CN1590719A - 用于驱动吸热型发动机的气门的电液单元 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动吸热型发动机气门的电液单元，设有一个液压执行机构，用于通过压力液体和紧压着液压执行机构的弹簧提升各自气门，以便关闭气门并在气门的最终关闭阶段通过一个排出支路从液压执行机构中排出液体，该排出支路设有一个校准孔，以便在液体从液压执行机构中排出的过程中，减慢液体的排出并维持一个基本恒定的气门关闭速度。

Description

用于驱动吸热型发动机的气门的电液单元

技术领域

本发明涉及一种用于驱动吸热型发动机的气门的电液单元。

背景技术

一般来说吸热型发动机的气门通过凸轮轴作机械运动。除了用于汽车部分的已建立的完备理论之外，目前在实验方面也有另外的系统。特别是，申请人正研究一种用于驱动吸热型发动机的气门的电液单元，其中吸热型发动机的类型如本申请人提出的专利申请EP-1,233,152中所述。上面提到的电液单元由一个电子单元所控制，可能使每个气门的打开和关闭时间，作为发动机的曲轴角速度和其他工作参数的函数，非常精确地变化，相当大的增加了发动机的效率。

目前在研究中的电液单元，用于发动机的每个进气门或排气门，设有一个电液驱动设备包括一个线性液压执行机构，能够使气门轴向地从关闭位置移动到最大开启位置，克服弹性元件的作用，能够将气门保持在关闭位置；还包括一个液力分配器，它能够调节从液压执行机构进出的液压油的流动，从而控制气门在关闭位置和最大开启位置之间的位移。

为了满足液压油的需要，在研究中的电液单元设有一个液压回路，它包括一个储油箱和一个油泵单元，该储油箱内储存要传送给执行机构的油，该油泵单元能够将液压油直接从储油箱传送到不同的分配器。在专利申请EP1,233,152中描述的电液单元包括一个滑阀分配器，它能够假定第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置，在第一工作位置它使液压执行机构直接与压力液排出孔相连通，在第二工作位置它使线性液压执行机构隔离，以致防止油从所述执行机构流出和流入，在第三工作位置它使线性液压执行机构直接与压力液的入口孔相连通。

所述的单元具有相当多的优点：具有特别简单的结构，保证了长时间内的高度可靠性，使它能在汽车上应用。

然而，目前进行的研究已经显示了在关闭阶段气门的高碰撞速度产生的一些缺点。

发明内容

本发明的一个目的是制造一种电液单元，用于驱动吸热型发动机的气门，能够实现在关闭阶段气门以相对较低并恒定的碰撞速度接近。

根据本发明，一种电液单元被制造用于驱动吸热型发动机的气门，该电液单元包括一个液压执行机构，用压力液开启各自的气门；以及一个弹簧，向液压执行机构压紧，以便关闭气门并在气门的最终关闭阶段使压力液从液压执行机构中流出；该单元的特征在于，它包括一个校准孔，通过该校准孔流过所述液体，以便在压力液从液压执行机构排出的过程中，减慢液体的流出并维持基本恒定的气门关闭速度。

由于上述单元，可能简单地、经济地将气门的关闭速度保持为恒定、相对较低的值。恒定速度是很重要的，因为，由于单元元件的磨损、制造误差和热膨胀的差异，不可能在发动机使用寿命内精确地确定气门关闭时间。通过在气门关闭的最后部分保持恒定的、相对较低的速度，可以肯定，在发动机自身不同损耗的条件下，碰撞将在相对较低的速度下发生。

附图说明

本发明将参考附图说明，附图说明了本发明的一些非限制性的实施例，图中：

图1为用于驱动吸热型发动机气门的电液单元的示意图。

图2为关于图1的电液单元的不同元件位置的时序的图表。

图3为关于由气门假定的位置和速度的时序的图表。

图4为图3图表的部分放大图。

图5为图1的单元的元件的剖视图。

图6为图1的电液单元的一个变型的示意图。

具体实施方式

参照图1，1代表用于驱动吸热型发动机M的气门2的整个电液单元。虽然图1说明仅有一个气门2与各自气门座2A相连，但是电液单元1能够控制发动机M的所有进气门和排气门。在本说明书中，“气门2的开启”是指从气门2的关闭位置到最大开启位置的变化阶段；“气门2的关闭”是指在气门2的最大开启位置和关闭位置之间变化的阶段；“保持”是指气门2保持在最大开启位置的阶段。从而，相对气门2而言，术语“开启”、“关闭”和“保持”具有类似的意义。

