CN111727304A - 多模式气门升程 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种顶置凸轮发动机系统，该顶置凸轮发动机系统包括旋转顶置排气凸轮轨，该旋转顶置排气凸轮轨包括多个排气凸角。第一切换滚柱指轮从动件致动第一排气门，并被构造成在第一升程廓线与第二升程廓线之间切换。第二切换滚柱指轮从动件被联接以致动第二排气门，并被构造成在第三升程廓线与第四升程廓线之间切换。该第三升程廓线和该第四升程廓线不同于该第一升程廓线和该第二升程廓线。致动组件被连接以使用该第一升程廓线、该第二升程廓线、该第三升程廓线和该第四升程廓线的组合切换该第一切换滚柱指轮从动件和该第二切换滚柱指轮从动件来在至少三种排气升程模式之间选择以打开和关闭该第一排气门和该第二排气门。

Description

多模式气门升程
技术领域
本申请提供了用于使顶置凸轮发动机能够在一个或多个气缸上以多种模式操作的系统和方法。
背景技术
当试图准许多种操作模式时，用于II型(顶置凸轮，“OHC”)发动机的系统可能受复杂系统的困扰。将解决方案与顶置凸轮轨同步很难。因此，此类发动机可被限制于仅一种可变气门机构操作模式，诸如正常模式以及气缸停用或进气门提前关闭。然而，期望使用现有凸轮轨提供所有三种模式。
发明内容
顶置凸轮发动机系统包括：发动机缸体，该发动机缸体包括第一直列气缸和第二直列气缸，该第一直列气缸和第二直列气缸中的每一者包括气缸盖，该气缸盖包括第一进气端口和第二进气端口以及第一排气端口和第二排气端口。往复式活塞组件包括用于在多个直列气缸中的相应一个直列气缸中往复运动的多个活塞。旋转顶置进气凸轮轨包括多个进气凸角，对于第一直列气缸和第二直列气缸中的每一者，该多个进气凸角分别包括用于在第一进气端口上方旋转的第一组进气致动凸角和用于在第二进气端口上方旋转的第二组进气致动凸角。旋转顶置排气凸轮轨包括多个排气凸角，对于第一直列气缸和第二直列气缸中的每一者，该多个排气凸角分别包括用于在第一排气端口上方旋转的第一组排气致动凸角和用于在第二排气端口上方旋转的第二组排气致动凸角。第一切换滚柱指轮从动件被联接以跟随第一组进气致动凸角来致动连接的第一进气门以打开和关闭第一直列气缸的第一进气端口，并且该第一切换滚柱指轮从动件被构造成在第一升程廓线与第二升程廓线之间切换。第二切换滚柱指轮从动件被联接以跟随第二组进气致动凸角来致动连接的第二进气门以打开和关闭第一直列气缸的第二进气端口，并且该第二切换滚柱指轮从动件被构造成在第三升程廓线与第四升程廓线之间切换，第三升程廓线和第四升程廓线不同于第一升程廓线和第二升程廓线。致动组件被连接以使用第一升程廓线、第二升程廓线、第三升程廓线和第四升程廓线的组合切换第一切换滚柱指轮从动件和第二切换滚柱指轮从动件来在至少三种进气升程模式之间选择以打开和关闭第一进气门和第二进气门。
第一升程廓线和第四升程廓线可由致动组件选择以实现至少三个进气升程模式中的进气门提前关闭进气升程模式。
第一升程廓线可为标称升程廓线，第二升程廓线可为部分升程廓线，第三升程廓线可小于标称升程廓线，并且第四升程廓线可为零升程廓线。致动组件可被连接以将第二升程廓线和第四升程廓线一起选择以实施部分升程气缸停用模式。
顶置凸轮发动机系统可另选地包括：发动机缸体，该发动机缸体包括第一直列气缸和第二直列气缸，该第一直列气缸和第二直列气缸中的每一者包括气缸盖，该气缸盖包括第一排气端口和第二排气端口以及第一排气端口和第二排气端口。往复式活塞组件可包括用于在多个直列气缸中的相应一个直列气缸中往复运动的多个活塞。旋转顶置排气凸轮轨可包括多个排气凸角，对于第一直列气缸和第二直列气缸中的每一者，多个排气凸角分别包括用于在第一排气端口上方旋转的第一组排气致动凸角和用于在第二排气端口上方旋转的第二组排气致动凸角。第一切换滚柱指轮从动件可被联接以跟随第一组排气致动凸角来致动连接的第一排气门以打开和关闭第一直列气缸的第一排气端口，并且该第一切换滚柱指轮从动件被构造成在第一升程廓线与第二升程廓线之间切换。第二切换滚柱指轮从动件可被联接以跟随第二组排气致动凸角来致动连接的第二排气门以打开和关闭第一直列气缸的第二排气端口，并且第二切换滚柱指轮从动件被构造成在第三升程廓线与第四升程廓线之间切换，第三升程廓线和第四升程廓线不同于第一升程廓线和第二升程廓线。致动组件可被连接以使用第一升程廓线、第二升程廓线、第三升程廓线和第四升程廓线的组合切换第一切换滚柱指轮从动件和第二切换滚柱指轮从动件来在至少三种排气升程模式之间选择以打开和关闭第一排气门和第二排气门。
