CN1231018A - 液压控制的进/排气阀 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的无凸轮的阀组件,它采用若干3位置控制阀来开、闭该组件的进、排气阀。每一阀联于若干液压驱动销柱,后者在开、闭位置之间移动该阀。流至该销柱的流体流量3位置数字锁闩电磁线圈作动控制阀的控制,该控制阀能在第一位置、第二位置和中间位置之间切换。当控制阀处在第一位置时,所述流体流入销柱,并移动所述阀。当控制阀处在第二位置时,所述流体能自所述销柱流出,以允许该阀移回到原始位置。当控制阀处在中间位置时,该流体并不流动,故该阀不能移动。该控制阀可由一控制器切换,在发动机的任何循环期间,该控制器能使阀移动和保持在任何位置。

Description

液压控制的进/排气阀

本发明涉及一种内燃机的进/排气阀组件

内燃机每缸包含一进气阀和一排气阀。在压燃式(CT)发动机中，进气阀允许空气流入燃烧室，而压气阀允许燃烧空气/燃料混合物流出燃烧室。这些气阀的定时必须跟活塞的运动及燃料喷入的燃烧室相适应。常规的压燃式发动机包括一些凸轮，以协调气阀定时和活塞运动及燃料喷射的关系。凸轮经受磨损，它影响气阀定时。此外，在发动机运转期间，凸轮不适合于改变气阀定时。

授与Kawamura的美国专利No.5,125,370，授与Buchl的美国专利No.4.715,330以及授与Kreuter的美国专利4,715,332公开了由电磁线圈控制的进气阀。每个阀通过激磁电磁线圈在开启位置和关闭位置之间移动。为激磁电磁线圈和移动气阀所需的功率比较大。额外的功率需要降低了发动机效率。

授与Trenne的美国专利No.4,200,067和No.4,206,728，授与RiChe son的美国专利No.5,248,128,No.5,022,358和No.4,899,700，授与Tittizer的美国专利No.4,791,895，授与Miller等人的美国专利No.5,237,968以及授与Schechter的美国专利No.5,255,641均公开了液压控制进气阀。液压流体通常受一电磁控制阀控制。在现有技术中描述和采用的电磁阀要求恒压电源来将这些阀保持在操纵位置。功率不断地消耗降低了发动机的效率。此外，业已发现现有技术的电磁控制阀是比较慢的，因而限制了气阀定时的精确性。因此希望提供一种快的节约能量的无凸轮的进气阀。

某些大的柴油机采用一种“Jake”制动技术，当发动机不对内部燃烧室供给燃料时使车辆减速。Jake制动在活塞的压缩冲程期间使进、排气阀保持在关闭位置。在接近上正点，排气阀开启自燃烧室释放空气，因此被压缩的空气并不提供贮存的能量使活塞返回到下止点位置。这样，发动机必须作工来连续地压缩内部燃烧室内的空气。这种额外的作功降低了发动和车辆的速度。Jake制动器通常包括一些复杂的机构，在制动过程中用以控制各阀。因此，希望提供一种简单的阀组件来按Jake方式制动发动机。

本发明提供为内燃机提供一种无凸轮阀组件，它采用若干3位置控制阀来开、闭该组件的进、排气阀。各阀与若干液压驱动销相联，驱动销使阀在开、闭位置间移动。流至该销的流体流动受驱动控制阀的3位置数字封锁电磁线圈的控制，而控制阀能在第一位置、第二位置和中间位置之间被切换。当控制阀处在第一位置时，该流体流入该销并移动该阀。当控制阀处在第二位置时，该流体能自该销流去，以允许该阀移回到原来位置。当控制阀处于中间位置时，该流体并不流动，因此该阀并不移动。该控制阀可由一控制器切换，在发动机任何循环期间，能使阀移动并保持在任何位置上。

在参考下述详细说明和附图后，对本领域熟练的人员来说，本发明的目的和优点会变得更加明显，其中：

图1是本发明阀组件的横剖视图；

图2是3位置控制阀在中间位置上所示的横剖视图；

图3是3位置控制阀在第一位置上所示的横剖视图。

参照由标号具体标注的各附图。图1表示内燃机的阀组件10。该发动机包括一个具有一内燃室14，一进气口16和一排气口18的气缸体12。一活塞20在燃烧室14内移动。可以理解，一台发动机通常包含若干燃烧室和有关的阀和活塞。

经进气口16的空气流由能在开、闭位置间移动的一进气阀22控制。经排气口18的废气流由能在开、闭位置间移动的一排气阀24控制。阀22和24还能移到全闭和全开位置之间的任一中间位置上。该中间位置也被认为是开启位置。

