專利名稱：橫跨氣門系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于分開式循環(huán)(split-cycle)發(fā)動機的橫跨氣門系統(tǒng) 以及控制該系統(tǒng)的相應方法，特別地，本發(fā)明涉及對較大打開壓差力提供有效解決方案的 系統(tǒng)。
背景技術：
一種分開式四沖程循環(huán)內(nèi)燃機描述在美國專利No. 6，543，225、No. 6，952，923和 No. 6，986，329中，但不限于這些專利文件。它包括至少一個動力活塞和相應的擴張或動力 氣缸，以及至少一個壓縮活塞和相應的壓縮氣缸。動力活塞通過四沖程循環(huán)的作功沖程和 排氣沖程往復運動，同時壓縮活塞通過進氣沖程和壓縮沖程往復運動。壓力室或橫跨通道 通過一個或多個橫跨進氣氣門以及一個或多個橫跨排氣氣門將壓縮和動力氣缸互連，所述 橫跨進氣氣門提供從壓縮氣缸到橫跨通道的基本上單向氣流，所述橫跨排氣氣門提供橫跨 通道和動力氣缸之間的氣流連通。在該專利申請中，橫跨氣門僅指橫跨排氣氣門，而非進氣 氣門。發(fā)動機進一步包括分別位于壓縮和動力氣缸上的進氣氣門和排氣氣門。根據(jù)所參照 的專利以及其它相關改進，分開式循環(huán)發(fā)動機潛在地提供燃料效率方面的許多優(yōu)點，尤其 當與跟橫跨通道互連的額外的空氣或氣體存儲罐結合時，其使得能夠?qū)l(fā)動機作為空氣混 合式發(fā)動機來進行操作。相對于電混合式發(fā)動機，空氣混合式發(fā)動機潛在地能夠以更低的 制造和廢物處理成本提供很多一如果不是更多一燃料經(jīng)濟性益處。為了實現(xiàn)潛在的益處，在橫跨通道中的空氣或者空氣-燃料混合物對于整個 四沖程循環(huán)必須維持在預定燃燒條件壓力，例如大約18.6巴(或270psi)，如美國專利 No. 6，543，225所述的。壓力可以達到50巴(735psi)或更高，如美國專利No. 6，952，923、 美國專利 No. 6，986，329 以及由 Scuderi Group，LLC 在 SAE 2006 Congress 上以及于 2006 年 5 月在 European AutomotiveDesign 上發(fā)布的標題為"Scuderi air Hybrid Engine，，的 小冊子所述的。在圖1的曲線14示出的是根據(jù)美國專利公開US2009/0038598-A1的在某 分開式循環(huán)發(fā)動機的橫跨通道的下游端和動力氣缸內(nèi)部的動壓力分布圖。點火發(fā)生在大約 18度ATDC(動力氣缸的上止點(Top Dead Center)之后)。橫跨氣門(XV)分別在_5度 ATDC(或在TDC或BTDC之前5度)和25度ATDC打開和關閉，其呈現(xiàn)窄的打開窗。類似地， 嚴格的定時同樣在美國專利No. 6952，923中進行介紹。在TDC處或附近打開橫跨氣門，當 動力氣缸體積處于其最小值時，有助于減小動力氣缸內(nèi)的氣體的再壓縮并提高效率。通過 在TDC之前幾度打開，而不是恰好在TDC時或者之后，這有助于擴展氣門打開窗。為了在橫跨通道中密封住恒久高壓，實用的橫跨氣門最有可能為具有向外(也就 是離開動力氣缸，而不是進入動力氣缸中)打開運動的提升氣門或者圓盤氣門，如美國專 利No. 4，170，970中所建議的。向外氣門設計一般實施用于具有高壓歧管的場合，例如各種 壓縮機排氣閥，如美國專利No. 4，253，805和SAE Paper 2005-01-1884中所示的。此外，向 外打開設計對于處理具有小的燃燒室的任何設計的發(fā)動機氣門和活塞之間的干涉是期望 的，如美國專利6，952，923 (第14欄第63行和第22欄第33行)中記載的，尤其是當壓縮比大于80 1時，如美國專利No. 