CN108291454A - 包括防间隙气门驱动运动的发动机气门驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动发动机气门的系统，其包括主气门驱动运动源，被配置成通过主运动负荷路径向至少一个发动机气门供应主气门驱动运动；以及辅助气门驱动运动源，与主气门驱动运动源分离并且被配置成通过辅助运动负荷路径向至少一个发动机气门供应辅助气门驱动运动。空转部件，其被配置成在一种状态下保持在辅助气门驱动运动源与辅助运动负荷路径之间或在辅助运动负荷路径内的间隙，在另一种状态下占据这种间隙。辅助气门驱动运动源被进一步配置成供应大体上匹配至少一种主气门驱动运动的至少一种防间隙气门驱动运动。

Description

包括防间隙气门驱动运动的发动机气门驱动系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月29日提交的申请号为62/234,608且名称为“用于防止内燃发动机中在主气门运动期间辅助运动活塞顶升的方法”的美国临时专利申请的权益，其教导通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及内燃发动机，并且特别地，涉及一种用于在这种内燃发动机内提供气门驱动运动的系统。

背景技术

如本领域所知，内燃发动机在某种程度上通过发动机气门的受控驱动而运转。例如，对于内燃发动机中的每个气缸，通常存在至少一个发动机进气门和至少一个发动机排气门。当内燃发动机运转以产生动力时，发动机气门根据所谓的(并且众所周知的)主气门驱动运动进行驱动。另外，发动机气门可以根据所谓的辅助气门驱动运动进行驱动，该辅助气门驱动运动可以代替主气门驱动运动或额外的使用额外，以便改变内燃发动机的运行。

例如，可使用这种辅助气门驱动运动来实现压缩-松开制动或发动机制动。如本领域所知，压缩-松开制动通过选择性控制各种发动机气门，特别是排气门，将内燃发动机从动力产生单元转换成耗气压缩机。通常，被摇臂驱动的给定气缸的排气门通过气门机构常常可操作地连接至单个排气门或多个排气门。

图1示意性地说明这种现有技术系统100的示例。特别地，系统100包括主气门驱动运动源102，其用于通过主运动负荷路径或气门机构106(其可以包括实施例所示的气门横臂(valve bridge)110)驱动发动机气门104、106(或向发动机气门104、106提供驱动)。类似地，系统100包括辅助气门驱动运动源112，其用于通过辅助运动负荷路径或气门机构114(其还可以包括实施例所示的横臂销116)驱动发动机气门104、106(或向发动机气门104、106提供驱动)。虽然图1示出两个发动机气门104、106，但可以理解的是，因为可以同等地采用给定类型(即进气或排气)的单个发动机气门时，所以这不是必需的。

如本文所使用的，气门驱动运动源102、112可以包括将运动施加到发动机气门的任何部件，所述发动机气门包括液压部件、电气部件、气动部件或机械部件，例如凸轮，电子控制致动器等。相反，运动负荷路径或气门机构108、114可以包括部署在运动源和发动机气门之间并且用于向发动机气门传递由运动源提供的运动的任何一个或多个部件，例如挺杆、摇臂、推杆、气门机构、自动间隙调节器、空转部件等。此外，如本文所用，“主”或“主要”是指涉及所谓的主事件发动机气门运动的本公开的特征，即在正向动力产生期间使用的气门运动，而“辅助”是指涉及辅助发动机气门运动的本公开的特征，即在不同于(诸如但不限于压缩-松开制动、排放制动、气缸减压、制动气体再循环(BGR)等的)传统正向动力产生的或除了(诸如但不限于内部废气再循环(IEGR)、可变气门驱动(VVA)、米勒/阿特金森循环、涡流控制等的)传统正向动力产生的发动机运转期间使用的气门运动。

