用于发动机阀致动系统的液压机械模块的制作方法

1.本公开大体上涉及一种发动机阀致动系统，并且更具体地涉及一种液压机械阀致动模块。


背景技术：

2.现代内燃发动机通常包括与每个燃烧气缸相关联的多个发动机阀部件，所述多个发动机阀部件在操作期间必须在打开位置与关闭位置之间快速并且可靠地移动。换气阀(包括进气阀和排气阀)在发动机操作期间打开和关闭，以分别使得新鲜空气，并且有时是与燃料混合的空气，能够进入用于燃烧的气缸，并且排出排气。在发动机齿轮系中驱动的凸轮轴通常用于旋转与摇臂接触的发动机凸轮，摇臂往复运动以在期望的打开和关闭正时打开和关闭发动机阀。总体上，发动机(并且具体是换气阀方面)的操作环境往往相当恶劣。不仅各种部件移动相对较快，并且有时还对阀座等施加很大的力冲击，而且它们还经历相对极端的温度和温度变化。发动机中的换气阀的故障或性能退化通常可能需要关闭相关联的气缸，并且在最坏的情况下可能导致灾难性的发动机故障。
3.近年来，对于选择性地改变打开和关闭正时以求优化效率、排放和用于各种其它目的，人们越来越关注增加发动机阀和阀致动系统设计的复杂性和细微差别。出于这些和其它原因，发动机阀致动系统大体上设计和构建为相当稳健的。一种已知的发动机阀致动系统从授予harmon的美国专利号7,594,485中获知。尽管harmon阐述的策略确实具有一些应用，但始终存在改进和开发备选策略的空间。


技术实现要素：

4.一方面，一种发动机阀致动系统包括凸轮轴，所述凸轮轴可围绕凸轮轴轴线旋转，并且包括具有围绕凸轮轴轴线的第一凸轮轮廓的第一凸轮，以及具有围绕凸轮轴轴线的第二凸轮轮廓的第二凸轮，所述第二凸轮轮廓不同于所述第一凸轮轮廓。发动机阀致动系统进一步包括阀致动模块，所述阀致动模块具有壳体，所述壳体形成致动流体入口、第一活塞同动通路、第二活塞同动通路和排放口。阀致动模块进一步包括：第一液压机械联动机构，所述第一液压机械联动机构具有响应于所述第一凸轮的旋转而可在所述壳体内移动的第一凸轮从动件活塞；以及可在壳体内移动以致动发动机阀的第一阀致动活塞，并且所述第一凸轮从动件活塞和所述第一阀致动活塞中的每一个活塞具有暴露于所述第一活塞同动通路的致动流体压力的活塞面。阀致动模块进一步包括：第二液压机械联动机构，所述第二液压机械联动机构具有响应于所述第二凸轮的旋转而可在所述壳体内移动的第二凸轮从动件活塞；以及可在壳体内移动以致动发动机阀的第二阀致动活塞，并且所述第二凸轮从动件活塞和所述第二阀致动活塞中的每一个活塞具有暴露于所述第二活塞同动通路的致动流体压力的活塞面。发动机阀致动系统进一步包括电致动的控制阀，所述控制阀可从其中第二活塞同动通路与排放口阻隔的关闭位置移动到打开位置，以停用所述第二液压机械联动机构。
5.另一方面，一种用于发动机阀致动系统的液压机械阀致动模块包括壳体，所述壳体形成致动流体入口、第一活塞同动通路、第二活塞同动通路和排放口。阀致动模块进一步包括：第一液压机械联动机构，所述第一液压机械联动机构具有响应于第一凸轮的旋转而可在所述壳体内移动的第一凸轮从动件活塞；以及可在壳体内移动以致动发动机阀的第一阀致动活塞，并且所述第一凸轮从动件活塞和所述第一阀致动活塞中的每一个活塞具有暴露于所述第一活塞同动通路的致动流体压力的活塞面。阀致动模块进一步包括：第二液压机械联动机构，所述第二液压机械联动机构具有响应于第二凸轮的旋转而可在所述壳体内移动的第二凸轮从动件活塞；以及可在壳体内移动以致动发动机阀的第二阀致动活塞，并且所述第二凸轮从动件活塞和所述第二阀致动活塞中的每一个活塞具有暴露于所述第二活塞同动通路的致动流体压力的活塞面。阀致动模块进一步包括：第一电致动的控制阀，所述第一电致动的控制阀可从其中第一活塞同动通路与排放口阻隔的关闭位置移动到打开位置，以停用所述第一液压机械联动机构；以及第二电致动的控制阀，所述第二电致动的控制阀可从其中第二活塞同动通路与排放口阻隔的关闭位置移动到打开位置，以停用所述第二液压机械联动机构。
