CN106460593A - 曲轴驱动的阀致动 - Google Patents

Abstract

一种液压阀致动***(30)及其组装方法可包括可操作地与内燃机(86)相关联的多个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)，该内燃机(86)具有可绕纵向轴线旋转的曲轴(50)。该致动***(30)可包括至少一个凸轮凸角(52)，至少一个凸轮凸角(52)安装到曲轴上或与曲轴一体成型，以便随曲轴(50)一起旋转。至少一个流体活塞泵(36、36a、36b)连接到该至少一个凸轮凸角(52)，以便响应于该至少一个凸轮凸角(52)的旋转产生往复流体流动。至少一个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)与该至少一个流体活塞泵(36、36a、36b)产生的往复流体流流体连通，以驱动待控制的阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)朝向开启位置。

Description

曲轴驱动的阀致动

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机中的阀的液压致动的方法和装置，更具体地，涉及内燃机的进气阀和排气阀的液压致动。

背景技术

内燃机通过在燃烧室中燃烧燃料来产生动力。当前的进气阀和排气阀可由设置在内燃机中的凸轮轴和凸轮进行控制和操作。可打开进气阀以允许燃料和空气进入汽缸中进行燃烧，可打开排气阀以允许燃烧气体从汽缸中排出。凸轮可以是外形固定的凸轮，其能在调节所需用于优化阀开启时间和提升用于改变内燃机操作方面带来困难。可在阀与凸轮之间使用空动装置，以将不同量的凸轮运动传递给阀。当前的空动***使用主活塞，该主活塞能将流体从液压室移置至随动活塞的液压室。随动活塞可作用在内燃机阀以开启阀。液压***通常包括附加部件，诸如凸轮传感器、控油阀、相位器、引导件、正时链条、张紧器、链轮、轴承盖及各种螺栓和紧固件。为操作空动***所需的附加部件可增加阀机构惯性，该阀机构惯性在发动机的高速度下会带来问题。附加部件还会增加复杂度及成本，因此需要最小化附加部件。已在美国专利号8,365,691中公开了阀致动***；美国专利号6,997,148；美国专利号6,425,357；美国专利号5,645,031；美国专利号4,716,863；美国专利号2,072,437；美国专利申请号2011/0197833；以及W.O.专利申请号2007/142724。

发明内容

由于阀机构的凸轮轴的尺寸和重量增大，也需要将作为附加部件的凸轮轴除去。为克服现有技术的限制，公开的液压阀致动***使用至少一个凸轮凸角，该凸轮凸角连接到曲轴，被驱动旋转以用于使主活塞往复来对流体增压，从而驱动液压阀致动***内的往复流体流动。使用直接连接到曲轴的凸轮凸角可除去当前在阀致动***中使用的附加部件，诸如凸轮传感器、控油阀、相位器、引导件、正时链条、张紧器、链轮、轴承盖，及螺栓和紧固件。液压阀致动***可控制多个液压致动阀的开启和关闭，进气阀或排气阀中的一者或两者。阀可与内燃机的多个汽缸相关联，并且每个阀都有相应的随动活塞。多个随动活塞中的每个通常通过朝向对应于关闭阀位置中的阀的第一位置偏置。随动活塞可通过克服弹簧偏置力的流体压力而被驱动朝向对应于开启位置中的阀的第二位置。液压阀致动***可以包括至少一个蓄能器，其在不需要阀致动时，可以空动的方式操作来往复地接收和释放流体，并且在液压阀致动***中用于维持流体压力和容量。

液压阀致动***可以包括至少一个流体压力活塞泵，该流体压力活塞泵具有至少一个用于在限定至少一个流体泵室的壳体内部移动的往复式主活塞。流体活塞泵可以包括至少一个偏置弹簧，该至少一个偏置弹簧用于将相应的往复式主活塞朝壳体内的第一位置偏置。液压阀致动***可以包括围绕纵向轴线旋转的曲轴，并具有承载于曲轴上用于与该曲轴一起旋转的至少一个凸轮凸角。该至少一个凸轮凸角可以围绕曲轴的纵向旋转轴线而被驱动旋转，并且可以与连接到相应的往复式主活塞的凸轮从动件接合。当凸轮从动件被至少一个凸轮凸角驱动来对工作流体增压，让流体往复流过液压阀致动***的流体通道时，该凸轮从动件可以驱动至少一个往复式主活塞朝向第二位置，进入至少一个流体泵室。偏置弹簧通常可将相应的往复式主活塞及相关联的凸轮从动件朝向第一位置偏置，并且与位于泵室外部的曲轴的至少一个凸轮凸角连续接合。

当所述至少一个往复式主活塞被安装在曲轴上的至少一个凸轮凸角驱动以克服至少一个偏置弹簧的偏置力时，所述至少一个往复式主活塞可操作用于对位于至少一个流体泵室内的流体增压，该偏置弹簧在当流体流动响应于由安装在曲轴上并由曲轴旋转驱动的凸轮凸角驱动的主活塞的往复运动时，产生足够的工作流体压力和容量来可操作地致动与液压阀致动***流体连通的一个或多个阀。泵室可以与多个阀流体连通，使得增压的流体流动通过凸轮凸角在往复式主活塞的驱动冲程期间朝向一个或多个阀，并且使得流体流动在由偏置弹簧驱动的往复式主活塞的返回冲程期间从一个或多个阀抽回泵室。泵室也可操作用于与至少一个蓄能器流体连通以在操作循环期间维持工作流体容量和压力，以及补充在操作循环期间由于正常泄漏导致的工作流体容量损失和压力损失。基本上不可压缩的工作流体可以使得当主活塞的往复运动紧随相应于曲轴的旋转的凸轮凸角的旋转时，工作流体响应于主活塞的往复运动而往复运动穿过液压阀致动***。主活塞在内燃机操作期间，与液压阀致动***流体通道连续地流体连通。

