專利名稱：控制排氣壓力的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及控制內(nèi)燃氣中的排氣壓力的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)過內(nèi)燃機的排出氣體的流控制已經(jīng)被使用，從而提供車輛 發(fā)動機制動。發(fā)動機制動可包括排氣制動(exhaust brake)、減壓 型發(fā)動機制動、放氣型發(fā)動機制動(bleeder type engine brake)、 和/或它們的任何組合。這些制動方式的基本原理是利用由發(fā)動機 的往復活塞產(chǎn)生的壓縮氣體以遲滯活塞的移動，并因而有助于制 動發(fā)動機所連接的車輛。
公知排氣制動有助于制動車輛。排氣制動可在包括排氣歧管 的排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生增加的排氣回壓，這是通過在排氣歧管的下游 在排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生限制裝置而出現(xiàn)。這種限制裝置的形式可以是 渦輪增壓器、可開關(guān)的蝶閥、或者部分地或完全地阻塞排氣系統(tǒng) 的任何其它裝置。
通過增加排氣歧管中的壓力，排氣制動在排氣沖程的結(jié)束處 增加發(fā)動機氣缸中的殘余氣缸壓力。氣缸中增加的壓力反過來增
加活塞在隨后它們的上沖程(up-stroke)中所經(jīng)受的阻力。對于
活塞的增加的阻力導致了制動車輛的傳動鏈，其中所述傳動鏈可 借助于曲柄軸連接至活塞。
在某些公知的車輛制動系統(tǒng)中，已經(jīng)提供了排氣制動裝置， 從而排氣系統(tǒng)中的限制裝置完全在恰當?shù)奈恢没虿磺‘數(shù)奈恢谩?br> 這些排氣制動裝置在排氣制動時可產(chǎn)生與發(fā)動機的速度(RPM)
成比例的制動級別。發(fā)動機速度越快，則排氣歧管和氣缸中的氣 體的壓力就越大。較高的壓力導致對于活塞在氣缸中的上沖程增 加的阻力，并因而增加的制動。
因為排氣系統(tǒng)和發(fā)動機不可經(jīng)受無限的壓力級別，所以許多 系統(tǒng)包括排氣制動限制裝置，它們被構(gòu)造成，它們以額定最大發(fā) 動機速度的操作將不在排氣系統(tǒng)和/或發(fā)動機中產(chǎn)生超過壓力極 限的不可接受的高壓。然而，在低于額定最大發(fā)動機速度的發(fā)動 機速度上，這些排氣制動限制裝置可產(chǎn)生低于所需的壓力。結(jié)果， 在額定最大發(fā)動機速度以下可出現(xiàn)差于最佳的制動。
在某些公知的車輛制動系統(tǒng)中，排氣制動裝置己經(jīng)提供有蝶 閥，其中，在所述蝶閥中形成有固定尺寸的開口或孔口。在閥關(guān) 閉時，孔口提供經(jīng)過所述閥的排出氣體流道。孔口的尺寸可設(shè)置 成，在額定最大發(fā)動機速度，孔口允許從閥的上游側(cè)足夠的壓力 釋放，從而排氣壓力并不超過對于發(fā)動機的壓力極限。圖l是曲 線圖，示出了對于具有閥與孔口的排氣致動系統(tǒng)的遲滯功率和回
壓與發(fā)動機速度(RPM)。曲線圖還示出了在發(fā)動機速度的一定 范圍內(nèi)，對于特定發(fā)動機的排氣壓力極限與目標遲滯功率。應該 理解的是，圖1僅僅是出于示意性的目的，并且例如，對于遲滯 功率和排氣回壓的相對值可取決于諸如車輛發(fā)動機的性能規(guī)格的 不同的因素而變化。
參看圖1，在排氣制動裝置被啟動時，蝶閥關(guān)閉，并且在閥 的下游產(chǎn)生排氣壓力。如果排氣制動裝置在無孔口的情況下或者 在孔口處于完全關(guān)閉位置(關(guān)閉的孔口)的情況下操作時，則可 導致增加的排氣壓力以及相應增加的遲滯功率。在發(fā)動機速度的 中間范圍的低速處(如圖1中大體所示的粗豎直線的左側(cè))，具有 關(guān)閉的孔口的排氣制動裝置產(chǎn)生低于發(fā)動機壓力極限的排氣回 壓。然而，在較高的發(fā)動機速度處(如圖1中大體所示的粗豎直 線的右側(cè))，完全關(guān)閉孔口位置的排氣制動裝置可產(chǎn)生不可接受的 高排氣壓力。在排氣制動裝置在孔口處于打開位置的情況下(固 定孔口)操作時，所產(chǎn)生的排氣回壓保持低于壓力極限，甚至在 較高的發(fā)動機速度時。然而，因為產(chǎn)生較低的排氣壓力，所以可 獲得小于最佳的遲滯功率。因而，所需要的是適于通過以下方式 優(yōu)化發(fā)動機遲滯功率的排氣制動系統(tǒng)和方法，將排氣壓力大致在 排氣壓力極限附近維持在較高的發(fā)動機速度，而并不超過該極限。
在某些公知的車輛制動裝置中，排氣制動裝置已經(jīng)提供有可 變的限制裝置。這些可變的限制裝置被構(gòu)造成，它們的操作取決 于預定的回壓級別，而不取決于額定最大速度。因為限制裝置并 不取決于額定最大速度，所以在低于該速度時可出現(xiàn)改進的制動。
一些可變的限制排氣制動系統(tǒng)可包括彈簧裝載式泄壓閥，其 中所述泄壓閥可操作成僅僅在規(guī)定的回壓達到時允許排出氣體沿 旁通流道流動。在規(guī)定的回壓達到時，壓力克服閥彈簧的力，并 且打開閥以釋放壓力。然而，在闊打開時，氣體流經(jīng)閥可在閥的 附近產(chǎn)生局部動態(tài)壓降。該壓降可使得閥過早關(guān)閉、或者迅速地 關(guān)閉并且然后重新打開。結(jié)果，不可容易地維持排氣回壓的期望 的級別，并且不可獲得期望級別的制動。
本發(fā)明的實施例可提供控制內(nèi)燃機中的排氣壓力的設(shè)備和方