6.又一方面，一种用于发动机阀致动系统的液压机械阀致动模块包括壳体，所述壳体具有第一壳体块和第二壳体块、在所述第一壳体块中形成的致动流体入口，以及在所述第二壳体块中形成的排放口。第一液压机械联动机构在第一壳体块内，并且包括响应于第一凸轮的旋转而可移动的第一凸轮从动件活塞，以及与第一凸轮从动件活塞液压同动以致动发动机阀的第一阀致动活塞。第二液压机械联动机构在第二壳体块内，并且包括响应于第二凸轮的旋转而可移动的第二凸轮从动件活塞，以及与第二凸轮从动件活塞液压同动以致动发动机阀的第二阀致动活塞。阀致动模块进一步包括：第一电致动的控制阀，所述第一电致动的控制阀在第一壳体块内并且可从关闭位置移动到打开位置以停用所述第一液压机械联动机构；以及第二电致动的控制阀，所述第二电致动的控制阀在第二壳体块内并且可从关闭位置移动到打开位置以停用所述第二液压机械联动机构。
附图说明
7.图1是根据一个实施例的内燃发动机系统的图解视图；
8.图2是图1的内燃发动机系统的一部分的局部剖视示意图；
9.图3是根据一个实施例的阀致动模块的一部分的图解视图；以及
10.图4是根据一个实施例的阀致动模块的不同部分的图解视图。
具体实施方式
11.参考图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机系统10，并且内燃发动机系统包括发动机12，发动机具有发动机壳体或气缸体14，发动机壳体或气缸体带有形成在其中的多个燃烧气缸16。燃烧气缸16可包括以任何合适布置的任何数量的气缸。内燃发动机系统10进一步包括进气系统18，所述进气系统构造成将进气空气(或潜在是与燃料混合的进气空气)输送到气缸16。进气系统18可包括空气入口20、进气歧管22和后冷却器32。涡轮增压器30的压缩机可以流体地定位在空气入口20与后冷却器32之间。内燃发动机系统10进一步包括排气系统24，所述排气系统构造成将排气从气缸16输送到排气歧管26，并在旋转涡轮增
压器30的涡轮之后，接着输送到排气出口28。排放物后处理设备(未示出)可以大体已知方式处理输送到排气出口28的排气。发动机12包括构造成也以大体上常规方式操作齿轮系38的曲轴34。
12.现在还参考图2，在所示实施例中，内燃发动机系统10进一步包括燃料系统40，所述燃料系统具有多个燃料喷射器42，所述多个燃料喷射器各自定位成部分地延伸到气缸16中的一个气缸中。燃料系统40包括燃料泵44(可能是多个燃料泵，如低压传输燃料泵和一个或多个高压燃料泵)，以及燃料箱46。燃料喷射器42可以接收在公共储集器(如共轨)中加压和储存的燃料，但备选地，可各自包括专用单元泵。内燃发动机系统10可以是构造成以液体燃料(如柴油馏出物燃料)操作的压燃式发动机系统，然而，在此方面，本公开没有限制。火花点火的气体燃料或汽油发动机、双燃料发动机、进气道喷射发动机或其它发动机构造都在本公开的范围内。活塞17在图2的图示中示为在气缸16之一中，并且可通常以常规四冲程模式在上止点位置与下止点位置之间移动，以旋转曲轴34。
13.如还可以从图1看出，每个气缸16与进气阀48和排气阀50相关联。所示的实施例包括与每个气缸16相关联的总共两个进气阀和总共两个排气阀。内燃发动机系统10进一步包括用于可控地打开和关闭进气阀48和排气阀50的发动机阀致动系统52。发动机阀致动系统52包括凸轮轴54，其可围绕凸轮轴轴线56旋转并且联接到齿轮系38中的凸轮齿轮55。凸轮轴54包括具有围绕凸轮轴轴线56的第一凸轮轮廓的第一凸轮58，以及具有围绕凸轮轴轴线56的第二凸轮轮廓的第二凸轮60，所述第二凸轮轮廓不同于所述第一凸轮轮廓。凸轮轴54可进一步包括具有围绕凸轮轴轴线56的第三凸轮轮廓的第三凸轮62，所述第三凸轮轮廓不同于第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓。相应的凸轮轮廓可以在围绕凸轮轴轴线56的角定向、形状或这两者上不同。第一凸轮58、第二凸轮60和第三凸轮62可以各自构造成用于操作用于气缸16之一的进气阀48和排气阀50中的一个或多个。因此，应认识到，例如，每个气缸16可以与两个凸轮、三个凸轮或潜在四个凸轮相关联，其意义将从以下描述进一步显现。