第一升程廓线可为标称升程廓线，第二升程廓线可为零升程廓线，第三升程廓线可小于标称升程廓线，并且第四升程廓线可为零升程廓线，并且致动组件可被连接以选择第二升程廓线和第三升程廓线来实施排气门延迟打开模式。
其他目的及优势将在下面的描述中部分阐述，一部分内容将从描述中显而易见，亦或许通过实际操作而获晓。借助于所附权利要求中特别指出的要素和组合，也将实现和达到其优势和目的。
附图说明
图1A和图1B是多模式气门机构系统的视图。
图2是气缸的剖视图。
图3A至图3C是切换滚柱指轮从动件的视图。
图4是滚柱指轮从动件的视图。
图5A至图9C是根据本公开的用于实施多模式气门升程的气缸顶和气门升程廓线的视图。
图10和图11是发动机操作区的曲线图。
图12是相对于示意性发动机的多模式气门升程的图表。
图13和图14是说明部分升程气缸停用模式与全气缸停用模式的曲线图。
图15是用于实施多模式气门升程技术的控制系统的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考附图中的图解示例。在所有附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。诸如“左”和“右”的方向性附图标记是为了易于参考附图。
本文所公开的系统和方法对柴油发动机和汽油发动机两者都适用。在II型(顶置凸轮，“OHC”)发动机中，一排气缸1至4可与用于致动进气门130的第一凸轮轨182和用于致动排气门150的第二凸轮轨183成一直线。如本文中用来描述气缸1至4的“直列”包括平行于一个或两个顶置凸轮轨182、183或平行于曲轴101的主轴线或平行于顶置凸轮轨和曲轴的主轴线两者的气缸。在图1中以局部视图示出并在图12中示意性地示出了四缸发动机，但是本公开不限于四缸构型。根据本公开的教导内容，可使用其他数量的气门和气缸，诸如6个或8个气缸等等。尽管本文所公开的工作示例可包括发动机尺寸、冲程、扭矩输出或燃料消耗，但是本公开的教导内容可按比例缩放和修改以应用于其他尺寸、冲程、扭矩输出、燃料消耗等等柴油发动机和汽油发动机的其他可变方面。
曲轴101可包括多个配重和活塞连接件，以使活塞160在气缸1至4内往复运动。每个气缸1至4可包括缸顶161，该缸顶可根据图5A、图6A、图7A、图8A、图8E或与本文的公开内容一致的变型来结构化。两个进气门130可打开和关闭两个进气端口“进气口1”、“进气口2”，并且两个排气门150可打开和关闭两个排气端口“排气口1”、“排气口2”。摇臂，包括滚柱指轮从动件(“RFF”)或切换滚柱指轮从动件(“SRFF”)，可用于将力从顶置凸轮轨182、182传递到气门。
存在许多摇臂另选方案，包括但不限于WO 2018/068041和后续文件，并且图3A至图4中示出了附加摇臂示例。图4示出了与可摇动的套筒7101、内部滚柱7102、已安装的液压设备170(诸如液压间隙调整器)、凸轮凸角181以及包括杆和头部131的进气门130有关的滚柱指轮从动件7100。头部131运动可被控制以打开和关闭进气端口“进气口1”。滚柱指轮从动件710可如在下文更详细地描述的那样在气门机构上交错以提供基本气门打开和关闭功能。
图3A至图3C中示出了更复杂的摇臂。该摇臂是“能够切换的”，并且因此构成一种类型的切换滚柱指轮从动件8100。在一些情况下，外臂8400可包括滑块垫或悬臂式滚柱，但是在该情况下，在闩锁主体8850附近包括枢轴侧弹簧8140。通过闩锁和松脱内臂8700上的闩锁座8710，使得内臂8700相对于外臂8400在轴线8910上枢转，可采用诸如空动、高升程或低升程事件的不同气门运动，并且可实现诸如气缸停用(“CDA”)、气门提前打开或关闭、气门延迟打开或关闭以及它们的组合的技术。也就是说，可切换的滚柱指轮从动件8100可实现从标称升程到空动升程的切换，并且因此准许气门正常地打开和关闭或被停用以实现CDA。或者，气门可从标称升程切换到高升程或低升程。示出了闩锁组件，使得从液压供应件187到液压间隙调整器186的加压流体可流过杯状间隙8855到达流体端口8853并进入腔室8870。通过控制由此输送的流体，塞8840、弹簧8860和闩锁8810协作以移动闩锁8810并切换摇臂。流体端口可被联接到塞8830。图3B示出了可切换的滚柱指轮从动件的闩锁状态9100。图3C示出了内臂8700的松脱状态9003，其中弯曲箭头指示内臂8700的运动方向。气门130或150的气门杆可安置在气门座8900上并将摇臂运动传递到气门头部131。弹簧8140可被偏置抵靠与内臂8400相关联的支柱8200或其他物理方面，以使内臂返回至可闩锁位置并使内部滚柱8300能够跟随凸轮凸角181。内部滚柱8300可被安装在滚柱轴线8204上，其中支柱8200包括用于安置弹簧端部的延伸部8206。