液压阀致动***可进一步包括至少一个第一控制阀，该至少一个第一控制阀可在第一位置和第二位置之间操作，该第一位置在至少一个蓄能器和液压阀致动***流体通道之间将流体流动分离，该第二位置用于提供液压阀致动***流体通道与至少一个蓄能器之间的流体连通。至少一个第一控制阀可以提供至少一个流体压力活塞泵和至少一个阀组件之间的流体连通。

一种用于操作具有旋转曲轴的内燃机的常闭阀的方法可包括响应于内燃机曲轴的旋转在流体通道内驱动往复流体流动，以及响应于通路内的流体流动选择性地将与常闭阀相关的可膨胀流体室与流体通道内的往复流体流动连通，用于在开启位置和关闭位置之间周期性地驱动常闭阀。该方法可以包括旋转安装在内燃机的曲轴上的凸轮凸角，以及响应于凸轮凸角的旋转驱动具有至少一个往复式主活塞的至少一个流体压力活塞泵在限定至少一个流体泵室的壳体内移动。该方法可包括将相应的往复式主活塞朝向在具有弹簧的壳体内的第一位置偏置，该弹簧用于维持与相应的往复式主活塞连接的凸轮从动件和旋转凸轮凸角之间的连续接触。

一种装配液压阀致动***的方法可包括将凸轮凸角安装到内燃机的曲轴上与曲轴一起旋转，以及响应于由曲轴的旋转驱动的凸轮凸角的旋转将凸轮从动件连接到至少一个流体压力活塞泵的至少一个往复式主活塞以驱动主活塞的往复运动，从而在关闭的流体流动路径产生往复流体流动循环，并将主活塞朝向第一位置偏置以维持凸轮从动件与凸轮凸角的连续接触。该方法可包括连接至少一个阀以选择性地允许和阻止可膨胀流体室与关闭的流体流动路径之间的流体连通，该可膨胀流体室可操作地与待致动的阀相关联，该关闭的流体流动路径承载由主活塞的往复运动驱动的往复流体流动。该方法可包括连接发动机控制单元以选择性地控制与待致动的阀相关联的可膨胀流体室的流体连通，以阻止和允许往复流体流动循环期间的流体连通，该往复流体流动循环在关闭的流体流动路径内进行，以根据从发动机控制单元接收的信号来打开和关闭每个阀。该方法可包括连接至少一个阀以选择性地允许和阻止关闭的流体流动路径和至少一个蓄能器之间的流体连通。

下面将结合附图，对预期实现本发明的最佳实施方式进行详细的描述，从而对于本领域的技术人员而言，本发明的其它应用将变得更加显而易见。

附图说明

本说明书引用附图，在所有附图中相同的参考标号指示相同的部件，且其中：

图1是曲轴驱动的阀致动***的示意图，该***包括曲轴、阀组件、进气阀或排气阀以及液压阀致动***，该***示出了安装在曲轴上并且由内燃机的曲轴旋转驱动的凸轮凸角、用于驱动主活塞在第一位置和第二位置之间往复运动以在关闭的流体流动路内产生往复流体流动的凸轮凸角、在第一位置示出的用于允许主活塞室和阀组件之间的流体连通的第一控制阀，和用于选择性地允许和阻止与致动阀相关联的可膨胀流体室和关闭的流体流动路径之间的流体连通的至少一个转换阀，其中至少一个转换阀在第一位置，允许可膨胀流体室和关闭的流体流动路径内的往复流体流动之间的流体连通，其中可膨胀流体室用于致动与内燃机的第一汽缸相关联的第一阀，同时阻止可膨胀流体室和关闭的流体流动路径内的往复流体流动之间的流体连通，其中可膨胀流体室用于致动与内燃机的第四汽缸相关联的第二阀；

图2是的图1的曲轴驱动的阀致动***的示意图，其示出了第二位置的至少一个转换阀，其允许与内燃机的第四汽缸相关联的第二阀和关闭的流体流动路径内的往复流体流动之间的流体连通，同时阻止与内燃机的第一汽缸相关联的第一阀和关闭的流体流动路径内的往复流体流动之间的流体连通，其中示出由凸轮凸角驱动的主活塞成角度地设置在相对于限定迫使流体从主活塞室流入关闭的流体流动路径的第一位置的主活塞的最大距离处；

图3是图1的曲轴驱动的阀致动***的示意图，其示出了曲轴从图1和图2所示的位置旋转180°，以将凸轮凸角成角度地设置在相对于限定将流体从关闭的流体流动路径抽回主活塞室的第二位置的主活塞的最小距离处；

图4是图1的曲轴驱动的阀致动***的示意图，其示出了第一控制阀在第二位置可操作用于允许主活塞、蓄能器和阀组件之间的流体连通；

图5是图1的曲轴驱动的阀致动***的示意图，其中通过通道提供主活塞室和阀组件之间的连续流体连通，并且第一控制阀可在第一关闭位置和第二开启位置之间操作以选择性地控制主活塞室和蓄能器之间的流体连通；

图6是曲轴的简化的详细立体图，其示出了连接到曲轴上的至少一个凸轮凸角，其中为了清楚起见移除了各种发动机部件；

图7A是曲轴驱动的阀致动***的透视剖视图；

图7B是示出了曲柄平衡物的曲轴的平面图；

图8A是用于选择性地控制单个阀的曲轴驱动的阀致动***的示意图，其示出了可在第一关闭位置和第二开启位置之间操作的第一控制阀，以在当不需要致动单个阀时可选择性地控制主活塞室和用于空动流体流动的蓄能器之间的流体连通；

图8B是曲轴驱动的阀致动***的示意图，该阀致动***用于控制两个阀的开启，示出为常闭的第一发动机阀、常闭的第二发动机阀以及用于允许第一阀和关闭的流体流动路径内的往复流体流动之间的流体连通的第二位置的流体转换阀，同时该阀致动***阻止第二阀和关闭的流体流动路径内的往复流体流动之间的流体连通，其中主活塞示出为由凸轮凸角驱动而被成角度地设置在相对于限定迫使流体从主活塞室流入关闭的流体流动路径的第一位置的主活塞的最大距离处；以及