阀22和24各有一阀杆26，穿过阀壳30的孔28，阀壳30固定于缸体12。杆26和阀壳30的孔28可有相应的螺纹，当阀在开、闭位置间每移动一次时，该螺纹使阀转动。阀的转动减少了阀座的不均匀磨损。或者，该组件可包括一凸轮或其它装置，当阀在开、闭位置间移动时，用以转动阀。

各进/排气阀22和24通过一法兰盘36跟若干第一销柱32和若干第二销柱34相联。法兰盘36可用夹38固定于阀杆26上。第一销柱32配置在若干包含流体的腔40内。第二销柱34配置在若干包含流体的腔42内。腔40和42由阀壳30和一歧管壳44限定。该流体可以是发动机燃料或单独的液压流体。

进入腔40和42内的流体流量受许多3位置控制阀46控制。相应于每个阀，控制阀46既可包括单个四通阀，也可包括一对三通阀。为开启一进气/排气阀22或24，将相应的控制阀46切换到第一位置，以允许流体流入腔40内来推动第一销柱32，将阀22或24移到开启位置。通过切换控制阀46对第二销柱34输送压力流体，将进/排气阀关闭。销柱腔40通至一排出口，允许流体自腔40排出。

图2表示一个三通3位置控制阀46的优先实施例。控制阀46包括一个壳体48，壳体具有回流口50，一对气缸口52和一对输送口54。回流口50通常连于发动机的排出管路。输送口54通常连于一压力流体管路。第一气缸口52可连于第一销柱腔40或第二销柱腔42。一种四通阀具有一附加的气缸口，它连于另一销柱腔。

控制阀46有一第一电磁线圈58和第二线圈60，它们移动在壳体48内的一阀柱62。阀柱62有许多槽64，当激磁电磁线圈时，允许流体在各口间连通。阀柱由一对弹簧66保持在一中间位置。在中间位置上，阀柱62并不允许流体在阀46的任何口之间连通。各弹簧66由壳体48和一针形体组件68定位。

如图3所示，当第一电磁线圈58激磁时，阀柱62被移到第一位置。在该第一位置，气缸口52和输送口54或流体连通。当第二电磁线圈60激磁时，阀柱62被移到第二位置。在该第二位置上，气缸口52和回流口50成流体连通。

阀柱62和壳48最好由具有磁滞性的材料制成，即使当供给电磁线圈的电力终止时，也能保持阀柱62的位置。该材料最好是52100或440C钢。这种磁性钢材允许通过对电磁线圈提供一数字脉冲能使阀柱销在第一与第二位置上。阀柱62通过向对量的电磁线圈提供一短脉冲或使邻近锁定的阀柱62的电磁线圈产生相反极性的电压而使阀柱62脱离壳体48能回到中间位置。脱离的阀柱62由弹簧62偏压到中间位置。或者，可对两电磁线圈提供数字脉冲，反复地将阀柱62移到中间位置上。控制阀46可有一位置检测器70，如Hall检测器，以检测阀柱62的位置。电磁线圈58和60通常连于一控制器72，后者对控制阀46提供数字脉冲。

在操作中，为开启进/排气阀22或24，控制器72将相应的控制阀46切换到第一位置，以允许流体流入第一销柱腔40，从而推动第一销柱32。在第二销柱腔42内的流体允许流入发动机的排出管路。

第一销柱腔40可包含加力弹簧74，为开启进、排气阀提供附加的力。弹簧74还阻尼了阀回到关闭位置的运动。以防止对阀座的冲击和相应的磨损。

将控制阀46切换到中间位置以阻止销柱腔40和42内的流体流动，可保持阀22或24的位置。通过提供中间位置，对于不同的发动机运转工况，可以改变进/排气阀开启的时间间隔。作为一个例子，在Jake制动循环期间，可改变该阀的位置，以改变被吸入燃烧室并自该室放出的空气量。

通过切换控制阀46对腔42加压并推动第二销柱34，此时可关闭进/排气阀组件10可包括回归弹簧76，后者将该阀偏压到关闭位置。

尽管用附图表示了并说明了某些示例性的实施例，然而应当理解，这些实施例对于该宽广的发明仅仅是说明性的而非限制性的，因而本发明并非限于所示和所述的具体的结构和安排，因为对于该领域内普通熟练的人们可以出现各种其它的变型。例如，虽表示和叙述了一种带第二销柱34的阀组件，然而，应当明白该组件可以有一个与进/排气阀相联的回归弹簧(未示)，将阀回位到关闭位置。在这种布局中，该组件相对于各进/排气阀最好包含单个三通控制阀46，以便在控制阀的输送和回流口之间切换第一销柱腔40。

