用于雙燃料發動機的進氣閥致動系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于雙燃料發動機的進氣閥致動系統。所述系統在雙燃料發動機與柴油發動機之間可改裝，并且包括具有凸輪輪廓的凸輪凸角、搖臂和IVA活塞。搖臂具有墊表面，該墊表面包括穿過搖擺軸的中心軸線的平面。搖臂可操作地與凸輪凸角和進氣閥連接。凸輪凸角的旋轉運動與進氣閥在打開位置與關閉位置之間的切換相對應。IVA活塞具有面部分，其選擇性地抵靠墊表面以暫時將進氣閥鎖定在打開位置中。當面部分抵靠墊表面時，IVA系統限定切換。凸輪輪廓促進進氣閥在切換時的速度恒定。
【專利說明】
用于雙燃料發動機的進氣閥致動系統
技術領域
[0001]本實用新型總體涉及用于雙燃料發動機的進氣閥致動(IVA)系統。更具體而言，本實用新型涉及一種在雙燃料發動機與柴油燃料發動機之間可改裝的IVA系統。
【背景技術】
[0002]眾所周知，柴油燃料發動機采用進氣閥致動(IVA)系統來致動柴油燃料發動機的進氣閥。IVA系統與凸輪凸角和搖臂的組件協同工作，以便在柴油燃料發動機的進氣沖程及一部分壓縮沖程期間致動進氣閥并將進氣閥保持在打開位置中。更具體而言，凸輪凸角和搖臂的組件在柴油燃料發動機的進氣沖程期間致動進氣閥并將進氣閥保持在打開位置中。之后，IVA系統的IVA活塞推抵搖臂，從而在一部分壓縮沖程期間將進氣閥鎖定在打開位置中。值得注意的是，IVA活塞施加推抵搖臂的推力，將進氣閥鎖定在打開位置中。搖臂上的該推力對IVA活塞施加相反的側向力，這可能導致IVA活塞的部件故障。這縮短了 IVA系統的使用壽命。
[0003]此外，當IVA活塞推抵IVA系統的搖臂時，IVA系統形成操作切換(hand-off)。在凸輪凸角與IVA活塞的常規的操作切換期間，通常在進氣閥上觀察到躍動。這種躍動可能導致IVA系統的各個部件故障，這些部件諸如但不限于，進氣閥、IVA活塞和/或搖臂。這導致IVA系統無法致動進氣閥。
[0004]安裝在柴油燃料發動機中的常規已知的IVA系統可能與雙燃料發動機不兼容。對常規IVA系統和雙燃料發動機這兩方面而言，可能都需要進行許多設計上的改變，以將常規IVA系統安裝在雙燃料發動機上。而這可能耗費大量的人力，并且可能增加IVA系統的總體成本。因此，需要一種能夠在柴油燃料發動機與雙燃料發動機之間改裝的IVA系統。
[0005]美國專利第5,479,896號公開了一種傳遞力和運動以打開內燃機的閥的壓縮釋放發動機致動系統(IVA系統)。盡管該參考文獻公開了打開內燃發動機的閥的壓縮釋放發動機致動系統，但是參考文獻沒有提供在雙燃料發動機與柴油燃料發動機之間可改裝的IVA系統。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的各方面均涉及一種用于雙燃料發動機的進氣閥致動(IVA)系統。IVA系統在雙燃料發動機與柴油燃料發動機之間可改裝。雙燃料發動機具有至少一個進氣閥、凸輪軸和搖擺軸。搖擺軸具有中心軸線。IVA系統包括凸輪凸角、搖臂和IVA活塞。凸輪凸角具有凸輪輪廓。搖臂可旋轉地安裝在搖擺軸上并且具有墊表面。墊表面包括穿過搖擺軸的中心軸線的平面。搖臂與凸輪凸角和至少一個進氣閥可操作地連接。凸輪凸角的旋轉運動與搖臂的擺動運動相對應，這相應地促進在至少一個進氣閥在打開位置與關閉位置之間的切換。IVA活塞具有活塞軸線和面部分。面部分設置成與搖臂的墊表面相對。面部分選擇性地抵靠并推抵墊表面，以限制搖臂的擺動運動并至少暫時地將至少一個進氣閥鎖定在打開位置中。此外，當IVA活塞的面部分抵靠搖臂的墊表面時，IVA系統形成操控切換。另外，凸輪輪廓促進IVA系統操控切換時的至少一個進氣閥的速度恒定。
