CN102733881B - 用于发动机的气门系统和控制气门运行的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种向发动机的一个或多个气门提供关闭力的气门系统。在一个示例中，该系统包括经由双向油通道与第二挺柱孔腔流体连通的第一挺柱孔腔。该系统可提供气门关闭力以协助联接至挺柱孔腔的气门的关闭，从而降低所需的气门弹簧力。
Description
技术领域
本说明涉及气门开启和关闭的控制。
背景技术
通过定位在汽缸的进气和排气口内的提升气门可控制内燃发动机的汽缸进气和排气事件。通过由凸轮轴的凸轮凸角提供的机械力可以开启这些提升气门。当气门或自气门的延伸件(例如挺柱)遇到凸轮轴的基圆部分时气门关闭。气门可由于联接至气门杆的气门弹簧的弹簧力而关闭。通常具有液压阻尼机构以减少由于高气门关闭力引起的气门机构组件的噪声和磨损。这种阻尼机构可包括容纳气门杆的一个充油腔室以提供抵抗气门的关闭力的压力并且使气门软着陆。
发明内容
本发明人在此已认识到上述方法的多个问题。因为弹簧振动和由于汽缸盖端口压力引起的压力可降低施加的关闭气门的力，所以要求的静态弹簧力可以大于关闭气门的最小力。结果，当想要关闭气门时它可能会保持开启。然而，增加弹簧力以抵消汽缸端口压力会导致额外的问题。在要求高RPM能力的发动机中，可选择更高的弹簧力以控制随角速度的平方增加的动态力。这些较高的弹簧力会在正常、较低RPM操作范围内导致增加且不必要的驱动扭矩。结果，燃料经济性和组件耐久性可能被损害。此外，对于由于强制进气(forcedinduction)而在进口或排气口由要求较高端口压力的发动机，弹簧力还可更高以便抵消更高的端口压力并关闭气门。较高的弹簧压力会导致在低负载、低压力区域的发动机运行范围中增加且不必要的驱动扭矩。因此，当施加较高的弹簧力以关闭气门时，通过发动机增压提供的发动机效率的改善会在一定程度被抵消。
在一个示例中，上述问题可以通过一种发动机气门系统至少部分地解决，所述系统包括第一汽缸的第一挺柱孔腔和第二汽缸的第二挺柱孔腔，及与第一挺柱孔腔和第二挺柱孔腔流体连通的双向油通道。
以此方式，油可在第一和第二挺柱孔腔之间的油通道中流动以向挺柱孔腔中的气门提供附加的关闭力。例如，第一和第二汽缸在发动机的点火次序上相差180度曲轴转角的倍数。结果，当在第一挺柱孔腔内的第一气门开启时，在第二挺柱孔腔内的第二气门关闭。在第一气门开启时，油可以通过双向油通道从第一挺柱孔腔流到第二挺柱孔腔。在第二挺柱孔腔内增加的油可以提供关闭第二气门的关闭力。本公开可提供几个优点。具体地，通过由双向油通道提供附加的关闭力，可降低气门关闭所要求的弹簧力，从而改善在特定的发动机工况中的燃料经济性和组件耐久性。此外，在挺柱孔腔中的油可以提供阻尼机构以使关闭的气门柔和地落座并改善组件的耐久性。此外，因为在挺柱内的油压力随着发动机的转速增加，可在期望较高的气门关闭力的较高发动机转速下提供较高的气门关闭力。
提供一种控制气门运行的方法。该方法包括从第一汽缸的第一挺柱泵油至第二汽缸的第二挺柱而未将油返回至油底壳；并且从第二汽缸的第二挺柱泵油至第一汽缸的第一挺柱而未将油返回至油底壳。在该方法中，其中油通过第一单向油通道在第一方向上被泵送，并且其中油通过第二单向油通道在第二方向上被泵送，第二方向不同于第一方向；其中油通过由凸轮轴提供的力泵送。该方法进一步包括基于发动机温度限制第一和第二挺柱中的油压；当从第一汽缸的第一挺柱泵油到第二汽缸的第二挺柱而未将油返回至油底壳时，基于发动机的温度限制发动机转速。
在另一示例中，该方法进一步包括当从第一汽缸的第一挺柱泵油至第二汽缸的第二挺柱而未将油返回到油底壳时，基于油的压力限制发动机转速。
在另一示例中，一种用于控制气门运行的方法包括经由在第一汽缸的第一挺柱和第二汽缸的第二挺柱之间流体连通向第一汽缸的第一气门施加关闭力；及经由在第二汽缸的第二挺柱和第一汽缸的第一挺柱之间流体连通向第二汽缸的第二气门施加关闭力；其中经由双向油通道向第一气门施加关闭力。
在另一示例中，该方法进一步包括响应于发动机转速调节双向油通道内的发动机油的压力，进而调节第一气门的阻尼。
在另一示例中，经由凸轮凸角开启第二汽缸的气门启动至第一气门的关闭力，其中第一和第二汽缸在发动机的燃烧次序上相差90度曲轴转角的倍数。
在另一示例中，经由在容纳第一挺柱的第一挺柱孔腔和容纳第二挺柱的第二挺柱孔腔之间的单向油通道施加关闭力至第一气门。
当独立或结合附图时，可从以下具体实施例的描述中容易地看出本说明的上述优点和其他优点，以及特征。
应该理解，上面提供的发明内容是为了引入具体实施例中进一步模式的一些概念的简化形式。这不是为了指明出本发明所要求的主旨的关键或重要特征，本发明的范围由仅权利要求限定。而且，本发明所要求保护的主题不限于解决任何上述缺点或本公开任何部分中提到的缺点的实施方式。
附图说明
图1是发动机的示意图。
图2A和图2B示意性地示出根据本公开的一个示例的多种运行状态中的气门系统。
图3A-图3D图示说明用于发动机的两个气门的示例气门关闭力。
图4是在四汽缸发动机的运行中相关信号的示例绘图。
图5是在六汽缸发动机的运行中相关信号的示例绘图
图6-图10图示说明根据本公开的多种示例的发动机气门系统。