6，952，923 (權利要求3)所要求保護的，其實際上在TDC周 圍沒有留出燃燒室。向外設計因此進一步示出在美國專利No. 4，170，970、No. 7，421987和 No. 7，636，984 以及美國專利申請 2008/0054205-A1,2009/0038598-A1,2009/0038599-A1, 2009/0039300-AU2009/0133648-A1 和 2009/0044778-A1 的附圖中。當關閉時，氣門圓盤或頭在橫跨通道壓力下壓靠氣門座。為了打開氣門，致動器必 須提供大的打開力以克服氣門頭上的壓力以及慣性。打開壓強力是由打開壓差dPo所致， 其在圖1中為大約35巴。一旦橫跨氣門打開由于橫跨通道和動力氣缸之間的基本壓力均 衡或者動力氣缸壓力的快速升高，壓差就顯著下降。在動壓力分布圖和幅值中的類似趨勢 可以在美國專利No. 6，543，225中找到。壓力可以達到50巴(735psi)或更高，如美國專 利 No. 6，952，923、美國專利 No. 6，986，329、由 Scuderi Group, LLC 在 SAE 2006Congress IiLR^ 2006 ^Ξ 5 ^^ European Automotive Design"Scuderi air Hybrid Engine”的小冊子所述的。對于發(fā)動機氣門，通流面積(flow area)大致等于其周長和氣門升程的乘積。如 果有彈簧預載的話，除了彈簧預載之外，打開力還必須克服等于氣門上的壓差乘以氣門頭 面積的壓力。這樣，通流面積和打開壓強力分別與直徑以及直徑的平方成正比。為了更大 的功率和更優(yōu)的效率，使分開式循環(huán)發(fā)動機的橫跨氣門或者進氣氣門的直徑或周長最大是 一種好的方案。這同樣使得兩個或多個橫跨氣門實現(xiàn)合理的總通流面積，同時使壓力最小。 美國專利No. 6，952，923公開一種具有四個13毫米橫跨氣門的設計以及另一個具有兩個 18. 4毫米橫跨氣門的設計，從而在35巴的打開壓差dPo下分別在每個氣門上產(chǎn)生464N和 931N的打開力。在相同排量的傳統(tǒng)發(fā)動機中打開壓差力對于排氣氣門典型地為400N，對于 進氣氣門則低很多。具有四個13毫米橫跨氣門的設計具有更能容忍的打開力，但是它把結 構復雜性增大太多，并且犧牲成本，這是因為包括了大量的氣門。具有兩個18.4毫米的橫 跨氣門的設計具有大的打開力，從而對相應的氣門致動器在功能能力、耐用性、大小、功率 消耗等方面構成挑戰(zhàn)。如果期望更小的流阻以及由此更大的氣門直徑的話，考慮到相同排 量的傳統(tǒng)發(fā)動機可以具有兩個32毫米的進氣氣門，這將甚至是更大的挑戰(zhàn)。32毫米的橫跨 氣門在35巴的壓差下將具有2815N的打開力，這對于任何致動器都是沉重的。已經(jīng)進行各種努力以克服在橫跨氣門上的大的打開力。在美國專利No. 7，421，987 和美國專利申請2008/0054205-A1中，提供了使用彈簧偏壓力和液壓力的組合的方案。在美國專利No. 7，636，984和美國專利申請2009/004477841中，提供了使用氣動 增力器或者壓力平衡機構的方案，其使得至少一個氣動室(除了橫跨通道自身之外，或者 不同于橫跨通道自身)或一個氣動活塞(除了橫跨氣門頭自身之外，或者不同于橫跨氣門 頭自身)，或者二者抵抗壓差?？傊?，橫跨氣門致動器必須處理大的打開力，同時提供合理的氣通流面積。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地說，在本發(fā)明的一方面，用于具有動力氣缸和橫跨通道的分開式循環(huán)發(fā)動 機的橫跨氣門系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例包括第一和第二橫跨氣門，每個向外離開動力氣缸打 開并提供動力氣缸和橫跨通道之間的流體連通，第二橫跨氣門的直徑大于第一橫跨氣門的 直徑；以及致動機構，該致動機構用以打開第一橫跨氣門，然后在預定延遲后打開第二橫跨氣門。