专利名称：用于内部废气再循环的系统和方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种用于致动发动机中一个或多个气门的系统和方法。本发明特别地涉及致动一个或多个发动机气门来产生内部废气再循环事件的系统和方法。本发明的实施方案可以提供内部废气再循环、主气门事件(排气和/或进气)，包括或不包括其他辅助气门事件(例如发动机制动事件)。
背景技术：
废气再循环(EGR)的基本原理是公知的。在适当操作的发动机对其燃烧室内的燃料和进入空气的混合物作功之后，发动机从发动机缸体中排出残余气体。EGR系统允许这些废气的一部分流回到发动机缸体内。这种进入发动机缸体的气体再循环可以在正功操作过程中使用，和/或在发动机制动循环过程中使用，以发挥显著的作用。
在正功操作过程中，EGR系统主要用于改进发动机的排放物。在发动机正功过程中，一个或多个进气气门可以被开启，以允许燃料和环境空气进入，其中空气含有使缸体中的燃料燃烧所需的氧气。然而，空气还含有大量的氮气。发动机缸体内的高温，使得氮气与未利用的氧气起反应而形成氮氧化物(NOx)。氮氧化物是柴油发动机所排放的主要污染物之一。EGR系统提供的再循环气体已被发动机使用过，并仅包含少量的氧气。通过将这些气体与新鲜空气混合，可以减少进入发动机的氧气量，且形成更少的氮氧化物。此外，再循环气体可以降低发动机缸体内的燃烧温度，使其低于氮气与氧气化合形成NOx的温度。从而，EGR系统可以产生作用来降低所产生的NOx量，并改进发动机排放物。美国和其他国家对柴油发动机的现行环境标准及所提议的规章都表明，改进排放物的需求在未来将变得更加重要。
通常有两类EGR系统，即内部的和外部的EGR系统。许多常规EGR系统是外部系统，其通过外部管道从排气歧管向进气端口再循环气体。通过在进气冲程过程中打开管道中通常关闭的EGR控制气门，许多这种系统使废气经过外部管道进行再循环。
例如，授予Sheridan等并转让给Cummins Engine Co.，Inc的美国专利5,617,726(申请日为1997年4月8日)公开了一种EGR系统，其包括连接发动机排气管和进气管的EGR管、用于冷却废气再循环部分的冷却装置、使冷却装置旁通的旁通管、以及用于引导废气再循环部分流动的气门装置。
授予Nagano并转让给Toyota的美国专利4,147,141(申请日为1979年4月3日)公开了一种EGR系统，其包括使发动机的排气管和进气管相互连接的EGR管、沿EGR管安置的EGR冷却器、与EGR冷却器平行安置的旁通管、用于控制流经冷却器旁通管的废气的选择气门、以及安置于EGR管上并用于控制流经EGR管的废气的EGR气门。
为使系统能正常操作，许多外部EGR系统需要一些附加元件，如外部管道、旁通管和相关的冷却机构。然而，这些附加元件会大大增加车辆的成本，且会增加系统所需的空间，从而引起包装和制造方面的问题。此外，废气和水分在外部管道中的混合会加快系统元件的腐蚀，并引发可靠性的问题。本发明的各种实施方案较为简单，且成本较低，且比许多已知需要这些附加元件的外部EGR系统更为可靠。
许多常规的内部EGR系统通过在进气冲程过程中使废气经开口的排气气门进入燃烧室来提供EGR。由于没有适当的控制，这种技术因缸体内氧气量减少而产生性能方面的问题。即使在轻负荷操作范围内可以获得令人满意的燃烧状态(其中空气的量自然地较为充裕)，但在高负荷操作范围内还是会产生问题(其中空气相对于燃料的比例较低或缺乏)。这些燃烧条件可以产生欠佳的功率，此外还会产生含有大量烟灰的黑烟。
因此，需要提供用于产生内部EGR事件的系统和方法，同时没有许多常规EGR系统所具有的功率和排放物方面的问题。本发明各种实施方案的优点在于当在进气冲程过程中致动排气气门时，可以提供必要的控制以避免这些缺陷。此外，通过在排气冲程过程中致动一个或多个进气气门，本发明各种实施方案可以提供EGR。
通过控制排气歧管和发动机缸体中的压力和温度，EGR系统还可以用于在发动机制动操作中最优化减速功。在发动机制动过程中，一个或多个排气气门可以选择性地开启，至少临时地将发动机转变成空气压缩机。在此过程中，发动机产生减速马力，来帮助交通工具减速。这能提高操作者对交通工具的控制，并显著地降低交通工具的工作制动器的磨损。通过使用EGR控制发动机的压力和温度，可在各种操作条件下最优化制动水平。
EGR可以设置有减压式(compression release type)发动机制动器和/或放气式制动器(bleeder brake)。减压式发动机制动器或减速器的操作是公知的。当活塞在压缩冲程中向上运行时，缸体内聚集的气体被压缩。该压缩气体对抗着活塞的向上运动。在发动机制动操作过程中，当活塞接近上止点(TDC)时，至少一个排气气门打开，以将缸体中的压缩气体排放进排气歧管，从而阻止贮存在压缩气体中的能量经随后的膨胀下行冲程返回到发动机。在此过程中，发动机产生了减速能量，以帮助交通工具减速。Cummins的美国专利3,220,392(1965年11月)公开了现有技术中减压式发动机制动器的例子，该专利在此作为参考。
放气式发动机制动器的操作也是早已公知的。在发动机制动过程中，除了正常的排气气门升程之外，在整个其余的发动机循环(全循环放气式制动)或在部分循环过程中(部分循环放气式制动)中，排气气门可以持续地保持轻微开启。部分循环放气式制动和全循环放气式制动的主要区别在于，前者在大部分进气冲程过程中不具有排气气门升程。受让人的美国专利6,594,996(2003年7月22日)公开了使用放气式发动机制动的系统和方法的例子，该专利在此引为参考。
许多已知的EGR系统不适合于现有的发动机制动系统。许多这些系统(1)与减压式制动、放气式制动或其二者不相容；和/或(2)为使EGR和制动系统一起正常工作，需要对现有的发动机进行较大的改动。本发明各种实施方案的优点之一在于它们可以与减压式制动系统和/或放气式制动系统联用，并且为使这两种系统正常地工作，对现有发动机不需或仅需很少的改动。