图1还说明在辅助运动负荷路径114内的空转部件118。如本领域中已知的，空转部件118是这样一种机构：其在第一状态下保持辅助气门驱动运动源112以及辅助运动负荷路径114中的部件之间或辅助运动负荷路径114内的部件之间的间隙或空隙120，使得由辅助气门驱动运动源112供应的气门驱动运动不会通过辅助运动负荷路径114传递，即它们为“空”。为了便于说明，在辅助运动负荷路径114和在所示示例中的横臂销116之间示出由空转部件118提供的间隙120。然而，再次指出的是，间隙120可以如上所述设置在其他部件之间。相反，空转部件118在第二状态下占据间隙120，使得由辅助气门驱动运动源112供应的气门驱动运动通过辅助运动负荷路径114被传递到发动机气门104、106。如本领域所知，空转部件118通常被实施为图3和图4所示的示例的液压驱动装置。在图3和图4的示例中，辅助气门驱动运动源112被实施为如本领域所知的旋转凸轮。此外，空转部件118以可滑动地设置在缸孔壳体304内的活塞302的形式实施。此外，偏置弹簧306设置在活塞302和缸孔壳体304之间，从而保持活塞302和凸轮112之间的间隙空间120。如图4所示，(通过未示出的液压通道)将液压施加到活塞302的相对面使得活塞302从缸孔304延伸，从而占据间隙空间120并使活塞302与凸轮接触。通过(例如使用本领域已知的控制气门)液压锁定驱动活塞302的液压流体，可以经由活塞302传递由凸轮112供应的运动。

如在图1中进一步所示，主负荷路径108和辅助负荷路径114中的任一个或两者可以包括可选的自动间隙调节器122、124，这可能无需设置通常用于考虑热膨胀和/或部件磨损的间隙。如本文所使用的，自动间隙调节器可以包括在运动负荷路径内，达到它占据运动负荷路径中的间隙，并且直接在运动负荷路径内或与其平行运行的程度。

最后，图1还说明辅助气门驱动运动源112'与辅助运动负荷路径114'可以与主运动负荷路径108串联而不是平行于主运动负荷路径108放置的可能性。也就是说，如本领域所知，一些或全部主运动负荷路径108可以用作辅助运动负荷路径114'的一部分。再次，在该实施例中，在辅助运动负荷路径114'和主运动负荷路径108之间示意性示出由空转部件124'提供的间隙120'。

图1所示类型的系统100，即具有单独实施的主气门驱动运动源102和辅助气门驱动运动源112结合能够占据间隙空间的部件，即空转部件118和/或自动间隙调节器124，该系统100的问题在于其部件具有在不期望的时候发生过度延伸或“泵送”的可能性。如果发生这样的过度延伸(有时被称为“顶升”)，则部署这种部件的运动负荷路径可能导致发动机气门的不适当的安置，从而导致性能和/或排放不良，并且在一些情况下，导致灾难性的气门与活塞撞击。

进一步参照图1、图2以及图5至图7说明这种示例。具体地，图2说明用于排气门的主气门升程曲线202和辅助气门升程曲线208，这两种曲线说明可由主气门驱动运动源102和辅助气门驱动运动源112中的各自运动源引起的气门驱动运动的示例。在所示的示例中，主升程曲线202包括未提供升程的基圆部分204以及主升程事件206，而辅助升程曲线208包括基圆部分210、BGR升程事件212以及压缩-松开升程事件214。注意的是，每条曲线202、208的非零升程不重叠从而彼此互补，并提供应用于气门的全套运动。如图所示，假设在图2所示的曲线202、208中，空转部件118当前处于如间隙120所示的辅助气门升程208为空的状态，使得辅助升程事件212、214位于主气门升程202的基圆部分204“下方”。注意的是，间隙120大于由辅助升程曲线208提供的最大升程事件。图1进一步示意性地示出，这是由于辅助运动负荷路径114与横臂销116之间缺乏连接，即未通过辅助运动负荷路径114向横臂销116传送气门驱动运动的缘故。因此，向横臂110仅传送主升程事件206。

当如图6(为了便于说明，未示出空转部件118和可选的自动间隙调节器122、124)所示，空转部件被配置成占据间隙120时，图7和图9示出向发动机气门104、106传送主气门驱动运动和辅助气门驱动运动两者的升程曲线202、208。因此，例如，在图7所示的t₁时刻处，辅助运动负荷路径114传送施加到横臂销116和发动机气门104的导致压缩-松开升程事件214的气门驱动运动。注意的是，在t₁时刻，主气门升程曲线处于表示主运动负荷路径未向气门横臂110施加任何升程的零升程部分。