14.发动机阀致动系统52进一步包括各自与气缸16之一相关联的多个阀致动模块64。阀致动模块64可以基本上与彼此相同，并且例如通过螺栓连接到发动机缸盖或附接到气缸体的其它支承结构而附接到发动机壳体14。为此，螺栓74在图1中示出。阀致动模块64(以单数形式在下文中多次提及)各自包括壳体66，所述壳体形成致动流体入口76、致动流体出口78、第一活塞同动通路80、第二活塞同动通路82和排放口86。内燃发动机系统10进一步包括液压系统81，所述液压系统具有泵83、液压储罐85和液压供应管线87，所述液压供应管线构造成将如本文进一步论述的用于阀致动的液压流体供应到每个阀致动模块64。第一活塞同动通路80、第二活塞同动通路82和潜在的第三活塞同动通路84从致动流体入口76接收致动流体流，以维持或补充在操作期间排放到排放口86和/或泄漏出壳体66的致动流体。一些致动流体通常可以从致动流体入口76传递到致动流体出口78，以维持通过壳体66和所有阀致动模块64的壳体的致动流体的一些正向流量和压力。返回管线91可以从致动流体出口78延伸回泵83、延伸到储罐85，或例如延伸液压系统81中的液压蓄能器等。如本文还进一步论述，例如，排放管线93可以从排放口86延伸回储罐85，以从阀致动模块64排放在操作期间排出的液压致动流体。
15.阀致动模块64进一步包括第一液压机械联动机构88，所述第一液压机械联动机构具有响应于第一凸轮58的旋转而可在壳体66内移动的第一凸轮从动件活塞90。联动机构88
还可包括可在壳体66内移动以致动发动机阀(例如排气阀50)的第一阀致动活塞92。阀致动模块64进一步包括第二液压机械联动机构98，所述第二液压机械联动机构具有响应于第二凸轮60的旋转而可在壳体62内移动的第二凸轮从动件活塞100。联动机构98还包括可在壳体66内移动以致动发动机阀(在所示情况下还用于致动排气阀50)的第二阀致动活塞102。阀致动模块64还可进一步包括第三液压机械联动机构108，所述第三液压机械联动机构具有响应于第三凸轮62的旋转而可在壳体66内移动的第三凸轮从动件活塞110，以及可在壳体66内移动以致动发动机阀(在所示情况下是进气阀48)的第三阀致动活塞102。
16.现在还参考图3和4，第一凸轮从动件活塞90和第一阀致动活塞92中的每一个活塞可以具有分别暴露于第一活塞同动通路80的致动流体压力的活塞面94和96。第二凸轮从动件活塞100和第二阀致动活塞102中的每一个可分别具有暴露于第二活塞同动通路82的致动流体压力的活塞面104和106。第一阀致动活塞92可以理解为与第一凸轮从动件活塞90液压同动。第二阀致动活塞102可以理解为与第二凸轮从动件活塞102液压同动。当第一凸轮从动件活塞90响应于第一凸轮58的旋转而移动到壳体66中(在图3中向左)时，第一阀致动活塞92通过由第一凸轮从动件活塞90的移动引起的致动流体的移位而响应地移出壳体66(图3中向下)。第二凸轮从动件活塞100和第二阀致动活塞102类似地液压同动。联动机构108还提供第三凸轮从动件活塞110与第三阀致动活塞112之间的类似液压同动。