其他闩锁致动机构也是可能的，包括电气组件(诸如电子闩锁)、机械组件和机电组件。图1B中示出了一种机械闩锁致动机构185。闩锁轨被示出为包括可旋转的闩锁接口184。当闩锁轨被旋转在一个位置中时，闩锁接口184可按下闩锁8810以接合内臂8700。在闩锁轨被旋转到第二位置的情况下，闩锁接口184移动以准许闩锁8810从内臂8700缩回。修改塞8840使得其可被弹簧8860推离闩锁主体8850准许该松脱运动。
图2中示出了气缸1，其中活塞160处于燃烧冲程的上止点(“TDC”)，而图1A示出了气缸2和3的处于下止点(“BDC”)的活塞160。图1A和图1B未示出相对于活塞160处于全运动的进气门130和排气门150，并且所有气门都被示出为关闭的。当气门头部131移开时，活塞160往复运动以通过进气端口“进气口1”将包括EGR(当适当时)的进气吸入到气缸中。图2中示出了燃料喷射器310，该燃料喷射器在本文中也被称为汽油/柴油喷射器GDI。图2中未示出火花塞SP，但是可包括其以点燃汽油，而柴油可被压缩点燃。燃烧可在气缸体102中发生，燃烧将力传递到活塞头、曲轴101并传递到发动机100外。当气门150通过从排气端口抬起气门头151而打开时，排气可从排气端口“排气口1”离开。
示意性地示出了连接到气缸1的电子控制单元(“ECU”)200。图15更详细地示出了ECU 200。车辆传感器230(诸如负载传感器LOAD、曲轴每分钟转数传感器RPM等等)可被分布在车辆周围以收集数据来选择发动机100在哪个操作区中操作。负载空闲区1、低速度低负载区2、高速度低负载区3、高负载区4和高速度高负载区5属于发动机100的操作区。将感测到的数据馈送到存储设备210(诸如RAM、ROM、ePROM或其他有形存储装置)准许分发数据以用于进一步处理(诸如在处理器220内)。存储器210可包括用于车辆控制的多种算法，其中包括气门致动算法211、喷射算法212和定时算法213。气门致动算法可用于实现在给定收集到的车辆数据的情况下确定选择哪个升程廓线。可变气门致动控制器221可处理收集到的数据和算法以输出可变气门致动信号。VVA信号可被馈送到已实施的致动机构，诸如致动轨185或液压供应件187。喷射算法212可与收集到的数据一起在处理器220中处理，以通过燃料喷射控制器300实现燃料喷射定时和量确定。燃料信号可被输出到汽油/柴油喷射器(燃料喷射器310)，包括诸如用于气缸停用模式(“CDA”)、气缸扫气、多次喷射、浓喷射或稀喷射等等的信号，诸如零燃料信号。本文所公开的技术可用于汽油或柴油发动机，并且因此在一些场景中，火花塞SP是任选的，而在其他场景中，其是强制性的。定时算法213可被存储在存储器210中，以实现确定何时点燃喷射到气缸中的燃料。当选择CDA时，这可能意味着未发信号通知点火。或者，点火可被延迟以用燃料喷射定时和分布定相。与燃料喷射有关的定时算法和数据可在火花塞控制器222中处理，以将火花信号输出到火花塞SP。
包括两个排气门150和两个进气门130的气缸可用各种发动机操作模式。期望提供标称发动机操作的正常气门升程、停用模式(诸如包括关闭所有气门的气缸停用)和特殊气门事件诸如进气门提前关闭(EIVC)、排气门延迟打开(LEVO)或气缸扫气等等技术。关于用于在气缸上实现三种模式的硬件，常规气缸设置变得复杂，并且对于多进气门和多排气门气缸，复杂性增大。
借助于ECU 200，可跨若干区1至5致动发动机系统。而且，可在发动机操作模式间切换以实现燃料经济益处。例如，通过编程，收集到的数据可造成可变气门致动，其中一些气缸以气缸停用模式操作以减少燃料使用。通过将4个气缸中的2个气缸切换到CDA模式，可实现在图10中所示的制动平均有效压力下的区1负载要求以及在图11中所示的制动比燃料消耗下的益处。通过使用米勒循环燃烧技术并包括进气门提前关闭(“EIVC”)，可实现在图10中所示的制动平均有效压力下的区2和区3负载要求以及在图11中所示的制动比燃料消耗下的益处。使用根据图5A至图9C所公开的另选方案的气门机构设计，在如图6A、图6B、图8B、图8C和图9B所讨论的已修改的正常模式下操作，可实现在图10中所示的制动平均有效压力下的区4负载要求以及在图11中所示的制动比燃料消耗下的中性益处。在一些情况下，如此设计用于三种操作模式的气门机构无法实现发动机的小区5负载能力。