[0007]所述進氣閥致動活塞的所述活塞軸線垂直于所述搖臂的所述墊表面。
[0008]其中當所述進氣閥致動活塞的所述面部分抵靠所述搖臂的所述墊表面時，所述進氣閥致動系統限定操控切換，
[0009]其中所述凸輪輪廓促進所述至少一個進氣閥在所述進氣閥致動系統的所述操控切換時的速度恒定。
[0010]搖臂的墊表面位于穿過搖擺軸的中心軸線C-C’的平面Y中，并且活塞軸線X-X’垂直于搖臂的墊表面。這促進在垂直于搖臂的墊表面的方向上墊表面上的力。因此，IVA活塞上沒有被施加相反的側向力，延長了 IVA系統的壽命。
【附圖說明】
[0011]圖1是根據本實用新型的構思的雙燃料發動機的一部分的剖視圖，其示出了進氣閥和用于雙燃料發動機的進氣閥致動(IVA)系統；
[0012]圖2是根據本實用新型的構思的圖1的IVA系統的一部分的放大圖；
[0013]圖3是根據本實用新型的構思的圖1和圖2的IVA系統的透視圖；
[0014]圖4是根據本實用新型的構思的圖1和圖2的IVA系統的凸輪凸角的側視圖，其示出了凸輪凸角的凸輪輪廓。
[0015]圖5是根據本實用新型的構思的進氣閥的凸輪側升程與曲柄角之間的曲線圖；
[0016]圖6是根據本實用新型的構思的進氣閥的凸輪側速度與曲柄角之間的曲線圖；
[0017]圖7是根據本實用新型的構思的進氣閥的凸輪側加速度與曲柄角之間的曲線圖；以及
[0018]圖8是根據本實用新型的構思的進氣閥的凸輪側躍動與曲柄角之間的曲線圖。
【具體實施方式】
[0019]參考圖1，示出了用于機械(未示出)的雙燃料發動機10的一部分。機械(未示出)可以具體是施工機械、林業機械、船舶機械和/或類似機械。正如通常已知的，將兩種燃料(例如，氣態燃料和柴油燃料)選擇性地噴入雙燃料發動機10的燃燒室(未示出)中，以產生運行機械(未示出)所需的動力。在本實用新型的實施例中，雙燃料發動機10是四沖程發動機，其中活塞(未示出)在一個完整的熱動力循環中完成四個沖程(進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程)。值得注意的是，相對于雙燃料發動機10的曲軸(未示出)的角定向(曲柄角)限定了雙燃料發動機10的四個沖程。此外，雙燃料發動機10包括凸輪軸12、搖擺軸14、至少一個進氣閥16和進氣閥致動(IVA)系統18<JVA系統18適于針對與雙燃料發動機10的進氣沖程和至少一部分壓縮沖程相對應的曲柄角來致動進氣閥16。
[0020]在本實用新型的一個實施例中，進氣閥16可以是支撐在雙燃料發動機10的氣缸蓋(未示出)中的兩個挺桿閥。進氣閥16適于在打開位置與關閉位置之間運行。在打開位置中，進氣閥16允許空氣燃料混合物流至雙燃料發動機10的燃燒室(未示出)。在關閉位置中，進氣閥16限制空氣燃料混合物至雙燃料發動機10的燃燒室(未示出)的流動。盡管本實用新型將挺桿閥考慮為進氣閥16，但是也可以考慮各種其他類型的進氣閥16。
[0021 ]參考圖2，不出了雙燃料發動機10的一部分20，其不出了與雙燃料發動機10相關聯的IVA系統18。IVA系統18適于將進氣閥16從關閉位置切換至打開位置。此外，IVA系統18針對與進氣沖程和一部分壓縮沖程相對應的曲柄角范圍將進氣閥16保持在打開位置中。在本實用新型的實施例中，IVA系統18包括凸輪凸角22(圖1)、搖臂24和IVA活塞26。為了清楚地理解本實用新型，圖2中未示出凸輪凸角22。
