用於內燃發動機的閥的可變致動的系統的製作方法
2023-04-26 02:41:51
本發明涉及如下類型的用於內燃發動機的發動機閥的可變致動的系統，包括：
液壓設備，所述液壓設備包括：
-主活塞；
-從動活塞，所述從動活塞能夠藉助於設置在所述主活塞和所述從動活塞之間的流體體積由所述主活塞驅動；和
-電磁閥，所述電磁閥配置成呈現所述流體體積置於與出口連通的狀態，從而使得所述從動活塞與所述主活塞的移動獨立；
凸輪軸，所述凸輪軸設計成驅動所述主活塞的運動；以及
控制單元，所述控制單元配置成根據隨著表示發動機操作狀況的一個或多個參數而可變的升程和/或打開和關閉時間來控制所述電磁閥，從而以所述四衝程發動機操作模式操控所述發動機閥。
背景技術：
一段時間以來，本申請人已開發設置有用於發動機進氣閥的可變致動的系統的內燃發動機，具有上文提及的特徵且按商標「multiair」出售。本申請人是關於設置有上文所說明類型的系統和該系統的部件的發動機的多項專利和專利申請的持有人。
附圖中的圖1示出所討論系統的示例，所述系統用於致動內燃發動機的氣缸的兩個進氣閥7。在所示的示例中，系統包括主活塞2，主活塞2由凸輪4移動，且驅動兩個進氣閥7的相應從動活塞6，用於藉助於本身設置在從動活塞6和主活塞2之間的流體體積v將進氣閥7帶到打開狀況。
電磁閥8控制液壓迴路的腔室的連通，在所述腔室內，各個活塞藉助於連接到流體蓄壓器的出口12移動。當電磁閥變為關閉狀態b時，主活塞2和從動活塞6在閥7的打開和關閉運動的傳動中剛性地連接。相反，當電磁閥打開時，各個活塞的腔室與出口12處的低壓力連通，因而使得從動活塞6與主活塞6的移動獨立。電磁閥8正常處於打開狀態，且在閥本身的電致動後進入關閉狀態。
在所述的系統，在電磁閥8被致動時，即變為關閉狀態時，發動機閥跟隨凸輪的移動（全升程）。發動機閥的預期關閉可以通過打開電磁閥8獲得，從而排空加壓流體體積c且在相應復位彈簧（未示出）的作用下獲得閥7的關閉。類似地，閥7的延遲打開可以通過延遲電磁閥8的關閉而獲得，而閥的延遲打開和預期關閉的組合可以在對應凸輪的推動期間通過關閉和打開電磁閥而獲得。根據可選策略，按照以本申請人名義提交的專利申請no.ep1726790a1的教導，每個進氣閥可以以多升程模式控制，即，根據打開和關閉的兩個或更多重複「子循環」。在每個子循環中，進氣閥打開且然後完全關閉。
鑑於上文所述，電子控制單元因而能夠根據發動機的一個或多個操作參數（例如，加速踏板的位置、發動機rpm、或者發動機溫度（例如，油溫度或冷卻劑溫度））獲得進氣閥的打開瞬時和/或關閉瞬時和/或升程的變化。這允許在每一個操作狀況下獲得最佳發動機效率。
技術實現要素：
本申請人現在追求的總體目的在於進一步改進發動機的效率，尤其是通過提供用於閥的可變致動的系統，所述系統將允許實現如下優點中的一個或多個：
以寬範圍的壓縮比值尤其是高的該比值來運行發動機的可能性；
消耗水平的改進；
給定相同的輸送功率，提供小尺寸發動機的可能性；
減少由活塞執行的泵送功；以及
在渦輪增壓器作用範圍內提供較低壓縮比的可能性。
上述目的經由用於內燃發動機的發動機閥的可變致動的系統實現，包括根據權利要求1所述的特徵。
本文所述的系統特徵在於：其能夠基於發動機操作狀況尤其是基於發動機負載狀況選擇性地以四衝程操作模式和兩衝程操作模式致動發動機閥。
本文所述的系統能夠通過利用上述致動系統的能力以可變方式致動發動機閥而提供上述雙操作模式。具體地，本文所述的系統總體上具有如下特徵：
所述凸輪軸具有設置有複合輪廓的凸輪，所述複合輪廓由第一部分限定，所述第一部分用於通過主活塞至少以四衝程發動機操作模式操控發動機閥，所述複合輪廓還由第二部分限定，所述第二部分預先設置用於至少以兩衝程發動機操作模式操控所述發動機閥；
所述控制單元配置成：根據發動機負載狀況在發動機閥的兩衝程和四衝程操作模式之間選擇一個；以及基於所選擇模式控制所述電磁閥，從而致使所述從動活塞沿前述第二凸輪輪廓或者沿前述第一凸輪輪廓獨立於所述主活塞。
