供用于冷致动和失效安全(failsafe)模式的机械方式驱动的主排气事件、满足负载限值(例如，凸轮赫氏应力)、避免凸轮和滚子之间的分离和冲击载荷、避免桥倾斜、满足排气门落座速度限值和防止气门-活塞接触。在许多电动控制的可变气门致动(VVA)系统中存在气门-活塞接触的风险。例如，如果例如由于溢流孔堵塞或气门弹簧断裂而可能发生的溢流不起作用，提供提前气门开启和峰值升程附近的溢油的空动VVA系统具有提高的气门活塞接触的风险。所述摇臂致动的VVA系统的气门/凸轮升程率比主-从系统更受到气门机构配置的限制。
发明内容
作为对上述挑战的响应，申请人开发了一种用于致动内燃机排气门的创新的系统，所述系统在发动机制动模式的发动机运行期间提供压缩释放致动，并且在正功率模式的发动机运行期间提供提前排气门开启，所述系统包括：第一凸轮，其具有压缩释放凸起部分、提前排气门开启凸起部分和可选的BGR凸起部分；液压空动系统，其可操作地接触所述第一凸轮。所述液压空动系统包括第一摇臂；液压致动的活塞，其从所述液压空动系统延伸，所述液压致动的活塞适于在发动机制动模式的发动机运行期间向所述排气门提供压缩释放致动，并且在正功率模式的运行期间提供提前排气门开启致动；第二凸轮，其具有主排气凸起部分；和主排气摇臂，其可操作地接触所述第二凸轮并且适于向所述排气门提供主排气致动。
申请人还开发了一种用于内燃机排气门的创新的系统，包括：第一动作给予装置，其用于向可选地包括BGR致动的压缩释放发动机制动致动，和提前排气门开口致动给予动作；液压空动系统，其可操作地接触所述用于第一动作给予装置，所述液压空动系统包括第一摇臂；液压致动的活塞，其从所述液压空动系统延伸，所述液压致动活塞适于选择地向所述排气门提供压缩释放发动机制动致动和提前排气门开启致动；第二动作给予装置，其用于向主排气致动给予动作；主排气摇臂，其可操作地接触所述第二动作给予装置；以及用于控制所述液压空动系统以有选择地提供所述压缩释放发动机制动致动和所述提前排气门开启致动的装置。
申请人还开发了一种创新的方法，其用于使用具有压缩释放发动机制动凸起部分和提前排气门开启凸起部分的凸轮致动内燃机排气门，以有选择地提供压缩释放发动机制动致动和提前排气门开启致动，并且具有可选的BGR致动，所述方法包括：从所述凸轮向包括第一摇臂的液压空动系统给予压缩释放发动机制动致动动作和提前排气门开启致动动作；判断所述内燃机释放处于发动机制动模式运行；当所述内燃机处于发动机制动模式运行时，有选择地以液压方式锁定和解锁所述液压空动系统中的液压致动的活塞，以向所述排气门提供压缩释放发动机制动致动；判断所述内燃机是否处于正功率模式运行并且提前排气门开启是否需要；并且当所述内燃机处于正功率模式运行且需要提前排气门开启时，有选择地以液压方式锁定和解锁所述液压空动系统中的液压致动的活塞，以向所述排气门提供提前排气门开启致动。
应当理解的是，上面的概括描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的和解释性的，并且不限制所要求保护的发明。附图合并于此，作为本说明书的组成部分，例示本发明的某实施例并且与详细描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
为了辅助理解本发明，现在参照附图，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。所述附图仅用于示例，不应解释为限制本发明。
图1是显示根据本发明实施例的气门致动系统的示意性框图；
图2是根据本发明示例性实施例的动作给予装置或凸轮的侧视图；
图3是根据本发明实施例的包括两个半摇臂和空动系统壳体的可变气门致动系统的以部分横截面形式的示意性俯视图；
图4是图3中所示的第一摇臂和空动系统壳体的以部分横截面形式的示意性侧视图；
图5是图3中所示的第二摇臂的部分横截面和一部分空动系统壳体的示意性侧视图；
图6是根据本发明替代实施例的包括半摇臂和全摇臂及空动系统壳体的可变气门致动系统的部分横截面的示意性俯视图；
图7是图6的可变气门致动系统的部分横截面的示意性正视图，例示通过全摇臂和叉形伺服活塞与气门桥接触；
图8是根据本发明替代实施例的包括用于与从动活塞或致动器活塞接触的法兰的半摇臂的部分横截面形式的示意性俯视图；
图9是图8中所示半摇臂的部分横截面形式的示意性正视图，其中，从动活塞定位于所述半摇臂法兰上方；
图10是图8中所示半摇臂的部分横截面形式的示意性正视图，其中，致动器活塞定位在所述半摇臂法兰上方；
图11是包括如图10所示致动器活塞的摇臂的部分横截面形式的示意性侧视图，其中，所述摇臂可用于与图8中所示的半摇臂连接；
