发动机气门致动制造技术

一种电磁气门致动器(100)及其控制方法。电磁气门致动器用于内燃发动机(40)的至少一个气门(300)，电磁气门致动器包括：转子(102)；定子(101)，该定子用于使转子旋转；输出装置(104，106)，该输出装置用于根据转子的旋转对气门进行致动；机械能量储存装置(108，110，116，118)，该机械能量储存装置布置成根据转子的旋转而储存能量并且释放能量以辅助转子的旋转；以及相位改变装置(400)，该相位改变装置用于改变机械能量储存装置与输出装置之间的相位。相位。相位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发动机气门致动


[0001]本公开涉及发动机气门致动，并且更具体地涉及对用于发动机气门致动器的能量回收系统进行相位调节。特别地但非排他地，本公开涉及对用于车辆的发动机气门机构的电磁气门致动器的能量回收系统进行相位调节。
[0002]本公开还涉及发动机气门致动，并且更具体地涉及由发动机气门致动器的能量回收系统实现的能量回收和释放的速率。特别地但非排他地，本公开涉及由用于车辆的发动机气门机构的电磁气门致动器的能量回收系统实现的能量回收和释放的速率。
[0003]本公开还涉及发动机气门致动，并且更具体地涉及改变由发动机气门致动器的能量回收系统储存的能量的数量。特别地但非排他地，本公开涉及改变由用于车辆的发动机气门机构的电磁气门致动器的能量回收系统储存的能量的数量。
[0004]本专利技术的各方面涉及电磁气门致动器、控制器、气门致动系统、内燃发动机、车辆、方法和计算机程序。

技术介绍

[0005]常规的凸轮轴驱动式发动机气门机构面临提升气门(本文中的
‘
气门
’
)正时和升程的可调性有限或无可调性的问题。已经衍生出了实现离散可变气门升程(VVL)以及甚至实现连续可变气门升程(CVVL)的各种系统。CVVL系统实现提高的发动机效率。
[0006]电磁气门致动器(EVA)可以启用CVVL。由于EVA并未物理地联接至发动机曲轴，因此气门可以在燃烧循环期间的任何时间上升至任何目标峰值升程。
[0007]EVA面临着各种挑战，比如EVA的寄生能量消耗以及难以在车辆内进行封装。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是解决现有技术的缺点。
[0009]本专利技术的各方面和各实施方式提供了如所附权利要求中所要求保护的电磁气门致动器、控制器、气门致动系统、内燃发动机、车辆、方法和计算机程序。
[0010]相位变化
[0011]根据本专利技术的一方面，提供了一种用于内燃发动机的至少一个气门的电磁气门致动器，该电磁气门致动器包括：转子；定子，该定子用于使转子旋转；输出装置(输出)，该输出装置用于根据转子的旋转对气门进行致动；机械能量储存装置(机械能量储存设备)，该机械能量储存装置布置成根据转子的旋转而储存能量并且释放能量以辅助转子的旋转；以及相位改变装置(相位改变设备)，该相位改变装置用于改变机械能量储存装置与输出装置之间的相位。在一些示例中，机械能量储存装置布置成储存能量以使转子减速并且释放能量以使转子加速。
[0012]机械能量储存装置限定了一种形式的能量回收系统(ERS)，该能量回收系统从气门机构的运动件的惯性中回收能量。能量然后被释放以辅助转子加速，从而允许较小的定子额定扭矩较低。降低了气门机构能量消耗。对能量储存和释放的时间进行相位调节的优
点在于其潜在效率能够用于更广泛的操作场景。这些操作场景至少包括对于完全能量回收而言惯性太低的场景、对转子的旋转方向进行反转的场景以及在反转之后进行完全旋转的场景。这里将进一步限定这些场景。
[0013]在一些示例中，相位改变装置能够操作成保持机械能量储存装置与输出装置之间的第一相位，从而使机械能量储存装置在气门打开时储存能量。
[0014]在第一示例操作场景中，保持第一相位使机械能量储存装置在气门关闭时储存能量。与在气门关闭后进行能量储存相比，优点是效率更高。然后当下一次需要转子加速时，可以在气门关闭后释放能量。
[0015]在第二示例操作场景中，电磁气门致动器能够操作成当气门达到小于最大峰值升程的目标峰值升程时对转子的旋转方向进行反转，以及其中，机械能量储存装置至少部分地引起该反转。处于第一相位的机械能量储存装置类似于更硬的气门回位弹簧，足以使旋转反向。优点是较少依赖定子来提供负扭矩以在部分升程模式中引起反转。