图9是曲轴驱动的阀致动***的示意图，该***用于选择性地控制包括曲轴的四个进气阀和四个排气阀，和包括进气阀和排气阀两者的内燃机阀组件，以及液压阀致动***，该***示出了两个彼此相对地连接到曲轴地相距大约220°的凸轮凸角，该曲轴由内燃机的曲轴旋转驱动，用于驱动第一主活塞和第二主活塞在第一位置和第二位置之间往复运动以在两个分开的关闭的流体流动路径内产生往复流体流动，四个控制阀，各个控制阀可在可操作用于允许主活塞室和蓄能器之间的流体连通的第一位置移动，以及至少一个用于选择性地允许和阻止与致动阀相关联的可膨胀流体室和关闭的流体流动路径之间的流体连通的转换阀。

具体实施方式

现在参照图1到图9，示出了曲轴驱动的阀致动***30，其用于控制对应于示出的内燃机86的多个汽缸的多个液压致动阀34a、34b，进气阀和排气阀中的一者或两者的打开和关闭。该***可以包括对应于多个阀34a、34b的多个随动活塞44a、44b。多个随动活塞44a、44b中的每个通常通过弹簧朝向常闭的阀位置偏置，并且可被液压驱动，流体压力高到足以克服弹簧朝向开启阀位置的偏置力。液压阀致动***30可以包括至少一个蓄能器46，其在当不需要阀致动时，可操作用于接收和释放流体以提供空动流体流动，以及在液压阀致动***30中维持流体压力和容量。例如但不限于，液压阀致动***30可用于四冲程内燃机86、液压致动的进气阀和液压致动的排气阀中的一者或两者中，该四冲程内燃机86具有多个阀34a、34b。

例如但不限于，四冲程－四汽缸循环可指每个内燃机活塞在进气冲程、压缩冲程、点火/燃烧/动力冲程和排气冲程之间的行程，使得至少一个凸轮凸角52能驱动主活塞室内的主活塞迫使流体进入关闭的流体流动路径以便通过处在所示位置的转换阀70与处在0°的凸轮凸角来开启阀34a中的一个，如图1所示。例如但不限于，阀34a、34b可对应于与第一汽缸和第四汽缸相关联的进气阀或排气阀，或者与内燃机的第二汽缸和第三汽缸相关联的进气阀或排气阀。如图8A中所示，曲轴驱动的阀致动***30可直接用于开启单个进气阀或单个排气阀。应该认识到，多个凸轮凸角52能设置在曲轴上，以驱动往复的流体流动穿过分开的关闭的流体流动路来单独开启每个进气阀和/或每个排气阀。还应该认识到，如果主活塞泵彼此成角度地偏移大约180°用于操作相同的阀、两个进气阀或两个排气阀，或彼此成角度地偏移大约220°用于操作不同的阀，例如一个进气阀和一个排气阀，单个凸角52能驱动对应一个关闭的流体流动路径的主活塞泵，或能驱动对应多个关闭的流体流动路径的多个主活塞泵。例如但不限于，也应该认识到，如图8B所示，内燃机的不同的汽缸的两个阀34a、34b(进气阀或排气阀)的开启和关闭可由驱动单个关闭的流体流动路内的往复流体流动的单个主活塞泵38和单个控制阀56致动，例如但不限于，具有致动器的控制阀，诸如，电磁阀操作致动器、压电操作致动器，或者任何其它用于控制阀的机械或者电气操作致动器，该控制阀选择性地允许蓄能器47和单个转换阀64之间的连通，以选择性地将往复流体流动引导至待控制的两个阀34a、34b中的一者。

本领域的技术人员应该认识到，在不背离本发明的公开的情况下，单个开关阀可以由两个单独的独立致动阀来代替，其中，每个阀均具有关闭位置和打开位置以便选择性地将流体流动引导至待控制的相应阀。本领域的技术人员应该认识到，凸轮凸角可以被直接安装至曲轴或者可以与曲轴形成为整体，在两种情况下，凸轮凸角均以曲轴速度旋转。本领域的技术人员应该进一步认识到，可以按照类似于上述公开提供排气阀的液压阀致动的方式来提供附加主流体活塞泵室和关闭的流体流动路径。本领域的技术人员应该认识到，图9中所示两个凸轮凸角可以相对于彼此呈不同角度方位偏移，从而允许一个凸角控制进气阀并且另一个凸角控制排气阀；或者这两个凸轮凸角可以包括由凸轮从动件驱动的主流体活塞泵室，凸轮从动件被定位成围绕第一凸轮凸角相对于彼此呈不同角度方位偏移，从而允许第一凸轮凸角控制两个汽缸的进气阀和排气阀，而第二凸轮凸角则控制另外两个汽缸的进气阀和排气阀。换言之，主流体活塞泵室的用于控制排气阀的凸轮从动件可以被定位成从主流体活塞泵室成角度地偏移约220°，从而在由相同的第一凸轮凸角驱动的同时对内燃机的相同汽缸的对应进气阀进行控制。可替代地，主流体活塞泵室的用于进行进气阀和排气阀控制的凸轮从动件可以由单独的第一凸轮凸角和第二凸轮凸角驱动，第一凸轮凸角和第二凸轮凸角在相同的角度方位上、同时被定位成彼此纵向地偏移，而凸轮从动件则被定位成彼此偏移约220°。可替代地，主流体活塞泵室的用于进行进气阀和排气阀控制的凸轮从动件可以由单独的第一凸轮凸角和第二凸轮凸角驱动，第一凸轮凸角和第二凸轮凸角彼此纵向地偏移且相对于彼此呈不同角度方位，从而允许凸轮从动件和/或相关联的主流体活塞泵室被定位成相对于彼此呈任何期望角度方位，若需要，甚至可以并排放置。

