[发明专利]组合发动机制动和正功率发动机空动阀致动系统

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于在内燃式发动机中致动一个或多个发动机阀的系统和方法。本发明尤其涉及用于包括空动系统的阀致动的系统和方法。本发明的实施例可用在内燃式发动机的正功率（positive power）和发动机制动操作过程中。

本发明总体还涉及用于压缩释放型和泄放制动型的内燃式发动机的发动机制动领域。

背景技术

在内燃式发动机中需要阀致动以使发动机产生正功率，且阀致动还可用于产生辅助阀动作。在正功率过程中，吸入阀会被开启以允许燃料和空气进入气缸中以用于燃烧。一个或多个排放阀可被开启以允许燃烧气体从气缸排出。在正功率过程中，吸入阀、排放阀和/或辅助阀也可在不同的时间开启以用于排放气体再循环（EGR），用来改善排放。

当内燃式发动机没有被用于产生正功率时，发动机阀致动也可用于产生发动机制动和制动气体再循环（BGR）。在发动机制动过程中，一个或多个排放阀可被选择性地开启以至少临时地将发动机转换为空气压缩机。这样做时，发动机产生减速马力以帮助车辆减速。这可提高操作者对车辆的控制并显著降低在车辆的使用制动器上的磨损。

发动机阀可被致动以产生压缩-释放制动和/或泄放制动。压缩-释放型发动机制动器或减速器的操作是众所周知的。当活塞在它的压缩冲程过程中向上移动时，在气缸中收集的气体被压缩。压缩气体阻挡活塞向上的运动。在发动机制动操作过程中，当活塞接近上止点（TDC）时，至少一个排放阀被开启以将气缸中的压缩气体释放到排放歧管，以防止储存在压缩气体中的能量在随后的膨胀向下冲程中返回至发动机。这样做时，发动机产生减速功率以帮助车辆减速。现有技术的压缩释放发动机制动器的一个示例由公开的Cummins的美国专利No.3,220,392提供，在此引为参考。

泄放型发动机制动器的操作长期以来也是已知的。在发动机制动过程中，除了常规的排放阀升程，排放阀可在剩余的发动机循环（全循环泄放式制动器）中或在循环的一部分（部分循环泄放式制动器）过程中持续地保持稍微开启。部分循环泄放式制动器和全循环泄放式制动器之间的主要区别在于，前者在大部分吸入冲程的过程中不具有排放阀升程。利用泄放型发动机制动器的一种系统和方法的示例由公开的美国专利No.6,594,996提供，在此引为参考。

制动气体再循环（BGR）的基本原理也是众所周知的。在发动机制动过程中，发动机将气体从发动机气缸排放到排放歧管和更大的排放系统。在气缸活塞的吸入和/或膨胀冲程过程中，BGR操作允许这些排放气体的一部分流回至发动机气缸中。尤其地，BGR可通过当发动机气缸活塞在吸入和/或膨胀冲程的最后接近下止点位置时开启排放阀来实现。这种气体进入发动机气缸的再循环可在发动机制动循环过程中使用，以提供显著的益处。

在许多内燃式发动机中，发动机吸入和排放阀可由固定轮廓凸轮、更具体地由一个或多个可作为每个凸轮的整体部分的固定凸角或凸块来打开和关闭。如果吸入和排放阀正时和升程可以变化，可获得例如增强的性能、改进的燃料经济性、更低的排放和更好的车辆驾驶性的益处。然而，使用固定轮廓凸轮可能难以调整正时和/或发动机阀升程量来将它们优化，以用于不同的发动机操作状况。

一种已有的在给出固定凸轮轮廓时调整阀正时和升程的方法是在阀和凸轮之间在阀系联动件中设置“空动”装置。空动是应用于修改由凸轮轮廓与可变长度的机械、液压或其他联接组件所确定的阀运动的一类技术方案的术语。在空动系统中，凸轮凸角可提供在发动机操作状况的全部范围所需的“最大”（最长停留和最大升程）运动。于是，可变长度系统可包括在阀系联接件中，位于待开启的阀和提供最大运动的凸轮中间，以减少或消除由凸轮传递到阀的部分或全部运动。

一些空动系统可在高速下操作，并能够从一个发动机循环到另一个发动机循环改变发动机阀的开启和/或关闭时间。此处这种系统称作可变阀致动（VVA）系统。VVA系统可以是液压空动系统或电磁系统。一种已知的VVA系统的示例在美国专利No.6,510,824中公开，该专利在此引为参考。

发动机阀正时也可使用凸轮移相来改变。凸轮移相器改变凸轮凸角相对于发动机的曲柄转角致动阀系元件、例如摇杆臂的时间。一种已知的凸轮移相系统在美国专利No.5,934,263中公开，该专利在此引为参考。