[發明專利]線性閥致動器系統及用于控制閥操作的方法

在審

• 申請號: 201480043886.6
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN105473918A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: R·哈欽斯;M·埃德蒙茲
• 申請（專利權）人: 情感之旅有限公司
• 主分類號: F16K31/06
• 分類號: F16K31/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡洪貴

優先權

本申請是于2011年11月7日提交的美國專利申請No.13/290,353的部 分繼續申請，該美國專利申請被通過參引全部結合到本文中。

技術領域

本發明主要涉及閥致動系統，并且更具體地涉及線性電機致動的閥機 構并且因此涉及用于內燃機和其它應用的控制系統。

背景技術

現今，化石燃料為大多數的現代內燃機(ICE)提供動力。但從石油和 其它原料衍生出的碳氫燃料是稀缺資源，并且許多人認為，這種燃料在汽 車中的廣泛使用因存在燃燒副產品而導致了不希望產生的氣候變化。因此， 對于提高現代內燃機的效率而言存在巨大的壓力。對于提高效率的需求也 受到與燃料消耗和二氧化碳排放有關的政府配額、規定和稅收的驅動。并 且這與對于提高汽車安全性的不斷增長的需求同時存在，后一需求通常增 大了重量從而有損于效率。

提高ICE效率所采取的當前步驟會增加相當大的成本和復雜性，同時 降低了可靠性、動力和駕駛性能。例如，已經在ICE的操作循環其間多次 嘗試向進氣閥和/或排氣閥的操作添加可調整性。

傳統上，ICE的進氣閥和排氣閥(也稱為提升閥)已由一個或多個凸 輪軸致動，這一個或多個凸輪軸由ICE曲軸以一半的發動機轉速機械地驅 動，從而以與ICE旋轉同步的方式以及以相對于彼此處于固定相位的方式 操作這些閥。同樣已知的是以旋轉閥來代替提升閥，再次由該曲軸機械地 驅動這些閥，并且使該閥操作剛性地隨動于ICE曲軸旋轉。

凸輪軸輪廓限定了閥打開/關閉運動的正時。凸輪軸設計是一種權衡的 應用，這是因為給定的凸輪軸輪廓僅可被優化用于非常窄的曲軸速度范圍 (以每分鐘旋轉(rpm)為單位進行測量)。由此，必須進行折衷以便于在 寬廣的速度范圍上容易地啟動和操作，并且這些折衷降低了ICE的整體效 率且需要具有極大的復雜性。

此外，機械凸輪軸具有固定量的閥運動(升程)和閥打開的時間(持 續度)。閥的打開時間和關閉時間也由機械傳動系統和凸輪軸輪廓剛性地固 定。添加附加的凸輪軸和閥允許優化用于低速的一個凸輪軸/閥系統以及用 于高速的另一個凸輪軸/閥系統，但這還需要被折衷，以允許易于啟動和寬 廣的操作速度范圍。

進一步知曉的是，凸輪軸可被通過諸如液壓雙向地旋轉該凸輪軸的傳 動機構之類的多種方式相對于曲軸轉動位置可旋轉地前進和/或減速。這被 稱之為該凸輪“定相”。定相促進了ICE在多種時間、溫度、狀態、負載和 高度下的操作。如同樣眾所周知的那樣，可通過以多種方式調節閥升程來 進一步增強對發動機正時進行調節的形式。然而，這種系統遭遇到了提高 了的復雜性。例如，提高了許多部件中的全部所需要的制造精度，這增加 了成本和故障點。

除此之外，操作許多部件所需要的液壓流體的精確粘度進一步增加了 成本和維護費用。所需要的是，使該閥致動系統將發動機油用作操作所需 要的液壓油。但是，即使滿足當前API和SAE規格的油也可能不具有足夠 精確的粘度來滿足這些應用的需求。這需要使用特定的潤滑油，這限制了 汽車駕駛員獲得加滿油、實施其自身油變化的能力，并且增加了汽車維護 成本。

利用上述凸輪軸定相所帶來的其它問題是閥正時、閥持續時間和閥升 程是固定的。這些參數僅能被略為改變，并且這種變化需要昂貴和復雜的 技術。

已經進行了某些嘗試來克服上述技術的缺點并且實現了獨立的閥操作 時間和持續時間。例如，美國專利No.4,009,695公開了一種用于內燃機的 程序閥系統。該專利教導了一種獨立于曲軸位置的用于閥操作的裝置，但 遭遇到了為閥的液壓操作所固有的問題。特別地，閥操作包括使該閥以不 受控的方式從打開到關閉的循環。這種操作在閥關閉時特別損害該閥和閥 座。同樣，液壓運動的沖程長度(即，閥升程)在該機構中是不可變的。

美國專利No.6,736,092公開了一種配備有用于發動機的進氣閥和/或排 氣閥的可變致動的電子受控液壓系統的內燃機。特別地，該專利教導了機 械地隨動于ICE的曲軸的標準凸輪軸的使用，但是在該凸輪軸與該閥之間 附加地布置有電子受控液壓升降器。通過電子控制液壓流體進出該升降器， 該閥的打開和關閉時間以及該閥的升程可在一定程度上受到控制。然而， 該布置被限制到機械地隨動的凸輪軸的操作，并且例如，不能命令閥在最 大升程處打開持續很長一段時間，或者在與凸輪軸計劃打開時間不同的時 間打開。