CN106968751A - 用于内燃发动机的阀的可变致动的系统 - Google Patents

Abstract

本文描述了用于内燃发动机的发动机阀的可变致动的系统，其特征在于，所述系统能够基于发动机操作状况以四冲程操作模式和两冲程操作模式选择性地致动发动机阀。

Description

用于内燃发动机的阀的可变致动的系统

技术领域

本发明涉及如下类型的用于内燃发动机的发动机阀的可变致动的系统，包括：

液压设备，所述液压设备包括：

-主活塞；

-从动活塞，所述从动活塞能够借助于设置在所述主活塞和所述从动活塞之间的流体体积由所述主活塞驱动；和

-电磁阀，所述电磁阀配置成呈现所述流体体积置于与出口连通的状态，从而使得所述从动活塞与所述主活塞的移动独立；

凸轮轴，所述凸轮轴设计成驱动所述主活塞的运动；以及

控制单元，所述控制单元配置成根据随着表示发动机操作状况的一个或多个参数而可变的升程和/或打开和关闭时间来控制所述电磁阀，从而以所述四冲程发动机操作模式操控所述发动机阀。

背景技术

一段时间以来，本申请人已开发设置有用于发动机进气阀的可变致动的系统的内燃发动机，具有上文提及的特征且按商标“MULTIAIR”出售。本申请人是关于设置有上文所说明类型的系统和该系统的部件的发动机的多项专利和专利申请的持有人。

附图中的图1示出所讨论系统的示例，所述系统用于致动内燃发动机的气缸的两个进气阀7。在所示的示例中，系统包括主活塞2，主活塞2由凸轮4移动，且驱动两个进气阀7的相应从动活塞6，用于借助于本身设置在从动活塞6和主活塞2之间的流体体积V将进气阀7带到打开状况。

电磁阀8控制液压回路的腔室的连通，在所述腔室内，各个活塞借助于连接到流体蓄压器的出口12移动。当电磁阀变为关闭状态B时，主活塞2和从动活塞6在阀7的打开和关闭运动的传动中刚性地连接。相反，当电磁阀打开时，各个活塞的腔室与出口12处的低压力连通，因而使得从动活塞6与主活塞6的移动独立。电磁阀8正常处于打开状态，且在阀本身的电致动后进入关闭状态。

在所述的系统，在电磁阀8被致动时，即变为关闭状态时，发动机阀跟随凸轮的移动（全升程）。发动机阀的预期关闭可以通过打开电磁阀8获得，从而排空加压流体体积C且在相应复位弹簧（未示出）的作用下获得阀7的关闭。类似地，阀7的延迟打开可以通过延迟电磁阀8的关闭而获得，而阀的延迟打开和预期关闭的组合可以在对应凸轮的推动期间通过关闭和打开电磁阀而获得。根据可选策略，按照以本申请人名义提交的专利申请No.EP1726790A1的教导，每个进气阀可以以多升程模式控制，即，根据打开和关闭的两个或更多重复“子循环”。在每个子循环中，进气阀打开且然后完全关闭。

鉴于上文所述，电子控制单元因而能够根据发动机的一个或多个操作参数（例如，加速踏板的位置、发动机rpm、或者发动机温度（例如，油温度或冷却剂温度））获得进气阀的打开瞬时和/或关闭瞬时和/或升程的变化。这允许在每一个操作状况下获得最佳发动机效率。

