專利名稱：用于2沖程和4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作的機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制和驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的閥的機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)(VVA)系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及允許2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或點(diǎn)火操作的VVA系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)描述如已知的，借助于閥驅(qū)動(dòng)控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)并實(shí)現(xiàn)各種功能是可能的。在最簡(jiǎn)單的方法中，凸輪位置的改變被用于改進(jìn)在完全打開的節(jié)流閥條件下的容積效率。隨著進(jìn)氣閥關(guān)閉情形確定真正的起始?jí)嚎s，從而還能夠影響有效的壓縮比。由于排氣閥打開的變化，排出氣體的能量和因而催化劑的升溫以及渦輪增壓器的性能能夠被影響。以上可見，能夠容易理解，不同的特定閥升程曲線之間的轉(zhuǎn)變甚至是更有效的，以影響氣體交換或者吸入引起的電荷運(yùn)動(dòng)，甚至通過完全的閥卡死可獲得汽缸卡死。另外，尤其是完全柔性的可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被認(rèn)為是專用的燃料經(jīng)濟(jì)性概念。由于凸輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，載荷控制能夠借助于具有最小化節(jié)流閥損失的早期進(jìn)氣閥封閉來進(jìn)行。不同的VVA系統(tǒng)在本領(lǐng)域中已經(jīng)是已知的。例如，已知使用凸輪驅(qū)動(dòng)的振蕩“型面(profile)”的搖桿來獲得機(jī)械式VVA。此已知系統(tǒng)的一個(gè)示例顯示在圖I中。在此現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)允許4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作。閥升程型面(valve lift profile)的變化通過搖桿3的樞軸部件的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。圖I中此系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于其不能用于發(fā)動(dòng)機(jī)的2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或點(diǎn)火操作中。這意味著該系統(tǒng)以及很多其他的系統(tǒng)只是對(duì)于4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作是有用的。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其適合用于4沖程以及2沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或點(diǎn)火操作中。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其適合于減小發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗和排放。又一目的是提供一種機(jī)械式系統(tǒng)，其高度可靠且相當(dāng)易于以有競(jìng)爭(zhēng)力的成本制造。發(fā)明概述以上目的通過如權(quán)利要求I要求保護(hù)的機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。因此，所述系統(tǒng)包括控制元件，控制元件適合于借助于可調(diào)節(jié)連接機(jī)構(gòu)來控制閥系統(tǒng)的閥的升程?？烧{(diào)節(jié)連接機(jī)構(gòu)是適合于將所述偏心元件與驅(qū)動(dòng)軸并與接合閥系統(tǒng)的振蕩搖桿(oscillating rocker)連接在一起的杠桿連接系統(tǒng)。所述振蕩搖桿包括適合于接合所述閥系統(tǒng)的第一升程型面和第二升程型面。附圖
簡(jiǎn)述從以下優(yōu)選但不排他的實(shí)施方式的詳細(xì)描述中并從其中所附的附圖中，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其中的附圖僅僅是本發(fā)明闡示性的而不是限制性的，附圖中圖I呈現(xiàn)已知的機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；圖2示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
圖2a呈現(xiàn)本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示意性圖示；圖3示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的振蕩搖桿的細(xì)節(jié)；圖4是相對(duì)于設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火操作的閥升程圖表；圖5是相對(duì)于設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)操作的閥升程圖表。發(fā)明詳述