在操作中，能夠使用相當小的打開力以克服橫跨通道和動力氣缸之間的初始壓差 而打開第一橫跨氣門，這是因為第一橫跨氣門具有較小的直徑以及由此較小的橫截面積。 具有較大直徑以及由此較大橫截面積的第二橫跨氣門在當橫跨通道和動力氣缸之間的壓 差由于通過第一橫跨氣門的流體流動而顯著減少后一段時間時同樣通過較小的打開力打 開。在另一實施例中，致動機構進一步包括凸輪軸，該凸輪軸用以連接第一和第二凸 輪；第一凸輪可用以驅(qū)動第一橫跨氣門，并具有第一凸輪凸起部，該第一凸輪凸起部對于第 一橫跨氣門期間從第一橫跨氣門打開位置延伸到第一橫跨氣門關閉位置；第二凸輪可用以 驅(qū)動第二橫跨氣門，并具有第二凸輪凸起部，該第二凸輪凸起部對于第二橫跨氣門期間從 第二橫跨氣門打開位置延伸到第二橫跨氣門關閉位置；以及第二橫跨氣門打開位置具有相 對于第一橫跨氣門打開位置的預定延遲，由此提供在第一和第二橫跨氣門的打開動作中的 時差。在另一實施例中，致動機構進一步包括分別驅(qū)動第一和第二橫跨氣門的第一和 第二氣門致動器，由此給橫跨氣門提供獨立致動?？梢酝ㄟ^控制器利用不同的提升模式 (profile)，包括延時特征，來驅(qū)動第一和第二橫跨氣門。在另一實施例中，第二橫跨氣門的直徑與第一橫跨氣門的直徑的比大于1. 83，由 此實現(xiàn)超過50%的力減小。在另一實施例中，在壓差的顯著減小已經(jīng)由于通過第一橫跨氣門的氣流而實現(xiàn)的 情況下，第一橫跨氣門在上止點之前10度和上止點之前3度之間打開；第二橫跨氣門在上 止點之前2度和上止點之后7度之間打開。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的橫跨氣門系統(tǒng)或致動器提供明顯的優(yōu)點和/或額外的益處， 傳統(tǒng)的橫跨氣門系統(tǒng)或致動器使用相同直徑和相同打開時序的兩個橫跨氣門，這樣使得對 于氣門周長有關的通流能力需要顯著的尺寸或直徑，從而導致顯著的橫截面積以及由此的 大的初始打開力。通過對兩個或者如果期望的話兩組橫跨氣門采用不同的氣門直徑和打開 時序，本發(fā)明能夠減小在兩個氣門的每一個上的打開力，而不會減小總通流面積或能力。較 小的橫跨氣門首先克服橫跨通道和動力氣缸之間的大的初始壓差而打開。但是，由于它的 較小橫截面積，它的打開力較小。當壓差在通過較小橫跨氣門的端口充注動力氣缸一段時 間之后壓差減小很多時，較大橫跨氣門隨后打開，從而即使對于較大的橫截面積也產(chǎn)生較 小的打開力。通過本發(fā)明的打開力的減小可以足以解決與橫跨氣門相關的實際設計問題， 因為它們受到大的壓差這些設計問題具有很大的工程挑戰(zhàn)。至少，通過本發(fā)明的打開力減 小將很好地幫助其它工程努力以解決該挑戰(zhàn)。本發(fā)明與其它目的和優(yōu)點一起將通過參照下面結合附圖的詳細描述而得到最好 的理解。


圖1是示出現(xiàn)有技術的壓力分布圖的曲線，其點火和橫跨氣門時序按照美國專利 申請 2009/0038598-A1 ；圖2是橫跨氣門系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例的示意圖3是示出根據(jù)當前本發(fā)明的兩個氣門打開時間的圖表；圖4是另一優(yōu)選實施例的示意圖，表征出布置回程彈簧的另一方法；以及圖5是另一優(yōu)選實施例的示意圖，表征出致動機構的通用性。