每个凸轮凸角52可以包括凸轮从动件，凸轮从动件用于驱动主活塞泵以致动至少一个或者更多个阀。如果凸轮从动件被定位成成角度地彼此偏移约220°，则单个凸轮凸角52可以驱动与第一汽缸和第四汽缸相关联的任意两个进气阀和两个排气阀，或者如果凸轮从动件被定位成成角度地彼此偏移约180°，则单个凸轮凸角52可以驱动与第一汽缸和第四汽缸相关联的两个进气阀以及与第二汽缸和第三汽缸相关联的两个进气阀。为了使单个凸轮凸角52驱动与第一汽缸和第四汽缸或者与第二汽缸和第三汽缸相关联的两个进气阀和两个排气阀，可以使用更短的液压通道长度并且相应的凸轮从动件可以被定位成相对于彼此呈约220°。为了使单个凸轮凸角52驱动与第一汽缸和第四汽缸相关联的两个进气阀以及与第二汽缸和第三汽缸相关联的两个进气阀，凸轮从动件可以被定位成相对于彼此呈约180°。最后，本领域的技术人员应该认识到，四冲程——四汽缸发动机周期是作为示例且没有限制性，这是因为，在不背离本发明的公开的情况下，可以对曲轴驱动的液压阀致动***进行修改以便包含不同的发动机配置，诸如，例如但不限于，两个或者更多个汽缸的发动机配置，诸如，三汽缸、六汽缸、八汽缸，或者多于八个汽缸的发动机配置。

液压阀致动***30的改进可以包括：至少一个流体活塞泵36、曲轴50，以及至少一个第一控制阀56。至少一个流体活塞泵36可以包括：至少一个往复式主活塞38、至少一个流体泵室40，以及至少一个偏置弹簧42。偏置弹簧42通常可以使主活塞38相对于泵室40朝着第一位置偏置。当由曲轴的旋转驱动时，主活塞38可以可操作用于将流体往复地驱动进和驱动出泵室40。泵室40可以与多个阀34a和34b连续地流体连通，并且可以选择性地被定位成相对于至少一个蓄能器46流体连通以便进行流体流动。曲轴50可以围绕纵向轴线旋转并且可以具有至少一个凸轮凸角52，至少一个凸轮凸角52安装至曲轴或者整体地形成为曲轴的一部分以便与曲轴一起旋转。至少一个凸轮凸角52可以被驱动围绕纵向轴线旋转并且可以可与凸轮从动件54连续地接合。凸轮从动件54可以连接至至少一个往复式主活塞38，以便响应于至少一个凸轮凸角52的旋转而相对于至少一个流体泵室40进行往复式驱动运动。至少一个第一控制阀56可以在至少一个流体压力活塞泵36与至少一个蓄能器46之间提供流体连通。

现在参照图1至图4，液压阀致动***30可以包括流体活塞泵36，该流体活塞泵36具有主活塞38、泵室40以及偏置弹簧42，偏置弹簧42通常使主活塞38相对于泵室40朝着第一位置偏置。当由凸轮凸角52的旋转驱动时，主活塞38可以将流体往复地驱动进和驱动出泵室40。泵室40可以与多个阀34a和34b连续地流体连通并且可以通过第一控制阀56(例如但不限于，具有致动器的控制阀，诸如，电磁阀操作致动器、压电操作致动器，或者任何其它用于控制阀的机械或者电气操作致动器)与蓄能器46选择性地流体连通。曲轴50可以围绕纵向轴线旋转并且可以具有凸轮凸角52，凸轮凸角52连接至曲轴50以进行旋转。凸轮凸角52可以与曲轴50一起围绕纵向轴线旋转并且可以与凸轮从动件54连续地接合。当凸轮从动件54响应于凸轮凸角52的旋转被驱动时，其可以相对于泵室40往复地驱动主活塞38。液压阀致动***30可以包括第一控制阀56和第二控制阀64。

如在图1中所示，第一控制阀56可以在泵室40与第一位置62和第二位置60中的阀组件32之间提供连续流体连通，同时，当处于第一位置62中时，使关闭的流体流动通路与蓄能器隔离，不进行流体连通，并且当处于第二位置60中时，提供与蓄能器46的选择性流体连通。在第一控制阀56处于如图1中所示的第一位置62或者第二位置60中时，第二控制阀64可以在主活塞38与多个随动活塞44a和44b中的一者之间选择性地切换流体连通，以便将对应发动机阀34a和34b从常闭位置朝着打开位置驱动。阀组件32可以包括多个液压致动发动机阀34a和34b。例如但不限于，设想了所公开的液压阀致动***30可以用在任何数量的汽缸中，例如但不限于，诸如，一个、两个、三个、四个、六个或者八个汽缸的内燃机86。

在操作中，当凸轮从动件54与凸轮凸角52连续地接合时，曲轴50的旋转使得凸轮凸角52旋转，以便从流体泵36内的第一位置(在图3中示出)朝着第二位置(在图1中示出)驱动主活塞。主活塞38的往复运动可以往复地从泵室40驱动出流体以及将工作流体抽回泵室40中，以便在流体泵36与阀组件32之间的关闭的流体流动路径内提供往复流体流动。流体可以离开泵室40并且流过第一控制阀56。第一控制阀56可以包括第一阀位置62、第二阀位置60，以及致动器58，例如但不限于，具有致动器的控制阀，诸如，电磁阀操作致动器、压电操作致动器，或者任何其它用于控制阀的机械或者电气操作致动器，致动器用于在第一阀位置和第二阀位置之间进行改变。如在图1至图2中所示，第一阀位置62可以在流体泵36与阀组件32之间提供流体连通，而与蓄能器46隔离，不进行流体连通。如在图4中所示，第二阀位置60可以在流体泵36与阀组件32之间提供流体连通，同时允许在蓄能器46、流体泵36以及阀组件32之间的流体连通。在第一阀位置62和第二阀位置60中，当凸轮凸角52被驱动围绕旋转轴线旋转从而在流体泵36内产生主活塞的往复移动时，可以在流体泵36与阀组件32之间出现流体流动。