法。本發(fā)明的一些實施例可提供受控制的排氣回壓，以優(yōu)化一個 或多個發(fā)動機閥(氣門)事件，例如發(fā)動機制動。本發(fā)明的一些 實施例可不受控制排氣壓力的裝置上的動態(tài)壓力的影響而控制排 氣回壓。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點在說明書中部分地提出，部分地， 本領(lǐng)域技術(shù)人員通過說明書和/或本發(fā)明的實踐將清楚。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述挑戰(zhàn)，申請人已經(jīng)開發(fā)出用于控制內(nèi)燃機中的排氣 壓力的革新的設(shè)備和方法。在發(fā)動機中，其中所述發(fā)動機具有排 氣歧管、安置在排氣歧管下游的閥、用于控制排氣歧管中的壓力 的壓力控制裝置以及用于致動所述壓力控制裝置的致動裝置，本 發(fā)明的方法的一個實施例可包括以下步驟關(guān)閉所述閥；在所述 排氣歧管內(nèi)產(chǎn)生排氣壓力；以基本上不受作用在所述壓力控制裝 置上的壓力的影響的方式，將力施加至所述致動裝置；致動所述 壓力控制裝置；并且控制所述排氣歧管中排氣壓力的級別。
申請人還開發(fā)出控制發(fā)動機中的排氣壓力的方法，其中所述 發(fā)動機具有排氣歧管、安置在所述排氣歧管下游的閥、用于控制 所述排氣歧管中的壓力的壓力控制裝置、以及用于致動所述壓力 控制裝置的致動裝置。在一個實施例中，所述方法包括以下步驟 關(guān)閉所述閥；將排氣壓力施加至壓力控制裝置，通過所述排氣壓 力作用在所述壓力控制裝置上的力是沿大致與所述壓力控制裝置 的致動方向垂直的方向；將力施加至所述致動裝置，而力基本上 不受所述壓力控制裝置上壓力的影響；致動所述壓力控制裝置； 并且控制所述排氣歧管中排氣壓力的級別。
申請人已經(jīng)開發(fā)出控制發(fā)動機中排氣壓力的方法，其中所述 發(fā)動機具有排氣歧管、安置在所述排氣歧管下游的閥、用于控制
所述排氣歧管中的壓力的壓力控制裝置；以及用于致動所述壓力 控制裝置的致動裝置。在一個實施例中，所述方法包括以下步驟 關(guān)閉所述閥；在所述排氣歧管中產(chǎn)生排氣壓力；將排氣壓力施加 至所述壓力控制裝置，其中，通過所述排氣壓力作用在所述壓力 控制裝置上的力是沿大致與所述壓力控制裝置的致動方向垂直的 方向；將排氣壓力施加至所述致動裝置；并且根據(jù)所述排氣壓力 致動所述壓力控制裝置。
申請人已經(jīng)開發(fā)出控制發(fā)動機中排氣壓力的方法，其中所述 發(fā)動機具有排氣歧管；安置在所述排氣歧管中的閥，在所述閥中 形成有孔口；以及用于控制經(jīng)過所述閥孔口的流通面積的流通面 積控制裝置。在一個實施例中，所述方法包括以下步驟關(guān)閉所 述閥；在所述排氣歧管中產(chǎn)生排氣壓力；將所述排氣壓力施加至 所述流通面積控制裝置；根據(jù)所述排氣壓力，控制經(jīng)過所述閥孔 口的流通面積的大?。徊⑶铱刂扑雠艢馄绻苤信艢鈮毫Φ募墑e。
申請人已經(jīng)開發(fā)出用于控制具有排氣歧管的內(nèi)燃機中的排氣 壓力的設(shè)備，所述設(shè)備包括安置在所述排氣歧管中的閥，所述 閥適于繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；與所述旋轉(zhuǎn)軸線共軸線地、形成在所述 閥中的閥孔；用于控制所述排氣歧管中的壓力的壓力控制裝置， 所述壓力控制裝置安置在所述閥孔中；以及用于致動所述壓力控 制裝置的致動裝置。
申請人已經(jīng)開發(fā)出用于控制具有排氣歧管的內(nèi)燃機中的排氣 壓力的設(shè)備，所述設(shè)備包括安置在所述排氣歧管中的閥；用于 控制所述排氣歧管中的壓力的壓力控制裝置，所述壓力控制裝置 安置在所述閥中；以及用于致動所述壓力控制裝置的致動裝置， 作用在所述致動裝置上的排氣壓力提供致動所述壓力控制裝置所 需的大致所有力。
申請人已經(jīng)開發(fā)出用于控制內(nèi)燃機中排氣壓力的設(shè)備，所述 設(shè)備包括殼體；安置在所述殼體中的閥；形成在所述閥中的孔 口，所述孔口限定經(jīng)過所述閥的氣體流道；可滑動地安置在形成 在所述閥內(nèi)的閥孔中的軸，所述軸可在第一位置與第二位置之間 移動，其中在所述第一位置，基本上防止氣體流經(jīng)所述孔口，在 所述第二位置，允許氣體流經(jīng)所述孔口；以及用于致動所述軸的 裝置。
應該理解的是，前述大致說明以及以下詳細說明這兩者僅僅 是示意性和說明性的，并且并不限制所要求保護的本發(fā)明。結(jié)合 在此參看的并且構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的特定實 施例，并且與詳細的說明一起，解釋了本發(fā)明的原理。


為了有助于理解本發(fā)明，在附圖中標出附圖標記，其中相同 的附圖標記指的是相同的元件。附圖僅僅是示意性的，并且不應 該被認為是限制了本發(fā)明。
圖1是曲線圖，示出了對于示意性排氣制動系統(tǒng)的遲滯功率 和排氣壓力與發(fā)動機速度的關(guān)系。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)動機氣缸、排氣系統(tǒng)以及排氣 壓力控制系統(tǒng)的示意性剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的排氣壓力控制系統(tǒng)的示意性 剖視圖4是具有氣動閥動器的、如圖3所示的系統(tǒng)的示意性剖視圖。
圖5是如圖3所示系統(tǒng)的頂側(cè)剖視圖，示出了閥孔中的軸結(jié) 構(gòu)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的排氣壓力控制系統(tǒng)的示意性 剖視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的排氣壓力控制系統(tǒng)的示意性 剖視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉸鏈銷組件放大示意性剖視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的排氣壓力控制系統(tǒng)的示意性
