用于双燃料发动机的进气阀致动系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于双燃料发动机的进气阀致动系统。所述系统在双燃料发动机与柴油发动机之间可改装，并且包括具有凸轮轮廓的凸轮凸角、摇臂和IVA活塞。摇臂具有垫表面，该垫表面包括穿过摇摆轴的中心轴线的平面。摇臂可操作地与凸轮凸角和进气阀连接。凸轮凸角的旋转运动与进气阀在打开位置与关闭位置之间的切换相对应。IVA活塞具有面部分，其选择性地抵靠垫表面以暂时将进气阀锁定在打开位置中。当面部分抵靠垫表面时，IVA系统限定切换。凸轮轮廓促进进气阀在切换时的速度恒定。
【专利说明】
用于双燃料发动机的进气阀致动系统
技术领域
[0001]本实用新型总体涉及用于双燃料发动机的进气阀致动(IVA)系统。更具体而言，本实用新型涉及一种在双燃料发动机与柴油燃料发动机之间可改装的IVA系统。
【背景技术】
[0002]众所周知，柴油燃料发动机采用进气阀致动(IVA)系统来致动柴油燃料发动机的进气阀。IVA系统与凸轮凸角和摇臂的组件协同工作，以便在柴油燃料发动机的进气冲程及一部分压缩冲程期间致动进气阀并将进气阀保持在打开位置中。更具体而言，凸轮凸角和摇臂的组件在柴油燃料发动机的进气冲程期间致动进气阀并将进气阀保持在打开位置中。之后，IVA系统的IVA活塞推抵摇臂，从而在一部分压缩冲程期间将进气阀锁定在打开位置中。值得注意的是，IVA活塞施加推抵摇臂的推力，将进气阀锁定在打开位置中。摇臂上的该推力对IVA活塞施加相反的侧向力，这可能导致IVA活塞的部件故障。这缩短了 IVA系统的使用寿命。
[0003]此外，当IVA活塞推抵IVA系统的摇臂时，IVA系统形成操作切换(hand-off)。在凸轮凸角与IVA活塞的常规的操作切换期间，通常在进气阀上观察到跃动。这种跃动可能导致IVA系统的各个部件故障，这些部件诸如但不限于，进气阀、IVA活塞和/或摇臂。这导致IVA系统无法致动进气阀。
[0004]安装在柴油燃料发动机中的常规已知的IVA系统可能与双燃料发动机不兼容。对常规IVA系统和双燃料发动机这两方面而言，可能都需要进行许多设计上的改变，以将常规IVA系统安装在双燃料发动机上。而这可能耗费大量的人力，并且可能增加IVA系统的总体成本。因此，需要一种能够在柴油燃料发动机与双燃料发动机之间改装的IVA系统。
[0005]美国专利第5,479,896号公开了一种传递力和运动以打开内燃机的阀的压缩释放发动机致动系统(IVA系统)。尽管该参考文献公开了打开内燃发动机的阀的压缩释放发动机致动系统，但是参考文献没有提供在双燃料发动机与柴油燃料发动机之间可改装的IVA系统。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的各方面均涉及一种用于双燃料发动机的进气阀致动(IVA)系统。IVA系统在双燃料发动机与柴油燃料发动机之间可改装。双燃料发动机具有至少一个进气阀、凸轮轴和摇摆轴。摇摆轴具有中心轴线。IVA系统包括凸轮凸角、摇臂和IVA活塞。凸轮凸角具有凸轮轮廓。摇臂可旋转地安装在摇摆轴上并且具有垫表面。垫表面包括穿过摇摆轴的中心轴线的平面。摇臂与凸轮凸角和至少一个进气阀可操作地连接。凸轮凸角的旋转运动与摇臂的摆动运动相对应，这相应地促进在至少一个进气阀在打开位置与关闭位置之间的切换。IVA活塞具有活塞轴线和面部分。面部分设置成与摇臂的垫表面相对。面部分选择性地抵靠并推抵垫表面，以限制摇臂的摆动运动并至少暂时地将至少一个进气阀锁定在打开位置中。此外，当IVA活塞的面部分抵靠摇臂的垫表面时，IVA系统形成操控切换。另外，凸轮轮廓促进IVA系统操控切换时的至少一个进气阀的速度恒定。