为了提供在升程类型间的某种关系，图5A和图5B中公开了用于标准气缸的“正常”或“标称”升程模式。示意性地示出了第一正常气缸1N的气缸顶161。进气门1的标称进气升程廓线LNI1与进气门2的标称进气升程廓线LNI2相同，并且升程廓线的曲线共延伸。而且，第一进气端口“进气口1”的第一进气直径DNI1与第二进气端口“进气口2”的第二进气直径DNI2相同。排气门1的标称排气升程廓线LNE1与排气门2的标称排气升程廓线LNE2相同，并且升程廓线的曲线共延伸。而且，第一排气端口“排气口1”的第一排气直径DNE1与排气端口2的第二排气直径“排气口2”相同。如在下文进一步讨论，该正常或标称升程模式可在多缸发动机的一些但非全部气门或一些但非全部气缸上实施。在气缸的两个气门上使用滚柱指轮从动件(“RFF”)7100可实现图5B中所示的升程廓线，并且图1A和图1B中针对气缸2和3的所有排气门150示出了这种布置。
转到图6A和图6B，示出了正常进气门提前关闭(“EIVC”)气门组合。示意性地示出了第一正常EIVC气缸1NE的气缸顶161。进气门1的标称进气升程廓线LNEI1与进气门2的较矮进气升程廓线LNEI2不同，并且因此升程廓线的区域不共延伸。第一进气端口“进气口1”的第一进气直径DNEI1与第二进气端口“进气口2”的第二进气直径DNEI2相同。排气门1的标称排气升程廓线LNEE1与排气门2的标称排气升程廓线LNEE2相同，并且升程廓线的曲线共延伸。而且，第一排气端口“排气口1”的第一排气直径DNEE1与排气端口2的第二排气直径DNEE2相同。当期望使用该气缸组合操作EIVC模式时，可在排气门和进气门2上使用滚柱指轮从动件7100。然后，可在第一进气门上使用切换滚柱指轮从动件(“SRFF”)8100。当期望标称升程时，根据所示的进气升程廓线1和2(“LNEI1”和“LNEI2”)，使SRFF 8100在两个进气门的全气门升程内都被闩锁。然而，当期望EIVC时，可将SRFF 8100切换到空动升程模式，以消除进气升程廓线1(LNEI1)。如在图1A和图1B中针对气缸2和3的进气门130所示，可实现这种布置。
图7A和图7B示出了全CDA模式，其中所有气门都经历了空动或零气门升程。示意性地示出了第一正常CDA气缸1C的气缸顶161。进气门1的停用进气升程廓线LNCI1与进气门2的停用进气升程廓线LNCI2相同，并且因此曲线是升程廓线的平线并共延伸。第一进气端口“进气口1”的第一进气直径DNCI1与第二进气端口“进气口2”的第二进气直径DNCI2相同。排气门1的停用排气升程廓线LNCE1与排气门2的停用排气升程廓线LNCE2相同，并且升程廓线的曲线共延伸。而且，第一排气端口“排气口1”的第一排气直径DNCE1与排气端口2的第二排气直径DNCE2相同。当期望使用该气缸组合操作CDA模式时，可在所有排气门和所有进气门上使用切换滚柱指轮从动件8100。当期望CDA时，可将SRFF 8100切换到空动升程模式以消除气门升程，并且可实现平线升程廓线。可如通过松脱SRFF并让内臂8700向下摆动而不移动气门来实现空动。当期望标称升程或其他升程时，使SRFF 8100在所选择的气门升程内被闩锁。通过正确地配置图1A和图1B中的气缸1和4的进气门130和排气门的SRFF，可实现这种布置。
图8A示出了用于图8B至图8D所公开的EIVC技术的在气缸顶161上的新构型。第一进气端口“进气口1”具有比第二进气端口“进气口2”的进气端口直径DEI2大的进气端口直径DEI1。与第二进气端口“进气口2”相比，这准许了更大的空气流进入第一进气端口1“进气口1”。然后，当实施第二升程廓线时，如在下文针对EIVC模式那样，较大直径第一进气端口1“进气口1”可具有对于在EIVC事件期间充分地吸进空气必要的流动面积。第一排气端口“排气口1”和第二排气端口“排气口2”的第一排气端口直径DEE1和第二排气端口直径DEE2相等。可在第一进气门上实施图5B的标称升程廓线LNI1。进气门1具有由SRFF 8100实现的可切换的升程廓线，进气门1的第一升程廓线的标称升程廓线(LEI1)与标称排气门升程廓线(LEE1和LEE2)的高度相同。为了实现EIVC事件，第二进气门具有第一升程廓线LEI2。进气门1的第二升程廓线和进气门2的第二升程廓线为零升程高度、空动或用平虚线“进气CDA”指示的CDA模式。排气门1和2的第二升程廓线也为零升程高度、空动或用平虚线“排气CDA”指示的CDA模式。气缸可以3种模式操作：
1.正常模式，包括进气门和排气门的所有第一升程廓线，
