CN107035458B - 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，所述凸轮轴具有凸轮轮廓，用于通过所述主活塞以四冲程发动机操作模式操控所述发动机阀；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，阀的延迟打开可以通过延迟电磁阀的关闭而获得，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。

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。

为此目的，本文所述的系统使用上述的用于发动机阀的可变致动的系统的基本架构，但是以合适的方式重新调整和重新设计。具体地，本文所述的系统总体上具有如下特征：

所述凸轮轴或另一凸轮轴具有用于以两冲程操作模式操控发动机阀的第二凸轮轮廓；

液压系统包括第二主活塞，所述第二主活塞能够由第二凸轮轮廓致动且设计成借助于设置在第二主活塞和从动活塞之间的第二流体体积驱动从动活塞；

电磁阀配置成呈现所述第二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第二主活塞的移动独立；以及

所述控制单元配置成选择性地以前述两个操作模式中的一个或另一个控制所述电磁阀，从而操控所述发动机阀。

此外，本发明涉及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图示了用于致动发动机的进气阀的两个不同凸轮轮廓，分别用于四冲程发动机模式和两冲程发动机模式；和

图5A和5B图示了用于致动发动机的排气阀的两个不同凸轮轮廓，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，该结果在没有使用文献No. JPS58152139的先前方案中那样的用于选择两个操作模式的各个凸轮的机械装置的情况下实现。

相反，本文所述的致动系统使用类似于开始所述的用于发动机阀的可变致动的系统所使用的液压设备类似的液压设备，所述液压设备本身能够以两个操作模式（即，上文所述的两冲程模式和四冲程模式）两者操控阀，且根据发动机的操作参数在所讨论的两个模式中的一个或两者内提供阀的可变控制。

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。

所述系统首先包括两个不同凸轮42和44，第一个用于根据四冲程操作模式致动所述阀，第二个用于根据两冲程操作模式致动所述阀。在所示的示例中，两个阀7经由下文详细描述的同一液压设备控制，因而，单个凸轮设计用于致动两个阀7两者。然而，这仅仅构成这种类型设备的使用示例，且总体来说每个凸轮操控的阀的数量可以根据发动机的具体结构变化。所讨论的两个凸轮可以根据具体发动机结构由同一个凸轮轴支承，或者由两个不同轴支承。

两个凸轮42和44设计成驱动前述液压设备的两个相应主活塞46，48，主活塞46，48能在由所讨论设备的液压回路限定的腔室47和49中运动。该回路将腔室47和49与腔室51和53连接，两个从动活塞52，54能在腔室51和53中运动且设计成驱动两个阀7到打开状况。

电磁阀60设计成控制主活塞的腔室47和49和从动活塞的腔室51和53之间的液压连接。具体地，电磁阀60包括分别连接到主活塞的腔室47和49的两个入口62，64、以及两个出口66，68，其中第一个连接到流体蓄压器80，第二个连接到从动活塞的腔室51和53两者。在电磁阀60与腔室47和49之间识别两个不同的工作流体体积，主活塞46作用的体积V1和主活塞48作用的体积V2。

电磁阀60具有三个不同状态，提供下文所述的三个不同液压连接：

第一状态，附图3中标记为A，其中，主活塞的腔室47和49和从动活塞的腔室51和53均连接到流体蓄压器80；

第二状态，标记为B，其中，腔室47连接到蓄压器80，而腔室49连接到从动活塞的腔室51和53；以及

第三状态，标记为C，其中，腔室47连接到从动活塞的两个腔室51和53，而腔室49连接到流体蓄压器80。

在腔室47，49，51和53均连接到流体蓄压器80的状态A中，主活塞46和48与从动活塞52和54被致使彼此独立，以致由主活塞移动的回路工作流体自由移动，与移动的流体体积相对应的量流入流体蓄压器80，而不在从动活塞上施加任何作用。

因而，在该状态中，由两个凸轮42，44的轮廓限定的升程并未被两个进气阀“察觉”。

在电磁阀60呈现状态A的情况下，当阀7处于关闭位置时，阀7因而将保持在该位置，尽管主活塞46和48移动。相反，在呈现前述状态的情况下，当阀处于打开位置时，所述阀将在由相应复位弹簧（未示出）施加的推力下关闭，且与所述阀一起运动的从动活塞51和53继而将工作流体流引入蓄压器80。

在状态B中，腔室47类似地与出口66连通，因而，正如上述状态A中发生的那样，由凸轮42引起的活塞46移动并未被两个从动活塞察觉。相反，在该状态中，主活塞48的腔室49设置成与从动活塞的腔室51和53连通，由活塞48移动的流体体积在该情况下被防止朝向蓄压器80离开，且作用于从动活塞上，从而将由凸轮44操控的主活塞48的移动传输给从动活塞。

在该状态B中，两个进气阀因而根据由凸轮44的轮廓指定的两冲程操作模式操作。

相反，在状态C中，主活塞46的腔室47连接到两个从动活塞的腔室，因而由凸轮42致动的主活塞46引起两个从动活塞的对应移动。相反，主活塞48的移动并未被两个从动活塞察觉。在该状态中，两个进气阀因而根据由凸轮42的轮廓指定的四冲程发动机操作模式操作。

