CN1791735A - 发动机阀门致动装置 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机的阀门致动装置包括可移动的发动机阀门。阀门致动装置也包括可操作地与所述发动机阀门接合的可移动的辊式指状随动件，可旋转的凸轮，可操作地与所述辊式指状随动件和所述凸轮接合的中间指状随动件。阀门致动装置也包括至少一个致动器，其可操作地与所述中间指状随动件协作，以便相对于所述凸轮在两个方向上定位所述中间指状随动件，从而移动所述辊式指状随动件，以理想的升程和定相定位所述发动机阀门。

Description

发动机阀门致动装置

技术领域

本发明总体涉及发动机的进气或排气阀门致动器，尤其涉及一种用于内燃机连续可变的升程、定相和气缸解除致动的阀门致动装置。

背景技术

为发动机提供阀门机构或者阀门致动装置是已知的，例如诸如机动车的车辆的内燃机。典型地，阀门机构包括一个或多个阀门，具有一个或多个凸轮的凸轮轴，以及与每一个凸轮和阀门接触的挺朱。典型地，发动机阀门致动由发动机致动的凸轮轴完成。

为内燃机提供具有可调行程或可变升程阀门的阀门机构也是已知的。在本专利中，阀门的行程或升程调节因偏心轴发生，其移动布置在每个凸轮和每个进气/排气阀门之间的传递元件的支撑点，在这种情况下被分配给一个气缸的两个偏心器具有不同的几何形状。传递元件由阀门杆形成，其支撑在偏心器上，由凸轮致动，接着，所述阀门杆作用在摆杆上。

这些阀门机构的一个缺点在于理想定相由凸轮轴相位器实现，这对于高压缩燃烧系统是不能接受的，其中每个阀门必须能具有其特有的指定升程和相位设置。这些阀门机构的另一个缺点在于它们不提供连续可变的阀门升程、定相和气缸解除致动。这些阀门机构的另一个缺点在于它们仅具有一个自由度控制，连接发动机阀门的升程和相位，因而它们要求用于凸轮轴的额外的相位器。

因此，希望提供一种用于发动机的阀门致动装置，其改进阀门升程、定相和气缸解除致动。还希望提供一种用于发动机的阀门致动装置，其具有大于一个的自由度以便允许分离用于发动机阀门的升程和定相。还希望提供用于发动机的阀门致动装置，其消除使用用于发动机阀门的理想定相的相位器。因而，在本技术领域中存在以下需求：提供一种满足这些希望的用于发动机的阀门致动装置。

发明内容

因而，本发明的一个目的是提供一种新的用于发动机的阀门致动装置。

本发明的另一个目的是提供一种用于发动机的阀门致动装置，其具有连续可变的阀门升程、定相和气缸解除致动。

为了实现上述目的，本发明是用于发动机的阀门致动装置。阀门致动装置包括可移动的发动机阀门。阀门致动装置也包括可操作地与所述发动机阀门接合的可移动的辊式指状随动件，可旋转的凸轮，可操作地与所述辊式指状随动件和所述凸轮接合的中间指状随动件。阀门致动装置也包括至少一个致动器，其可操作地与所述中间指状随动件协作，以便相对于所述凸轮在两个方向上定位所述中间指状随动件，从而移动所述辊式指状随动件，以理想的升程和定相定位所述发动机阀门。

中间指状随动件通过直接物理接触或者通过第一和第二滚轮可操作地与凸轮和辊式指状随动件接合。如果使用滚轮，那么设置固定弯曲斜面以便当其与中间指状随动件和辊式指状随动件接合时引导第二滚轮的运动。凸轮、中间指状随动件和辊式指状随动件之间连续可操作的连接通过弹簧实现，其偏置辊式指状随动件的第二滚轮。

本发明的一个优势在于提供用于发动机的阀门致动装置，以实现连续可变的阀门升程、定相和气缸解除致动。本发明的另一个优势在于增加了阀门致动装置的功能，也就是独立控制每单个发动机阀门的阀门升程和相位。本发明的另一个优势在于阀门致动装置具有准确性和可重复性，不会遭受液压系统依赖温度的流体特性。本发明的另一个优势在于阀门致动装置具有对中间杆枢转的两自由度控制，其允许分离发动机阀门的升程和定相。本发明的另一个优势在于阀门致动装置允许用于高压缩发动机的单个阀门控制。本发明的另一优势在于阀门致动装置具有基于凸轮的传动，其实现准确的操作。