图11是描绘提供气门关闭力的示例方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及运行内燃发动机的气门系统的系统及方法。在一个非限性示例中，发动机可被配置为如图1所示。此外，如图2A-图2B和图5-图8中所示的气门系统的多种示例可以是图1的发动机的一部分。
气门关闭力可根据图3A-图3B中描述的系统和图9中图示说明的方法被提供，图9示出了提供气门关闭力的示例方法。图4图示说明根据图9的方法在发动机运行中相关的信号。
图1是示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，发动机10可被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过车辆驾驶员132经输入装置130的输入而被控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和产生比例踏板位置信号PP的的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30可以包括具有活塞36定位在其中的燃烧室壁32。活塞36可被联接至曲轴40以将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统被联接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以通过飞轮被联接至曲轴40以实现发动机10的起动操作。
燃烧室30可通过进气通道42从进气歧管46接收进气，并且可通过排气通道48排出燃烧气体。进气歧管46和排气通道48分别通过进气门52和排气门54选择地与燃烧室30连通。在一些示例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
在运行中，发动机10内的每个汽缸一般经受四个冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、及排气冲程。在进气冲程中，一般地，排气门54关闭，进气门52开启。空气通过进气歧管46被引入燃烧室30，并且活塞36移动到汽缸的底部以便增加燃烧室30的容积。活塞36接近汽缸底部并且在其冲程的末期所在的位置(例如当燃烧室30处于其最大体积时)一般被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程中，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝汽缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程的末期并且最接近汽缸盖的点(例如当燃烧室30在其最小容积时)一般被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文被称为点火的过程中，喷射的燃料通过已知的点火装置如火花塞92点火，导致燃烧。在膨胀冲程中，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞的运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程中，排气门54开启以释放燃烧的空燃混合物至排气歧管48，并且活塞返回至TDC。注意上述仅作为示例被示出，并且进气门和排气门的开启和/关闭正时可被改变，如提供正或负气门重叠，延迟进气门关闭，或多种其他的示例。
在该示例中，进气门52和排气门54可通过对应的致动系统51和53由凸轮致动系统控制，其可通过挺柱58和59传递力至进气门和/或排气门。每个凸轮致动系统51和53可包括一个或多个凸轮，并且可利用如下的一个或多个系统：凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统，这些系统可由控制器12控制以改变气门的运行。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在替代的示例中，进气门52和/或排气门54通过电动气门致动系统控制。例如，汽缸30可以替代地包括经由电动气门致动系统控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动系统控制的排气门。
燃料喷射器66被示出直接联接至燃烧室30，用于与经电子驱动器68从控制器接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地向其中直接喷射燃料。以此方式，燃料喷射器66提供所谓的燃料直接喷射至燃烧室30。例如，燃料喷射器可被安装在燃烧室的侧面或者在燃烧室的顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵、及燃料导轨的燃料系统(未示出)被输送到燃料喷射器66。在一些示例中，燃烧室30可替代地或附加地包括设置在进气歧管46中的燃料喷射器，其被配置为提供所谓的燃料进气道喷射至燃烧室30上游的进气口。