剖視圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的排氣壓力控制系統(tǒng)的示意
性剖視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的排氣壓力控制系統(tǒng)的示意 性剖視圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第七實施例的排氣壓力控制系統(tǒng)的示意
性剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細參看本發(fā)明的實施例，它們的實例在附圖中示出。
參看圖2，車輛發(fā)動機20可包括氣缸30，在所述氣缸中，活塞 35可往復運動以提供進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。 預期的是，發(fā)動機20適合于四沖程和/或兩沖程發(fā)動機應用。在 氣缸30的頂部，至少設(shè)有一個進氣閥32和一個排氣閥34。進氣 閥32和排氣閥34可打開和關(guān)閉，以分別提供與進入通道22和排 氣通道24的連通。排氣通道24可與排氣歧管26連通，其中所述 排氣歧管還具有來自其它排氣通道(未示出)的輸入。在排氣歧 管26的下游，可設(shè)有安置在殼體110中的排氣限制裝置100。用
于控制排氣歧管26中的壓力的裝置120可安置在殼體110中。在
一個實施例中，壓力控制裝置120可包括形成在排氣限制裝置100
中的孔口，排出氣體可流經(jīng)所述孔口。
排氣限制裝置IOO可選擇性地被致動，以限制排出氣體從歧 管的流動。致動器200可在打開位置與關(guān)閉位置(如圖2所示) 之間移動排氣限制裝置100，其中在所述打開位置，氣體基本上 被允許從歧管流動，在所述關(guān)閉位置，基本上限制氣體從歧管流 動。預期的是，在本發(fā)明的一些實施例中，越過排氣限制裝置100 的邊緣可出現(xiàn)一些泄漏。在排氣限制裝置100處于其關(guān)閉位置時， 在歧管中可產(chǎn)生排氣回壓。歧管和/或發(fā)動機氣缸中的增加的排氣 壓力可與活塞相反地作用，并有助于遲滯車輛。通過壓力控制裝 置120可控制排氣回壓的級別，從而排氣壓力大致維持在對于發(fā) 動機的排氣壓力極限附近，而不超過該極限，并且由系統(tǒng)所提供 的遲滯功率被優(yōu)化。在一個實施例中，排氣回壓的級別可通過控 制經(jīng)過閥孔口 120的流通面積的尺寸而被控制。經(jīng)過閥孔口 120 的流通面積的尺寸越大，則允許越多氣體流經(jīng)孔口，因而減小歧 管中排氣回壓的級別。經(jīng)過閥孔口 120的流通面積的尺寸越小， 則允許越少氣體流經(jīng)所述孔口。
可根據(jù)施加至壓力控制裝置120或用于致動壓力控制裝置的 裝置(未示出)的致動力而控制排氣壓力。在本發(fā)明的一個實施 例中，致動力可包括排氣歧管壓力。在可選的實施例中，預期的 是，致動力可通過以下一個或多個因素被提供排氣歧管壓力、 來自壓力源的受控的壓力、機械力、電子-機械力、電機和/或任 何其它合適的致動力。
致動力施加至壓力控制裝置120 (或用于致動壓力控制裝置 的裝置)的面積優(yōu)選不同于排出氣體流并且相應地排氣壓力被控
制的面積。在這種方式中，基本上不受作用在壓力控制裝置上的 壓力的影響，致動力可施加至壓力控制裝置120 (或用于致動壓 力控制裝置的裝置)。例如，閥孔口流通面積以及相應的排氣回壓 的級別可基本上不受由于氣體流經(jīng)孔口而出現(xiàn)的動態(tài)壓力的影響 而被控制。
參看圖3，將詳細說明用于控制排氣壓力的系統(tǒng)10的第一實
施例。系統(tǒng)IO包括安置在殼體110中的閥100。殼體110可固定 至諸如排氣歧管(未示出)的發(fā)動機部件。閥100適于在打開位 置與關(guān)閉位置(如圖3所示)之間移動。在打開位置，閥100基 本上允許氣體(沿圖3中的箭頭1所示的方向)通過殼體110從 閥的上游側(cè)2流至閥的下游側(cè)3。在關(guān)閉位置，閥100基本上限 制氣體流動經(jīng)過殼體110。在這種方式中，在閥100處于其關(guān)閉 位置時，在閥的上游在歧管中可產(chǎn)生排氣壓力。
在本發(fā)明的一個實施例中，閥100包括蝶閥。閥100例如可 包括對中的蝶閥，和/或偏置的蝶閥。適于控制氣體流經(jīng)殼體110 的其它閥被認為符合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
閥100可操作性連接至閥動器200。閥動器200適于在殼體 110內(nèi)在打開位置與關(guān)閉位置之間選擇性轉(zhuǎn)動閥100，其中在所述 打開位置，閥100基本上允許氣體流經(jīng)殼體110，而在所述關(guān)閉 位置，閥100基本上限制氣體流經(jīng)殼體110。在一個實施例中， 閥100可連接至襯套構(gòu)件115，其中所述襯套構(gòu)件固定裝配在殼 體110中。隨著閥在殼體110內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述襯套構(gòu)件115可引導 閥100。
在本發(fā)明的一個實施例中，閥100可通過固定裝置220連接 至閥動器軸210。固定裝置220可包括螺釘、鉚釘或適于將閥100 固定至閥動器軸210的其它合適的裝置。閥動器200適于旋轉(zhuǎn)閥
動器軸210，所述閥動器軸反過來在閥的打開與關(guān)閉位置之間旋 轉(zhuǎn)閥100。
