被構(gòu)造用于控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的閥操作的裝置和方法
【專利摘要】一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（100）的方法包括：將排氣閥（140）移動(dòng)到第一打開位置，以使得排出物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（100）的排氣端口（152）。該方法還包括：將排氣閥（140）保持在第一打開位置預(yù)定時(shí)長(zhǎng)。該方法還包括：在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)中將進(jìn)氣閥（136）移動(dòng)到第二打開位置，以使得進(jìn)入物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（100）的進(jìn)氣端口（144）。此外，該方法包括：在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)中通過第一阻擋件（180）和第二阻擋件（176）至少阻止進(jìn)入物的一部分流過排氣端口。
【專利說明】被構(gòu)造用于控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的閥操作的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，特別地涉及控制內(nèi)燃活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的閥操作。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩，所述驅(qū)動(dòng)扭矩可向多種類型的裝置，包括手持式電動(dòng)工具、汽車以及許多其它機(jī)器提供動(dòng)力。一種類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，或更普通地稱作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0003]典型的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、一個(gè)或多個(gè)活塞、曲軸、閥組件和燃燒輸送系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體限定出一個(gè)或多個(gè)圓柱形空腔，它們簡(jiǎn)稱為缸。一些活塞發(fā)動(dòng)機(jī)僅包括一個(gè)缸，而其它活塞發(fā)動(dòng)機(jī)包括八個(gè)或更多個(gè)缸。為了簡(jiǎn)單起見，該【背景技術(shù)】描述的是僅具有一個(gè)缸的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。該活塞是位于缸內(nèi)而可移動(dòng)的大致圓柱形單元。連桿將活塞的底側(cè)連接到曲柄。缸的位于活塞的頂側(cè)上方的一部分稱作燃燒室。閥組件連接到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，以與缸流體連通，特別是與燃燒室流體連通。燃料輸送系統(tǒng)向燃燒室直接或間接供給燃料?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知曉的附加構(gòu)件、系統(tǒng)和子系統(tǒng)。
[0004]操作時(shí)，示例性的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)通過在燃燒室內(nèi)周期性地燃燒燃料產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。示例性燃料包括但不限于汽油、柴油、乙醇和酒精。在燃燒室內(nèi)燃燒燃料時(shí)產(chǎn)生力，該力使活塞在缸內(nèi)移動(dòng)?；钊囊苿?dòng)使得曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)扭矩。燃燒過的燃料的排出副產(chǎn)物通過閥組件被從燃燒室逐出。
[0005]大部分活塞發(fā)動(dòng)機(jī)以兩沖程操作循環(huán)或四沖程操作循環(huán)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩?；钊摹皼_程”是指活塞從缸的一端附近移動(dòng)到缸的相反端附近。例如，在具有豎直定向的缸的發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)活塞從缸的頂部附近滑動(dòng)到缸的底部附近時(shí)產(chǎn)生一個(gè)沖程。當(dāng)活塞從缸的底部附近滑動(dòng)到缸的頂部附近也產(chǎn)生一個(gè)沖程。
[0006]四沖程操作循環(huán)在活塞的四個(gè)沖程的過程中順序執(zhí)行四種發(fā)動(dòng)機(jī)操作。與這些發(fā)動(dòng)機(jī)操作相關(guān)的沖程通常稱作:進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。在進(jìn)氣沖程過程中，活塞遠(yuǎn)離閥組件移動(dòng)，且將新鮮空氣抽入到燃燒室中。此外，在進(jìn)氣沖程過程中，燃料進(jìn)氣燃燒室中。接著，在壓縮沖程過程中，活塞向著閥組件移動(dòng)，并在燃燒室內(nèi)壓縮新鮮空氣和燃料混合物。在做功沖程過程中，燃燒室內(nèi)的燃料被燃燒，以產(chǎn)生稱作排出副產(chǎn)物的迅速膨脹的氣體。排出副產(chǎn)物推動(dòng)活塞遠(yuǎn)離閥組件。接著，在排氣沖程過程中，活塞向著閥組件移動(dòng)，且閥組件從燃燒室排出排氣副產(chǎn)物。以四沖程操作循環(huán)操作的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(稱作四沖程發(fā)動(dòng)機(jī))非常迅速地順序重復(fù)這些沖程，以產(chǎn)生曲軸驅(qū)動(dòng)扭矩。