除了上文所述的允許以兩個兩衝程和四衝程發動機操作模式控制閥之外，本文所述的系統此外能夠根據發動機操作狀況提供發動機閥的可變致動，以便確保在任何操作狀況下的最佳效率。
如下文將看出的，在優選實施例中，致動系統設想相位變化器，所述相位變化器設計成調節凸輪軸相對於曲軸的角位置。
此外，本發明涉及根據權利要求9限定的所討論類型的發動機閥的致動的系統的控制方法。
附圖說明
本發明的另外的特徵和優點將從後面參照附圖的描述中顯現，所述附圖僅僅以非限制性示例的方式提供且其中：
圖1是根據現有技術的用於內燃發動機的閥的可變致動的系統的簡圖；
圖2是兩個示例的示意圖，一個涉及內燃發動機的四衝程操作循環，一個涉及兩衝程操作循環；
圖3是根據本發明一個實施例的用於內燃發動機的閥的可變致動的系統的簡圖；
圖4a和4b圖示了發動機的進氣閥的升程的兩個不同輪廓，分別用於四衝程發動機模式和兩衝程發動機模式；；
圖5圖示了在本文所述的系統中使用的凸輪輪廓的示例，用於致動進氣閥；
圖6圖示了在本文所述的系統中使用的凸輪輪廓的示例，用於致動排氣閥；和
圖7a和7b圖示了發動機的排氣閥的升程的兩個不同輪廓，分別用於四衝程發動機模式和兩衝程發動機模式。
具體實施方式
在接下來的說明中，各個具體細節被闡述，旨在允許實施例的深入理解。實施例可以不設置有所述具體細節中的一個或多個，或者設置有其它方法、部件或材料等。在其它情況下，已知的結構、材料或操作未示出或者詳細描述，從而將不會妨礙實施例的各個方面。
本文使用的參考僅僅是為了方便提供，因而並不限定保護範圍或實施例的範圍。
如已知的那樣，內燃發動機的典型四衝程操作循環接連地包括進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程。前兩個衝程，進氣和排氣衝程，在第一曲軸轉中發生，而後兩個衝程，膨脹和排氣衝程，在隨後的曲軸轉中發生。通常，進氣衝程稍微在前一循環的排氣衝程結束之前在活塞尚未到達上止點（tdc）時開始。
此外，兩衝程循環設想四個衝程：進氣、壓縮、膨脹和掃氣，然而，在同一曲軸轉期間發生。在該操作模式中，已燃燒氣體的膨脹在所謂的掃氣衝程中發生，且主要由於空氣-汽油混合物進入燃燒室而發生，其將已燃燒氣體推出所述燃燒室。
常規兩衝程發動機並沒有四衝程發動機那樣的發動機閥，而是直接在氣缸壁上做出的埠或狹縫，其由於活塞的往復運動而打開和關閉。
現在要注意的是，在所討論的技術領域的框架中，已經提出四衝程內燃發動機預先設置用於也以兩衝程模式操作。這通過提供專用於兩衝程模式的一組另外凸輪且提供設計成將該組凸輪與進氣和排氣閥置於連接同時將進氣和排氣閥從正常四衝程模式的凸輪斷開的合適機械構件來獲得。
為此，文獻no.jps58152139描述了增壓內燃發動機，精確地預先設置有用於致動發動機閥的兩組不同凸輪，第一組用於以兩衝程操作模式致動閥，第二組用於以四衝程操作模式致動閥。這兩組中的一組或另一組的選擇經由用於定位與閥有關的搖臂的系統進行，所述系統設計成使得搖臂在與一組凸輪接合的狀況和與另一組凸輪接合的狀況之間移動。
此外，應當注意的是，兩衝程循環的凸輪以如下方式配置，使得在掃氣衝程中，進氣和排氣閥同時保持在打開位置，從而進入進氣導管的氣體能夠將已燃燒氣體推出燃燒室。燃燒室的該掃氣動作另一方面通過空氣-汽油混合物供應到燃燒室中的增壓壓力來促進。
源於也根據兩衝程循環操作的可能性的內燃發動機的優點主要涉及高負載狀況且在於可以利用該循環的燃燒事件的數量為四衝程循環的兩倍，以便減少燃燒室內建立的壓力。這給發動機設計者提供設置較高壓縮比的可能性而沒有任何爆炸風險，且可能給定相同的最大輸送扭矩減少發動機的總體尺寸。
本文所述的用於發動機閥的可變致動的系統預先設置用於提供與上述文獻no.jps58152139的方案所設想的從四衝程操作模式轉到兩衝程操作模式的相同可能性，且反之亦然。
然而，如下文看到的，上述結果使用與開始所述的用於發動機閥的致動的系統為特徵的相同類型的液壓系統且利用其可變致動發動機閥的能力獲得。
