用于2冲程和4冲程发动机操作的机械式可变阀驱动系统

摘要

本发明涉及一种机械式可变阀驱动(VVA)系统，用于控制和驱动内燃发动机的阀。根据本发明的系统借助于用于适合驱动阀的振荡摇杆的固定枢轴部件而实现了阀升程的控制，振荡摇杆借助于偏心控制元件驱动。

说明书

发明领域

本发明涉及用于控制和驱动内燃发动机的阀的机械式可变阀驱动 (VVA)系统。具体地，本发明涉及允许2冲程发动机制动或点火操作的 VVA系统。

现有技术描述

如已知的，借助于阀驱动控制活塞发动机并实现各种功能是可能的。 在最简单的方法中，凸轮位置的改变被用于改进在完全打开的节流阀条件 下的容积效率。随着进气阀关闭情形确定真正的起始压缩，从而还能够影 响有效的压缩比。由于排气阀打开的变化，排出气体的能量和因而催化剂 的升温以及涡轮增压器的性能能够被影响。

以上可见，能够容易理解，不同的特定阀升程曲线之间的转变甚至是 更有效的，以影响气体交换或者吸入引起的电荷运动，甚至通过完全的阀 卡死可获得汽缸卡死。

另外，尤其是完全柔性的可变阀驱动系统被认为是专用的燃料经济性 概念。由于凸轮驱动的机械式VVA系统，载荷控制能够借助于具有最小 化节流阀损失的早期进气阀封闭来进行。

不同的VVA系统在本领域中已经是已知的。例如，已知使用凸轮驱 动的振荡“型面(profile)”的摇杆来获得机械式VVA。此已知系统的一个 示例显示在图1中。在此现有技术系统中，驱动系统允许4冲程发动机操 作。阀升程型面(valve lift profile)的变化通过摇杆3的枢轴部件的旋转 实现。

图1中此系统的缺点在于其不能用于发动机的2冲程发动机制动或点 火操作中。这意味着该系统以及很多其他的系统只是对于4冲程发动机操 作是有用的。

因此，本发明的一个目的是提供一种机械式VVA系统，其适合用于4 冲程以及2冲程的发动机制动或点火操作中。

本发明的另一个目的是提供一种机械式VVA系统，其适合于减小发 动机的燃料消耗和排放。

又一目的是提供一种机械式系统，其高度可靠且相当易于以有竞争力 的成本制造。

发明概述

以上目的通过如权利要求1要求保护的机械式可变阀驱动系统实现。

因此，所述系统包括控制元件，控制元件适合于借助于可调节连接机 构来控制阀系统的阀的升程。可调节连接机构是适合于将所述偏心元件与 驱动轴并与接合阀系统的振荡摇杆(oscillating rocker)连接在一起的杠杆 连接系统。所述振荡摇杆包括适合于接合所述阀系统的第一升程型面和第 二升程型面。

附图简述

从以下优选但不排他的实施方式的详细描述中并从其中所附的附图 中，本发明的其他优点将变得明显，其中的附图仅仅是本发明阐示性的而 不是限制性的，附图中：

图1呈现已知的机械式可变阀驱动系统；

图2示意性地呈现根据本发明的机械式可变阀驱动系统；

图2a呈现本发明驱动系统的示意性图示；

图3示意性地呈现根据本发明的振荡摇杆的细节；

图4是相对于设有根据本发明的阀驱动系统的发动机的两冲程发动机 点火操作的阀升程图表；

图5是相对于设有根据本发明的阀驱动系统的发动机的两冲程发动机 制动操作的阀升程图表。

发明详述

图2、2a和3显示了根据本发明的一种内燃发动机，其设有机械式可 变阀驱动系统1。阀驱动系统1包括控制元件2，控制元件2借助于可调 节连接机构连接到阀系统100。

可调节连接机构包括适合于将控制元件2与驱动轴4和振荡摇杆6连 接的杠杆连接系统。振荡摇杆6接合阀系统100且包括第一升程型面5A 和第二升程型面5B，其中振荡摇杆6通过第一升程型面5A和第二升程型 面5B驱动阀系统100。