具體實施例方式現(xiàn)參照圖2，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種橫跨氣門系統(tǒng)18。該系統(tǒng)18包括較 小直徑Dl的第一橫跨氣門和較大直徑D2的第二橫跨氣門32。橫跨氣門系統(tǒng)18是分開式循環(huán)發(fā)動機的一部分，其整體沒有在圖2中示出，特 別地，并不限于美國專利No. 6，543，225、No. 6，952，923和No. 6，986，329和美國專利申請 2009/0038598-A1,2009/0039300-A1 和 2009/0044778-A1 中公開的。分開式循環(huán)發(fā)動機包 括圍繞曲軸軸線旋轉的曲軸；可滑動地容納在相應壓縮氣缸內(nèi)并用以連接到曲軸以使得壓 縮活塞在曲軸的單圈轉動或者熱力循環(huán)過程中通過進氣沖程和壓縮沖程而往復運動的至 少一個壓縮活塞；可滑動地容納在相應動力氣缸16內(nèi)并用以連接到曲軸以使得動力活塞 在曲軸的單圈轉動或熱力循環(huán)過程中通過膨脹或作功沖程和排氣沖程而往復運動的至少 一個動力活塞；互連壓縮氣缸和動力氣缸16的橫跨通道15 ；供應新鮮氣體到壓縮氣缸中的 一個或多個壓縮氣缸進氣氣門；將廢氣排出動力氣缸的一個或多個動力氣缸排氣氣門；在 壓縮氣缸和橫跨通道15之間提供氣流連通的一個或多個橫跨進氣氣門；以及在橫跨通道 15和動力氣缸16之間提供氣流連通的一個或多個橫跨排氣氣門，或者在本申請中簡稱為 橫跨氣門。通過圖2中的第一橫跨氣門20和第二橫跨氣門32，能夠顯著減小氣門致動力， 或者顯著增大氣體通流面積，或者二者。盡管沒有特別說明為多個，甚至對于單對壓縮氣缸和動力氣缸，橫跨通道15可包 括超過一個通道或可辨別的空間(volume)，以實現(xiàn)其它功能優(yōu)點。例如，橫跨通道15可包 括兩個分支或?qū)Ч?在圖2中未示出)，其每一個通過位于壓縮氣缸和橫跨通道之間(圖2 中未示出)或者在橫跨通道的入口處的它的相應的橫跨進氣氣門連接到一個橫跨氣門20 或32。在空氣混合動力應用中，橫跨通道還與在圖2中沒有示出的至少一個空氣或者氣體 存儲系統(tǒng)相連。第一橫跨氣門20包括第一橫跨氣門頭22和第一橫跨氣門桿24。第一橫跨氣門 桿24由第一橫跨氣門導管38可滑動地支撐。第一橫跨氣門頭22包括第一橫跨氣門第一 表面28和第一橫跨氣門第二表面30，其分別暴露到橫跨通道15和動力氣缸16。當?shù)谝粰M 跨氣門20關閉時，如圖2所示，第一橫跨氣門頭22接觸第一橫跨氣門座26，從而密封掉橫 跨通道15和動力氣缸16之間的流體連通。本申請中使用的直徑Dl應當被認為是頭22和 座26之間的密封線或接觸線的直徑。相同的規(guī)定應用到其它發(fā)動機氣門直徑。除了其較大直徑D2之外，第二橫跨氣門32具有與第一橫跨氣門20基本上相同的 結構特征。它包括分別暴露到橫跨通道15和動力氣缸16的第二橫跨氣門第一表面35和 第二橫跨氣門第二表面36。兩個橫跨氣門20和32通過致動機構19致動，該致動機構19包括第一氣門彈簧 46、第二氣門彈簧52和與第一凸輪54和第二凸輪56配合的凸輪軸58。第一橫跨氣門20用以通過安裝在第一橫跨氣門桿24—端即第一橫跨氣門20的 遠端的第一彈簧座44與第一氣門彈簧46相連。第一氣門彈簧46由彈簧支架48進一步限制，其相對于發(fā)動機機構靜止。第一橫跨氣門20用以通過圍繞第一樞軸41樞轉的第一搖臂 40以及安裝為緊鄰第一橫跨氣門桿24上的第一彈簧座44的第一配件42而與第一凸輪54 相連?？蛇x地，第一彈簧座44和第一配件42集成到單個結構元件中(在圖1中未示出)。 與圖2所示的方法基本上相同，第二橫跨氣門32用以連接第二氣門彈簧52和第二凸輪56。第一凸輪54具有第一凸輪凸起部60，該第一凸輪凸起部60從第一橫跨氣門打開 (XVlO)位置延伸到第一橫跨氣門閉合(XVlC)位置，就此形成第一橫跨氣門期間(XVlD)。