专利名称：内燃机液压控制的无凸轮阀系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微处理器控制无凸轮内燃机，其内有许多控制若干液压驱动气门及喷油器的数字锁定电磁控制阀。
背景技术：
普通压燃式发动机有调整进气门和排气门与活塞和喷油器定时的凸轮。凸轮易发生磨损，磨损会影响气门的定时。此外，凸轮不能很快地改变气门的定时。
Kawamura的美国专利第5125370号；Buchl的美国专利第4715330号及Kreuter的美国专利第4715332号公开了各种无凸轮电磁控制进气门和排气门。该气门杆与使气门在开启位置和关闭位置之间移动的电磁线圈连接。由于进气门/排气门的质量和惯性需要能量来移动气门。这种功率需求降低了发动机的能量效率。此外，开启和关闭气门的响应时间相当慢，因此降低了气门的控制性能。
Richeson的美国专利第5248123号、第5022358号和第4899700号；Tittizer的美国专利第4791895号及Schechter的美国专利第5255641号均公开了液压驱动的进气门和排气门。液压油一般由电磁控制阀控制。现有技术中所描述和所用的电磁控制阀需要恒定的动力供应以便保持气门在工作位置。恒定的动力供应又消耗了发动机更多的能量。此外，已发现现有技术中的电磁控制阀相当慢，这样就限制了气门定时的精度。
Trenne的美国专利第4200067号及第4206728号；Miller的美国专利第5237968号等公开了控制燃油喷射和气门定时的液压系统。这些系统包括控制工作液体的凸轮或阀芯，其驱动喷油器和气门。上述部件连接在一起使得燃油喷射和气门运动总是按相同的时间顺序发生。有时，最好改变喷油器和气门的运动和定时。例如，当车辆减速行驶时，最好在发动机作功冲程期间令活塞连续压缩空气来使发动机减速，这种发动机工况通常称为Jake减速工况。Jake减速工况需要在压燃发动机的作功冲程期间中止燃油喷射。此外，排气门一般在活塞到达压缩冲程上止点时稍稍开启。
Clarke的美国专利第5117790号等描述了气门/燃油喷射系统，其包括发动机每个气门和喷油器的单独控制器。这些控制器由中央微处理器控制。这样，Clarke系统可使发动机在不同工况(例如Jake减速工况)下运行。关于控制器及操纵控制器的阀的实际实现过程Clarke未提到。Clarke是否提供的是能在各种工况下工作的易响应的、能量效率高的无凸轮发动机不明显。最好提供一种能在各种工况下工作的、精确的、易响应的、能量效率高的无凸轮内燃机。
上述技术中的喷油器一般包括液压驱动增压器，其增加喷入内燃烧室的燃油压力。发动机驱动的泵提供液压油。为了补偿发动机温度、转数及其它因素的变化，液压系统一般有减压阀，其在正常压力超过预定值时开启。减压阀内有将阀球压在关闭位置的弹簧。泵必须进行工作以便在旁路循环期间克服弹簧的弹力。此额外工作增加了摩擦功率并减少了发动机的燃油效率。最好提供一种不需要泵额外工作的液压旁路系统。
发明内容
根据本发明的一种内燃机，它包括一个具有一排气口的内燃烧室；一个内燃机阀，它在一个打开位置和一个关闭位置之间运动以开闭所述排气口；一个适于贮存液体的蓄液器；一个电驱动的液控阀，它有选择地供应液体以控制所述内燃机阀的运动；一个将工作液体向所述电驱动液控阀供应的通道；一个具有一进口和一出口的泵，所述进口用一单向阀与所述蓄液器连接，所述出口与所述通道连接；一个电磁控制阀，它可运作地打开所述单向阀并提供从所述泵的所述进口到所述蓄液器的液流连通，从而防止将液体从所述蓄液器泵到所述出口；以及一个控制器，它可运作地提供许多数字信号以控制所述电驱动液控阀和所述电磁控制阀。
根据本发明的一种控制内燃机中液压驱动内燃机阀通道压力的方法，它包括下列步骤a)将一个泵的进口通过一个单向阀与一个蓄液器连接，所述蓄液器贮有液体，当液体从蓄液器流向所述泵时所述单向阀打开；b)将液体从蓄液器泵送到具有一通道压力的通道；c)测定通道压力；d)将通道压力与临界值相比较；e)如果通道压力超过临界值，开启单向阀让液体从所述入口流入所述蓄液器。
图1是无凸轮气门/喷油器机构的示意图；图2是滑阀位于第一个位置时，包括四通控制阀在内的喷油器的剖视图；图3是滑阀位于第二个位置时，喷油器的横截面图；图4是图3喷油器的另一种实施例；图5是另一种包括三通控制阀在内的喷油器实施例的剖视图；图6是燃油喷射特性曲线图；图7是本发明无凸轮进气门的剖视图；图8是进气门电磁控制阀侧面的剖视图；图9是进气门处于开启状态的剖视图；图10是带有四通电磁控制阀的进气门另一实施例的剖视图；图11是带有一对数字锁定电磁线圈的进气门的另一实施例的侧面剖视图；图12是带有开启气门的多个销的进气门另一实施例的侧面剖视图；图13是与图12相似的剖视图，表其中之一的销与限位面接触；图14是图12进气门的另一种实施例的侧面的剖视图，图示为四通控制阀；图15是泵组件的剖视图；图16是包括三通控制阀在内的另一种泵组件实施例的剖视图；图17是本发明泵组件的示意图；图18是作功冲程期间单向进气门开启时泵组件的示意图。