进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在这个具体的示例中，节流板64的位置可由控制器12通过提供至包括有节气门62的电动马达或致动器的信号被改变；一种配置是一般被称作电子节气门控制(ETC)。以此方式，可操作节气门62改变提供至燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64的位置可通过节气门位置信号TP提供至控制器12。进气通道42可包括提供对应信号MAF和MAP至控制器12的空气质量流量传感器120和歧管绝对压力传感器122。
在选择的运行模式下，点火系统88可响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞92提供点火火花至燃烧室30。尽管火花点火元件在一些示例中被示出，但发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可在压缩点火模式下运行，可具备或不具备点火火花。
排气传感器126被示出联接至排放控制装置70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何适当的传感器，例如线性氧传感器、或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC、或CO传感器。排放控制装置70被示出沿着在排气传感器126下游的排气通道48设置。装置70可以是三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其他的排放控制装置，或其组合。在一些示例中，在发动机10的运行中，排放控制装置70可以通过在特定空燃比内运行发动机的至少一个汽缸而被周期性地重置。
控制器12如在图1中所示为一个微计算机，包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在该特定的示例中被示为只读存储芯片(ROM)106的用于可执行程序和校准值的电子存储媒介、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110、及数据总线。存储媒介只读存储器106可使用表示由处理器102可执行指令的计算机可读数据编程，用于执行在下文描述的方法以及期望但未具体列出的其他变体。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12可从联接至发动机10的传感器接收多种信号，包括来自质量流量传感器120的感应质量空气流量(MAF)的测量；来自联接冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；及来自传感器122的歧管绝对压力信号(MAP)。发动机转速信号(RPM)可通过控制器12从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意可使用上述传感器的各种组合，如使用MAF传感器而不使用MAP传感器或相反。在一些状况中，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器，结合被检测的发动机转速和其他的信号可提供引入汽缸的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，还用作发动机转速传感器的传感器118可以产生每曲轴旋转预定数目的等间隔脉冲。
发动机10可进一步包括压缩装置如涡轮增压器或机械增压器，其具有沿着压缩机通道44设置的至少一个压缩机162，其可包括用于测量空气压力的增压传感器123。对于涡轮增压器，压缩机162可通过沿着排气通道48设置的涡轮机164(例如通过轴)至少部分地驱动。对于机械增压器，压缩机162可通过发动机和/或电动机至少部分地驱动，并且可不包括涡轮。通过控制器12可改变经涡轮增压器或机械增压器提供至发动机的一个或多个汽缸的压缩量。
此外，在所公开的示例中，排气再循环(EGR)系统(未示出)可以通过EGR通道从排气通道48引导排气的期望部分至增压通道44和/或进气通道42。通过控制器12经EGR阀可改变提供至增压通道44和/或进气通道42的EGR量。此外，EGR传感器可被设置在EGR通道中并且可提供压力、温度、及排气浓度中一个或多个的指示。在一些状况下，EGR系统可用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度，因此提供在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。此外，在一些状况中，通过控制排气门正时可在燃烧室内保留或捕集一部分燃烧气体。
如上所述，图1仅示出多汽缸发动机的一个，并且每个汽缸可类似地包括其自身一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。然而，汽缸中的所有或一些共用一些部件，如控制气门运行的凸轮轴。以此方式，凸轮轴可用来控制两个或更多汽缸的气门运行。
