CN1820123A - 用于提高液压驱动系统性能的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于向内燃机中的空动系统输送液压流体的系统和方法。该系统可包括：贮液器；与贮液器相连的总管路，其中，总管路适于与一个或多个空动系统相连接；以及控制阀，其适于有选择地在总管路与一个或多个空动系统之间实现液压连通。

Description

用于提高液压驱动系统性能的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请与第60/468088号美国专利临时申请有关，并要求享有该申请的优先权，该临时申请是在2003年5月6日提交的，其名称为“用于改善液压致动系统起动性的液压回路”，该申请的副本被结合到文中作为参考。
技术领域
本发明涉及用于提高液压系统性能的系统和方法。尤其是，本发明涉及一种贮液器系统及其使用方法，该贮液器系统向设置在内燃机中的空动(lost motion)系统输送液压流体，并被用来驱动发动机的气门。
背景技术
为了使内燃机发出正功或产生出发动机制动的效果，就需要使气门执行气门驱动动作。在正功工作过程中，可将进气门开启，以允许燃料和空气进入到气缸中，以进行燃烧。可将排气门开启，以允许燃烧气体从气缸中排出去。
在发动机制动过程中，可将排气门选择性地开启，以将压燃型的内燃机(至少临时性地)转变为一台空气压缩机。对于压缩释放型制动，通过使一个或多个排气门在活塞靠近上死点位置时张缝开启，就能实现该空压机效应，对于泄气型发动机制动，通过使一个或多个排气门在活塞运动的大部分过程或全部过程中处于张缝开启状态，也能实现空气压缩机的效果。在这样的情况下，发动机产生出阻拖功率，从而有助于减慢车辆的速度。这能增强操作人员对车辆的控制能力，并显著减少了车辆上常规制动器的磨损。通过正确地进行设计和调整，能使得发动机制动时发出的阻拖功率占发动机正功工作时所产生功率的很大一部分。
不论是对于正功场合、还是对于发动机制动的场合，都是由发动机中型线固定的凸轮来开闭发动机气缸的进气门和排气门，更为具体来讲，是由一个或多个不变的凸角来执行开闭动作，凸角可以是各个凸轮上的一体部件。采用定型线的凸轮将很难调节发动机气门的正时和/或升程量，而这样的调节对于在发动机各种工况下优化气门的开启时刻和升程是需要的，其中的各种工况例如是发动机不同的转速工况。
在凸轮型线不变的前提下，调节气门正时和升程的一种方法是在气门与凸轮之间的气门传动机构系中设置一“空动”装置。“空动”这一词汇适用于这一类型的技术方案：利用长度可变的机械、液压、或其它连杆装置来改变由凸轮型线规定的气门运动规律。图1表示了一种空动系统100的实例。空动系统100可包括主活塞110，其与从活塞120通过液压通道130保持液压联系。逆止阀140允许液压流体被输送到液压通道130中，并保持在此。控制阀150能选择性地释放液压通道130中的流体。与空动系统100相配合，凸轮200可实现发动机工况所需的“最大”(最长的停顿和最大的升程)运动。
空动系统100可被设置包括在气门传动机构系中，且位于要被开启的气门300与实现最大运动的凸轮200中间。如果液压通道130中充满了流体，着施加到主活塞110上的凸轮运动可被传递给从活塞120，进而可被传递给发动机的气门300。按照这种方式，只有在液压通道130中蓄留有液压流体的情况下，发动机气门300(例如排气门或进气门)才能由空动系统驱动。控制阀150有选择地工作，以将流体从液压通道130中释放出去，由此能减小或消除由凸轮施加到主活塞110上的部分或全部运动。
在下列的各个美国专利申请中公开了此类系统的一些其它实例：发明人为Vorih等人的第5829397号专利(1998年11月3日)；发明人为Hu的第6125828号专利(2000年10月3日)和第5680841号专利(1997年10月28日)，这些专利与本申请属于同一受让人，且被结合到文中作为参考。