[0007]以兩沖程操作循環(huán)操作的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在活塞的兩個(gè)沖程的過程中執(zhí)行上述四種發(fā)動(dòng)機(jī)操作。與這些發(fā)動(dòng)機(jī)操作相關(guān)的沖程通常稱為組合進(jìn)氣和壓縮沖程和組合做功和排氣沖程。在組合進(jìn)氣和壓縮沖程過程中，活塞向著閥組件移動(dòng)，以將新鮮空氣抽入燃燒室中和在燃燒室內(nèi)壓縮新鮮空氣和燃料。接著，在做功和排氣沖程過程中，燃燒室內(nèi)的燃料被燃燒，這產(chǎn)生排出副產(chǎn)物并使活塞遠(yuǎn)離閥組件移動(dòng)。隨著活塞遠(yuǎn)離閥組件移動(dòng)，排出副產(chǎn)物被從燃燒室排出。以兩沖程操作循環(huán)操作的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(稱作兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī))非常迅速地順序重復(fù)這些沖程，以產(chǎn)生曲軸驅(qū)動(dòng)扭矩。
[0008]兩沖程和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可具有稱作短路的過程。通常希望兩沖程和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)從燃燒室完全排出副產(chǎn)物，而不允許新鮮空氣和/或未燃燒完的燃料的任何部分隨排出副產(chǎn)物從燃燒室排出。然而，在短路過程中，燃料和/或新鮮空氣的一部分隨著排出副產(chǎn)物從缸排出。被從燃燒室排出的未燃燒的燃料不能貢獻(xiàn)于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。相應(yīng)地，短路降低了內(nèi)燃活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率。因此，在內(nèi)燃活塞發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域需求進(jìn)一步的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在至少一個(gè)實(shí)施例中，一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括:將排氣閥移動(dòng)到第一打開位置，以使得排出物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣端口。該方法還包括:將排氣閥保持在第一打開位置預(yù)定時(shí)長(zhǎng)。此外，該方法還包括:在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)的過程中將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第二打開位置，以使得進(jìn)入物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端口。
[0010]在至少一個(gè)其它實(shí)施例中，一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括:排氣閥、進(jìn)氣閥、第一阻擋件和閥控制器。所述排氣閥被構(gòu)造成能向第一打開位置移動(dòng)，以使得排出物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣端口。所述進(jìn)氣閥被構(gòu)造成能向第二打開位置移動(dòng)，以使得進(jìn)入物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端口。所述第一阻擋件被構(gòu)造成能至少阻止進(jìn)入物的一部分流過排氣端口。所述閥控制器被構(gòu)造成:(i)能將排氣閥保持在第一打開位置預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，以及(ii)能在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)的過程中將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第二打開位置。
[0011]在又一實(shí)施例中，一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括:利用第一閥定位序列以四沖程模式操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。該方法還包括調(diào)節(jié)選擇件，以便以兩沖程模式操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。此夕卜，該方法包括利用第二閥定位序列以兩沖程模式操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]通過下面參看附圖所作的描述，該裝置和方法所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員將顯見本公開的特征，附圖包括:
[0013]圖1是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的側(cè)剖視圖；
[0014]圖2A是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋的側(cè)剖視圖；
[0015]圖2B是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋的仰視圖；
[0016]圖2C是示出了操作圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一種示例性方法的流程圖；
[0017]圖3是示出了圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性兩沖程閥定位序列的圖；
[0018]圖4是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)剖視圖，其中示出了處于打開位置的排氣閥和處于關(guān)閉位置的進(jìn)氣閥；
[0019]圖5是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)剖視圖，其中示出了處于打開位置的排氣閥和處于打開位置的進(jìn)氣閥；
