專利名稱：電子驅(qū)動氣門總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型總體上涉及電子驅(qū)動氣門系統(tǒng)，更具體地涉及一種包括氣門桿及與氣 門桿運轉(zhuǎn)連接的形狀記憶合金執(zhí)行器的電子驅(qū)動氣門總成。
背景技術(shù)：
通過使用無凸輪氣門機構(gòu)和電子氣門驅(qū)動可以實現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動機的性能和燃料經(jīng) 濟性兩者明顯的改進。例如，使用電子氣門驅(qū)動可以允許控制如氣門升程和氣門正時 這樣的變量。在使用帶凸輪軸的機械傳動系的發(fā)動機中，這兩個參數(shù)可以固定為對許 多不同的發(fā)動機工況折中而逸擇的值。相反，通過對于當(dāng)前工況優(yōu)化這些發(fā)動機參數(shù), 使用可變升程和可變正時能夠改進動力、扭矩、和燃料經(jīng)濟性。
在內(nèi)燃發(fā)動機中使用電子驅(qū)動氣門已經(jīng)遇到過各種困難。例如，已經(jīng)提出了液壓 和磁性執(zhí)行器。然而，這些解決方法的每個會帶來較高的能量消耗和裝配成本，潛在 地使實施較為困難。此外，在當(dāng)前的電子驅(qū)動氣門中較難控制如氣門落座速度等各種 參數(shù)。較高的落座速度會產(chǎn)生氣門磨損和過量噪音的問題。

實用新型內(nèi)容
發(fā)明人在此認識到通過使用用于內(nèi)燃發(fā)動機的電子驅(qū)動氣門總成可以解決上述 問題，其中氣門總成包括氣門桿、與氣門桿運轉(zhuǎn)連接的形狀記憶合金執(zhí)行器、形狀記 憶合金的至少一部分延伸通過的冷卻劑通道，與冷卻劑通道連通的冷卻流體源。這種 執(zhí)行器比液壓或電磁執(zhí)行器占用更少的空間，可以使用較少的用于執(zhí)行的動力，也可 以對氣門升程和落座提供較高程度的控制。


圖1示出內(nèi)燃發(fā)動機的示例實施例的示意圖。
圖2A和2B分別示出在開啟位置和關(guān)閉位置的形狀記憶合金驅(qū)動的氣門總成的第 一實施例。
圖3示出作為時間和施加電壓的函數(shù)的形狀記憶合金線的長度的變化的圖示。
圖4A-圖4D替代的形狀記憶合金執(zhí)行器的實施例。
圖5A-圖5C示出形狀記憶合金執(zhí)行器的更多替代實施例。
圖6A-圖6B分別示出在關(guān)閉位置和開啟位置的形狀記憶合金驅(qū)動的氣門總成的 另一個實施例。圖7示出操作形狀記憶合金驅(qū)動的氣門的方法的示例實施例。
圖8示出搡作形狀記憶合金驅(qū)動的氣門的另 一個方法的示例實施例。
具體實施方式
圖1示出內(nèi)燃發(fā)動機10的示例實施例的示意圖。所示的發(fā)動機10為進氣道噴射 火花點火式汽油發(fā)動機。然而，應(yīng)理解本文公開的系統(tǒng)及方法可以用于任何其他適合 的發(fā)動機，包括直接噴射式發(fā)動機，及包括但不限于柴油發(fā)動機的壓縮點火式發(fā)動機。
發(fā)動機10通常包括多個汽缸，汽缸中的一個如圖l所示，并通過發(fā)動機電子控 制器12控制。發(fā)動機IO包括燃燒室14及汽缸壁16,活塞18位于汽缸壁16中并連 接到曲軸20。燃燒室14分別通過進氣門26和排氣門28與進氣歧管22和排氣歧管 24連通。進氣門26由進氣門執(zhí)行機構(gòu)27操作，排氣門28由排氣門執(zhí)行機構(gòu)29操 作，下文詳細描述它們的運行。
排氣氧傳感器30連接到發(fā)動機10的排氣歧管24。催化劑32,如三元催化劑， 連接到排氣歧管24并從排氣歧管24接收進氣，氮氧化物捕集器34連接到催化劑32 并從催化劑32接收排放物。