[0007]所述进气阀致动活塞的所述活塞轴线垂直于所述摇臂的所述垫表面。
[0008]其中当所述进气阀致动活塞的所述面部分抵靠所述摇臂的所述垫表面时，所述进气阀致动系统限定操控切换，
[0009]其中所述凸轮轮廓促进所述至少一个进气阀在所述进气阀致动系统的所述操控切换时的速度恒定。
[0010]摇臂的垫表面位于穿过摇摆轴的中心轴线C-C’的平面Y中，并且活塞轴线X-X’垂直于摇臂的垫表面。这促进在垂直于摇臂的垫表面的方向上垫表面上的力。因此，IVA活塞上没有被施加相反的侧向力，延长了 IVA系统的寿命。
【附图说明】
[0011]图1是根据本实用新型的构思的双燃料发动机的一部分的剖视图，其示出了进气阀和用于双燃料发动机的进气阀致动(IVA)系统；
[0012]图2是根据本实用新型的构思的图1的IVA系统的一部分的放大图；
[0013]图3是根据本实用新型的构思的图1和图2的IVA系统的透视图；
[0014]图4是根据本实用新型的构思的图1和图2的IVA系统的凸轮凸角的侧视图，其示出了凸轮凸角的凸轮轮廓。
[0015]图5是根据本实用新型的构思的进气阀的凸轮侧升程与曲柄角之间的曲线图；
[0016]图6是根据本实用新型的构思的进气阀的凸轮侧速度与曲柄角之间的曲线图；
[0017]图7是根据本实用新型的构思的进气阀的凸轮侧加速度与曲柄角之间的曲线图；以及
[0018]图8是根据本实用新型的构思的进气阀的凸轮侧跃动与曲柄角之间的曲线图。
【具体实施方式】
[0019]参考图1，示出了用于机械(未示出)的双燃料发动机10的一部分。机械(未示出)可以具体是施工机械、林业机械、船舶机械和/或类似机械。正如通常已知的，将两种燃料(例如，气态燃料和柴油燃料)选择性地喷入双燃料发动机10的燃烧室(未示出)中，以产生运行机械(未示出)所需的动力。在本实用新型的实施例中，双燃料发动机10是四冲程发动机，其中活塞(未示出)在一个完整的热动力循环中完成四个冲程(进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程)。值得注意的是，相对于双燃料发动机10的曲轴(未示出)的角定向(曲柄角)限定了双燃料发动机10的四个冲程。此外，双燃料发动机10包括凸轮轴12、摇摆轴14、至少一个进气阀16和进气阀致动(IVA)系统18<JVA系统18适于针对与双燃料发动机10的进气冲程和至少一部分压缩冲程相对应的曲柄角来致动进气阀16。
[0020]在本实用新型的一个实施例中，进气阀16可以是支撑在双燃料发动机10的气缸盖(未示出)中的两个挺杆阀。进气阀16适于在打开位置与关闭位置之间运行。在打开位置中，进气阀16允许空气燃料混合物流至双燃料发动机10的燃烧室(未示出)。在关闭位置中，进气阀16限制空气燃料混合物至双燃料发动机10的燃烧室(未示出)的流动。尽管本实用新型将挺杆阀考虑为进气阀16，但是也可以考虑各种其他类型的进气阀16。
[0021 ]参考图2，不出了双燃料发动机10的一部分20，其不出了与双燃料发动机10相关联的IVA系统18。IVA系统18适于将进气阀16从关闭位置切换至打开位置。此外，IVA系统18针对与进气冲程和一部分压缩冲程相对应的曲柄角范围将进气阀16保持在打开位置中。在本实用新型的实施例中，IVA系统18包括凸轮凸角22(图1)、摇臂24和IVA活塞26。为了清楚地理解本实用新型，图2中未示出凸轮凸角22。