第 二凸輪56具有第二凸輪凸起部62，該第二凸輪凸起部62從第二橫跨氣門打開(XV20)位置 延伸到第二橫跨氣門閉合(XV2C)位置，就此形成第二橫跨氣門期間(XV2D)。第二凸輪凸起 部62具有相對于第一凸輪凸起部60的轉動或角延遲d。在圖2中，第一凸輪凸起部60在 第一橫跨氣門打開(XVlO)位置剛好接觸第一搖臂40，而第二凸輪凸起部62仍從旋轉為接 觸第二搖臂50離開順時針方向的延遲d。在操作中，當凸輪軸58以及由此的第一和第二凸輪54和56從圖2所示的位置順 時針方向旋轉時，對于XVlD期間，第一凸輪凸起部60經(jīng)由第一搖臂40向上提升并打開第 一橫跨氣門。在從圖2所示的位置延遲d之后，對于XV2D期間，第二凸輪凸起部62向上提 升并打開第二橫跨氣門32。橫跨氣門20和32不必同時關閉，也就是，它們的關閉位置XVlC 和XV2C不必具有相同的角位置或相位位置?；蛘?，致動機構19可采用在圖2沒有示出的其它形式的搖臂，或者根本就沒有搖 臂，例如，通過利用在圖2中沒有示出的直接作用的設計。現(xiàn)參照圖3，圖表64表征與圖1中的圖表14 一致的壓力分布圖。但是，取代僅一 個氣門打開事件，同樣地引入兩個氣門，以及在圖1中的_5度的曲柄角度處的相關打開壓 差dPo，圖3中的操作包括兩個氣門打開事件，第一和第二橫跨氣門分別在_5度ATDC曲柄 轉角(XVlO)和+3度ATDC(XV20)打開。它們各自的打開壓差是dPl和dP2，dP2比dPl小 很多。兩個橫跨氣門在25度(XV1C和XV2C)的相同曲柄轉角關閉，這不是強制的。圖3中 的dPl的值與圖1中的dPo大致相等，dP2的值可以大于圖3中所示的，因為僅小的橫跨氣 門在-5度和+3度之間打開，從而導致較慢的壓力均衡。盡管如此，dP2的值仍相當小于dPl 的值。氣門打開位置XVlO和XV20并不分別限于圖3所示的_5度ATDC和+3度ATDC。 總的來說，為了泵送效率，XVio和XV20 二者應當盡可能接近TDC ；為了更容易設計致動機 構，XVlO和XV20應當充分先于氣門關閉事件XVlC和XV2C ；在XV20和XVlO之間應當有足 夠的延遲以實現(xiàn)在XV20處在動力氣缸中的必要的壓力升高。考慮到所有的這些因素以及 其它因素，優(yōu)選地，-10 度 ATDC < XVlO < _3 度 ATDC，-2 度 ATDC < XV20 < 7 度 ATDC。換 句話說，XVlO位于10度BTDC和3度BTDC之間，XV20位于2度BTDC和7度ATDC之間。如在本發(fā)明的背景技術部分討論的，對于發(fā)動機氣門或圓盤氣門的通流面積和打 開力分別與直徑和直徑的平方成正比。使得基線或現(xiàn)有技術設計具有相同直徑Do的兩個 橫跨氣門；使得它們克服壓差dPo同時打開；使得Dl和D2為本發(fā)明的第一和第二橫跨氣門 的各自的直徑；使得第二橫跨氣門分別克服壓差dPl和dP2打開；然后，在現(xiàn)有技術的橫跨 氣門的每一個上的打開壓強力Fo估計為Fo = (3. 14/4) XDo"2XdPo,在第一橫跨氣門20上的打開壓強力估計為
Fl = (3. 14/4) XDl"2XdPl,在第二橫跨氣門32上的打開壓強力F2估計為F2 = (3. 14/4) XD2"2XdP2如果力比率Rf = Fl/Fo，那么令dPl = dPo，則Rf = Fl/Fo = (Dl/Do) "2(1)也就是，力比率Rf等于直徑比Dl/Do的平方。利用方程(1)，可以估計對于第一橫 跨氣門20的直徑相對于現(xiàn)有技術橫跨氣門的直徑分給定減少量，壓力的減小。例如，30% 和50%的直徑減小分別導致第一橫跨氣門上50%和75%的壓力降低，也就是實現(xiàn)0.5和 0. 25 的 Rf 值。如果例如兩個現(xiàn)有技術橫跨氣門中的每一個直徑Do等于18. 4毫米，如美國專利 No. 6，952，923中一樣，那么30%的直徑減小導致12. 