CN106536875A - 使用连接杆的曲轴驱动阀致动 - Google Patents

Abstract

曲轴驱动阀致动系统(30)及操作和组装方法，用于控制与内燃机的汽缸相关联的至少一个液压致动发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的打开和关闭，该系统可包括由发动机驱动的曲轴(50)；至少一个流体活塞泵(36a、36b)，其安装成用于响应于曲轴(50)的旋转在曲轴(50)上旋转以产生往复流体流动；流体通道，其提供往复流体流动与至少一个待控制的液压致动阀中的一个的流体连通；以及至少一个控制阀(56a、56b、56c、56d)，其提供至少一个蓄能器(46、46a、46b、46c、46d)与至少一个流体活塞泵(36a、36b)之间的流体流动，用于在往复流体流动期间修改液压致动发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的阀定时致动曲线。

Description

使用连接杆的曲轴驱动阀致动

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机中的进气阀和排气阀致动的方法和装置。

背景技术

内燃机通过在燃烧室中燃烧燃料来产生动力。当前进气阀和排气阀可以由位于发动机中的凸轮轴和凸轮控制和操作。可以打开进气阀以便允许燃料和空气进入汽缸用于燃烧，同时可以打开排气阀以允许燃烧气体从汽缸逸出。凸轮可以是固定轮廓凸轮，其可能难以调节为优化用于改变发动机操作的阀打开时间和升程所需的发动机阀升程的定时或量。可以在阀与凸轮轴上的凸轮之间使用空动装置，用于将凸轮运动的改变量传递到阀。当前位于凸轮轴上的凸轮与阀之间的空动系统使用主活塞，其将流体从液压室转移到从动活塞的液压室中。从动活塞可以作用在发动机阀上以打开阀。液压系统通常包括诸如凸轮传感器、油控制阀、相位器、引导件、定时链、张紧器、链轮、轴承盖以及各种螺栓和紧固件的添加的部件。需要添加的部件以便操作空动系统可以增加阀机构惯性，这在高发动机速度下可能有问题。添加的部件还可以增加复杂性和成本。在美国专利第8,365,691号、美国专利第6,997,148号、美国专利第6,425,357号、美国专利第5,645,031号、美国专利第4,716,3号、美国专利第2,072,437号、美国专利申请第2011/0197833号，以及国际专利申请第2007/142724号中已经公开了阀致动系统。

发明内容

可以期望通过完全消除各种部件(例如但不限于凸轮轴、轴承、定时链、引导件、链轮、张紧器和相位器)来最小化附加部件。由于凸轮轴添加到阀机构的增加的尺寸和重量，还可以期望消除作为附加部件的凸轮轴。为了克服当前技术的限制，所公开的曲轴驱动阀致动系统消除了凸轮轴并且使用至少一个连接杆，该连接杆通过位于曲轴上的曲轴销安装成相对于曲轴旋转。该至少一个连接杆可以可操作以使主活塞往复运动，用于加压流体以驱动在曲轴驱动阀致动系统内的往复流体流动。使用连接杆可以消除当前在阀致动系统中使用的诸如凸轮传感器、油控制阀、相位器、引导件、定时链、张紧器、链轮、轴承盖以及各种螺栓和紧固件的添加的部件。曲轴驱动阀致动系统可以控制多个液压致动阀(进气阀和排气阀之一或者进气阀和排气阀两者)的打开和关闭。阀可以与内燃机的多个汽缸相关联。曲轴驱动阀致动系统可以包括至少一个蓄能器，用于在需要修改阀致动时以空动方式交替地接收和释放流体，并且用于维持曲轴驱动阀致动系统中的流体压力和体积。

曲轴驱动阀致动系统可包括由发动机驱动并可围绕主纵向旋转轴线旋转的曲轴，以及连接至曲轴的至少一个流体活塞泵，其用于响应于曲轴的旋转产生往复流体流动。该系统可以包括至少一个控制阀，其可操作以在至少一个蓄能器和至少一个流体活塞泵之间隔离和提供流体流动。流体活塞泵可以包括主活塞、流体泵室以及对应于多个液压致动阀中的至少一个的至少一个流体通道。主活塞可以可操作以相对于流体泵室往复驱动流体进出至少一个流体通道。该系统可以包括连接在曲轴与主活塞之间的连接杆，该连接杆可操作以使主活塞往复运动，用于朝向至少一个流体通道往复驱动流体并且用于往复地从至少一个流体通道抽出流体。连接杆可以推动或拉动流体泵室内的主活塞，产生足够的工作流体压力和体积，以便当流体在曲轴驱动阀致动系统流体通道内往复流动时，响应于由对应于所述曲轴的旋转的连接杆驱动的主活塞的往复运动，可操作地致动与曲轴驱动阀致动系统流体连通的多个阀中的一个或多个。所述至少一个蓄能器可提供空动功能，用于在往复流体流动期间修改液压致动阀的阀定时致动曲线，同时在操作循环期间维持工作流体体积和压力，并补偿操作循环期间由于正常泄漏引起的工作流体体积损失和压力损失。当主活塞通过连接杆的旋转被曲轴驱动时，作为基本上不可压缩的工作流体的工作流体可以允许工作流体响应于主活塞的往复运动而通过曲轴驱动阀致动系统的往复流动运动。主活塞在内燃机操作期间与曲轴驱动阀致动系统流体通道连续流体连通。