因而，由此獲得的致動系統特徵在於，其具有上述已知系統的可靠性和可控性的相同特性。此外，本文所述的致動系統不僅能夠在兩個兩衝程模式和四衝程模式之間以最合適操作模式致動發動機閥，而且能夠總是在任何操作狀況下根據最佳操作效率運行發動機。
圖3是本文所述的致動系統的示例的示意圖。具體地，附圖示出了所討論系統的應用，用於致動內燃發動機的氣缸的兩個進氣閥7。
本文所述的致動系統首先包括與上文參考圖1所述類似的類型的液壓閥致動設備。參考圖3，上述設備包括主活塞42和設計成驅動兩個進氣閥7的兩個從動活塞44和46。液壓迴路c限定相應腔室47，51，53，活塞42，44，46能在腔室47，51，53內運動且前述腔室被液壓連接在一起，使得活塞42的移動由於容納在液壓迴路中的流體體積（由活塞42移動）施加的作用而引起從動活塞44和46的對應移動。此外，所討論設備包括電磁閥60，電磁閥60設計成控制腔室47，51，53和出口61之間的液壓連接，出口60繼而連接到流體蓄壓器80。當電磁閥60將上述腔室置於與蓄壓器80連通時，在由凸輪引起活塞42移動期間由活塞42移動的流體排出到蓄壓器中，因而活塞的移動不傳輸給兩個從動活塞44和46。此外，如果在該狀況下兩個進氣閥處於其打開位置，由於設置在迴路中的低壓力，對應的復位彈簧將進氣閥往回帶到關閉位置，且在該返回移動期間由兩個從動活塞44和46移動的流體體積也排出到流體蓄壓器80。
相反，當電磁閥60關閉與上述蓄壓器的連通時，腔室47和腔室51和53之間包括的流體體積被防止朝向蓄壓器80流出，因而可以由於活塞42的移動而驅動活塞44和46。在該狀況下，主活塞42和從動活塞44和46作為整體在閥的打開和關閉移動兩者時都被剛性地連接。如將從下文看出的，打開移動通過凸輪軸操控，而關閉移動通過與兩個閥和前述活塞相關聯的各個復位彈簧操控。
通過適當地控制電磁閥60的打開和關閉時間，可以以期望時間和方式使得發動機閥獨立於相應凸輪的機械輪廓，因而獲得閥的打開瞬時和/或關閉瞬時和/或升程的變化。因而可以例如設想以延遲打開、提前關閉、延遲打開和提前關閉的組合、或者再次上文所述的所謂多升程策略為特徵的控制策略。各個控制策略保存在系統的控制單元中。
主活塞42由凸輪52驅動。
在本文所述的系統中，所討論的凸輪設計成驅動所述液壓設備的主活塞42，具有複合輪廓，即，配置成允許以兩衝程發動機操作模式和四衝程發動機操作模式兩者致動閥的輪廓。
圖5圖示了前述輪廓的示例。首先，所討論的輪廓特徵在於其沿其延伸部具有兩個不同的升程曲線（附圖中分別通過附圖標記52a和52b表示），從而能夠對於每個曲軸轉操控閥的打開，如兩衝程發動機操作模式中設想的那樣。此外，兩個升程曲線中的每個具有更陡的上升輪廓的初始伸展，從而允許閥的快速打開和因而利於循環的掃氣衝程。
現在應當注意的是，在四衝程發動機操作模式中，輪廓的兩個升程曲線中的僅僅一個被使用，系統設想經由上述液壓設備的幹預將另一個設置為0，即，設置與蓄壓器80連通的主活塞42腔室47，使得由該另一個曲線引起在該活塞上的移動未被從動活塞44和46「察覺」。
本文所述的系統還包括相位變化器裝置70，所述相位變化器裝置設計成調節凸輪52的凸輪軸相對於曲軸的角位置。
這樣做能夠基於所選擇的發動機操作模式改變閥的打開瞬時，尤其是以如下方式操作，使得進氣閥可以根據兩個模式中的每個典型的時間來致動。
由此，再次參考圖2，可以注意到，根據常規控制模式，在四衝程操作模式中，進氣衝程相對於上止點（tdc）稍微提前開始，且在下止點（bdc）後結束，而在兩衝程操作模式中，所討論的進氣衝程（伴隨掃氣衝程）大約在bdc時執行，相對於bdc稍微提前開始，且在與四衝程操作模式中進氣衝程結束的點大約對應的點結束。