空动系统尽管具有多方面的优点，但也存在一些缺点。采用液压系统可导致首次起动困难，原因在于此时系统中缺乏液压流体。例如对于图1所示的空动系统100，当安装有该系统的发动机熄火一段时间后，液压通道130中的流体由于会经过主活塞110、从活塞120、逆止阀140、和/或控制阀150发生泄漏，所以会从系统中泄排出去。结果就是，当发动机被起动时，液压通道130中没有任何流体将凸轮200的运动传递给发动机气门300。向液压通道130供应液压流体的供油泵(图中未示出)无法足够快地开始供液。在某些情况下，直到在从开始起动发动机时起大于一分钟之后，液压通道130中才可能完全充满，在多缸发动机中，存在多个空动系统100，这些系统中必须充有液压流体。
如果在发动机起动过程中需要发动机的气门300立即就能动作-可变气门驱动(VVA)系统通常就存在这样的情况，则液压流体的缺乏将会阻碍和妨碍发动机的起动，或者会造成发动机的损坏。尤其在流体温度低且较低粘度的情况下，很难向系统100充注液压流体。
因而，本发明某些实施方式(不必所有实施方式)的优点在于改善为空动型气门驱动系统充注液压流体的设计。
存在于主活塞与从活塞之间液压连接通道130中的空气也会妨碍空动系统100的工作。空气不是液压流体，而是可压缩的流体。被封留在液压通道130中的空气使液压回路中发生压缩，而不是将运动从主活塞110传递给从活塞120。即使在不希望消减凸轮运动的情况下，这也将造成凸轮运动的损失。
因而，本发明某些实施方式(不必所有实施方式)的优点在于改善空动系统中主活塞与从活塞之间液压连接回路排出空气的性能。
本发明各种实施方式的其它优点中的一部分在下文的描述中列出，而对于另外一部分优点，本领域技术人员在阅读了下文的描述和/或实践了本发明之后能清楚地认识到。
发明内容
针对上述的问题，申请人开发出了一种革新性的贮液器系统，其用于向内燃机中的空动系统输送液压流体。在一实施方式中，系统包括：贮液器；与贮液器相连的总管路，其中，总管路适于与一个或多个空动系统相连接；以及控制阀，其适于有选择地在总管路与一个或多个空动系统之间实现液压连通。
申请人还开发出了一种革新性的方法，其用于在内燃机的起动过程中向一空动系统输送液压流体。在一实施方式中，该方法包括步骤：在贮液器中设置液压流体，该贮液器被相对于空动系统进行布置，以利于液压流体在重力作用下流向空动系统；在向空动系统施加发动机气门驱动运动的至少一起始部分的过程中，阻断贮液器与空动系统之间的液压连通；以及，在向空动系统施加发动机气门驱动运动的至少一随后部分的过程中，在贮液器与空动系统之间实现液压连通。
可以理解：不论是上文的概括性描述、还是下文的详细描述都只是示例性的和说明性的，并不对所要求保护的发明造成限制。
附图说明
为利于对本发明的理解，下文将参照附图进行描述，在附图中，同样的标号指代相同的元件。
图1是空动型气门驱动系统的剖视图；
图2是空动型气门驱动系统的剖视图，该气门驱动系统包括一根据本发明第一实施方式的系统，其用于向空动型气门驱动系统充注液压流体；
图3是空动型气门驱动系统的剖视图，该气门驱动系统包括一根据本发明一备选实施方式的系统，其用于向空动型气门驱动系统充注液压流体；
图4中的剖视图表示了根据本发明一备选实施方式的空动型气门驱动系统的一部分，该系统中的主活塞/从活塞采用了正交的布置结构；
图5中的图线表示了曲轴转角位置与凸轮凸角运动以及控制阀位置之间的关系，该图线表示了控制阀正时规律的一种实例，该正时规律可被应用在根据本发明实施方式的方法中；
图6是空动型气门驱动系统的剖视图，该气门驱动系统包括一根据本发明一备选实施方式的系统，其用于向空动型气门驱动系统充注液压流体；以及
图7是空动型气门驱动系统的剖视图，该气门驱动系统包括一根据本发明一备选实施方式的系统，其用于向空动型气门驱动系统充注液压流体。
具体实施方式
下面将详细地参照本发明的第一实施方式，该实施方式的一种实例被表示在附图中。参见图2，各个空动系统100都被布置在凸轮200与发动机气门300之间。凸轮200可具有一个或多个凸角210、220等，用于向空动系统100施加一个发动机气门驱动运动。在图示的情况下，空动系统100作用在单个发动机气门300上，但是，可以理解：在备选的实施方式中，空动系统100也可通过气门桥接件向多个发动机气门施加作用。