本发明公开了一种操作与内燃机的曲轴驱动阀致动系统中的多个汽缸中的一个相关联的常闭阀的方法。曲轴驱动阀致动可以包括用于维持系统中的流体压力和体积的至少一个蓄能器。该方法可以包括围绕主纵向旋转轴线旋转内燃机的曲轴。曲轴可以通过连接杆连接至至少一个流体活塞泵。该方法还可以包括响应于曲轴的旋转通过至少一个流体活塞泵产生往复流体流动，选择性地提供至少一个流体活塞泵的流体泵室与待控制的阀之间的流体连通以及在流体通道内的往复流体流动，用于响应于往复流体流动在常闭位置和打开位置之间驱动阀，以及选择性地连通至少一个控制阀，用于选择性地提供至少一个蓄能器与至少一个流体活塞泵之间的流体流动，以当在往复流体流动期间需要修改或消除阀定时致动曲线时，用作空动机构。

组装用于控制多个液压致动阀(进气阀和排气阀之一或者进气阀和排气阀两者)的打开和关闭的曲轴驱动阀致动系统的方法可用于与内燃机中对应的多个汽缸相关联的阀。曲轴驱动阀致动系统可包括由发动机驱动并可围绕主纵向旋转轴线旋转的曲轴，以及至少一个用于重定向加压流体往复流体流动的蓄能器，以当需要时，用作空动机构来修改阀致动。该方法可以包括将连接杆连接至曲轴以相对于曲轴旋转，组装至少一个流体活塞泵，用于响应于曲轴旋转连接杆而往复运动，将至少一个流体压力泵连接至至少一个流体通道，用于引导来自所述至少一个流体压力泵的往复流体流动与至少一个待控制的阀流体连通，以及插入至少一个控制阀，该至少一个控制阀可操作以提供至少一个蓄能器与至少一个流体活塞泵之间的空动流体流动以在往复流体流动期间修改阀定时致动曲线。该方法可以包括在至少一个流体压力活塞泵的流体泵室内往复地组装主活塞，用于响应于连接杆的旋转而产生往复流体流动。该方法可以包括在至少一个流体活塞泵和连接杆之间连接连杆机构，用于传递连接杆的往复运动，以朝向至少一个流体通道驱动流体并从至少一个流体通道抽吸流体。

当结合附图阅读对实施本发明的最佳模式的以下描述时，本发明的其他应用对于本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

本文参考附图进行描述，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，并且其中：

图1是用于选择性地控制四个进气阀和四个排气阀的曲轴驱动阀致动系统的示意图，包括曲轴、包括进气阀和排气阀的内燃机阀组件以及曲轴驱动阀致动系统，其示出了连接至曲轴以由内燃机的曲轴驱动旋转的两个连接杆，用于驱动第一主活塞和第二主活塞在第一位置和第二位置之间往复运动，以在两个分离的闭合流体流动路径内产生往复流体流动，四个控制阀，每个控制阀可在第一位置和至少一个切换阀之间移动，第一位置可操作以允许主活塞室与蓄能器之间流体连通，至少一个切换阀用于选择性地允许和阻止与待致动的每个阀相关联的可膨胀流体室与闭合流体流动路径之间的流体连通；

图2是用于选择性地控制单个阀的打开的曲轴驱动阀致动系统的示意图，其示出了可在第一关闭位置和第二打开位置之间操作的第一控制阀，用于当需要修改阀致动时选择性地控制主活塞室与蓄能器之间的流体连通用于空动流体流动；

图3为示出具有用于驱动主活塞的连杆机构的连接杆的详细示意图；以及

图4为示出根据本发明的直接驱动主活塞的连接杆的详细示意图。

具体实施方式

现在参考图1至图4，示出了用于控制对应于内燃机的多个汽缸的多个液压致动阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d(进气阀和排气阀之一或者进气阀和排气阀两者)的打开和关闭的曲轴驱动阀致动系统30。该系统可以包括对应于多个阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d的多个从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d。多个从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d中的每一个通常可以被弹簧48a、48b、48c、48d、148a、148b、148c、148d朝向常闭阀位置偏置并且可以用足够高的流体压力液压驱动，以克服弹簧朝向打开的阀位置的偏置力。曲轴驱动阀致动系统30可以包括至少一个蓄能器46、46a、46b、46c、46d，其可操作以接收和释放流体体积，用于在需要修改阀致动时提供空动流体流动，并且用于维持曲轴驱动阀致动系统30中的流体压力和体积。作为实例而非限制，曲轴驱动阀致动系统30可以用在具有多个液压致动阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d(进气阀和排气阀之一或者进气阀和排气阀两者)的四冲程内燃机中。

现在参考图1，示出了对应于内燃机的多个汽缸的曲轴驱动阀致动系统30，其使用一对连接杆62、162控制打开和关闭多个液压致动进气阀34a、34b、34c、34d以及多个液压致动排气阀134a、134b、134c、134d。每个汽缸可以包括进气阀34a、34b、34c、34d和对应的排气阀134a、134b、134c、134d。多个阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d中的每一个可以具有对应的从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d。每个从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d通常可以被弹簧48a、48b、48c、48d、148a、148b、148c、148d朝向第一位置偏置。第一位置可以由处于关闭位置的阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d限定。每个从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d可以用足够高的流体压力液压驱动，以克服弹簧48a、48b、48c、48d、148a、148b、148c、148d朝向第二位置的偏置力。第二位置可以由处于打开位置的阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d限定。曲轴驱动阀致动系统30可以包括至少一个蓄能器46、46a、46b、46c、46d，其可操作以接收和释放流体体积，用于在需要修改阀致动时提供空动流体流动，并且用于维持曲轴驱动阀致动系统30中的流体压力和体积。本领域技术人员应当认识到，如果需要，则空动流体流动可用于修改阀定时曲线或完全丢弃阀致动。作为示例而非限制，曲轴驱动阀致动系统30可以用在具有第一、第二、第三和第四汽缸的四冲程内燃机中。每个汽缸可以具有对应的液压致动进气阀34a、34b、34c、34d以及对应的液压致动排气阀134a、134b、134c、134d。可由阀致动系统30操作的液压致动阀可以是进气阀和排气阀之一或者进气阀和排气阀两者。