图12是可用于图11中所示摇臂中的往复阀的部分横截面形式的示意性俯视图；
图13显示根据本发明实施例的具有压缩-释放/EEO凸起部分和BGR凸起部分的辅助凸轮和主排气凸轮的凸轮升程轮廓线；
图14显示根据本发明实施例的可以使用具有空动系统和特定触发气门操作的图13的凸轮升程轮廓线得到的压缩-释放、主排气和BGR排气门升程；
图15显示根据本发明实施例的可使用具有空动系统和第二特定触发气门操作的图13的凸轮升程轮廓线得到的提前排气门开启和主排气门升程；
图16显示根据本发明实施例的可使用具有空动系统和第三特定触发气门操作的图13的凸轮升程轮廓线得到的提前排气门开启和主排气门升程。
具体实施方式
现在详细地参照本发明的实施例，它们的实例例示于附图中。本发明的实施例可以用于在发动机制动模式的发动机运行期间向压缩-释放发动机制动和制动气体再循环提供可变气门致动，以及在正功率模式的发动机运行期间提供提前排气门开启。
图1是显示根据本发明第一实施例的气门致动系统100的框图。气门致动系统100可以包括第一动作给予装置102，例如具有一个或多个凸起部分或突出部的凸轮，其可操作地接触空动系统104，空动系统104又可以可操作地连接到一个或多个发动机气门106。气门致动系统还可以包括第二动作给予装置103，其可操作地连接到所述一个或多个发动机气门106。应当理解的是，任意数量的气门机构元件，例如推管(push tube)、摇臂和或气门桥，在不偏离本发明的意图范围的条件下，可以设置在第一和第二动作给予装置102和103、空动系统104和发动机气门106之间或设置为第一和第二动作给予装置102和103、空动系统104和发动机气门106的一部分。第一动作给予装置102优选可以包括提前排气门开启凸起部分或突出部、压缩释放凸起部分或突出部和可选地BGR凸起部分或突出部，它们可以向空动系统104提供输入动作。由空动系统104有选择地传递到发动机气门106的动作可以用于产生各种气门致动事件，例如但不限于，压缩释放制动事件、泄放制动事件、废气再循环事件、制动气体再循环事件、提前排气门开启事件、提前进气门关闭事件和/或中央提升气门事件。优选地，空动系统104可以通过控制器108接通或切断有选择地传递没有动作、压缩释放动作或者提前排气门开致动作到发动机气门106。第二动作给予装置103还可以提供气门致动事件，例如主排气事件。发动机气门106可以是排气门、进气门或辅助气门。第一动作给予装置102和第二动作给予装置103可以彼此独立地致动发动机气门106。
第一动作给予装置102可以包括凸轮、推管和/或摇臂或它们等同结构的任意组合。空动系统104可以包括将动作给予装置102连接到发动机气门106和有选择地将来自动作给予装置102的动作传递给发动机气门106的任何结构。在某种意义上，空动系统104可以是能够有选择地达到多于一个固定长度的任何结构。例如，空动系统104可以包括机械连杆机构、液压回路、液压-机械连杆机构、电磁连杆机构和/或是与连接动作给予装置102连接到发动机气门106并且达到多于一个操作长度的任何其他连杆机构。当空动系统104结合液压回路，空动系统104可以包括压力调整装置以调整回路中液体的压力或量，例如，如触发阀、止回阀、存储器和/或其他用于从回路中释放液压流体或向回路添加液压流体的装置。空动系统104可以安置在连接动作给予装置102与发动机气门106的气门机构的任意点上。
控制器108可以包括用于与空动系统104连通且控制空动系统104的任何电子、机械和液压装置。控制器108可以包括联结到其他发动机部件的微处理器，以确定和选择空动系统104的适当的即刻长度。通过基于微处理器从发动机部件收集的信息控制空动系统104的即刻长度而可以在多个发动机速度上和多种条件下优化气门致动。优选地，控制器108可以适于在高速(即，一次或多次每发动机循环)下使用高速液压触发阀操作空动系统104。
图2是可用作全部或部分动作给予装置102的凸轮200的示意图。图1的动作给予装置102可以包括凸轮200、摇臂和/或推管。凸轮200可以包括对应于各种气门致动事件的一个或多个凸起部分，例如，压缩释放凸起部分202、提前排气门开启凸起部分204和制动气体再循环凸起部分208。在凸轮200上的凸起部分的描述(例如，数量、尺寸、形状、位置)仅是示例性的，而非限制性的。本发明的几个实施例考虑对主气门开启事件(即主排气或主进气)和辅助气门开启事件，例如压缩释放、提前气门开启和/或制动气体再循环，使用单独的凸轮。