发明内容

本申请人现在追求的总体目的在于进一步改进发动机的效率，尤其是通过提供用于阀的可变致动的系统，所述系统将允许实现如下优点中的一个或多个：

以宽范围的压缩比值尤其是高的该比值来运行发动机的可能性；

消耗水平的改进；

给定相同的输送功率，提供小尺寸发动机的可能性；

减少由活塞执行的泵送功；以及

在涡轮增压器作用范围内提供较低压缩比的可能性。

上述目的经由用于内燃发动机的发动机阀的可变致动的系统实现，包括根据权利要求1所述的特征。

本文所述的系统特征在于：其能够基于发动机操作状况尤其是基于发动机负载状况选择性地以四冲程操作模式和两冲程操作模式致动发动机阀。

本文所述的系统能够通过利用上述致动系统的能力以可变方式致动发动机阀而提供上述双操作模式。具体地，本文所述的系统总体上具有如下特征：

所述凸轮轴具有设置有复合轮廓的凸轮，所述复合轮廓由第一部分限定，所述第一部分用于通过主活塞至少以四冲程发动机操作模式操控发动机阀，所述复合轮廓还由第二部分限定，所述第二部分预先设置用于至少以两冲程发动机操作模式操控所述发动机阀；

所述控制单元配置成：根据发动机负载状况在发动机阀的两冲程和四冲程操作模式之间选择一个；以及基于所选择模式控制所述电磁阀，从而致使所述从动活塞沿前述第二凸轮轮廓或者沿前述第一凸轮轮廓独立于所述主活塞。

除了上文所述的允许以两个两冲程和四冲程发动机操作模式控制阀之外，本文所述的系统此外能够根据发动机操作状况提供发动机阀的可变致动，以便确保在任何操作状况下的最佳效率。

如下文将看出的，在优选实施例中，致动系统设想相位变化器，所述相位变化器设计成调节凸轮轴相对于曲轴的角位置。

此外，本发明涉及根据权利要求9限定的所讨论类型的发动机阀的致动的系统的控制方法。

附图说明

本发明的另外的特征和优点将从后面参照附图的描述中显现，所述附图仅仅以非限制性示例的方式提供且其中：

图1是根据现有技术的用于内燃发动机的阀的可变致动的系统的简图；

图2是两个示例的示意图，一个涉及内燃发动机的四冲程操作循环，一个涉及两冲程操作循环；

图3是根据本发明一个实施例的用于内燃发动机的阀的可变致动的系统的简图；

图4A和4B图示了发动机的进气阀的升程的两个不同轮廓，分别用于四冲程发动机模式和两冲程发动机模式；；

图5图示了在本文所述的系统中使用的凸轮轮廓的示例，用于致动进气阀；

图6图示了在本文所述的系统中使用的凸轮轮廓的示例，用于致动排气阀；和

图7A和7B图示了发动机的排气阀的升程的两个不同轮廓，分别用于四冲程发动机模式和两冲程发动机模式。

具体实施方式

在接下来的说明中，各个具体细节被阐述，旨在允许实施例的深入理解。实施例可以不设置有所述具体细节中的一个或多个，或者设置有其它方法、部件或材料等。在其它情况下，已知的结构、材料或操作未示出或者详细描述，从而将不会妨碍实施例的各个方面。

本文使用的参考仅仅是为了方便提供，因而并不限定保护范围或实施例的范围。

如已知的那样，内燃发动机的典型四冲程操作循环接连地包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。前两个冲程，进气和排气冲程，在第一曲轴转中发生，而后两个冲程，膨胀和排气冲程，在随后的曲轴转中发生。通常，进气冲程稍微在前一循环的排气冲程结束之前在活塞尚未到达上止点（TDC）时开始。

此外，两冲程循环设想四个冲程：进气、压缩、膨胀和扫气，然而，在同一曲轴转期间发生。在该操作模式中，已燃烧气体的膨胀在所谓的扫气冲程中发生，且主要由于空气-汽油混合物进入燃烧室而发生，其将已燃烧气体推出所述燃烧室。

常规两冲程发动机并没有四冲程发动机那样的发动机阀，而是直接在气缸壁上做出的端口或狭缝，其由于活塞的往复运动而打开和关闭。

现在要注意的是，在所讨论的技术领域的框架中，已经提出四冲程内燃发动机预先设置用于也以两冲程模式操作。这通过提供专用于两冲程模式的一组另外凸轮且提供设计成将该组凸轮与进气和排气阀置于连接同时将进气和排气阀从正常四冲程模式的凸轮断开的合适机械构件来获得。