在圖4中示出了閥動器200的一個實施例。在一個實施例中， 閥動器200可包括氣動致動器。氣動致動器200可包括固定至隔 熱罩232的活塞230、活塞桿234以及桿件236。在氣動活塞230 例如通過電機(未示出)被致動時，活塞桿234從活塞230向外 橫向移動，同時使得桿件236樞轉(zhuǎn)?；钊麠U234與桿件236的移 動使得閥動器軸210將閥IOO旋轉(zhuǎn)并移動到其關(guān)閉位置。其它合 適的閥動器200，例如液壓致動器、電致動器和/或用于旋轉(zhuǎn)閥動 器軸210的其它合適的裝置被認為屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
重新參看圖3，在閥100中形成孔口 120。在閥IOO處于其關(guān) 閉位置時，孔口 120限定了這樣的開口，通過該開口，氣體可從 閥100的上游側(cè)2流至閥的下游側(cè)3。如圖3所示的孔口 120的 尺寸、形狀和方位僅僅是出于示意性的目的。在不脫離本發(fā)明的 范圍的前提下，孔口 120可包括氣體可流經(jīng)其的任何合適的結(jié)構(gòu)。 孔135優(yōu)選與閥100的旋轉(zhuǎn)軸線共軸線地形成在閥100中，如圖 3所示。閥孔135安置成，孔135與孔口 120相交。在一個實施 例中，孔口 120可大致垂直于閥孔135被形成。
軸130安置在閥孔135中。軸130適于在閥孔135中沿上下 方向沿軸向移動。軸130可在閥孔135中向上行進至這樣的位置， 其中，軸130在孔中延伸到孔口 120之上，如圖3所示。在該位 置，軸130基本上阻塞氣體流經(jīng)孔口 120。軸130在閥孔135中 可向下行進至這樣的位置，其中，軸在孔中延伸到孔口 120之下。 在該位置，氣體流經(jīng)孔口 120并未由軸130阻塞。軸130可在所 述軸位于孔口 120之上的位置與所述軸位于所述孔口之下的位置 之間移動。在這種方式中，軸130適于控制經(jīng)過孔口 120的流通
面積的尺寸，并且控制氣體流經(jīng)孔口 120，并且相應地控制排氣 壓力的級別。，
參看圖5，在本發(fā)明的一個實施例中，軸130可安置在閥孔 135中，從而軸130可在孔中沿軸向移動，并且還適于在閥孔中 稍微沿橫向移動。在排出氣體作用在軸130上時，軸可在閥孔135 中沿橫向移動，從而軸密封孔口 120的后側(cè)，同時防止氣體從闊 的上游側(cè)2流至下游側(cè)3。因為軸130不可緊貼地裝配在閥孔135 中，這種結(jié)構(gòu)還可防止污染物聚集在軸上，這可造成軸的粘附。
重新參看圖3，該軸130操作性連接至活塞140，其中所述活 塞可滑動地安置在形成在活塞殼體144內(nèi)的孔142中?；钊?40 適于響應于致動力而在活塞孔142內(nèi)沿上下方向沿軸向移動?；?塞140在活塞孔142內(nèi)的移動使得軸130在閥孔135內(nèi)相應的向 上或向下運動。在這種方式中，軸130與活塞140的運動大致垂 直于排出氣體流的方向。在一個實施例中，活塞殼體144可通過 諸如螺釘或鉚釘?shù)囊粋€或多個固定裝置146被固定至殼體110。 在一個實施例中， 一個或多個密封環(huán)148可密封地接合活塞殼體 144和殼體110。
彈簧150可在活塞孔142中沿向上的方向推壓活塞140。在 一個實施例中，彈簧150可將活塞140推壓至這樣的位置，即軸 130在閥孔135內(nèi)延伸到孔口 120上方，如圖3所示。在這種方 式中，軸130可被推壓到這樣的位置，即軸基本上阻塞氣體流經(jīng) 孔口 120。彈簧推壓力可適合于任何預定的級別。優(yōu)選地，彈簧 推壓力可等于或稍微小于由發(fā)動機的排氣壓力極限所提供的力。
在本發(fā)明的一個實施例中，活塞140的向下行程可通過安置 在活塞140下方的可調(diào)節(jié)的螺釘160被限制?？烧{(diào)節(jié)的螺釘160 延伸通過螺紋板162，并且進入活塞孔142中，并且利用鎖定螺
母164被固定就位。鎖定螺母164可被調(diào)節(jié)，以將螺釘160在活 塞孔142內(nèi)延伸至期望的距離。螺釘160在活塞孔142內(nèi)延伸得 越深，則活塞140沿向下的方向行進的距離就越短，并且相應地， 軸130在閥孔135內(nèi)沿向下的方向行進的距離就越短?；钊?40 的向上行程可通過固定在活塞殼體144內(nèi)的固定上側(cè)止擋塊166 被限制。
在本發(fā)明的可選實施例中，如圖6所示，活塞的向下行程可 不用可調(diào)節(jié)的螺釘160而被限制。彈簧座152的位置可以被調(diào)節(jié)， 以調(diào)節(jié)其在活塞孔142中的位置，并且相應地調(diào)節(jié)彈簧150的負 載。軸130以及相應的活塞140的向上行程可通過連接至軸135 的凸塊136被限制。隨著活塞140與軸130向上行進，凸塊136 可接觸襯套115，因而防止進一步向上行程。
形成在閥殼體IIO中的回壓端口 112可提供閥的上游側(cè)2與 活塞140之上的活塞孔142之間的連通。在閥IOO處于其關(guān)閉位 置時，在閥的上游側(cè)2中可產(chǎn)生排氣回壓。該壓力可通過回壓端 口 112與閥孔142連通，并可作用在活塞140上。在排氣壓力足 以克服彈簧150的推壓時，壓力可使得活塞140在活塞孔142內(nèi) 向下行進。活塞140的向下的移動反過來使得軸130在閥孔135 內(nèi)向下移動。隨著軸130向下移動，經(jīng)過孔口 120的流通面積可 增加。結(jié)果，更多的氣體被允許從閥的上游側(cè)2通過孔口 120流 至閥的下游側(cè)3。隨著更多的氣體被允許從閥100的上游側(cè)2流 動，可減小排氣歧管中的排氣回壓的級別。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖7所示，系統(tǒng)IO還可包括形 成在閥100中位于孔口 120上方的通氣孔125。通氣孔125優(yōu)選 與閥孔135相交，并且可在閥孔135與閥的下游側(cè)3之間提供連 通。通氣孔125可有助于軸130在閥孔135內(nèi)行進。隨著軸130