[0022]如圖2中最佳可見的，凸輪凸角22固定地安裝在凸輪軸12上并且適于隨著凸輪軸12—起旋轉。凸輪凸角22包括基本上為橢圓形的的凸輪輪廓28。凸輪凸角22的凸輪輪廓28使得當由凸輪軸12旋轉時，能夠經由搖臂24打開和關閉進氣閥16。
[0023]搖臂24可旋轉地安裝在雙燃料發動機10的搖擺軸14上并且包括墊表面30、凸輪附接端32和閥附接端34。搖臂24的墊表面30位于穿過搖擺軸14的中心軸線C-C’的平面Y中。搖臂24的凸輪附接端32經由推桿36連接至IVA系統18的凸輪凸角22。搖臂24的閥附接端34經由橋接構件38連接至雙燃料發動機1的進氣閥16。因此，凸輪凸角22的旋轉運動與搖臂24的擺動運動相對應，這相應地促進在進氣閥16的打開位置與關閉位置之間的切換。
[0024]此外，可能要注意的是，凸輪凸角22的凸輪輪廓28構造成使得凸輪凸角22在進氣沖程期間將進氣閥16保持在打開位置中。一旦完成了進氣沖程，則凸輪凸角22試圖將進氣閥16切換至關閉位置。然而，為了雙燃料發動機10的更佳的運行效率，借助于IVA活塞26，針對與一部分壓縮沖程相對應的曲柄角，將進氣閥16保持在打開位置中。
[0025]IVA活塞26可以是包括活塞軸線X-X’和面部分40的液壓活塞。IVA活塞26安裝在雙燃料發動機10的氣缸蓋(未示出)上，使得面部分40設置成與搖臂24的墊表面30相對。更具體地，IVA活塞26的面部分40抵靠搖臂24的墊表面30。在該位置中，活塞軸線X-X’垂直于搖臂24的墊表面30。此外，IVA活塞26適于在收縮位置和伸出位置中選擇性地運行。在收縮位置中，IVA活塞26是不活動的，并且搖臂24對應于凸輪凸角22的旋轉運動而擺動。在伸出位置中，面部分40抵靠并推抵墊表面30，以限制搖臂24的擺動運動并至少暫時地將進氣閥16鎖定在打開位置中。
[0026]參考圖3，示出了IVA系統18的透視圖，其更好地示出了IVA活塞26與IVA系統18的搖臂24的布置。IVA活塞26可以是液壓致動的，以便從收縮位置切換至伸出位置。當IVA活塞26從收縮位置切換至伸出位置時，IVA系統形成操控切換。操控切換是指對進氣閥16的控制從凸輪凸角22轉移至IVA活塞26的情況。盡管本實用新型公開了液壓致動的IVA活塞26，但是本領域的技術人員可以理解，IVA活塞26可以通過本領域已知的任何另一種手段來致動。
[0027]參考圖4，示出了 IVA系統18的凸輪凸角22。凸輪凸角22包括由基圓42、最大升程L和凸輪軸線B-B’所限定的凸輪輪廓28。凸輪凸角22繞基圓42的中心M旋轉，并且凸輪凸角22的凸輪側升程可隨著凸輪凸角22旋轉而改變。此外，凸輪凸角22包括促進進氣閥16打開和關閉的凸輪輪廓28。可設想的是，在進氣閥16的打開和關閉期間進氣閥16的升程、速度以及加速度取決于凸輪凸角22的凸輪輪廓28。在本實用新型的實施例中，凸輪輪廓28適當地構造成使得凸輪輪廓28促進進氣閥16在IVA系統18的操控切換時的速度恒定。這消除了進氣閥16在操控切換時的加速度和躍動。
[0028]參考圖5、圖6、圖7和圖8，示出了進氣閥16在雙燃料發動機10的不同曲柄角處的各種凸輪側參數(凸輪側升程、凸輪側速度、凸輪側加速度以及凸輪側躍動)的圖形表示。值得注意的是，存在與進氣閥16的實際參數(升程、速度、加速度以及躍動)相對應的凸輪側參數(凸輪側升程、凸輪側速度、凸輪側加速度以及凸輪側躍動)。更具體地，進氣閥16的升程、速度、加速度以及躍動分別通過將凸輪側升程、凸輪側速度、凸輪側加速度以及凸輪側躍動乘以搖臂比來給出。當IVA活塞26的面部分40抵靠并且推抵搖臂24的墊表面30時，IVA系統18限定操控切換。如上面所述的，操控切換是對進氣閥16的控制從凸輪凸角22轉移至IVA活塞26的情況。操控切換在面部分40開始抵靠墊表面30時開始，并且當進氣閥16的控制傳遞至IVA活塞26時結束。可注意到的是，操控切換可在543度曲柄角至546度曲柄角的范圍內發生。可進一步理解的是，操控切換可取決于雙燃料發動機10的壓縮比需求和活塞與閥間隙而改變。