[0016]在一些示例中，相位改变装置能够操作成保持机械能量储存装置与输出装置之间的第二相位，从而使机械能量储存装置相对于气门打开比在第一相位下更晚地储存能量。优点在于，当第一相位不再有用或不再高效时，可以进行相位调节，使得机械能量储存装置对于不同类型的气门升程事件继续有用和高效。
[0017]在第一示例操作场景中，保持第二相位可以使能量储存在气门关闭时发生。延迟能量储存直到气门关闭之后的优势出现，因为如果运动件没有足够的惯性，则机械能量储存装置可能成为寄生装置(parasitic)。定子负责对机械能量储存装置进行加载。如果定子必须在对转子进行加速以满足目标转子速度的同时对机械能量储存装置进行加载，则定子可能饱和，使得不能满足目标转子速度，并且气门允许过多的气体交换。因此，延迟的第二相位使能量储存能够在定子上没有其他更高优先级的工作量时进行。
[0018]在第二示例操作场景中，具有用于部分气门升程模式的第二相位使机械能量储存装置能够根据气门的目标峰值升程来优化旋转的反转。例如，如果需要更多的减速，则相位可以被提前，以在无需额外的定子制动能量的情况下在期望的时间处引起反转。
[0019]额外地或替代性地，相位调节在从部分气门升程模式转换至全气门升程模式时会是有用的。相位调节使机械能量储存装置能够在需要时于部分气门升程模式下辅助反转(第一相位)并且能够在转子无反转地完成完整循环时于全气门升程模式下不抵抗旋转(第二相位)。根据第一示例操作场景，第二相位可以在气门关闭时或在气门关闭之后储存能量。
[0020]在一些示例中，第二相位相对于第一相位偏移10度至30度范围内的值。在一示例中，偏移约为20度。
[0021]在一些示例中，机械能量储存装置构造成在释放能量时提供X Nm的扭矩以辅助转子的旋转，其中，定子构造成提供高达Y Nm的扭矩以用于使转子旋转，以及其中，X在Y的40％至95％的范围内。在一些示例中，X在Y的60％至95％的范围内。优点在于，净扭矩在无需于较大的定子壳体中包含更多的定子绕组的情况下可以接近2Y。由于机械能量储存装置比定子更小且更轻，所以气门机构更轻且更容易封装在小型发动机舱内，例如汽车发动机舱内。
[0022]在一些示例中，Y小于在5000rpm以上的发动机速度下完全打开气门所需的扭矩。
优点在于，不需要较大的定子壳体。在高发动机速度下，来自ERS的辅助是必要的并且足以满足目标转子速度。
[0023]在一些示例中，机械能量储存装置包括弹性构件。在一些示例中，机械能量储存装置包括悬臂弹簧。这是高度节省空间的设计，用于实现系统轻便性且易于封装。
[0024]在一些示例中，机械能量储存装置包括凸轮或偏心件。在一些示例中，相位调节不改变机械能量储存装置储存或能够储存的能量的总量，因为最大可储存能量由凸轮的升程限定。在一些示例中，输出装置包括凸轮或偏心件。凸轮/偏心件两者可以位于同一转子上。这种设计使单个转子能够执行多种功能，这是机械简单且节省空间的。
[0025]在一些示例中，相位改变装置构造成改变机械能量储存装置或输出装置相对于转子的相位。在一些示例中，相位改变装置构造成改变机械能量储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于内燃发动机(40)的至少一个气门(300)的电磁气门致动器(100)，所述电磁气门致动器包括：转子(102)；定子(101)，所述定子用于使所述转子旋转；输出装置(104，106)，所述输出装置用于根据所述转子的旋转对所述气门进行致动；机械能量储存装置(108，110，116，118)，所述机械能量储存装置布置成根据所述转子的旋转而储存能量并且释放所述能量以辅助所述转子的旋转；以及相位改变装置(400)，所述相位改变装置用于改变所述机械能量储存装置与所述输出装置之间的相位。2.根据权利要求1所述的电磁气门致动器，其中，所述相位改变装置能够操作成保持所述机械能量储存装置与所述输出装置之间的第一相位，从而使所述机械能量储存装置在所述气门打开时储存能量。3.根据权利要求2所述的电磁气门致动器，其中，保持所述第一相位使所述机械能量储存装置在所述气门关闭时释放所述能量。4.