在活塞彈簧150的推壓作用下在閥孔135內(nèi)向上移動，孔內(nèi)軸上
方的壓力可通過通氣孔135泄出。由于較少的壓力作用在軸130 的頂部上，所以軸130可返回至其被推壓的位置，在該位置，軸 更加迅速地阻塞孔口 120。
在本發(fā)明的一個實施例中，系統(tǒng)10還可包括用于將軸130 固定至活塞140的鉸鏈銷組件170。在圖8中示出了鉸鏈銷組件 170的放大的示意圖。鉸鏈銷組件170可包括安裝在從活塞140 延伸的兩個凸緣174之間的鉸鏈銷172。鉸鏈銷172可通過形成 在軸130的下側(cè)端部中的銷孔174被松散地裝配。鉸鏈銷172在 銷孔174內(nèi)的松散的裝配可允許軸130稍微繞鉸鏈銷旋轉(zhuǎn)。這種 布置結(jié)構(gòu)可有助于軸130在閥孔135內(nèi)的對正。
重新參看圖3，在本發(fā)明的一個實施例中，系統(tǒng)10還可包括 穩(wěn)定銷180，所述穩(wěn)定銷固定至活塞殼體144，并且延伸進入活塞 孔142的上側(cè)端部中。穩(wěn)定銷180可通過形成在軸130中的凹槽 132被接收。穩(wěn)定銷180和凹槽132可設(shè)置成，軸130沿軸向在 閥孔135內(nèi)的上下移動并不受銷180影響。穩(wěn)定銷180可大致防 止軸130的旋轉(zhuǎn)。在這種方式中，隨著閥100在殼體110內(nèi)旋轉(zhuǎn)， 軸130可保持固定。
現(xiàn)在將參看圖3和4說明系統(tǒng)10的操作。系統(tǒng)10的操作將 結(jié)合制動操作被說明。然而，預期的是，例如在諸如EGR的其它 發(fā)動機操作過程中可使用該系統(tǒng)。在需要制動操作時，控制信號 可提供至致動活塞230的電機(未示出)。在活塞230被致動時， 活塞桿234從活塞230向外橫向移動，同時使得桿件236樞轉(zhuǎn)。 活塞桿234與桿件236的移動使得閥動器軸210旋轉(zhuǎn)。閥動器軸 210的旋轉(zhuǎn)使得閥100在殼體110內(nèi)旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置。在該位置 點，軸130在閥孔135內(nèi)通過活塞彈簧150被向上推壓至這樣的 位置，在該位置，軸130延伸到孔中位于孔口 120上方。在該位
置，軸130基本上阻塞氣體流經(jīng)孔口 120。
隨著閥100旋轉(zhuǎn)至其關(guān)閉位置，在閥100的上游側(cè)3上在排 氣歧管中可產(chǎn)生排氣回壓。該壓力可通過回壓端口 112與閥孔142 連通，并且與彈簧150的推壓力相反而作用在活塞140上。在排 氣回壓的級別等于或稍微大于彈簧150的推壓力時，壓力可使得 活塞140在活塞孔142中向下行進。因為將致動力提供在活塞140 (回壓端口 112)上的面積與流被控制的面積(孔口 120)不同， 所以由排氣壓力所提供的致動力作用在活塞140上，而基本上不 受由氣體流經(jīng)孔口 120所產(chǎn)生的動態(tài)壓力的影響?；钊?40的向 下移動反過來使得軸130在閥孔135內(nèi)向下移動。隨著軸130向 下移動，經(jīng)過孔口 120的流通面積可增加。結(jié)果，更多的氣體可 被允許從閥的上游側(cè)2通過孔口 120流至閥的下游側(cè)3。因為更 多的氣體被允許從閥100的上游側(cè)2流動，所以可減小排氣歧管 中排氣回壓的級別。在排氣壓力的級別等于或稍微小于彈簧150 的推壓力時，彈簧150使得活塞140在活塞孔內(nèi)向上移動。這反 過來使得軸130在闊孔135內(nèi)向上移動，并且減小了孔口流通面 積的尺寸。在這種方式中，排氣回壓的級別可大致維持在發(fā)動機 的排氣壓力極限的級別附近，并且可以被控制，從而優(yōu)化發(fā)動機 遲滯功率。
在圖9中示出了本發(fā)明的另一實施例，在其中，相同的附圖 標記代表不同實施例中的相同的元件。如圖9所示的實施例可在 沒有回壓端口 112的情況下操作。系統(tǒng)IO可包括形成在活塞殼體 144中位于活塞140上方的進入端口 141。進入端口 141提供了流 體壓力源300與活塞140上方的活塞孔142之間的連通。流體壓 力源300可提供空氣壓力、液壓流體壓力、和/或可與閥孔142連
通的任何其它合適的壓力。在一個實施例中，流體壓力源300可
包括通常在重型卡車上的壓縮空氣供應裝置?？稍趬毫υ?00與 活塞孔142之間設(shè)置調(diào)壓器325。調(diào)壓器可被用于將由壓力源所 供應的壓力級別(例如，100至120psig)減小至預定的壓力級別， 其可包括發(fā)動機的排氣壓力極限的級別上的或附近的壓力(例如， 60至65 psig)。
壓力源300適于提供這樣的壓力(通過調(diào)壓器325減小至預 定的壓力級別)，所述壓力可通過進入端口 141與閥孔142連通， 并且與彈簧150的推壓力相反而作用在活塞140上，同時使得活 塞140在活塞孔142內(nèi)向下行進?；钊?40的向下移動反過來使 得軸130在閥孔135內(nèi)向下移動。隨著軸130向下移動，可增加 經(jīng)過孔口 120的流通面積。結(jié)果，更多的氣體可被允許從閥的上 游側(cè)2通過孔口 120流至閥的下游側(cè)3。因為更多的氣體被允許 從閥100的上游側(cè)2流動，所以可減小排氣歧管中排氣回壓的級 別。