曲轴驱动阀致动系统30可以包括具有主活塞38、38a、38b的至少一个流体活塞泵36、36a、36b，用于在限定至少一个流体泵室40、40a、40b、40c、40d的壳体内的运动。流体泵室可以提供通过限定往复流体流动路径的流体通道与多个阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d和蓄能器46、46a、46b、46c、46d流体连通的加压流体源。阀致动系统30可以包括可由发动机围绕主纵向旋转轴线旋转的曲轴50和位于曲轴50上且相对于彼此成角度地偏移的曲轴销65a、65b。作为示例而非限制，曲轴销65a、65b可以相对于彼此偏移大约220°，用于控制进气阀关闭曲轴销65a的旋转，并且用于控制排气阀关闭曲轴销65b的旋转。阀致动系统30可以包括在曲轴50和主活塞38、38a、38b之间相关联的至少一个连接杆62、162。至少一个连接杆62、162可以通过至少一个杆轴承166a、166b安装成相对于曲轴50在曲轴销165a、165b上旋转，并且可操作以使主活塞38、38a、38b在至少一个流体泵室40、40a、40b、40c、40d中的第一位置和至少一个流体泵室40、40a、40b、40c、40d中的第二位置之间旋转。主活塞38、38a、38b可以加压位于至少一个流体泵室40、40a、40b、40c、40d中的工作流体，用于通过位于曲轴驱动阀致动系统30中的多个流体通道72、72a、72b、172a、172b往复流动。主活塞38、38a、38b在处于第一位置时可以朝向第一流体通道72、72a、72b加压流体，并且在第二位置时可以朝向第二流体通道172a、172b加压流体。第一和第二位置可以用于打开不同组的阀34a、34b；34c、34d；134a、134b；134c、134d。作为示例而非限制，当主活塞38a、38b处于第一位置时，根据控制阀64a、64c的位置，加压流体与第一流体通道72a、72b流体连通，使得加压流体能够被引导到从动活塞48a、48b、148c、148d，并且当主活塞38a、38b处于第二位置时，根据控制阀64b、64d的位置，加压流体与第二流体通道172、172b流体连通，使得加压流体能够被引导到从动活塞48c、48d、148a、148b。

致动系统30可包括至少一个控制阀56、56a、56b、56c、56d，其可由致动器58、58a、58b、58c、58d在第一位置60a、60b、60c、60d和第二位置62a、62b、62c、62d之间操作。作为示例而非限制，控制阀56、56a、56b、56c、56d可以具有致动器58、58a、58b、58c、58d，诸如螺线管操作致动器、压电操作致动器或任何其他用于控制阀的机械或电操作致动器。至少一个控制阀56、56a、56b、56c、56d可以提供至少一个流体活塞泵36、36a、36b与至少一个蓄能器46、46a、46b、46c、46d之间的流体连通。第一位置60a、60b、60c、60d可以通过防止至少一个蓄能器46、46a、46b、46c、46d与流体通道72、72a、72b、172a、172b之间的流体连通来限定。第二位置56c，156c可以通过提供流体通道72、72a、72b、172a、172b与至少一个蓄能器46、46a、46b、46c、46d之间的流体连通或提供至少一个流体活塞泵36、36a、36b与至少一个蓄能器46、46a、46b、46c、46d之间的流体连通来限定。

作为示例而非限制，四冲程-四汽缸循环可以指发动机活塞在进气冲程、压缩冲程、点火/燃烧/动力冲程和排气冲程之间的行程，使得至少一个连接杆62、162可使主活塞38在流体泵室40、40a、40b、40c、40d内在第一位置与第二位置之间做往复运动，以迫使流体进入第一或第二流体通道72、72a、72b、172a、172b，以便基于对应的至少一个切换阀64a、64b、64c、64d的位置来打开多个阀中的34a、34b；34c、34d；134a、134b；134c、134d两个中的一个。作为示例而非限制，阀34a、34b、134c、134d可对应于四缸内燃机的两个与第一和第四汽缸相关联的进气阀34a、34b以及两个与第二和第三汽缸相关联的排气阀134c、134d，同时阀34c、34d、134a、134b可对应于四缸内燃机的两个与第二和第三汽缸相关联的进气阀34c、34d以及两个与第一和第四汽缸相关联的排气阀134a、134b。换言之，第一汽缸可与进气阀34a和排气阀134a相关联，第四汽缸可与进气阀34b和排气阀134b相关联，第二汽缸可与进气阀34c和排气阀134c相关联，并且第三汽缸可与进气阀34d和排气阀134d相关联。