图3是根据本发明第二实施例的可变气门致动系统700的部分横截面形式的示意性俯视图。可变气门致动系统700可以包括分别在第一和第二动作给予装置102和103与排气门716之间延伸的第一和第二气门机构组件。第一气门机构组件可以包括可枢转地安装在摇臂轴718上的第一半(或主排气)摇臂701和正好在第一半摇臂后面可枢转地安装在摇臂轴上的第二半摇臂702，第一半摇臂701和第二半摇臂702一起包括铰接的摇臂。第一半摇臂701可以包括象脚或其他适于通过气门桥714将气门致动动作施加到发动机气门的气门桥接触部分712，发动机气门优选为排气门716。
第二半摇臂702可以包括气门端部部分703，其适于将枢转动作施加到第一半摇臂701以便致动排气门716。第二半摇臂702可以通过弹簧705偏压向第二动作给予装置103，弹簧705可以从在固定发动机部分上设置的固定止挡或法兰762通过推压在第二半摇臂上设置的法兰或接触表面760产生这个偏压力，从而设有第二半摇臂的凸轮滚柱708与第二动作给予装置103保持相对稳定地接触。
可变气门致动系统700的第二气门机构组件还可以包括第三半摇臂704，其可枢转地安装在邻接第一和第二半摇臂701和702的摇臂轴718上。第三半摇臂704可以由第二弹簧707偏压通过主活塞730和杆711，杆711作用在设置于第三半摇臂上的接触表面713上，从而，设有第三半摇臂的第二凸轮滚柱710保持与第一动作给予装置102相对稳定地接触。杆711可以包括接触表面以作用在主活塞730上，主活塞730可滑动地布置在设置于空动系统壳体706中的主活塞缸套732中。液压流体可以提供到主活塞缸套732。空动系统壳体706可以用螺栓或其他连接装置固定到包括排气门716的内燃机上。主活塞缸套732可以由液压流体回路和通道734连接到高速触发阀736和可选择地连接到存储器722和从动活塞720。
在图4中显示第三半摇臂704和空动系统706的相互作用。如图4所示，控制阀或高速触发阀736可以设置在液压回路734中，使得控制阀或高速触发阀736可以控制箱液压回路供给液压流体和从液压回路供给液压流体。进一步地，存储器722可以包括存储器活塞724，存储器活塞724将存储器活塞726偏压到存储器缸套中。类似地，从动活塞弹簧802可以将从动活塞720向上偏压到从动活塞缸套728中，朝向可调整的间隙螺钉804。继续参照图3和图4，当触发阀736维持关闭时，液压流体可以留在液压回路734中，并且防止液压流体流入或流出存储器722，相反地，当触发阀保持开启时，液压流体自由地流出液压回路，流入和流出存储器722。当第一动作给予装置102(示于图3中)引起第三半摇臂704绕摇臂轴718枢转，第三半摇臂上的接触表面可以将主活塞730推压到主活塞缸套中，而这又可以驱使从动活塞720向下移动，与第一半摇臂701形成接触。半摇臂701又可以通过气门桥714作用，以致动或开启排气门716。第一动作给予装置102，例如具有压缩释放发动机制动凸起部分、提前排气门开启凸起部分和/或制动气体再循环凸起部分的凸轮，与触发阀736的有选择的操作相联接，使用第一动作给予装置102可以在发动机制动模式的发动机运行期间能够有选择地提供压缩释放发动机制动和制动气体再循环，且在正功率模式的发动机运行期间提供可变度数的提前排气门开启。
在图5中显示第一和第二半摇臂701和702彼此相互作用和空动系统706。如图5所示，弹簧705可以偏压第二半摇臂702远离第一半摇臂701，并且通过作用在法兰760上而与第二动作给予装置103(显示于图3中)形成接触。弹簧705与法兰760相交的夹角的变化被认为在本发明的范围内。例如，在某些实施例中，弹簧705可以在凸轮滚柱708上方几乎直接向下作用在第二半摇臂702上，以通过减小弹簧-法兰装置的高度而节约空间。当第二动作给予装置103向第二半摇臂702提供例如主排气事件致动的气门致动动作时，第二半摇臂又可以作用在第一半摇臂701上，以致动用于主排气事件的主排气门716。由于第一半摇臂701自由枢转远离第二半摇臂702，空动系统706还可以作用在第一半摇臂701上，以提供气门致动事件，例如独立于第二半摇臂702的枢转的压缩释放发动机制动、制动气体再循环和/或提前排气门开启。
图6是根据本发明第三实施例的可变气门致动系统700的示意性俯视图，其中，相同的附图标记表示相同的元件。可变气门致动系统700的第一气门机构组件可以包括第一(或主排气)摇臂1002，其可枢转地安装在摇臂轴718上。第一摇臂1002可以包括由弹簧705偏压的凸轮滚柱708，弹簧705从固定止挡762压靠在第一摇臂上设置的接触表面760，从而凸轮滚柱维持与第二动作给予装置103相对稳定地接触，例如与在凸轮轴上设置的凸轮相对稳定地接触。第一摇臂1002可以包括气门致动端部1004，气门致动端部1004适于接触和作用在气门桥714上，而气门桥714又可以致动发动机气门，例如排气门716。