如所述附图中所示，阀系统100包括至少一阀104(排气或进气阀)， 阀104通过由振荡摇杆6的型面5A、5B驱动的传送机构101、102、103 移动。这些传送机构在本领域是已知的且可包括液压间隙调节器102、连 接到阀104的摇杆臂101和滚筒103。在可选择的实施方式中，滚筒103 还可以是根据技术领域中已知解决方案的从动件。

根据本发明，振荡摇杆6在由控制元件2的相应操作构型建立的振荡 范围R1、R2、R3中围绕固定部件30振荡。详细地，此操作构型由控制 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根据由控制元件2建立的相应振 荡范围R1、R2、R3而接合阀系统100。这意味着每个振荡范围R1、R2、 R3对应于特定的阀升程特性。换句话说，通过修改控制元件2的操作部件 10的位置来修改阀升程特性是可能的。

控制元件2优选地为偏心元件(之后以相同的标记2表示)，其旋转 中心在附图中显示为2a。可调节连接机构包括设有五个杆3a、3b、3c、3d、 3e的杠杆连接系统。每个杆3a、3b、3c、3d、3e具有两端。第一杆3a的 第一端对应于控制元件2的操作部件10。特别地，所述操作部件10能够 沿着具有其中心2a的圆周旋转。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。实际上，操作部件10还可借助于控制元件以 线性方式移动，其中的控制元件包括适合于线性移动操作部件10的转移 机构。

第二杆3b具有端部50，其借助于第四杆3d连接到驱动轴4。因此， 第一四枢轴系统由四个枢轴10、20、50和60限定。驱动轴4有利地以偏 心方式移动第二杆30b的枢轴部件50，避免了凸轮的使用。

阀升程能够借助于第一杆3a的第一端10的转移而修改。事实上，第 一杆3a的第二端20所以对应于第一端10的移动而移动。第一杆3a的第 二端20借助于膝状接头(knee joint)5连接到第二杆3b并连接到第三杆 3c。

第三杆3c的第一端与膝状接头5的枢轴20重合，同时第三杆3c的第 二端40直接连接到振荡摇杆6。所述振荡摇杆6与枢轴40可旋转地关联。 第五杆3e还适合于将所述枢轴部件40连接到固定枢轴部件30。特别地， 固定枢轴部件30是振荡摇杆6的旋转中心，同时枢轴40建立摇杆自身的 角振荡。因此，第二四枢轴系统由四个枢轴10、20、40、30限定。

图2a相应于其中枢轴20呈现为在两个枢轴20a、20b中转变以更好地 显示两个四枢轴系统的杠杆连接系统。第一枢轴系统由四个枢轴10、20a、 40和30限定，第二枢轴系统由四个枢轴10、20b、50和60限定。

通过借助于由第三杆3c的移动引起的摇杆枢轴40的位移将型面摇杆 6的工作范围(振荡范围)移动到左侧或右侧，偏心元件2的旋转改变了 阀升程。当摇杆6的角振荡的位置被第三杆3c修改时，导致阀升程借助于 摇杆升程型面5A、5B与阀系统100的阀滚筒103或多或少的接合而被相 应地修改。

图3示意性地显示了振荡摇杆6的可能构型。如所示，第一升程型面 5A和第二升程型面5B关于穿过摇杆6的旋转中心30并垂直于平面片材 的平面对称。图3中，还显示了摇杆6的可能振荡范围R1、R2、R3。标 记R1指示由控制元件2的操作部件10的相应第一位置限定的第一可能振 荡范围。第一振荡范围R1使得只是在摇杆6的振荡期间，第一型面5A接 合阀系统100。更详细地，操作部件10的第一位置建立了第四枢轴40的 随之发生的第一位置，其基本上向右侧移动了摇杆的振荡范围。由于第一 振荡范围，获得适合于4冲程发动机操作的阀升程特性是可能的。