当第一控制阀56处于第一位置62或者第二位置60中的任何一个中时，流体储器或者集液槽90可以向流体泵92提供流体以便通过止回阀96a输送至蓄能器46，并且当第一控制阀56处于第二位置60中时，流体储器或者集液槽90可以附加地向泵室40供应流体。当在流体泵36的往复运动期间不期望阀致动时，蓄能器46可以作为无效流体运动储器来操作，同时也作为加压流体存储器，以便保持处于压力下的流体体积并且维持液压阀致动组件30中的流体压力和体积。换言之，蓄能器46可以用于修改正时曲线的形状并且在向蓄能器46引导流体流动的同时通过减小阀的运动来允许液压***中的无效运动。在***中包括蓄能器46可以允许与蓄能器流体连通的阀延迟打开、提早关闭、部分地打开，或者完全阻止该阀打开。蓄能器46可以包括蓄能器弹簧47，蓄能器弹簧47用于维持在缺乏泵92的情况下流动的流体的压力。当第一控制阀56处于第二阀位置60中时，蓄能器46可以向液压阀致动组件30提供流体流动，以便在改变阀正时操作需要时补充来自关闭的流体流动路的任何流体损失、抑制压力波动，以及供应增补流体压力，或者在发动机启动期间辅助阀操作。

流体可以在第一控制阀56与第二控制阀64之间流动。第二控制阀64可以是高速开关阀，用于切换或者跳过多个进气阀34a和34b中的每一个之间的流体流动。该切换或者跳过功能可以用于利用当使用液压阀致动组件30来控制单个发动机阀功能时可能出现的无效流体运动。设想了一个以上的开关阀可以与具有附加汽缸和进气/排气阀的内燃机86一起使用。例如但不限于，如在图1中所示，第二控制阀64可以处于第一阀位置68中，在流体泵36与对应于第一汽缸的发动机阀34a之间提供流体流动。发动机阀34a可以包括随动活塞44a。随动活塞44a可以通过偏置弹簧48a从发动机阀34a正常地偏置开。当随动活塞44a由流体流动加压时，该力可以克服弹簧力以便使随动活塞44a可以打开发动机阀34a。流体还可以从与发动机阀34a相关联的随动活塞44a的可膨胀室返回，以便在穿过止回阀80b之后并且/或者通过第二控制阀64使流体流动方向反向而往复回到泵室40。如在图1中所示，第二控制阀64在处于第一位置68中时可以阻止流体流动向对应于第三汽缸的发动机阀34b。流过第一控制阀56的流体可以朝着第二控制阀64流动，同时止回阀80b阻止其直接流向发动机阀34a并且止回阀80c阻止其流向发动机阀34b。

如图2中所示，当第二控制阀64处于第二阀位置70中时，流体可以在流体泵36与发动机阀34b之间流动。发动机阀34b可以包括随动活塞44b。随动活塞44b可以通过偏置弹簧48b从发动机阀34b正常地偏置开。当随动活塞44b由流体流动加压时，该力可以克服弹簧力以便使随动活塞44b可以打开发动机阀34b。流体还可以从与发动机阀34b相关联的随动活塞44b的可膨胀室返回，以便通过使如下流动反向而往复回到泵室40：当处于第二位置70中时通过第二控制阀64的流动，和/或在活塞38的返回冲程期间通过止回阀80c的流动。如在图2中所示，第二控制阀64在处于第二位置70中时可以阻止流体流动向对应于第一汽缸的发动机阀34a。当第二控制阀64处于第二阀位置70中时，流过第一控制阀56的流体可以朝着第二控制阀64流动，同时止回阀80b阻止其直接流向发动机阀34a并且止回阀80c阻止其流向发动机阀34b。如在图3中所示，曲轴50可以按照如下方式可旋转：使得凸轮凸角52处于与图1中示出的位置相距180°的位置中，其中，当主活塞38返回至第一位置时，来自偏置弹簧42的力可以使凸轮从动件54维持与凸轮凸角接触。

如图5中所示，当处于第一位置160中时，第一控制阀156可以使得泵室40与蓄能器46隔离，不进行流体连通，而当处于第二位置162中时，第一控制阀156在泵室40与蓄能器46之间提供流体连通。在图5中所示配置中，泵室40可以与发动机阀组件32恒定地流体连通，而第一控制阀156则相对于通过第一控制阀156的蓄能器46提供选择性地受控打开/关闭功能。第一控制阀156可以包括第一阀位置160、第二阀位置162，以及致动器158，例如但不限于，具有致动器的控制阀，诸如，电磁阀操作致动器、压电操作致动器，或者任何其它用于控制阀的机械或者电气操作致动器。如图5中所示，第一阀位置160可以阻止蓄能器46与流体泵36之间的流体连通，有效地将往复关闭流体流动路与蓄能器46隔离开。第二阀位置162可以在往复关闭流体流动路、流体泵36，以及蓄能器46之间提供流体连通。无论第一控制阀156处于第一位置160中还是第二位置162中，通过关闭流体流动路的往复流体流动都可以响应于凸轮凸角52驱动流体泵36的活塞38进行往复运动而恒定地出现在流体泵36与发动机阀组件32之间。

现在参照图6至图7B，所公开的液压阀致动***30可以用在四汽缸内燃机86中。图6示出了与四个汽缸相应的八个控制阀70a。每个汽缸可以具有一组进气阀34a和234a以及一组排气阀134a和334a。八个控制阀70a中的每一个可以与两个进气阀34a和34b以及两个排气阀134a和134b相对应。所公开的液压阀致动***30可以用于具有四冲程周期的汽缸，但设想了该***可以用在二冲程发动机中。设想了多个发动机阀组件32可以用在内燃机86中以便控制图9中所示的进气阀和排气阀。