具体实施例方式
参见附图，尤其是参考号数，图1所示为本发明无凸轮气门/喷油器系统10。尽管系统10当然可用在火花点火式发动机上，该装置一般还是用在压燃式(CI)发动机上。已知发动机有在内燃烧室11中运动的若干活塞(图中未示出)。发动机一般是四冲程发动机，即发动机通过活塞的常规进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程工作。尽管描述的是四冲程发动机，系统10当然可用在二冲程发动机上。
每个内燃烧室11有相应的进气门12，排气门14和喷油器16。气门12和14被压缩工作流体的压力驱动。工作液体控制喷油器16将压缩的雾化燃油喷入发动机的气缸。由第一个电磁控制液控阀18和第二个电磁控制液控阀20分别控制推动进气门和排气门所需的工作液流。喷油器由第三个电磁控制液控阀22控制。尽管图示和描述的只有一组气门，在多气缸发动机中每个气缸均有相应的一组气门和喷油器。
控制阀18、20、22均有与高压工作液体管路23相通的进口。高压工作液体管路23与蓄压器24和泵26相通。控制阀18、20、22也均有与低压回液管路28相通的出口。低压管路28与蓄液器29相通。泵将工作液体的压力增加到期望值。蓄压器24可以控制高压管路23内的压力。工作液体可以是发动机燃油或单独的液压油。
控制阀18、20、22也与电子控制器30连接，电子控制器30发出许多数字脉冲来控制三个阀18-22。每个控制阀内均有一对电磁线圈，电磁线圈将控制阀锁定在两个位置之一以导引工作液体的流动。阀由磁性材料制成以便即使在电磁线圈失电时也保持阀的位置。举例来说，为开启阀控制器向电磁线圈之一提供有效的数字信号。当信号变弱时，该阀的滞后使其仍在开启状态。通过向另一个电磁线圈提供第二个有效的数字信号可关上该阀。本发明的数字脉冲是短暂的信号。例如，信号可以有200微秒的持续时间。短数字脉冲不同于现有技术中向电磁线圈提供的动力信号，在现有技术中是通过向电磁线圈之一持续提供电力使阀保持在一种状态。
如图2所示，每个喷油器16有喷油器体52，其一般由多个零件构成。喷油器体52包括喷油器外壳54，其内有针阀体56、单向阀体58和活塞体60。喷油器外壳54有燃油入口64，其通过燃油通道68与高压油腔66相通。第一个单向阀70位于燃油通道68内，以防止燃油从高压油腔66回流至燃油入口64。高压油腔66通过燃油通孔74与喷嘴72相通。第二个单向阀76位于燃油通孔74内，以防止燃油从喷嘴72回流至高压油腔66。
通过喷嘴72的燃油流由针阀78控制，针阀78被装在弹簧孔81内的弹簧80压入关闭位置。针阀78有个轴肩82在燃油通孔74进入喷嘴72的入口处上面。当燃油流入燃油通孔74时，燃油的压力作用在轴肩82上。轴肩所受力使针阀78上升离开喷嘴72的喷孔并使燃油从喷油器16喷出。
在弹簧孔81和燃油通道68之间可有通孔83，其排出任何漏入弹簧孔81的燃油。排油通孔83防止在弹簧孔81内产生液体静压力，液体静压力会在针阀78上产生反作用力并降低喷油器16的性能。
增压活塞84改变高压油腔66的容积。增压活塞84贯穿活塞体60的孔86，进入位于上阀体90内的第一个增压腔88。活塞84包括活塞杆92，其有装在活塞头部96上的轴肩94。卡圈98将轴肩94卡住，卡圈98与活塞头部96上的相应槽100配合。活塞头部96有空腔，它限定了第二个增压腔102。
第一个增压腔88与第一个增压通孔104相通，增压通孔104贯穿上阀体90。同样，第二个增压腔102与第二个增压通孔106相通。
上阀体90也有供液通孔108，其与供液口110相通。供液口一般与供给工作液体的系统相通，工作液体用于控制增压活塞84的运动。工作液体一般为在与燃料分离的封闭系统内循环的液压油。或者，燃油也可用作工作液体。喷油器外壳54和上阀体90均有若干外环槽112，一般O形圈(图中未示出)装在环槽112中，该O形圈实现喷油器16与发动机缸体间的密封。此外，O形圈114可实现上阀体90与体62和外壳54间的密封。
活塞体60有与燃油入口64相通的通孔116。通孔116液体62和活塞84之间从高压油腔66漏出的任何燃油排回燃油入口64。通孔116防止燃油漏进第一个增压腔88。
流入增压腔88和102的工作液体可由四通电磁控制阀118控制。控制阀118有在阀体122中移动的阀芯120。阀体122有与通孔104、106和108以及排液口124相通的孔。阀芯120有内腔126和一对可与排液口124相通的阀芯孔。阀芯120也有外槽132。阀芯120的两端有保证内腔126和阀体122的阀腔136相通的孔134。孔134保持阀芯120中液体静压力的平衡。
第一个电磁线圈138和第二个电磁线圈140使阀芯120在图2所示第一个位置和图3所示第二个位置间移动。电磁线圈138和140一般与控制喷油器工作的控制器连接。当第一个电磁线圈138得电时，阀芯120被吸至第一个位置，其中，第一槽132使工作液体从供液通孔108流入第一个增压腔88，并使工作液体从第二个增压腔102流入内腔126之后流出排液口124。当第二个电磁线圈140得电时，阀芯120被吸至第二个位置，其中，第一槽132使供液通孔108和第二个增压腔102相通，并使第一个增压腔88和排液口124相通。