如图2所示，在本发明一实施方式中，每个空动系统100可包括主活塞110，其通过液压通道130与从活塞120保持液压联接。在液压通道120中设置有控制阀150，从而，该控制阀能选择性地阻断或接通液压通道。当控制阀150处于通路状态(如图所示)时，控制阀150的电子或机械控制允许流体进入到液压通道130中。当控制阀150被关闭时(从图2所示状态向下移动的状态)，液压流体被封留在通道130中，由此在液压上将主活塞110与从活塞120联锁起来。控制阀150的重新开启还能选择性地释放通道130中的流体，从而使主活塞110与从活塞120解锁。
可选的蓄压器活塞160有助于将低压流体保持在液压通道130的附近，从而能迅速地泄放和重新充注流体。在空动系统100被用来实现可变气门驱动的情况下，可选的蓄压器活塞160将尤其有用。在气门驱动可变的情形中，控制阀150可以是一个高速启动阀。在发动机的一次循环内，高速启动阀能开闭一次或多次，从而，在发动机的每一循环中，都能将主活塞110与从活塞120联锁或解锁一次或多次。
由贮液器系统400向液压通道130供应液压流体。贮液器系统400可包括贮液器410、低压供流管420、可选的逆止阀430、进口440、放气口450、以及共用的总管路460。液压流体(例如为发动机机油)从低压供流管420输送给贮液器410。可选性的逆止阀430可阻止贮液器410中的液压流体回流到低压供流管420中。
在本发明一实施方式中，贮液器系统400可包括放气口450，该放气口靠近贮液器410的顶部。放气口450使得空气在进入到一个或多个空动系统100中之前从系统中排出，其中，这些空气是被液压流体夹带着而从低压供流管420进入到贮液器410中的。放气口450的尺寸被设计成允许少量的空气从贮液器系统400自由地排出，但却阻止液压流体的排出一即使在相对较高的压力下。放气口450还允许空气进入到贮液器410中，以补偿被贮液器输送到总管路460中的那部分液压流体。这可防止出现这样的现象：在重力作用相对较小的条件下，真空效应会阻止液压流体从贮液器410中流出。更进一步，放气口450允许已混入到空动系统100液压流体中的空气随着时间的增加而冒泡溢出，并从系统中排出。
进口440可被布置在贮液器410顶部的附近。将进口440设置为靠近贮液器410顶部的设计能提高贮液器系统400的排气性能，以允许低压供流管420所输送流体中夹带的空气经放气口450排出。
总管路460可将液压流体从贮液器系统400输送给多个(可能的话)空动系统100中的每一个系统。贮液器系统400可被布置在沿总管路460长度范围的任何位置点处。贮液器410中液压流体的上液面可高于液压通道130的高度，从而，重力作用将利于液压流体从贮液器流到液压通道中。
可以理解：在备选的实施方式中，可设置多个贮液器系统，以向发动机中的空动系统100提供服务。事实上，为各个空动系统100设置一个专属贮液器系统对每个空动系统100都将是有利的。这些专属贮液器系统400可被一体地设置在各个空动系统100的壳体中。
可以理解：低压供液管420不必与贮液器410直接相连。例如可参见图3，低压供液管420可与总管路460直接相连，而不是通过贮液器410再与总管路进行连接。
如图6所示，在一实施方式中，空动系统100还可包括可选的通道170，其用于将控制阀150旁路绕过，并包括可选的逆止阀175，其被布置在通道170中。如果在发动机气门的驱动事件之间不具有足够的时间来开启控制阀150(例如在可变气门驱动系统中)，则可选的通道170和逆止阀175能允许液压流体进入到液压通道130中以完成重新充注。
再次参见图2，通过利用从低压供流管420输送来的液压流体充注贮液器410，使空动系统100开始工作。可选的逆止阀430允许液压流体从低压供流管420流入到贮液器410中，但不允许大量的流体从贮液器回流到低压供流管中。
本领域普通技术人员能清楚地领会到：控制阀150可以为常开阀或常闭阀。如图2所示，为了例示说明，下文将对具有常开控制阀150的本发明实施方式进行描述。本发明的实施方式可采用常开型或常闭型控制阀150。