2.EIVC模式，包括第二进气门的第一升程廓线(LEI2)和排气门的第一升程廓线(LEE1、LEE2)以及第一进气门的第二升程廓线(进气CDA)，以及
3.CDA模式，包括进气门的第二升程廓线(进气CDA)和排气门的第二升程廓线(排气CDA)。
可使用升程廓线上的变化。例如，在图8C中，第一进气门的第一进气升程廓线(LE2I1)远高于第二进气门的进气升程廓线(LE2I2)。较大直径第一进气端口“进气口1”具有较大气门开度以增加流动时间。现在，当通过切换到第二进气升程廓线(气门1的CDA模式)来消除第一进气升程廓线时，可实现部分负载条件，从而形成“在发动机中的发动机”。通过较小第二进气端口“进气口2”吸入的空气较少。这影响了发动机的排量，并且该技术可用于改善制动比燃料消耗(“BSFC”)，如在图11中那样。作为变型，相等直径进气端口可另选地用作部分负载策略的一部分。使用该策略就确保了附加益处，即，减少了气缸中的涡流并实现了从输入端口到输出端口的更均匀的流动。
如图8D所示，当消除了第一进气门的第一升程廓线并在第一进气门上使用第二升程廓线(CDA模式)时，第二进气门可保持在EIVC模式中，其中升程廓线与排气门升程廓线近似为相同高度。
不同的第一升程高度概念和第二升程高度概念可扩展。图8B的反转可被实施以实现排气门延迟打开(LEVO)。而且，图8B的教导内容可被复制以实现EIVC和LEVO两者，并且这在图8F和图8G中示出。图8F中的气缸顶被示出为进气端口“进气口1”的直径D1比进气端口“进气口2”的直径D2大(D1>D2)。而且，排气端口“排气口1”的直径D3比排气端口D4的直径D4小。这准许了排量和气流的变化。可如通过使第二排气门的第一升程廓线(LL1E2)比第一排气门的第一升程廓线(LL1E1)短来实施LEVO。第一排气门的第二升程廓线(LL2E1)和第二排气门的第二升程廓线(LL2E2)可包括零升程或CDA模式。第一进气门的第一升程廓线(LE1I1)比第二进气门的较矮第一升程廓线(LE1I2)高。第一进气门的第二升程廓线(LE2I1)和第二进气门的第二升程廓线(LE2I2)可包括零升程或CDA模式。气缸可以小顶置占用面积通过四种发动机操作模式进行致动：
4.正常模式，包括进气门和排气门的所有第一升程廓线，
5.EIVC模式，包括第二进气门的第一升程廓线(LE1I2)和排气门的第一升程廓线(LLE1、LLE2)以及第一进气门的第二升程廓线(LE2I1)，
6.LEVO模式，包括第二排气门(LL1E2)的第一升程廓线、两个进气门的第一升程廓线(LE1I1、LE1I2)以及第一排气门的第二升程廓线(LL2E1)，以及
7.CDA模式，包括进气门的第二升程廓线(LE2I1、LE2I2)和排气门的第二升程廓线(LL2E1、LL2E2)。
图8E示出了可能必需移动火花塞SP和汽油/柴油喷射器GDI，以便针对所公开的技术配置气缸。当使用布置在气缸顶161上方的相等尺寸的进气开口和相等尺寸的排气开口时，跨过气缸顶的线可穿过火花塞SP并可被说成是将火花塞SP一分为二。汽油/柴油喷射器GDI可被对中于进气开口之间并在进气开口周边。汽油/柴油喷射器GDI也可相对于排气开口对中。火花塞SP被对中于所有开口之间。如果线垂直于气缸顶线放置，则可将其放置成将汽油/柴油喷射器GDI和火花塞SP一分为二。
如果在另选方面，则重新布置汽油/柴油喷射器GDI和火花塞SP以适应较大进气端口。汽油/柴油喷射器GDI可相对于进气开口对中，但是不能再被说成是相对于排气端口对中。火花SP在成对开口中的每对开口之间。示出了气缸顶的中心的虚线，但是火花SP不再被气缸顶线“CL斜顶”一分为二。垂直于缸顶线的线不会将火花塞SP和汽油/柴油喷射器GDI两者都一分为二。可与缸顶线、火花塞SP和汽油/柴油喷射器GDI相交的线将需要相对于缸顶线“CL斜顶”偏斜。火花塞SP不相对于排气开口对中并可被说成是相对于排气开口偏斜。当实施较大排气端口，或者既实施较大进气端口也实施较大排气端口时，可对火花塞和汽油/柴油喷射器作出相反修改。
在其他另选方案中，当增大一个进气端口的直径时，就会减小另一个进气端口的直径。可通过改变升程廓线高度来作出此类改变，以便维持与基线相同的帘面积和流动条件。
尽管可在每个气门上以不同摇臂布置执行所公开的技术，但是也可通过在四对气门中的每对气门上实施同一启用硬件来降低硬件的复杂性，从而降低发动机缸体的顶置复杂性。由于发动机可具有如期望的与发动机上的气门数量和气缸数量一样少或一样多的SRFF或RFF，因此实现客户设计的模块化。无论顶置致动器的均匀性如何，都可实施图5A至图12的技术。