[0020]圖6是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)剖視圖，其中示出了處于打開位置的排氣閥和處于打開位置的進(jìn)氣閥；
[0021]圖7是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)剖視圖，示出了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的進(jìn)氣流的翻轉(zhuǎn)；
[0022]圖8是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)可選實(shí)施例，其具有與進(jìn)氣閥相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣罩和與排氣閥相關(guān)聯(lián)的排氣罩；
[0023]圖9是圖8所示的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋的側(cè)剖視圖；以及
[0024]圖10是圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋的一個(gè)可選實(shí)施例的側(cè)剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了有助于理解在此描述的裝置和方法的原理，下面將參看附圖中示出的并在以下的說明書中描述的多個(gè)實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，不是借此用于限制本裝置和方法的范圍。還可理解，本裝置和方法包括對(duì)所示的實(shí)施例的任何替換和修改，且包括本裝置和方法所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常能想到的裝置和方法的其它應(yīng)用。
[0026]如圖1所示，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體104、活塞108、缸蓋112和閥控制器116。閥控制器116可被構(gòu)造成能以減少或消除燃燒室短路的方式操作缸蓋112的進(jìn)氣閥136和排氣閥140。下面，將描述發(fā)動(dòng)機(jī)100的結(jié)構(gòu)和操作該發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。
[0027]發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體104限定出圓柱形空腔，稱作缸120。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體104被示為僅限定出一個(gè)缸120，但發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體也可限定出任何數(shù)量的缸。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體104可限定出1-8個(gè)或更多個(gè)缸。缸120的燃燒室128部分由活塞108的頂側(cè)和缸蓋112的底側(cè)限定。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體104由通常用于形成現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的材料形成。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體104可由鋁或鑄鐵形成。
[0028]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100的活塞108被缸120可滑動(dòng)地接收?；钊?08通常為圓柱形單元，其直徑稍小于缸120的直徑，以使活塞能夠進(jìn)入缸中?；钊?08由鋁形成；然而，在其它實(shí)施例中，活塞也可由通常用于形成活塞的其它材料、例如鑄鐵形成。連桿124或其它連接件將活塞108的底側(cè)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)100的曲軸(未示出)。
[0029]繼續(xù)參看圖1，缸蓋112連接到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體104，且包括主體132、進(jìn)氣閥136和排氣閥140。缸蓋112的主體132限定出進(jìn)氣端口 144，所述進(jìn)氣端口 144與進(jìn)氣閥136相關(guān)聯(lián)且終止于進(jìn)氣通道148。附加性地，缸蓋112的主體132限定出排氣端口 152，所述排氣端口 152與排氣閥140相關(guān)聯(lián)且終止于排氣通道156。缸蓋112的主體132由鋁形成。然而，在其它實(shí)施例中，主體132也可由通常用于形成缸蓋的其它材料、包括鑄鐵和鋼形成。
[0030]如圖2A所示，所述進(jìn)氣閥136包括進(jìn)氣閥頭160，其連接到進(jìn)氣軸164。進(jìn)氣軸164延伸通過主體132的一部分且被閥控制器116接收(圖1)。進(jìn)氣閥頭160具有外周邊，所述外周邊與進(jìn)氣端口 144的周邊對(duì)應(yīng)。如圖2A的實(shí)施例中所示，進(jìn)氣閥頭160的外周邊是圓形的。進(jìn)氣閥136可被移動(dòng)到關(guān)閉位置，所述關(guān)閉位置使進(jìn)氣通道148與缸120流體斷開。當(dāng)閥控制器116將進(jìn)氣閥136移動(dòng)到關(guān)閉位置時(shí)，進(jìn)氣閥頭160的進(jìn)氣座表面166坐落在進(jìn)氣端口 144的進(jìn)氣端口表面170上。在圖2A的實(shí)施例中，進(jìn)氣座表面166和進(jìn)氣端口表面170通常為圓盤狀或環(huán)形表面。閥控制器116可將進(jìn)氣閥136移動(dòng)到打開位置，在打開位置，進(jìn)氣通道148流體耦合到缸120。當(dāng)閥控制器116將進(jìn)氣閥136定位在打開位置時(shí)，進(jìn)氣座表面166與進(jìn)氣端口 144的進(jìn)氣端口表面170分離。盡管缸蓋112被示出具有一個(gè)進(jìn)氣閥136，但缸蓋的其它實(shí)施例也可包括兩個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣閥。