权利要求书

1．一种内燃机阀组件，包括：

一个在开、闭和中间位置之间移动的阀；以允许燃气流入或流出内燃机；

一个液压系统，它提供一种流体，将所述阀自关闭位置移动开启位置；

一个3位置控制阀，控制所述液压系统中流体的流动，其中所述3位置控制阀包括一个开启所述阀的第一位置，一个关闭所述阀的第二位置和一个保持所述阀的中间位置的中间位置。

2．如权利要求1所述的阀组件，其特征在于所述3位置控制阀包括一个阀柱，它被配置在一壳体内，且由一对弹簧保持在中间位置，所述3位置控制阀还包括一个将所述阀柱拉到第一位置的第一电磁线圈和一个将所述阀柱推到第二位置的第二电磁线圈。

3．一种按权利要求2所述的阀组件，其特征在于所述第一和第二电磁线圈由一数字脉冲激磁。

4．一种按权利要求1所述的阀组件，其特征在于还包括一个与该流体成流体连通的第一销柱，当所述3位置控制阀处在第一位置时，将所述阀移到开启位置。

5．一种按权利要求4所述的阀组件，其特征在于所述3位置控制阀是一个三通阀。

6．一种按权利要求4所述的阀组件，其特征在于还包括一个与该流体成流体连通的第二销柱，当所述3位置控制阀处在第二位置时，将所述阀移到关闭位置。

8．一种按权利要求4所述的阀组件，其特征在于还包括一个加力弹簧，它与第一销柱相联，将所述阀偏压到开启位置。

9．一种按权利要求6所述的阀组件，其特征在于还包括一个法兰盘，将第一和第二销柱联于所述阀。

10．一种内燃机，包括：

一个具有一内燃室、一排气口和一进气口的气缸体；

一个固定于所述气缸体的阀壳；

一个联于所述阀壳的进气阀，它能在开、闭位置之间移动，以控制流经所述进气口的空气流量。

一个联于所述阀壳的排气阀，它能在开、闭和中间位置之间移动，以控制流经所述排气口的废气流量，

一个与一流体成流体连通的第一进气销柱，将所述进气阀移到开启位置；

一个与该流体或流体连通的第一排气销柱，将所述排气阀移到开启位置；

一个3位置进气控制阀，它控制第一进气销柱的移动，其中所述3位置进气控制阀包括一个允许流体流到第一进气销柱的第一位置，一个允许流体自第一进气销柱流动的第二位置和一个不允许流体流动并将所述进气阀保持在所述中间位置的中间位置；

一个3位置排气控制阀，它控制第一排气销柱的移动，其中所述3位置排气控制阀包括一个允许流体流到第一排气销柱的第一位置，一个允许流体自第一排气销柱流动的第二位置和一个不允许流体流动并将所述排气阀保持在所述中间位置的中间位置。

11．按权利要求10所述的发动机，其特征在于所述3位置进气和排气控制阀各包括一个阀柱，它配置在一壳体内，并由一对弹簧保持在中间位置，所述3位置进气和排气控制阀还包括一个将所述阀柱拉到第一位置的第一电磁线圈和一个将所述阀柱拉到第二位置的第二电磁线圈。

12．按权利要求11所述的发动机，其特征在于第一和第二电磁线圈由一数字脉冲激磁。

13．按权利要求10所述的发动机，其特征在于所述3位置进气和排气控制阀分别是一种三通阀。

14．按权利要求10所述的阀组件，其特征在于还包括一个与该流体成流体连通的第二进气销柱，当所述3位置进气控制阀处在第二位置时，它将所述进气阀移到关闭位置，还包括一个与该流体成流体连通的第二排气销柱，当所述3位置排气控制阀处于第二位置时，它将所述排气阀移到关闭位置。

16．按权利要求10所述的阀组件，其特征在于还包括一对联于第一进气和排气销柱的加力弹簧，将所述进、排气阀偏压到开启位置。

17．按权利要求14所述的阀组件，其特征在于还包括将所述第一与第二进气与排气销柱联于所述进、排气阀上的法兰盘。

18．一种开启内燃室气阀的方法，包括如下步骤：

d)将一控制阀切换到第一位置引导流体流动，将阀移到开启位

  置；

e)将所述控制阀切换到中间位置，以终止该流体流动，使所述阀

  保持在开启位置；

f)将所述控制阀切换到第二位置，从而将阀移到关闭位置。

19．按权利要求18所述的方法，其特征在于所述控制阀用一数字脉冲切换。

20．按权利要求1所述的阀组件，其特征在于还包括：

一个具有一包含内螺纹的孔的阀壳；

一个在开、闭位置间移动的阀，其中一阀杆穿过所述阀壳的孔，所述阀杆具有一外螺纹，与所述阀壳的内螺纹配合，当所述阀在开、闭位置之间每移动一次时，移动所述阀。

Claims (20)