壓力源300可根據(jù)從發(fā)動機控制模塊(ECM) 350接收的信 號將壓力提供至活塞孔142。 ECM 350可包括計算機，并且可連 接至位于諸如發(fā)動機氣缸和/或排氣歧管的合適的發(fā)動機部件中 的一個或多個傳感器。ECM 350可確定合適的時間，以將壓力提 供或不提供至活塞孔142。在這種方式中，排氣回壓的級別可大 致維持在發(fā)動機的排氣壓力極限的級別附近，并且可以被控制， 從而優(yōu)化發(fā)動機遲滯功率。
在圖10中示出了本發(fā)明的另一實施例，在其中，相同的附圖 標記代表不同實施例中的相同的元件。如圖10所示的系統(tǒng)與如圖 9所示的系統(tǒng)類似。進入端口 141可設(shè)置在活塞140下方，并且 系統(tǒng)可未設(shè)有彈簧150。壓力源適于提供壓力，所述壓力可通過 調(diào)壓器325被減小至預定的級別。在一個實施例中，壓力源300 可將恒定的壓力提供至活塞孔142。壓力可作用在活塞140上， 同時在孔142內(nèi)向上推壓活塞，從而孔口 120通過軸130被阻塞。 在系統(tǒng)被致動并且閥IOO關(guān)閉時，閥上游的排氣壓力增加。如果 排氣壓力小于通過進入端口 141供應至活塞孔142的壓力，則軸 130保持在封閉孔口 120的位置。在排氣壓力等于或稍微大于供 應至孔的壓力時，軸130的位置將調(diào)整，以增加經(jīng)過孔口120的 流通面積，同時減少排氣壓力級別，直至所述排氣壓力級別等于 供應的壓力。在這種方式中，排氣回壓的級別可大致維持在發(fā)動 機的排氣壓力極限的級別附近，并且可被控制，從而優(yōu)化發(fā)動機 遲滯功率。
在圖11中示出了本發(fā)明的另一實施例，在其中，相同的附圖 標記代表不同實施例中的相同的元件。系統(tǒng)可包括設(shè)置在活塞 140上方的第一進入端口 141和設(shè)置在活塞140下方的第二進入 端口 143。在調(diào)壓器325與第一和第二進入端口之間可設(shè)置比例 閥330。比例閥330適于通過第一進入端口 141將第一壓力提供 至孔，并通過第二進入端口 143將第二壓力提供至孔。在第一壓 力大于第二壓力時，活塞140上的合成壓力差可使得活塞在活塞 孔內(nèi)向下移動，這反過來使得軸130向下移動。在第一壓力小于 第二壓力時，活塞140上的合成壓力差可使得活塞在活塞孔內(nèi)向 上移動，這反過來使得軸130向上移動。在這種方式中，活塞140 的位置可通過比例閥330被控制。
圖12示出了本發(fā)明的另一實施例，在其中，相同的附圖標記 代表不同實施例中的相同的元件。系統(tǒng)10可包括形成在閥100 中的多個孔口 120。在一個實施例中，如圖12所示，系統(tǒng)可包括 四(4)個孔口 120。在閥IOO處于關(guān)閉位置時，每個孔口 120限
定對應的開口，通過所述開口，氣體可從閥100的上游側(cè)2流至
下游側(cè)3。共同地，孔口 120產(chǎn)生經(jīng)過閥IOO的流通面積。如圖 12所示的孔口 120的數(shù)量僅僅是出于示意性的目的。在不脫離本 發(fā)明的范圍的前提下，系統(tǒng)IO可包括任何合適數(shù)量的孔口 120， 以產(chǎn)生經(jīng)過閥100的流通面積。
在軸130中可形成多個環(huán)形凹部134。在軸130中形成環(huán)形 凹部134，從而每個凹部可選擇性與孔口 120對正。軸130可在 閥孔135中通過活塞彈簧150被向上推壓至這樣的位置，在該位 置，環(huán)形凹部134并不與孔口 120對正，如圖12所示。在該位置， 軸130基本上阻塞氣體流經(jīng)每個孔口 120。軸130可在閥孔135 內(nèi)向下行進至這樣的位置，在該位置，每個環(huán)形凹部局部或全部 與其對應的孔口 120對正。在該位置，氣體被允許繞每個環(huán)形凹 部134流動，并且流經(jīng)每個孔口 120，從而氣體流道通過軸130 僅僅局部被阻塞，或未被阻塞。
如圖12所示的系統(tǒng)10的操作大致結(jié)合圖3如上所述。在需 要制動操作時，可提供控制信號以致動閥100。隨著閥100旋轉(zhuǎn) 至其關(guān)閉位置，在閥100的上游側(cè)3上在排氣歧管中可產(chǎn)生排氣 回壓。該壓力可通過回壓端口 112與閥孔142連通，并且與彈簧 150的推壓力相反而作用在活塞140上。在排氣回壓的級別等于 或稍微大于彈簧150的推壓力時，壓力可使得活塞140在活塞孔 142內(nèi)向下行進。因為對于將致動力提供到活塞140 (回壓端口 112)上的面積不同于流被控制的面積(孔口 120)，所以由排氣 壓力所提供的致動力作用在活塞140上，而基本上不受由氣體流 經(jīng)孔口 120所產(chǎn)生的動態(tài)壓力的影響。活塞140的向下移動反過 來使得軸130在閥孔135內(nèi)向下移動。隨著軸130向下移動，孔 口 120可與環(huán)形凹部134對正，并且可增加經(jīng)過每個孔口 120的
流通面積。結(jié)果，更多的氣體可被允許從閥的上游側(cè)2通過孔口
120流至閥的下游側(cè)3。因為更多的氣體被允許從閥100的上游側(cè) 2流動，所以可減小排氣歧管中的排氣回壓的級別。在排氣壓力 的級別等于或稍微小于彈簧150的推壓力時，彈簧150使得活塞 140在活塞孔內(nèi)向上移動。這反過來使得軸130在閥孔135內(nèi)向 上移動，并且減小總孔口流通面積的尺寸。在這種方式中，排氣 回壓的級別可大致維持在發(fā)動機的排氣壓力極限的級別附近，并 且可被控制從而優(yōu)化發(fā)動機遲滯功率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應該清楚，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的 前提下，可實現(xiàn)本發(fā)明的改型和調(diào)整。