在发动机被停机时，贮液器410中可能容纳有大量的液压流体。如图2所示，此时，各个控制阀150是开启的，由此将液压通道130与总管路460和贮液器410连接起来。由于流体会经主活塞110和从活塞120发生泄漏，所以，经过一段时间后，液压流体会从液压通道130中泄走。在蓄压器160处也会发生液压泄漏。但本发明各个实施方式中的特征能限制经这些系统部件或其它部件泄漏出去的流体量，经这些部件发生的泄漏会损耗掉贮液器410中液压流体的液位。在本发明的特征中，首先，蓄压器160被布置成与图2所示的位置相颠倒。在图2中，将蓄压器160表示在那样的的位置上是为了易于绘图，并不意味着表示出蓄压器唯一的定位形式-更不是优选的定位形式。其次，可将主活塞110和/或从活塞120倒置以限制液压流体的泄漏。第三，可向贮液器410供应足够大量的液压流体，从而，即使流体会经蓄压器160发生低程度或中等程度的泄漏，在经过一段较长的时间后，仍然能保持够用的流体量。第四，可将贮液器410的底部布置成低于总管路460的液位，从而可防止贮液器410中的流体全部流光。第五，可将蓄液器410的进口440布置在其顶部，以防止在逆止阀430失效或缺失时液压流体泄流到发动机中。本发明的某些(不必全部)实施方式可包括这些特征中的一个或多个。
在发动机起动时，液压通道130中的液压流体可能已损失到了一定程度，使得主活塞110的位移无法使从活塞120产生足够的位移，进而无法使发动机气门300产生所需的驱动。此时，可由贮液器410向液压通道130输送液压流体。通过将控制阀150开启就能开始向液压通道130供应流体。通过开启控制阀150，流体将从贮液器410经总管路460流向液压通道130。可相对于各个空动系统100来布置总管路460，以使重力能促进流体从总管路向各个空动系统的流动。
与控制阀150选择性的控制工作相结合，主活塞110执行泵吸动作，这将进一步促进流体流入到液压通道130中。凸轮200每转一圈，主活塞110都向下泵吸流体，随着该动作，控制阀150可被开启，以利用主活塞110产生的真空将流体抽入到液压通道130中。当主活塞110在凸轮200上主排气凸角的作用下向上泵推时，可使控制阀150保持关闭，从而，主活塞110不会将流体从液压通道130中回推出去，重复这样的循环，直到用流体将通道130和蓄压器160重新充满为止。
此外，在主活塞一从活塞回路中产生的高压可迫使管路中的任何空气经主活塞110、从活塞120与各自对应缸筒之间的任何狭窄间隙排出。如图4所示，在本发明一实施方式中，主活塞110可被布置在与从活塞120的定向基本上正交或垂直的方向上，从而，管路中的任何空气都会位于活塞/缸筒的界面处，从而易于被挤排出。
图5表示了控制阀正时规律的一种实例，该正时规律可被用来进一步增强对空动系统100的重新充注。凸轮上可设置一个或多个凸角，这些凸角例如可实现主排气运动500和压缩释放运动510。可将控制阀保持在开启状态，直到即将进行主排气运动500时为止。此时可将控制阀关闭，并使其保持关闭状态，直到大约到达主排气运动的中点时为止，此时可将控制阀重新开启。在起机(发动机起动)工作的第一部分操作过程中，可采用这样的正时规律，以利于管路的重新充满，此后就可产生正常的起动气门驱动动作。可以理解：本发明实施方式中的控制阀正时规律可与其它的发动机气门驱动组合使用，其它的气门驱动例如是主进气动作和发动机制动气门驱动。
本领域技术人员将意识到：在不偏离本发明范围和设计思想的前提下，可对本发明作出多种形式的改动和变型。例如如图7所示，一个或多个空动系统100可包括可收缩的挺杆组件180，其与摇臂182保持工作连接，而摇臂182反过来与一个或多个发动机气门300保持工作连接。在本发明范围和设计思想的范畴内，也可考虑采用其它形式的一个或多个空动系统100，用于有选择地消减施加给系统100的部分或全部运动。

Claims (23)

1、一种用于向内燃机中的一个或多个空动系统输送液压流体的系统，包括：
贮液器；
与所述贮液器相连的总管路，其中，所述总管路适于与一个或多个空动系统相连接；以及
控制阀，其适于有选择地在所述总管路与一个或多个空动系统之间实现液压连通。
2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括设置在所述贮液器上的放气口。