如图2中所示，曲轴驱动阀致动系统30可直接操作来打开单个阀34a(进气阀或排气阀)。应当认识到，多个连接杆62可设置成安装在曲轴50上，以用于驱动往复流体流动穿过单独的闭合流体流动路径，以单独地打开任一个阀(进气阀和/或排气阀)。应当进一步认识到，单个连接杆62可驱动一个主活塞泵36来为一个闭合流体流动路径72中的往复流动提供加压流体源，或可驱动一个主活塞泵36来为多个闭合流体流动路径72a、172a；72b、172b中的往复流动提供加压流体源。作为示例而非限制，本领域技术人员还应当认识到，用于内燃机的不同汽缸的两个阀34a、34b(进气阀或排气阀)的打开和关闭可使用单个主活塞泵38进行致动，该主活塞泵通过单个控制阀56来驱动单个闭合流体流动路径72内的往复加压流体流动，该控制阀选择性地允许与蓄能器46连通，从而在无需阀致动或需要修改阀致动时提供空动加压流体往复运动。可选地，如图1中所示，可添加单个切换阀64a、64b、64c、64d来选择性地将往复流体流动引导至待控制的两个阀34a、34b；34c、34d；134a、134b；134c、134d中的一个。

如图1中所示，所公开的曲轴驱动阀致动系统30可用于四缸内燃机。图1示出了对应于四个汽缸的八个控制阀。每个汽缸都可具有进气阀34a、34b、34c、34d和排气阀134a、134b、134c、134d。连接杆62、162可与由八个控制阀中的四个阀组成的各组，或由八个控制阀中的两个阀组成的各组，或由八个控制阀中的各阀或其任何组合相关联。所公开的曲轴驱动阀致动系统30可用于具有四冲程循环的汽缸，但可以设想，该系统可用于二冲程发动机。可以设想，曲轴驱动阀致动系统30可与具有任何需要数量的汽缸的内燃机一起使用，作为示例而非限制，诸如单缸、双缸、三缸、四缸、六缸或八缸发动机。可以设想，曲轴驱动阀致动系统30可在内燃机中使用来控制如图1-图2中所示的进气阀和排气阀两者。

作为示例而非限制，如图1中所示，第一切换阀64a可选择性地控制加压流体通道72a与第一阀34a或第二阀34b之间的流体连通；第二切换阀64b可选择性地控制加压流体通道172a与第三阀34c或第四阀34d之间的流体连通；第三切换阀64c可选择性地控制加压流体通道72b与第五阀134c或第六阀134d之间的流体连通；并且第四切换阀64d可选择性地控制加压流体通道172b与第七阀134a或第八阀134b之间的流体连通。换言之，该系统可包括第一、第二、第三和第四切换阀64a、64b、64c、64d，它们用于选择性地控制第一和第二阀34a、34b；34c、34d；134c、134d；134a、134b中的对应的一对。第一、第二、第三和第四切换阀64a、64b、64c、64d中的每一个都可在第一位置68a、68b、68c、68d与第二位置70a、70b、70c、70d之间进行移动，以分别切换第一从动活塞44a、44d、144c、144a与第二从动活塞44b、44c、144d、144b之间的流体连通。第一、第二、第三和第四切换阀64a、64b、64c、64d中的每一个都可由对应的致动器66a、66b、66c、66d从第一位置驱动至第二位置。作为示例而非限制，切换阀64a、64b、64c、64d可具有致动器66a、66b、66c、66d，诸如螺线管操作致动器、压电操作致动器或任何其他用于切换阀的机械或电操作致动器。

图1的简化示意图示出了同步运动中的主活塞38a、38b，为了简化，它们的同步运动相对于彼此的曲轴旋转存在大约360°的偏移，同时本领域技术人员应当认识到，排气阀主活塞38b以与进气阀主活塞38a的曲轴旋转存在大约220°的偏移进行往复运动，并且这里的描述应当被相应地阅读和解释。换言之，作为示例而非限制，对于第一汽缸，进气阀34a和排气阀134a可以相对彼此以大约220°的偏移来致动；对于第四汽缸，进气阀34b和排气阀134b可以相对彼此以大约220°的偏移来致动；对于第二汽缸，进气阀34c和排气阀134c可以相对彼此以大约220°的偏移来致动；并且对于第三汽缸，进气阀34d和排气阀134d可以相对彼此以大约220°的偏移来致动。作为示例而非限制，为了实现进气阀和排气阀的致动所需的偏移，曲轴销165a可以相对于曲轴销165b偏移大约220°。

第一和第二主活塞38a、38b的第一位置可以由从流体室40a、40c驱动流出到对应的第一流体通道72a、72b中的加压流体来限定，用于根据控制阀64a和64c的位置来选择性地打开进气阀34a或34b和排气阀134c或134d，或用于根据控制阀56a、56c的位置来选择性地转移到蓄能器46a或46c用于空动。当第一和第二主活塞38a、38b驱动到第一位置时，流体从流体通道172a、172b吸入泵室40b、40d，用于根据控制阀64b、64d的位置来选择性地关闭进气阀34c或34d和排气阀134a或134b，或用于根据控制阀56b、56d的位置来选择性地转移到蓄能器46b、46d用于空动。

主活塞38a、38b的第二位置可以由从流体室40b、40d驱动流出到对应的第二流体通道172a、172b中的加压流体来限定，用于根据控制阀64b和64d的位置来选择性地打开进气阀34c或34d和排气阀134a或134b，或用于根据控制阀56b、56d的位置来选择性地转移到蓄能器46b或46d用于空动。当第一和第二主活塞38a、38b驱动到第二位置时，流体从流体通道72a、72b吸入泵室40a、40c，用于根据控制阀64a、64c的位置来选择性地关闭进气阀34a或34b和排气阀134c或134d，或用于根据控制阀56a、56c的位置来选择性地转移到蓄能器46a、46c用于空动。