9毫米的Dl以及從挑戰(zhàn)性的931N減 小到低很多的466N的壓力。令Lo為現(xiàn)有技術的橫跨氣門的升程，令Ll和L2分別為第一和第二橫跨氣門20 和32的升程，那么兩個現(xiàn)有技術的橫跨氣門的每一個通流面積Afo估計為Afo = 3. 14 X Do X Lo,第一橫跨氣門20的通流面積Afl估計為Afl = 3. 14XDl XLi，以及第二橫跨氣門32的通流面積Af 2估計為Af2 = 3. 14XD2XL2如果總的通流面積保持相同，或者2 X Afo = Afl+Af2,以及Lo = Ll = L2，那么2XDo = D1+D2,假定打開延遲d具有有限的值，并且如果進一步保持dPl = dPo，那么D2/D1 = 2/sqrt (Rf) _1 (2)其中符號sqrt是指平方根?；蛘逥2/Do = 2-sqrt (Rf) (3)在通過根據(jù)方程(1)減小Dl而在第一橫跨氣門上實現(xiàn)期望的力減小之后，可以使 用方程(2)或(3)來估計第二橫跨氣門的必要的直徑D2以實現(xiàn)相同的總的通流面積。利用上面的相同例子以及來自美國專利No. 6，952，923的參考參數(shù)，以及Dl從 18. 4毫米到12. 9毫米的30%的減小和Fl從931N到466N的50%的減小，可以估計D2/D1 為1. 83或D2/Do為1. 3，其給到D2 = 24毫米。對于具有給定的一套設計約束條件的一般問題，包括總的通流面積要求，可以從 方程(2)獲知D2/D1應當大于1. 24。如果試圖實現(xiàn)明顯的力減小，比方說大于20%的減小， 也就是，Rf < 0. 8。因此，對于大于20%的力減小，D2/D1優(yōu)選地大于1. 24，對于對于大于 50%的力減小，則大于1.830如果令F2 = F1，那么dP2/dPl = (D1/D2)"2,(4)以及如果進一步地總通流面積保持相同(即，2XAfo = Afl+Af 2), Lo = Ll = L2, 以及dPl = dPo，那么dP2/dPl = Rf/(2-sqrt (Rf)) "2 (5)
在更早實現(xiàn)力減小和保證通流面積之后，方程(4)或(5)提供一壓差值dP2，在該 壓差值或低于該壓差值，第二橫跨氣門32將經(jīng)受不高于第一橫跨氣門20的壓差的壓差。再次利用與上面相同的例子以及美國專利No. 6，952，923中的參考參數(shù)，Dl = 12. 9毫米和D2 = 24毫米，或Rf = 0. 5，推導出dP2/dPl = 0. 3。如果dPl = 35巴，那么 dP2 = 10. 5巴。只要24毫米的第二橫跨氣門克服小于或等于10. 5巴的壓差dP2而打開， 它就經(jīng)歷不高于466N的壓力。在上面的例子中，設計練習的目標是減小氣門驅(qū)動力。相同的設計原理可用于增 大通流面積或減小流阻。如果凸輪系統(tǒng)能夠處理931N的壓差力，那么可以選取Rf = 1或 Dl = Do。如果 F2 = Fl = 931N、dPl = 35 巴以及 dP2 = 10. 5 巴，那么根據(jù)方程(4)，D2/D1 =sqrt (35/10. 5) = 1.83。對于 D2 = 1· 83 X 18. 4 = 336 毫米以及(Afl+Af2) / (2 XAfo) =(D2+Dl)/(2XDo) = (33. 6+18. 4)/(2 X 18. 4) = 1. 41，能夠?qū)崿F(xiàn)大致 41 % 的通流面積增 大，由此對于發(fā)動機，實現(xiàn)小很多的流阻和更高的效率。圖4示出本發(fā)明的替代實施例，其表征出致動機構66的一些變型。氣門彈簧46和 52重新定位在橫跨通道15內(nèi)部并且直接在橫跨氣門第一表面28和35上方并擠壓它們。 