图2A和图2B示出示例气门系统。现参考图2A，控制发动机10的汽缸30的进气或排气口204的进气门52被描绘处于其开启位置。进气门52包括连接至气门杆208的气门头206。通过凸轮致动系统51提供开启进气门52的力。在该示例中，凸轮致动系统51包括随着位于汽缸30顶上的凸轮轴212旋转的凸轮凸角210。凸轮凸角210提供的气门开启力通过挺柱58传递到进气门52。在该示例中，挺柱58是坐落在汽缸盖216内包含的挺柱孔腔214中的平坦的桶形挺柱。然而，其他类型的挺柱如滚子或液压挺柱也在本公开的范围内。凸轮凸角210在凸轮轴旋转的一部分期间与挺柱58保持接触，而在凸轮旋转的剩余阶段中基圆209与挺柱接触。当凸角部分接触挺柱58时，其促使挺柱到进气门52开启的位置以便允许气体流进汽缸。在气门为排气门的替代示例中，开启排气门允许气体流出汽缸。
进气门52被联接至提供力以关闭气门的气门弹簧系统。气门弹簧系统包括联接弹簧座220的气门弹簧218、气门密封222、及弹簧保持器224。一旦凸轮轴已经旋转凸轮凸角超过提供最大气门升程的位置(例如凸轮凸角的最高部分)，则从凸轮传递到挺柱的力减小直到到达基圆。气门弹簧218在气门开启期间经受压缩并且提供力促使气门52和挺柱58到关闭的位置。
挺柱58的底部(例如与气门52连通的一侧)，和挺柱孔腔214的底部包括填充有诸如油的液压流体的储存器226。在汽缸盖216内的通道228可经由发动机油道将挺柱孔腔214连接至油泵(未示出)，以提供加压的油到挺柱孔腔。此外，双向油通道230也可被联接至挺柱孔腔。油通道230可被联接至一个或多个挺柱以为发动机的其他气门提供附加的关闭力，如在下文更详细描述。为调节挺柱孔腔中的油压，排出油中存在的气泡，挺柱可以包括在挺柱50表面250上的泄流孔腔232、234。
图2B示出图2A的气门系统处于其关闭位置。基圆209接触挺柱58，结果没有施加向下的力以移动挺柱58或气门52到开启位置。气门头206抵靠气门座236定位，其将气门限制在其关闭位置，并且与气门头一起提供密封防止气体流进或流出汽缸30的燃烧室。气门弹簧218被较少地压缩并且，由于凸轮凸角210的位置，挺柱58在其最高位置。结果，当气门处于其开启位置时，与如图2A所示的储存器226的容积相比，储存器226的容积增大。
图3A-图3D描述操作发动机10的两个气门的示例系统。在该示例中，发动机10是具有点火次序为1-3-4-2的直列四汽缸发动机。然而，替代的发动机设置在本公开的范围之内。在图3A-图3B中，两个示例的挺柱孔腔302和304被示出经由双向油通道306相互流体连通。第一挺柱孔腔302可容纳进气门，第一挺柱可与汽缸的挺柱液压连通，该汽缸与容纳在第二挺柱孔腔302内的第二进气门联接到的汽缸相差90度曲轴转角的倍数。例如，对于具有1-3-7-2-6-5-4-8的点火次序的V8发动机来说，三号汽缸的进气门的挺柱可与一号汽缸的排气门的挺柱液压连通。以此方式，当一号汽缸的排气门关闭时，三号汽缸的进气门开启，因此协助关闭一号汽缸的排气门。因此，在第一汽缸的挺柱中产生的压力施加到第二汽缸的挺柱增加力以关闭第二汽缸的排气门。在替代示例中，一个气门可以是进气门，另一气门可以是排气门。仍在其他的示例中，一个气门可以是排气门，另一气门还可以是排气门。仍在其他的示例中，两个不同汽缸的两个进气门挺柱可以液压连通。在一些发动机中，如四汽缸发动机，汽缸的排气挺柱可与相同汽缸的进气挺柱液压连通。进气门和排气门之间的重叠期可以允许力从进气凸轮被传递至排气门挺柱。
方框308、310均表示挺柱及其相关气门系统，如在图2A和2B中所描绘的一个。现参考图3A，例如在进气冲程中，凸轮轴(未示出)可以提供促使挺柱及其相关气门系统308向下至开启气门位置的力以便开启气门，如以上参考图2A和2B所解释。在挺柱孔腔302内的油被加压并且结果流出挺柱孔腔302并流入联接至挺柱孔腔的双向油通道306，如箭头所示。油可以流过油通道306到第二挺柱孔腔304，从而向包含在挺柱孔腔304中的油提供增加的压力。当挺柱孔腔304容纳如下进气门，所述进气门被联接至与联接至挺柱孔腔302的气门系统的汽缸相差180度曲轴转角的倍数，如果第一汽缸处于进气冲程则第二汽缸将处于膨胀冲程。结果，凸轮轴不在挺柱及其相关气门系统310上提供气门开启或向下的力。因此，引进的油压可提供关闭力以促使挺柱及其相关气门系统310向上移动。
现参考图3B，第一气门系统308被描述为处于气门的关闭动作中，同时第二气门系统310正开启气门。凸轮轴提供开启挺柱孔腔304的气门系统310的力。结果，在挺柱孔腔304中的油被加压并且通过双向油通道306流出至挺柱孔腔302，如箭头所示。挺柱孔腔302中引进的油压可提供关闭力以关闭挺柱孔腔302的气门。
图3C和图3D描述操作气门的替代的示例系统。在此，当凸轮轴促使挺柱及其相关气门系统308向下移动时，油可流过联接至挺柱孔腔304的单向油通道312。以此方式，挺柱310被在气门开启方向促动。第二单向油通道314还允许油在相反的方向流动。可通过止回阀316、318提供对油流的控制。止回阀316可被配置在油通道312中以允许从挺柱孔腔302到挺柱孔腔304的油流，并阻止从挺柱孔腔304至挺柱孔腔302的油流。相反，止回阀318可被配置在油通道314中以允许从挺柱孔腔304到挺柱孔腔302的油流，并阻止从挺柱孔腔302到挺柱孔腔304的油流。
现参考图4，示出模拟的发动机运行的示例线图。时间在线图的左侧开始并增加至线图的右侧。所示的顺序表示非限定性四汽缸四循环发动机的操作。所示的顺序可发生在发动机运行的开始、中间或末端。在该示例中，在汽缸位置轨迹之间的竖直标记汽缸1-4表示各个汽缸冲程的上止点或下止点，并且在每个竖直标记之间具有180度曲轴转角。