如在图6、图7B和图8B中所示，设想了曲轴50可以包括至少一个曲轴平衡锤76。曲轴50可以由与发动机86相关联的多个活塞94驱动。曲轴50的旋转可以驱动至少一个凸轮凸角52的旋转，至少一个凸轮凸角52安装在曲轴上或者与曲轴形成为整体，从而驱动至少一个往复式主活塞38、38a、38b的往复移动。第一往复式主活塞38、38a、38b可以按照类似于图1至图4中示出和描述的方式来控制用于四个汽缸的两个活塞的两个发动机阀的致动。开关阀70可以控制两个发动机阀34a和34b的打开和关闭。曲轴平衡锤76可以抵消添加至曲轴50的质量。至少一个曲轴平衡锤76可以被安装至曲轴50。如图8B中所示，凸轮从动件54可以通过弹簧与至少一个凸轮凸角52正常地偏置，并且可以将来自曲轴50的旋转移动转化为至少一个往复式主活塞38的往复移动。在四汽缸内燃机中，第一凸轮从动件54a和第二凸轮从动件54b可以与第一往复式主活塞38a和第二往复式主活塞38b相对应。还设想了曲轴50可以具有一个以上的凸轮凸角52，凸轮凸角52连接至曲轴或者整体地形成在曲轴上以便被驱动围绕曲轴50的纵向轴线旋转。在四汽缸发动机86中，凸轮凸角52(在提供了单独的凸轮凸角52的情况下)或者凸轮从动件54a和54b(在使用单个凸轮凸角52的情况下)可以优选地被定位成成角度地彼此偏移约220°，以便对进气阀或者排气阀进行操作。在四冲程发动机86中，与两个汽缸相相应的两个进气阀和两个排气阀可以与被定位成成角度地彼此偏移约220°的凸轮从动件54a和54b共享至少一个凸轮凸角52，以便驱动相应的往复式主活塞38a和38b。至少一个凸轮凸角52可以按照与曲轴50的旋转相应的曲轴速度旋转。与多个发动机阀34a和34b相应的多个随动活塞44a和44b可以被切换到曲轴50的交替转数上。

液压阀致动***30可进一步包括用于操作的控制***，或电子发动机控制单元98。控制***可包括至少一个控制器和传感器，它们与该至少一个第一控制阀56和该至少一个第二控制阀64电连接。控制器可包括电子控制模块，其具有至少一个微处理器和至少一个存储器模块。该控制器可适于响应于存储在存储器、基于从一个或多个传感器接收到的信号的控制程序控制该至少一个第一控制阀56和该至少一个第二控制阀64的致动。该传感器可以检测该至少一个凸轮凸角52相对于曲轴50的凸轮角度。该控制器可以控制内燃机86的运行，例如集液泵92，控制阀70、70a，及控制阀56、156、64的运行。

在发动机86内实施所公开的液压致动***30的优点包括通过消除诸如凸轮传感器、控油阀、相位器、引导件、正时链条、张紧器、链轮、轴承盖及各种螺栓和紧固件的附加部件而减轻重量。所公开的液压致动***30还可降低由附加部件的使用和磨损所导致的发动机86内的寄生损失。特别地，还可通过移除多个凸轮轴而显著减小发动机86的封装尺寸。通过降低与发动机86相关的生产成本(因为去除了附加部件的成本)，本公开的液压阀致动***30可提供显著的经济优势。使用多个控制阀和凸轮凸角还可提供灵活的进气阀和排气阀运动控制，包括对阀的超前和滞后定时事件进行控制。

液压阀致动***30用于控制多个液压致动阀34a、34b对应于内燃机86的多个汽缸的打开和关闭，其中该内燃机86具有曲轴，组装该液压阀致动***的方法可包括：将凸轮凸角安装在曲轴上，以便随曲轴一起旋转；响应于由曲轴导致的凸轮凸角的旋转驱动至少一个流体压力活塞泵36往复运动；将该至少一个流体压力活塞泵36连接到关闭的流体流路，以便引导来自该至少一个流体压力活塞泵36的往复流体流动，该流体压力活塞泵36与待控制的至少一个阀流体连通；以及在该往复关闭的流体路径内***至少一个控制阀56，以选择性地引导在待控制的至少一个阀之间的往复流体流动。该方法还可包括在凸轮凸角和流体压力活塞泵36之间定位凸轮从动件54。该方法还包括：使用至少一个随动活塞44a、44b液压致动至少一个发动机阀34a、34b；通常情况下，将随动活塞44a、44b中的每一个都偏置朝向关闭阀位置；选择性施加流体压力给选定的随动活塞，以驱动该待控制的阀朝向开启位置。该方法还可包括提供无效流体运动，并通过至少一个蓄能器46可操作地用于将加压流体接纳和释放到往复的关闭的流体流路径，以维持液压阀致动***30的流体容量和压力。该方法还可包括响应于凸轮凸角的旋转使至少一个主活塞38在至少一个流体压力活塞泵36的至少一个流体泵室40内往复运动，以产生往复流体流动，并将至少一个主活塞38偏置朝向具有至少一个偏置弹簧42的第一位置。该方法还可包括将凸轮从动件54定位***到该至少一个凸轮凸角52和该至少一个流体压力活塞泵36之间。

现在参照图9，液压阀致动***30可包括至少一个凸轮凸角52a、52b和至少一个流体活塞泵36a、36b、36c、36d，该流体活塞泵36a、36b、36c、36d具有主活塞38a、38b、38c、38d，泵室40a、40b、40c、40d和偏置弹簧42a、42b、42c、42d，该偏置弹簧42a、42b、42c、42d通常将主活塞38a、38b、38c、38d偏置朝向相对于泵室40a、40b、40c、40d的第一位置，在该第一位置处，主活塞38a、38b、38c、38d将流体抽送至容积加大的泵室40a、40b、40c、40d。例如但不限于，该至少一个凸轮凸角52a、52b中的每一个可对应于两个流体活塞泵36a、36b、36c、36d。当受到凸轮凸角52a、52b的旋转而被驱动到相对于泵室40a、40b、40c、40d的第二位置时，主活塞38a、38b、38c、38d可往复驱动流体流入和流出泵室40a、40b、40c、40d，在该第二位置处，主活塞38a、38b、38c、38d从容积减小的泵室40a、40b、40c、40d内排出流体。泵室40a、40b、40c、40d通过由主活塞38a、38b、38c、38d单独驱动的单独的关闭的流体流动路径，可与多个阀34a、34b、34c、34d、134a、134b连续往复流体连通；还可通过第一控制阀56a、56b、56c、56d与蓄能器46a、46b、46c、46d选择性流体连通，例如但不限于，该第一控制阀56a、56b、56c、56d可以是具有致动器的控制阀，诸如电磁操作致动器、压电操作致动器，或用于控制阀的任何其他的机械操作或电动操作致动器。曲轴50可绕纵向轴线旋转。为便于旋转，第一凸轮凸角52a和第二凸轮凸角52b可安装到曲轴50上，或与曲轴50一体成型。例如但不限于，第一凸轮凸角52a和第二凸轮凸角52b可彼此互成大约220°地安装到曲轴50上或与曲轴50一体成型，使得第一凸轮凸角52a可对应于进气阀34a、34b(与内燃机的四个汽缸相关联)的操作，而第二凸轮凸角52b可对应于排气阀134a、134b、134c、134d的操作。