为此，文献No. JPS58152139描述了增压内燃发动机，精确地预先设置有用于致动发动机阀的两组不同凸轮，第一组用于以两冲程操作模式致动阀，第二组用于以四冲程操作模式致动阀。这两组中的一组或另一组的选择经由用于定位与阀有关的摇臂的系统进行，所述系统设计成使得摇臂在与一组凸轮接合的状况和与另一组凸轮接合的状况之间移动。

此外，应当注意的是，两冲程循环的凸轮以如下方式配置，使得在扫气冲程中，进气和排气阀同时保持在打开位置，从而进入进气导管的气体能够将已燃烧气体推出燃烧室。燃烧室的该扫气动作另一方面通过空气-汽油混合物供应到燃烧室中的增压压力来促进。

源于也根据两冲程循环操作的可能性的内燃发动机的优点主要涉及高负载状况且在于可以利用该循环的燃烧事件的数量为四冲程循环的两倍，以便减少燃烧室内建立的压力。这给发动机设计者提供设置较高压缩比的可能性而没有任何爆炸风险，且可能给定相同的最大输送扭矩减少发动机的总体尺寸。

本文所述的用于发动机阀的可变致动的系统预先设置用于提供与上述文献No.JPS58152139的方案所设想的从四冲程操作模式转到两冲程操作模式的相同可能性，且反之亦然。

然而，如下文看到的，上述结果使用与开始所述的用于发动机阀的致动的系统为特征的相同类型的液压系统且利用其可变致动发动机阀的能力获得。

因而，由此获得的致动系统特征在于，其具有上述已知系统的可靠性和可控性的相同特性。此外，本文所述的致动系统不仅能够在两个两冲程模式和四冲程模式之间以最合适操作模式致动发动机阀，而且能够总是在任何操作状况下根据最佳操作效率运行发动机。

图3是本文所述的致动系统的示例的示意图。具体地，附图示出了所讨论系统的应用，用于致动内燃发动机的气缸的两个进气阀7。

本文所述的致动系统首先包括与上文参考图1所述类似的类型的液压阀致动设备。参考图3，上述设备包括主活塞42和设计成驱动两个进气阀7的两个从动活塞44和46。液压回路C限定相应腔室47，51，53，活塞42，44，46能在腔室47，51，53内运动且前述腔室被液压连接在一起，使得活塞42的移动由于容纳在液压回路中的流体体积（由活塞42移动）施加的作用而引起从动活塞44和46的对应移动。此外，所讨论设备包括电磁阀60，电磁阀60设计成控制腔室47，51，53和出口61之间的液压连接，出口60继而连接到流体蓄压器80。当电磁阀60将上述腔室置于与蓄压器80连通时，在由凸轮引起活塞42移动期间由活塞42移动的流体排出到蓄压器中，因而活塞的移动不传输给两个从动活塞44和46。此外，如果在该状况下两个进气阀处于其打开位置，由于设置在回路中的低压力，对应的复位弹簧将进气阀往回带到关闭位置，且在该返回移动期间由两个从动活塞44和46移动的流体体积也排出到流体蓄压器80。

相反，当电磁阀60关闭与上述蓄压器的连通时，腔室47和腔室51和53之间包括的流体体积被防止朝向蓄压器80流出，因而可以由于活塞42的移动而驱动活塞44和46。在该状况下，主活塞42和从动活塞44和46作为整体在阀的打开和关闭移动两者时都被刚性地连接。如将从下文看出的，打开移动通过凸轮轴操控，而关闭移动通过与两个阀和前述活塞相关联的各个复位弹簧操控。

通过适当地控制电磁阀60的打开和关闭时间，可以以期望时间和方式使得发动机阀独立于相应凸轮的机械轮廓，因而获得阀的打开瞬时和/或关闭瞬时和/或升程的变化。因而可以例如设想以延迟打开、提前关闭、延迟打开和提前关闭的组合、或者再次上文所述的所谓多升程策略为特征的控制策略。各个控制策略保存在系统的控制单元中。