还是在图3中，以标记R2表示的第二振荡范围能够通过相应于操作 部件10的第二位置的控制元件2的第二操作构型建立。第二振荡范围R2 被建立以限定低于由第一范围R1可获得的阀升程。通过第二范围R2，可 以进行设有内部EGR的发动机的操作。

以标记R3表示的第三振荡范围能够通过控制元件2的操作部件10的 第三位置建立。第三振荡范围R3为使得振荡摇杆6的两个升程型面5A、 5B在摇杆自身的整个振荡期间接合阀系统100(特别是如图2中所示的滚 筒103)。该条件允许当摇杆6移动到右侧时具有升程特性，并且当摇杆6 朝另一侧移动时具有另一升程特性。换句话说，通过振荡范围R3，使阀升 程的频率变成双倍是可能的。这意味着双冲程发动机的点火或制动操作是 可能的。

图4显示根据本发明设有VVA系统的发动机的排气阀升程特性(E1、 E2、E3)和进气阀升程特性(D1、D2、D3)。特别地，图4所示升程特性 定义为驱动轴4的角位置的函数。详细地，标记E1和D1分别表示相对于 4冲程发动机操作的排气阀升程特性和进气阀升程特性。此操作模式需要 在驱动轴4循环期间的阀的单个升程。参照图3和4，特性E1和D1可以 通过设定摇杆6的振荡范围R1来实现。

图3中，标记E2和E3表示相对于2冲程发动机操作的排气阀升程特 性。类似地，标记D2和D3表示相对于2冲程发动机操作的进气阀升程特 性。对于此发动机操作来说，需要阀升程的双倍频率。根据本发明的VVA 系统1允许建立适合于获得所述频率的相应振荡范围。再次参照图4，升 程型面5A、5B两者都能通过设定振荡范围R3而接合阀系统100。由此， 对于驱动轴4的每个循环来说，排气阀和进气阀被提升两次，即一次由于 第一型面5A在滚筒103上的作用和第二次由于第二型面5B在滚筒自身上 的作用。

图5显示根据本发明借助于VVA系统可获得的相对于2冲程发动机 制动操作的阀升程特性。如图5中所示，在此模式的操作中，排气阀升程 小于进气阀升程。通过建立振荡摇杆6的适当振荡范围并通过优化升程型 面5A、5B的几何形状，可以实现此条件。特别地，被设计以接合进气阀 的升程型面的几何形状将不同于被设计用于排气阀的型面的几何形状，以 获得如图5中所示不同的升程。

根据本发明，VVA系统可包括凸轮相位器(cam phaser)，以允许两种 2冲程模式的操作，并特别地用于将升程型面5A、5B转移到用于制动的 正确角位置。

已经显示本发明实现了建议的目标和目的。

更详细地，已经显示根据本发明的机械式可变阀驱动系统允许精确地 控制阀升程以优化多种不同的操作条件。特别地，根据本发明的VVA系 统使得2冲程发动机操作或四冲程发动机操作两者成为可能。参照2冲程 模式的操作，两个升程型面的出现允许双阀升程频率，而借助于所述型面 的几何形状的优化，获得进气阀和或排气阀的具体升程是可能的。这意味 着本发明的VVA系统允许获得双冲程发动机制动和点火操作两者。

另外，根据本发明的机械式可变阀驱动系统允许改进燃料消耗和排 放，尤其是借助于早期进气阀的封闭和阀重叠的修改。

非最终地，本发明的可变阀驱动系统不使用凸轮旋转接合阀的摇杆型 面而实现了阀升程的变化，导致阀升程更加精确的控制。

对于本领域技术人员来说将清楚的是，本发明的其他可选择的和等价 的实施方式能够被设想并被简化以实践，而不偏离本发明的真实精神。

从以上提到的描述中，对于本领域技术人员来说，实施本发明而不引 入任何其他的结构细节将是可能的。