17.发动机阀致动系统52进一步包括电致动的控制阀116，所述控制阀在壳体66内，并且可从其中第二活塞同动通路82与排放口86阻隔的关闭位置移动到打开位置，以停用第二液压机械联动机构98。发动机阀致动系统52可进一步包括第二电致动的控制阀114，所述控制阀在壳体66内，并且可从其中第一活塞同动通路80与排放口86阻隔的关闭位置移动到打开位置，以停用第一液压机械联动机构88。发动机阀致动系统52还可进一步包括第三电致动的控制阀118，所述控制阀在壳体66内，并且可从第三活塞同动通路84与排放口86阻隔的关闭位置移动到打开位置，以停用第三液压机械联动机构108。
18.壳体66可进一步包括第一壳体块68、第二壳体块70和第三壳体块72。致动流体入口76可形成于若干壳体块中的第一壳体块中，并且示为在壳体块72中。排放口86和致动流体出口78可各自形成于若干壳体块中的另一个壳体块中，并且在所示的情况下，形成在壳体块68中。在其它实施例中，例如，入口76、出口78和排放口86中的每一个可以是相同的壳体块，或全部在不同的块中。应认识到，术语“第一”、“第二”、“第三”和类似术语在本文中仅出于方便而使用，并且取决于参考系或视角，壳体块68、70或72中的任一个壳体块都可理解为“第一”壳体块、“第二”壳体块或“第三”壳体块。在所示实施例中，壳体块72在其中具有第三液压机械联动机构98，并且形成致动流体入口76。壳体块68在其中具有第一液压机械联动机构88，并且形成致动流体出口78和排放口76两者。如本文进一步论述，壳体块68、70、72可以是单独的件，其各自在其中具有合适流体连接，以用于将致动流体供应到活塞同动通路80、82和84中的相应一个通路，并且通过电致动的控制阀114、116、118中的相应一个控制阀的操作将排放的致动流体输送到排放口86。电致动的控制阀114、116、118可分别在第一壳体块68、第二壳体块70和第三壳体块72内，但本公开不限于此，并且阀114、116、118可全部在相同壳体块内或甚至在一些实施例中在壳体66的外部。在又一些情况下，例如，阀114、116、118中的两个阀或所有三个阀都可一体化成一个阀构件。内燃发动机系统10可进一步包括电子控制单元51，所述电子控制单元与电致动的控制阀114、116、118电子控制通信，并
且还与燃料喷射器42以及内燃发动机系统10的各种泵、传感器、致动器和其它电子设备电子控制通信。
19.根据前面的描述和附图，应认识到，发动机阀致动系统52可以具有处于顶置布置的凸轮轴，并且可以不包括摇臂，并且不包括用于操作进气阀48和排气阀50的阀挺杆。如图3中所示，第一凸轮从动件活塞90包括在壳体66外部的位置处的与相应活塞面94相对并且与第一凸轮58接触的第一从动件表面120。第二凸轮从动件活塞100包括在壳体66外部的位置处的与相应的活塞面104相对并且与第二凸轮60接触的第二从动件表面122。壳体块68在图3中示出，并且壳体块70在图4中示出。在一个实施例中，壳体块68和其中的部件可以与壳体块72和其中的部件基本上相同。还应认识到，壳体块68、70和72可以彼此相邻定位，并且例如通过合适的紧固件(未示出)附接，以在它们之间提供流体密封，并且作为一体化单元来安装来使用，以用于操作与气缸16之一相关联的所有发动机阀。
20.同样在所示的实施例中，第一凸轮从动件活塞90和第一阀致动活塞92可沿着相应横向活塞轴线124和126在壳体块68内移动。如图所示，活塞轴线124和126可以垂直于彼此，其中活塞90在图3中向左和向右移动，并且活塞92在图3中向上和向下移动。本文中所描述的其它液压机械联动机构布置可类似地起作用，其中第二凸轮从动件活塞100和第二阀致动活塞102可沿着相应横向活塞轴线128和130移动。