因而，應該理解的是，本 發(fā)明覆蓋本發(fā)明的所有改型和調(diào)整，至少它們符合權(quán)利要求書和 其等價物的范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機中的排氣壓力的控制方法，其中所述發(fā)動機具有排氣歧管、安置在所述排氣歧管下游的閥、用于控制所述排氣歧管中的壓力的壓力控制裝置、以及用于致動所述壓力控制裝置的致動裝置，所述方法包括以下步驟關(guān)閉所述閥；在所述排氣歧管中產(chǎn)生排氣壓力；以基本上不受作用在所述壓力控制裝置上的壓力影響的方式將力施加至所述致動裝置；致動所述壓力控制裝置；并且控制所述排氣歧管中排氣壓力的級別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，將力施加至所 述致動裝置的步驟包括將所述排氣壓力施加至所述致動裝置的步 驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將力施加至所 述致動裝置的步驟包括將調(diào)節(jié)的流體壓力從流體壓力源施加至所 述致動裝置的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述流體壓力 包括液壓流體壓力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述流體壓力 包括空氣壓力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，將力施加至所 述致動裝置的步驟包括將機械力施加至所述致動裝置的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，將力施加至所 述致動裝置的步驟包括沿大致垂直于排出氣體流動的方向施加力 的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括提供所 述排氣壓力以輔助發(fā)動機操作的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機操作包括發(fā)動機制動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟基于所述排氣壓力的級別提供所述排氣壓力，以優(yōu)化發(fā)動 機遲滯功率。
11. 一種發(fā)動機中的排氣壓力的控制方法，其中所述發(fā)動機 具有排氣歧管、安置在所述排氣歧管下游的閥、用于控制所述排 氣歧管中的壓力的壓力控制裝置、以及用于致動所述壓力控制裝 置的致動裝置，所述方法包括以下步驟關(guān)閉所述閥；將排氣壓力施加至所述壓力控制裝置，其中通過所述排氣壓 力而施加在所述壓力控制裝置上的力是沿與所述壓力控制裝置的致動方向大致垂直的方向；將力施加至所述致動裝置上，而力基本上不受所述壓力控制 裝置上的壓力的影響；致動所述壓力控制裝置；并且 控制所述排氣歧管中排氣壓力的級別。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將力施加至所述致動裝置的步驟包括將所述排氣壓力施加至所述致動裝置的 步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將力施加至所述致動裝置的步驟包括將調(diào)節(jié)的流體壓力從流體壓力源施加至 所述致動裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將力施加至所述致動裝置的步驟包括將機械力施加至所述致動裝置的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，還包括以下 步驟，提供所述排氣壓力，以基于排氣壓力的級別，優(yōu)化發(fā)動機 遲滯功率。
16. —種發(fā)動機中的排氣壓力的控制方法，其中所述發(fā)動機 具有排氣歧管、安置在所述排氣歧管下游的閥、用于控制所述排 氣歧管中的壓力的壓力控制裝置、以及用于致動所述壓力控制裝 置的致動裝置，所述方法包括以下步驟關(guān)閉所述閥；在所述排氣歧管中產(chǎn)生排氣壓力；將排氣壓力施加至所述壓力控制裝置，其中通過所述排氣壓力而施加在所述壓力控制裝置上的力是沿與所述壓力控制裝置的 致動方向大致垂直的方向；將排氣壓力施加至所述致動裝置；并且 根據(jù)所述排氣壓力致動所述壓力控制裝置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括以下 步驟，提供所述排氣壓力，以基于排氣壓力的級別，優(yōu)化發(fā)動機 遲滯功率。
18. —種發(fā)動機中的排氣壓力的控制方法，其中所述發(fā)動機 具有排氣歧管；安置在所述排氣歧管中的閥，其中所述閥中形成 有孔口；以及用于控制經(jīng)過所述閥孔口的流通面積的流通面積控 制裝置，所述方法包括以下步驟關(guān)閉所述閥；在所述排氣歧管中產(chǎn)生排氣壓力；將所述排氣壓力施加至所述流通面積控制裝置；根據(jù)所述排氣壓力，控制經(jīng)過所述閥孔口的流通面積的大?。徊⑶铱刂扑雠艢馄绻苤信艢鈮毫Φ募墑e。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括基于 排氣壓力的級別優(yōu)化發(fā)動機遲滯功率的步驟。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，控制排氣壓 力級別的步驟還包括，將所述排氣歧管中的排氣壓力的級別大致 維持在接近排氣壓力極限。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括以下 步驟，以基本上不受作用在所述流通面積控制裝置上的壓力影響 的方式將所述排氣壓力施加至所述流通面積控制裝置。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，將所述排氣壓力施加至所述流通面積控制裝置的步驟還包括以下步驟將所述排氣壓力施加至操作性連接至軸的活塞，所述軸適于選擇性允許氣體流經(jīng)所述閥孔口；并且致動所述軸。