槽132和两个通孔128的结构最好使其在最终开口打开之前可将初始开口封闭。例如，当阀芯120从第一个位置移至第二个位置时，在通孔128使第一个增压通孔104和排液口124相通之前，该阀芯邻近槽132的部分初始堵住第一个增压通孔104。延迟通道开口的打开，可减少系统中的压力波动，使喷油器的燃油喷射特性曲线图上有更多的可预测燃点。
阀芯120一般接触阀体122内的一对支承端面142。最好阀芯120和阀体122均用磁性材料(例如淬硬钢52100或440c)制成，从而材料的磁滞作用将阀芯120或是保持在第一个位置或是保持在第二个位置。磁滞作用可允许电磁线圈在阀芯120被吸到位之后失电。在这方面，控制阀按数字方式工作，其中，由提供给适当电磁线圈的规定脉冲移动阀芯120。按数字方式工作的阀减少了线圈产生的热，并增加了喷油器的可靠性和寿命。
工作时，第一个电磁线圈138得电，将阀芯120吸至第一个位置，从而工作液体从供液口110流入第一个增压腔88，并从第二个增压腔102流到排液口124。流入增压腔88的工作液体推动活塞84，增加了油腔66的容积。油腔66容积的增加减少了油腔压力，将来自燃油入口64的燃油吸入油腔66。当阀芯120到达第一个位置时，第一个电磁线圈失电。
当油腔66充满燃油时，第二个电磁线圈140得电将阀芯120吸到第二个位置。当阀芯120到达第二个位置时，第二个电磁线圈失电。阀芯120的运动使工作液体从供液口110流入第二个增压腔102，并从第一个增压腔88流到排液口124。增压活塞84头部96的面积比活塞84下端的面积大得多，这样工作液体压力产生推动增压活塞84的力，减少了高压油腔66的容积。增压活塞84的冲程循环增加了高压油腔66内的燃油压力。高压燃油通过喷嘴72从喷油器喷出。一般输入喷油器的燃油压力在1000至2000每平方英寸磅(psi)之间。在优选实施例中，增压活塞的头部面积与下端面积之比约为10∶1，其喷油器喷出的燃油压力在10000至20000每平方英寸磅(psi)之间。
燃油从喷油器喷出后，第一个电磁线圈138再一次得电，将阀芯120吸至第一个位置，重复上述循环。已知本发明的双电磁线圈滑阀使喷油器能比现有喷油器更精确地将燃油喷进发动机的燃烧室。
图4所示为本发明喷油器的另一种实施例，其没有针阀的复位弹簧。在此实施例中，供液通孔108通过通孔152与针阀复位腔150相通，针阀复位腔150的工作液体压力将针阀78压入关闭位置。当增压活塞84在工作行程中时，燃油压力比工作液体压力大得多，燃油压力将针阀78推离喷嘴72的喷孔。当增压活塞84回至原位时，针阀复位腔150内工作液体的压力推动针阀78并关闭喷嘴72。
图5所示为由三通控制阀162控制的喷油器160。在此实施例中，第一个通孔108与上阀体90上的排液孔164相通，增压活塞84有复位弹簧166，其偏压活塞84离开针阀78。阀芯168的移动使第二个通孔106或与供液口110相通或与排液口124相通。
当阀芯168处于第二个位置时，第二个通孔106与供液通孔108相通，其中，第二个增压腔102内的压力推动增压活塞，高压油从喷油器160喷出。第一个增压腔88内的液体通过排液孔164排出，弹簧166被压缩。当阀芯168被第一个电磁线圈138吸回第一个位置时，第二个通孔106与排液口124相通，第二个增压腔102不再从供液口110接收高压工作液体。弹簧166的弹力推动增压活塞84回至原位。第二个增压腔102内的液体通过排液口124排出。
三通和四通控制阀均有内腔126，其通过阀芯孔134与阀腔132相通，并通过孔130与排液口124相通。孔130、内腔126和阀芯孔134保证阀腔内的任何液体压力均匀作用在阀芯两端。均匀的液体压力平衡阀芯，从而阀芯在两个位置间移动时，电磁线圈不必克服阀腔内的液体压力。液体静压力减少了电磁线圈的吸力，因此就要求改变阀状态的电磁线圈电流更大。于是本发明控制阀的电磁线圈比现有喷油器的电磁线圈功率需求小且产生的热量少，现有喷油器必须提供额外功率以克服阀内的任何液体静压力。平衡的阀芯也使控制阀有更快的响应时间，因此增加了喷油器喷出最大量燃油的持续时间。最大量燃油持续时间的增加使燃油喷射特性曲线更方且更接近理想的特性曲线。
如图2所示，阀芯120的两端可以有从阀芯120的外缘起至阀芯孔134止的凹形表面170。凹形表面170作为储槽起蓄液作用，其汇集漏入阀体122和阀芯两端之间缝隙中的任何工作液体。凹形表面大大减少了在阀芯120两端可能产生的任何液体静压力。在阀芯120两端的环状外缘应有足以提供阀芯和阀体之间有充分磁滞作用的面积，以便在电磁线圈失电后保持阀芯在位。
图6所示为本发明喷油器的燃油喷射特性曲线。开始预喷燃油被喷入燃烧室。在延迟预定的时间后，最终喷射燃油被提供给燃烧室。已知本发明液压驱动数字控制的喷油器比现有喷油器有更理想的燃油喷射特性曲线。