本发明的另一优势在于在移动部件之间保持连续接触，因此将噪音降到最低。

在结合附图阅读后面的描述之后，本发明的其它目的、特征和优势将很容易意识到，同样会得到更好的理解。

当结合附图时，从下面对实施本发明的最佳方式的详细描述中本发明的上述特征和其它特征和优势将显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的阀门致动装置的简图，阐述与发动机的操作关系。

图2是处于对应于不同阀门升程和定相的不同位置的类似于图1的阀门致动装置的图。

图3是图1的阀门致动装置的简图，阐述计算中间指状随动件的位置。

图4是根据本发明的可作为选择的实施例的阀门致动装置的简图

图5是处于对应于不同阀门升程和定相的不同位置的类似于图4的可作为选择的阀门致动装置的图。

图6是对应于图4和5实施例的发动机上的阀门致动器的局部透视图。

具体实施方式

参考附图尤其是图1，显示了用于车辆(未显示)的通常指示为12的发动机的根据本发明的阀门致动装置10的一个实施例。发动机12是内燃烧类型。发动机12包括发动机气缸体14，其中具有与至少一个内燃烧室(未显示)连通的至少一个开口16。发动机12还包括用于每个开口16的可移动的发动机阀门18。发动机阀门18具有阀门杆20和位于阀门杆20一端的阀门头22。发动机阀门18可移动以便在开启位置和关闭位置之间开启和关闭其各自的开口16。应意识到发动机阀门18可以是进气或者排气阀门。也应意识到阀门致动装置10是用于发动机12的阀门机构。还应意识到，除阀门致动装置10之外，发动机12在本技术领域中是常规和已知的。

阀门致动装置10包括邻近发动机气缸体14布置的壳体24。壳体24具有位于其中的腔26。阀门致动装置10包括发动机阀门弹簧28，其围绕在阀门杆20周围布置在腔26中，与发动机气缸体14接触，以便朝着关闭位置偏置发动机阀门18。应意识到当发动机阀门18处于关闭位置时，阀门头22关闭开口16。

阀门致动装置10也包括辊式指状随动件30，以便控制发动机阀门18的位置。在所述的实施例中，辊式指状随动件30具有一端部，其在接触点32处接触阀门杆20的与阀门头22相对的一端部。阀门致动装置10也包括邻近辊式指状随动件30另一端部的液压间隙调节器34。间隙调节器34可枢转地在连接点36处与辊式指状随动件30的另一端部连接。应意识到连接点36是用于辊式指状随动件30的枢转点。

阀门致动装置10还包括中间指状随动件38，以便控制辊式指状随动件30的位置。在所述的实施例中，中间指状随动件38具有与辊式指状随动件30接触的一端部。阀门致动装置10包括第一致动器40，其在连接点42处与中间指状随动件38的一端部连接，以便定位中间指状随动件38。阀门致动装置10也包括第二致动器44，其连接第一致动器40以便定位第一致动器40。致动器40和44都是直线型，例如与诸如控制器45的电力源电连接的螺线管。应意识到第二致动器44可在枢转点42连接中间指状随动件38的一端部，以便定位中间指状随动件38，以及第一致动器40可连接第二致动器44以便定位第二致动器44。也应意识到任何适合的两自由度装置，例如直线滑动和旋转枢转或者串联的两个旋转枢转，可被用于定位枢转点42，以便获得发动机阀门18的理想升程和定相。

阀门致动装置10还包括至少一个可旋转凸轮46，其与凸轮轴(未显示)连接，用于与中间指状随动件38协作。凸轮46具有固定但可旋转的凸轮中心48。应意识到中间指状随动件38的倾斜提供发动机阀门18的定相，中间指状随动件38与凸轮中心48的距离提供发动机阀门18的升程。也应意识到致动器40和44可以是任何适合的装置，其产生直线运动。还应意识到控制器45激励和解除激励致动器40和44以便移动中间指状随动件38。