单元1包括一个液压回路3和一个控制装置4。接下来，液压回路3包括一个回路5和多个执行装置6，回路5对于所有气门2都是相同的，每个执行装置6与各自气门2相连。为了简单起见，图1仅表示一个与各自气门2相连的装置6。

回路5包括一个储油箱7、一个油泵单元8和两个支路9和10，其中供给有压力液，并且各自压力调整器11和12和各自的蓄压器13和14沿着支路依次布置。回路5的两个支路9和10在各自蓄压器13和14的下游，连接到执行装置6，每个执行装置6包括一个控制选择器15、一个滑阀分配器16和一个刚性地连接到气门2的液压执行机构17。选择器15连接到支路10、油箱7和支路18，支路18将选择器15连接到分配器16，以便控制分配器16。

分配器16连接到支路9、油箱7、一个通向执行机构17的传递支路19以及一个从执行机构17延伸出的返回支路20。支路19和支路20由排出支路21连接，沿着排出支路21设有孔22。排出支路21和孔22具有在关闭阶段减慢气门2速度和维持用于关闭气门22的恒定速度的作用。特别是，在气门2的关闭行程的最后部分实现气门2的速度减慢，如本说明书下面将要更详细的描述的一样。

选择器15是一个由电磁铁23和弹簧24控制的三通阀，并能够假定两个位置：当电磁铁23没被激励时，弹簧24将选择器保持在第一位置，此时支路10关闭，同时支路18被连接到油箱7(图1)；当电磁铁23被激励时，电磁铁克服弹簧24的力将选择器15保持在第二位置，此时支路10连接到支路18。

分配器16是一个由活塞25和弹簧26控制的四通阀，能够假定大致四个工作位置，图1所示的P1、P2、P3和P4。当选择器16有四个工作位置P1、P2、P3和P4时，它实际上只有两个稳定位置，即图1的P1和P4所分别指示的末端位置。工作位置P2和P3是在相反工作位置P1和P4之间的过渡位置。在工作位置P1，支路20连接到油箱7，同时支路9和支路19被切断；在工作位置P2，所有连接都被切断；在工作位置P3，支路9被连接到支路19，同时返回支路20被切断：为此，工作位置P3被定义为驱动位置；工作位置P4与工作位置2具有相同的特征。

线性液压执行机构17包括液压缸27、与气门2相连的活塞28和能够将气门2保持在关闭位置的弹簧29。液压缸27有一个头部21a和一个套体27b，沿着套体27b设有一个侧向排出口30。活塞28包括一个活塞顶28a和侧表面28b，在活塞28的特定位置，该侧表面关闭排出口30。

为了更好的理解单元1的功能，很必要参考图5并从结构的角度描述一下分配器16，其中单元1的一些元件从结构的角度说明，并与图1具有相同的附图标记。分配器16包括一个套管31和一个滑阀32，滑阀沿着轴33在套管31内部滑动。支路19、支路9和支路20与设在套管31中的各自组的径向孔34、35、36相连。每组径向孔34、35、36围绕轴33分布，同时各组径向孔34、35和36按照滑阀32的几何特征所确定的间隔沿轴33分布，滑阀32包括两个面37和38，这两个面大致背靠套管31滑动，并被凹槽39分离。实质上，在面37和38以及凹槽39的轴向延伸与各组轴向孔34、35和36的轴向位置之间有几何关系，以致确定了滑阀32的所有工作位置P1、P2、P3和P4。尤其是，滑阀32和套管31的尺寸使凹槽39同时与两组孔34和35对齐并使面38与一组孔36对齐成为可能，从而切断返回支路20并从支路9将压力油供给到支路19。所述的活塞相应于图1的工作位置P3，但实际上不是滑阀32的稳定位置：从支路9到支路19可适用于油的通道的开口截面或孔口，可以作为滑阀32位置的函数而变化。

控制装置4包括一个电子控制单元40，根据从发动机M获得的数据，例如转速(RPM)和其它工作参数，确定每个气门2的开启时间和关闭时间。于是单元40控制电磁铁23，以便串联驱动分配器16的选择器15和线性执行机构17。控制装置4还包括一个油温传感器41；一个用于分配器16位置的传感器42；和一个气门2的碰撞速度的传感器43。