圖2、2a和3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其設(shè)有機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
I。閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I包括控制元件2，控制元件2借助于可調(diào)節(jié)連接機(jī)構(gòu)連接到閥系統(tǒng)100?？烧{(diào)節(jié)連接機(jī)構(gòu)包括適合于將控制元件2與驅(qū)動(dòng)軸4和振蕩搖桿6連接的杠桿連接系統(tǒng)。振蕩搖桿6接合閥系統(tǒng)100且包括第一升程型面5A和第二升程型面5B，其中振蕩搖桿6通過第一升程型面5A和第二升程型面5B驅(qū)動(dòng)閥系統(tǒng)100。如所述附圖中所示，閥系統(tǒng)100包括至少一閥104(排氣或進(jìn)氣閥),閥104通過由振蕩搖桿6的型面5A、5B驅(qū)動(dòng)的傳送機(jī)構(gòu)101、102、103移動(dòng)。這些傳送機(jī)構(gòu)在本領(lǐng)域是已知的且可包括液壓間隙調(diào)節(jié)器102、連接到閥104的搖桿臂101和滾筒103。在可選擇的實(shí)施方式中，滾筒103還可以是根據(jù)技術(shù)領(lǐng)域中已知解決方案的從動(dòng)件。根據(jù)本發(fā)明，振蕩搖桿6在由控制元件2的相應(yīng)操作構(gòu)型建立的振蕩范圍R1、R2、R3中圍繞固定部件30振蕩。詳細(xì)地，此操作構(gòu)型由控制元件2的操作部件10的位置限定。第一升程型面5A和第二升程型面5B根據(jù)由控制元件2建立的相應(yīng)振蕩范圍R1、R2、R3而接合閥系統(tǒng)100。這意味著每個(gè)振蕩范圍R1、R2、R3對(duì)應(yīng)于特定的閥升程特性。換句話說，通過修改控制元件2的操作部件10的位置來修改閥升程特性是可能的?？刂圃?優(yōu)選地為偏心元件(之后以相同的標(biāo)記2表示)，其旋轉(zhuǎn)中心在附圖中顯示為2a。可調(diào)節(jié)連接機(jī)構(gòu)包括設(shè)有五個(gè)桿3a、3b、3c、3d、3e的杠桿連接系統(tǒng)。每個(gè)桿3a、3b、3c、3d、3e具有兩端。第一桿3a的第一端對(duì)應(yīng)于控制元件2的操作部件10。特別地，所述操作部件10能夠沿著具有其中心2a的圓周旋轉(zhuǎn)。操作部件10的位置可借助于不同于所述偏心元件的控制元件修改。實(shí)際上，操作部件10還可借助于控制元件以線性方式移動(dòng)，其中的控制元件包括適合于線性移動(dòng)操作部件10的轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)。第二桿3b具有端部50，其借助于第四桿3d連接到驅(qū)動(dòng)軸4。因此，第一四樞軸系統(tǒng)由四個(gè)樞軸10、20、50和60限定。驅(qū)動(dòng)軸4有利地以偏心方式移動(dòng)第二桿30b的樞軸部件50，避免了凸輪的使用。閥升程能夠借助于第一桿3a的第一端10的轉(zhuǎn)移而修改。事實(shí)上，第一桿3a的第二端20所以對(duì)應(yīng)于第一端10的移動(dòng)而移動(dòng)。第一桿3a的第二端20借助于膝狀接頭(kneejoint) 5連接到第二桿3b并連接到第三桿3c。第三桿3c的第一端與膝狀接頭5的樞軸20重合，同時(shí)第三桿3c的第二端40直接連接到振蕩搖桿6。所述振蕩搖桿6與樞軸40可旋轉(zhuǎn)地關(guān)聯(lián)。第五桿3e還適合于將所述樞軸部件40連接到固定樞軸部件30。特別地，固定樞軸部件30是振蕩搖桿6的旋轉(zhuǎn)中心，同時(shí)樞軸40建立搖桿自身的角振蕩。因此，第二四樞軸系統(tǒng)由四個(gè)樞軸10、20、40、30限定。圖2a相應(yīng)于其中樞軸20呈現(xiàn)為在兩個(gè)樞軸20a、20b中轉(zhuǎn)變以更好地顯示兩個(gè)四樞軸系統(tǒng)的杠桿連接系統(tǒng)。第一樞軸系統(tǒng)由四個(gè)樞軸10、20a、40和30限定，第二樞軸系統(tǒng)由四個(gè)樞軸10、20b、50和60限定。通過借助于由第三桿3c的移動(dòng)引起的搖桿樞軸40的位移將型面搖桿6的工作范圍(振蕩范圍)移動(dòng)到左側(cè)或右側(cè)，偏心元件2的旋轉(zhuǎn)改變了閥升程。當(dāng)搖桿6的角振蕩的位置被第三桿3c修改時(shí)，導(dǎo)致閥升程借助于搖桿升程型面5A、5B與閥系統(tǒng)100的閥滾筒103或多或少的接合而被相應(yīng)地修改。圖3示意性地顯示了振蕩搖桿6的可能構(gòu)型。如所示，第一升程型面5A和第二升程型面5B關(guān)于穿過搖桿6的旋轉(zhuǎn)中心30并垂直于平面片材的平面對(duì)稱。圖3中，還顯示了搖桿6的可能振蕩范圍Rl、R2、R3。標(biāo)記Rl指示由控制元件2的操作部件10的相應(yīng)第一位置限定的第一可能振蕩范圍。第一振蕩范圍Rl使得只是在搖桿6的振蕩期間，第一型面5A接合閥系統(tǒng)100。更詳細(xì)地，操作部件10的第一位置建立了第四樞軸40的隨之發(fā)生的第一位置，其基本上向右側(cè)移動(dòng)了搖桿的振蕩范圍。由于第一振蕩范圍，獲得適合于4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作的閥升程特性是可能的。
