[發(fā)明專利]可變氣門致動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210095184.5
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102606251A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文韶;婁征;鄧強(qiáng)泉
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇公大動力技術(shù)有限公司
• 主分類號: F01L1/34
• 分類號: F01L1/34;F01L9/02
• 代理公司: 蘇州廣正知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32234
• 代理人: 張利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及致動器以及用于控制該致動器的相關(guān)方法與系統(tǒng)，且特別是，涉及能以最小能量消耗提供獨(dú)立升程（或沖程或行程）和正時(shí)控制的致動器。

背景技術(shù)

可以采用各種系統(tǒng)來有效控制發(fā)動機(jī)氣門的正時(shí)和升程，來改善發(fā)動機(jī)的性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、噴射和其他特性。根據(jù)控制的裝置或致動器，這些系統(tǒng)可以分成機(jī)械的、電液的（electrohydraulic）和機(jī)電的（有時(shí)稱為電磁）形式。根據(jù)控制的范圍，可以分成可變氣門升程和正時(shí)、可變氣門正時(shí)和可變氣門升程的形式。它們也可以分成有凸輪（cam-based）或者間接作用以及無凸輪或者直接作用的形式。

在有凸輪的系統(tǒng)的情況下，保持傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)凸輪系統(tǒng)并且稍微修改，以間接地控制氣門正時(shí)和/或氣門升程。在無凸輪系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)凸輪系統(tǒng)用直接驅(qū)動各發(fā)動機(jī)氣門的電液或者機(jī)電致動器完全替換。盡管無凸輪系統(tǒng)提供更寬的可控性，例如汽缸和氣門的停用（deactivation），并且由此具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，但是所有現(xiàn)有生產(chǎn)的汽車可變氣門系統(tǒng)都是有凸輪的。

機(jī)電無凸輪系統(tǒng)的問題包括與軟著陸（soft-landing）、高電功率要求、能力不足相關(guān)的困難，或者難于控制升程以及處理高的和/或變化的汽缸空氣壓力的能力有限。電液無凸輪系統(tǒng)通常可以克服這樣的問題，但是它確實(shí)存在自身的問題，例如在高發(fā)動機(jī)速度下的性能以及設(shè)計(jì)或者控制復(fù)雜，導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間和流量之間的沖突。為了在6,000至7,000rpm下運(yùn)行，致動器必須在2.5至3毫秒的時(shí)間內(nèi)在8mm的范圍上首先加速然后減速發(fā)動機(jī)氣門。發(fā)動機(jī)氣門必須行進(jìn)在約5米/秒的峰值速度。這些要求已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)電液技術(shù)的極限。

克服這種性能限制的一個(gè)途徑是，類似于機(jī)電系統(tǒng)一樣,?在電液系統(tǒng)中加入一對相對的彈簧（opposing?springs），其與系統(tǒng)的運(yùn)動質(zhì)量一起來產(chǎn)生彈簧質(zhì)量諧振或擺動系統(tǒng)。在靜止?fàn)顟B(tài)下，該相對彈簧將發(fā)動機(jī)氣門居中設(shè)置在該氣門的端點(diǎn)位置之間，即開啟與關(guān)閉位置之間。為了保持發(fā)動機(jī)氣門在一個(gè)端點(diǎn)位置上，系統(tǒng)必須具有一定的鎖定機(jī)構(gòu)，來抵抗來自該對彈簧的凈返回力，其在兩個(gè)端點(diǎn)的任何一個(gè)上積累了勢能。當(dāng)從一端點(diǎn)位置向另一端點(diǎn)位置行進(jìn)時(shí)，發(fā)動機(jī)氣門首先由彈簧返回力驅(qū)動并且加速，由彈簧存儲的勢能提供動力，直到在行程的中點(diǎn)，在此處其達(dá)到最大速度并且具有相應(yīng)的動能；然后其抵抗彈簧的返回力保持向前運(yùn)動，由動能提供動力，直到另一端，在此處其速度下降為零，相應(yīng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閺椈纱鎯Φ膭菽堋?/p>

就其熟知的工作原理而言，彈簧質(zhì)量系統(tǒng)本身在能量轉(zhuǎn)換方面非常有效且很可靠。很多技術(shù)開發(fā)已經(jīng)是去設(shè)計(jì)出有效的和可靠的鎖定－釋放機(jī)構(gòu)，其可以將發(fā)動機(jī)氣門保持在其開啟和關(guān)閉位置，根據(jù)要求釋放，增加附加能量來補(bǔ)償摩擦和高度可變的發(fā)動機(jī)汽缸空氣壓力，并且在其著陸在另一端上之前阻息多余的能量。如上所討論，存在著與機(jī)電或者電磁鎖定－釋放裝置相關(guān)的困難。也已經(jīng)有人在電液鎖定－釋放裝置的開發(fā)方面進(jìn)行了努力。

歸于戴姆勒克萊斯勒（DaimlerChrysler）的美國專利No.?4,930,464所揭示的是一種電液致動器，其包括雙桿油缸（double-ended?rod?cylinder）、一對相對的彈簧和旁路，所述相對的彈簧趨于將活塞設(shè)置于油缸的中間，所述旁路在大部分沖程上短接兩個(gè)油缸室，這樣，液壓油缸不浪費(fèi)能量。當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門在關(guān)閉位置時(shí)，旁路不起作用，活塞將油缸分成較大的開啟側(cè)室和較小的關(guān)閉側(cè)室，并且當(dāng)開啟側(cè)室和關(guān)閉側(cè)室分別經(jīng)受高壓源和低壓源時(shí)，發(fā)動機(jī)氣門能夠鎖定，這是由于在活塞上產(chǎn)生與返回彈簧力相反的差壓。當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門處于開啟位置時(shí)，活塞將油缸分成較大的關(guān)閉側(cè)室和較小的開啟側(cè)室，并且通過較大的關(guān)閉側(cè)室和較小的開啟側(cè)室分別經(jīng)受高壓源和低壓源可以鎖定發(fā)動機(jī)氣門。

無論在開啟位置還是在關(guān)閉位置，通過簡單地開啟二通觸發(fā)閥（2－way?trigger?valve）來釋放大室中的壓力，由此消除活塞上的差壓，觸發(fā)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的擺動動力，來解鎖發(fā)動機(jī)氣門。該二通閥必須在沖程結(jié)束前再次非?？焖俚仃P(guān)閉，從而大室壓力可以快速升高到足夠大以鎖定活塞，并且因此發(fā)動機(jī)氣門處于其新的端點(diǎn)位置。該構(gòu)造也具有二通推進(jìn)閥，以在開啟沖程期間在閥桿的頂端面上引入額外的驅(qū)動力。