图6中所示的可变气门致动系统700的第二气门机构组件还可以包括第三半摇臂704，其可枢转地安装在邻接第一摇臂1002的摇臂轴718上。除从动活塞720的结构外，第三半摇臂704和空动系统706可以包括与上面关于图3-5所描述的可变气门致动系统相同的元件。
图6中所示的从动活塞720可以设计为例如如图7所示。参照图7，从动活塞720可以包括两个叉721，叉721可以从从动活塞在第一摇臂1002的气门端部1004的两个侧部中的一个侧部向下延伸，并且与气门桥714形成接触。在不干扰且独立于第一摇臂1002的操作的条件下，叉形活塞720可以为例如压缩释放发动机制动、提前主排气门开启和/或制动气体再循环施加气门致动动作。
在图8-12中显示本发明的又一可变气门致动系统实施例。参照图8和10，在本发明的第四实施例中，可变气门致动系统700的第一气门机构组件可以包括可枢转地布置在摇臂轴718上的第一半摇臂701，类似于关于图3的描述。第一半摇臂701可以由第二半摇臂(图8中702)作用，以与关于图3所描述的系统相同的方式提供主排气事件。第一半摇臂701可以包括气门-侧部端部，所述气门-侧部端部具有象脚或其他接触表面712，其适于通过气门桥714向排气门716提供排气门致动动作。第一半摇臂701还可以包括侧法兰709，其适于承受来自空动摇臂的排气门致动动作。
继续参照图8连同本发明第四实施例，可变气门致动系统700的第二气门机构组件可以包括空动摇臂900，其可枢转地安装在邻接第一半摇臂701的摇臂轴718上。空动摇臂900可以包括凸轮滚柱910，其适于承受来自第一动作给予装置102的排气门致动动作，第一动作给予装置102可以提供气门致动动作，例如压缩释放发动机制动事件、提前排气门开启事件和制动气体再循环事件所需要的那些气门致动动作。空动摇臂900可以由弹簧972(显示于图11中)偏压向第一动作给予装置102，弹簧972可以通过推压在空动摇臂上设置的法兰或接触表面970从在固定的发动机零件上设置的固定的止挡或法兰974产生该偏压力，从而凸轮滚柱910可以保持与第一动作给予装置102相对稳定地接触。液压致动器活塞960可以设置在空动摇臂900的一个端部中。液压致动器活塞960可以有选择地延伸成接合在第一半摇臂701上设置的侧法兰709。液压回路可以设置在空动摇臂900中，从而液压流体可以有选择地供给到液压致动器活塞960和从液压致动器活塞960排出。液压回路可以包括第一液压通道770，其经由分别设置在摇臂轴718和摇臂轴底座中的液压通道772和774，连接液压致动器活塞960与在邻接摇臂轴底座719中安置的高速触发阀736。触发阀736又可以经由液压通道776连接到存储器722。
液压致动器活塞960可以可滑动地布置在空动摇臂900中的缸套内。液压致动器活塞960的尺寸可以确定成，使得在其缸套926中滑动同时维持与其缸套壁比较可靠的液压密封。竖向可调整的间隙构件或螺钉962(见图10)可以可滑动地接收在致动器活塞960中。液压致动器活塞960的冲程可以通过与间隙构件962上的止挡964接触而进行限制，以便由于第一动作给予装置102而提供稍微大于最大气门升程的行程。
参照图10和11，在本发明的第五实施例中，空动摇臂900可以包括用于接收摇臂轴的中央开口920、用于接收存储器722的第一镗孔(bore)922、用于接收控制阀950的第二镗孔924和用于接收液压致动器活塞960的第三镗孔926，其中用止挡964限制液压致动器活塞的最大冲程。液压回路可以设置在全摇臂900中。液压回路可以包括第一通道930、第二通道932、第三通道934和第四通道936，其中，第一通道930连接中央开口920与第二镗孔924，第二通道932连接中央开口920与第一镗孔922，第三通道934连接第一镗孔922与第二镗孔924，和第四通道936连接第二镗孔924和第三镗孔926。由于存在液压回路，可以从摇臂轴718中的一个或多个液压流体通道(未显示)提供到中央开口的液压流体可以提供到存储器722、控制阀950和液压致动器活塞960。
液压致动器活塞960可以可滑动地布置在第三镗孔926中。液压致动器活塞960的尺寸可以确定成，使得在第三镗孔926中滑动同时维持与第三镗孔壁比较可靠地液压密封。竖向可调整的间隙构件或螺钉962可以可滑动地接收在致动器活塞960中，用止挡964限制液压致动器活塞的最大冲程。