[0031]繼續(xù)參看圖2A，所述排氣閥140包括連接到排氣軸172的排氣閥頭168。排氣軸172延伸通過主體132的一部分且被閥控制器116接收。排氣閥頭168具有與排氣端口 152的周邊對(duì)應(yīng)的外周邊。排氣閥140可被移動(dòng)到關(guān)閉位置，所述關(guān)閉位置使排氣通道156與缸120流體斷開。當(dāng)閥控制器116將排氣閥140移動(dòng)到關(guān)閉位置時(shí)，排氣閥頭168的排氣座表面174坐落在排氣端口 152的排氣端口表面182上。在圖2A的實(shí)施例中，排氣座表面174和排氣端口表面182通常為圓盤狀或環(huán)形表面。排氣閥140也可移動(dòng)到打開位置，在打開位置，排氣通道156流體耦合到缸120。當(dāng)閥控制器116將排氣閥140移動(dòng)到打開位置時(shí)，排氣座表面174與排氣端口表面182分離。缸蓋112被不出僅具有一個(gè)排氣閥140,但在其它實(shí)施例中，缸頭也可包括一個(gè)以上的排氣閥。
[0032]閥控制器116可將進(jìn)氣閥136和排氣閥140從它們相應(yīng)的端口 144、152分離稱作閥的“升程”的距離。如圖2A所示，進(jìn)氣閥136的升程162是進(jìn)氣閥頭160的進(jìn)氣座表面166與進(jìn)氣端口 144的進(jìn)氣端口表面170之間的距離。類似地，排氣閥140的升程190是排氣座表面174與排氣端口表面182之間的距離。進(jìn)氣閥136的升程162和排氣閥140的升程190沿與閥的運(yùn)動(dòng)方向平行的方向測(cè)量，且根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)100的方位，該升程可能是或可能不是沿豎直方向測(cè)量的。閥的運(yùn)動(dòng)方向在圖2A中通過線178表示。進(jìn)氣閥136在關(guān)閉位置時(shí)的示例性升程是零，進(jìn)氣閥在打開位置時(shí)的示例性升程是近似5毫米。
[0033]再次參看圖1，缸蓋112還包括第一和第二阻擋件，它們被示為進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180。裙部176、180可與缸蓋112的主體132由相同的材料形成，或裙部可由適合于放置在發(fā)動(dòng)機(jī)100的燃燒室128內(nèi)而不會(huì)變形或以其它方式損壞的任何材料形成。裙部176、180可通過緊固件、通過熔焊或通過釬焊過程連接到主體132。裙部176、180也可由缸蓋112的主體132機(jī)加工形成，使得主體和裙部由相同的材料塊形成。裙部176、180可被描述為連接到燃燒室128的頂部。
[0034]如圖2A和2B所示，進(jìn)氣裙部176繞著進(jìn)氣端口 144的周邊的至少一部分定位，使得進(jìn)氣裙部具有大致弧形形狀。特別地，進(jìn)氣裙部176連接到主體132上的位于進(jìn)氣端口 144與排氣端口 152之間的那部分處，且繞著進(jìn)氣端口 144的周邊的近似一半定位。進(jìn)氣裙部176具有一高度，該高度被測(cè)量為進(jìn)氣裙部從主體132延伸的距離，如線184所示(圖2A)。所述進(jìn)氣裙部176從主體132延伸的距離向著進(jìn)氣裙部的側(cè)向端部202 (圖2B)降低。因此，進(jìn)氣裙部176的“高度”可被確定為進(jìn)氣裙部從主體132延伸的沿與閥的運(yùn)動(dòng)方向178平行的方向測(cè)量的最大距離，且不是必須是豎直測(cè)量。在另一實(shí)施例中，進(jìn)氣裙部176從主體132延伸近似恒定的距離。
[0035]排氣裙部180結(jié)構(gòu)上類似于進(jìn)氣裙部176。排氣裙部180沿著排氣端口 152的周邊的至少一部分延伸，使得所述排氣裙部具有大致弧形形狀。特別地，排氣裙部180連接到主體132的位于進(jìn)氣端口 144與排氣端口 152之間的那部分處，且繞著排氣端口的周邊的近似一半定位。排氣裙部180具有一高度，該高度被測(cè)量為排氣裙部從主體132延伸的距離，如線188表不(圖2A)。排氣裙部180的高度被不為大于進(jìn)氣裙部176的高度。排氣裙部180從主體132延伸的距離向著排氣裙部的側(cè)向端部194 (圖2B)減小。因此，排氣裙部180的高度可被確定為排氣裙部從主體132延伸的沿與閥的運(yùn)動(dòng)方向178 (圖2A)平行的方向測(cè)量的最大距離。在另一實(shí)施例中，排氣裙部180從主體132延伸近似恒定的距離。
[0036]所述發(fā)動(dòng)機(jī)100被構(gòu)造成能經(jīng)由燃料輸送系統(tǒng)(未示出)接收進(jìn)入物質(zhì)。示例性的燃料輸送系統(tǒng)包括但不限于直接燃料噴射系統(tǒng)、進(jìn)氣端口燃料噴射系統(tǒng)和化油器式燃料系統(tǒng)。在直接燃料噴射系統(tǒng)中，燃料直接被噴射到燃燒室128中而不會(huì)經(jīng)過進(jìn)氣端口 144。因此，在直接燃料噴射系統(tǒng)中，新鮮空氣的進(jìn)氣流(在圖5和6中通過虛線箭頭196表示)流過進(jìn)氣端口 144。在進(jìn)氣端口燃料噴射系統(tǒng)中以及在化油器式燃料系統(tǒng)中，燃料和空氣的進(jìn)氣流196流過進(jìn)氣端口 144。在每種類型的燃料輸送系統(tǒng)中，通過進(jìn)氣端口 144進(jìn)入燃燒室128的進(jìn)氣流196的壓力可大于排氣通道156內(nèi)的壓力。進(jìn)氣流196的增大的壓力可通過強(qiáng)力導(dǎo)入裝置、例如超級(jí)增壓器或渦輪增壓機(jī)(它們?cè)趫D中均未示出)、本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知曉的其它裝置實(shí)現(xiàn)。
[0037]再參看圖1，閥控制器116連接到缸蓋112的主體132。閥控制器116構(gòu)造成能獨(dú)立地控制進(jìn)氣閥136的升程和排氣閥140的升程。特別地，閥控制器116可將進(jìn)氣閥頭160在特殊的升程下保持預(yù)定時(shí)長(zhǎng)。類似地，閥控制器116可將排氣閥頭168在特殊的升程下保持預(yù)定時(shí)長(zhǎng)。閥控制器116可利用機(jī)械元件或利用電元件和機(jī)械元件的組合保持進(jìn)氣閥136的升程和排氣閥140的升程。為此，該閥控制器116可由任何已知的閥控制器裝置、例如電-液發(fā)動(dòng)機(jī)閥致動(dòng)系統(tǒng)(“EHVS”)、可變閥致動(dòng)系統(tǒng)(“VVA”)或凸輪移相器閥控制系統(tǒng)形成。
