[发明专利]一种可变升程驱动器

说明书

技术领域

本发明是有关于一种驱动机的控制技术，且特别是有关于一种可变正时并离散地可变升程的驱动器。

背景技术

现有技术中，可以采用各种系统来有效控制气门的正时和升程，来改善发动机的性能、燃油经济性、喷射和其他特性。根据控制的装置或驱动器，这些系统主要地可以分成机械的、电液的（electrohydraulic）和电磁（electromagnetic）形式。根据控制的范围，可以分成可变气门升程和正时、可变气门正时和可变气门升程的形式。它们也可以分成有凸轮（cam-based）及无凸轮(camless)的形式。

在有凸轮的系统的情况下，保持传统的发动机凸轮系统并且稍微修改，以间接地控制气门正时和/或气门升程。在无凸轮系统中，传统的发动机凸轮系统用直接驱动各气门的电液或者电磁驱动器完全替换。尽管无凸轮系统提供更宽的可控性，例如汽缸和气门的停用（deactivation），并且由此具有更好的燃油经济性，但是所有现有生产的汽车可变气门系统都是有凸轮的。

电磁无凸轮系统的问题包括与软着陆（soft-landing）、高电功率要求、能力不足相关的困难，或者难于控制升程以及处理高的和/或变化的汽缸空气压力的能力有限。电液无凸轮系统通常可以克服这样的问题，但是它确实存在自身的问题，例如在高发动机速度下的性能以及设计或者控制复杂，导致响应时间和流量之间的冲突。为了汽油机在6,000至7,000rpm下运行，驱动器必须在3毫秒左右的时间内在8mm左右的范围上首先加速然后减速气门。气门必须有能力行进在约4米/秒的峰值速度。这些要求已经达到了传统电液技术的极限。尤其多种电磁无凸轮系统试图采用比例或伺服反馈系统，以实现无级升程控制，但终因复杂性、高成本及可靠性差而不能实现产业化。

相对比较简单、低成本及可靠的，因此产业化可能性很大的电液手段是采用有级（discrete or discretely）可变升程。为了实现无凸轮技术能获取的大部分（90%左右）的节能减排好处，驱动器需要（1）无级可变正时；（2）两级可变升程；（3）其中的小升程最好大约等于大升程的一半以便在汽车常用的中低速工况下，只用小升程就可提供足够的进排气控制；（4）在大小升程上均能够保持良好的位移精度，基本无超调；及（5）小升程运行的能耗较低。

美国专利US6536388揭示了一种无凸轮驱动器，它包括了一个油缸及活塞，它还有一个设置在油缸外壳内的、具有一个排油孔的、可沿轴向移动的排油构件。此发明包括了无级及有级可变升程两种功能。为了实现有级可变升程，油缸壁上沿轴向排列有数个油缸壁排油口，当排油构件排油孔与某一油缸壁排油口相通时，就只有此一油缸壁排油口才能实现有效排油，当驱动活塞下行至完全遮盖此油缸壁排油口时，因憋油而驱动活塞及气门止步、达到目标升程。因此，有级升程控制是通过排油构件有级轴向位置控制来实现的。其缺点之一是：排油构件的运动控制及力平衡具有一定难度，因此升程稳定性或精度有一定困难。

美国专利US6505584揭示了另一种无凸轮驱动器，它包括了一个油缸及活塞，油缸沿轴向、在活塞下方具有多个纵向间隔开的排油口，每一个排油口与一个独立的开关电液阀相连，并由此电液阀的开闭来决定其本身的开闭。当驱动活塞下行至完全遮盖最下面一个开通的排油口时，因憋油而驱动活塞及气门止步、达到目标升程。因此，有级升程控制是通过两个或以上的电液阀的开闭状态来实现的。其缺点之一：电液阀个数与升程变化级数相等，比如，两级升程需要两个电液阀。其另一个缺点：每一驱动器均需要其自己的升程控制电液阀组，因此整个气门控制系统需要太多的电液阀，比如，一个4缸、16气门、两级升程系统需要32个升程控制电液阀。

综上所述，现有技术中还没有结构简单的、升程稳定的无级可变正时、两级可变升程的驱动器，其在设计原理上又要能够拥有相当大的小升程。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可变升程驱动器，其可以用简单的升程切换装置实现两个升程的切换，其中的小升程的尺度在设计上没有限制，其中的活塞可以通过机械限位而达到理想的精度及稳定性，其中的小升程能耗比大升程低。