EGR系统可以包括附加的特征以提高性能。本发明实施方案可以包括例如气门捕获装置、气门升程限幅机构、EGR间隙、选择性液压比和重置机构，以提高该系统的可靠性和性能。
本发明其他优点的一部分将在随后的说明书中描述；且对于本领域所属人员而言，另一部分的内容通过本发明的描述和/或实施将是显而易见的。
发明内容
响应于前述的挑战，申请人研发了用于致动一个或多个发动机气门的崭新系统和方法。在一个实施方案中，本发明是一种在多缸体发动机中提供废气再循环EGR的方法。所述方法包括如下步骤向该气门致动器施加运动；响应于所施加的运动，致动第一发动机缸体的发动机气门；确定第一发动机和第二发动机的参数水平；以及响应于第一发动机参数水平和第二发动机参数水平，修正所施加的运动，以产生废气再循环事件。
申请人还研发出了用于在多缸体发动机中提供废气再循环(EGR)的崭新系统，该发动机包括外壳。该系统包括置于发动机壳体上的EGR壳体，所述EGR壳体包括形成于其中的液压通道；用于致动第一发动机缸体的发动机气门的装置；用于向所述气门致动装置施加运动的装置；以及用于修正施加于所述气门致动装置的运动的运动修正装置，以产生具有较早气门关闭时间的EGR事件。
可以理解，前述的一般说明和下述详细说明都仅是说明和解释性的，而不是用于限制所要求保护的本发明。附图作为参考并作为说明书的一部分，与详细说明一起解释本发明的某些实施方案，并用于阐明本发明的原理。
附图简要说明为有助于理解本发明，现在参考附图，其中相同的附图标记代表相同元件。这些附图仅是示例性的，不应被解释为限制本发明。
图1是本发明第一实施方案气门致动系统的示意图。
图2是本发明第二实施方案气门致动系统的示意图。
图3是本发明实施方案的气门升程分布图，阐明在进气冲程中致动一个或多个发动机排气气门。
图4是本发明实施方案的气门升程分布图，阐明在排气冲程中致动一个或多个发动机进气气门。
图5是可以用于本发明实施方案中的凸轮。
图6是本发明实施方案的主动和从动活塞对的操作示意图。
图7是本发明另一个实施方案的主动和从动活塞对的操作示意图。
图8是本发明实施方案的废气脉动图和相应的气门升程分布图。
图9是本发明实施方案的、用于四(4)缸体发动机的主动和从动活塞对的操作示意图。
图10是本发明第三实施方案的气门致动系统。
图11是可以与图10的气门致动系统联用的凸轮。
图12是本发明第四实施方案的气门致动系统。
图13是气门升程限幅机构的第一实施方案，其可以与本发明的气门致动系统联用。
图14是本发明实施方案包括修正的EGR气门事件的气门升程分布图。
图15a和图15b表明气门升程限幅机构的第二实施方案，其可以与本发明的气门致动系统联用。
图16a和图16b表明气门升程限幅机构的第三实施方案，其可以与本发明的气门致动系统联用。
图17a和图17b表明从动活塞重置机构，其可以与本发明的气门致动系统联用。
图18a是现有技术中的气门捕获组件的示意图。
图18b是用于降低发动机气门回位速度的改进装置的示意图，其可以与本发明的气门致动系统联用。
发明优选实施方案详细说明现在详细参考本发明系统和方法的实施方案，其实施例由附图阐明。如实施例所示，本发明包括控制发动机气门致动的系统和方法。
图1示意性地表明本发明的第一实施方案的气门致动系统10。该气门致动系统10包括用于施动的施动装置100，其可操作地连接于气门致动器300，该气门致动器依次可操作地连接于一个或多个发动机气门200。该施动装置100适合于向该气门致动器300施加运动。该气门致动器300可选择地控制向气门200(1)传递；或(2)不传递运动。该气门致动器300还可以适合于修正传递到该发动机气门200的运动量和运动正时。
当在运动传递模式操作时，该气门致动器300可以致动该发动机气门200，来产生废气再循环气门事件。该气门致动器300还可致动该发动机气门200，以产生其他发动机气门事件，例如但不限于主进气、主排气、减压式制动和/或放气式制动。响应于来自控制器400的信号或输入，包括该气门致动器300的气门致动系统10可以在传递运动和不传递运动之间进行转换。该发动机气门200可以是一个或多个排气气门、进气气门或辅助气门。
该施动装置100可以包括凸轮、推管和/或摇臂或其等价物的任何组合，其适合于向该气门致动器300施加运动。在本发明至少一个实施方案中，该施动装置100包括凸轮110。该凸轮110可以包括排气凸轮、进气凸轮、喷油器凸轮和/或专用凸轮。该凸轮110可以包括一个或多个凸轮凸部，用于产生发动机气门事件。参考图5，该凸轮110可以包括凸部，例如主(排气或进气)事件凸部112、发动机制动凸部114和EGR凸部116。对凸轮110上的凸部的描述仅用于示例说明，且不限于此。可以理解的是，凸部的数量、组合、尺寸、位置和形状在不脱离本发明保护范围内可以显著地变化。
还可以理解的是，通过该凸轮110所施加的运动来产生发动机气门主事件，可以用于提供EGR气门事件。例如，主事件(例如进气或排气)凸部112可附加地用于致动EGR气门事件用的一个或多个气门200。因为主事件的全部运动可提供比EGR气门事件所需的更多气门升程，所以通过结合例如系统间隙、该气门致动器300的各元件之间的选择性液压比、重置机构和/或气门升程限幅机构，可以修正运动。
可通过不同气门来实现EGR气门事件，所述不同气门不同于用于实现主发动机气门事件的那些气门。这些“不同气门”与主气门事件用的气门可以是相同或不同类型(进气与排气)的，并可以结合有与主气门事件用的气门的不同或相同的缸体。