在阀门致动装置10的操作中，发动机阀门18如图1所示显示在关闭位置。凸轮46推动中间指状随动件38，其依次推动辊式指状随动件30，因而开启发动机阀门18。中间指状随动件38的枢转由水平(x)和垂直(y)方向上的致动器40和44实现。致动器40和44使中间指状随动件38的枢转点42的位置能位于图1平面中的任意点。这允许独立控制发动机阀门18的升程和定相。应意识到升程可以从零连续变化到预定最大升程。也应意识到定相也能连续变化为任意凸轮轴角度，优选地从-15°凸轮轴角度到+15°凸轮轴角度，在任意升程设置下。

如图2所示，虚线显示对应于发动机阀门18的不同程度的升程和定相的中间指状随动件38的不同位置。以实线阐述具有额定定相的中间指状随动件38。当中间指状随动件38由第一致动器40移动远离凸轮中心48或旋转轴线时，发动机阀门18的升程程度下降。以实线阐述的中间指状随动件38具有零升程。而且，中间指状随动件38的倾斜与阀门定相相关联。如图2中“A”代表的、由虚线阐述的那样，中间指状随动件38相对于水平倾斜得陡则指示相位提前，如图2中“B”代表的、由虚线阐述的那样，中间指状随动件38相对于水平倾斜得浅则指示相位延迟。

参考图3，阐述了计算枢转位置或枢转点42，其用于中间指状随动件38的理想升程(lift_REF)和定相(0)。中间指状随动件38的长度为1_IFF。对于升程和相位的每个理想值，中间指状随动件38的唯一位置可以4个步骤计算。在步骤1中，如下计算用于理想定相和零升程的名义接触点：

名义接触点

$x_{{\mathrm{NC}}_{\mathrm{\θ}}}=-R_1\sin \mathrm{\θ}+\frac{(h-R_1\cos \mathrm{\θ})}{\tan \mathrm{\θ}}$

$y_{{\mathrm{NC}}_{\mathrm{\θ}}}=-h$

在步骤2中，如下计算对应于该接触点的名义枢转点：

名义枢转点

                  xNP_θ＝xNC_θ-l_IFFcosθ

                  yNP_θ＝-h+l_IFFsinθ

在步骤3中，使用下面的方程式计算δ_x：

              lift_RFF＝(lift_IFFcosθ)×(ratio_RFF)

${\mathrm{ratio}}_{\mathrm{RFF}}=\frac{l_{\mathrm{RFF}}}{x_{{\mathrm{NC}}_{\mathrm{\θ}}}+\mathrm{\δx}-x_{\mathrm{RFF}}}$

              lift_IFF＝(δxsinθ)×(ratio_IFF)

${\mathrm{ratio}}_{\mathrm{IFF}}=\frac{l_{\mathrm{IFF}}}{l_{\mathrm{IFF}}-\frac{(h-(R_1-\mathrm{\δ}x\sin \mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ})}{\sin \mathrm{\θ}}}$

在步骤4中，如下计算中间指状随动件38的枢转位置：

              (x_NP·y_NP)＝(x_NPθ·y_NPθ)+(δx，0)

本发明的阀门致动装置10增加了功能，也就是，独立控制每单个阀门的阀门升程和相位；这意味着在任何给定的时刻，发动机的每个阀门可位于不同程度的升程和相位。本发明的阀门致动装置10改善了准确性和可重复性。本发明的阀门致动装置10具有中间指状随动件38，其允许发动机阀门18的可变升程和定相。本发明的阀门致动装置10具有对中间指状随动件38的枢转点42的两自由度控制，这允许其分离发动机阀门18的升程和定相。

图4-6中显示本发明的可作为选择的实施例。在该实施例中，阀门致动装置110设置在发动机112上，所述发动机包括发动机气缸体114，其中具有与至少一个内燃烧室(未显示)连通的至少一个开口116。发动机112还包括用于每个开口116的可移动的发动机阀门118。发动机阀门118具有阀门杆120和位于阀门杆120一端的阀门头122。该结构与图1和2中描述和显示的结构类似。