主活塞42由凸轮52驱动。

在本文所述的系统中，所讨论的凸轮设计成驱动所述液压设备的主活塞42，具有复合轮廓，即，配置成允许以两冲程发动机操作模式和四冲程发动机操作模式两者致动阀的轮廓。

图5图示了前述轮廓的示例。首先，所讨论的轮廓特征在于其沿其延伸部具有两个不同的升程曲线（附图中分别通过附图标记52A和52B表示），从而能够对于每个曲轴转操控阀的打开，如两冲程发动机操作模式中设想的那样。此外，两个升程曲线中的每个具有更陡的上升轮廓的初始伸展，从而允许阀的快速打开和因而利于循环的扫气冲程。

现在应当注意的是，在四冲程发动机操作模式中，轮廓的两个升程曲线中的仅仅一个被使用，系统设想经由上述液压设备的干预将另一个设置为0，即，设置与蓄压器80连通的主活塞42腔室47，使得由该另一个曲线引起在该活塞上的移动未被从动活塞44和46“察觉”。

本文所述的系统还包括相位变化器装置70，所述相位变化器装置设计成调节凸轮52的凸轮轴相对于曲轴的角位置。

这样做能够基于所选择的发动机操作模式改变阀的打开瞬时，尤其是以如下方式操作，使得进气阀可以根据两个模式中的每个典型的时间来致动。

由此，再次参考图2，可以注意到，根据常规控制模式，在四冲程操作模式中，进气冲程相对于上止点（TDC）稍微提前开始，且在下止点（BDC）后结束，而在两冲程操作模式中，所讨论的进气冲程（伴随扫气冲程）大约在BDC时执行，相对于BDC稍微提前开始，且在与四冲程操作模式中进气冲程结束的点大约对应的点结束。

现在参考图4A和4B，图4A和4B通过示例的方式图示了对于曲轴旋转720度在所讨论的两个操作发动机模式中进气阀所遵循的两个可能升程轮廓，从图5的凸轮轮廓开始获得。从上述附图清楚地显现，四冲程操作模式的升程轮廓特征在于其复制凸轮52的两个升程曲线中的仅仅一个（在所示示例中，曲线52A；应当注意的是，根据各情形，相同的系统可以配置用于使用两个曲线中的一个或另一个）。另一方面，取而代之，两冲程发动机操作模式的升程轮廓特征在于，其相对于四冲程发动机操作模式的轮廓移相大约180度，且其复制凸轮轮廓的仅仅部分，从而识别与凸轮轮廓限定的最大升程峰值相比较低的升程峰值，且阀的打开持续时间也短于由前述凸轮轮廓确定的持续时间。

鉴于前文所述，为了根据所示的两个轮廓操控发动机阀，因而系统设想，在四冲程操作模式中，控制电磁阀60从而使得凸轮轮廓的两个升程曲线中的一个为0，而在两冲程操作模式中，设想操控相位变化器装置从而延迟阀的致动，同时设想控制电磁阀60使得其可以执行由凸轮操控的两个升程，但是如根据相应曲线已经看到的那样，具有比由凸轮限定的对应轮廓更小的大小。

为了能够提供上述控制，系统包括控制单元（在图3中由附图标记100表示），首先，所述控制单元配置用于基于发动机操作状况尤其是基于发动机负载选择发动机操作模式。在各个优选实施例中，控制单元配置用于对于高于给定值的负载状况选择两冲程发动机操作模式，且在其它状况下取而代之选择四冲程发动机操作模式。用于测量发动机负载的系统所使用的参数可以例如是加速踏板的角位置、进气导管或排气导管内的压力、燃烧室内的压力等。在任何情况下，控制单元具有存储在其中的与发动机负载的前述给定值相对应的参考值，且配置用于基于测量参数和参考值之间的比较来选择操作模式。