参照图5，活塞传感器42包括两个永磁铁44和45，它们嵌在滑动元件32中，并且彼此之间的距离等于滑阀32行程之差，当滑阀32在相同方向移动时，能够分别确定支路9和19之间连接和支路9和19之间断开。传感器42包括一个沿着套管31安置的检测器46。分配器16的几何尺寸保证了支路9和支路19之间的连接在滑阀32已经移动了第一个量之后开始，并在滑阀32已经移动了第二个量之后结束。以这种方式，检测器46检测磁铁45的通过路程(第一量位移)和磁铁44的通过路程，前者相应于开口截面的开启，后者相应于从P1到P4位移过程中开口截面的关闭。检测顺序在从P4到P1的返回位移时正好相反。实际上，由于有两个界限件44、45以及单独的检测器46，由于滑阀32在两个方向上的位移，可能辨别出开口截面的开启和关闭位置。

传感器43采用加速计的形式，其检测当气门2返回而与各自气门座2A接触时发生的碰撞。传感器43也可以是一个爆震传感器，当被检测和过滤时，来自它的信号指示了每个气门2的行为。因此，通过安装在发动机M上的传感器43，可能检测出发动机M的每个气门2的碰撞速度。或者，可以有多于一个的传感器43。

单元40，除了控制电磁铁23之外，也控制压力调整器11、12，以及不同截面孔22的开口截面。

在使用中，气门2的运动根据图2所示的图表进行，图2的部分a)示出了表示选择器1 5的位移(y坐标)与时间(x坐标)的函数关系的曲线A；部分b)示出了表示分配器16的位置(y坐标)的曲线B，和表示连接支路9和支路19的开口截面或孔口(y坐标)与时间(x坐标)的函数关系的曲线C；部分c)示出了表示气门2的位置(y坐标)与时间(x坐标)的函数关系的曲线D。部分a)、b)和c)是这样对齐的，它们各自的时间标度贯穿部分a)、b)和c)是同相的。这样，就可能比较选择器15、分配器16、在开口截面的分配器16的位置结果以及气门2位置之间的关系。

工作原理基于这样的事实，单元40按照预定为发动机状态的函数的周期激励电磁铁23，所述发动机状态：即例如扭矩、转速或排放等的工作参数。参照图2c)，气门2有开启气门2所需的预定时间t_open，以及关闭气门2所需的预定时间t_close，至少在该部分，所述时间基本不变，并由系统的等效质量和刚度所确定，该采用的系统包括由活塞28、气门2、弹簧29和液压缸27内的液压油形成的组件。时间t_open和t_close由实验获得，与系统的振动周期相关，该系统包括活塞28、气门2、弹簧29和液压油。为了获得气门2的所需轨迹线同时使能量损失最小化，开口截面的开启时间必须在气门2的开启阶段相应于t_open并在气门2的关闭阶段相应于t_close。

然而，如前面所述，分配器16的工作活塞P3不是稳定位置，因而，没有检测滑阀32的位置的情况下，不可能检测开口截面的开启时间。实际上，如图2b)所示，传感器42检测曲线B的两个点X1和X2，以便确定开口截面的曲线C。实际上，单元40检测时间t_x1和t_x2，并计算时间t_spo，时间t_spo等于t_x1和t_x2之差并表示在检测两点X1和X2之间所流逝的时间：因此时间t_spo相应于在气门2的开启阶段开口截面的开启时间，并可以定义为在气门2的开启阶段执行机构17的驱动时间。类似的，单元40计算时间t_spc，即在检测两点X2和X1之间所流逝的时间：时间t_spc等于时间t_x1，和t_x2，之差并相应于在气门2的关闭阶段开口截面的开启时间，并可以定义为在气门2的关闭阶段执行机构17的驱动时间。单元40随后分别计算t_spo和t_spc值之间和t_open和t_close值之间的差值，并当所计算的差值超过各自的极限值H和K，得到各自的误差信号E_o和E_c。

参考图1，没有误差信号E_o和E_c时，选择器15根据循环工作，该循环为：从图1所示的位置变化到支路10和18相连的位置，该变化确定了气门2的开启；保持支路10和18之间的连接，确定了气门2被保持在开启位置；以及切断支路10和18之间的连接，确定了气门2的关闭。