然而，如图9所示，在t₂时刻，情况正好相反；即，主气门升程曲线处于其主升程事件206处，而辅助气门升程曲线处于其零升程点处。在这种情况下，如图8所示，当主运动负荷路径108向气门横臂110施加高升程并且辅助运动负荷路径108未施加时，基于主升程事件206的高度的间隙802将在辅助运动负荷路径114以及在该示例中的横臂销116之间形成。在这种情况下，空转部件118(图8中未示出)可以试图占据如由连接至横臂销116的虚线箭头所示该额外的间隙802。这在图5的示例中进一步示出，在图5的示例中，活塞302将在所施加的液压下试图占据额外的间隙802。因此，在图9所示的t₃时刻处，当主升程事件206已经结束并且两个气门升程曲线位于它们各自的零升程部分处时，空转部件118将保持在其泵送或过度延伸状态，从而可能防止发动机气门104完全关闭。

可在包括自动间隙调节器124而不是或者除了空载运动部件118之外的辅助运动负荷路径114产生如上所述相同的问题。

为了防止这种顶升，可以设计具有防止延伸超出一定限度的行程限制器的空转部件118(和/或自动间隙调节器124)。但是，这必然会使设计复杂化并增加这些部件的成本。诸如申请号为9,200,541的美国专利描述的解决方案的其他解决方案提供了相对复杂的活塞设计，其吸收某些运动，同时允许其他运动被传送。然而，这又增加了设计的复杂性和成本。

因此，提供解决现有系统的这些缺点的系统将是有利的。

发明内容

本公开描述解决现有技术方法的缺点的技术。具体地，根据本文描述的实施例，一种用于驱动发动机气门的系统包括：主气门驱动运动源，其被配置成通过主运动负荷路径向至少一个发动机气门供应主气门驱动运动；以及辅助气门驱动运动源，其与主气门驱动运动源分离并且被配置成通过辅助运动负荷路径向至少一个发动机气门供应辅助气门驱动运动，其中辅助气门驱动运动与主气门驱动运动互补。主运动负荷路径和辅助运动负荷路径可以彼此分离，或者辅助运动负荷路径可以包括主运动负荷路径的至少一部分。此外，主运动负荷路径和辅助运动负荷路径中的任一者或两者可以包括自动间隙调节器。系统进一步包括可以包括液压驱动活塞的空转部件，其被配置成在一种状态下保持在辅助气门驱动运动源与辅助运动负荷路径之间或在辅助运动负荷路径内的间隙，并且被配置成在另一种状态下占据辅助气门驱动运动源与辅助运动负荷路径之间或辅助运动负荷路径内的间隙。在该实施例中，辅助气门驱动运动源被进一步配置成供应基本匹配至少一种主气门驱动运动的至少一种防间隙气门驱动运动。以这种方式，至少一种防间隙气门驱动运动包括辅助运动负荷路径内的运动，该运动基本上防止由于主气门驱动运动和辅助气门驱动运动的另外互补性质而造成的间隙。

在辅助气门驱动运动源是凸轮的实施例中，至少一种防间隙气门驱动运动被实施为凸轮上的额外的凸角。此外，在另一实施例中，至少一种防间隙气门驱动运动大体上匹配主气门驱动运动的辅助气门升程或主气门升程。可以提供本文描述的系统以对进气门或排气门起作用，或者可以单独提供本文描述的系统以对两种类型的发动机气门起作用。

附图说明

在本公开中描述的特征在所附权利要求中具体阐述。从结合附图考虑的以下详细描述，这些特征和伴随的优点将变得显而易见。现在参照附图仅以示例的方式描述一个或多个实施例，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1、图6和图8是根据现有技术的用于驱动发动机气门的系统的示意性框图；

图2、图7和图9示出根据现有技术的主气门升程曲线和辅助气门升程曲线；

图3至图5是根据现有技术的空转部件的示意性横截面图；

图10和图11示出根据本公开的主气门升程曲线和辅助气门升程曲线；

图12示出根据本公开的可用于实现防间隙气门驱动运动的凸轮形式的辅助气门驱动运动源；以及

图13是根据本公开的用于驱动发动机气门的系统的示意性框图。

具体实施方式

现在参照图10和图11，示出可以由主气门驱动运动源102和辅助气门驱动运动源1202中的各自运动源引起的排气门的主气门升程曲线1002和辅助气门升程曲线1008的示例。在所示的示例中，主升程曲线1002包括未提供升程的基圆部分1004以及主升程事件1006，而辅助升程曲线1008包括基圆部分1010、BGR升程事件1012、压缩-松开升程事件1014以及防间隙气门驱动运动1016。与图2和图7的情况一样，除了防止间隙气门驱动运动1016之外，因为每条曲线1002、1008中的非零升程不重叠从而彼此互补，并提供应用至气门的全套运动。与图2的情况一样，假设图10所示的曲线1002、1008中空转部件118(图13中未示出)当前处于辅助气门升程1008处于空的状态，如间隙1020所示，使得辅助升程事件1012、1014位于主气门升程曲线1002的基圆部分1004“下方”。