该气门致动器300可以包括任何使施动装置100与该气门200连接的结构，且能够选择性地传递施动装置100所产生的运动以致动该气门200。该气门致动器300可以例如包括机械连杆、液压连杆、液压-机械连杆、电动连杆、电磁连杆、空气连杆和/或任何其他适合于选择性地传递运动的连杆。
参考图10，当包括有液压回路时，该气门致动器300可以包括主动活塞组件310和从动活塞组件320。该气门致动器300可操作地连接于这样一个供应装置，该供应装置用于向该致动装置300供应液压流体或从中得到液压流体。该供应装置可以包括用于调整回路中的流体压力或量的装置，例如一个或多个触发气门、一个或多个控制气门、一个或多个积聚器、一个或多个止回气门、一个或多个流体供应源，和/或用于从回路排放液压流体、向回路添加液压流体或控制回路中流体流动的其他装置。该气门致动器300可适合于固定正时(开/关)和/或可变正时。该气门致动器300可置于气门机构中的任何位置，其中该气门机构连接着该施动装置100和该气门200。
该控制器400可以包括任何电子或机械装置，用于与该气门致动器300连通，并使其向该发动机气门200传递或不传递运动。该控制器400可以包括连接于其他发动机元件的微处理器，以确定和选择该气门致动器300的适当操作。基于微处理器从发动机元件收集的信息而控制该气门致动器300，可以在多个发动机操作条件下(例如速度、负载等)实现且最优化EGR。收集的信息可以包括但不限于发动机速度、车速、油温、歧管(或端口)温度、歧管(或端口)压力、缸体温度、缸体压力、微粒信息和/或曲柄角。
该气门致动系统10可适合于任何内燃机。例如，该气门致动系统10可用于柴油发动机、汽油发动机、双燃料发动机和/或天然气发动机。在一个实施方案中，如图1所示，该气门致动系统10可用于不带有发动机制动装置的发动机。因此，该气门致动系统10可与固定发电器、海上运输工具、农业运输工具和设备和/或任何其他需要EGR但不需要发动机制动装置的系统一起使用。
在本发明另一个实施方案中，该气门致动系统10适合于和发动机制动装置一起提供EGR气门事件。如图2所示，该气门致动系统10还可以包括发动机制动系统500。还可预期的是，除了提供EGR气门事件外，该气门致动器300可以适合于提供发动机制动。
在本发明一个实施方案中，如图3所示，在主进气事件235过程中，该气门致动器300致动一个或多个排气气门来产生EGR事件220。由于在进气冲程中发动机缸体中的活塞向下运动所产生的压力差和排气歧管中的压力脉冲，通过发动机排气端口排出的一部分燃烧气体经打开的排气气门被吸回到发动机缸体。然后，在进气主事件过程中，再循环气体与引入到发动机缸体中的进气相结合。
该控制器400控制一个或多个发动机排气气门的精确开关时间(EGR事件220的持续时间)，并可基于跨过排气气门的压力差来确定上述精确开关时间。该控制器400从适当的发动机元件处接收输入，并向该气门致动器300输入信号。响应于该信号，该气门致动器300可以切换为运动传递模式，并致动所述一个或多个排气气门。该气门的关闭时间可以发生在发动机缸体压力大于排气歧管压力之前，以阻止再循环气体迅速向后逸出并进入该排气歧管。图3所示的气门升程分布图仅是示例性的。本领域所属技术人员是显而易见的是，EGR事件220的尺寸、形状和正时可以因各种因素而变化，包括但不限于发动机缸体压力、排气歧管压力、该气门致动器300和该气门200之间的间隙、该气门致动器300的各种元件之间的相对尺寸(或液压比)、和/或由该施动装置100所提供的其他任何运动修正。
在本发明的另一个实施方案中，如图4所示，在主进气事件215过程中，该气门致动器300致动一个或多个发动机进气气门，以产生EGR事件220。一部分的燃烧气体被排气冲程从发动机缸体(燃烧室)经发动机进气端口导向进气歧管。然后，在主进气事件过程中，其中的一些气体与入口空气一起被再次引入发动机缸体。
该控制器400控制该发动机进气气门的精确开关时间(EGR事件220的持续时间)，并优选基于跨过进气气门的压力差来确定上述精确开关时间。该控制器400从适当的发动机元件处接收输入，并向该气门致动器300输入信号。响应于该信号，该气门致动器300可以切换为运动传递模式并致动所述一个或多个进气气门。较高的缸体压力(为EGR事件提前打开进气气门，且接近膨胀冲程)将允许更多废气收集于进气端口和/或歧管中以进行再循环，但可以引起膨胀功降低(无效功)。该气门的关闭时间可以发生在发动机缸体压力降低至低于进气歧管压力之前，以阻止再循环气体迅速向后逸出并进入该发动机缸体。发动机进气气门的精确开关时间可以依据系统需求而变化。图4所示的气门升程分布图仅是示例性的。本领域所属技术人员是显而易见的是，EGR事件220的尺寸、形状和正时可以因各种因素而变化，包括但不限于发动机缸体压力、进气歧管压力、该气门致动器300和该气门200之间的间隙、该气门致动器300的各种元件之间的相对尺寸(或液压比)、和/或由该施动装置100所提供的其他任何运动修正。
图6和图7描述了气门致动器300的各个元件之间关系的实施例，用以提供废气再循环气门事件。在本发明一个实施方案中，如图6所示，该主动活塞组件310和从动活塞组件320可以对与相同缸体相连的发动机气门产生作用。例如，该主动活塞组件310可以从用于缸体1的进气凸轮处接受运动。然后，该运动被传递至该从动活塞组件320，以致动缸体1中的发动机气门。可选择地，如图7所示，该主动活塞组件310和该从动活塞组件320可以针对不同的缸体产生作用。例如，该主动活塞组件310可以从用于缸体1的进气凸轮处接受运动。然后，这种运动将被传递至该从动活塞组件320，以致动缸体3中的发动机气门。可以预期的是，本发明的各种实施方案可以提供任何交叉缸体致动排列方式，以适合于提供EGR事件的适当正时。