如图1中所示，为了本文的描述的目的，作为示例而非限制，曲轴50示出为处于本文中标识为0°位置或曲轴50的初始配置的第一旋转位置。连接杆62、162可以围绕曲轴销165a、165b旋转，使得连接杆62、162可以将流体泵室40a、40b中的主活塞38a、38b推向第一位置。在第一位置中，主活塞38a、38b可将加压流体从泵室40a、40c排出到对应的第一流体通道72a、72b中，同时将流体从对应的第二流体通道172a、172b抽吸到泵室40b、40d中。在第二位置中，主活塞38a、38b可将加压流体从腔室40b、40d排出到对应的第二流体通道172a、172b中，同时将流体从对应的第一流体通道72a、72b抽吸到泵室40a、40c中。

作为示例而非限制，曲轴驱动阀致动系统30可以如下表所示进行操作。

↓＝阀打开

↑＝阀关闭

(其中阀指代如下：汽缸#1＝进气34a、排气134a；汽缸#4＝进气34b、排气134b；汽缸#2＝进气34c、排气134c；并且汽缸#3＝进气34d、排气134d)

当曲轴处于0°位置并且切换阀64a、64b、64c处于第一位置68a、68b、68c并且切换阀64d处于第二位置70d时，第一进气阀34a可以处于打开位置并且排气阀134b可以关闭，同时其余的阀34b、34c、34d、134a、134c、134d保持关闭。当曲轴处于40°位置并且切换阀64a、64b、64d处于第一位置并且切换阀64c处于第二位置70c时，第四排气阀134d可以处于打开位置并且进气阀34a可以关闭，同时其余的阀34b、34c、34d、134a、134b、134c保持关闭。当曲轴处于180°位置并且切换阀64a、64b、64d处于第一位置68a、68b、68d并且切换阀64c处于第二位置70c时，第三进气阀34c可以处于打开位置并且排气阀134d可以关闭，同时其余的阀34a、34b、34d、134a、134b、134c保持关闭。当曲轴处于220°位置并且切换阀64a、64b、64c、64d处于第一位置68a、68b、68c、68d时，第一排气阀134a可以处于打开位置并且进气阀34c可以关闭，同时其余的阀34a、34b、34d、134b、134c、134d保持关闭。当曲轴处于360°位置并且切换阀64b、64c、64d处于第一位置68b、68c、68d并且切换阀64a处于第二位置70a时，第一进气阀34b可以处于打开位置并且排气阀134a可以关闭，同时其余的阀34a、34c、34d、134b、134c、134d保持关闭。当曲轴处于400°位置并且切换阀64b、64c、64d处于第一位置68b、68c、68d并且切换阀64a处于第二位置70a时，第三排气阀134c可以处于打开位置并且第二进气阀34b可以关闭，同时其余的阀34a、34c、34d、134a、134b、134d保持关闭。当曲轴处于540°位置并且切换阀64a、64c、64d处于第一位置68a、68c、68d并且切换阀64b处于第二位置70b时，第四进气阀34d可以处于打开位置并且第三排气阀134c可以关闭，同时其余的阀34a，34b，34c，134a，134b，134d保持关闭。当曲轴处于580°位置并且切换阀64a、64c处于第一位置68a、68c并且切换阀64b、64c处于第二位置70b、70c时，第二排气阀134b可处于打开位置并且第四进气阀34d可以关闭，同时其余的阀34a、34b、34c、134a、134c、134d保持关闭。

多个进气阀34a、34b、34c、34d可响应于第一连接杆62的旋转而操作，并且可对应于与四缸内燃机的每个汽缸相关联的进气阀。多个排气阀134a、134b、134c、134d可响应于第二连接杆162的旋转而操作，并且可对应于与四缸内燃机的每个汽缸相关联的排气阀134a、134b、134c、134d。主活塞38a、38b可响应于曲轴的旋转而在第一位置和第二位置之间旋转，该曲轴通过对应的杆轴承166a、166b使连接杆62、162围绕曲轴销165a、165b旋转。

本领域技术人员应当认识到，单个切换阀64a、64b、64c、64d可以被两个单独的开/关阀代替，其中为每个进气阀提供单独的切换阀，而不脱离本发明的公开内容。本领域技术人员还应当认识到，可以提供联接到曲轴上对应的曲轴销的附加连接杆和杆轴承，来用与上述类似的方式控制附加汽缸的阀的操作，而不脱离本发明的公开内容。本领域技术人员应当进一步认识到，类似于上述公开内容可以提供附加主活塞/腔室和闭合流体流动路径，来单独地或成对地提供阀的液压阀致动，而不脱离本发明的公开内容。最后，本领域技术人员应当认识到，四冲程-四缸发动机循环是作为示例而非限制的，因为曲轴驱动阀致动系统可以被修改以适应不同的发动机配置，诸如作为示例而非限制，两个或更多个汽缸的发动机配置，诸如三缸、六缸、八缸或多于八缸的发动机配置，而不脱离本发明的公开内容。

如图1中所示，曲轴驱动阀致动系统30可进一步包括用于操作的控制系统或电子控制单元(ECU)98。如虚线所示，ECU 98可以与至少一个控制阀56a、56b、56c、56d和至少一个切换阀64a、64b、64c、64d电连通。电子控制单元98可以包括根据存储在存储器中的控制程序操作的微处理器。作为示例而非限制，ECU 98可以根据上面的详细描述来控制至少一个第一控制阀56a、56b、56c、56d和至少一个切换阀64a、64b、64c、64d的致动。