阀门致动装置110包括发动机阀门弹簧128，其围绕在阀门杆120周围布置，与发动机气缸体114接触，以便朝着关闭位置偏置发动机阀门118。

阀门致动装置110也包括辊式指状随动件130，以便控制发动机阀门118的位置。辊式指状随动件130具有一端部，其在接触点132处接触阀门杆120的与阀门头122相对的一端部。阀门致动装置110也包括邻近辊式指状随动件130的另一端部的液压间隙调节器134。间隙调节器134可枢转地在连接点136处与辊式指状随动件130的另一端部连接。应意识到连接点136是用于辊式指状随动件130的枢转点。

阀门致动装置110还包括中间指状随动件138，其可操作地控制辊式指状随动件130的位置。第一滚轮137通过销钉固定在中间指状随动件138上。中间指状随动件138通过第一滚轮137可操作地与凸轮146接合。

阀门致动装置110包括第一致动器140，其在枢转点142处与中间指状随动件138的一端部可操作地连接，以便水平定位中间指状随动件138。阀门致动装置110也包括第二致动器144，其连接第一致动器140以便垂直定位第一致动器140。致动器140和144都是直线型，例如与诸如控制器145的电力源电连接的螺线管。这些致动器140、144与图1和2中描述地致动器40、44一样操作。也应意识到任何适合的两自由度装置，例如直线滑动和旋转枢转或者串联的两个旋转枢转，可被用于定位枢转点142，以便获得发动机阀门118的理想升程和定相。

凸轮146具有固定但可旋转的凸轮中心148。应意识到枢转点142的垂直和水平定位影响发动机阀门118的相位变化和升程变化。

阀门致动装置110也包括第二滚轮139，其持续接触中间指状随动件138、辊式指状随动件130以及固定弯曲斜面141。第二滚轮139被弹簧143朝着中间指状随动件138偏置。弯曲斜面141固定到发动机气缸体(或者其它固定部件)，用于引导滚轮141的运动，因而影响辊式指状随动件130的运动，以及因而影响阀门118的运动。

图4显示发动机阀门118处于关闭位置。在操作中，凸轮146推动第一滚轮137，其促使中间指状随动件138摆动，中间指状随动件推动第二滚轮139，其沿着斜面141滚动。当第二滚轮到达固定斜面141的弯曲部分147时，它接着向下推动辊式指状随动件130，这接着开启阀门118。斜面141的弯曲部分147的曲率半径必须大于第二滚轮139的半径。

致动器140和144使中间指状随动件138的枢转点142的位置能位于图4平面中的任意点。这允许独立控制发动机阀门118的升程和定相。应意识到升程可以从零连续变化到预定最大升程。也应意识到定相也能连续变化为任意凸轮轴角度，例如从-15°凸轮轴角度到+15°凸轮轴角度，在任意升程设置下。这种功能被认为是先进燃烧系统的本质，例如均匀充气压缩点火。

弹簧128、143保持滚轮137连续接触凸轮146，也保持滚轮139连续接触中间指状随动件138、辊式指状随动件130和固定弯曲斜面141。

因此，枢转点142的垂直位移导致相位提前或延迟，因为在其旋转的过程中凸轮142的凸角或早或迟与第一滚轮137接触，因而偏移阀门开启的相位。枢转点142的这种垂直位移不会显著影响阀门升程，所述阀门升程依赖于中间指状随动件摆动的程度。

枢转点142的水平位移导致阀门升程的增加或减少，同时定相没有变化。如果枢转点142移动到图5所示的左侧时，接着，对于给定的中间指状随动件138的摆动，与弯曲部分147(斜面的开始-结束部分)相比，第二滚轮139花费更多的时间在固定弯曲斜面141的平坦部分(零升程或者无效运动部分，其是图4和5中的水平部分)。因而，阀门升程被降低。当枢转点142移动到右侧时，对于给定的中间指状随动件138的摆动，滚轮139花费更多的时间在固定斜面141的弯曲部分147，进一步沿着固定斜面141的弯曲部分147移动，导致较大的阀门开度。枢转点142的这种水平位移不会影响定相，所述定相由致动凸轮循环中凸轮凸角接触滚轮137的点确定。

