具有气门落座控制的气门驱动系统的制作方法

专利名称：具有气门落座控制的气门驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及控制内燃机气门的系统和方法。特别地，本发 明涉及控制发动机气f ，落座的系统和方法。
背景技术：
发动机燃烧室气门，例如吸气气门和排气气门，通常被弹簧偏 置向气门闭合位置。在许多内燃机中，发动机气门可以由发动机中 固定轮廊的凸轮打开和关闭。更为明确地，气门可以被凸轮上的一 个或儿个固定的圆形突出部打开或关闭。在一些情况下，使用固定 轮廓的凸轮很难调整发动机气门抬起的时间和升起量。但是，可以 希望在各种发动机操作条件下，例如不同的发动机速度下，调整气 门打开和关闭的时间并调整气门升起。
如果给定固定的凸轮轮廓，调整气I、，吋间和升起的方法为在气 门和凸轮之间的气阀机构连接中并入"空转"设备。空转是应用在 一类用于改变阀运动的技术方案中的术语，所述阀运动由具有可变 长度的机械、液压或其它连接装置的凸轮轮廓所控制。空转系统可 以包括可变长度设备，可变长度设备在凸轮和发动机气门之间的气 阀机构连接中。凸轮上的圆形突出部可以提供发动机操作条件范围 内需要的"最大"运动(凸轮曲线的最长同心部分和最大凸轮升程)。
当完全展开吋，可变长度设备(或空转系统)可以把凸轮的所有运 动都传递给阀门，而且当完全收縮时，可变长度设备不传递或传递 少量的凸轮运动给阀门。通过选择性地减少空转系统的长度，由凸 轮传递给阀门的部分或全部运动可以被有效地减少或丧失。
基于液压的空转系统可以通过使用液压可仲展或可縮回的活 塞组件来提供可变长度设备。当活塞縮回它的液压腔时，所述设备 的长度被缩短，而且当活塞伸出它的液压腔时，所述设备的长度被 增加。 一个或多个液压流体控制阀可以被用于控制液压流体流入和 流出液压腔。
正如已知的可变气门驱动(VVA)系统， 一种空转系统可以设
有多级空转运动。液压VVA系统可以使用高速控制阀来快速地改变
在腔中液压流体的量，液压空转运动活塞容纳在腔中。控制阀也能 够在腔体中提供超过两级的液压流体，因此使空转系统获得许多长 度，且提供阀驱动的可变级别。
通常要求发动机气门非常快地打开和关闭，而且因此气门复位 弹簧通常相对坚硬。气门打开动作之后，如果没有止回，气门复位 弹簧可能会使气门以足够大的力碰撞它的座，以损毁气门和/或它 的座。在使用气门挺杆来跟随凸轮轮廓的气门驱动系统中，凸轮轮 廓提供内置气门关闭速度控制。凸轮轮廓可以形成为使驱动圆形突 出部与凸轮基圆逐渐地融合在一起，当发动机气门靠近它的座时， 对发动机气门减速起作用。
在液压空转系统中，特别地在VVA液压空转系统中，液体从液 压管路中快速排放可以防止气门经受由凸轮轮廓提供的气门落座。 例如，在VVA系统中，通过从空转系统中快速释放液压流体，使得 发动机气门可以比由凸轮轮廓提供的时间更早关闭。当液体从空转 系统中释放，气门复位弹簧可以使发动机气门"自由落体"，而且
以不可接受的高速碰撞气门座。气门用这样的力碰撞气门座，会使 它最终磨蚀气门或气门座，或者甚至使气门裂缝或破裂。在这个例 子中，可以希望控制发动机气门落座，因为气门的关闭速度被从空 转系统中释放的液压流体所控制，而不是被固定凸轮轮廓控制。因 此，在包括空转系统的发动机中，而且特别地在VVA空转系统中， 需耍气门落座设备。
为了避免发动衫L气门和它的座之间的破坏性的碰撞，不论其它 气阀机构元件的位置，气门落座设备应该抵抗关闭运动。为了实现 这个目标，发动机气门经受气门落座控制的位置应该相对恒定。换 句话说，在气门落座设备积极抵抗阀门的关闭运动的发动机气门行 程中，所述位置应该在所有发动机操作条件下相对恒定。因此，无 论介入的气阀机构元件的位置，给气门落座设备定位以便它能够抵 抗发动机气门的关闭运动都是有利的，介入的气阀机构元件例如摇 臂、推管或类似物。