現在參考圖4a和4b，圖4a和4b通過示例的方式圖示了對於曲軸旋轉720度在所討論的兩個操作發動機模式中進氣閥所遵循的兩個可能升程輪廓，從圖5的凸輪輪廓開始獲得。從上述附圖清楚地顯現，四衝程操作模式的升程輪廓特徵在於其複製凸輪52的兩個升程曲線中的僅僅一個（在所示示例中，曲線52a；應當注意的是，根據各情形，相同的系統可以配置用於使用兩個曲線中的一個或另一個）。另一方面，取而代之，兩衝程發動機操作模式的升程輪廓特徵在於，其相對於四衝程發動機操作模式的輪廓移相大約180度，且其複製凸輪輪廓的僅僅部分，從而識別與凸輪輪廓限定的最大升程峰值相比較低的升程峰值，且閥的打開持續時間也短於由前述凸輪輪廓確定的持續時間。
鑑於前文所述，為了根據所示的兩個輪廓操控發動機閥，因而系統設想，在四衝程操作模式中，控制電磁閥60從而使得凸輪輪廓的兩個升程曲線中的一個為0，而在兩衝程操作模式中，設想操控相位變化器裝置從而延遲閥的致動，同時設想控制電磁閥60使得其可以執行由凸輪操控的兩個升程，但是如根據相應曲線已經看到的那樣，具有比由凸輪限定的對應輪廓更小的大小。
為了能夠提供上述控制，系統包括控制單元（在圖3中由附圖標記100表示），首先，所述控制單元配置用於基於發動機操作狀況尤其是基於發動機負載選擇發動機操作模式。在各個優選實施例中，控制單元配置用於對於高於給定值的負載狀況選擇兩衝程發動機操作模式，且在其它狀況下取而代之選擇四衝程發動機操作模式。用於測量發動機負載的系統所使用的參數可以例如是加速踏板的角位置、進氣導管或排氣導管內的壓力、燃燒室內的壓力等。在任何情況下，控制單元具有存儲在其中的與發動機負載的前述給定值相對應的參考值，且配置用於基於測量參數和參考值之間的比較來選擇操作模式。
控制單元然後以所選擇模式控制電磁閥60和相位變化器裝置，用於操控發動機閥。
如上所述，本文所述的系統在任何情況下也預先設置成根據發動機操作狀況操控發動機閥的可變致動，例如發動機的速度、負載、溫度等，以開始參考圖1所述的類型的可變閥致動（vva）系統中發生的類似的方式。具體地，通過控制電磁閥60，可以以期望時間和方式使得發動機閥獨立於相應凸輪的機械輪廓，因而獲得閥的打開瞬時和/或關閉瞬時和/或升程的變化。這因而可以例如設想以延遲打開、提前關閉、延遲打開和提前關閉的組合、或者再次上文所述的所謂多升程策略為特徵的控制策略。
另一方面，應當注意的是，在本文所述的系統中，閥的前述可變控制不僅基於上文提及的發動機操作參數，而且基於所選擇的操作模式。
在本文所述的系統中，因而可以設想用於控制發動機閥的各個模式，例如常規模式、延遲打開模式、提前關閉模式、組合的延遲打開和提前關閉模式、以及多升程模式，以區分所述控制模式，以便在一個發動機操作模式和另一個之間使用。由此，發動機的操作效率對於任何狀況都最佳。
上述說明僅僅參考氣缸的進氣閥，但是要清楚的是，上述控制的相同架構和相同過程也適用於精確地致動排氣閥，以便能夠以所設想的兩個不同操作循環控制發動機。具體地，所述系統也將設想用於排氣閥的複合凸輪輪廓（參見圖6），配置用於能夠以四衝程發動機操作模式和兩衝程發動機操作模式兩者致動排氣閥。圖7a和7b圖示了用於四衝程發動機模式和兩衝程發動機模式兩者的排氣閥的兩個可能升程輪廓，通過由本文所述的用於致動發動機閥的系統執行的控制從圖6的凸輪輪廓來獲得。
當然，在不偏離本發明原理的情況下，實施例和結構細節可以甚至顯著地相對於本文僅僅通過示例的方式描述和圖示的那些變化，而不偏離由所附權利要求限定的本發明範圍。
最後，要注意的是，上述閥60可以是任何已知類型的電磁閥，或者也可以是不同類型的電致動閥，例如帶有壓電致動器的閥。同樣，在電磁閥的情況下，閥可以是常閉類型或者另外為常開類型。在後一情況下，為了根據本發明的系統的目的，顯然重要的是控制閥50再次建立加壓流體體積和與流體蓄壓器80連通的環境之間的連通時的瞬時，而與這是通過中斷還是致動電流供應獲得無關。
根據已經形成本申請人先前專利申請的主題而在本申請提交日時尚未公開的另一特徵，在控制閥是常開電磁閥的情況下，電子控制單元可以編程為在其去激勵後將尾電流供應給螺線管，以便在控制閥的運動構件到達其行程終點位置之前制動控制閥的運動構件的移動，行程終點位置與加壓流體體積和與流體蓄壓器連通的環境之間的連通打開狀況相對應。