现在参考图4A和4B，图4A和4B分别图示用于根据四冲程发动机操作模式致动发动机阀的凸轮轮廓和用于根据两冲程发动机操作模式致动发动机阀的凸轮轮廓。所讨论的轮廓均以合适方式配置用于以对应的发动机操作模式操控所述阀。通过比较这些附图，两种类型轮廓之间的区别立即清楚。首先，两冲程模式的凸轮轮廓具有两个不同升程曲线，而四冲程模式的凸轮轮廓仅仅具有一个。此外，第一模式的两个峰值显著低于第二模式的单个峰值。

本文所述的系统还包括控制单元，控制单元在图3中由附图标记100表示，配置用于选择发动机操作模式且基于所选择模式并基于发动机操作状况来控制电磁阀60。

控制单元配置用于基于发动机负载选择发动机操作模式。具体地，前述单元配置用于对于高于给定值的发动机负载选择两冲程发动机操作模式，且在其它状况下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位置、进气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两个发动机模式中的一个或另一个。

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。

这基于前述已知系统中使用的相同原理获得。为此，实际上应当注意的是，通过在上述状态B和C中的一个或另一个（对应于根据凸轮轮廓致动阀）与停用阀的状态A之间控制电磁阀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，且区分所述控制模式，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两个不同类型的凸轮，在这方面，图5A和5B通过示例的方式分别图示了用于根据四冲程发动机操作模式致动排气阀的第一凸轮轮廓和用于根据两冲程发动机操作模式致动排气阀的第二凸轮轮廓。

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 (11)

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：

-第一主活塞（46）；

-从动活塞（52，54），所述从动活塞能够借助于设置在所述第一主活塞和所述从动活塞之间的第一流体体积由所述第一主活塞驱动；和

-电磁阀（60），所述电磁阀配置成呈现所述第一流体体积置于与出口（66）连通的状态，从而使得所述从动活塞与所述第一主活塞的移动独立；

其中，所述系统还包括：

凸轮轴，所述凸轮轴设计成驱动所述第一主活塞的运动，所述凸轮轴具有第一凸轮轮廓（42），用于通过所述第一主活塞以四冲程发动机操作模式操控所述发动机阀；

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：

所述凸轮轴或另一凸轮轴具有用于以两冲程操作模式操控所述阀的第二凸轮轮廓（44）；

所述液压设备包括第二主活塞（48），所述第二主活塞能够由所述第二凸轮轮廓（44）致动且设计成借助于设置在所述第二主活塞和所述从动活塞之间的第二流体体积驱动所述从动活塞（52，54）；

所述电磁阀（60）配置成呈现所述第二流体体积置于与出口（66）连通的状态，从而使得所述从动活塞与所述第二主活塞的移动独立；以及

所述控制单元配置成选择性地以所述两个操作模式即两冲程模式和四冲程模式中的一个或另一个控制所述电磁阀（60），从而操控所述发动机阀。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元配置用于选择发动机操作模式，且配置用于基于所选择的发动机模式并基于表示发动机操作状况的一个或多个参数来操控所述电磁阀（60）。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述液压设备包括液压回路，所述液压回路限定：

第一腔室（47），所述第一主活塞（46）能在第一腔室内运动；

第二腔室（49），所述第二主活塞（48）能在第二腔室内运动；和

第三腔室（51，53），所述从动活塞（52，54）能在第三腔室内运动；

其中，所述电磁阀（60）配置用于控制所述第一和第二腔室（47，49）与所述第三腔室（51，53）且与所述出口（66）的连通。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述电磁阀（60）配置用于呈现如下状态：

第一状态（A），其中，所述第一和第二腔室（47，49）均与所述出口（66）连通；

第二状态（B），其中，所述第一腔室（47）与所述出口（66）连通，所述第二腔室（49）与所述第三腔室（51，53）连通；以及

第三状态（C），其中，所述第一腔室（47）与所述第三腔室（51，53）连通，所述第二腔室（49）与所述出口（66）连通。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，在所述第一状态中，所述第三腔室（51，53）与所述出口（66）连通。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述出口（66）连接到流体蓄压器（80）。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述控制单元配置用于基于发动机负载来选择发动机操作模式。

8.根据权利要求7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。

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：

-由凸轮轴致动的第一主活塞；

-从动活塞，所述从动活塞能够借助于设置在所述第一主活塞和所述从动活塞之间的第一流体体积由所述第一主活塞驱动；和

-电磁阀，所述电磁阀配置成呈现所述第一流体体积置于与出口连通的第一状态，从而使得所述从动活塞与所述第一主活塞的移动独立；

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；

对于所述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：

所述凸轮轴具有用于以四冲程操作模式操控所述阀的第一凸轮轮廓（42），所述凸轮轴或另一凸轮轴具有用于以两冲程操作模式操控所述阀的第二凸轮轮廓（44）；

所述液压设备包括第二主活塞（48），所述第二主活塞能够由所述第二凸轮轮廓（44）致动且设计成借助于设置在所述第二主活塞和所述从动活塞之间的第二流体体积驱动所述从动活塞（52，54）；

所述电磁阀（60）配置成呈现所述第二流体体积置于与出口连通的第二状态，从而使得所述从动活塞与所述第二主活塞的移动独立；

基于所选择操作模式，所述方法设想以所述第一和第二状态中的一个控制所述电磁阀（60）。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述系统中，所述电磁阀配置用于呈现第三状态，其中，所述第一和第二流体体积两者均置于与出口连通；

基于所选择操作模式，所述方法设想在所述第三状态和所述第一状态或第二状态之间改变所述电磁阀的状态。