气门落座设备可以包括液压元件，因此需要被支撑在壳体中， 而且需要液压流体的供给，同时更要安装在特定发动机的封装所限 制的范围内。将气门落座设备定位在其它液压空转部件附近也是有 利的。通过将气门落座设备定位在其它液压空转部件附近，可以共 享壳体、液压供给、和/或储液器，因此减少所需要部件的体积和 数量。
本发明的不同实施例可以满足前述的一个或几个需要，而且也 提供其它优点。

发明内容
申请人公开一种创新的具有气门落座控制的气门驱动系统。在
一个实施例中，所述系统包括在其内有孔的壳体；可滑动位于孔中 的外部活塞，所述外部活塞中具有开口；和可滑动地位于外部活塞
中的止动活塞，所述止动活塞具有从所述止动活塞延伸到外部活塞 开口中的锥形延伸部。
申请人还公开了一种创新的气门落座设备，包括在其内有孔 的壳体；可滑动位于孔中的圆柱形外部活塞，具有中空的内部的所 述外部活塞在其下部分中形成开口 ；可滑动地位于外部活塞中的圆 柱形止动活塞，具有中空的内部的所述止动活塞具有从所述止动活 塞延仲到外部活塞开口中的锥形延伸部；位于外部活塞的上部的
盖，所述盖中具有开口；位于止动活塞和盖之间的止动弹簧；和至 少一个位于所述盖和所述壳体孔的端壁之间的弹簧。
申请人还公开了一种创新的气门落座设备，包括在其内有孔 的壳体；可滑动位于孔中的圆柱形外部活塞，具有中空的内部的所 述外部活塞在下部分中形成开口 ；可滑动地位于外部活塞中的圆柱 形止动活塞，具有中空的内部的所述止动活塞具有从所述止动活塞 延伸到外部活塞开口中的锥形延伸部；位于外部活塞的上部的盖， 所述盖中具有开口；位于止动活塞和盖之间的止动弹簧；至少一个 位于所述盖和所述壳体孔的端壁之间的弹簧；和一个或多个位于外 部活塞和壳体孔的下部之间的止回阀。
应该明白前述的概要描述和后续的详细描述仅仅是示例和说 明，并不是对所声称的本发明的限制。在这里并入作为参考并组成 说明书 一 部分的附图阐明本发明的某些实施例，并和详细的说明一 起用于解释本发明的原理。


为了有利于理解本发明，现在将参考附图进行描述，其中相同 的附图标记指相同的元件。图形仅仅是一个示例，不应该成为对本 发明的限制。
图1是气门落座控制系统的示意图。
图2是根据本发明第一个实施例的气门落座设备的横截面视
图3是根据本发明第二个实施例的气门落座设备的横截面视
积曲线图。
具体实施例方式
现在将参考图1中详细阐明的本发明的气门落座控制系统10 的第一个实施例。系统10可以包括一个或多个可操作地连接在空 转系统100、气门落座设备200和至少一个发动机气门400上的气 阀机构元件300。空转系统100可以接收来自运动输入装置500的 输入。气阀机构元件300可以将气门驱动运动传递给发动机气门 400。发动机气门400可以被驱动来产生各种发动机气门动作，例 如主吸气、主排气、减压制动、排放制动、废气再循环、排气气门 的早期打开和/或关闭、吸气气门的早期打开和/或关闭、对中的升 起等等，但不局限于此。发动机气门400可以包括排气气门、吸气 气门或辅助气门。
运动输入装置500可以包括用于传入线性驱动运动的凸轮、推 管、摇臂或其它机械的、机电的、液压的、或气动设备的任何组合。 运动输入装置500可以收到来自发动机部件的运动，而且把所述运 动作为输入传递给空转系统100。
空转系统100可以包括任何把运动输入装置500连接到气阀机 构元件300的结构，而且空转系统100能够选择性地空转部分或者 全部由运动输入装置500输入给它的运动。例如，空转系统100可 以包括可变长度的机械连接、液压管路、液压机械连接、机电连接、 和/或任何其它连接，所述连接设置在运动输入装置500和气阀机
构元件3Q0之间，且能够得到不止一个操作长度。如果空转系统100
包括液压管路，它可以包括用于调整在液压管路中流体的压力或流 量的装置，例如，触发阀、止回阀、储液器、和/或其它用于从液
压管路1—〗i释放液体或向液压管路中增力n液体的设备。