本发明的实施方案可以适合于利用在排气歧管中由一个发动机缸体所产生的废气脉冲，以在所需时间将再循环气体引入另一个发动机缸体。例如，在主进气事件过程中，该气体脉冲可以用于将再循环气体引入发动机缸体。这些气体脉冲可以使用在具有拼合式、非拼合式排气歧管的发动机中。下面表1和表2解释了实例操作方案，分别利用了拼合式歧管(split manifold)发动机和非拼合式歧管(non-split manifold)发动机用的废气脉冲。
表1 EGR-拼合式歧管
表2 EGR-非拼合式歧管
图8是取样废气脉冲图，显示带有拼合式歧管的6缸体发动机用的缸体1排气端口中的压力，以及缸体1的发动机气门用的相应气门升程分布图。如果在主进气事件235过程中需要EGR事件220，那么可以在曲柄角约为360度～500度的过程中将再循环气体引入发动机缸体。如图8所示，缸体3和缸体6在此范围内提供脉冲。来自缸体6的脉冲源于拼合式歧管的另一侧(bank)，因此没有提供足够的压力来驱动EGR事件。然而，在此时，来自缸体3的脉冲提供了比缸体1中的缸体压力更高的压力，因此便于将再循环气体引入缸体。如上表1所示，其他缸体中的排气端口可以产生类似的废气脉冲图，且可以利用适当的气体脉冲。
施加于气门致动器300以产生EGR事件220的运动可被修正，以使得发动机气门的关闭时间可以发生在发动机缸体压力大于排气歧管压力之前，从而阻止再循环气体迅速向后逸出并进入该排气歧管。这可由修正的EGR事件221所示例说明。图8所示的气门升程分布图仅是示例性的。本领域所属技术人员是显而易见的是，EGR事件221的尺寸、形状和正时可以因用于修正施加于该气门致动器300的运动的装置而变化，包括但不限于该气门致动器300和该气门200之间的间隙、该气门致动器300的各种元件之间的相对尺寸(或液压比)、气门升程限幅机构、重置机构和/或由该施动装置100所提供的其他任何运动修正。
对于具有非拼合式歧管的发动机而言，来自排气歧管另一侧(bank)的脉冲还可以有足够的压力以驱动EGR事件。因此，来自缸体#3和/或缸体#6的脉冲可以用于驱动EGR事件。如上表2所示，非拼合式歧管的其他缸体中的排气端口，可以产生类似的废气脉冲图，并可以利用适当的气体脉冲。
为说明起见，将描述本发明的各种实施方案用于6缸体发动机中。然而，可预期的是，本发明的各种实施方案可以用于具有任何缸体排列方式或数量的发动机。例如，本发明的实施方案可以适合于4缸体发动机。如同上述关于6缸体发动机所讨论的，用于4缸体发动机的本发明实施方案可以采用交叉-缸体致动排列方式。例如，在图9所示的实施方案中，点火顺序为1-3-4-2的4缸体发动机可以具有1-4、2-3、3-2、4-1的交叉-缸体致动排列方式。
现在参考图10描述本发明的气门致动系统10的第三实施方案。参考图10，气门致动器300包括栓接的内部EGR系统。该气门致动器300从施动装置100处接收运动。该施动装置100可以包括进气凸轮110，该进气凸轮110包括一个或多个凸轮凸部，用于产生发动机气门事件。在一个实施方案中，如图11所示，该进气凸轮包括主进气事件凸部112。如前所述，该施动装置100可以包括对该气门致动器300施加运动所需的凸轮、推动管和/或摇臂或其等价物的任何组合。
参考图10，该气门致动器300可以包括主动活塞组件310，其可滑动地置于形成在壳体302中的第一孔311中，使得该主动活塞组件310可在该孔中前后滑动，同时保持与壳体302液压密封。该气门致动器300还可以包括从动活塞组件320，其可置于形成在壳体302中的第二孔321中，使得该从动活塞组件320可在该孔中前后滑动，同时保持与壳体302液压密封。该从动活塞组件320通过形成在壳体302中的液压通道304与该主动活塞组件310流体相通。该从动活塞组件320置于滑动销330之上。在一个实施方案中，如图10所示，EGR间隙Z存在于该从动活塞组件320和该滑动销330之间。可选择地，该从动活塞组件320可以与滑动销330接触。
该气门致动器300可操作地连接于向该气门致动器300供应液压流体的供应装置315上。该供应装置315适合于控制通向和来自液压通道304的液压流体的供应，并基于从该控制器400接收到的信号相应地在传递和不传递来自凸轮110的运动输入模式之间切换该气门致动器300。在一个实施方案中，该供应装置315包括流体供应源和一个或多个控制气门(图未示)。可以在使液压流体从流体供应源到液压通道304连通和不连通的模式之间选择性地切换所述一个或多个控制气门。如前所述，可预期的是，该供应装置315可以包括使液压流体供应至气门致动器300和从该气门致动器300供应液压流体所需要的任何装置的组合。
来自凸轮110的运动被传递至主动活塞组件310，然后该主动活塞组件310通过通道304中的液压压力将运动传递至从动活塞组件320。该液压压力使该从动活塞组件320向下平移，并作用于该滑动销330。然后，这使得滑动销330通过气门跨接件250作用于单个气门200或多个气门200(如图10所示)，以产生EGR事件。
参考图10，该气门致动系统10还可以包括发动机制动系统500。该发动机制动系统500可结合到排气摇杆510中。该排气摇杆510可以包括接收摇杆轴的中心开口505及形成于其中的液压制动通道515。摇杆臂510适合于绕中心开口505前后枢转。该排气摇杆510还可以包括用于容纳滑动销330的孔530。该制动系统500还可以包括制动活塞组件520，其置于形成在排气摇杆510中的孔中。该制动活塞组件520与制动通道515相通。本领域所属技术人员是显而易见的是，基于运动施加力所输入的运动(例如通过排气凸轮，图未示)，该发动机制动系统500可以适合于提供减压式制动和/或放气式制动。
在一个实施方案中，该滑动销330还可以包括摇杆接触表面334和用于接触气门跨接件250的底脚部336。如图10所示，制动间隙L可以形成于排气摇杆510和摇杆接触表面334之间。