進氣歧管22通過節(jié)流板44與節(jié)氣門體42連通。進氣歧管22如圖所示具有連接 到其中的燃料噴射器46,用于按照來自控制器12的信號脈寬(fpw)的比例輸送燃 料。燃料通過包括燃料箱、燃料泵、及燃料導(dǎo)管(未示出)的常規(guī)燃料系統(tǒng)(未示出) 輸送到燃料噴射器46。發(fā)動機10還包括常規(guī)無分電器點火系統(tǒng)48以響應(yīng)于控制器 12通過火花塞50向燃燒室14提供點火火花。在本文描述的實施例中，控制器12是 常規(guī)的微型計算機，其中包括微處理器單元52、輸入/輸出端口 54、可以是電子可 編程存儲器的電子存儲芯片56、隨機存取存儲器58、及常規(guī)的數(shù)據(jù)總線。
控制器12從連接到發(fā)動機10的傳感器接收各種信號，除了上述討論的信號之外， 包括來自連接到節(jié)氣門體42的質(zhì)量空氣流量傳感器60的吸入的質(zhì)量空氣流量(MAF) 的測量值；來自連接到冷卻套管64的溫度傳感器62的冷卻劑溫度(ECT);來自連 接到進氣歧管22的歧管絕對壓力傳感器66的歧管壓力(MAP)的測量值；來自連接 到節(jié)流板44的節(jié)氣門位置傳感器68的節(jié)氣門位置測量值；及來自連接到曲軸20的 霍爾效應(yīng)傳感器70的指示發(fā)動機轉(zhuǎn)速(N)的齒面點火傳感器信號(PIP)。
排氣通過與排氣歧管24連通的常規(guī)的排氣再循環(huán)(EGR)管72、排氣再循環(huán)閥 總成74、及排氣再循環(huán)孔74輸送到進氣歧管22?；蛘撸艢庠傺h(huán)管"可以是排 氣歧管24和進氣歧管22之間連通的在發(fā)動機中的內(nèi)部輸送通道。
如上所述，進氣門執(zhí)行機構(gòu)27和排氣門執(zhí)行機構(gòu)29可以使用電子氣門驅(qū)動。使 用電子氣門驅(qū)動可以允許不用凸輪軸操作進氣門"和排氣門28，從而允許可以完全 獨立于其他的進氣門和排氣門搡作發(fā)動機中的每個進氣門和排氣門。例如，當(dāng)扭矩需 求減少時，可以關(guān)閉發(fā)動機的一個或多個汽缸用于改進燃料經(jīng)濟性'當(dāng)扭矩需求增加時可以再開啟。
在無凸輪氣門機構(gòu)系統(tǒng)中實施電子驅(qū)動氣門遇到的一個困難涉及到執(zhí)行機構(gòu)。已 經(jīng)提出了液壓執(zhí)行系統(tǒng)和機電執(zhí)行系統(tǒng)兩者。然而，液壓系統(tǒng)可以造成在發(fā)動機上的 功率需求，因為這些系統(tǒng)要求發(fā)動機油泵做附加的功以提供液壓動力。同樣，在機電 執(zhí)行系統(tǒng)中使用的螺線管相對較大且笨重，因此很難組裝到發(fā)動機中。
與基于液壓和基于螺線管的執(zhí)行系統(tǒng)比較，圖2A和圖2B示出使用形狀記憶合金 執(zhí)行器開啟和關(guān)閉發(fā)動機氣門的無凸輪氣門總成200的示例實施例。形狀記憶合金是 在溫度改變時發(fā)生尺寸改變的相變，且在相反的溫度改變/相變時返回到原來的幾何 尺寸的材料。通過改變形狀記憶合金線的溫度可以改變形狀記憶合金線的長度?？梢?用任何合適的方法實現(xiàn)溫度改變，包括但不限于給形狀記憶合金線通電以電阻加熱形 狀記憶合金線。取決于執(zhí)行器的設(shè)計和形狀記憶合金材料的相變性能，形狀記憶合金 線的長度的改變可以促使氣門開啟或關(guān)閉，如下文詳細描述。
現(xiàn)參考圖2A和圖2B所示的實施例，圖2A示出在關(guān)閉配置中的氣門總成200, 圖2B示出在開啟配置中的氣門總成200。氣門總成200包括氣門桿202,設(shè)置在氣門 口 205中的氣門盤204 、及氣門執(zhí)行器206。氣門桿2 04可以經(jīng)氣門桿密封件210和 氣門導(dǎo)管212延伸通過汽缸蓋208的一部分。