然而需注意的是，防间隙气门驱动运动1016与主气门升程曲线1002中所示的升程不是互补的。事实上，如图11(对应于空转部件118占据曲线1002、1008之间的间隙1020的状态)所示，防间隙气门驱动运动1016大体上匹配主升程事件1006。图12说明可用于实现辅助气门升程1008的辅助气门驱动运动源1202的示例。特别地，辅助气门驱动运动源1202在图12中被实施为凸轮，该凸轮具有基圆部分1210(对应于图10的零升程部分1010)、BGR凸轮凸角1212(对应于图10的BGR升程事件1012)、压缩-松开凸轮凸角1214(对应于图10的压缩-松开升程事件1014)以及防间隙凸轮凸角1216(对应于图10的防间隙气门驱动运动1016)。如本领域技术人员将会认识到的，图12所示的凸轮凸角1212、1214、1216不一定匹配如图10所示的气门升程1012、1014、1016的精确外形。

如图11所示，防间隙气门驱动运动1016的大体上匹配特性(例如，最大气门升程、持续时间、形状等)以及在所示的示例中的主升程事件1006在向气门横臂110施加主升程事件1006期间(在图11中所示的t₂时刻或t₂时刻附近)导致辅助运动负荷路径114与横臂销116之间基本上不存在或存在小的间隙空间。与图8相对比，图13说明辅助运动负荷路径114与横臂销116接触，从而消除图8所示的额外的间隙802，从而进一步避免空转部件118(或如果提供的话，自动间隙调节器124)的任何延伸以试图占据这种额外的间隙空间802。

因此，提供防间隙气门驱动运动1016消除现有技术解决方案中对空转部件118的复杂且昂贵的构造的需求。此外，通过大体上消除在辅助运动负荷路径114中使用自动间隙调节器124所引起的复杂情况之一，主运动负荷路径108和辅助运动负荷路径114都可以无间隙地操作，从而消除在现有技术解决方案的在负荷路径108、114中设置间隙的时间和劳动密集型需求。

应该注意的是，虽然本公开已经描述关于排气门的示例，但是应该理解的是，本文描述的技术可以同样适用于进气门。

虽然已经示出和描述了特定的优选实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本教导的情况下进行改变和修改。因此设想，上述教导的任何和所有修改，变化或等同方案落入上面公开的以及在此要求保护的基本基本原理的范围内。

Claims (9)

1.一种用于内燃发动机的系统，所述内燃发动机具有与气缸相关联的至少一个发动机气门，所述系统包括：

主气门驱动运动源，被配置成通过主运动负荷路径向所述至少一个发动机气门供应主气门驱动运动；

辅助气门驱动运动源，与所述主气门驱动运动源分离并且被配置成通过辅助运动负荷路径向所述至少一个发动机气门供应辅助气门驱动运动，其中所述辅助气门驱动运动与所述主气门驱动运动互补；以及

空转部件，被配置成在一种状态下保持在所述辅助气门驱动运动源与所述辅助运动负荷路径之间或所述辅助运动负荷路径内的间隙，在另一种状态下占据所述辅助气门驱动运动源与所述辅助运动负荷路径之间或所述辅助运动负荷路径内的间隙。

2.根据权利要求1所述的系统，所述辅助气门驱动运动源是凸轮，并且所述至少一种防间隙气门驱动运动被实施为所述凸轮上的额外的凸角。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个防间隙气门驱动运动大体上匹配所述主气门驱动运动的主气门升程。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述空转部件包括液压控制的活塞。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述辅助运动负荷路径包括所述主运动负荷路径。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述主运动负荷路径包括自动间隙调节器。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述辅助运动负荷路径包括自动间隙调节器。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个发动机气门包括至少一个排气门。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个发动机气门包括至少一个进气门。