图8和图11中所示的空动摇臂900可以作用在图10中所示的法兰709上，以将气门致动动作通过第一半摇臂701传递到一个或多个发动机气门716上。
在图12中显示上面关于图11所描述的控制阀的实例。参照图12，控制阀950可以包括控制阀活塞952和控制阀弹簧954，控制阀弹簧954将控制阀活塞偏压到第二镗孔924中。控制阀布置于其中的第二镗孔924可以分别连接第一、第三和第四通道930、934和936。液压流体有选择地供给到第一通道930，可以引起控制阀活塞952向弹簧954往复穿梭式地返回，从而控制阀活塞中的环形凹口956将第三通道934放置成与第四通道936液压连通。这样，液压流体由高速触发阀有选择地供给到第一通道930，能够用于将来自存储器722的液压流体有选择地提供到致动器活塞960和/或将液压流体从致动器活塞960有选择地排出到存储器722。当第一通道930中的液压流体压力降低时，控制阀活塞952可以由弹簧954驱使移向第一通道，从而第三通道934和第四通道936之间的液压流体连通被切断，并且致动器活塞960以液压方式地锁定到固定的位置中。
参照图8、10和11，显示第二半摇臂702和第一半摇臂701的相互作用。弹簧可以将第二半摇臂702偏压远离第一半摇臂701，并与第二动作给予装置103形成接触。当第二动作给予装置103向第二半摇臂702提供例如主排气事件致动的气门致动动作时，第二半摇臂又可以作用在第一半摇臂701上以致动用于主排气事件的排气门716。因为第一半摇臂701自由地枢转远离第二半摇臂，全摇臂900也可以通过法兰709作用在第一半摇臂701上以提供气门致动事件，例如独立于第二半摇臂的枢转的压缩释放发动机制动、制动气体再循环和/或提前排气门开启。
参照图8、10-12显示全摇臂900、液压致动器活塞960和第一半摇臂701的相互作用。弹簧972可以将全摇臂900偏压到与第一动作给予装置102形成接触。如图11和图12所示，控制阀950可以在高速电磁触发阀(未图示)的控制下工作，可以设置在包括通道930、932、934和936的液压回路中，使得控制阀可以控制液压流体供给到致动器活塞960和从致动器活塞960供给液压流体。进一步地，存储器722可以包括存储器活塞弹簧724(图4)，其将存储器活塞726(图4)偏压到存储器缸套中。当控制阀950保持关闭时，液压流体可以留在第三镗孔926中，从而防止致动器活塞960被推到第三镗孔中。相反地，当控制阀950保持开启时，液压流体可以自由地流出第三镗孔926，流入和流出存储器722。当控制阀950维持开启和第一动作给予装置102(图8)引起全摇臂900绕摇臂轴718枢转，致动器活塞960被压紧法兰709。因为控制阀950是开启的，然而，致动器活塞960被驱使移到第三镗孔926中，且第三镗孔中的液压流体被推回到液压回路中并被存储器722吸收。当控制阀950是关闭的，然而，且第一动作给予装置102(图3)引起全摇臂900绕摇臂轴718枢转时，致动器活塞960以液压方式地锁定到位置中，且来自动作给予装置的动作通过致动器活塞传递到法兰709并且从法兰传递到第一半摇臂701。半摇臂701又可以通过气门桥714作用以致动或开启排气门716。使用第一动作给予装置102，例如具有压缩释放发动机制动凸起部分、提前排气门开启凸起部分和/或制动气体再循环凸起部分的凸轮，与控制阀950的有选择的操作相联接，可以能够在发动机制动模式的发动机运行期间，有选择地提供压缩释放发动机制动和制动气体再循环，且在正功率模式的发动机运行期间，有选择地提供可变度数的提前排气门开启。
本发明的第六实施例包括第二实施例的改型，其中，关于图3-5所述的固定壳体的空动系统706代替上述的空动摇臂900。在图9中显示第六实施例，其中，相同的附图标记对应关于上述实施例所描述的相同的元件。在本发明的第六实施例中，从动活塞720可以向从第一半摇臂701的侧部延伸的侧部法兰709有选择地提供排气门致动动作，例如那些用于压缩释放发动机制动事件、提前排气门开启事件和/或制动气体再循环，如图9中所示的那样。
图13显示第一凸轮轮廓302、304、306和308对应凸轮200上的凸起部分，且第二凸轮轮廓300具有主排气门凸起部分。第一凸轮轮廓可以用于向第一动作给予装置提供一个或多个辅助排气门致动动作，且第二凸轮轮廓可以用于向第二动作给予装置提供主排气门致动动作。在优选实施例中，凸轮200可以包括压缩释放凸起部分302、具有关闭斜面306的提前排气门开启凸起部分304和制动气体再循环凸起部分308。图3中的第一凸轮轮廓可以包括，自左开始，压缩释放凸起部分302通到提前排气门开启凸起部分304，接着为平坦凸轮部段和关闭斜面306，关闭斜面306在主排气凸轮凸起部分300前面与凸轮基圆相交叉。第一凸轮轮廓还可以包括制动气体再循环(BGR)或废气再循环(EGR)凸起部分308。