在任一种情况下，凸轮凸角52a、52b都可响应于曲轴50绕纵向轴线的旋转而旋转，还可与凸轮从动件54a、54b、54c、54d持续接合。当响应于凸轮凸角52a、52b的旋转而被驱动时，凸轮从动件54a、54b、54c、54d可驱动相应的主活塞38a、38b、38c、38d相对于相应的泵室40a、40b、40c、40d往复运动。液压阀致动***30可包括第一控制阀56a、56b、56c、56d和第二控制阀64a、64b、64c、64d，例如但不限于，具有致动器的控制阀，诸如电磁操作致动器、压电操作致动器，或用于控制阀的任何其他的机械操作或电动操作致动器。如图9所示，第一控制阀56a、56b、56c、56d处于第二位置62a、62b、62c、62d时，可在泵室40a、40b、40c、40d和蓄能器46a、46b、46c、46d之间提供往复连续流体连通；而处于第一位置60a、60b、60c、60d时，第一控制阀56a、56b、56c、56d将关闭的流体流动通路从与蓄能器46a、46b、46c、46d流体连通中分离出来。在第一控制阀56a处于如图9所示的第一位置60a或第二位置62a时，第二控制阀64a可在主活塞38a、38b、38c、38d和多个随动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d中的一个之间选择性切换流体连通，以便驱动相应的阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d从常闭位置朝向开启位置。阀组件可包括多个液压致动阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d。例如但不限于，设想了所公开的液压阀致动***30可以用在具有任何数量的汽缸的内燃机中，例如但不限于，诸如，一个、两个、三个、四个、六个或者八个汽缸的内燃机86。例如但不限于，如图1和图8A-图9所示，本实施例可用于四缸内燃机86中，并可包括进气阀34a、34b、34c、34b和排气阀134a、134b、134c、134d。

流体在流经可选的止回阀80b、80c后，还可从随动活塞44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d的扩张腔(与阀34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d相关联)往复运动并回流至泵室40a、40b、40c、40d；180b、180c、80d、80e、180d、180e；和/或通过第二控制阀64a、64b、64c、64d使流体流动方向反向。第二控制阀64a、64b、64c、64d可处于第一位置68a、68b、68c、68d，并阻止流体流向与该第二控制阀64a、64b、64c、64d相关联的两个阀中的一个。

如图9所示，发动机控制单元98可通过控制信号控制控制阀56a、56b、56c、56d、64a、64b、64c、64d和泵92a、92b、92c、92d的操作，该控制信号是响应于由发动机控制单元98从传感器(图中未示出)接收的控制信号根据存储在存储器内的控制程序而产生的。

在操作中，如图9中所示，出于本说明书的目的，第一凸轮凸角52a最初示出在0°角位置，第二凸轮凸角52b定位在相对于第一凸轮凸角52a大约220°的角位置，控制阀64a、64b、64c、64d最初定位在图示位置68a、68b、68c、68d处。随着凸轮凸角52a、52b从图示位置旋转经过180°角位置，控制阀64a、64b、64c、64d转换到位置68a、68b、70c、70d处。随着凸轮凸角52a、52b从该180°角度方位旋转经过360°角度方位，控制阀64a、64b、64c、64d转换到位置70a、70b、70c、70d处。随着凸轮凸角52a、52b从360°旋转经过540°，控制阀64a、64b、64c、64d转换到位置70a、70b、68c、68d处。随着凸轮凸角52a、52b从540°旋转经过720°(即完成第二个360°旋转)，控制阀64a、64b、64c、64d转换到初始位置68a、68b、68c、68d处，且重复循环。应该认识到，软件程序可根据存储在存储器内由发动机控制单元98执行的控制程序，改变开启的持续时间和开度，从而限定出所期望的每个阀的阀致动曲线。

尽管本发明已经结合目前被认为是最可行和最优选的实施例加以描述，但应当理解，本发明不局限于本公开的实施例，相反，应旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同设置，所附权利要求的范围与最广义的解释一致，以便在法律的许可下涵盖所有此类修改及等同结构。

Claims (15)

1.在用于控制与内燃机(86)相关联的多个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的开启和关闭的液压阀致动***(30)中，所述内燃机(86)具有可绕纵向轴线旋转的曲轴(50)，所述液压阀致动***(30)的改进包括：

至少一个凸轮凸角(52、52a、52b)，其安装到所述曲轴(50)上，以受到驱动并与所述曲轴(50)一起旋转；

至少一个流体活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)，其可操作地连接到所述至少一个凸轮凸角(52、52a、52b)，以响应于所述至少一个凸轮凸角(52、52a、52b)的旋转产生往复流体流动；以及

至少一个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)，其与所述往复流体流流体连通，以驱动所述至少一个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)处于常闭位置和开启位置之间。