参考图2，单元40移动选择器15(曲线A的部分A1)，以便开启气门(分配器16的曲线B的部分B1和气门2的曲线D的部分D1)。随后，在有误差信号E_o的情况下，在已检测到点X1之后并在检测点X2之前的提升过程中，单元40短暂地移动选择器15(曲线A的部分A2)，以便切断支路10和18之间的连接，以便延迟开口孔的关闭并使时间t_spo和时间t_open一致。分配器16在支路9和19之间的连接位置振动(曲线B的部分B2)。

当气门2(图2c)，曲线D的部分D2)被保持在开启位置时，选择器15维持在支路10和18之间的连接位置(图2a)，曲线A的部分A3)，从而分配器16位于工作位置P4(图2b)，曲线B的部分B3)。

支路10和支路18之间的连接的切断确定了气门关闭的开始(曲线D的部分D3)。

存在误差信号E_c的情况下，在检测到点X2之后并在检测到X1点之前的气门2的关闭阶段中，单元40暂时连接支路10和支路18(图2a)，曲线A的部分A4)，以便延迟支路9和支路19之间的连接的结束。分配器16在支路9和支路19之间的连接位置，在关闭阶段振动。

以上所述并在图2中图示的例子中，选择器15在检测到t_x1后被启动，以便短暂地切断支路10和18并在开启阶段中变化连接时间t_spo。然而，这种短暂的切断也可在时刻t_x1之前进行。

在每个循环中，单元40计算误差信号E_o和E_c并在随后的循环中随意地调整时间t_spo和t_spc，调整作为时间t_open和t_close函数的分配器16的位移。

为了理解单元1的动力特性，需要解释的是，在气门2的开启过程中，由线性执行机构17、在目前的情况下的活塞28和气门2形成的组件，在预定时间t_open内，进行了比确定弹簧29的力和回路3的压力之间的平衡所需的行程更大的行程。这归功于组件的动力特性，该组件包括活塞28、气门2和弹簧29和液压油。既然，在气门2的开启阶段中，支路9和支路19之间的连接被关闭且返回支路20被切断，所以建立弹簧29的力和回路3中的压力之间的平衡所需的时间不能达到。事实上，弹簧29比它应有的更大地被动态压缩，在关闭的液压缸27内引起的压力大于支路9中液体压力。这种状态说明，在气门2的关闭阶段中，当支路9和支路19被切断，一些容纳在液压缸27中的油通过支路19流回到支路9。实际上，支路19不仅执行了传递支路的作用，还执行了返回支路的作用。从执行机构17通过支路9将油排出的阶段在预定时间t_close内完成。这个通过支路9的排油阶段相应于气门2的初始关闭阶段。很明显，摩擦意味着不能完全回复并且在这种初始阶段的最后气门2不是完全被关闭。

随后，分配器16到达工作位置P1，此时液压缸27内容纳的油最初通过开口30和支路20流出(图2c)，曲线D的部分D4)。在油流到油箱7过程中活塞28的位移引起开口30的逐步关闭，这样液压缸27内残余的油通过排出支路21和孔22流出(图2c)，曲线D的部分D5)。孔22具有减慢气门2的下降并维持在一个基本恒定的关闭速度的作用。单元40能够改变孔的开口截面，以致调整关闭速度。首先通过支路20排出油，以及通过支路20和21排出油，相应于气门2的最终关闭阶段。实际上，气门2的关闭阶段包括一个通过支路9的油的回流阶段(图2c)中曲线D的部分D3)，以及一个油向储油箱7的排出阶段。这个阶段还包括两个阶段：通过开口30的排出(在该阶段忽略通过孔22的排出；图2c)中曲线D的部分D4)；和通过孔22的排出(图2c)中曲线D的部分D5)。

参考图3，也像关于气门2的位移的曲线D和关于选择器15的位移的曲线A，曲线F表示关于气门2的速度。参照图4，曲线F的最后部分F1包括一段基本垂直的部分，表示在时刻t_c恒定的气门2的关闭速度。