图14-16显示排气门升程，其可以使用图13中所示的第一和第二凸轮轮廓结合关于图1和图3-12所述的可变气门致动系统，所述可变气门致动系统可以有选择地将动作从凸轮200传递到排气门。在图14-16中还显示触发阀或控制阀操作以提供三个不同组的排气门致动。在图14-16中，状态“0”表示触发阀或控制阀关闭且空动主-从动系统(图3-7和9)或空动摇臂系统(图8和10-12)处于气门致动动作从第一动作给予装置传递到排气门的状态。状态“1”表示触发阀或控制阀是开启的且空动主-从动系统或空动摇臂系统处于由第一动作给予装置施加的气门致动动作被吸收的状态。
参照图14，在发动制动模式的发动机运行期间且当触发阀或控制阀初始处于“0”状态或关闭时，空动主-从动或摇臂系统可以传递来自压缩释放凸轮凸起部分302(图13)的动作以产生压缩释放气门事件302’。当压缩释放气门事件结束时，在约(0)曲柄转角度数(即，上止点压缩)处，触发阀或控制阀可以被开启以释放主-从回路或致动器活塞中的液压压力且关闭排气门。此后，排气门可以为主排气事件300’而由第二动作给予装置开启。在约(450)曲柄转角度数(即，在凸轮部段306结束后)处，触发阀或控制阀可以再次被关闭，从而空动主-从或摇臂系统可以传递来自制动气体再循环凸起部分(图13)的动作以产生制动气体再循环气门事件308’。根据主-从系统或摇臂系统释放正在被使用，在约(130)和(450)曲柄转角度数之间可以发生再次填充空动液压回路。
参照图15，在第一正功率模式的发动机运行期间且当触发阀或控制阀初始处于状态“1”或是开启的，空动主-从或摇臂系统可以吸收从第一动作给予装置的压缩释放凸轮凸起部分302(图13)承受的动作，从而排气门保持初始的关闭。在经过压缩释放凸轮凸起部分后，在约(0)曲柄转角度数处，触发阀或控制阀可以被关闭，从而空动主-从动或摇臂系统可以传递来自提前排气门开启凸起部分304(图13)的动作以产生提前排气门开启事件304’。此后，来自第二动作给予装置的主排气门动作可以接替以提供主排气门事件300’所需要的其余致动。在约(130)或约(270)曲柄转角度数后，根据是否使用主-从动或摇臂系统，触发阀或控制阀可以再次被开启以再次填充液压回路，从而空动主-从动或摇臂系统可以吸收来自第一动作给予装置的制动气体再循环凸起部分308(图13)的动作。
参照图16，在第二正功率模式的发动机运行期间且当触发阀或控制阀初始处于状态“1”或开启时，空动主-从或摇臂系统可以吸收从第一动作给予装置的压缩释放凸轮凸起部分302(图13)承受的动作，从而排气门保持初始的关闭。在经过压缩释放凸轮凸起部分后，在约(45)曲柄转角度数处，触发阀或控制阀可以被关闭，使得空动主-从动或摇臂系统可以传递来自提前排气门开启凸起部分304(图13)的动作以产生缩短的提前排气门开启事件304”。此后，来自第二动作给予装置的主排气门动作可以接替以提供主排气门事件300”所需要的其余致动。在约(130)或约(270)曲柄转角度数后，根据是否使用主-从或摇臂系统，触发阀或控制阀可以再次被开启以再次填充液压回路，并且使得空动主-从或摇臂系统可以吸收来自第一动作给予装置的制动气体再循环凸起部分308(图13)的动作。
本发明的实施例可以具有许多优点，包括对处理后排放的废气温度控制和/或提高瞬时转矩的涡轮激励，提供可变的发动机制动、制动气体再循环和可变的提前排气门开启。额外优点可以包括为冷致动和失效安全而机械地驱动主排气事件，满足载荷限制，特别是凸轮赫氏应力，避免凸轮和滚柱之间的分离和冲击载荷，避免气门桥倾斜，满足排气门落座速度限制和防止气门-活塞接触。
对本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的保护范围或精神的条件下能够对本发明进行变化和修改。例如，应当理解的是，有选择地控制触发阀或控制阀操作可以产生具有图14-16所示的正时以外的正时的发动机气门致动。进一步地，应当理解的是，关于图1-12所描述的可变的气门致动系统可以用于不仅致动排气门，还可以用于致动进气门和/或辅助发动机气门。因而，如果本发明的所有这种变型和改型落入了所附权利要求及其等同物的保护范围内，本发明意图覆盖它们。

Claims (31)

1.一种用于致动内燃机排气门的系统，以在发动机制动模式的发动机运行期间提供压缩释放致动和在正功率模式的发动机运行期间提供提前排气门开启，所述系统包括：