2.根据权利要求1所述的改进，其还包括：

至少一个蓄能器(46a、46b、46c、46d)，其用于响应于所述往复流体流动提供无效流体流动运动，以阻止阀致动；以及

至少一个第一控制阀(56、56a、56b、56c、56d)，其用于使所述往复流体流动与所述至少一个蓄能器(46a、46b、46c、46d)选择性流体连通。

3.根据权利要求1所述的改进，其还包括：

所述至少一个液压致动阀，其包括第一液压致动阀(34a、34c、134a、134c)和第二液压致动阀(34b、34d、134b、134d)；以及

至少一个第二控制阀(64、64a、64b、64c、64d)，其用于选择性地控制在所述往复流体流动与所述第一液压致动阀(34a、34c、134a、134c)和所述第二液压致动阀(34b、34d、134b、134d)两者中的其中一个之间的流体连通。

4.根据权利要求1所述的改进，其还包括：

随动活塞(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)，其连接到待控制的所述至少一个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)中的每一个，通常将每个随动活塞(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)偏置朝向关闭阀位置，每个随动活塞(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)由往复流体流动驱动朝向开启阀位置。

5.根据权利要求1所述的改进，其中所述至少一个流体活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)还包括：

至少一个往复式主活塞(38、38a、38b、38c、38d)，至少一个流体泵室(40、40a、40b、40c、40d)，及至少一个偏置弹簧(42、42a、42b、42c、42d)，通常所述偏置弹簧(42、42a、42b、42c、42d)将所述主活塞(38、38a、38b、38c、38d)偏置成与所述至少一个凸轮凸角(52、52a、52b)接合，所述主活塞(38、38a、38b、38c、38d)用于往复驱动流体相对于所述至少一个流体泵室(40、40a、40b、40c、40d)流入和流出。

6.根据权利要求1所述的改进，其还包括：

凸轮从动件(54、54a、54b、54c、54d)，其位于所述至少一个凸轮凸角(52、52a、52b)与所述至少一个流体活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)之间，所述凸轮从动件(54、54a、54b、54c、54d)响应于所述至少一个凸轮凸角(52a、52b)的旋转往复驱动所述至少一个流体活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)。

7.一种用于内燃机(86)的液压阀致动***(30)，所述内燃机(86)具有可绕纵向轴线旋转的曲轴(50)，所述液压阀致动***(30)包括：

凸轮凸角(52、52a、52b)，其安装到所述曲轴上，以受到所述曲轴(50)驱动并与所述曲轴(50)一起旋转；

流体活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)，其连接到所述凸轮凸角(52、52a、52b)，以响应于所述凸轮凸角(52、52a、52b)的旋转产生往复流体流动；以及

液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)，其与所述往复流体流流体连通，以驱动所述液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)处于常闭位置和开启位置之间。

8.根据权利要求7所述的液压阀致动***(30)，其还包括：

蓄能器(46a、46b、46c、46d)，其用于响应于所述往复流体流动提供无效流体流动运动，以阻止阀致动；以及

第一控制阀(56、56a、56b、56c、56d)，其用于使所述往复流体流动与所述蓄能器(46a、46b、46c、46d)选择性地流体连通。

9.根据权利要求7所述的液压阀致动***(30)，其还包括：

所述液压致动阀，其包括第一液压致动阀(34a、34c、134a、134c)和第二液压致动阀(34b、34d、134b、134d)；以及

第二控制阀(64、64a、64b、64c、64d)，其用于选择性地控制在所述往复流体流动与所述第一液压致动阀(34a、34c、134a、134c)和所述第二液压致动阀(34b、34d、134b、134d)两者中的其中一个之间的流体连通。

10.根据权利要求7所述的液压阀致动***(30)，其还包括：

随动活塞(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)，其连接到待控制的所述阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)，通常将所述随动活塞(44a、44b、44c、44d、144a、144b、144c、144d)偏置朝向关闭阀位置，且由往复流体流动驱动朝向开启阀位置。

11.根据权利要求7所述的液压阀致动***(30)，其中所述流体活塞泵(36)还包括：

往复式主活塞(38)，流体泵室(40)，以及偏置弹簧(42)，通常所述偏置弹簧(42)将所述主活塞(38)偏置成与所述凸轮凸角(52)接合，所述主活塞(38)可操作用于往复驱动流体相对于所述流体泵室(40)流入和流出。

12.根据权利要求7所述的液压阀致动***(30)，其还包括：

凸轮从动件(54)，其位于所述凸轮凸角(52)和所述流体活塞泵(36)之间，所述凸轮从动件(54)响应于所述凸轮凸角(52)的旋转往复驱动所述至少一个流体活塞泵(36)。

13.一种组装液压阀致动***(30)的方法，所述液压阀致动***(30)用于控制与内燃机(86)的多个汽缸相对应的多个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的开启和关闭，所述内燃机(86)具有可绕纵向轴线旋转的曲轴(50)，所述方法包括：

形成凸轮凸角(52、52a、52b)，凸轮凸角(52、52a、52b)连接到所述曲轴，以便随所述曲轴(50)一起旋转；

组装流体压力活塞泵(36、36a、36b、3)，流体压力活塞泵(36、36a、36b、3)用于响应于由所述曲轴(50)导致的所述凸轮凸角(52)的旋转产生往复流体流动；以及

连接待控制的至少一个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)，使其与来自所述流体压力活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)的所述往复流体流流体连通。

14.根据权利要求13所述的方法，其还包括：

连接第一控制阀(56、56a、56b、56c、56d)，以用于选择性引导所述流体压力活塞泵(36、36a、36b、36c、36d)和蓄能器(46、46a、46b、46c、46d)之间的往复流体流动，从而阻止待控制的所述至少一个液压致动阀(34a、34b、34c、34d、134a、134b、134c、134d)的致动。

15.根据权利要求13所述的方法，其还包括：

组装所述至少一个液压致动阀，以使其包括第一液压致动阀(34a、34c、134a、134c)和第二液压致动阀(34b、34d、134b、134d)；以及

连接第二控制阀(64、64a、64b、64c、64d)，以用于选择性地控制所述往复流体流动与所述第一液压致动阀(34a、34c、134a、134c)和所述第二液压致动阀(34b、34d、134b、134d)两者中的其中一个之间的流体连通。