图7所示为本发明的气门部件12。气门部件12一般装在内燃机中，或是作为进气门或是作为排气门。气门部件210有气门212，其包括位于气门杆216端部的气门座214。气门座214位于发动机内燃烧室中的开口218内。气门212可在开启位置和关闭位置之间移动。气门部件210可以包括弹簧220，其使气门212移至关闭位置。尽管图示和描述的是进气门212，下面的描述也适合排气门。
气门部件210可以包括衬套222，其通过外壳226与阀体224连接。阀体224有与高压工作液体管路连接的第一个口228。例如，第一个口228可与泵(图中未示出)的输出管路连接。阀体224也有与低压管路连接的第二个口230。例如，第二个口230可与工作液体系统的油箱连接。工作液体可以是发动机燃油或单独的液压油。
衬套222有个高压腔232，其与阀体224的第一个通孔234相通。气门杆216的端部位于高压腔232内。当高压工作液体进入高压腔232时，合成液力推动气门杆216，气门212进入开启位置。气门杆216可以有限制气门212行程的止动部236。衬套222和阀体224可以有与第二个口230相通的排液通孔238。排液通孔238将气门杆和活塞筒之间泄漏的任何工作液体排回系统的油箱。
如图8所示，气门部件有个阀芯240，其与第一个电磁线圈242和第二个电磁线圈244配合。阀芯240的位置控制工作液体流过第一个通孔234、第一个口228和第二个口230。当第一个电磁线圈242得电时，阀芯240被移至第一个位置，在该位置第一个口228与高压腔232相通。当第二个电磁线圈244得电时，阀芯240被移至第二个位置，在该位置第二个口230与高压腔232相通。
电磁线圈242和244与微控制器246连接，微控制器246控制上述阀的工作。控制器246发出短数字脉冲使每个电磁线圈得电。阀芯240和阀体224最好用磁性材料，例如淬硬钢52100或440c制成，即使在电磁线圈失电后磁性材料的磁滞作用也将阀芯240保持在位。通过短暂的数字脉冲使一个电磁线圈得电，阀芯240移至新位置。不必为保持阀芯240的位置给电磁线圈供电。剩磁会保持阀芯240的位置。
工作时，要开启气门212，控制器246使第一个电磁线圈242得电，而阀芯240移至第一个位置。阀芯240的移动使高压的第一个口228与高压腔232相通，高压工作液体推动气门212至图9所示的开启位置。要关闭该气门，控制器246向第二个电磁线圈244提供数字脉冲，以便移动阀芯240至第二个位置，并使高压腔232与第二个口230的回液管路相通。弹簧220移动气门212回至关闭位置。
气门部件210可以有个与气门212连接的传感器248。传感器248给出气门212位置的信号。传感器248可以是霍尔效应传感器，其给出随气门杆至传感装置的距离变化的输出电压。传感器248给出反馈信号使得控制器246可精确地开启和关闭气门。此外，最好是可移动气门至开启位置和关闭位置之间的位置。例如，当使发动机减速时，一般最好在发动机的作功冲程期间保持排气门处于稍稍开启状态。控制器246可移动阀芯240至第一个位置和第二个位置之间，使得气门处于中间位置。
图10所示为气门部件的第二种实施例，其没有弹簧220，而是利用数字锁定四通控制阀260。控制阀260有供液口262和回液口264。控制阀260内有由电磁线圈268和270控制的阀芯266。气门杆272上有活塞274，因而产生第一个副腔276和第二个副腔278。当阀芯266处于第一个位置时，供液口262与第一个副腔276相通，回液口264与第二个副腔278相通，高压工作液体推动气门至开启位置。当阀芯266处于第二个位置时，供液口262与第二个副腔278相通，回液口264与第一个副腔276相通，第二个副腔278内的高压工作液体推动气门回至关闭位置。一般来说，四通阀比弹簧复位阀控制更准确，当弹簧复位阀开启时，其有固有的时间延迟以使工作液体克服弹簧力。图4所示四通阀实施例也可用于移动气门212至开启位置和关闭位置之间的中间位置。
图11所示为进气门的第三种实施例300，其有一对数字锁定电磁线圈。该气门有均由短暂的数字脉冲使其得电的第一个电磁线圈302和第二个电磁线圈304。电磁线圈302和304位于壳体306内，其有主体308和一对端盖310和312。壳体306还有无磁性底座314。
气门杆316通过弹簧组件320与衔铁318配合。组件320包括弹簧322，一对弹簧挡圈324和326使其保持在位。衔铁318使弹簧挡圈324和326保持在位。弹簧挡圈324通过卡圈328装在气门杆上。衔铁318、端盖310和312用磁性材料制成，以便有足够的剩磁保持气门或是在开启位置或是在关闭位置。弹簧322的弹力可使衔铁318与端盖接触。
工作时，通过控制第二个电磁线圈304可移动气门至开启位置。通过控制第一个电磁线圈302可关闭气门。弹簧322除了使衔铁318和端盖310及312接触外，弹簧322也削弱了气门移动的冲击，并提供贮存的能量使衔铁318移离端盖。