控制单元然后以所选择模式控制电磁阀60和相位变化器装置，用于操控发动机阀。

如上所述，本文所述的系统在任何情况下也预先设置成根据发动机操作状况操控发动机阀的可变致动，例如发动机的速度、负载、温度等，以开始参考图1所述的类型的可变阀致动（VVA）系统中发生的类似的方式。具体地，通过控制电磁阀60，可以以期望时间和方式使得发动机阀独立于相应凸轮的机械轮廓，因而获得阀的打开瞬时和/或关闭瞬时和/或升程的变化。这因而可以例如设想以延迟打开、提前关闭、延迟打开和提前关闭的组合、或者再次上文所述的所谓多升程策略为特征的控制策略。

另一方面，应当注意的是，在本文所述的系统中，阀的前述可变控制不仅基于上文提及的发动机操作参数，而且基于所选择的操作模式。

在本文所述的系统中，因而可以设想用于控制发动机阀的各个模式，例如常规模式、延迟打开模式、提前关闭模式、组合的延迟打开和提前关闭模式、以及多升程模式，以区分所述控制模式，以便在一个发动机操作模式和另一个之间使用。由此，发动机的操作效率对于任何状况都最佳。

上述说明仅仅参考气缸的进气阀，但是要清楚的是，上述控制的相同架构和相同过程也适用于精确地致动排气阀，以便能够以所设想的两个不同操作循环控制发动机。具体地，所述系统也将设想用于排气阀的复合凸轮轮廓（参见图6），配置用于能够以四冲程发动机操作模式和两冲程发动机操作模式两者致动排气阀。图7A和7B图示了用于四冲程发动机模式和两冲程发动机模式两者的排气阀的两个可能升程轮廓，通过由本文所述的用于致动发动机阀的系统执行的控制从图6的凸轮轮廓来获得。

当然，在不偏离本发明原理的情况下，实施例和结构细节可以甚至显著地相对于本文仅仅通过示例的方式描述和图示的那些变化，而不偏离由所附权利要求限定的本发明范围。

最后，要注意的是，上述阀60可以是任何已知类型的电磁阀，或者也可以是不同类型的电致动阀，例如带有压电致动器的阀。同样，在电磁阀的情况下，阀可以是常闭类型或者另外为常开类型。在后一情况下，为了根据本发明的系统的目的，显然重要的是控制阀50再次建立加压流体体积和与流体蓄压器80连通的环境之间的连通时的瞬时，而与这是通过中断还是致动电流供应获得无关。

根据已经形成本申请人先前专利申请的主题而在本申请提交日时尚未公开的另一特征，在控制阀是常开电磁阀的情况下，电子控制单元可以编程为在其去激励后将尾电流供应给螺线管，以便在控制阀的运动构件到达其行程终点位置之前制动控制阀的运动构件的移动，行程终点位置与加压流体体积和与流体蓄压器连通的环境之间的连通打开状况相对应。

Claims (13)

1.一种用于内燃发动机的发动机阀的可变致动的系统，包括：

液压设备，所述液压设备包括：

-主活塞（42）；

-从动活塞（44，46），所述从动活塞能够借助于设置在所述主活塞和所述从动活塞之间的流体体积由所述主活塞（42）驱动；和

-电磁阀（60），所述电磁阀配置成呈现所述流体体积置于与出口（61）连通的状态，从而使得所述从动活塞与所述主活塞的移动独立；

其中，所述系统还包括：

凸轮轴，所述凸轮轴设计成驱动所述主活塞（42）的运动；

控制单元（100），所述控制单元配置成根据随着表示发动机操作状况的一个或多个参数而可变的升程和/或打开和关闭时间来控制所述电磁阀，从而以所述四冲程发动机操作模式操控所述发动机阀；

所述系统的特征在于：

所述凸轮轴具有设置有复合轮廓的凸轮（52），所述复合轮廓由第一部分（52A）限定，所述第一部分用于通过主活塞至少以四冲程发动机操作模式操控发动机阀，所述复合轮廓还由第二部分（52B）限定，所述第二部分用于至少以两冲程发动机操作模式操控所述发动机阀；以及