[0022]如图2中最佳可见的，凸轮凸角22固定地安装在凸轮轴12上并且适于随着凸轮轴12—起旋转。凸轮凸角22包括基本上为椭圆形的的凸轮轮廓28。凸轮凸角22的凸轮轮廓28使得当由凸轮轴12旋转时，能够经由摇臂24打开和关闭进气阀16。
[0023]摇臂24可旋转地安装在双燃料发动机10的摇摆轴14上并且包括垫表面30、凸轮附接端32和阀附接端34。摇臂24的垫表面30位于穿过摇摆轴14的中心轴线C-C’的平面Y中。摇臂24的凸轮附接端32经由推杆36连接至IVA系统18的凸轮凸角22。摇臂24的阀附接端34经由桥接构件38连接至双燃料发动机1的进气阀16。因此，凸轮凸角22的旋转运动与摇臂24的摆动运动相对应，这相应地促进在进气阀16的打开位置与关闭位置之间的切换。
[0024]此外，可能要注意的是，凸轮凸角22的凸轮轮廓28构造成使得凸轮凸角22在进气冲程期间将进气阀16保持在打开位置中。一旦完成了进气冲程，则凸轮凸角22试图将进气阀16切换至关闭位置。然而，为了双燃料发动机10的更佳的运行效率，借助于IVA活塞26，针对与一部分压缩冲程相对应的曲柄角，将进气阀16保持在打开位置中。
[0025]IVA活塞26可以是包括活塞轴线X-X’和面部分40的液压活塞。IVA活塞26安装在双燃料发动机10的气缸盖(未示出)上，使得面部分40设置成与摇臂24的垫表面30相对。更具体地，IVA活塞26的面部分40抵靠摇臂24的垫表面30。在该位置中，活塞轴线X-X’垂直于摇臂24的垫表面30。此外，IVA活塞26适于在收缩位置和伸出位置中选择性地运行。在收缩位置中，IVA活塞26是不活动的，并且摇臂24对应于凸轮凸角22的旋转运动而摆动。在伸出位置中，面部分40抵靠并推抵垫表面30，以限制摇臂24的摆动运动并至少暂时地将进气阀16锁定在打开位置中。
[0026]参考图3，示出了IVA系统18的透视图，其更好地示出了IVA活塞26与IVA系统18的摇臂24的布置。IVA活塞26可以是液压致动的，以便从收缩位置切换至伸出位置。当IVA活塞26从收缩位置切换至伸出位置时，IVA系统形成操控切换。操控切换是指对进气阀16的控制从凸轮凸角22转移至IVA活塞26的情况。尽管本实用新型公开了液压致动的IVA活塞26，但是本领域的技术人员可以理解，IVA活塞26可以通过本领域已知的任何另一种手段来致动。
[0027]参考图4，示出了 IVA系统18的凸轮凸角22。凸轮凸角22包括由基圆42、最大升程L和凸轮轴线B-B’所限定的凸轮轮廓28。凸轮凸角22绕基圆42的中心M旋转，并且凸轮凸角22的凸轮侧升程可随着凸轮凸角22旋转而改变。此外，凸轮凸角22包括促进进气阀16打开和关闭的凸轮轮廓28。可设想的是，在进气阀16的打开和关闭期间进气阀16的升程、速度以及加速度取决于凸轮凸角22的凸轮轮廓28。在本实用新型的实施例中，凸轮轮廓28适当地构造成使得凸轮轮廓28促进进气阀16在IVA系统18的操控切换时的速度恒定。这消除了进气阀16在操控切换时的加速度和跃动。
[0028]参考图5、图6、图7和图8，示出了进气阀16在双燃料发动机10的不同曲柄角处的各种凸轮侧参数(凸轮侧升程、凸轮侧速度、凸轮侧加速度以及凸轮侧跃动)的图形表示。值得注意的是，存在与进气阀16的实际参数(升程、速度、加速度以及跃动)相对应的凸轮侧参数(凸轮侧升程、凸轮侧速度、凸轮侧加速度以及凸轮侧跃动)。更具体地，进气阀16的升程、速度、加速度以及跃动分别通过将凸轮侧升程、凸轮侧速度、凸轮侧加速度以及凸轮侧跃动乘以摇臂比来给出。当IVA活塞26的面部分40抵靠并且推抵摇臂24的垫表面30时，IVA系统18限定操控切换。如上面所述的，操控切换是对进气阀16的控制从凸轮凸角22转移至IVA活塞26的情况。操控切换在面部分40开始抵靠垫表面30时开始，并且当进气阀16的控制传递至IVA活塞26时结束。可注意到的是，操控切换可在543度曲柄角至546度曲柄角的范围内发生。可进一步理解的是，操控切换可取决于双燃料发动机10的压缩比需求和活塞与阀间隙而改变。