第一凸轮，其具有压缩释放凸起部分和提前排气门开启凸起部分；
液压的空动系统，可操作地接触所述第一凸轮，所述液压的空动系统包括第一摇臂；
液压方式地致动的活塞，其从所述液压的空动系统延伸，所述液压方式地致动的活塞适于在发动机制动模式的发动机运行期间向所述排气门提供压缩释放致动和在正功率模式的发动机运行期间提供提前排气门开启致动；
第二凸轮，其具有主排气凸起部分；以及
主排气摇臂，其可操作地接触所述第二凸轮并且适于向所述排气门提供主排气致动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述主排气摇臂包括可操作地接触所述第二凸轮的第一半摇臂和可操作地接触所述第一半摇臂的第二半摇臂。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括用于将所述第一半摇臂偏压到与所述第二凸轮接触的装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述液压方式地致动的活塞是从动活塞，
并且其中，所述液压的空动系统还包括：
主活塞，其设置在所述液压的空动系统中；以及
液压回路，其连接所述主活塞和所述从动活塞。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括触发阀，其布置在所述主活塞和从动活塞之间的液压回路中。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括与所述液压回路连通的液压流体存储器。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述第一摇臂包括半摇臂，其具有适于向所述主活塞提供动作的接触表面。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述液压的空动系统相对于所述内燃机至少部分地设置在固定的壳体中。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括从所述第二半摇臂延伸的侧法兰。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
所述液压的空动系统包括液压回路，所述液压回路部分地布置在所述第一摇臂中和部分地布置在邻接所述第一摇臂的摇臂轴底座中。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，
所述液压方式地致动的活塞可滑动地布置在所述第一摇臂中，并且还包括布置在所述液压回路中的控制阀。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括与所述液压回路连通的液压流体存储器。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
所述液压方式地致动的活塞可滑动地布置在所述第一摇臂中，并且所述液压的空动系统包括至少部分地布置在所述第一摇臂中的液压回路。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括在所述第一摇臂中布置的液压流体控制阀，并且其中，所述液压回路在所述液压流体控制阀和所述液压方式地致动的活塞之间延伸。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括布置在所述第一摇臂中且与所述液压回路连通的液压流体存储器。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括用于控制所述液压的空动系统的装置以可替代地提供没有排气门致动，在发动机制动模式的发动机运行期间提供压缩释放致动，和在正功率模式的发动机运行期间提供提前排气门开启致动。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，
所述用于控制所述液压的空动系统的装置还是用于改变提前排气门开启正时的装置。
18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括位于所述第一凸轮上的废气再循环凸起部分或制动气体再循环凸起部分。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括一种用于控制所述液压的空动系统的装置，以可替代地提供没有排气门致动，在发动机制动模式的发动机运行期间提供压缩释放致动，和在正功率模式的发动机运行期间提供具有废气再循环的提前排气门开启致动。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，