還是在圖3中，以標(biāo)記R2表示的第二振蕩范圍能夠通過相應(yīng)于操作部件10的第二位置的控制元件2的第二操作構(gòu)型建立。第二振蕩范圍R2被建立以限定低于由第一范圍Rl可獲得的閥升程。通過第二范圍R2，可以進(jìn)行設(shè)有內(nèi)部EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。以標(biāo)記R3表示的第三振蕩范圍能夠通過控制元件2的操作部件10的第三位置建立。第三振蕩范圍R3為使得振蕩搖桿6的兩個(gè)升程型面5A、5B在搖桿自身的整個(gè)振蕩期間接合閥系統(tǒng)100 (特別是如圖2中所示的滾筒103)。該條件允許當(dāng)搖桿6移動(dòng)到右側(cè)時(shí)具有升程特性，并且當(dāng)搖桿6朝另一側(cè)移動(dòng)時(shí)具有另一升程特性。換句話說，通過振蕩范圍R3，使閥升程的頻率變成雙倍是可能的。這意味著雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火或制動(dòng)操作是可能的。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明設(shè)有VVA系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥升程特性(El、E2、E3)和進(jìn)氣閥升程特性(Dl、D2、D3)。特別地，圖4所示升程特性定義為驅(qū)動(dòng)軸4的角位置的函數(shù)。詳細(xì)地，標(biāo)記El和Dl分別表示相對(duì)于4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作的排氣閥升程特性和進(jìn)氣閥升程特性。此操作模式需要在驅(qū)動(dòng)軸4循環(huán)期間的閥的單個(gè)升程。參照?qǐng)D3和4，特性El和Dl可以通過設(shè)定搖桿6的振蕩范圍Rl來實(shí)現(xiàn)。圖3中，標(biāo)記E2和E3表示相對(duì)于2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作的排氣閥升程特性。類似地，標(biāo)記D2和D3表示相對(duì)于2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作的進(jìn)氣閥升程特性。對(duì)于此發(fā)動(dòng)機(jī)操作來說，需要閥升程的雙倍頻率。根據(jù)本發(fā)明的VVA系統(tǒng)I允許建立適合于獲得所述頻率的相應(yīng)振蕩范圍。再次參照?qǐng)D4，升程型面5A、5B兩者都能通過設(shè)定振蕩范圍R3而接合閥系統(tǒng)100。由此，對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸4的每個(gè)循環(huán)來說，排氣閥和進(jìn)氣閥被提升兩次，即一次由于第一型面5A在滾筒103上的作用和第二次由于第二型面5B在滾筒自身上的作用。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明借助于VVA系統(tǒng)可獲得的相對(duì)于2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)操作的閥升程特性。如圖5中所示，在此模式的操作中，排氣閥升程小于進(jìn)氣閥升程。通過建立振蕩搖桿6的適當(dāng)振蕩范圍并通過優(yōu)化升程型面5A、5B的幾何形狀，可以實(shí)現(xiàn)此條件。特別地，被設(shè)計(jì)以接合進(jìn)氣閥的升程型面的幾何形狀將不同于被設(shè)計(jì)用于排氣閥的型面的幾何形狀，以獲得如圖5中所示不同的升程。根據(jù)本發(fā)明，VVA系統(tǒng)可包括凸輪相位器(cam phaser)，以允許兩種2沖程模式的操作，并特別地用于將升程型面5A、5B轉(zhuǎn)移到用于制動(dòng)的正確角位置。 已經(jīng)顯示本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了建議的目標(biāo)和目的。更詳細(xì)地，已經(jīng)顯示根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)允許精確地控制閥升程以優(yōu)化多種不同的操作條件。特別地，根據(jù)本發(fā)明的VVA系統(tǒng)使得2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作或四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作兩者成為可能。參照2沖程模式的操作，兩個(gè)升程型面的出現(xiàn)允許雙閥升程頻率，而借助于所述型面的幾何形狀的優(yōu)化，獲得進(jìn)氣閥和或排氣閥的具體升程是可能的。這意味著本發(fā)明的VVA系統(tǒng)允許獲得雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)和點(diǎn)火操作兩者。另外，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)允許改進(jìn)燃料消耗和排放，尤其是借助于早期進(jìn)氣閥的封閉和閥重疊的修改。非最終地，本發(fā)明的可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不使用凸輪旋轉(zhuǎn)接合閥的搖桿型面而實(shí)現(xiàn)了 閥升程的變化，導(dǎo)致閥升程更加精確的控制。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將清楚的是，本發(fā)明的其他可選擇的和等價(jià)的實(shí)施方式能夠被設(shè)想并被簡(jiǎn)化以實(shí)踐，而不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神。從以上提到的描述中，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，實(shí)施本發(fā)明而不引入任何其他的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)將是可能的。