[0029]参考图5，示出了表示进气阀16相对于双燃料发动机10的曲柄角的凸轮侧升程的曲线图。双燃料发动机10的曲柄角在横轴上示出，而进气阀16的凸轮侧升程在纵轴上示出。值得注意的是，进气阀16的凸轮侧升程是凸轮凸角22相对于凸轮凸角22的基圆42的偏差。进气阀16的凸轮侧升程在543度曲柄角处是2.176mm，而在546度曲柄角处是2.311mm。此外，进气阀16的升程(实际)是进气阀16的头部从关闭位置中的回座状态至在打开位置中的伸出状态的位移。可设想的是，进气阀16的升程(实际)通过凸轮侧升程乘以摇臂比给出。
[0030]参考图6，示出表示进气阀16相对于双燃料发动机10的曲柄角的凸轮侧速度的曲线图。双燃料发动机10的曲柄角在横轴上示出，而进气阀16的凸轮侧速度在纵轴上示出。值得注意的是，凸轮侧速度是进气阀16的凸轮侧升程的一阶导数。进气阀16在543度曲柄角处的凸轮侧速度是0.19毫米/凸轮度。进气阀16在546度曲柄角处的凸轮侧速度是0.19毫米/凸轮度。此外，进气阀16的速度是限定为进气阀16的升程对于凸轮凸角22每旋转一度的变化的实际速度。可设想的是，进气阀16的速度(实际)通过凸轮侧速度乘以摇臂比给出。因此，凸轮侧速度和进气阀16的速度在IVA系统18操控切换时是恒定的。
[0031]参考图7，示出了表示进气阀16相对于双燃料发动机10的曲柄角的凸轮侧加速度的曲线图。双燃料发动机10的曲柄角在横轴上示出，而进气阀16的凸轮侧加速度在纵轴上示出。值得注意的是，凸轮侧加速度是进气阀16的凸轮侧速度的一阶导数。进气阀16在543度曲柄角处的凸轮侧加速度是O毫米/平方凸轮度。进气阀16在546度曲柄角处的凸轮侧加速度是O毫米/平方凸轮度。此外，凸轮凸角22的加速度限定为进气阀16的速度对于凸轮凸角22每旋转一度的变化。可设想的是，进气阀16的加速度(实际)通过凸轮侧加速度乘以摇臂比给出。因此，凸轮侧加速度和进气阀16的加速度在操控切换时是O毫米/平方凸轮度。
[0032]参考图8，示出了表示相对于双燃料发动机10的曲柄角，施加至摇臂24上的凸轮凸角22的凸轮侧跃动的曲线图。双燃料发动机10的曲柄角在横轴上示出，而进气阀16的凸轮侧跃动在纵轴上示出。特别注意的是，凸轮侧跃动是进气阀16的凸轮侧加速度的一阶导数。与凸轮侧加速度类似，543度曲柄角和546度曲柄角处的凸轮侧跃动是Omm/立方凸轮度。可设想的是，进气阀16的跃动(实际)通过凸轮侧跃动乘以摇臂比给出。因此，操控切换时的凸轮侧跃动和进气阀16的跃动为零。这促进进气阀16的控制从凸轮凸角22顺利地传递至IVA活塞26 ο
[0033]工业实用性
[0034]在运行时，双燃料发动机10的曲轴(未示出)例如经由链轮和皮带装置(未示出)或者借助于齿轮和小齿轮装置(未示出)来旋转凸轮轴12。由于凸轮凸角22附接至凸轮轴12，实现了凸轮凸角22的随之旋转。这种旋转运动引起了摇臂24的摆动运动以及进气阀16的对应打开和关闭。凸轮凸角22的凸轮轮廓28使进气阀16能够针对与双燃料发动机10的进气冲程相对应的曲柄角范围而处于打开位置中。在进气阀16切换至关闭位置之前，将IVA活塞26从收缩位置致动至伸出位置。在伸出位置中，IVA活塞26的面部分40抵靠并推抵摇臂24的垫表面30，并且限制进气阀16的立即关闭。这使进气阀16能够暂时地锁定在打开位置中。针对与一部分压缩冲程相对应的曲柄角，进气阀16被有效地保持在打开位置中。