根据权利要求2或3所述的电磁气门致动器，其中，所述相位改变装置能够操作成保持所述机械能量储存装置与所述输出装置之间的第二相位，从而使所述机械能量储存装置相对于气门打开比在所述第一相位下更晚地储存能量。5.根据权利要求4所述的电磁气门致动器，其中，保持所述第二相位使所述能量储存发生在所述气门关闭时。6.根据权利要求4或5所述的电磁气门致动器，其中，所述第二相位相对于所述第一相位偏移10度至30度范围内的值。7.根据任一前述权利要求所述的电磁气门致动器，其中，所述电磁气门致动器能够操作成在所述气门达到小于最大峰值升程的目标峰值升程时使所述转子的旋转方向反转，以及其中，所述机械能量储存装置至少部分地引起所述反转。8.根据任一前述权利要求所述的电磁气门致动器，其中，所述机械能量储存装置构造成在释放所述能量时提供X Nm的扭矩以辅助所述转子的旋转，其中，所述定子构造成提供高达Y Nm的扭矩以用于使所述转子旋转，以及其中，X在Y的40％至95％的范围内。9.根据权利要求8所述的电磁气门致动器，其中，Y小于在5000rpm之上的发动机速度下完全打开所述气门所需的扭矩。10.根据任一前述权利要求所述的电磁气门致动器，其中，所述机械能量储存装置包括悬臂弹簧(116)。11.根据任一前述权利要求所述的电磁气门致动器，其中，所述机械能量储存装置包括凸轮(108)或偏心件。12.根据任一前述权利要求所述的电磁气门致动器，其中，所述相位改变装置构造成改变所述机械能量储存装置或所述输出装置相对于所述转子的相位。13.根据任一前述权利要求所述的电磁气门致动器，其中，所述输出装置是连续控制冲程式输出装置(106)。14.一种控制器(50)，所述控制器构造成对用于内燃发动机(40)的至少一个气门(300)的电磁气门致动器(100)进行控制，所述电磁气门致动器包括：转子(102)；定子(101)，所述
定子用于使所述转子旋转；输出装置(104，106)，所述输出装置用于根据所述转子的旋转对所述气门进行致动；机械能量储存装置(108，110，116，118)，所述机械能量储存装置布置成根据所述转子的旋转而储存能量并且释放所述能量以辅助所述转子的旋转；以及相位改变装置(400)，所述相位改变装置用于改变所述机械能量储存装置与所述输出装置之间的相位，其中，所述控制器包括：用以控制所述相位改变装置以改变所述机械能量储存装置与所述输出装置之间的所述相位的装置(52，54，56)。15.根据权利要求14所述的控制器，包括用以接收指示动能的参数以及将所述相位改变装置控制成在所述参数超过阈值时将所述相位从第二相位改变为第一相位的装置，所述第二相位使所述机械能量储存装置在所述气门关闭后储存能量，所述第一相位使所述机械能量储存装置在所述气门关闭期间储存能量。16.根据权利要求15所述的控制器，其中，所述参数与发动机速度有关。17.根据权利要求15或16所述的控制器，包括用以在所述第二相位正在运行时将所述定子控制成在所述气门关闭后向所述转子施加扭矩以使所述机械能量储存装置在所述气门关闭后储存能量的装置。18.根据权利要求14至17中的任一项所述的控制器，其中，所述控制器包括用以在至少所述第二相位正在运行时将所述定子控制成在所述气门关闭期间向所述转子施加扭矩的装置。19.根据权利要求14至18中的任一项所述的控制器，包括用以对从部分气门升程模式至全气门升程模式的所需变化进行确定的装置，其中，所述部分气门升程模式要求所述电磁气门致动器在所述气门达到小于最大峰值升程的目标峰值升程时反转所述转子的旋转方向，并且所述控制器包括用以将所述相位改变装置控制成将所述相位从第二相位改变为第一相位的装置，所述第二相位使所述机械能量储存装置至少部分地引起所述气门的反转，在所述第一相位下，在最大峰值升程之前不发生能量储存。20.根据权利要求14至19中的任一项所述的控制器，包括用以对小于所述气门的最大峰值升程的所述气门的目标峰值升程的所需变化进行确定的装置，其中，所述目标峰值升程要求所述电磁气门致动器在所述气门达到所述目标峰值升程时反转所述转子的旋转方向，其中，所述相位根据目标峰值升程的所述所需变化而改变。21.一种气门致动系统，所述气门致动系统包括根据权利要求1至13中的任一项或更多项所述的电磁气门致动器(100)和根据权利要求14至20中的任一项或更多项所述的控制器(50)。22.