在发动机中实现所公开的曲轴驱动阀致动系统30的优点可以包括通过去除诸如凸轮轴、凸轮传感器、油控制阀、相位器、导向器、正时链、张紧器、链轮、轴承盖以及各种螺栓和紧固件的附加部件来节省重量。所公开的曲轴驱动阀致动系统30还可以减少由于附加部件的使用和磨损导致的发动机中的寄生损失。特别通过移除凸轮轴也可以显著减小发动机的包装尺寸。所公开的曲轴驱动阀致动系统30可以通过减小与发动机相关联的生产成本(由于去除了附加部件的成本)而提供显著的经济优势。多个控制阀和连接杆的使用还可通过选择需要数量的独立往复加压流体流往复路径来为进气阀和排气阀的运动控制提供灵活性。

现在参照图2至图4，示出了在曲轴50和主活塞38之间可操作的连接杆62。连接杆62和主活塞38可以相对于发动机活塞80构造在各种位置，如图3至图4所示。从动活塞44a可以打开对应的排气阀34a。从动活塞44a可以由液压地连接至从动活塞44a的主活塞38致动。主活塞38可以通过连接杆62机械致动，连接杆62可以与发动机活塞80的行程同步，如图3至图4所示。作为示例而非限制，阀致动系统30可以包括用于操作与四缸发动机相关联的八个阀中的一个阀的单个连接杆62。如图3最佳所示，连接杆62可包括第一和第二端62a、62b。第一端62a可以通过杆轴承166安装成相对于曲轴50在曲轴销165上旋转。杆轴承166可以围绕第二纵向旋转轴线旋转。第二纵向旋转轴线可以从曲轴50的主纵向旋转轴线偏移。第二端62b可以与主活塞38接合。主活塞38可以包括用于驱动主活塞38往复运动的活塞销82。如图4所示，连接杆62可以包括介于连接杆62与主活塞38之间的连杆机构168，用于将往复运动传递到主活塞38。第一端62a可以安装成用于旋转至杆轴承166，并且第二端162b可以通过枢轴销86与连杆机构168枢转地连接。连杆机构168可包括枢转地安装的摇臂连杆74用于角往复运动。摇臂连杆74可以包括第一枢轴销84和第二枢轴销86，用于在摇臂连杆74的一端处枢转地连接至连杆构件88，并且用于在摇臂连杆74的另一端处枢转地连接至连接杆62。连杆构件88可以通过第三枢轴销90连接至主活塞38，使得摇臂连杆74可枢转，以使主活塞38在行程第一和第二终点限制之间往复运动。如图4所示，主活塞38还可包括至少一个偏压弹簧76，该偏压弹簧76可与主活塞38接合，以容纳主活塞38相对于连杆机构68在流体泵室40中的非循环运动。至少一个偏压弹簧76可以与主活塞38平行或串联。偏压弹簧76可以位于流体泵室40的内部或外部。至少一个偏压弹簧76可消除用于改善阀致动系统30中的噪声和振动的后冲。

在操作中，围绕主纵向旋转轴线旋转内燃机的曲轴50使曲轴销165a、165b围绕从主纵向轴线偏移的第二纵向旋转轴线旋转。曲轴销165a、165b的旋转可以将运动传递到连接杆62、162，以使主活塞38a、38b在对应的流体泵室40a、40b、40c、40d内往复运动。流体泵室40a、40b、40c、40d在流体通道72a、72b、172a、172b内提供往复流体流动，以通过控制阀56a、56b、56c、56d、64a、64b、64c、64d选择性引导往复流体流动，控制阀56a、56b、56c、56d、64a、64b、64c、64d与位于曲轴驱动阀致动系统30中的对应的蓄能器46a、46b、46c、46d和阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d相关联，用于在常开位置和关闭位置之间驱动阀34a、34b、34c、34d、134a、134b，34c、34d中的每一个。主活塞38a、38b的往复运动可以往复地驱动流体流出并将工作流体抽回流体泵室40a、40b、40c、40d中，用于在与控制阀56a、56b、56c、56d、64a、64b、64c、64d流体连通的闭合流体流动路径内提供往复流体流动。

流体贮存器或贮槽90a、90b、90c、90d可以向流体泵92a、92b、92c、92d提供流体，以通过止回阀96a、96b、96c、96d输送至蓄能器46a、46b、46c、46d。当控制阀56a、56b、56c、56d处于第一位置时，对应的蓄能器46a、46b、46c、46d与对应的往复流体流动通道72a、72b、172a、172b隔离。当控制阀56a、56b、56c、56d处于第二位置62a、62b、62c、62d时，对应的蓄能器46a、46b、46c、46d设置成与对应的往复流体流动通道72a、72b、172a、172b流体连通。在来自对应的流体泵36a、36b的特定流体泵室40a、40b、40c、40d的往复流体流动期间当需要修改或消除阀致动曲线时，蓄能器46a、46b、46c、46d可用作损失流体运动蓄能器，同时还用作用于维持处于压力下的一定体积的流体并用于维持曲轴驱动阀致动组件30中的流体压力和体积的加压流体贮存器。换句话说，蓄能器46a、46b、46c、46d可用于修改阀定时曲线的形状，并且通过减小阀的运动来允许液压系统中的空动运动，同时将流体流引导到对应的蓄能器46a、46b、46c、46d。在系统中包括蓄能器46a、46b、46c、46d可以允许与蓄能器流体连通的阀较晚打开、及早关闭、部分打开或防止阀一起打开。蓄能器46a、46b、46c、46d可包括蓄能器弹簧47a、47b、47c、47d，用于在没有泵92a、92b、92c、92d运行的情况下维持预定体积的流体的压力。当对应的控制阀56a、56b、56c、56d处于第二阀位置62a、62b、62c、62d中时，蓄能器46a、46b、46c、46d可以向液压阀致动组件30提供流体流动。