在发动机的一个循环中汽缸1-4中的每个均经历进气、压缩、膨胀、及排气冲程，并且发动机燃烧次序是1-3-4-2。在图4的示例中，进气门的挺柱与相同汽缸的排气门液压连通。结果，力经由进气挺柱从进气凸轮经由排气挺柱传递至排气门。在排气门正时与进气门正时之间的重叠期可以提供这样的操作。此外，在一些示例中，可调节进气门和/或排气门正时的相位以增大进气门和排气门重叠，从而允许从进气凸轮轴传递额外的力到关闭的排气门。
自图顶部的第一线图表示一号汽缸的位置。并且，具体地是在发动机曲轴旋转时一号汽缸的冲程。每个冲程可以表示180度曲轴转角。因此，对于四冲程发动机，汽缸循环可以是720°，与发动机完整循环的曲轴间隔相同。在标记402处的星形表示第一燃烧事件的第一点火事件。星形410表示一号汽缸的第二燃烧事件和在所示顺序的运行中的第五燃烧。点火可通过火花塞或通过压缩开始。在该顺序中，一号汽缸的气门开启进气冲程的至少一部分以提供空气至汽缸。燃料可通过进气道喷射器或直接喷射器喷射至发动机汽缸。在压缩冲程中压缩并点燃燃料和空气混合物。
自图顶部的第二汽缸位置轨迹表示三号汽缸的位置和冲程。因为该具体的汽缸燃烧次序是1-3-4-2，所以自汽缸停止的第二燃烧事件在404开始，如由星形所示。星形404表示三号汽缸的第一燃烧事件和所示顺序中的第二燃烧事件的开始。
自图顶部的第三汽缸位置轨迹表示四号汽缸的位置和冲程。星形406表示四号汽缸的第一燃烧事件和第三燃烧事件的开始。
自图顶部的第四汽缸位置轨迹表示二号汽缸的位置和冲程。星形406表示二号汽缸的第一燃烧事件和第四燃烧事件的开始。
以上每个汽缸线图是与该汽缸相关的挺柱中的示例油压的表示。例如，压力线图412描绘了联接至一号汽缸的进气门的挺柱中的压力。压力线图414描绘了联接至三号汽缸的进气门的挺柱中的压力，压力线图416描绘了联接至四号汽缸的进气门的挺柱中的压力，压力线图418描绘了联接至二号汽缸的进气门的挺柱中的压力。
现参考第一汽缸轨迹，如以上参考图2A解释，在排气冲程中，排气门开启，导致排气门挺柱孔腔中的油存储量减小。结果，进气门挺柱孔腔中的油压升高，如压力线图412的峰值420所示。在排气门通过最大升程之后并且开始关闭，压力朝基线压力水平412退回。因为当经由排气凸轮轴提供至排气挺柱的压力处于峰值期间，一号汽缸的进气门关闭，所以对一号汽缸的进气门的运行没有影响。
在一号汽缸的进气冲程中，一号汽缸的进气门开始开启，并且因为一号汽缸的进气门与一号汽缸的排气门液压连通，所以一号汽缸的排气门挺柱中的压力上升。结果，进气凸轮轴协助关闭排气门。油从一号汽缸的进气门挺柱孔腔经由如双向油通道的油通道流进一号汽缸的排气门挺柱孔腔，导致一号汽缸的排气门挺柱孔腔的压力升高，如压力线图412的峰值422所示。一号汽缸的排气挺柱中升高的压力提供增大的关闭力以辅助一号汽缸排气门的关闭。一旦一号汽缸进气门完全关闭，则挺柱中的压力返回至412处的基线。以此方式，进气凸轮轴经由进气门和排气门挺柱向一号汽缸排气门提供关闭力。
类似于一号汽缸，二号、三号、及四号汽缸具有与排气门挺柱液压连通的进气门挺柱。如相对于一号汽缸解释的，当二号、三号、及四号汽缸的进气门开启，对应汽缸的排气门挺柱中的压力升高，从而协助二号、三号、及四号汽缸的排气门关闭。如对于一号汽缸所示的，压力峰值424-434示出二号、三号、及四号汽缸进气门和排气门挺柱中类似的压力峰值。
现参考图5，示出示例六汽缸发动机的排气门挺柱和进气门挺柱中的油压。该六汽缸发动机具有1-4-2-5-3-6的点火次序。图5的点火次序类似于图4。因此，为简洁，仅描述图4的顺序和图5的顺序之间的不同。图10的系统可以提供如在图5中所示的顺序。
六汽缸发动机的汽缸事件异相120度曲轴转角。例如，一号汽缸的进气冲程发生在四号汽缸的进气冲程之前的120度曲轴转角。因此，为协助六汽缸发动机的一个汽缸的排气门关闭，在发动机的燃烧次序中前一个事件的汽缸进气门的挺柱与排气门挺柱进行液压连通。
二号汽缸的排气冲程是如图5所示的第一完整的排气冲程。二号汽缸的排气门挺柱与四号汽缸的进气门挺柱液压连通。四号汽缸在二号汽缸之前120度曲轴转角。类似地，一号汽缸的进气门挺柱与四号汽缸的排气门挺柱液压连通。此外，六号汽缸的进气门挺柱与一号汽缸的排气门挺柱液压连通。此外，二号汽缸的进气门挺柱与五号汽缸的排气门挺柱液压连通。此外，五号汽缸的进气门挺柱与三号汽缸的排气门挺柱液压连通。
当进气门挺柱与排气门挺柱进行液压连通时，它允许进气门凸轮轴协助另一汽缸的排气门开启。例如，在排气冲程508中二号汽缸的排气门开启。在排气冲程508中四号汽缸的进气门开启，四号汽缸的进气门挺柱中的油压在502达到峰值。在二号汽缸的排气门是关闭的时间段中油从四号汽缸的进气门挺柱传输到二号汽缸的排气门挺柱。因此，在四号汽缸中的进气门开启协助二号汽缸的排气门关闭。
五号汽缸排气冲程514在排气冲程508开始之后120度曲轴转角处开始。在五号汽缸的排气挺柱中的压力随着排气门达到峰值升程而升高。因为二号汽缸的进气门挺柱被联接至五号汽缸的排气门挺柱，所以在二号汽缸的进气门挺柱中的油压在504处达到第一压力峰值。当二号汽缸的进气门具有较低的升程量时压力油压峰值在504处发生。因此，开启五号汽缸的排气门造成的油压峰值可通过进气凸轮轴克服。进气凸轮轴导致进气门挺柱中的油压上升并在506处达到峰值，在此油压可帮助关闭五号汽缸的排气门。类似地，开启三号汽缸的排气门和开启五号汽缸的进气门导致在510和512处的进气门挺柱油压峰值。