[0029]參考圖5，示出了表示進氣閥16相對于雙燃料發動機10的曲柄角的凸輪側升程的曲線圖。雙燃料發動機10的曲柄角在橫軸上示出，而進氣閥16的凸輪側升程在縱軸上示出。值得注意的是，進氣閥16的凸輪側升程是凸輪凸角22相對于凸輪凸角22的基圓42的偏差。進氣閥16的凸輪側升程在543度曲柄角處是2.176mm，而在546度曲柄角處是2.311mm。此外，進氣閥16的升程(實際)是進氣閥16的頭部從關閉位置中的回座狀態至在打開位置中的伸出狀態的位移。可設想的是，進氣閥16的升程(實際)通過凸輪側升程乘以搖臂比給出。
[0030]參考圖6，示出表示進氣閥16相對于雙燃料發動機10的曲柄角的凸輪側速度的曲線圖。雙燃料發動機10的曲柄角在橫軸上示出，而進氣閥16的凸輪側速度在縱軸上示出。值得注意的是，凸輪側速度是進氣閥16的凸輪側升程的一階導數。進氣閥16在543度曲柄角處的凸輪側速度是0.19毫米/凸輪度。進氣閥16在546度曲柄角處的凸輪側速度是0.19毫米/凸輪度。此外，進氣閥16的速度是限定為進氣閥16的升程對于凸輪凸角22每旋轉一度的變化的實際速度。可設想的是，進氣閥16的速度(實際)通過凸輪側速度乘以搖臂比給出。因此，凸輪側速度和進氣閥16的速度在IVA系統18操控切換時是恒定的。
[0031]參考圖7，示出了表示進氣閥16相對于雙燃料發動機10的曲柄角的凸輪側加速度的曲線圖。雙燃料發動機10的曲柄角在橫軸上示出，而進氣閥16的凸輪側加速度在縱軸上示出。值得注意的是，凸輪側加速度是進氣閥16的凸輪側速度的一階導數。進氣閥16在543度曲柄角處的凸輪側加速度是O毫米/平方凸輪度。進氣閥16在546度曲柄角處的凸輪側加速度是O毫米/平方凸輪度。此外，凸輪凸角22的加速度限定為進氣閥16的速度對于凸輪凸角22每旋轉一度的變化。可設想的是，進氣閥16的加速度(實際)通過凸輪側加速度乘以搖臂比給出。因此，凸輪側加速度和進氣閥16的加速度在操控切換時是O毫米/平方凸輪度。
[0032]參考圖8，示出了表示相對于雙燃料發動機10的曲柄角，施加至搖臂24上的凸輪凸角22的凸輪側躍動的曲線圖。雙燃料發動機10的曲柄角在橫軸上示出，而進氣閥16的凸輪側躍動在縱軸上示出。特別注意的是，凸輪側躍動是進氣閥16的凸輪側加速度的一階導數。與凸輪側加速度類似，543度曲柄角和546度曲柄角處的凸輪側躍動是Omm/立方凸輪度。可設想的是，進氣閥16的躍動(實際)通過凸輪側躍動乘以搖臂比給出。因此，操控切換時的凸輪側躍動和進氣閥16的躍動為零。這促進進氣閥16的控制從凸輪凸角22順利地傳遞至IVA活塞26 ο
[0033]工業實用性
[0034]在運行時，雙燃料發動機10的曲軸(未示出)例如經由鏈輪和皮帶裝置(未示出)或者借助于齒輪和小齒輪裝置(未示出)來旋轉凸輪軸12。由于凸輪凸角22附接至凸輪軸12，實現了凸輪凸角22的隨之旋轉。這種旋轉運動引起了搖臂24的擺動運動以及進氣閥16的對應打開和關閉。凸輪凸角22的凸輪輪廓28使進氣閥16能夠針對與雙燃料發動機10的進氣沖程相對應的曲柄角范圍而處于打開位置中。在進氣閥16切換至關閉位置之前，將IVA活塞26從收縮位置致動至伸出位置。在伸出位置中，IVA活塞26的面部分40抵靠并推抵搖臂24的墊表面30，并且限制進氣閥16的立即關閉。這使進氣閥16能夠暫時地鎖定在打開位置中。針對與一部分壓縮沖程相對應的曲柄角，進氣閥16被有效地保持在打開位置中。