流体可以流过高速切换阀64a、64b、64c、64d，用于提供主活塞38a、36b与分别对应于阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d的多个从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d中对应的一个之间的选择性流体连通。切换或跳过功能可以用于利用损失流体运动，否则在用曲轴驱动阀致动系统30控制单个发动机阀功能时会发生损失流体运动。可以设想，多于一个的切换阀64a、64b、64c、64d可以与具有附加汽缸和阀的内燃机一起使用。控制阀56a、56b、56c、56d可以处于第二阀位置62a、62b、62c、62d中，用于提供流体活塞泵36a、36b与对应的蓄能器46a、46b、46c、46d之间的流体流动。控制阀56a、56b、56c、56d可以处于第一阀位置60a、60b、60c、60d中，使对应的蓄能器46a、46b、46c、46d与往复流体流动通道72a、72b、172a、172b隔离，同时提供流体活塞泵36a、36b与对应的控制阀64a、64b、64c、64d之间的流体连通，用于根据控制阀64a、64b、64c、64d的位置与一对阀34a或34b；34c或34d；134a或134b；134c或134d中的一个选择性流体连通。每个阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d可包括对应的从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d。从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d可以通过对应的偏压弹簧48a、48b、48c、48d、148a、148b、148c、148d通常朝向阀关闭位置偏置。当从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d响应于与加压流体的流体连通而移动时，加压流体可克服弹簧力以移动对应的从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d并打开对应的阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d。通过返回通过对应的控制阀64a、64b、64c、64d或通过可选的对应止回阀80b、80c、80d、80e、180b、180c、180d、180e，流体可以从从动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d的汽缸返回到对应的流体泵室40a、40b、40c、40d。可以通过对应的止回阀80b、80c、80d、80e、180b、180c、180d、180e防止流向切换阀64a、64b、64c、64d的流体流到从动阀的汽缸。

组装用于控制打开和关闭多个液压致动阀(进气阀34a、34b、34c、34d或排气阀134a、134b、134c、134d)的曲轴驱动阀致动系统30的方法可以对应于内燃机中的多个汽缸。曲轴驱动阀致动系统30可以包括由发动机驱动并且可围绕主纵向旋转轴线旋转的曲轴50，由曲轴旋转驱动的流体活塞泵36a、36b，用于提供具有往复流动的源或加压流体，发动机响应于加压流体的往复流动从常闭位置移动到打开位置的阀并且用于维持加压流体的预定体积的至少一个蓄能器46、46a、46b、46c、46d。该方法可以包括将连接杆62、62a、62b连接至曲轴50，用于将旋转运动转换成由曲轴50的旋转驱动的往复运动，组装至少一个流体活塞泵36、36a、36b，以响应于由曲轴50往复运动连接杆62、62a、62b，将至少一个流体压力泵36、36a、36b流体连接至至少一个流体通道72a、72b、172a、172b，用于引导来自至少一个流体压力泵36、36a、36b、36c、36d的加压流体的往复流体流动与对应的发动机阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d的至少一个从动活塞致动器44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d流体连通；以及插入至少一个控制阀56a、56b、56c、56d，用于选择性地提供至少一个活塞泵36、36a、36b与至少一个蓄能器46a、46b、46c、46d之间的流体连通，用于加压流体的空动往复流体流动。

该方法还可以包括在流体活塞泵36与连接杆62之间连接连杆机构168，用于传递连接杆62的往复运动，以朝向至少一个流体通道72a、72b、172a、172b驱动流体并从至少一个流体通道72a、72b、172a、172b抽吸流体，产生加压流体的往复流动。该方法还可以包括在具有至少一个从动活塞致动器44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d的至少一个流体通道72a、72b、172a、172b内的往复流体流动期间选择性地提供流体连通，以致动对应的发动机阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d。该方法还可以包括组装主活塞38、38a、38b，用于响应于连接杆62、162的旋转在流体压力活塞泵36、36a、36b的流体泵室40、40a、40b内往复运动，以产生往复流体流动。

虽然已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在以覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置，该范围符合最宽泛的解释，以包括法律允许的所有这样的修改和等同结构。

Claims (15)

1.一种用于控制液压致动发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的打开和关闭的曲轴驱动阀致动系统(30)，其允许流体相对于内燃机的汽缸的流动，所述改进包括：

曲轴(50)，其由所述内燃机驱动并可围绕主纵向旋转轴线旋转；

流体活塞泵(36a、36b)，其由所述曲轴(50)的旋转驱动，用于响应于所述曲轴(50)的旋转而产生往复流体流动；

从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)，其用于响应于所述往复流体流动操作发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)使其可从常闭位置移动到打开位置；

蓄能器(46、46a、46b、46c、46d)，其用于在压力下存储一定体积的流体；以及

控制阀(56a、56b、56c、56d)，其用于选择性地提供所述蓄能器(46、46a、46b、46c、46d)与所述流体活塞泵(36a、36b)之间的流体连通，以在往复流体流动期间修改所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的阀定时致动曲线。

2.根据权利要求1所述的改进，其中所述流体活塞泵(36a、36b)还包括：

连接杆(62、162)，其连接至所述曲轴(50)的曲轴销(165a、165b)；

主活塞(38a、38b)，其连接至所述连接杆(62、162)，响应于所述主活塞(38a、38b)通过所述曲轴(50)的旋转的往复运动，限定流体泵室(40a、40b、40c、40d)，用于在往复流体流动中驱动流体流出和将流体吸入所述流体泵室(40a、40b)。