所述用于控制所述液压的空动系统的装置还是用于改变提前排气门开启正时的装置。
21.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括一种用于控制所述液压的空动系统的装置，以可替代地提供没有排气门致动，在发动机制动模式的发动机运行期间提供具有制动气体再循环的压缩释放致动，和在正功率模式的发动机运行期间提供提前排气门开启致动。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，
所述用于控制所述液压的空动系统的装置还是用于改变提前排气门开启正时的装置。
23.一种用于致动内燃机排气门的系统，包括：
用于压缩释放发动机制动致动和提前排气门开启致动的第一动作给予装置；
液压空动系统，其可操作地接触所述第一动作给予装置，所述液压空动系统包括第一摇臂；
液压方式地致动的活塞，其从所述液压空动系统延伸，所述液压方式地致动的活塞适于向所述排气门有选择地提供压缩释放发动机制动致动和提前排气门开启致动；
用于主排气致动的第二动作给予装置；
主排气摇臂，其可操作地接触所述第二动作给予装置；以及
用于控制所述液压空动系统以有选择地提供压缩释放发动机制动致动和提前排气门开启致动的装置。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，
所述第一动作给予装置还包括用于制动气体再循环致动的动作给予装置。
25.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，
所述第一动作给予装置还包括用于废气再循环致动的动作给予装置。
26.一种致动内燃机排气门的方法，以使用具有压缩释放发动机制动凸起部分和提前排气门开启凸起部分的凸轮可替代地提供压缩释放发动机制动致动和提前排气门开启致动，所述方法包括：
从所述凸轮向包括第一摇臂的液压空动系统给予压缩释放发动机制动致动动作和提前排气门开启致动动作；
判断所述内燃机是否在发动机制动模式运行；
有选择地以液压方式锁定和解锁在所述液压空动系统中的液压方式地致动的活塞，以在所述内燃机处于发动机制动模式运行时，向所述排气门提供压缩释放发动机制动致动；
判断所述内燃机是否在正功率模式运行和是否需要提前排气门开启；以及
有选择地以液压方式锁定或解锁在所述液压空动系统中的液压方式地致动的活塞，以在所述内燃机处于正功率模式运行和需要提前排气门开启时，向所述排气门提供提前排气门开启致动。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括步骤：
从所述凸轮向所述液压空动系统给予制动气体再循环致动；以及
有选择地以液压方式锁定或解锁在所述液压空动系统中的液压方式地致动的活塞，以在所述内燃机处于发动机制动模式运行时，向所述排气门提供制动气体再循环致动。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括步骤：
从所述凸轮向所述液压空动系统给予废气再循环致动；以及
有选择地以液压方式锁定或解锁在所述液压空动系统中的液压方式地致动的活塞，以在所述内燃机处于正功率模式运行时，向所述排气门提供废气再循环致动。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括步骤：
从所述凸轮向所述液压空动系统给予制动气体再循环致动；以及
有选择地以液压方式锁定或解锁在所述液压空动系统中的液压方式地致动的活塞，以在所述内燃机处于发动机制动模式运行时，向所述排气门提供制动气体再循环致动；
从所述凸轮向所述液压空动系统给予废气再循环致动；以及
有选择地以液压方式锁定或解锁在所述液压空动系统中的液压方式地致动的活塞，以在所述内燃机处于正功率模式运行时，向所述排气门提供废气再循环致动。
30.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，
所述以液压方式致动的活塞在主-从活塞回路中是从动活塞。
31.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，
所述以液压方式致动的活塞可滑动地布置在所述第一摇臂中。
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