所述控制单元（100）配置成：根据发动机负载状况选择两冲程操作模式或四冲程操作模式中的任一个；以及基于所选择模式控制所述电磁阀，从而致使所述从动活塞沿所述复合凸轮轮廓的所述第二部分和/或者沿所述复合凸轮轮廓的所述第一部分独立于所述主活塞。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括相位变化器装置（70），所述相位变化器装置设计成调节所述凸轮轴相对于曲轴的角位置，从而能够改变所述阀的打开瞬时。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制单元配置用于基于所选择发动机操作模式操控所述相位变化器装置（70）。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制单元配置用于在所述两冲程操作模式中延迟所述阀的打开瞬时。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述控制单元配置用于基于发动机负载选择发动机操作模式。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制单元配置用于将存储在其中的参考值与表示发动机负载的测量参数进行比较。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述复合轮廓的所述第一部分（52A）和第二部分（52B）预先设置成以所述两冲程操作模式操控所述发动机阀，所述控制单元配置用于控制所述电磁阀，从而致使所述从动活塞沿所述第一和第二部分独立于所述主活塞，从而根据与所述第一和第二部分不同的升程轮廓操控所述发动机阀。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，在所述四冲程操作模式中，所述控制单元配置用于控制所述电磁阀，从而致使所述从动活塞沿所述复合轮廓的所述第一部分或所述第二部分独立于所述主活塞，从而使得否则将由所述第一部分或所述第二部分引起的所述发动机阀的升程无效。

9.一种用于控制用于内燃发动机的发动机阀的可变致动的系统的方法，其中，所述系统包括：

液压设备，所述液压设备包括：

-由凸轮轴致动的主活塞；

-从动活塞，所述从动活塞能够借助于设置在所述主活塞和所述从动活塞之间的流体体积由所述主活塞驱动；和

-电磁阀，所述电磁阀配置成呈现所述流体体积置于与出口连通的状态，从而使得所述从动活塞与所述主活塞的移动独立；

其中，所述系统还包括控制单元，所述控制单元配置成根据随着表示发动机操作状况的一个或多个参数而可变的升程和/或打开和关闭时间来控制所述电磁阀，从而操控所述发动机阀；

所述方法的特征在于，所述方法设想：

基于发动机负载状况在两冲程发动机操作模式和四冲程发动机操作模式之间选择一个；

基于所选择操作模式控制所述电磁阀，从而以所选择操作模式操控所述发动机阀；

对于两个操作模式中的至少一个，根据随着表示发动机操作状况的一个或多个参数而可变的升程和/或打开和关闭时间来控制所述电磁阀，从而操控所述发动机阀。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述致动系统中，所述凸轮轴具有设置有复合轮廓的凸轮（52），所述复合轮廓由第一部分限定，所述第一部分用于通过主活塞至少以四冲程发动机操作模式操控发动机阀，所述复合轮廓还由第二部分限定，所述第二部分用于至少以两冲程发动机操作模式操控所述发动机阀；

其中，基于所选择操作模式，所述方法设想控制所述电磁阀，从而致使所述从动活塞沿所述第二凸轮轮廓或者沿所述第一凸轮轮廓独立于所述主活塞。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述系统包括相位变化器装置（70），所述相位变化器装置设计成调节所述凸轮轴相对于曲轴的角位置，

且其中，所述方法设想基于所选择操作模式控制所述相位变化器装置（70），从而能够改变所述阀的打开瞬时。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其中，在所述致动系统中，所述复合凸轮轮廓的所述第一部分和第二部分预先设置成以所述两冲程操作模式操控所述发动机阀，

其中，在两冲程操作模式中，所述方法设想控制所述电磁阀，从而致使所述从动活塞沿所述复合轮廓的所述第一和第二部分独立于所述主活塞，从而根据与所述第一和第二部分不同的升程轮廓操控所述发动机阀。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述四冲程操作模式中，所述方法设想控制所述电磁阀，从而致使所述从动活塞沿所述复合轮廓的所述第一部分或第二部分独立于所述主活塞，从而使得否则将由所述第一部分或所述第二部分引起的所述发动机阀的升程无效。