图1A和图1B包括实现顶置结构的示例。在示例中，顶置结构被优化以在正常操作模式(第一模式)与气缸停用模式(CDA)(第二模式)之间切换。两模式顶置结构可用于在发动机气缸上实施三种模式，从而准许小顶置占用面积。
可针对特殊气门事件可靠地调整包括用于所期望的气门升程的凸轮凸角181的凸轮轨182、183。在图1B的每个示例中，气缸中的至少一个气门致动开口比其相邻气门致动开口大。在示例1中，进气开口1比进气开口2大。较大进气开口始终经由为特殊事件设计的凸轮凸角廓线(在该情况下，EIVC模式)用带有气门头部1312的气门打开和关闭。尽管提前关闭较大进气开口，但是较大开口尺寸D1准许在正常操作模式期间充分地填充气缸。进气开口2可具有比进气开口1高的升程和比该进气开口长的持续时间，该高度和持续时间可根据应用来进行变化。与进气开口2相关联的气门可遵循正常升程廓线，该升程廓线可通过发起该气门的气缸停用模式(第二模式)来终止。当进气开口1和进气开口2在同一发动机循环中打开和关闭时，它们“正常地”操作(第一模式)。
可通过停用与气缸相关联的所有气门来在气缸上实施气缸停用模式(第二模式)，从而阻塞进气开口和排气开口。发动机可如所编程的那样在CDA模式下循环。
可通过仅停用与进气端口2相关联的进气门来实施特殊模式(第三模式)，诸如EIVC。排气门和剩余主动进气门遵循其正常升程廓线。在较大进气开口的情况下，所关联的气门遵循其正常升程廓线，该升程廓线也是特殊事件廓线。然后，准许气缸的CDA的技术还通过仅终止进气门升程廓线中“正常”的那部分的气门动作来实现气缸的特殊事件。
转到图9A，公开了部分升程CDA模式。每个排气门使其升程廓线设置为全CDA模式，并且第二进气门升程廓线设置为全CDA模式。“全CDA模式”可被描述为完全地关闭进气门和排气门而不需向气缸加燃料。部分升程CDA可被描述为具有一个或多个气门升程，但是这样一来，不会损失通过使用全CDA模式提供的制动比燃料消耗(BSFC)增益，如在图13中所指示。正方形指示传统或全CDA模式的BSFC。其中所有气门都关闭并且不加燃料的气缸经受该正方形的BSFC。在实线以下，当活塞往复运动时，具有至少一个气门部分地打开的气缸将具有改善的BSFC；而在实线以上，根据菱形曲线增加的气门升程将逐渐地移动远离全CDA的BSFC改善。
换句话说，部分升程CDA包括在不加燃料的活塞往复运动期间升起的一个或多个气门，但是这样一来，气缸中的泵送平均有效压力(PMEP)就会达到或高于全CDA模式场景所经历的压力。在图14中的实线处，在关闭其他气门时并在关断燃料时的气门升起将使气缸能够具有与在全CDA模式期间经历的相同的PMEP。在图14的实线以上，PMEP比在全CDA模式期间经历的大，但是一旦气门升到导致菱形曲线通过图14的实线以下的高度，则全CDA模式的益处就会逐渐地消失。
虽然部分升程CDA可包括基于发动机特性(诸如通过进气端口和排气端口的流量、气缸尺寸、发动机排量等)的其他值，但是图9A示出了进气升程廓线1(LC2I1)的2mm升程廓线。本发明不意图被限制于仅2mm升程，而是经由图9A提供工作示例，其中其他升程廓线值能够通过了解全CDA模式益处和发动机特性来确定。
图9A的教导内容可以有益的方式组合。相对于发动机示意图的数据矩阵表明，可在发动机100上实施三种发动机操作模式：2缸CDA模式、4缸EIVC模式和全缸正常模式。图12的2缸CDA模式包括全CDA模式和部分升程CDA模式两者。在气缸1和4的第二进气门上实施全CDA模式，并且在气缸1和4的所有排气门上实施全CDA模式。然而，部分升程CDA在气缸1和4的第一进气门上实施。在CDA模式期间，气门升了2毫米。如图9A所示，针对气缸1和4的进气门和排气门的CDA柱将产生结果。虽然图12中仅示出了半引擎CDA，但是可通过将气缸1和4的设计复制到气缸2和3上来实现全发动机CDA。相反，图12示出了用于维持气缸2和3的所有排气门上和气缸2和3的第二进气门上的单个升程廓线的滚柱指轮从动件。
气缸1和4的第一进气门的2mm升程廓线也可为用于在发动机100上实施EIVC的所选择的升程廓线。可选择较低、较矮升程作为气缸1和4的第一进气门的升程廓线。每个气缸的第一进气门的低升程准许进气流入对应气缸，而不是像前面示例中那样被停用。这抵消了气缸中的涡流并促进从气缸的进气端口到排气端口的更直的流。由于为所有气缸选择了EIVC，因此对于所有四个EIVC气缸都可看到图9C中所示的气门升程廓线。每个气缸的第一进气门具有较低2mm升程廓线，而气缸的第二进气门具有中等7mm升程廓线。由于摇臂中的一些摇臂是能够切换的，而有一些摇臂是不能切换的，因此顶置气门机构在必要时接收到致动信号以在CDA模式与EIVC模式之间切换。