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(I)，其特征在于所述機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括控制元件(2)，所述控制元件(2)借助于可調(diào)節(jié)連接機(jī)構(gòu)來控制閥系統(tǒng)(100)的至少一閥(104)的升程，所述可調(diào)節(jié)連接機(jī)構(gòu)是將所述控制元件(2)與驅(qū)動(dòng)軸(4)并與接合所述閥系統(tǒng)(100)的振蕩搖桿(6)連接在一起的杠桿連接系統(tǒng)，其中所述振蕩搖桿(6)包括用于接合所述閥系統(tǒng)(100)的第一升程型面(5A)和所述第二升程型面(5B)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述振蕩搖桿(6)在由所述控制元件(2)的操作位置建立的振蕩范圍中圍繞固定部件(30)振蕩，所述第一型面(5A)和所述第二型面(5B)根據(jù)所述振蕩范圍而接合所述閥系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述控制元件(2)建立第一振蕩范圍(Rl)，對(duì)于所述第一振蕩范圍(Rl)來說，在所述振蕩搖桿(6)的振蕩期間，只有所述第一升程型面(5A)接合所述閥系統(tǒng)(100)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述控制元件(2)建立第二振蕩范圍(R2)，對(duì)于所述第二振蕩范圍(R2)來說，在所述振蕩搖桿(6)的振蕩期間，兩個(gè)升程型面(5A、5B)均接合所述閥系統(tǒng)(100)。
5.根據(jù)任一權(quán)利要求I到4所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述控制元件(2)是偏心元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到4所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述控制元件(2)是線性元件。
7.根據(jù)任一權(quán)利要求I到6所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述杠桿連接系統(tǒng)包括五個(gè)桿(3a、3b、3c、3d、3e)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述五個(gè)桿(3a、3b、3c、3d、3e)的每個(gè)端(10、20、30、40、50)為樞軸部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述五個(gè)桿中的所述第一桿(3a)具有第一端(10)，所述第一端(10)適合于圍繞所述偏心元件(2)的中心(2a)偏心地移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述第一桿(3a)的第二端(20)以膝狀接頭(5)連接到所述五個(gè)桿中的第二桿(3b)和第三桿(3c)的第一端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述第二桿(3b)的所述第二端(50)連接到第四桿(3d)的第一端，所述第四桿(3d)的第二端￠0)為所述驅(qū)動(dòng)軸(4)的旋轉(zhuǎn)中心。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述第三桿(3c)的所述第二端(40)連接到第五桿(3e)的第一端，所述第五桿(3c)的第二端(30)是用于所述搖桿(6)振蕩的固定樞軸部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求7到12中任一項(xiàng)所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其中所述桿端限定第一樞軸系統(tǒng)(10、20、50、60)和第二樞軸系統(tǒng)(10、20、30、40)，所述控制元件(2)能夠借助于所述第一樞軸系統(tǒng)(10、20、50、60)和所述第二樞軸系統(tǒng)(10、20、30、40)修改并控制所述閥(104)的升程。
14.根據(jù)權(quán)利要求7到13中任一項(xiàng)所述的機(jī)械式VVA系統(tǒng)，其特征在于所述搖桿(6)圍繞所述固定樞軸(30)振蕩，所述搖桿(6)的振蕩范圍借助于所述樞軸(40)的位置控制和修改，所述樞軸(40)的位置通過所述第三桿(3c)的移動(dòng)來確定，其中所述第三桿(3c)根據(jù)所述第一桿(3a)的第一端(10)相對(duì)于所述偏心元件(2)的中心(2a)的位置而移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)械式可變閥驅(qū)動(dòng)(VVA)系統(tǒng)，用于控制和驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的閥。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)借助于用于適合驅(qū)動(dòng)閥的振蕩搖桿的固定樞軸部件而實(shí)現(xiàn)了閥升程的控制，振蕩搖桿借助于偏心控制元件驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)F02D41/08GK102639825SQ201080055547
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者哈拉爾德·費(fèi)斯勒 申請(qǐng)人:依維柯發(fā)動(dòng)機(jī)研究公司