[0038]閥控制器116可包括選擇件(其在圖1中被示為操控器192)，以便從多個(gè)可用的閥定位序列中選擇特殊的閥定位序列。操控器192是電控開關(guān)；然而，在其它實(shí)施例中，操控器可以是手動(dòng)控制的開關(guān)或其它任何類型的選擇器組件。
[0039]如圖2C的流程圖所示，閥控制器116能夠使內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100在第一閥定位序列被選擇時(shí)作為兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作，在第二閥定位序列被選擇時(shí)作為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)操作。在框200中，操控器192用于選擇兩沖程或四沖程閥定位序列。在框204中，當(dāng)閥控制器116將發(fā)動(dòng)機(jī)100配置成以四沖程模式操作時(shí)，閥控制器執(zhí)行這樣一種閥定位序列，其能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣沖程。特別地，在進(jìn)氣沖程過程中，閥控制器116打開進(jìn)氣閥136和關(guān)閉排氣閥140。在壓縮沖程和做功沖程過程中，閥控制器116關(guān)閉進(jìn)氣閥136和排氣閥140。在排氣沖程過程中，閥控制器116打開排氣閥140和關(guān)閉進(jìn)氣閥136。然而，閥控制器116也能夠偏離在以四沖程模式操作時(shí)使用的上述閥定位序列，使得閥控制器可實(shí)施任何已知的用于以四沖程模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)的閥定位序列。
[0040]在框208中，當(dāng)閥控制器116將發(fā)動(dòng)機(jī)100配置成以兩沖程模式操作時(shí)，閥控制器執(zhí)行不同的閥定位序列，該不同的閥定位序列使得發(fā)動(dòng)機(jī)能夠執(zhí)行組合的進(jìn)氣和壓縮沖程和組合的做功和排氣沖程(或用于操作兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的其它任何閥定位序列)。當(dāng)以兩沖程模式操作時(shí)，與以四沖程模式操作時(shí)相比，發(fā)動(dòng)機(jī)100可產(chǎn)生近似兩倍的扭矩和功率。
[0041]閥控制器116可在發(fā)動(dòng)機(jī)100以兩沖程模式操作時(shí)實(shí)施圖3中所示的閥定位序列。圖3的圖示出了進(jìn)氣閥136的升程和排氣閥140的升程隨著活塞108的兩個(gè)沖程過程的變化。特別地，在圖的最左邊緣處，活塞108在稱作上死點(diǎn)(“TDC”)的位置最接近缸蓋112的主體132定位。在圖的水平中點(diǎn)處，活塞108在稱作下死點(diǎn)(“BDC”)的位置在離主體132最遠(yuǎn)的點(diǎn)定位。在圖的最右邊緣處，活塞108再次定位在TDC處。圖3中還示出了進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180的高度與進(jìn)氣閥136和排氣閥140的升程之間的關(guān)系。下面，將參看附圖1、4、5和6更詳細(xì)地描述圖3中示出的閥定位序列。在至少某些實(shí)施例中，進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180的相對(duì)高度可取決于特殊的發(fā)動(dòng)機(jī)100設(shè)計(jì)。在圖3的實(shí)施例中，排氣裙部180的高度大于進(jìn)氣裙部176的高度；然而，在另一實(shí)施例中，排氣裙部具有小于或等于進(jìn)氣裙部的高度。此外，圖3中示出的閥定位序列是示例性的定位序列。閥控制器116可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)100的狀態(tài)獨(dú)立地定位進(jìn)氣閥136和排氣閥140的升程。例如，閥控制器116可在發(fā)動(dòng)機(jī)100以高于特殊的發(fā)動(dòng)機(jī)速度操作時(shí)將排氣閥140配置成比圖3中所示的更早地打開。
[0042]為了開始兩沖程模式閥定位序列，活塞108定位在TDC處(如圖1所示)，且進(jìn)氣閥136和排氣閥140被關(guān)閉(零升程)，如圖3中的參考點(diǎn)“A”所示。大致此時(shí)，燃燒室內(nèi)的燃料被燃燒。燃燒的燃料產(chǎn)生力，該力將活塞108移動(dòng)遠(yuǎn)離主體132。在活塞108向著BDC位置移動(dòng)之后，閥控制器116以增大的升程打開排氣閥140 (即，將排氣閥向著打開位置移動(dòng))，以便能夠使排出物質(zhì)通過排氣端口 152從燃燒室128撤出。如在圖3的參考點(diǎn)“B”所示，排氣閥140在活塞108達(dá)到BDC位置之前達(dá)到最大升程的位置(如圖4所示)，該位置超過排氣裙部180的高度。還如圖4所示，實(shí)心箭頭206示出了排出物質(zhì)在它們通過排氣端口 152從燃燒室128撤出時(shí)所經(jīng)過的路徑。
[0043]響應(yīng)于排氣閥140達(dá)到最大升程的位置(圖3的參考點(diǎn)“B”，且在圖4中示出)，閥控制器116打開進(jìn)氣閥136，且降低排氣閥的升程。如圖5所示，在圖3的參考點(diǎn)“C”處，在活塞達(dá)到BDC位置之前，排氣閥140的升程大致等于排氣裙部180的高度，且進(jìn)氣閥136的升程大致等于進(jìn)氣裙部176的高度。如在此所使用的，“大致等于”的“高度”具有小于2毫米的高度偏差。進(jìn)氣閥136的打開使得進(jìn)氣流(對(duì)于直接噴射系統(tǒng)，僅是新鮮空氣，對(duì)于端口噴射系統(tǒng)，是新鮮空氣和燃料)能夠通過進(jìn)氣端口 144進(jìn)入燃燒室128中，如圖5和6的虛線箭頭196所示。在該例子中，進(jìn)氣流的壓力大于排氣通道156內(nèi)的壓力。