3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：相对于一个或多个空动系统来布置所述总管路，以利于液压流体在重力作用下从所述总管路流向一个或多个空动系统。
4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：相对于一个或多个空动系统来布置所述贮液器，以利于液压流体在重力作用下从所述贮液器流向一个或多个空动系统。
5、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括用于在发动机起动期间选择性地开启所述控制阀的装置。
6、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括液压流体供应通道，用于向贮液器系统输送液压流体。
7、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述流体供应通道与所述贮液器的进口相连。
8、根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述进口被布置在所述贮液器顶部附近。
9、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述流体供应通道与所述总管路相连。
10、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：在所述流体供应通道中设置有逆止阀。
11、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：空动系统包括：
主活塞；
从活塞；以及
液压通道，其使所述主活塞与所述从活塞实现工作连接。
12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于：所述主活塞被布置在与所述从活塞所处方向基本上正交的方向上。
13、根据权利要求11所述的系统，其特征在于：所述主活塞与所述从活塞的至少之一是倒置的。
14、根据权利要求11所述的系统，其特征在于：还包括被布置在所述液压通道的附近的蓄压器活塞。
15、根据权利要求11所述的系统，其特征在于：所述贮液器中液压流体的液位高于所述液压通道的高度。
16、根据权利要求11所述的系统，其特征在于：还包括：
旁路通道，其使液压流体绕过所述控制阀；以及
逆止阀，其被布置在所述旁路通道中。
17、一种位于多缸内燃机中的液压驱动系统，所述系统包括：
多个空动系统，其中在多缸发动机中，为每一缸设置一个空动系统；
贮液器；
与所述贮液器相连的总管路，其中所述总管路适于与所述多个空动系统相连接；以及
控制阀，其适于有选择地在所述总管路与所述多个空动系统之间实现液压连通。
18、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：还包括用于在发动机起动期间选择性地开启所述控制阀的装置。
19、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：相对于所述空动系统来布置所述总管路，以利于液压流体在重力作用下从所述总管路流向所述空动系统。
20、根据权利要求17所述的系统，其特征在于：相对于所述空动系统来布置所述贮液器，以利于液压流体在重力作用下从所述贮液器流向所述空动系统。
21、一种用于在内燃机起动过程中向空动系统输送液压流体的方法，所述方法包括步骤：
在贮液器中提供液压流体，该贮液器被相对于空动系统进行布置，以利于液压流体在重力作用下流向空动系统；
在向空动系统施加发动机气门驱动运动的至少一起始部分的过程中，阻断贮液器与空动系统之间的液压连通；以及
在向空动系统施加发动机气门驱动运动的至少一随后部分的过程中，在贮液器与空动系统之间实现液压连通。
22、根据权利要求21所述的方法，其特征在于：发动机气门驱动包括主排气动作。
23、根据权利要求21所述的方法，其特征在于：还包括步骤：通过设置在所述贮液器上的放气口将空气从贮液器中排出。
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