转到图6，局部透视图显示根据图4-5的实施例与发动机112连接的致动装置110。图6中使用的相同的附图标记用来阐述图4和5中同样的部件。尤其是，图6阐述中间指状随动件138、第一滚轮137、第二滚轮139、固定弯曲斜面141和辊式指状随动件130之间的关系。图6也显示弹簧128，其向上偏置辊式指状随动件130，以致第二滚轮139被限制在辊式指状随动件130和固定弯曲斜面141之间。图4和5中的弹簧143没有显示在图6中，但是它偏置第二滚轮139紧靠中间指状随动件138，以便保持移动部件之间的连续接触。弹簧143也保持中间指状随动件138和凸轮146之间的连续接触。图6还显示致动器140、144相对于中间指状随动件138的枢转点142的关系。

以解释的方式描述了本发明。可以理解所使用的术语被认为具有词语描述的性质，而不是限制。

根据以上教导本发明的多种修改和变异是可能的。因而，在后附权利要求书的范围之内，本发明能以不同于特别描述的方式实施。

尽管详细描述了实施本发明最佳方式，但是熟悉本发明所涉及的技术领域的人员将意识到在后附权利要求书的范围内有多种可作为选择的设计和实施例可用于实施本发明。

尽管详细描述了实施本发明最佳方式，但是熟悉本发明所涉及的技术领域的人员将意识到在后附权利要求书的范围内有多种可作为选择的设计和实施例可用于实施本发明。

Claims (28)

1.一种用于车辆发动机的阀门致动装置，包括：

可移动的发动机阀门；

可移动的辊式指状随动件，其可操作地与所述发动机阀门接合；

可旋转的凸轮；

中间指状随动件，其可操作地与所述辊式指状随动件和所述凸轮接合；以及

至少一个致动器，其可操作地与所述中间指状随动件协作，以便相对于所述凸轮在两个方向上定位所述中间指状随动件，从而移动所述辊式指状随动件，以理想的升程和定相定位所述发动机阀门。

2.如权利要求1所述的阀门致动装置，其特征在于，所述辊式指状随动件具有与所述发动机阀门的一端部接触的一端部。

3.如权利要求2所述的阀门致动装置，包括液压间隙调节器，其可枢转地连接所述辊式指状随动件的另一端部。

4.如权利要求1所述的阀门致动装置，其特征在于，所述至少一个致动器可枢转地连接所述中间指状随动件的一端部。

5.如权利要求1所述的阀门致动装置，其特征在于，所述至少一个致动器在水平和垂直方向的至少一个方向上移动所述中间指状随动件。

6.如权利要求1所述的阀门致动装置，其特征在于，所述至少一个致动器包括第一致动器，其可枢转地连接所述中间指状随动件，以便在水平方向上移动所述中间指状随动件，以及第二致动器，其可操作地与所述第一致动器协作，以便在垂直方向上移动所述第一致动器和所述中间指状随动件。

7.如权利要求1所述的阀门致动装置，其特征在于，所述至少一个致动器包括第一致动器以及第二致动器，所述第二致动器可枢转地连接所述中间指状随动件，以便在水平方向上移动所述中间指状随动件，所述第一致动器可操作地与所述第二致动器协作，以便在垂直方向上移动所述第二致动器和所述中间指状随动件。

8.如权利要求1所述的阀门致动装置，其特征在于，所述中间指状随动件通过第一滚轮可操作地与所述可旋转的凸轮接合，所述中间指状随动件通过第二滚轮可操作地与所述可移动的辊式指状随动件接合，以便影响发动机阀门的运动。