[0044]接著，閥控制器116將排氣閥140的升程保持在大致排氣裙部180的高度下持續(xù)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，如圖3的參考點(diǎn)C和E之間的排氣閥位置的水平部分。閥控制器116在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)之前將進(jìn)氣閥136向著打開位置移動(dòng)。在該預(yù)定時(shí)長(zhǎng)中，活塞108達(dá)到BDC位置，然后開始向著TDC位置移動(dòng)。如圖6所示，在圖3的參考點(diǎn)D處，進(jìn)氣閥136的升程大致等于排氣裙部180的高度，且大致等于排氣閥140的升程。在圖6中，進(jìn)氣流196已從燃燒室128排走所有/大部分排出副產(chǎn)物。相應(yīng)地，圖3的閥定位序列有效地從燃燒室128排除排出副產(chǎn)物。接著以及仍在該預(yù)定時(shí)長(zhǎng)中(在圖3的參考點(diǎn)D之后)，閥控制器116降低進(jìn)氣閥136的升程。預(yù)定時(shí)長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，閥控制器116開始降低排氣閥140的升程，使得當(dāng)活塞達(dá)到TDC位置時(shí)，進(jìn)氣閥136和排氣閥均被移動(dòng)到它們的關(guān)閉位置。當(dāng)再次達(dá)到TDC位置時(shí)，燃燒室內(nèi)的燃料被燃燒，圖3中示出的閥定位序列重復(fù)進(jìn)行。
[0045]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以兩沖程和四沖程模式操作時(shí)，進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180降低由發(fā)動(dòng)機(jī)100產(chǎn)生的短路量。如上所述，當(dāng)新鮮空氣和/或未燃燒的燃料(在圖5和6中由進(jìn)氣流196表示)通過排氣端口 152退出燃燒室128時(shí)產(chǎn)生短路。具體地講，在一些直接燃料噴射系統(tǒng)的情況下，僅新鮮空氣在短路過程中退出燃燒室128，在一些端口燃料噴射系統(tǒng)和一些化油器式燃料系統(tǒng)的情況下，未被燃燒的燃料和新鮮空氣均會(huì)在短路過程中退出燃燒室。燃料輸送系統(tǒng)具有許多種變型，且至少由于這個(gè)原因，一些直接燃料噴射系統(tǒng)在短路過程中可排走新鮮空氣和未被燃燒的燃料，而且一些端口燃料噴射系統(tǒng)和一些化油器式燃料系統(tǒng)可在短路過程中僅排放未被燃燒的燃料。
[0046]閥控制器116引入了由于同時(shí)打開進(jìn)氣閥136和排氣閥140可能以稱作正閥重疊的過程發(fā)生短路的條件。具體地講，進(jìn)氣閥136和排氣閥140可在從排氣沖程變換到進(jìn)氣沖程過程中以四沖程模式同時(shí)打開。在兩沖程模式過程中，如圖2所示，進(jìn)氣閥136和排氣閥140在第一和第二沖程的一部分過程中同時(shí)打開。通常，在短路過程中退出燃燒室128的新鮮空氣和/或未被燃燒的燃料不能有助于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。因此，總體上期望減少短路。
[0047]進(jìn)氣裙部176通過控制進(jìn)氣流減少短路，使得新鮮空氣和未被燃燒的燃料(箭頭196)在進(jìn)氣流通過進(jìn)氣端口 144進(jìn)入燃燒室128時(shí)從排氣端口 152流走。如圖5所示，進(jìn)氣裙部176被定位成接觸進(jìn)氣閥136的最接近排氣端口 152的一側(cè)。進(jìn)氣閥136和進(jìn)氣裙部176之間的接觸阻止進(jìn)氣流在進(jìn)氣端口 144的最接近排氣端口 152的一側(cè)進(jìn)入燃燒室128中，且阻斷從進(jìn)氣端口到排氣端口的最直接的路徑。因此，大部分的進(jìn)氣流在燃燒室的距離排氣端口 152最遠(yuǎn)的一側(cè)進(jìn)入燃燒室128中，如圖5的虛線箭頭196所示。
[0048]排氣裙部180被定位成接觸排氣閥140的最接近進(jìn)氣端口 144的一側(cè)，以阻止進(jìn)氣流進(jìn)入燃燒室128中而直接流過排氣端口 152。這樣，進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180建立從燃燒室128的右側(cè)向下經(jīng)過活塞108的頂部、然后沿著燃燒室的左側(cè)向上的順時(shí)針(相對(duì)于圖5和6)的進(jìn)氣流流路。該相對(duì)較長(zhǎng)的路徑有利于清除排出副產(chǎn)物，且還確保燃燒室128在任何新鮮空氣和/或燃料處于通過排氣端口 152退出燃燒室的位置之前至少部分被充填新鮮空氣和未被燃燒的燃料。另外，由于進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180而使進(jìn)氣流所經(jīng)過的路徑長(zhǎng)度可降低發(fā)動(dòng)機(jī)100的油耗等其它優(yōu)點(diǎn)。
[0049]如圖7所示，進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180還增強(qiáng)燃燒室128內(nèi)的進(jìn)氣流的翻轉(zhuǎn)。在此所使用的術(shù)語“翻轉(zhuǎn)”是指進(jìn)氣流繞著與閥的運(yùn)動(dòng)方向178近似垂直的軸線流動(dòng)。盡管圖中未示出，但進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180也可增強(qiáng)進(jìn)氣流在燃燒室128內(nèi)的渦旋。在此所使用的術(shù)語“渦旋”是指進(jìn)氣流繞著與閥的運(yùn)動(dòng)方向178近似平行的軸線流動(dòng)。翻轉(zhuǎn)和/或渦旋的水平的增大會(huì)更完全地在燃燒室128內(nèi)分布未被燃燒的燃料，增強(qiáng)燃燒室內(nèi)的總體湍流，徹底地將新鮮空氣與未被燃燒的燃料混合。此外，高水平的翻轉(zhuǎn)和渦旋也可有助于霧化燃燒室128內(nèi)的未被燃燒的燃料，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)100的輸出功率和扭矩增大。