图12所示为气门部件的第四种实施例350。气门部件350包括主销352和一对推动气门356至开启位置的副销354。销352和354压着装在上述气门356上的气门座358。气门座358保持使气门356升至关闭位置的弹簧360在位。在优选实施例中，主销352的面积约比一对副销354的面积之和大四倍。
主销352位于气门体364的高压腔362内。高压腔362与控制阀366相通。单向阀368和小孔370可使高压腔362与控制阀366相通，单向阀368使液体流入高压腔362，小孔370限制流出高压腔362的液体。副销354位于与控制阀366相通的通孔372内。气门体364有个限制主销352运动的限位部374，以便由全部销352和354初始开启气门356，然后只由副销354进一步开启气门356。
控制阀366有一对均与高压腔362及通孔372相通的圆柱形孔380。控制阀366还有单一的供液口382和一对回液口384，供液口382与高压液源相通，两个回液口384均与回液管路相通。控制阀366可在第一个位置和第二个位置之间转换，第一个位置使圆柱形孔380和供液口382相通以允许液体流入高压腔362与通孔372，第二个位置使圆柱形孔380和回液口384相通以允许液体流出高压腔362与通孔372。
控制阀366包括在阀体390内腔388中移动的阀芯386。在阀体390内有可将阀芯386吸至第一个位置的第一个电磁线圈392和可移动阀芯386至第二个位置的第二个电磁线圈394。电磁线圈392和394与外部电源连接，其可使电磁线圈之一得电移动阀芯386至理想位置。
在优选实施例中，阀体390和阀芯386均用磁性钢(例如440c或52100)制成。磁性钢的磁滞作用使得阀芯386和阀体390中的磁场甚至在电磁线圈失电时也可以保持阀芯386的位置。磁性钢允许用数字方式控制气门，即一个电磁线圈在预定的时间间隔内得电直至阀芯386接近阀体390的内端面。一旦阀芯386到达新位置，电磁线圈失电，磁性钢材料的磁滞作用保持阀芯386的位置。
阀芯386有外槽396，其使圆柱形孔380或是与供液口382或是与回液口384相通。两个圆柱形孔380分别位于供液口382的两侧，以便在阀芯386从第一个位置移动至第二个位置时使控制阀366实现动平衡。流过圆柱形孔的液体在阀芯386上作用有液体合力。位于供液口382两侧的圆柱形孔380产生的液体合力作用在阀芯386的相反方向。相对的两个力互相抵消使得液体力不能抵消电磁线圈392对阀芯386的吸引力。同样，两个回液口384也分别位于供液口382的两侧，以便流过两个回液口的液体产生合力互相抵消，因而可防止反作用力阻碍电磁线圈394的吸力。这样该阀的各口位置使该阀成为能平衡动压力的流体控制阀。平衡阀芯386会增加该阀的响应时间并减少电磁线圈从一个位置吸引阀芯至另一个位置需要的能量。
阀芯386有与阀体390内腔388相通的内通孔398和一对端口400。当阀芯386被吸至新位置时，端口400和内通孔398允许内腔388中的液体从阀芯386的端部流走。举例来说，当第二个电磁线圈吸引阀芯386靠近阀体390时，处于阀芯386端部和阀体390之间的液体通过端口400流入内通孔398。液体的流动阻止可能抵消电磁线圈吸力的液体静压力的形成。这样内通孔398和端口400使阀芯386能平衡静压力。
控制阀366可以有减压阀402，其在内腔388中的液体压力超过预定值时排出液体。减压阀402可有被弹簧406压在关闭位置的球404。减压阀402也可有带输出口410的嵌入件408。阀芯的端部和阀体的内端面可有倒角面412以增加阀芯386和阀体390之间的容积及减少控制阀366内的液体静压力。
工作时，输送给控制阀366的数字脉冲使控制阀换位，允许高压工作液体流入高压腔362和通孔372。高压液体在销352和354上施加力，推动气门进入开启位置。
如图13所示，当两个副销354继续推动气门356进入全开状态时，限位部374阻止主销352的进一步移动。要关闭气门356，输出数字脉冲使控制阀366转换至高压腔362和通孔372排液状态。弹簧360的弹力推动气门回至关闭位置。小孔370限制流出高压腔362的工作液体，减小气门356回至关闭位置的速度。小孔370起着阻止气门356“撞”向气门座的阻尼作用。气门的阻尼减少了磨损，增加了气门座414的寿命。
双销气门部件350用作排气阀非常理想。在内燃机的排气冲程期间燃烧室416中的压力非常高。工作液体所作功必须足够大到克服燃烧室压力，开启气门。当气门356最初开启时，燃烧室中的废气进入排气歧管418。进入排气歧管418的废气流迅速减小了燃烧室416中的压力。因为较低的燃烧室压力和气门动量，工作液体不必作那么多的功继续开启气门356。
当主销352到达限位部374时，工作液体作用在销子上的有效面积和合力减少。因此，气门356最初开启后，工作液体所作功减小。这样本发明的气门部件减少了作功并增加了发动机的能量效率。虽然在一个排气冲程期间作功减少的每个增量相当小，但该增量乘以发动机工作期间的冲程数，能量效率的总增加可能是相当显著的。