[0035]可能需要注意的是，搖臂24的墊表面30位于穿過搖擺軸14的中心軸線C-C’的平面Y中，并且活塞軸線X-X’垂直于搖臂24的墊表面30。這促進在垂直于搖臂24的墊表面30的方向上墊表面30上的力。因此，IVA活塞26上沒有被施加相反的側向力，這延長了IVA系統18的壽命O
[0036]此外，凸輪凸角22的凸輪輪廓28促進在IVA系統18的操控切換時的進氣閥16的速度恒定。這促進在操控切換時的零加速度，并且因此在IVA系統18的各部件上沒有觀察到躍動，這些部件諸如但不限于，進氣閥16、搖臂24和IVA活塞26。凸輪凸角22的無加加速度運行延長了 IVA系統18的壽命。
[0037]此外，如本實用新型中所描述的IVA系統18使得針對與雙燃料發動機10的進氣沖程和一部分壓縮沖程相對應的曲柄角能夠打開和關閉進氣閥16。然而，本實用新型通過應用至雙燃料發動機10的IVA系統18來解釋，可能需要注意的是，本實用新型的構思也可以應用至柴油燃料發動機。更具體地，雙燃料發動機10的IVA系統18可以安裝于常規柴油燃料發動機上。這可以通過將IVA系統18(凸輪凸角22、搖臂24和IVA活塞26)改裝在常規柴油燃料發動機上來實現。由此，可改裝的IVA系統18促進將常規柴油發動機轉換為雙燃料發動機。
[0038]應當理解，上述描述僅僅用于說明的目的且并不旨在以任何方式限制本實用新型的保護范圍。本領域技術人員將理解的是，可以從對附圖、說明書和所附權利要求的研究中獲得本實用新型的其他方面。
【主權項】
1.一種用于雙燃料發動機的進氣閥致動系統，其特征在于，所述進氣閥致動系統在所述雙燃料發動機與柴油燃料發動機之間可改裝，所述雙燃料發動機具有至少一個進氣閥、凸輪軸和搖擺軸，所述搖擺軸具有中心軸線，所述進氣閥致動系統包括: 凸輪凸角，其包括凸輪輪廓； 搖臂，其具有墊表面，所述搖臂可旋轉地安裝在所述搖擺軸上，其中所述墊表面包括穿過所述搖擺軸的所述中心軸線的平面，所述搖臂與所述凸輪凸角和所述至少一個進氣閥可操作地連接，其中所述凸輪凸角的旋轉運動與所述搖臂的擺動運動對應，并且相應地促使所述至少一個進氣閥在打開位置與關閉位置之間切換；以及 進氣閥致動活塞，其具有活塞軸線和面部分，所述面部分設置成與所述搖臂的所述墊表面相對，所述面部分選擇性地抵靠并推抵所述墊表面，以限制所述搖臂的所述擺動運動且至少暫時地將所述至少一個進氣閥鎖定在所述打開位置。2.根據權利要求1所述的用于雙燃料發動機的進氣閥致動系統，其特征在于，所述進氣閥致動活塞的所述活塞軸線垂直于所述搖臂的所述墊表面。3.根據權利要求1或2所述的用于雙燃料發動機的進氣閥致動系統，其特征在于， 其中當所述進氣閥致動活塞的所述面部分抵靠所述搖臂的所述墊表面時，所述進氣閥致動系統形成操控切換， 其中所述凸輪輪廓在所述進氣閥致動系統的所述操控切換時促使所述至少一個進氣閥的速度恒定。
【文檔編號】F02D9/08GK205592029SQ201620391739
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】J·S·皮皮斯, A·克里斯納斯瓦邁, B·N·梅塔
【申請人】卡特彼勒公司