9.如权利要求8所述的阀门致动装置，还包括固定斜面，其引导所述第二滚轮的运动，所述斜面具有弯曲部分，以便控制第二滚轮的垂直位移，因而控制阀门入座。

10.如权利要求9所述的阀门致动装置，其特征在于，所述第二滚轮连续滚动接触所述固定斜面、所述中间指状随动件以及所述可移动的辊式指状随动件。

11.如权利要求9所述的阀门致动装置，其特征在于，所述第二滚轮由弹簧朝着所述中间指状随动件偏置。

12.如权利要求1所述的阀门致动装置，其特征在于，所述中间指状随动件围绕与所述至少一个致动器连接的第一枢转点枢转，所述辊式指状随动件围绕第二枢转点枢转。

13.如权利要求12所述的阀门致动装置，包括控制器，其电连接所述至少一个致动器，以便激励和解除激励所述至少一个致动器。

14.一种阀门致动装置，包括：

可移动的发动机阀门；

可移动的辊式指状随动件，其可操作地与所述发动机阀门接合；

可旋转的凸轮；

中间指状随动件，其可操作地与所述辊式指状随动件接合；以及

第一致动器，其可操作地连接所述中间指状随动件，以便在水平方向和垂直方向中的任何一个方向上移动所述中间指状随动件，以及第二致动器，其可操作地与所述第一致动器协作，以便在水平方向和垂直方向中的另一方向上移动所述第一致动器和所述中间指状随动件，以便相对于所述凸轮定位所述中间指状随动件，从而移动所述辊式指状随动件，以理想的升程和定相定位所述发动机阀门。

15.如权利要求14所述的阀门致动装置，其特征在于，所述辊式指状随动件具有与所述发动机阀门的一端部接触的一端部。

16.如权利要求15所述的阀门致动装置，包括间隙调节器，其可枢转地连接所述辊式指状随动件的另一端部。

17.如权利要求14所述的阀门致动装置，其特征在于，所述第一致动器和所述第二致动器中的任意一个可枢转地连接所述中间指状随动件的一端部。

18.如权利要求14所述的阀门致动装置，其特征在于，所述第一致动器和所述第二致动器是直线型，以便产生直线运动。

19.如权利要求17所述的阀门致动装置，包括控制器，其电连接所述第一致动器和所述第二致动器，以便激励和解除激励所述第一致动器和所述第二致动器。

20.如权利要求14所述的阀门致动装置，包括具有腔的壳体。

21.如权利要求18所述的阀门致动装置，包括布置在所述腔内的发动机阀门弹簧，以便朝着关闭位置偏置所述发动机阀门。

22.如权利要求14所述的阀门致动装置，其特征在于，所述中间指状随动件通过第一滚轮可操作地与所述可旋转的凸轮接合，所述中间指状随动件通过第二滚轮可操作地与所述可移动的辊式指状随动件接合，以便影响发动机阀门的运动。

23.如权利要求22所述的阀门致动装置，还包括固定斜面，其引导所述第二滚轮的运动，所述斜面具有弯曲部分，以便控制第二滚轮的垂直位移，因而控制阀门入座。

24.如权利要求23所述的阀门致动装置，其特征在于，所述第二滚轮连续滚动接触所述固定斜面、所述中间指状随动件以及所述可移动的辊式指状随动件。

25.如权利要求24所述的阀门致动装置，其特征在于，所述第二滚轮由弹簧朝着所述中间指状随动件偏置。

26.如权利要求23所述的阀门致动装置，其特征在于，所述固定斜面安装在发动机气缸体上。

27.一种操作用于车辆的阀门致动装置的方法，包括：

提供可移动的发动机阀门；

提供可移动的辊式指状随动件，其可操作地与所述发动机阀门接合；

提供凸轮，并使凸轮旋转；

提供中间指状随动件，其可操作地与所述辊式指状随动件接合；以及

致动至少一个致动器，其可操作地在垂直和水平方向上与所述中间指状随动件协作，相对于所述凸轮定位所述中间指状随动件，以及以理想的升程和定相定位所述发动机阀门。

28.一种用于车辆发动机的阀门致动装置，包括：

可移动的发动机阀门；

可移动的辊式指状随动件，其可操作地与所述发动机阀门接合；

可旋转的凸轮；

所述中间指状随动件通过第一滚轮可操作地与所述凸轮接合，通过第二滚轮可操作地与所述辊式指状随动件接合，所述第二滚轮由固定弯曲斜面引导；以及

至少一个致动器，其可操作地与所述中间指状随动件协作，以便相对于所述凸轮在两个方向上定位所述中间指状随动件，从而移动所述辊式指状随动件，以理想的升程和定相定位所述发动机阀门。

Images