图14是有四通控制阀366’气门部件的另一种实施例。控制阀366’与高压腔362、通孔372和复位腔420相通。复位腔420接收高压工作液体，其推动气门356回至关闭位置。工作时，控制阀366’换位至输送高压液体至高压腔362和通孔372，复位腔420排出液体。高压工作液体施加力在移动气门356至开启位置的销352和354上。然后，控制阀366换位至输送高压工作液体至复位腔420，高压腔362和通孔372排出液体。复位腔420中的工作液体推动气门356回至关闭位置。控制阀366最好能平衡动压力和静压力以提高气门速度和减少气门消耗的能量。
如图15所示，泵组件24包括有进口524、出口526和回流口528的泵体。组件24一般有一个位于进口524和出口526之间的单向阀530，以防止液体回流至进口524。进口524与泵26(图1)连接。出口526一般与工作装置518连接。回流口528与蓄液器29(图1)连接。泵体一般由两个单独件构成，以减少制造泵体的复杂性和成本。
泵组件24有可变容积的蓄压器组件532，其保持泵组件24出口526的液体压力。蓄压器532包括多个在泵体的弹簧腔536中叠加的垫圈式弹簧534。弹簧腔536与回流口528相通，以便弹簧腔536内的任何液体可流入蓄液器。垫圈式弹簧534与活塞538连接，其可在蓄压腔540中移动。活塞538一般通过O形圈542实现与泵体间的密封。第一个调节通孔544使蓄压腔540与出口526相通。弹簧534的弹力对蓄压腔540和出口526中的液体施加压力。
泵组件24还有控制阀546，其通过第一个阀通孔548与进口524连接，通过第二个阀通孔550与弹簧腔536连接。控制阀546最好是可在开启位置和关闭位置之间转换的二通电磁阀。当控制阀546在开启位置时，进口524与弹簧腔536和回流口528相通。当控制阀546关闭时，进口524与弹簧腔536不通。一般是电子控制器30使控制阀546在开启位置和关闭位置之间转换。控制阀546开启使液体从泵26(图1)流回蓄液器29(图1)，因而绕过工作装置。
泵组件24还包括压力传感器552，其通过第二个调节通孔554与出口526相通。压力传感器552提供与出口526中液体压力相对应的反馈信号。反馈信号被送至电子控制器30。控制器30接收反馈信号，将出口526中的相应液体压力与临界值相比较。如果出口液体压力超过临界值，控制器30开启控制阀546，使液体经旁路流向蓄液器516。控制器30是可编程的，以便可改变临界值。例如，控制器30可以接收与温度和其它系统特性有关的系统反馈信号，并对信号按照控制器30的算法进行处理。控制器30可根据特性值，改变临界值及相应的系统液体压力。用此种方式，控制器30能改变系统内的液体压力。虽然描述和图中示出了控制器30，压力传感器552当然可与阀546直接连接，不要控制器30。
工作时，泵26(图1)把液体输送到泵组件24的进口524中去。通过单向阀530从出口526流出的液体流至工作装置。蓄压器532会补偿液压系统负载的任何变化。例如，如果工作装置518是带电磁控制阀的喷油器，当电磁阀开启时喷油器会产生压降。蓄压器532会对喷油器阀的开启进行补偿，保持系统内的液体压力，使得当喷油器阀下次开启时液体压力不会减小。
最好是通过改变液体压力以改变喷入燃烧室的燃油压力。控制器30可通过操纵控制阀546和改变泵组件24的输出压力改变系统压力。这样该泵组件是既能控制又能改变液压系统中液体压力的泵组件。
图16所示为泵组件的优选实施例，其有与控制器30连接的三通控制阀560。控制阀560通过通孔548与进口524相通，通过通孔550与弹簧腔536相通，通过通孔562与出口526相通。
控制阀560内有与阀芯564配合的第一个电磁线圈566和第二个电磁线圈568。电磁线圈566和568、以及阀芯564位于阀体570内。当第一个电磁线圈566得电时，阀芯564移动至第一个位置，其中，进口524与出口526相通。当第二个电磁线圈568得电时，阀芯564移动至第二个位置，其中，进口524与弹簧腔536和回流口528相通。
来自控制器30的短数字脉冲使电磁线圈566和568得电。阀芯564和阀体570最好用磁性材料制成，例如52100或440c淬硬钢。磁性钢材料有足够的剩磁，甚至在电磁线圈失电时也可保持阀芯的位置。所以该阀起数字锁定作用。二通控制阀546当然也可以是数字锁定阀。
工作时，阀芯564处在第一个位置，从而泵514的输出液体流向工作装置518。当传感器552检测出系统压力过大时，控制器30发出数字脉冲使第二个电磁线圈568得电，移动阀芯564至第二个位置。泵514的输出液体流向蓄液器516。使泵514的输出液体经旁路流向蓄液器516就减少了泵514需要的工作量。
图17所示为本发明的泵26。在优选实施例中，泵26是容积式摇摆板装置。虽然描述和图示的是摇摆盘式泵，本发明当然可使用其它类型泵。