[0035]可能需要注意的是，摇臂24的垫表面30位于穿过摇摆轴14的中心轴线C-C’的平面Y中，并且活塞轴线X-X’垂直于摇臂24的垫表面30。这促进在垂直于摇臂24的垫表面30的方向上垫表面30上的力。因此，IVA活塞26上没有被施加相反的侧向力，这延长了IVA系统18的寿命O
[0036]此外，凸轮凸角22的凸轮轮廓28促进在IVA系统18的操控切换时的进气阀16的速度恒定。这促进在操控切换时的零加速度，并且因此在IVA系统18的各部件上没有观察到跃动，这些部件诸如但不限于，进气阀16、摇臂24和IVA活塞26。凸轮凸角22的无加加速度运行延长了 IVA系统18的寿命。
[0037]此外，如本实用新型中所描述的IVA系统18使得针对与双燃料发动机10的进气冲程和一部分压缩冲程相对应的曲柄角能够打开和关闭进气阀16。然而，本实用新型通过应用至双燃料发动机10的IVA系统18来解释，可能需要注意的是，本实用新型的构思也可以应用至柴油燃料发动机。更具体地，双燃料发动机10的IVA系统18可以安装于常规柴油燃料发动机上。这可以通过将IVA系统18(凸轮凸角22、摇臂24和IVA活塞26)改装在常规柴油燃料发动机上来实现。由此，可改装的IVA系统18促进将常规柴油发动机转换为双燃料发动机。
[0038]应当理解，上述描述仅仅用于说明的目的且并不旨在以任何方式限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员将理解的是，可以从对附图、说明书和所附权利要求的研究中获得本实用新型的其他方面。
【主权项】
1.一种用于双燃料发动机的进气阀致动系统，其特征在于，所述进气阀致动系统在所述双燃料发动机与柴油燃料发动机之间可改装，所述双燃料发动机具有至少一个进气阀、凸轮轴和摇摆轴，所述摇摆轴具有中心轴线，所述进气阀致动系统包括: 凸轮凸角，其包括凸轮轮廓； 摇臂，其具有垫表面，所述摇臂可旋转地安装在所述摇摆轴上，其中所述垫表面包括穿过所述摇摆轴的所述中心轴线的平面，所述摇臂与所述凸轮凸角和所述至少一个进气阀可操作地连接，其中所述凸轮凸角的旋转运动与所述摇臂的摆动运动对应，并且相应地促使所述至少一个进气阀在打开位置与关闭位置之间切换；以及 进气阀致动活塞，其具有活塞轴线和面部分，所述面部分设置成与所述摇臂的所述垫表面相对，所述面部分选择性地抵靠并推抵所述垫表面，以限制所述摇臂的所述摆动运动且至少暂时地将所述至少一个进气阀锁定在所述打开位置。2.根据权利要求1所述的用于双燃料发动机的进气阀致动系统，其特征在于，所述进气阀致动活塞的所述活塞轴线垂直于所述摇臂的所述垫表面。3.根据权利要求1或2所述的用于双燃料发动机的进气阀致动系统，其特征在于， 其中当所述进气阀致动活塞的所述面部分抵靠所述摇臂的所述垫表面时，所述进气阀致动系统形成操控切换， 其中所述凸轮轮廓在所述进气阀致动系统的所述操控切换时促使所述至少一个进气阀的速度恒定。
【文档编号】F02D9/08GK205592029SQ201620391739
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】J·S·皮皮斯, A·克里斯纳斯瓦迈, B·N·梅塔
【申请人】卡特彼勒公司