孔22可以由单元40调整，以便改变其开口截面。实际上，传感器43检测与气门2在各自气门座2A碰撞速度V_I相关的变量，并将碰撞速度V_I与基准速度V_N相比较。当碰撞速度V_I与基准速度V_N之差超过极限值S时，单元40输出一个误差信号E_V并控制执行机构(未示出)，以便连续改变孔22的开口截面。

根据未示出的变量，孔具有开口截面，该开口截面能以开/关的方式在等于零的值和最大值之间变化。单元40通过多个在零值和最大值之间的振动周期来控制所述开口截面，以便确定开口截面的各自平均值。该开口截面的平均值是周期内振动频率和幅值的函数。

上述的用于调整截面的方法提及了闭环操作，但是开环调整也可能使用开/关调整方法，该开/关调整方法可以确定一个平均截面，并使用开口截面的连续调整。

参考图6，孔22和支路21已经省去，并由支路48和恒定截面的孔49，孔49沿支路48安置，支路48完全设置在活塞28内并具有一个沿活塞顶28a设置的孔和沿活塞28的面28b设置的孔。在气门2的关闭阶段过程中，当活塞28的面28b关闭开口30时，液压缸27内的油不可避免地通过支路48和孔49排出，从而在气门2的接近阶段减慢了气门2的速度。

虽然本说明书具体提到了油作为液压系统中使用的压力液体，但是应该理解的是，油可以被其它任何一种液体所替代，而不超出本发明保护的范围。

Claims (11)

1.用于驱动吸热型发动机(M)的气门(2)的电液单元(1)，包括一个液压执行机构(17)，用于通过压力液体和紧压着液压执行机构(17)的弹簧(29)提升各自气门(2)，以便关闭气门(2)并在气门(2)的最终关闭阶段从液压执行机构(17)中排出液体；其特征在于，它包括一个校准孔(22；49)，通过该孔流过所述液体，以便在液体从液压执行机构(17)排出的过程中，减慢液体的排出并维持一个基本恒定的气门(2)的关闭速度。

2.如权利要求1所述的单元，其中气门(2)的最终关闭阶段连续地包括一个第一排出阶段和一个第二排出阶段；其特征在于，它包括一个排出支路(21；48)，沿着该支路设有所述校准孔(22；49)，所述孔基本上在第二排出阶段工作。

3.如权利要求2所述的单元，其特征在于，它包括另一个排出支路(20)；所述液压执行机构(17)包括一个液压缸(27)和一个在所述缸(27)内滑动的活塞(28)；所述另一个排出支路(20)在一个点连接到所述液压缸(27)，以便，通过活塞(28)，在第二排出阶段，它切断从所述缸(27)到另一个排出支路(20)的直接供给。

4.如权利要求3所述的单元，其特征在于，所述缸(27)设有一个侧向开口(30)，该开口(30)连接到所述另一个排出支路(20)；所述活塞(28)能够通过开口(30)允许所述缸(27)和所述另一个排出支路(20)之间的直接连通，用于活塞(28)行程的第一部分，并且，能够切断所述连通，用于活塞(28)行程的第二部分。

5.如权利要求3所述的单元，其特征在于，所述缸(27)包括一个头部(21a)和套体(27b)；所述排出支路(21)连接在所述头部(21a)附近。

6.如权利要求3所述的单元，其特征在于，所述排出支路(21；48)将所述缸(17)连接到所述另一个排出支路(20)。

7.如权利要求1所述的单元，其特征在于，它包括调整装置(40)，用于以一种方式改变所述校准孔(22)的开口截面，以致于调整气门(2)的关闭速度。

8.如权利要求7所述的单元，其特征在于，所述校准孔(22)具有一个开口截面，所述截面可以在最小值和最大值之间变化；所述调整装置(40)能够通过多个振动周期在所述最大值和所述最小值之间改变所述开口截面；每个振动周期具有开口截面的相应的平均值。

9.如权利要求8所述的单元，其特征在于，所述开口截面的最小值等于零。

10.如权利要求7所述的单元，其特征在于，它包括获取装置(40，43)，用于获得碰撞速度(V_I)；所述调整装置(40)作为所述碰撞速度(V_I)的函数而工作。

11.如权利要求3所述的单元，其特征在于，所述活塞(28)包括一个活塞顶(28a)和一个侧表面(28b)；所述排出支路(48)设置在所述活塞(28)内并从所述活塞顶(28a)延伸到所述侧表面(28b)。

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