這種安置具有減小在豎直方向的封裝尺寸的潛在可能性。致動機構66保持在第一和第二 凸輪54和56之間產(chǎn)生延遲d的能力，這是本發(fā)明的一個關鍵特征?，F(xiàn)參照圖5，其是本發(fā)明的又一替代實施例的圖形。它的致動機構68包括控制器 70和第一和第二氣門致動器72和74。第一和第二氣門致動器72和74分別驅(qū)動第一和第 二橫跨氣門20和32?？刂破?0分別為第一和第二氣門致動器72和74提供第一和第二提 升模式(profile) 76和78。提升模式76和78可以是曲柄角域或者時域的。第一和第二 橫跨氣門20和32分別在XVlO和XV20打開，XVO比XVlO晚延遲d。打開點XVlO和XV20 大致在TDC附近(圖5中未示出)。優(yōu)選地，-10度ATDC < XVlO < _3度ATDC，以及-2度 ATDC < XVO < 7 度 ATDCjATDC 為“在 TDC 之后”；或者 XVlO 是在 10 度 BTDC 和 3 度 BTDC 之 間，XV20是在2度BTDC和7度ATDC之間，BTDC是“在TDC之前”?？梢杂心康牡卦诘谝惶?升模式的打開坡道77提供更陡的斜率，如圖5所示，以使得第一橫跨氣門20更快地向上打 開，從而導致更快地充注和壓縮動力氣缸16，從而導致更明顯的壓差減小以便更容易地打 開第二橫跨氣門32。致動器72和74可以是機械、電力、流體、磁性或壓電類型的，或者混合類型的。在空氣混合應用中，控制器70控制致動器72和74，以當動力氣缸沒有被促動時例 如在再生制動模式期間保持橫跨氣門20和32閉合。在這種情形中，橫跨氣門應當根本沒 有提升。類似地，在如圖2和4所示的凸輪驅(qū)動系統(tǒng)中，可以結合凸輪輪廓切換機構(在圖 2和4中未示出)，以運行平坦的輪廓，以使得在再生制動模式期間橫跨氣門20和32保持 閉合。該切換機構可以是機械、電力、流體、磁體或壓電類型的，或者混合類型的。對于不同 模式的空氣混合操作同樣具有各種其它控制策略。因此，圖5中的提升模式76和78以及 圖2-4中的凸輪凸起部設計和氣門事件應當被理解為僅在當有需要來打開橫跨氣門20和 32用于擴充和排氣周期時，例如，在空氣混合應用的巡航模式期間。在所有的上面的描述中，為了方便起見，第一和第二氣門彈簧46和52每一個被標 識和示出為單一機械螺旋彈簧。但是，當有強度、耐用性或包裝方面的需要時，它們的每一 個或任何一個可以包括兩個或更多彈簧的組合。在機械螺旋彈簧的情形中，它們可以同心地套嵌，例如，它們還可以為氣動彈簧。再者，在至此的許多示例和描述中，本發(fā)明的應用默認為橫跨氣門控制，但是它并 不限于此。本發(fā)明可以應用到向外氣門在相關歧管中經(jīng)歷大壓力的其它情形。盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述本發(fā)明，本領域技術人員應當認識到，可以進行形 式和細節(jié)上的改變而不超出本發(fā)明的精神和范圍。同樣地，意在的是，前面的詳細描述應當 認為是示例性的，而非限制性的，并且，本發(fā)明的范圍意在通過所附權利要求，包括其所有 等價物，進行限定。本申請要求于2009年7月23日提交的美國臨時專利申請No. 61/271，607的優(yōu)先 權，其全部內(nèi)容在此被引用作為參考。
權利要求
一種用于分開式循環(huán)發(fā)動機的橫跨氣門系統(tǒng)，該發(fā)動機具有動力氣缸、壓縮氣缸和提供所述動力氣缸和所述壓縮氣缸之間的流體連通的橫跨通道，所述氣門系統(tǒng)包括第一和第二橫跨氣門，每個橫跨氣門離開所述動力氣缸向外打開并進入所述橫跨通道以提供所述動力氣缸和所述橫跨通道之間的流體連通；所述第二橫跨氣門的直徑大于所述第一橫跨氣門的直徑；以及致動機構，該致動機構用以打開所述第一橫跨氣門，然后在預定延遲之后打開所述第二橫跨氣門。