泵26有泵体612，其内有第一个活塞腔614和第二个活塞腔616。位于第一个活塞腔614内的第一个活塞618将第一个泵腔620与第二个泵腔622隔开。位于第二个活塞腔616内的第二个活塞624将第三个泵腔626与第四个泵腔628隔开。一副摇摆盘630使活塞618和624往复移动，摇摆盘630装在旋转驱动轴632上。驱动轴632一般从电机634伸出并与轴承组件636同心。
泵26有与第一个泵腔620相通的第一个进液口638和第一个出液口640，与第二个泵腔622相通的第二个进液口642和第二个出液口644，与第三个泵腔626相通的第三个进液口646和第三个出液口648，与第四个泵腔628相通的第四个进液口650和第四个出液口652。在进气冲程和排气冲程之间驱动轴632和摇摆盘630以往复方式使活塞618和624上下移动，当第二个泵腔622与第四个泵腔628排出液体时第一个泵腔620及第三个泵腔626吸入液体，反之亦然。泵腔从进液口接收液体，通过出液口排出液体。每个出液口有个防止液体回流入泵腔的出口单向阀654，其内有压着阀球658的弹簧656。
第一个进液口638及第三个进液口646与第一个液控单向阀660相通。第二个进液口642及第四个进液口650与第二个液控单向阀662相通。单向阀660和662控制流入及流出泵腔的液体。每个液控单向阀内有阀球664，弹簧670将阀球664压在阀体668的阀座666中。阀体670有分别与液压源和泵腔相通的进液口672和出液口674。
活塞618和624的往复运动使泵腔扩大和缩小。泵腔的扩大减小了腔内的压力。每个阀球664两头的压差克服弹簧670的弹力，开启单向阀使液体流入泵腔。当泵腔的容积减小时，相应的压力增大，推动阀球关闭，使得液体只通过出口单向阀流出。
每个单向阀有可推动阀球664至开启位置的活塞676。活塞676由阀腔678中的工作液体驱动。阀腔678中工作液体的压力由电磁控制阀680控制。电磁控制阀680最好是三通阀，其第一个口682与高压液源相通，第二个口684与低压液源相通，第三个口686与单向阀的阀腔678相通。
控制阀680有与阀芯692配合的第一个电磁线圈688和第二个电磁线圈690。使一个电磁线圈得电会将阀芯吸至阀的一端。电磁线圈和阀芯位于阀体698内。阀芯和阀体最好用磁性材料(例如52100或440c淬硬钢)制成，使得材料的剩磁甚至在电磁线圈失电后也可将阀芯保持在两个位置之一。
电磁线圈与控制器630连接，其向电磁线圈提供许多数字脉冲以便移动阀芯。第一个电磁线圈得电，移动阀芯至第一个位置，使第二个口与第一个口相通。第一个电磁线圈在短暂的时间内得电将阀芯吸至阀体的端部。短暂的脉冲过后，线圈失电，材料的剩磁保持阀芯在原位。然后来自控制器630的数字脉冲可使第二个电磁线圈得电，移动阀芯至第二个位置，使第一个口与第三个口相通，高压工作液体流向单向阀的阀腔678。
如图17所示，工作时，摇摆盘移动活塞增大了第一个泵腔620和第三个泵腔626，它们通过单向阀660吸进液体。第二个泵腔622和第四个泵腔628通过出口排出液体。单向阀662保持关闭使第二个泵腔622和第四个泵腔628中的全部液体排入出口。摇摆盘的连续转动使活塞排出第一个泵腔620和第三个泵腔626的液体，并将液体吸入第二个泵腔622和第四个泵腔628。
如图18所示，控制阀680的第二个电磁线圈690得电可以控制泵的输出压力，从而使得工作液体流入单向阀腔678并使活塞676推开阀球664。开启的单向阀允许泵腔的输出液体通过进液口流回系统的低压管路。活塞可以使进液单向阀保持开启状态直至系统压力达到期望压力。为此，控制器630可与压力传感器连接，压力传感器检测系统的液体压力，并向控制器发出反馈信号。控制器可响应反馈信号调整泵的输出。在泵的旁路循环期间液压控制进入阀使液体经旁路流走而不需要泵消耗额外能量。
最好是通过改变液体压力来改变喷入燃烧室的燃油压力。控制器630可以通过操纵控制阀680及改变泵组件26的输出压力改变系统压力。这样该泵组件是既能控制又能改变液压系统中液体压力的泵组件。
参见图1，在发动机活塞的进气冲程期间，控制器向第一个控制阀18发出数字脉冲以便开启进气门使空气进入燃烧室。经过预定的时间间隔后，控制器30发出第二数字脉冲以便关闭进气门。然后，控制器30向第三个控制阀22发出数字脉冲以便移动增压器并使燃油充满高压腔。当发动机活塞到达压缩冲程的上止点位置时，控制器向控制阀的第一个电磁线圈发出数字脉冲将压缩的雾化燃油喷入燃烧室。经过预定的时间间隔后，控制器发出数字脉冲以便开启和关闭排气门。
两个气门和喷油器的传感器向控制器发回反馈信号，以便可改变数字脉冲的定时。例如，因为零件磨损，气门可能以较慢的速度开启。控制器可以在燃烧循环期间较早地发出数字脉冲开启气门补偿此种情况。此外，发动机温度的变化可能改变燃油黏度和系统内的压力。控制器可以向泵和/或蓄压器的控制阀发出数字脉冲以改变系统液体压力。这样无凸轮电子控制发动机能精确地改变和控制发动机的工作。