以此方式，一个汽缸的进气门的开启能够协助另一汽缸的排气门关闭。应该提到进气门关闭也可以通过改变在发动机汽缸挺柱之间的液压连通的顺序而被协助。因此，在一些示例中，可以仅协助排气门的关闭。在其他示例中，可仅协助进气门的关闭。此外，在一些示例中进气门和排气门两者的关闭都可经由液压联接的挺柱孔腔协助。此外，通过延迟或提前进气门开启正时可调节一个汽缸的进气门协助另一汽缸的排气门关闭的正时。可以延迟六汽缸发动机的进气门开启正时以升高在排气门关闭正时的排气门挺柱中的压力。
图6-图9图示说明了示例发动机气门系统。图6示出根据第一示例的四汽缸直列发动机10的进气门挺柱的液压联接。发动机10具有四个汽缸，每个汽缸均包括具有挺柱的进气门。一号汽缸包括进气门及挺柱602，二号汽缸包括进气门及挺柱604，三号汽缸包括进气门及挺柱606，四号汽缸包括进气门及挺柱608。如相对于图3A所述，挺柱602和608通过双向油通道610液压地连接。挺柱604和606通过双向油通道612液压地连接。油泵614经由主发动机油道616提供加压的发动机油至挺柱。油底壳614通过主发动机油道616提供加压的发动机油到挺柱。油底壳618液压地连接至油泵以为泵提供油储存器。在正常的发动机运行中油底壳618可从发动机10收集过量的油。油泵614可以配置为以恒压提供油。可替代地，油泵可以是可变压力油泵，其被配置为根据发动机工况提供不同压力的油。在图6的系统中，供油通道620、622可从主油道分支以提供油至每个双向油通道610、612。止回阀624、626可被提供在通道620、622中以在挺柱和双向油通道中的压力下降到预定阈值之下时允许油流进双向油通道610、612。止回阀624、626可防止油回流到油泵。双向油通道610、612还可包含孔628以在通道中的压力变得太高时将过量的发动机油抽回至油底壳。这些孔可被配置为调节双向油通道中的压力，并且因此调节提供至气门的关闭力。发动机气门系统可选地包括联接至双向油通道610、612的孔管630、632以通过油通道640将过量的油抽回到油底壳618。
在图6的系统中，油从一号汽缸进气门挺柱传输到四号汽缸进气门挺柱。同样，油从四号汽缸进气门挺柱传输到一号汽缸进气门挺柱。二号和三号汽缸的进气门挺柱也被示出液压连通以便油可以在进气门挺柱之间交换。
图7图示说明根据本公开的不同的示例的发动机气门系统。类似于如上相对于图6所解释的气门系统，挺柱602和608通过双向油通道610被连接，挺柱604和606通过双向油通道612被液压连接。油泵614可从油底壳618经由油道616泵油至挺柱。在如图7中所描绘的示例中，每个挺柱可被配置为从泵614接收加压的发动机油。供油通道例如供油通道702可以从油道616提供油至每个挺柱。
应理解尽管图6和图7中描绘了进气门，但相同的配置可应用到发动机10的排气汽缸。此外，在图6和7中描述每汽缸一个进气门，然而，每个汽缸可具有多于一个进气门。若每个汽缸具有多于一个进气门，对于每个汽缸的两个进气门的两个挺柱均可连接至相同的双向油通道。或者，第一汽缸的第一进气门的挺柱可经由双向油通道连接至不同汽缸的第一进气门挺柱，而第一汽缸的第二进气门的挺柱可经由第二双向油通道连接至不同汽缸的第二进气门挺柱。
转向图8，描绘了根据本公开的另外的示例的发动机气门系统。在图8中图示说明的气门系统被配置为液压联接进气门正时与排气门正时。除了相对于图6和图7描述的进气门及其相关挺柱外，图8还描述了排气门及其相关挺柱。一号汽缸包括进气门及挺柱602和排气门及挺柱802，二号汽缸包括进气门及挺柱604和排气门及挺柱804，三号汽缸包括进气门及挺柱606和排气门及挺柱806，并且四号汽缸包括进气门及挺柱608和排气门及挺柱808。进气门挺柱602经由双向油通道810连接至排气门挺柱802。排气门挺柱804经由双向油通道812连接至进气门挺柱604，进气门挺柱606经由双向油通道814连接至排气门挺柱806，并且排气门挺柱808经由双向油通道816连接至进气门挺柱608。油泵614经由油道616从油底壳618泵油至双向油通道。类似于相对于图6描述的系统，止回阀818、820、822、824被定位在油道和每个双向油通道之间以提供单向的油流从而保持挺柱和油通道中的压力。油压的其他控制通过双向油通道中的孔628提供。
图9图示说明根据另一示例的发动机气门系统。类似于图8中图示说明的系统，每个进气门挺柱与排气门及挺柱液压连通。在图9的系统中，类似相对于图7描述的系统，油被油泵614从油底壳618泵送通过油道616并且通过单独的供油通道例如通道902至每个单独的进气和排气挺柱。
图8和图9的系统可提供图4中图示说明的油压。此外，可调节相对于发动机曲轴的进气和/或排气门正时以便调节气门关闭协助的量。在一些示例中，可基于发动机转速调节发动机凸轮轴以改变供应以协助气门关闭的关闭力。