发动机气门400可以设置在套筒420内，套筒420又设在气缸 头410中。发动机气门400可以相对于套筒420向上和向下滑动， 而且可以被气门弹簧450偏置向闭合位置。可以在气缸头410和气 门弹簧保持器440之间压縮气门弹簧450，气门弹簧保持器440可 以连接在气门杆的一端上，因而把发动机气门400向发动机气门座 430偏置。当发动机气门400与发动机气门座430接触时，发动机 气门400有效地处于闭合位置。
一个或多个气阀机构元件300可以收到来自空转系统100的 力，而且可以把此力传输给发动机气门400。 一个或多个气阀机构 元件300也可以把气门弹簧450的力传回给空转系统100和/或气 门落座设备200，气门弹簧450把发动机气门400偏置到闭合位置。
气门落座设备200可以可操作地连接在气阀机构元件300上。 当气门落座设备200致动时，它可以通过气阀机构元件300给发动 机气门弹簧450的偏置提供阻力。在优选实施例中，气门落座设备 200可以持续工作。但是，希望当用户需要时可以使气门落座设备 200制动，以便在选择的时段它不操作发动机气门400落座。当气 门落座设备200不起作用时，发动机气门400可以在发动机气门弹 簧450的偏置下和/或空转系统100的作用下落座。
当空转系统100不被致动空转时，可以把来自运动输入装置500 的运动通过气阀机构元件300传递给发动机气门400。同样地，发 动机气门弹簧450的力可以从发动机气门弹簧450通过气阀机构元 件300传递给空转系统100禾n/或气门落座设备200。但是，当空转
系统IOO对运动输入装置500起空转作用吋，发动机气门400通常 以"自由降落"来关闭，在这种状态下，发动机气门400会以不希 望的高速与发动机气门座430接触。当空转系统100处于空转时， 为了使发动机气门400关闭时的速度减慢，可以使用气门落座设备 200。
通过气阀机构元件300抵抗发动机气门400的运动，气门落座 设备200可以减慢发动机气门400与发动机气门座430接触时的速 度。优选以渐进的方式，而且特别是在行程中的最后几毫米中，气 门落座设备200可以减缓发动机气门400落座的速度，因此减少发 动机气门400和发动机气门座430的磨损和损坏。
使用已知气门落座设备的例子在Vanderpoel等人的美国专利 No. 6474277和Schwoerer等人的美国专利No. 6302370中公开，其 每一个在此都并入作为参考。
在图2中详细阐述气门落座设备200的第一个实施例，其中相 同的附图标记指相同的元件。气门落座设备200可以位于在其内具 有柱形孔的壳体202中。下壳体部分204可以包括一个或多个给气 门落座设备提供液体的端口 (未示出)。
柱形外活塞210可滑动地位于壳体202中。外活塞210可以包 括中空的内部，位于下部的开口 280和上端。开口 280可以允许液 压流体在外活塞210的中空内部和壳体202的下部204之间流动。 外活塞210也可以包括在它的下部内部中形成的环形凹槽。
柱形止动活塞220 (catch piston)可滑动地位于外活塞210 的中空内部中。止动活塞220可以包括当止动活塞220顶靠外部活 塞210吋，从止动活塞的底部向开口 280中延伸的锥形延伸部225。 止动活塞220也可以包括中空的内部。外部环形圈也可以从止动活 塞的下部延伸入外部活塞210中的环形凹槽。
止动活塞220的锥形延伸部225可以选择为从它的基部到它的 下端逐渐变细的形状。可以选择锥形延伸部225的锥形在其基部与 开口 280的直径基本上相同，而且在其下端具有较小的直径。在气 门落座动作过程中依据所希望的通过开口 280的流体节流水平，锥 形延仲部225可以从基部到端部线性逐渐减小，或者不到线性地逐 渐减小。