本发明的无凸轮电子燃油系统也能保证不同的工况。例如，车辆减速行驶时最好使发动机减速。使发动机减速的常见方法是在作功冲程期间令活塞压缩发动机气缸内的空气。当控制器测出减速时，控制器可以在活塞的进气冲程期间通过一开始发出数字脉冲的减速过程开启和关闭进气门。在减速工况下，控制器不会在压缩冲程的上止点发出数字脉冲以喷射燃油。在发动机的排气冲程期间，控制器发出数字脉冲以便稍稍开启排气门。虽然描述的是减速工况，本发明的燃油系统当然可以实现其它工况。
尽管已描述并在附图中显示了某些典型实施例，应理解这样的实施例仅作为概括性发明的举例说明，并不局限于这些例子，本发明不限于所图示和所描述的具体结构和配置，因此对于那些熟悉本领域的技术人员而言可能会发现各种其它的改进。
权利要求
1.一种内燃机，它包括一个具有一排气口的内燃烧室；一个内燃机阀(12，14)，它在一个打开位置和一个关闭位置之间运动以开闭所述排气口；一个适于贮存液体的蓄液器(29)；一个电驱动的液控阀(20)，它有选择地供应液体以控制所述内燃机阀(12，14)的运动；一个将工作液体向所述电驱动液控阀(22)供应的通道(23)；一个具有一进口(638)和一出口(640)的泵(26)，所述进口(638)用一单向阀(660)与所述蓄液器(29)连接，所述出口(640)与所述通道(23)连接；一个电磁控制阀(680)，它可运作地打开所述单向阀(660)并提供从所述泵(26)的所述进口(638)到所述蓄液器(29)的液流连通，从而防止将液体从所述蓄液器(29)泵到所述出口(640)；以及一个控制器(30)，它可运作地提供许多数字信号以控制所述电驱动液控阀(22)和所述电磁控制阀(680)。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机阀是进气阀(12)和排气阀(14)中的一个。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，它还包括一个第二电驱动液控阀(546)，它可运作地提供所述出口(640)和所述蓄液器(29)之间的液流连通，所述控制器(30)还可运作地提供许多数字信号以控制所述第二电驱动液控阀(546)。
4.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，它还包括一个与所述通道(23)连接的蓄压器(24)，所述蓄压器(24)用于控制所述通道(23)中的液体的压力；以及一个第三电驱动液控阀(566)，它与所述出口(640)，所述蓄液器(29)以及所述通道(23)连接，所述第三电驱动液控阀(566)有选择地提供从所述出口(640)到所述蓄液器(29)和所述通道(23)二者之一的液流连通；所述控制器(30)还可运作地提供许多数字信号以控制所述第三电驱动液控阀(566)。
5.如权利要求3所述的内燃机，其特征在于，它还包括一个与所述通道(23)连接的蓄压器(24)，所述蓄压器(24)用于控制所述通道(23)中的液体的压力；以及一个第三电驱动液控阀(566)，它与所述出口(640)，所述蓄液器(29)以及所述通道(23)连接，所述第三电驱动液控阀(566)有选择地提供从所述出口(640)到所述蓄液器(29)和所述通道(23)二者之一的液流连通；所述控制器(30)还可运作地提供许多数字信号以控制所述第三电驱动液控阀(566)。
6.一种控制内燃机中液压驱动内燃机阀(12，14)通道(23)压力的方法，它包括下列步骤a)将一个泵(26)的进口(638)通过一个单向阀(660)与一个蓄液器(29)连接，所述蓄液器(29)贮有液体，当液体从蓄液器(29)流向所述泵(26)时所述单向阀(660)打开；b)将液体从蓄液器(29)泵送到具有一通道压力的通道(23)；c)测定通道压力；d)将通道压力与临界值相比较；e)如果通道压力超过临界值，开启单向阀(660)让液体从所述入口(638)流入所述蓄液器(29)。
全文摘要
内燃机包括用数字控制信号控制不同部件(例如喷油器、排气门、泵旁通阀)的控制器。发动机可有将大量燃油喷入内燃烧室的液压驱动喷油器。进入燃烧室的空气流和排出燃烧室的废气流可由无凸轮液压驱动进气门和排气门控制。喷油器和气门的液压驱动由电磁控制锁定液控阀控制。喷油器和气门的工作由发出数字信号以操纵和锁定电磁控制阀的控制器控制，数字信号消耗功率最小，并以相当高的速度操纵气门。发动机还包括把液压油输送到控制阀的泵。泵系统包括液压驱动电磁控制锁定旁通阀，其可开启使泵的出口与回液管路相通。将旁通阀锁定在开启状态使泵的输出液压油排入回液管路，而不需要泵的额外工作来保持旁通阀处于开启状态。旁通阀可由来自控制器的数字控制信号开启。控制器可开启和关闭旁通阀以便控制提供给控制阀的正常压力。
文档编号F15B13/044GK1515788SQ0215285
公开日2004年7月28日 申请日期1997年9月5日 优先权日1996年9月11日
发明者奥德E·斯特曼, 奥德E 斯特曼 申请人:奥德E·斯特曼, 奥德E 斯特曼