现参考图10，示出具有液压协助气门关闭的示例六汽缸发动机。所有的六个发动机汽缸被示出带有进气和排气挺柱。一号汽缸的进气门挺柱1022被示出与四号汽缸的排气门挺柱1012液压连通。二号汽缸的进气门挺柱1026被示出与五号汽缸的排气门挺柱1016液压连通。三号汽缸的进气门挺柱1030被示出与六号汽缸的排气门挺柱1020液压连通。四号汽缸的进气门挺柱1010被示出与二号汽缸的排气门挺柱1028液压连通。五号汽缸的进气门挺柱1014被示出与三号汽缸的排气门挺柱1040液压连通。六号汽缸的进气门挺柱1018被示出与一号汽缸的排气门挺柱1024液压连通。
以此方式，一个汽缸的进气门挺柱可与另一汽缸的排气门挺柱液压连通以协助排气门关闭。此外，可经由可变凸轮轴正时装置调节协助进气门或排气门的正时。
因此，图1-图10的系统提供用于发动机的气门系统，包括第一汽缸的第一挺柱孔腔和第二汽缸的第二挺柱孔腔、以及与第一挺柱孔腔和第二挺柱孔腔流体连通的双向油通道。该系统还包括与双向油通道流体连通的发动机油道，该发动机油道通过油泵供油。该系统还包括定位在第一和第二挺柱孔腔内的第一和第二挺柱，第一和第二挺柱还包括在第一和第二挺柱的表面上的出油孔。该系统还包括沿着发动机油道定位的止回阀，止回阀允许从油道至双向油通道的油流，止回阀基本阻止从双向油通道到油道的油流。该系统适用于以下情形：在双向油通道独自将第一挺柱孔腔流体联接至第二挺柱孔腔。该系统还适用于以下情形：在第一和第二汽缸在发动机的点火次序上相差180度曲轴转角。该系统还包括定位在双向油通道中的流动限制孔。该系统还适用于以下情形：在第一挺柱的底部和第一挺柱孔腔的底部提供第一油储存器并且在第二挺柱的底部和第二挺柱孔腔的底部提供第二油储存器。
图1-图10的系统还提供了一种内燃发动机，包括第一汽缸的第一挺柱孔腔和第二汽缸的第二挺柱孔腔、与第一挺柱孔腔和第二挺柱孔腔流体连通的第一单向油通道、及与第一挺柱孔腔和第二挺柱孔腔流体连通的第二单向油通道，第一单向油通道的流向与第二单向油通道的流向相反。该系统适用于以下情形：第一挺柱孔腔包括驱动进气门的挺柱并且第二挺柱孔腔包括驱动进气门的挺柱。该系统还适用于以下情形：第一挺柱孔腔包括驱动进气门的挺柱并且第二挺柱孔腔包括驱动排气门的挺柱。该系统包括在第一挺柱孔腔中的第一挺柱和在第二挺柱孔腔中的第二挺柱，第一挺柱和第一挺柱孔腔包括第一和第二气门，第一挺柱在第一位置时第一气门限制流过第一单向油通道，当第一挺柱在第二位置时，第二气门限制流过第二单向油通道。该系统还包括在第一挺柱孔腔中的第一挺柱和在第二挺柱孔腔中的第二挺柱，第二挺柱和第二挺柱孔腔包括第一和第二气门，当第二挺柱在第一位置时，第一气门限制流过第一单向油通道，当第二挺柱在第二位置时，第二气门限制流过第二单向油通道。
转向图11,流程图图示说明了提供气门关闭力的示例方法1100。在1102，方法1100包括施加关闭力至第一汽缸的第一气门。第一气门可以是进气门，或可以是排气门。在1104，方法1100经由凸轮轴凸角开启第二汽缸的第二气门。在其他示例中，进气门和排气门可以在相同的汽缸中。第二气门可以是进气或排气门。在1106，流体连通可经由油通道在第一汽缸的第一挺柱和第二汽缸的第二挺柱之间发生。油通道可以是被配置为允许在第一和第二挺柱之间的自由流动的双向油通道。可替代地，油通道可以是被配置为允许油从第二挺柱流到第一挺柱并限制从第一挺柱到第二挺柱的油流的单向油通道。在1108，可基于发动机温度调节第一和第二挺柱中的压力。例如，发动机控制器12可基于冷却剂温度确定发动机温度，或可基于自发动机起动的时间或汽缸事件的次数估计发动机的温度。因为在较低发动机温度处油粘度上升，所以低发动机温度可导致油压上升。发动机控制器12可控制油泵614以调节提供到第一和第二挺柱的油压力以保持用于向第一气门提供关闭力的期望的油压水平。在1110，可基于发动机温度限制发动机转速以便考虑在挺柱之间的液压连通。例如，发动机控制器12可基于冷却剂或油温度确定发动机温度，或可基于自发动机起动的时间或汽缸事件的次数估计发动机温度。若发动机控制器12确定发动机的温度较高，则第一和第二挺柱中的油压会太低以至于不能提供期望的关闭力至第一气门。可由发动机控制器12通过例如调节燃料喷射、节气门、和/或火花正时限制发动机转速，从而实现较低的RPM及因此较低要求的气门关闭力。在1112，可基于油通道中的油压限制发动机转速。发动机控制器12可确定油通道中例如在双向油通道中的油压，并且若确定在油通道中的油压较低时限制发动机转速。通过例如调节燃料喷射、节气门、和/或火花正时可由发动机控制器12限制发动机转速，从而实现较低的RPM及因此的较低要求的气门关闭力。
在1114，方法1100包括施加关闭力至第二汽缸的第二气门。在1116凸轮轴凸角开启第一汽缸的第一气门。在1118经由油通道在第一汽缸的第一挺柱和第二汽缸的第二挺柱之间发生流体连通。油通道可以是被配置为允许在第一和第二挺柱之间自由的油流动的双向油通道。可替代地，油通道可以是被配置为允许油从第一挺柱流到第二挺柱并且限制从第二挺柱到第一挺柱的油流的单向油通道。在1120，可基于发动机的温度调节在第一和第二挺柱中的油压。例如，发动机控制器12可基于冷却剂温度确定发动机温度，或可基于自发动机起动的时间或汽缸事件的次数估计发动机温度。因为在低发动机温度处油粘度上升，较低的发动机温度会导致油压上升。发动机控制器12可控制油泵614以调节提供至第一和第二挺柱的油压力以保持用于向第二气门提供关闭力的期望油压水平。