[0050]如圖8所示，一替代性實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)100’被示出具有進(jìn)氣閥136’和排氣閥140’，其結(jié)構(gòu)與圖6的閥結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)(圖3的參考點(diǎn)D)。圖8的發(fā)動(dòng)機(jī)100’與圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)100包括相同的構(gòu)件,但發(fā)動(dòng)機(jī)100’包括進(jìn)氣罩212’和排氣罩216’，但不包括進(jìn)氣裙部176和排氣裙部180。進(jìn)氣罩212’連接到進(jìn)氣閥頭160’。進(jìn)氣罩212’從進(jìn)氣閥頭160’向上延伸的距離近似等于進(jìn)氣裙部176的高度(線184，圖2A)。進(jìn)氣罩212’繞著進(jìn)氣閥頭160’的周邊的一部分延伸，且具有大致弧形形狀。進(jìn)氣罩212’可具有恒定的高度或可具有向著罩的側(cè)向端部降低的高度。圖9示出了進(jìn)氣罩212’的詳細(xì)視圖，示出了處于打開位置的進(jìn)氣閥136’，其與圖8所示的具有不同的升程。在圖9中，進(jìn)氣罩212’接觸進(jìn)氣端口144’，以阻止進(jìn)氣流通過進(jìn)氣端口 144’的接近排氣端口 152’的一側(cè)進(jìn)入燃燒室128’中。進(jìn)氣罩212’可在進(jìn)氣軸164’之后延伸一段距離。進(jìn)氣流可從進(jìn)氣端口 144’的與排氣端口 152’相反的一側(cè)進(jìn)入燃燒室128’中。相應(yīng)地，進(jìn)氣罩212’有助于以與進(jìn)氣裙部176類似的方式減少短路。
[0051]如圖9中所示，排氣罩216’連接到排氣閥頭168’。排氣罩216’從排氣閥頭168’向上延伸的距離近似等于排氣裙部180的高度(線188，圖2A)。排氣罩216’繞著排氣閥頭168’的周邊的一部分延伸，且具有大致弧形輪廓。排氣罩216’可具有恒定的高度或可具有向著罩的側(cè)向端部降低的高度。如圖8所示，排氣閥140’是打開的，且排氣罩216’接觸排氣端口 152’，以阻止進(jìn)氣流流過排氣端口。相應(yīng)地，排氣罩216’有助于以與排氣裙部180類似的方式減少短路。[0052]如圖10中所示，示出了一種替代性實(shí)施例的進(jìn)氣閥136”和排氣閥140”。進(jìn)氣閥136”及其相關(guān)的進(jìn)氣端口 144”可代替進(jìn)氣閥136和進(jìn)氣端口 144與圖1的內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)100—起使用。排氣閥140”及其相關(guān)的排氣端口 152”可代替排氣閥140和排氣端口 152與圖1的內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)100—起使用。進(jìn)氣閥136”和排氣閥140”具有用于減少燃燒室128”內(nèi)的短路的幾何形狀。特別地，進(jìn)氣閥頭160”包括陡的傾斜表面220”和緩的傾斜表面224”，它們均將進(jìn)氣流向下引導(dǎo)到燃燒室128”中，而不能使進(jìn)氣流向著排氣端口 152”側(cè)向流動(dòng)。陡的傾斜表面220”繞著進(jìn)氣閥頭160”的周邊逐漸過渡到淺的傾斜表面224’。排氣閥頭168”包括陡的傾斜表面228”和緩的傾斜表面232”，它們有助于排出物質(zhì)在排氣端口的最接近緩的傾斜表面的一側(cè)流過排氣端口 152”。
[0053]盡管圖1中以類似尺寸示出了排氣閥頭168和進(jìn)氣閥頭160，但在其它實(shí)施例中，排氣閥頭和進(jìn)氣閥頭可具有不同的尺寸。例如，排氣閥頭168的直徑是進(jìn)氣閥頭160的直徑的1.5倍。排氣閥140和進(jìn)氣閥136可稱作提升閥。
[0054]附圖和以上的描述中已經(jīng)詳細(xì)地示出和描述了在此所述的裝置，但這應(yīng)認(rèn)為是說明性的，而非限制性的。應(yīng)當(dāng)理解，僅提供了優(yōu)選實(shí)施例，且期望保護(hù)落入在此描述的裝置的精神內(nèi)的所有改變、修改和其它應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括: 將排氣閥移動(dòng)到第一打開位置，以使得排出物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣端口 ； 將排氣閥保持在第一打開位置預(yù)定時(shí)長(zhǎng)；以及 在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)的過程中將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第二打開位置，以使得進(jìn)入物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端口。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，排氣閥在第一打開位置的升程與進(jìn)氣閥在第二打開位置的升程大致相等。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在將所述排氣閥移動(dòng)到第一打開位置之前，將排氣閥移動(dòng)到第三打開位置， 其中，排氣閥在第三打開位置的升程大于排氣閥在第一打開位置的升程。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第二打開位置之后，將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第一關(guān)閉位置；以及 在將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第一關(guān)閉位置之后，將排氣閥移動(dòng)到第二關(guān)閉位置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)之前，將進(jìn)氣閥向第二打開位置移動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:響應(yīng)于排氣閥達(dá)到第三打開位置啟動(dòng)進(jìn)氣閥向第二打開位置的移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)中通過第一阻擋件和第二阻擋件至少阻止`進(jìn)入物的一部分流過排氣端口。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 第一阻擋件是與排氣端口相關(guān)聯(lián)的第一裙部， 第一裙部具有與排氣閥在第一打開位置的升程大致相等的高度， 第二阻擋件是與進(jìn)氣端口相關(guān)聯(lián)的第二裙部，以及 第二裙部的高度小于第一裙部的高度。