在发动机制动过程中，排气凸轮上的发动机制动凸部可以使液压压力作用于制动活塞组件520。然后，这可以使制动活塞组件520通过制动销540作用于排气气门200，以产生发动机制动气门事件。当排气凸轮持续旋转时，主排气事件凸部所施加的运动使排气摇杆510绕中心开口505旋转，使得制动间隙L消除。这使排气摇杆510接触摇杆接触表面334，并致动一个或多个发动机气门200，以产生主排气事件。相似地，在正功操作过程中，排气凸轮使排气摇杆510绕中心开口505旋转，接触摇杆接触表面334，并致动一个或多个发动机气门200，以产生主排气事件。因此，该气门致动器300可以独立于制动系统500进行操作。此外，EGR间隙Z可以独立于制动间隙L。
该从动活塞组件320可以包括从动活塞弹簧324，其在从动活塞组件320底部处置于壳体302中。该弹簧324在孔321中向上远离发动机气门200地推压从动活塞组件320。当该排气摇杆510接触滑动销330并致动该发动机气门200时，该从动活塞组件320与滑动销330分离。逆着在通道304中源于供应装置315的任何较低液压压力(其可作用于活塞)，该弹簧324向上保持着从动活塞组件320。这防止从动活塞组件320“顶推”，所述“顶推”是一种破坏系统的情况。
在本发明另一个实施方案中，如图12所示，该气门致动器300可以致动一个或多个进气气门200，以在主排气事件过程中产生EGR事件。在该实施方案中，该施动装置100可以包括具有主排气凸部112的排气凸轮110。如图所示，该从动活塞组件320可适合于通过气门跨接件250直接作用于单个发动机气门200或多个发动机气门200。可选择地，该从动活塞组件320可以适合于作用在进气摇杆(图未示)，然后使摇杆致动该气门200。
该气门致动器300还可以包括用于修正施动装置100所输入运动的修正装置，以提供所需的EGR气门事件关闭时间。在一个实施方案中，如图13所示，该气门致动器300还包括在主动活塞组件310中形成的限幅(clip)通道314和置于主动活塞组件310中的止回气门312。该限幅通道314与主动活塞孔311及通道304相连通。积聚器活塞350置于形成于壳体302的孔中。如图13所示，当该凸轮110位于基圆时，该主动活塞组件310处于其最低位置。在该位置处，该止回气门312与形成于壳体302中的排放通道306对齐。如图13所示，该限幅通道314的开口和排放通道306的开口间隔开可变距离Xr。
该气门致动器300按如前所述操作。当凸轮110从基圆旋转时，该凸轮110向该主动活塞组件310传递运动，然后该主动活塞组件310通过通道304中的液压压力将运动传递至该从动活塞组件320。该液压压力使该从动活塞组件320向下平移，并作用于滑动销330(如果有的话)，然后该滑动销330致动该发动机气门200。
当该主动活塞组件310在孔311中平移距离Xr时，该限幅通道314暴露于该排放通道306。此时，该通道304中的部分液压流体通过排放通道306排出，并进入积聚器活塞350。在弹簧324和气门弹簧的推压作用下，这降低了通道304中的压力，并使从动活塞组件320缩回。当该从动活塞组件320不再作用于该发动机气门200时，该气门提前关闭。如图14中虚线所示，这产生了缩短或“限幅(clipped)”的EGR气门事件221。图14所示的气门升程分布图仅是示例性的；可以预期的是，气门关闭的精确正时和相对应的EGR事件持续期间可以变化。例如，该排放通道306的尺寸和位置可以适合于修正EGR气门事件221的持续期间。
当该主动活塞组件310从其升程最高点返回至在凸轮基圆的最低位置时，该止回气门312与排放通道306对齐。允许该积聚器活塞350中的流体流经止回气门312，流进该主动活塞孔311和通道304。与向外释放流体并需要恒定地将流体供应至该系统相反，这种排列方式促进了流体的再利用。这可以减少了系统补足流体的需要，并可以减少系统流体中的“泡沫”。
参考图15a和图15b，显示了气门致动器300的另一个实施方案，其中相同的附图标记代表相同的元件。该主动活塞310包括置于其中的止回气门组件。该止回气门组件包括球状物360和弹簧362。该弹簧362抵靠着基座推压该球状物360，并覆盖着形成于该主动活塞310中的限幅孔(clip hole)361。可以改变该弹簧362的尺寸，使得该主动活塞310上方的液压压力不会使该球状物360离位。可选择地，可以改变该弹簧362的尺寸，使得该球状物360在所需的压力下离位。可以在该主动活塞310的外壁上设置环形锁止件(detent)364，且该环形锁止件364可以与形成在该主动活塞310中的通道363相连通。该环形锁止件364可选择性地与倾泄端口306相连通。
限幅(clip)调节组件370可以设置于该主动活塞310之上。该限幅调节组件370包括柱塞372和锁紧螺丝374，所述柱塞372穿过该壳体302延伸进该主动活塞孔311。该锁紧螺丝374可进行调整，以使该柱塞372在该孔311内延伸所需距离。该主动活塞弹簧318朝远离该柱塞372的方向推压该主动活塞310。
可以如下所述来操作图15a和图15b所示的本发明实施方案，以修正施动装置100所输入的运动，从而提供所需的EGR气门事件关闭时间。在操作过程中，将低压的液压流体供应至该通道304。流体经过该通道304并流至该主动活塞孔311处的该通道终点。当该凸轮110位于基圆时，该主动活塞310到达其在该主动活塞孔311中的最低位置。此时，环形锁止件364可以不与倾泄端口365对齐。当对该主动活塞310施加运动时，该主动活塞310在该孔311中向上移动。该主动活塞的运动通过该通道304中的液压压力传递至该从动活塞320。这使得该从动活塞320向下平移，从而致动了该发动机气门200。