2.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動機構進一步包括凸輪軸，該凸輪 軸具有帶凸起部的第一和第二凸輪，用以打開和關閉第一和第二橫跨氣門。
3.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述第二橫跨氣門的直徑與所述第一橫 跨氣門的直徑的比大于1.24。
4.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述第二橫跨氣門的直徑與所述第一橫 跨氣門的直徑的比大于1.83。
5.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動機構用以在上止點(TDC)之前 10度和TDC之前3度之間打開第一橫跨氣門，并且在TDC之前2度和TDC之后7度之間打 開第二橫跨氣門。
6.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，進一步包括分別位于所述橫跨通道內(nèi)部并且直 接在所述第一和第二橫跨氣門上方的第一和第二氣門彈簧。
7.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述第一和第二橫跨氣門同時關閉。
8.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述第一和第二橫跨氣門分時關閉。
9.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述橫跨通道進一步包括多于一個通道。
10.如權利要求1所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動機構包括利于所述氣門的獨立 致動的第一和第二氣門致動器。
11.如權利要求10所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動器通過控制器控制，從而分別 為所述第一和第二氣門提供第一和第二提升模式。
12.如權利要求10所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動器是電操縱的。
13.如權利要求10所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動器通過電氣-流體裝置操縱。
14.如權利要求10所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動器是電磁操縱的。
15.如權利要求10所述的橫跨氣門系統(tǒng)，其中，所述致動器是通過壓電裝置操縱的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橫跨氣門系統(tǒng)及相應方法，提供有效方式以克服大的打開壓強力，或者提供合理的氣體通流面積，或者二者。在示例性實施例中，一種用于具有動力氣缸和橫跨通道的分開式循環(huán)發(fā)動機的橫跨氣門系統(tǒng)包括第一和第二橫跨氣門，每個橫跨氣門向外打開離開動力氣缸并提供動力氣缸和橫跨通道之間的流體連通，第二橫跨氣門的直徑大于第一橫跨氣門的直徑；以及致動機構，其可操作以打開第一橫跨氣門，然后在預定延遲后打開第二橫跨氣門以允許動力氣缸內(nèi)部的壓力一定程度上升，從而導致跨過橫跨氣門的小很多的壓差力，更大的通流面積，或者二者。
文檔編號F02B33/02GK101963090SQ20101023897
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權日2009年7月23日
發(fā)明者婁征 申請人:Lgd技術有限責任公司