9.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī),包括: 排氣閥，其被構(gòu)造成能向第一打開位置移動(dòng)，以使得排出物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣端口 ； 進(jìn)氣閥，其被構(gòu)造成能向第二打開位置移動(dòng)，以使得進(jìn)入物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端口 ； 第一阻擋件，其被構(gòu)造成能至少阻止進(jìn)入物的一部分流過排氣端口 ；以及閥控制器，其被構(gòu)造成:(i )能將排氣閥保持在第一打開位置預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，以及(ii )能在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)的過程中將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第二打開位置。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于: 第一阻擋件是連接到排氣閥的第一罩；以及 第一罩具有與排氣閥在第一打開位置的升程大致相等的高度。
11.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括第二阻擋件，其被構(gòu)造成能至少阻止進(jìn)入物的所述一部分流過排氣端口。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于: 第二阻擋件是連接到進(jìn)氣閥的第二罩，以及第二罩的高度小于第一罩的高度。
13.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，第一阻擋件是連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的頂部的第一裙部，所述第一裙部具有與排氣閥在第一打開位置的升程大致相等的高度。
14.如權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括: 第二阻擋件，其被構(gòu)造成能至少阻止進(jìn)入物的所述一部分流過排氣端口， 其中，第二阻擋件是連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的頂部的第二裙部，所述第二裙部的高度小于第一裙部的高度。
15.一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括: 利用第一閥定位序列以四沖程模式操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)； 調(diào)節(jié)選擇件，以便以兩沖程模式操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)；以及 利用第二閥定位序列以兩沖程模式操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，第二閥定位序列包括: 將排氣閥移動(dòng)到第一打開位置，以使得排出物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣端口 ； 將排氣閥保持在第一打開位置預(yù)定時(shí)長(zhǎng)；以及 在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)的過程中將進(jìn)氣閥移動(dòng)到第二打開位置，以使得進(jìn)入物能夠流過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端口。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二閥定位序列還包括:在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)中通過第一阻擋件至少阻止進(jìn)入物的一部分流過排氣端口。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于， 第一阻擋件是與排氣端口相關(guān)聯(lián)的第一裙部，以及 第一裙部具有與排氣閥在第一打開位置的升程大致相等的高度。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二閥定位序列還包括: 在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)中通過第二阻擋件至少阻止進(jìn)入物的所述一部分流過排氣端口， 其中，第二阻擋件是與進(jìn)氣端口相關(guān)聯(lián)的第二裙部，第二裙部的高度小于第一裙部的高度。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于: 第一裙部和第二裙部連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋，以及 進(jìn)氣端口和排氣端口形成在缸蓋中。
【文檔編號(hào)】F02B69/06GK103534455SQ201280022185
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月22日
【發(fā)明者】D·庫(kù)克, D·安德烈, S·帕克, A·科伊奇, 宋漢虎, N·查圖維迪 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司