21.应该记得，联动机构88和联动机构98可以各自操作地联接到一个或多个排气阀50，并且通常是操作地联接到由阀横臂89连接的两个排气阀50。在所示的实施例中，联动机构108操作地联接到一个或多个进气阀48，并且通常是操作地联接到由阀横臂(未标号)连接的两个进气阀。电致动的控制阀116可以是发动机制动控制阀，并且电致动的控制阀114可以是排气控制阀。如图3和4中可见，通过偏压器146将电致动的发动机制动控制阀116朝向打开位置偏压，并且通过偏压器140将电致动的排气控制阀114朝向关闭位置偏压。在控制阀116处于打开位置的情况下，活塞100响应于凸轮60旋转的往复运动可以通过控制阀116使致动流体在活塞同动通路82和排放口86之间移位。在此构造中，联动机构98停用。当控制阀116移动到关闭位置时，活塞100在复位弹簧142的协作下在壳体66内往复运动，以通过活塞同动通路82使致动流体移位，这继而与复位弹簧144协作引起活塞102移动以致动排气阀50。止回阀134流体地定位在致动流体入口76与活塞同动通路82之间，并且可移动以使致动流体进入活塞同动通路82。活塞90还与复位弹簧136协作而在壳体66往复运动，以使流体移位，所述流体与复位弹簧138协作引起活塞92移动以致动排气阀50。止回阀132流体地定位在致动流体入口76与活塞同动通路80之间，并且可移动以使致动流体进入活塞同动通路80。如图所示，在控制阀114处于关闭位置的情况下，联动机构88被激活。将控制阀114移动到打开位置会将活塞同动通路80流体地连接到排放口86，使联动机构88停用。
22.工业适用性
23.总体上参考附图，在发动机阀致动系统52的操作期间，凸轮轴54通过凸轮齿轮55旋转以旋转与活塞90、100和110接触的凸轮58、60和62。在正常操作或非制动操作的情况下，控制阀116将定位在其正常偏压的打开位置，使得联动机构98停用，并且控制阀114可以处于其关闭位置，使得联动机构88被激活。联动机构108将通常同样通过将控制阀118定位在偏压关闭位置来激活。
24.在联动机构88和108被激活并且联动机构98停用的情况下，排气阀50和进气阀80
可以基于凸轮58和62的凸轮轮廓在标准打开和关闭正时(如对于常规的四冲程发动机循环)打开和关闭。当期望启动发动机制动时，可分别通过控制阀116和114的适当定位而激活联动机构98并且停用联动机构88。启动发动机制动将使排气阀50的打开和关闭正时从基于凸轮60的凸轮轮廓的标准打开和关闭正时变化。在发动机制动模式中，排气阀50可以在活塞17的压缩冲程结束或接近结束时打开，引起发动机12做功以压缩气缸16中的流体，并且然后释放压缩，同时不喷射燃料来产生燃烧反应。阀致动模块64中的一个、两个或潜在地全部可以操作以对内燃发动机系统10中的相关联气缸16进行发动机制动。
25.在另一应用中，阀致动模块64可用于切断或停用相关联的气缸16。当期望气缸停用时，控制阀116可保持在打开位置，并且控制阀114和118中的每一个可移动到打开位置。在此情况下，将停用联动机构88、98和108中的所有三个，使得不与相关联的气缸16发生气体交换，不喷射燃料，并且活塞17压缩燃烧气缸16中的流体并且允许所述流体膨胀，而不做净功。类似于发动机制动，阀致动模块64可操作以切断发动机12中的任何数目的气缸16。
26.本说明书仅用于说明目的，并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的完整和合理范围和精神的情况下，可对当前公开的实施例进行各种修改。通过查看所附附图和所附权利要求书，其它方面、特征和优点将变得显而易见。如本文所使用，冠词“一(a)”和“一(an)”旨在包括一个或多个项目，并且可与“一个或多个”互换使用。在意图表示仅有一个项目时，使用术语“一个(one)”或类似语言。此外，如本文所使用，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在为开放式术语。此外，短语“基于”意图表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。