23. —種用于控制具有排氣歧管的內(nèi)燃機中的排氣壓力的設(shè)備，所述設(shè)備包括安置在所述排氣歧管中的閥，所述閥適于繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；與所述旋轉(zhuǎn)軸線共軸線地形成在所述閥中的閥孔；用于控制所述排氣歧管中的壓力的壓力控制裝置，所述壓力 控制裝置安置在所述閥孔中；以及用于致動所述壓力控制裝置的致動裝置。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓力控 制裝置包括形成在所述闊中的孔口 ，所述孔口限定經(jīng)過所述閥的排出氣 體流道；以及可滑動地安置在所述閥孔中的軸。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝 置適于將所述軸在第一位置與第二位置之間移動，其中在所述第 一位置，基本上防止氣體流經(jīng)所述孔口，在所述第二位置，允許 氣體流經(jīng)所述孔口。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝 置適于響應于致動力而移動所述軸。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動力 包括排氣壓力。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動力 包括調(diào)節(jié)的流體壓力。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動力 包括機械力。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動力 的方向大致垂直于所述排氣歧管中排出氣體的流動方向。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝 置包括操作性連接至所述軸的活塞。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其特征在于，還包括彈簧， 所述彈簧在所述第一位置推壓所述軸。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其特征在于，還包括 形成在所述軸的下側(cè)端部中的銷孔；以及 操作性連接至所述活塞的鉸鏈銷，所述鉸鏈銷松配合在所述 銷孔中。
34. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓力控制裝置包括形成在所述閥中的多個孔口，每個所述孔口限定經(jīng)過所述閥 的排出氣體流道；可滑動地安置在所述閥孔中的軸；以及形成在所述軸中的多個環(huán)形凹部。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝 置適于將所述軸在第一位置與第二位置之間移動，其中在所述第 一位置，基本上防止氣體流經(jīng)所述孔口，在所述第二位置，所述 環(huán)形凹部與所述孔口對正，并且允許氣體流經(jīng)每個孔口。
36. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述閥包括 蝶閥。
37. —種用于控制具有排氣歧管的內(nèi)燃機中的排氣壓力的設(shè) 備，所述設(shè)備包括安置在所述排氣歧管中的閥；用于控制所述排氣歧管中的壓力的壓力控制裝置，所述壓力 控制裝置安置在所述閥中；以及用于致動所述壓力控制裝置的致動裝置，作用在所述致動裝置上的排氣壓力大致提供致動所述壓力控 制裝置所需的所有力。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓力控 制裝置包括形成在所述閥中的孔口 ，所述孔口限定經(jīng)過所述闊的排出氣 體流道；以及可滑動地安置在形成在所述閥內(nèi)的閥孔中的軸。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝 置適于將所述軸在第一位置與第二位置之間移動，其中在所述第 一位置，基本上防止氣體流經(jīng)所述孔口，在所述第二位置，允許 氣體流經(jīng)所述孔口。
40. —種用于控制內(nèi)燃機中的排氣壓力的設(shè)備，所述設(shè)備包括殼體；安置在所述殼體中的閥；形成在所述閥中的孔口 ，所述孔口限定經(jīng)過所述閥的氣體流道；可滑動地安置在形成在所述閥內(nèi)的閥孔中的軸，所述軸適于 在第一位置與第二位置之間移動，其中在所述第一位置，基本上 防止氣體流經(jīng)所述孔口，在所述第二位置，允許氣體流經(jīng)所述孔 口；以及用于致動所述軸的裝置。
全文摘要
公開了一種控制內(nèi)燃機(20)中的排氣壓力的設(shè)備和方法。在一個實施例中，所述設(shè)備包括殼體(110)；安置在所述殼體(110)中的閥(100)；形成在所述閥(100)中的孔口，所述孔口限定經(jīng)過所述閥(100)的氣體流道；以及軸(130)，所述軸可滑動地安置在形成在所述閥(100)內(nèi)的閥孔中，所述軸(130)適于在第一位置與第二位置之間移動，其中在所述第一位置，基本上防止氣體流經(jīng)所述孔口，在所述第二位置，允許氣體流經(jīng)所述孔口。所述軸(130)的位置可響應于致動力而選擇性變化。
文檔編號F02D9/06GK101103190SQ200580046880
公開日2008年1月9日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者T·珀金斯, Z·梅斯特里克 申請人:雅各布斯車輛系統(tǒng)公司