1．一种内燃机阀组件，包括：

一个在开、闭位置间移动的阀；

一个液压系统，它提供一种流体，将所述阀自关闭位置移动开启位置；

一个3位置控制阀，控制所述液压系统中流体的流动，其中所述3位置控制阀包括一个允许流体流到所述液压系统的第一位置，一个允许流体自所述液压系统流动的第二位置和一个不允许流体在所述液压系统内流动的中间位置。

2．如权利要求1所述的阀组件，其特征在于所述3位置控制阀包括一个阀柱，它被配置在一壳体内，且由一对弹簧保持在中间位置，所述3位置控制阀还包括一个将所述阀柱拉到第一位置的第一电磁线圈和一个将所述阀柱推到第二位置的第二电磁线圈。

3．一种按权利要求2所述的阀组件，其特征在于所述第一和第二电磁线圈由一数字脉冲激磁。

4．一种按权利要求1所述的阀组件，其特征在于所述液体系统包括一个与该流体成流体连通的第一销柱，当所述3位置控制阀处在第一位置时，将所述阀移到开启位置。

5．一种按权利要求4所述的阀组件，其特征在于所述3位置控制阀是一个三通阀。

6．一种按权利要求4所述的阀组件，其特征在于所述液压系统包括一个与该流体成流体连通的第二销柱当所述3位置控制阀处在第二位置时，将所述阀移到关闭位置。

7．一种按权利要求6所述的阀组件，其特征在于所述3位置控制阀是一个四通阀。

8．一种按权利要求4所述的阀组件，其特征在于所述液压系统包括一个加力弹簧，它与第一销柱相联，将所述阀偏压到开启位置。

9．一种按权利要求6所述的阀组件，其特征在于还包括一个法兰盘，将第一和第二销柱联于所述阀。

10．一种内燃机，包括：

一个具有一内燃室、一排气口和一进气口的气缸体；

一个固定于所述气缸体的阀壳；

一个联于所述阀壳的进气阀，它能在开、闭位置之间移动，以控制流经所述进气口的空气流量。

一个联于所述阀壳的排气阀，它能在开、闭位置之间移动，以控制流经所述排气口的废气流量，

一个与一流体成流体连通的第一进气销柱，将所述进气阀移到开启位置；

一个与该流体或流体连通的第一排气销柱，将所述排气阀移到开启位置；

一个3位置进气控制阀，它控制第一进气销柱的移动，其中所述3位置进气控制阀包括一个允许流体流到第一进气销柱的第一位置，一个允许流体自第一进气销柱流动的第二位置和一个不允许流体流动的中间位置；

一个3位置排气控制阀，它控制第一排气销柱的移动，其中所述3位置排气控制阀包括一个允许流体流到第一排气销柱的第一位置，一个允许流体自第一排气销柱流动的第二位置和一个不允许流体流动的中间位置。

11．按权利要求10所述的发动机，其特征在于所述3位置进气和排气控制阀各包括一个阀柱，它配置在一壳体内，并由一对弹簧保持在中间位置，所述3位置进气和排气控制阀还包括一个将所述阀柱拉到第一位置的第一电磁线圈和一个将所述阀柱拉到第二位置的第二电磁线圈。

12．按权利要求11所述的发动机，其特征在于第一和第二电磁线圈由一数字脉冲激磁。

13．按权利要求10所述的发动机，其特征在于所述3位置进气和排气控制阀分别是一种三通阀。

14．按权利要求10所述的阀组件，其特征在于还包括一个与该流体成流体连通的第二进气销柱，当所述3位置进气控制阀处在第二位置时，它将所述进气阀移到关闭位置，还包括一个与该流体成流体连通的第二排气销柱，当所述3位置排气控制阀处于第二位置时，它将所述排气阀移到关闭位置。

15．按权利要求14所述的阀组件，其特征在于所述3位置进气和排气控制阀分别是一种四通阀。

16．按权利要求10所述的阀组件，其特征在于还包括一对联于第一进气和排气销柱的加力弹簧，将所述进、排气阀偏压到开启位置。

17．按权利要求14所述的阀组件，其特征在于还包括将所述第一与第二进气与排气销柱联于所述进、排气阀上的法兰盘。

18．一种开启内燃室气阀的方法，包括如下步骤：

a)将一控制阀切换到第一位置引导流体流动，将阀移到开启位置；

b)将所述控制阀切换到中间位置，以终止该流体流动，使所述阀保持在开启位置；

c)将所述控制阀切换到第二位置，从而将阀移到关闭位置。

19．按权利要求18所述的方法，其特征在于所述控制阀用一数字脉冲切换。

20．一种内燃机阀组件，包括：

一个具有一包含内螺纹的孔的阀壳；

一个在开、闭位置间移动的阀，所述阀具有一个穿过所述阀壳的孔的阀杆，所述阀杆具有一外螺纹，与所述阀壳的内螺纹配合，当所述阀在开、闭位置之间每移动一次时，移动所述阀。

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