在1122，可基于发动机温度限制发动机转速。例如，发动机控制器12可基于冷却剂或油温度确定发动机温度，或可基于自发动机起动的时间或汽缸事件的次数估计发动机温度。若发动机控制器12确定发动机的温度较高，则在第一和第二挺柱中的油压会太低以至于不能提供期望的关闭力至第二气门。由发动机控制器12通过例如调节燃料喷射、节气门、和/或火花正时可限制发动机转速，从而实现较低的RPM及因此的较低要求的气门关闭力。在1124，可基于油通道中的油压限制发动机转速。发动机控制器12可以定油通道例如双向油通道或主发动机油道中的油压，并且若确定油通道中的油压较低时限制发动机转速。通过调节例如燃料喷射、节气门、和/或火花正时可由发动机控制器12限制发动机转速，从而实现较低的RPM及因此的较低要求的气门关闭力。
因此，图11的方法提供控制气门运行的方法，包括从第一汽缸的第一挺柱泵油至第二汽缸的第二挺柱而不使油返回至油底壳，并且从第二汽缸的第二挺柱泵油至第一汽缸的第一挺柱而不使油返回至油底壳。该方法适用于以下情形：油被泵送通过单个双向油通道。该方法还适用于以下情形：油被泵送通过在第一方向的第一单向油通道，并且油被泵送通过在第二方向的第二单向油通道，第二方向不同于第一方向。该方法还适用于以下情形：经由凸轮轴提供的力泵送油。该方法包括基于发动机温度限制第一和第二挺柱中的油压。该方法还包括当从第一汽缸的第一挺柱泵油至第二汽缸的第二挺柱而不使油返回至油底壳时基于发动机温度限制发动机转速。该方法还包括当从第一汽缸的第一挺柱泵油至第二汽缸的第二挺柱而不使油返回至油底壳时基于油的压力限制发动机转速。
图11的方法还提供控制气门运行的方法，包括经由在第一汽缸的第一挺柱和第二汽缸的第二挺柱之间的流体连通施加关闭力至第一汽缸的第一气门，并且经由在第二汽缸的第二挺柱和第一汽缸的第一挺柱之间的流体连通施加关闭力至第二汽缸的第二气门。该方法适用于以下情形：经由双向油通道施加关闭力至第一气门。该方法包括响应于发动机转速调节双向油通道中的发动机油的压力以调节第一气门的阻尼。该方法还适用于以下情形：经由凸轮凸角开启第二汽缸的气门启动至第一气门的关闭力，并且第一和第二汽缸在发动机燃烧次序上相差180曲轴转角的倍数。该方法还适用于以下情形：经由在容纳第一挺柱的第一挺柱孔腔和容纳第二挺柱的第二挺柱孔腔之间的单向油通道施加关闭力至第一气门。
图11的方法还提供控制气门运行的方法，包括经由双向油通道从第一汽缸的第一挺柱泵油至第二汽缸的第二挺柱，并且经由双向油通道从第二汽缸的第二挺柱泵油至第一汽缸的第一挺柱。该方法适用于以下情形：从第一汽缸的第一挺柱泵油至第二汽缸的第二挺柱是经由旋转凸轮轴被提供的。
本领域技术人员应理解图11中描述的方法可以表示任何数目的处理策略如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程及类似策略中的一个或多个。因此，所述的各种步骤或功能可如所述顺序执行、并行执行或在一些情况中可被省略地执行。同样，处理的顺序不是实现本文描述的目标、特征、及优点所必须要求的，而被提供用于易于图示说明和描述。尽管未详细图示说明，本领域技术人员将认识到取决于使用的具体策略可执行图示说明的步骤或功能中的一个或多个。
这总结本说明。阅读它的本领域技术人员将想到很多改变和变型而不脱离本发明的精神和范围。例如，以天然气、汽油、柴油、或替代的燃料配置操作的L3、L4、L5、V6、V8、V10、和V12发动机可以使用本发明以获益。
Claims (10)
1.一种用于发动机的气门系统，包括：
第一汽缸的第一挺柱孔腔和第二汽缸的第二挺柱孔腔；以及
与所述第一挺柱孔腔和所述第二挺柱孔腔流体连通的双向油通道。
2.如权利要求1所述的气门系统，还包括与所述双向油通道流体连通的发动机油道，所述发动机油道通过油泵供油。
3.如权利要求2所述的气门系统，还包括位于所述第一挺柱孔腔和第二挺柱孔腔内的第一挺柱和第二挺柱，所述第一挺柱和第二挺柱包括在所述第一挺柱和第二挺柱的表面上的出油孔。
4.如权利要求3所述的气门系统，还包括沿所述发动机油道定位的止回阀，所述止回阀允许从所述发动机油道至所述双向油通道的油流，并且所述止回阀阻止从所述双向油通道流到所述油道的油流。
5.如权利要求1所述的气门系统，其中所述双向油通道独自将所述第一挺柱孔腔流体联接至该第二挺柱孔腔。
6.如权利要求1所述的气门系统，其中所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差180度曲轴转角。
7.如权利要求1所述的气门系统，还包括位于所述双向油通道中的限流孔。
8.如权利要求1所述的气门系统，其中第一挺柱的底部和所述第一挺柱孔腔的底部提供第一油储存器，并且其中第二挺柱的底部和第二挺柱孔腔的底部提供第二油储存器。
9.一种控制气门运行的方法，包括：
将油从第一汽缸的第一挺柱泵送至第二汽缸的第二挺柱，并且从所述第二挺柱泵送到所述第一挺柱，而不使油返回至油底壳；所述第一挺柱和所述第一汽缸的气门设置在第一孔腔中并且所述第二挺柱和所述第二汽缸的气门设置在第二孔腔中。
10.如权利要求9所述的方法，其中油被泵送通过单个的双向油通道。
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