对于所有气缸，可看到第三模式，即，正常模式。图9B中可看到正常模式的气门升程廓线。为气缸1至4的第一进气门的升程廓线选择高升程廓线LN2I1。为气缸1至4的第二气门的第二进气廓线LN2I2选择较低升程廓线。正常模式受益于比图12中描述的其他模式具有更多的空气可供流入气缸。
这确保了若干益处。例如，从系统中的最高升程廓线到零升程将需要更大的弹簧力(更大的弹簧)才能使零升程配置返回到高升程配置。通过具有2mm升程，升程高度的差异得以减小。弹簧可更小，从而实现更容易的封装。在不期望涡流的情况下，2mm升程通过促进进气朝向排气直线移动而有益于气缸流动。
本文已经公开了多模式发动机系统的许多示例，此类系统能够用于汽油发动机和柴油发动机两者。已经表明，在单个气门机构上提供多种操作模式是有益的。例如，气缸停用(“CDA”)和米勒循环燃烧的组合提供了单独地使用技术无法实现的操作效率增益。两种技术在发动机操作范围的一部分内重叠。添加第三技术(诸如EIVC)准许在全发动机操作范围内实现高效率。3种模式操作的益处是明显的并可选择带有直径和升程相同的2个进气门的设备以及带有直径和升程不同的2个进气门的设备。
通过思考说明书和实践本文所公开的示例，其他实施方式对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种顶置凸轮发动机系统，包括：
发动机缸体，所述发动机缸体包括第一直列气缸和第二直列气缸，所述第一直列气缸和所述第二直列气缸中的每一者包括气缸盖，所述气缸盖包括第一进气端口和第二进气端口以及第一排气端口和第二排气端口；
往复式活塞组件，所述往复式活塞组件包括用于在所述多个直列气缸中的相应一个直列气缸中往复运动的多个活塞；
旋转顶置进气凸轮轨，所述旋转顶置进气凸轮轨包括多个进气凸角，对于所述第一直列气缸和所述第二直列气缸中的每一者，所述多个进气凸角分别包括用于在所述第一进气端口上方旋转的第一组进气致动凸角和用于在所述第二进气端口上方旋转的第二组进气致动凸角；
旋转顶置排气凸轮轨，所述旋转顶置排气凸轮轨包括多个排气凸角，对于所述第一直列气缸和所述第二直列气缸中的每一者，所述多个排气凸角分别包括用于在所述第一排气端口上方旋转的第一组排气致动凸角和用于在所述第二排气端口上方旋转的第二组排气致动凸角；
第一切换滚柱指轮从动件，所述第一切换滚柱指轮从动件被联接以跟随所述第一组进气致动凸角来致动连接的第一进气门以打开和关闭所述第一直列气缸的所述第一进气端口，并且所述第一切换滚柱指轮从动件被构造成在第一升程廓线与第二升程廓线之间切换；
第二切换滚柱指轮从动件，所述第二切换滚柱指轮从动件被联接以跟随所述第二组进气致动凸角来致动连接的第二进气门以打开和关闭所述第一直列气缸的所述第二进气端口，并且所述第二切换滚柱指轮从动件被构造成在第三升程廓线与第四升程廓线之间切换，所述第三升程廓线和所述第四升程廓线不同于所述第一升程廓线和第二升程廓线；和
致动组件，所述致动组件被连接以使用所述第一升程廓线、所述第二升程廓线、所述第三升程廓线和所述第四升程廓线的组合切换所述第一切换滚柱指轮从动件和所述第二切换滚柱指轮从动件来在至少三种进气升程模式之间选择以打开和关闭所述第一进气门和所述第二进气门。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一升程廓线是标称升程廓线，所述第二升程廓线是零升程廓线，所述第三升程廓线大于正常升程廓线，并且所述第四升程廓线小于所述正常升程廓线。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一升程廓线和所述第三升程廓线由所述致动组件选择以实现所述至少三个进气升程模式中的正常进气升程模式。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第二升程廓线和所述第四升程廓线由所述致动组件选择以实现所述至少三个进气升程模式中的停用进气升程模式。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一升程廓线和所述第四升程廓线由所述致动组件选择以实现所述至少三个进气升程模式中的进气门提前关闭进气升程模式。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一升程廓线是标称升程廓线，所述第二升程廓线是部分升程廓线，所述第三升程廓线小于所述正常升程廓线，并且所述第四升程廓线是零升程廓线。