可以在外活塞210的上端设置盖290。所述盖可以包括盖开口 295，其允许液体在外活塞210的内部和壳体孔的上部之间流动， 外活塞可滑动地位于壳体孔中。可以在外活塞210和止动活塞220 的内部设置止动活塞弹簧270。止动活塞弹簧270可以把止动活塞 220和盖290彼此偏置开。内部盖弹簧250和外部盖弹簧260可以 设置在壳体202中的孔的上部。内部盖弹簧250和外部盖弹簧260 可以偏置盖290和外活塞210，使其远离壳体202孔的上端壁。
在下壳体部分204中可以设置可滑动的销230。可滑动的销230 在销导向装置2 4 0的导向下可以相对于开口 2 8 0保持在中心位置。 销导向装置240允许销230垂直滑动，以便它可选择性的覆盖开口 280。如图1所示，销230可以包括与发动机气门400接触的下端， 或接触发动机气门桥或多个介入的与发动机气门接触的气阀机构 元件300中的任何一个。销230可以传递发动机气门400和气门落 座设备200之间的关闭发动机气门的力和气门落座阻力。内部盖弹 簧250、外部盖弹簧260和止动活塞弹簧270可以共同偏置气门落 座设备200使其顶靠销230，销230又被偏置而顶靠发动机气门。
可以如下操作气门落座设备200。当希望控制气门落座时，可 以通过自动控制阀或其它设备给下壳体部分204提供液压流体。当 发动机气门打开时，销230跟随发动机气门向下。随着销230向下 移动，内部和外部盖弹簧250和260，和止动活塞弹簧270使气门落座设备200的元件分离。最后，开口 280可以不再被销230的上 端所覆盖。因为止动活塞弹簧270向下偏置不够大，和/或因为所 述弹簧到达它的最大伸展极限，下壳体部分204中的液压流体可以 向上推动止动活塞220，而且液压流体会流过锥形延伸部225，以 充满外部活塞210和锥形延伸部225之间的空间。液压流体也可以 漏过止动活塞220和外部活塞210之间的空间，以既充满盖290上 方的空间，又充满止动活塞和外部活塞的内部。因此，气门落座设 备200的所有内部空间都被液压流体充满。
当发动机气门关闭吋，销230向上移动，直到它与外部活塞210 接触。当销230与外部活塞接触时，它可以完全地或部分地覆盖开 口的下端，而且因此可以至少部分地阻断来自外部活塞210和止动 活塞220之间空间的液压流体流到下壳体部分204中。气门落座设 备200中的液压流体和弹簧250、 260和270会抵制销230进一步 向上的移动。锥形延伸部225可以逐渐节流来自外部活塞210和止 动活塞220之间空间的流体。随着发动机气门逐渐接近它的座，液 流的逐渐节流使得销230向上移动的阻力逐渐增加，因而在发动机 气门到达它的座之前，它向上的速度逐渐降低。可以设计锥形延伸 部225在发动机气门到达它的座之前的最后几毫米过程中逐渐节 流。在这种方式下，锥形延伸部沿开口 280提供可变的流动面积。 这也允许开口 280具有比较大的直径，且可以使用于下一个气门落 座动作的液压流体更快地再充满气门落座设备200的内部。从气门 落座设备200的内部回流入下壳体部分204中的液压流体可以被吸 入相对低的液压流体供给系统(未示出)，液压流体供给系统给下 壳体部分提供液体。
气门落座设备200的第二个实施例在图3中阐明，其中相同的 附图标记指相同的元件。图3中所示的气门落座设备与图2中所示
的气门落座设备的不同点在于它包括一个或多个设置在外部活塞
210和下壳体部分204之间的止回阀。每一个止回阀可以包括止回 球212，止回球212可以位于止回通道216上端的止回座214上。 止回阀允许液体从下壳体部分204单向流入外部活塞210和止动活 塞2 2 0之间的空间。在气门落座动作之间止回阀可以使气门落座设 备200更快地再次充满液压流体。
在本发明的另一个实施例中，气门落座设备200可以被集成到 从动活塞或其它气阀机构元件300中，因此消除销230和销导向装 置240的需要。