参考图15b，当该主动活塞310在该主动活塞孔311内持续向上平移时，该柱塞372的梢端接触到该球状物360，且使其从限幅孔361处离位。此时，该环形锁止件364与倾泄端口365对齐。该主动活塞310上方和通道304中的高压流体流经未被覆盖的限幅孔361和该通道363，且通过该倾泄端口365排出。流体可以被倾卸出来，返回至该供应装置315或积聚器。
通过倾泄端口365排出流体，可降低该液压通道304中的压力，使得该从动活塞320在弹簧324和/或气门弹簧的推压下缩回。随着该从动活塞320不再作用于该发动机气门200，气门提前关闭。参考图14，这引起缩短或限幅的EGR气门事件221。修正所施加运动时所处的点222可以变化。该锁紧螺丝374可以被拧松或拧紧，以调整该柱塞272的位置和相应的限幅高度。
参考图16a和图16b，表明气门致动器300的另一个实施方案，其中相同的附图标记代表相同元件。该气门致动器300包括主动活塞套筒380，其可滑动地置于该主动活塞孔311中。第一环形锁止件384和第二环形锁止件382可以设置在该套筒380的外壁中，且固定槽385可以设置在该套筒380的内壁中。形成于该套筒380中的供应通道381与环形锁止件382对齐，且形成于该套筒380中的限幅通道383与环形锁止件384对齐。
该主动活塞310可滑动地置于套筒380内的腔体366中。固定环387可滑动地置于固定槽385中。弹簧386包括与套筒380相接触的第一端，及与固定环387相接触的第二端。该弹簧386抵靠着该主动活塞310向下推压固定环387。
间隙通道388可以设置在该壳体302中。该间隙通道388可以在该通道304之上的位置处终止于主动活塞孔311的顶部。如图16a所示，该间隙通道388连接着恒定低压的液压流体供应。止回气门389可以置于间隙通道388中，从而基本上仅允许流体从该间隙通道388单向地流向该主动活塞孔311。
可以按以下所述来操作图16a所示的本发明实施方案，来修正施动装置100所输入的运动，从而提供所需的EGR气门事件关闭时间。恒定的低压流体供应在孔311内向下推压套筒380和主动活塞310。因为弹簧386的力大于该套筒上方的低压所产生的力，所以该套筒380和该主动活塞310一起移动。该套筒380和该主动活塞310被向下推压，直到该主动活塞311接触该施动装置100，从而消除了系统中的间隙。如图16a所示，在该位置，该环形锁止件382与该通道304对齐，且该环形锁止件384与该倾泄端口365对齐。
在操作过程中，低压流体被供应至该通道304。通过环形锁止件382和供应通道381，流体经过该通道304流向腔体366。当运动被施加至该主动活塞310时，该主动活塞310在腔体366内向上移动。因为该止回气门389不允许流体朝向低压供应回流，所以此时该套筒380上方的该间隙通道388中的流体不能逸出。从而，该套筒380相对于该主动活塞310被液压锁紧，并且不会移动。
主动活塞运动通过该通道304中的液压压力被传递至该从动活塞320。这使该从动活塞320沿向下方向平移，从而致动该发动机气门200。该主动活塞310在该主动活塞孔311内持续向上平移，直到该主动活塞环形锁止件364与环形锁止件384及倾泄端口365对齐。在腔体366和通道304中的高压流体流经限幅孔361和通道363，并通过倾泄端口365排出。流体可以被倾卸出来，返回至该低压供应或积聚器。
流体通过该倾泄端口365排出，可降低该液压通道304中的压力，使得该从动活塞320在弹簧324和/或气门弹簧的推压下缩回。随着该从动活塞320不再作用于所述一个或多个发动机气门200，所述一个或多个气门提前关闭。参考图14，这引起缩短或限幅的EGR气门事件221。
参考图16b，其中相同的附图标记代表相同元件，该气门致动器300提供了与图16a所示系统稍微不同的间隙机构。该间隙通道388在通道304上方的位置处(但不位于该孔311顶部)终止于该主动活塞孔311。低压流体通过该间隙通道388供应至该套筒380上方的间隙腔367中。该流体可以通过主动活塞310和该主动活塞孔311之间的间隙缓慢地填满间隙腔367。间隙腔367中的流体在该孔311内向下推压该套筒380和该主动活塞310，从而消除系统中的间隙。当系统关闭时，间隙腔367中的流体可以缓慢地从主动活塞孔311中漏出。可以按上述对图16a所示的系统的操作方式，来操作图16b所示的系统，从而提供所需的EGR气门事件关闭时间。
参考图17a和图17b，表明气门致动器300的另一个实施方案，其中相同的附图标记代表相同元件。该气门致动器300可以包括置于壳体302中的重置装置390。该重置装置390延伸至该从动活塞320上方的从动活塞孔321中。在其中形成有放泄孔326的密封板325置于该从动活塞320上方。该从动活塞320可以包括形成于其中的积聚器328和减压孔329。
参考图17b，重置装置390包括壳体391和重置柱塞392，其中该壳体391可调地安置于该壳体302中。上部弹簧393抵靠着该密封板325向下推压该重置柱塞392。该柱塞392的底脚部覆盖着该放泄孔326。下部弹簧394倚靠在该壳体391上。
可以按下述方式来操作图17a和图17b所示的本发明实施方案，以修正施加于气门致动器300的运动，从而提供所需的EGR气门事件关闭时间。当该主动活塞320在凸轮基圆上且没有运动传递至该从动活塞320时，该从动活塞被从动活塞弹簧324抵靠着该密封板325和重置装置390向上进行推压。该柱塞392被上部弹簧393抵靠着该密封板325进行推压，从而覆盖该放泄孔326。随着运动被施加于该主动活塞310，该主动活塞310向上移动，并对该通道304中的液压流体加压。主动活塞运动通过该通道304内的液压压力被传递至从动活塞320。该液压流体进入从动活塞孔321，并作用于该从动活塞320和该密封板325。经形成于壳体391中的环形槽396，该液压流体可以进入壳体391和密封板325之间的空间397。当液压流体开始向下推动从动活塞320和密封板325时，该柱塞392在上部弹簧393的推压下跟随。随着柱塞392向下移动，该柱塞392接触下部弹簧394。上部弹簧393的力和作用于柱塞392的液压压力的合力足以克服下部弹簧394的力。因此，柱塞392的脚底部持续向下移动，并保持与放泄孔326的密封。