3.根据权利要求2所述的改进，其中所述流体活塞泵(36a、36b)还包括：

所述主活塞(38a、38b)，其限定位于所述主活塞(38a、38b)的相对侧上的第一和第二泵室(40a、40b、40c、40d)，用于驱动流体流出所述第一和第二泵室(40a、40b、40c、40d)中的一个，同时在所述主活塞(38a、38b)在两个方向上往复运动期间在往复流体流动中将流体吸入所述第一和第二泵室(40a、40b、40c、40d)中的另一个。

4.根据权利要求2所述的改进，其还包括：

连杆机构(168)，其在所述主活塞(38a、38b)和所述连接杆(62、162)之间连接，用于将所述连接杆(62、162)的往复运动传递到所述主活塞(38a、38b)。

5.根据权利要求1所述的改进，其还包括：

切换阀(64a、64b、64c、64d)，其位于所述流体活塞泵(36a、36b)与所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的所述从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)之间，用于选择性地提供所述流体活塞泵(36a、36b)与所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的所述从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)之间的流体连通。

6.根据权利要求1所述的改进，其还包括：

流体通道(72、72a、72b、172a、172b)，其在所述流体活塞泵(36、36a、36b)、所述控制阀(56、56a、56b、56c、56d)以及所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的所述从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)之间流体连通。

7.一种用于控制允许流体相对于内燃机的汽缸流动的液压致动发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的打开和关闭的方法，所述方法包括：

响应于所述曲轴(50)的旋转而产生与通过连接杆(62、162)附接到曲轴(50)的流体活塞泵(36a、36b)的流体泵室(40a、40b、40c、40d)的往复流体流动；

响应于与从所述流体活塞泵(36a、36b)的所述流体泵室(40)到发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)的往复流体流动的连通而在打开位置和关闭位置之间驱动发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)，；以及

通过控制阀(56a、56b、56c、56d)选择性地提供所述流体活塞泵(36a、36b)与蓄能器(46a、46b、46c、46d)之间的流体连通以用于在往复流体流动期间，修改所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的阀定时致动曲线。

8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：

选择性地提供第一和第二液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)中的一个与所述往复流体流动之间的流体连通，所述往复流体流动由所述至少一个流体活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)产生以利用至少一个切换阀(64a、64b、64c、64d)朝向打开位置驱动所述待控制阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)。

9.根据权利要求7所述的方法，其还包括：

将连接杆(62、162)连接至所述曲轴(50)的曲轴销(165a、165b)；

将主活塞(38a、38b)连接至限定流体泵室(40a、40b、40c、40d)的所述连接杆(62、162)，用于响应于所述主活塞(38a、38b)通过所述曲轴(50)的旋转的往复运动在往复流体流动中驱动流体流出和将流体吸入所述流体泵室(40a、40b)。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包括：

驱动流体流出所述第一和第二泵室(40a、40b、40c、40d)中的一个，同时在所述主活塞(38a、38b)在两个方向上往复运动期间在往复流体流动中将流体吸入所述第一和第二泵室(40a、40b、40c、40d)中的另一个，所述主活塞(38a、38b)限定位于所述主活塞(38a、38b)的相对侧上的第一和第二泵室(40a、40b、40c、40d)。

11.根据权利要求9所述的方法，其还包括：

在所述主活塞(38a、38b)和所述连接杆(62、162)之间连接连杆机构(168)，用于将所述连接杆(62、162)的往复运动传递到所述主活塞(38a、38b)。

12.根据权利要求7所述的方法，其还包括：

连接所述流体活塞泵(36a、36b)与所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)之间的切换阀(64a、64b、64c、64d)，用于选择性地提供所述流体活塞泵(36a、36b)与所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)之间的流体连通。

13.根据权利要求7所述的方法，其还包括：

提供所述流体活塞泵(36、36a、36b)、所述控制阀(56、56a、56b、56c、56d)与所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的所述从动活塞致动器(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)之间的流体连通，其中流体通道(72、72a、72b、172a、172b)(134a、134b、134c、134d)处于打开和关闭位置之间。

14.一种组装曲轴驱动阀致动系统(30)的方法，所述曲轴驱动阀致动系统用于控制液压致动发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的打开和关闭，允许流体相对于内燃机的汽缸流动，所述方法包括：

将连接杆(62、162)连接至曲轴(50)的曲轴销，用于响应于所述曲轴(50)的旋转而运动；

组装用于响应于由所述曲轴(50)移动所述连接杆(62、162)而往复运动的至少一个流体活塞泵(36)，用于产生往复流体流动；

将所述至少一个流体压力泵(36、36a、36b、36c、36d)连接至至少一个流体通道(72a、72b、172a、172b)，用于引导来自所述至少一个流体压力泵(36、36a、36b、36c、36d)的往复流体流动与待控制的至少一个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)流体连通；以及

在所述至少一个蓄能器(46a、46b、46c、46d)与所述至少一个流体活塞泵(36a、36b)之间插入至少一个控制阀(56a、56b、56c、56d)，用于在往复流体流动期间修改所述发动机阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的阀定时致动曲线。

15.根据权利要求14所述的方法，其还包括：

插入至少一个切换阀(64a、64b、64c、64d)，用于选择性地提供第一和第二液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)中的一个与由所述至少一个流体活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)产生的所述往复流体流动之间的流体连通，以驱动待控制的阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)朝向打开位置。