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述致动组件被连接以将所述第二升程廓线和所述第四升程廓线一起选择以实施部分升程气缸停用模式。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括第三切换滚柱指轮从动件，所述第三切换滚柱指轮从动件被联接以跟随所述第一组进气致动凸角来致动所述连接的第一进气门以打开和关闭所述第二直列气缸的所述第一进气端口，并且所述第三切换滚柱指轮从动件被构造成在所述第三升程廓线与所述第四升程廓线之间切换；和
切换滚柱指轮从动件，所述切换滚柱指轮从动件被联接以跟随所述第二组进气致动凸角来致动所述连接的第二进气门以打开和关闭所述第二直列气缸的所述第二进气端口，并且所述切换滚柱指轮从动件被构造成遵循所述第一升程廓线。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一进气端口的直径比所述第二进气端口的直径大。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括排气切换滚柱指轮从动件，所述排气切换滚柱指轮从动件被联接到至少一个排气门，其中所述致动组件被连接以切换所述排气切换滚柱指轮从动件来在至少两种排气升程模式之间选择以打开和关闭第一排气门和第二排气门。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述气门致动系统被构造成停用所述第一排气门和所述第二排气门的打开和关闭。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述至少两种排气升程模式包括排气门延迟打开廓线和正常排气升程廓线。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述致动组件被构造成独立于所述第二进气门的打开和关闭来停用所述第一进气门的打开和关闭，使得在所述第二进气门停用时，所述第一进气门可遵循第一气门升程廓线或第二气门升程廓线。
14.一种顶置凸轮发动机系统，包括：
发动机缸体，所述发动机缸体包括第一直列气缸和第二直列气缸，所述第一直列气缸和所述第二直列气缸中的每一者包括气缸盖，所述气缸盖包括第一排气端口和第二排气端口以及第一排气端口和第二排气端口；
往复式活塞组件，所述往复式活塞组件包括用于在所述多个直列气缸中的相应一个直列气缸中往复运动的多个活塞；
旋转顶置排气凸轮轨，所述旋转顶置排气凸轮轨包括多个排气凸角，对于所述第一直列气缸和所述第二直列气缸中的每一者，所述多个排气凸角分别包括用于在所述第一排气端口上方旋转的第一组排气致动凸角和用于在所述第二排气端口上方旋转的第二组排气致动凸角；
旋转顶置排气凸轮轨，所述旋转顶置排气凸轮轨包括多个排气凸角，对于所述第一直列气缸和所述第二直列气缸中的每一者，所述多个排气凸角分别包括用于在所述第一排气端口上方旋转的第一组排气致动凸角和用于在所述第二排气端口上方旋转的第二组排气致动凸角；
第一切换滚柱指轮从动件，所述第一切换滚柱指轮从动件被联接以跟随所述第一组排气致动凸角来致动连接的第一排气门以打开和关闭所述第一直列气缸的所述第一排气端口，并且所述第一切换滚柱指轮从动件被构造成在第一升程廓线与第二升程廓线之间切换；
第二切换滚柱指轮从动件，所述第二切换滚柱指轮从动件被联接以跟随所述第二组排气致动凸角来致动连接的第二排气门以打开和关闭所述第一直列气缸的所述第二排气端口，并且所述第二切换滚柱指轮从动件被构造成在第三升程廓线与第四升程廓线之间切换，所述第三升程廓线和所述第四升程廓线不同于所述第一升程廓线和第二升程廓线；和
致动组件，所述致动组件被连接以使用所述第一升程廓线、所述第二升程廓线、所述第三升程廓线和所述第四升程廓线的组合切换所述第一切换滚柱指轮从动件和所述第二切换滚柱指轮从动件来在至少三种排气升程模式之间选择以打开和关闭所述第一排气门和所述第二排气门。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一升程廓线是标称升程廓线，所述第二升程廓线是零升程廓线，所述第三升程廓线小于所述标称升程廓线，并且所述第四升程廓线是零升程廓线，并且其中所述致动组件被连接以选择所述第二升程廓线和所述第三升程廓线来实施排气门延迟打开模式。
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