该柱塞392持续跟随着从动活塞320的向下移动，直到柱塞392碰到形成于壳体391中的挡块395，并开始与密封板325分离。作用于柱塞392的液压压力被降低。此时，下部弹簧394的力足以克服作用于柱塞392上的上部弹簧393的力和任何残余的液压压力。该下部弹簧394迫使柱塞392向上移至其最初位置，从而打开放泄孔326。此时，来自通道304的高压流体通过放泄孔326倾卸到积聚器328。该积聚器328和减压孔329的组合吸收了主动活塞310所提供的运动。因为高压流体不再作用于从动活塞320，所以在从动活塞弹簧324或气门弹簧的推压下，该从动活塞320在从动活塞孔321内缩回。随着从动活塞320不再作用于一个或多个发动机气门200，所述一个或多个气门提前关闭。参考图14，这引发缩短的EGR气门事件221。
积聚器328允许倾泄的油通过放泄孔326再填充返回到从动活塞孔321。形成于密封板325中的环形槽可以便于流体返回到该孔321。可预期的是，可以设置不带积聚器的从动活塞310，从而高压流体通过减压孔329直接地倾泄。
在可选择的实施方案中，该气门致动器300还可以包括控制发动机气门200的回位速度的控制装置(气门捕获组件)340。在本发明一个实施方案中，如图18a所示，气门捕获组件340包括气门捕获主体341，其置于从动活塞组件320上方的壳体302中，从而主体341的一部分延伸进从动活塞孔321中。该气门捕获组件340还包括置于主体341中的气门捕获柱塞343及气门捕获弹簧342，其中该弹簧342包括与柱塞343接触的第一端和与主体341接触的第二端。交叉通道344形成于气门捕获柱塞343中，且其方向基本上垂直于从动活塞孔321的方向。交叉通道344与从动活塞孔321相连通。放泄通道345形成于气门捕获柱塞343中，并与交叉通道344相连通，其中所述放泄通道345的方向基本上平行于从动活塞孔321的方向。放泄通道345的尺寸可进行调整，使得从增压室322或从动活塞孔321进入放泄通道345的流体流动受到限制。
参考图18a，该从动活塞组件320还可以包括形成于其中的增压室322。该增压室322与通道304和从动活塞孔321相连通。该柱塞343被弹簧342推压到从动活塞孔321中。该从动活塞组件320在从动活塞孔321中被从动活塞弹簧324向上推压，且远离发动机气门200。当没有流体压力作用于从动活塞组件320时，因为从动活塞弹簧324的推压作用大于弹簧342的推压作用，所以该从动活塞组件320被强迫抵靠着柱塞343。在该位置，柱塞343堵塞了增压室322以防止与从动活塞孔321相连通，但将增压室322放置成与放泄通道345相连通。然后，如图18a所示，柱塞343的外边缘被强迫抵靠着主体341。
现在说明图18a所示的气门捕获组件340的操作。当主动活塞组件310被凸轮110的运动向上推动时，高压液压流体通过流体通道304流向从动活塞组件320并进入增压室322。因为柱塞343不可以缩回到主体341，所以该从动活塞组件320临时地保持抵靠着柱塞343。这样，流体从增压室322流经放泄通道345并流进交叉通道344中。然后，从交叉通道344处，流体被排空进入从动活塞孔321内。从动活塞孔321中流体所产生的压力作用于从动活塞组件320的顶部，使得其开始向下平移。柱塞343跟随从动活塞组件320一定距离，然后与其脱离。一旦从动活塞组件320与柱塞343脱离，流体就更容易地从增压室322释放到孔321中，从而产生作用于从动活塞组件320顶部上的额外压力。如上所述，从动活塞组件320跟随主动活塞组件310的运动，并在孔321中向下平移，从而致动发动机气门200。
当发动机气门200开始复位时，从动活塞组320在孔321中向上移动。孔中的流体流经通道304，直到从动活塞组件320碰到柱塞343。此时，从动活塞组件320持续向上平移，迫使孔321中的流体流经放泄通道345和交叉洞344。然而，放泄通道345的较小尺寸限制了离开孔321的液压流体流动。这种限制流动所产生的压力产生作用以减慢了发动机气门200的复位。
因为柱塞不可以缩回到主体341内，所以从动活塞组件320不可以脱离柱塞343，直到足量的液压压力通过放泄通道345和交叉通道344被释放。因为放泄通道345相对于增压室322较小，所以脱离所需的压力可以不立即就产生。因此，从动活塞组件320可以不跟随主动活塞组件310的运动，直到在增压室322内聚集出高压。当这种情况发生时，在从动活塞承受主动活塞组件310的更多渐近运动之前，高压可以引发从动活塞组件320的极快向下最初位移。从动活塞组件320的这种不均匀运动，可以引起发动机气门200的不平稳气门升程。
参考图18b，其中相同的附图标记代表与图18a中相同的元件，这里将讨论气门捕获组件340的优选实施方案。气门捕获组件340还包括形成于主体341中的狭槽346。柱塞343保持由弹簧342进行推压，且从主体341的开口处延伸；然而，该柱塞343适合于退回至主体341中。因此，当没有流体压力作用于从动活塞组件320时，从动活塞组件320被保持直接抵靠着主体341。当对其施加额外压力时，该柱塞343可以超过狭槽346退到主体341中。