一种内燃发动机(40)，所述内燃发动机包括：根据权利要求1至13中的任一项或更多项所述的电磁气门致动器(100)；或根据权利要求14至20中的任一项或更多项所述的控制器(50)；或根据权利要求21所述的气门致动系统。23.一种车辆(10)，所述车辆包括根据权利要求22所述的内燃发动机(40)。24.一种对用于内燃发动机的至少一个气门(300)的电磁气门致动器(100)进行控制的方法，所述电磁气门致动器包括：转子(102)；定子(101)，所述定子用于使所述转子旋转；输出装置(104，106)，所述输出装置用于根据所述转子的旋转对所述气门进行致动；机械能量储存装置(108，110，116，118)，所述机械能量储存装置布置成根据所述转子的旋转而储存
能量并且释放所述能量以辅助所述转子的旋转；以及相位改变装置(400)，所述相位改变装置用于改变所述机械能量储存装置与所述输出装置(104，106)之间的相位，其中，所述方法包括：控制所述相位改变装置，以改变所述机械能量储存装置与所述输出装置之间的所述相位。25.一种计算机程序(56)，所述计算机程序当在至少一个电子处理器(52)上运行时至少引起对用于内燃发动机(50)的至少一个气门(300)的电磁气门致动器(100)进行控制，所述电磁气门致动器包括：转子(102)；定子(101)，所述定子用于使所述转子旋转；输出装置(104，106)，所述输出装置用于根据所述转子的旋转对所述气门进行致动；机械能量储存装置(108，110，116，118)，所述机械能量储存装置布置成根据所述转子的旋转而储存能量并且释放所述能量以辅助所述转子的旋转；以及相位改变装置(400)，所述相位改变装置用于改变所述机械能量储存装置与所述输出装置(104，106)之间的相位，使得：控制所述气门相位改变装置，以改变所述机械能量储存装置与所述输出装置之间的所述相位。26.一种用于内燃发动机(40)的至少一个气门(300)的电磁气门致动器(100)，所述电磁气门致动器包括：转子(102)；定子(101)，所述定子用于使所述转子旋转；输出装置(104，106)，所述输出装置用于根据所述转子的旋转对所述气门进行致动；以及机械能量储存装置(108，110，116，118)，所述机械能量储存装置布置成根据所述转子的旋转而储存能量并且释放所述能量以辅助所述转子的旋转；其中所述机械能量储存装置包括凸轮装置(108)，所述凸轮装置具有非对称轮廓。27.根据权利要求26所述的电磁气门致动器，其中，所述凸轮装置包括用于使所述机械能量储存装置能够储存能量的能量储存侧面(802)以及用于使所述机械能量储存装置能够释放所述能量的能量释放侧面(804)，其中，所述非对称轮廓包括轮廓与所述能量释放侧面不同的所述能量储存侧面。28.根据权利要求27所述的电磁气门致动器，其中，所述非对称轮廓包括平均陡度比所述能量释放侧面低的所述能量储存侧面。29.根据权利要求27或28所述的电磁气门致动器，其中，所述凸轮装置包括单个凸角，所述单个凸角具有所述能量储存侧面和所述能量释放侧面。30.根据权利要求26至29中的任一项所述的电磁气门致动器，其中，所述输出装置是连续控制冲程式输出装置。31.根据权利要求26至30中的任一项所述的电磁气门致动器，其中，所述机械能量储存装置构造成在释放所述能量时提供X Nm的扭矩以辅助所述转子的旋转，其中，所述定子构造成提供高达Y Nm的扭矩以用于使所述转子旋转，以及其中，X在Y的40％至95％的范围内。32.根据权利要求31所述的电磁气门致动器，其中，Y小于在5000rpm之上的发动机速度下完全打开所述气门所需的扭矩。33.根据权利要求26至32中的任一项所述的电磁气门致动器，其中，所述机械能量储存
装置包括弹性构件。34.根据权利要求33所述的电磁气门致动器，其中，所述机械能量储存装置包括悬臂弹簧。35.根据权利要求34所述的电磁气门致动器，其中，所述输出装置包括用于对所述气门进行致动的输出凸轮装置(104，106)。36.根据权利要求26至35中的任一项所述的电磁气门致动器，其中，所述凸轮装置定向成使得所述凸轮装置的峰值升程发生在所述气门的关闭与所述气门的下一次打开之间。37.一种电磁气...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗格，
申请(专利权)人：捷豹路虎有限公司，
类型：发明
国别省市：