图4是对比已知气门落座设备610和根据本发明的实施例中的 气门落座设各600中所希望的相对于止动活塞行程的流动面积的曲 线图。当使用根据本发明实施例的气门落座设备时，所述曲线图示 出流动面积可以在早期的充满(液体)和落座的运动过程中一开始 比较大(曲线图的右侧部分)，且随着气门靠近它的座而逐渐以更 大的速率限制(曲线图的左侧部分)。
很显然，本领域技术人员可以在构架，结构，禾n/或本发明的 操作中做出各种修改和变化，而不脱离本发明的范围和精神。例如， 在不需要空转功能的地方，可以设计在不具有空转系统100的系统 中设置气门落座设备200的实施例。另外，只要气门落座设备200 可以操作发动机气门回到座上，可以将它设置在发动机气阀机构的 任何位置。
权利要求
1、一种气门落座设备，包括在其内有孔的壳体；可滑动位于孔中的外部活塞，所述外部活塞中具有开口；和可滑动地位于外部活塞中的止动活塞，所述止动活塞具有从所述止动活塞延伸到外部活塞开口中的锥形延伸部。
2、 如权利耍求1的气门落座设备，还包括与外部活塞的上部 接触的盖，所述盖中设置有开口；和位于止动活塞和盖之间的止动弹簧。
3、 如权利要求2的气门落座设备，还包括一个或多个位于所 述盖和所述壳体孔的端壁之间的弹贊。
4、 如权利耍求1的气门落座设备，还包括一个或多个位于所 述止动活塞和壳体孔的端壁之间的弹簧。
5、 如权利要求1的气门落座设备，其中锥形延伸部从基部到 终端线性地变细。
6、 如权利要求1的气门落座设备，其中锥形延伸部从基部到 终端逐渐地变细。
7、 如权利要求1气门落座设备，其中锥形延伸部从基部到终 端变细到越来越细的程度。
8、 如权利要求1的气门落座设备，还包括一个或多个位于外 部活塞和壳体孔的下部之间的止回阀。
9、 如权利要求8的气门落座设备，还包括 与外部活塞的上部接触的盖；和位于止动活塞和盖之间的止动弹簧。
10、 如权利要求9的气门落座设备，还包括一个或多个位于所 述盖和所述壳体孔的端壁之间的弹簧。
11、 如权利要求8的气门落座设备，还包括一个或多个位于所 述止动活塞和壳体孔的端壁之间的弹簧。
12、 如权利要求8的气门落座设备，其中锥形延伸部从基部到终端线性地变细。
13、 如权利要求8的气门落座设备，其中锥形延伸部从基部到 终端逐渐地变细。
14、 如权利要求1的气门落座设备，其中锥形延伸部从基部到 终端变细到越来越细的程度。
15、 一种气门落座设备，包括 在其内有孔的壳体；可滑动位于孔中的柱形外部活塞，所述外部活塞在其下部分中 形成开口并具有中空的内部；可滑动地位于外部活塞中的柱形止动活塞，所述止动活塞具有 从所述止动活塞延伸到外部活塞开口中的锥形延伸部，并具有中空 的内部；位于外部活塞的上部的盖，所述盖中具有开口； 位于止动活塞和盖之间的止动弹簧；和 至少一个位于所述盖和所述壳体孔的端壁之间的弹簧。
16、 一种气门落座设备，包括 在其内有孔的壳体；可滑动位于孔中的柱形外部活塞，所述外部活塞在下部分中形成开口并具有中空的内部；可滑动地位于外部活塞中的柱形止动活塞，所述止动活塞具有 从所述止动活塞延伸到外部活塞开口中的锥形延伸部，并具有中空 的内部；位于外部活塞的上部的盖，所述盖中具有开口 ； 位于止动活塞和盖之间的止动弹簧；至少一个位于所述盖和所述壳体孔的端壁之间的弹賛；和 一个或多个位于外部活塞和壳体孔的下部之间的止回阀。
全文摘要
公开了一种可变的气门驱动系统，用于驱动和控制内燃机气门的落座速度。所述系统包括在其内有孔的壳体；可滑动位于孔中的外部活塞，所述外部活塞中具有开口；可滑动地位于外部活塞中的止动活塞；和从内部活塞延伸的锥形延伸部，其中锥形延伸部沿外部活塞开口提供可变的流动面积，以提供改善的发动机气门落座。
文档编号F01L1/14GK101194085SQ200680020579
公开日2008年6月4日 申请日期2006年4月11日 优先权日2005年4月11日
发明者B·鲁杰罗, J·施沃埃雷尔, N·E·富克斯, R·诺斯, 周 杨 申请人:雅各布斯车辆系统公司