这里将讨论如图18b所示的气门捕获组件340的操作。如前所述，主动活塞310的运动使高压液压流体经流体通道304流向从动活塞组件320并进入增压室322。高压流动使柱塞超过狭槽346退进主体341中。然后，高压流动可以作用于从动活塞组件320顶部的较大表面积，使其较早地脱离主体341，并允许从动活塞320跟随最初主动活塞运动。这产生用于EGR气门事件的平稳气门升程分布图。
本领域所属技术人员显而易见的是，可在不脱离本发明范围或精神内对本发明做出变化和修改。例如，可以预期的是，主动活塞组件310、从动活塞组件320和气门捕获组件340的实施方案可以一起使用或分开使用。此外，主动活塞组件310、从动活塞组件320和气门捕获组件340的实施方案可以与其他气门致动系统(如发动机制动系统)联用。从而，本发明意图涵盖本发明所有的变化和修改，只要其落于所附的权利要求及其等价物的范围内。
权利要求
1.一种在多缸体发动机中提供废气再循环EGR的方法，其中每个发动机缸体包括至少一个发动机气门、进气歧管和排气歧管及气门致动器，所述方法包括如下步骤向该气门致动器施加运动；响应于所施加的运动，致动第一发动机缸体的发动机气门；确定第一发动机和第二发动机的参数水平；响应于第一发动机参数水平和第二发动机参数水平，修正所施加的运动，以产生废气再循环事件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，修正所施加的运动的步骤还包括如下步骤在该第二发动机参数水平超过该第一发动机参数水平之前关闭该发动机气门。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该发动机气门包括排气气门。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该第一发动机参数值包括排气歧管压力，该第二发动机参数值包括发动机缸体压力。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该发动机气门包括进气气门。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该第一发动机参数值包括发动机缸体压力，该第二发动机参数值包括进气歧管压力。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加运动的步骤还包括如下步骤对应于第二发动机缸体的主气门事件来施加运动。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该主气门事件包括主进气事件。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，修正所施加的运动的步骤还包括如下步骤使用来自第二发动机缸体的废气脉冲，用于便于气体再循环进入该第一发动机缸体。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该排气歧管包括拼合式排气歧管。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，修正所施加的运动的步骤还包括如下步骤使用来自第二发动机缸体或第三发动机缸体之一的废气脉冲，用于便于气体再循环进入该第一发动机缸体。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该排气歧管包括非拼合式排气歧管。
13.一种在多缸体发动机中提供废气再循环EGR的系统，该发动机包括壳体，每个发动机缸体包括至少一个发动机气门、进气歧管和排气歧管，所述系统包括置于发动机壳体上的EGR壳体，所述EGR壳体包括形成于其中的液压通道；用于致动第一发动机缸体的发动机气门的装置；用于向所述气门致动装置施加运动的装置；以及用于修正施加于所述气门致动装置的运动的修正装置，以产生具有较早气门关闭时间的EGR事件。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述气门致动装置包括主动活塞组件，其可滑动地置于形成在所述EGR壳体中的第一孔中；及从动活塞组件，其可滑动地置于形成在所述EGR壳体中的第二孔中，所述从动活塞组件通过液压通道与所述主动活塞组件相连通。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述运动修正装置放置在所述主动活塞组件中。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述运动修正装置放置在所述从动活塞组件中。
17.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所施加的运动对应于第二发动机缸体的主气门事件。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该主气门事件包括主进气事件。
全文摘要
本发明公开了一种致动一个或多个发动机气门以产生一个或多个内部废气再循环事件的系统和方法。本发明的方法是一种在多缸体发动机中提供废气再循环EGR的方法，其中每个发动机缸体包括至少一个发动机气门、进气歧管和排气歧管及气门致动器。所述方法包括如下步骤向该气门致动器施加运动；响应于所施加的运动，致动第一发动机缸体的发动机气门；确定第一发动机和第二发动机的参数水平；以及响应于第一发动机参数水平和第二发动机参数水平，修正所施加的运动，以产生废气再循环事件。
文档编号F02D41/00GK1695004SQ03825091
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月12日 优先权日2002年9月12日
发明者杨周, 布赖恩·鲁杰罗, 黄胜强 申请人:柴油发动机减震器有限公司