執(zhí)行器206配置為促使氣門桿202線性移動通過氣門導(dǎo)管212,從而移動氣門盤 204與氣門口 205接合或分離并開啟或關(guān)閉氣門總成200。為完成該運動，氣門執(zhí)行 器206包括從固定錨216延伸到可繞樞軸轉(zhuǎn)動的搖臂218或類似結(jié)構(gòu)上的形狀記憶合 金線214。搖臂218可以在一個位置上連接到樞軸220 (滾輪軸、球面樞軸等)，圍 繞該樞軸220搖臂218可以旋轉(zhuǎn)。同樣，搖臂218在另一個位置上連接到氣門桿202。 因此，當(dāng)形狀記憶合金線214收縮時，搖臂218轉(zhuǎn)動以移動氣門桿202,從而開啟氣 門總成214。雖然所示的形狀記憶合金執(zhí)行器釆取了單根形狀記憶合金線的形式，但 應(yīng)理解執(zhí)行器可以由一根以上的形狀記憶合金線形成，如下文詳細描述可以設(shè)置為一 東。此外，除了線形之外，形狀記憶合金可以采取任何其他的適合的幾何形狀。
形狀記憶合金線214可以在搖臂218上的任何合適位置上連接到搖臂218。例如， 形狀記憶合金線214可以在或接近于氣門桿202連接到搖臂218的位置，或在搖臂 218和樞軸220的中間的位置連接到搖臂218。在樞軸220和氣門桿202之間的位置 定位形狀記憶合金線214可以提供相對于形狀記憶合金線的尺寸改變增加氣門桿 行程長度的機械利益。
通過快速和精確的氣門執(zhí)行器響應(yīng)時間可以實現(xiàn)發(fā)動機性能的改進。因此，為通 過期望的相變以有助于形狀記憶合金線2"的冷卻，將形狀記憶合金線2"暴露到冷 卻流體中加速形狀記憶合金線2"的熱傳遞。以此方式，形狀記憶合金線214可以比 在沒有冷卻流體時更快地冷卻。這將有助于改進執(zhí)行器響應(yīng)時間。
可以使用任何適合的冷卻流體。例如'在一些實施例中'可以使用發(fā)動機油以冷卻形狀記憶合金線214。在替代的實施例中，可以使用另一種發(fā)動機流體，如防凍劑。 在又一個實施例中，可以提供用于冷卻形狀記憶合金線214的專用流體。
同樣，可以使用任何合適的機構(gòu)以將冷卻流體施加到形狀記憶合金線214。例如， 可以將冷卻流體噴灑或噴霧在形狀記憶合金線214上?；蛘?，如圖2A和圖2B所示， 形狀記憶合金線214可以至少部分地通過冷卻劑通道222。在此配置中可以引導(dǎo)冷卻 流體流過冷卻劑通道222從而去除形狀記憶合金線214的熱量。冷卻劑通道可以連接 到發(fā)動機冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。其中冷卻流體是發(fā)動機油時，發(fā)動機油泵(未示出)可以 通過油道(oil galley) 22 3或發(fā)動機油循環(huán)系統(tǒng)提供冷卻劑油?；蛘?，其中的冷卻 流體是專用流體時?？梢蕴峁﹩为毜谋?未示出)以使冷卻流體通過冷卻劑通道222 循環(huán)。
在一些實施例中，執(zhí)行器206還可以包括使氣門桿202偏向關(guān)閉配置的彈簧機構(gòu)。 可以使用任何合適的彈簧機構(gòu)。示例包括但不限于機械彈簧如螺旋彈簧或板彈簧，和 /或氣彈簧或氣壓彈簧。在圖2A和圖2B所示的實施例中，螺旋彈簧224定位于氣門 桿密封件210和連接到氣門桿202的板226之間。彈簧2 24可以設(shè)置為壓縮狀態(tài)以便 對板226施加力使氣門桿向上偏置。因此，氣門執(zhí)行系統(tǒng)202可以根據(jù)控制器12的
信號輸出選擇性地在基本上向下位移上產(chǎn)生抵消彈簧力所需的力。因此，具體地參考 圖2A,當(dāng)形狀記憶合金線214處于伸長相時，彈簧224使氣門桿202偏向關(guān)閉位置。 接下來，具體參考圖2B,當(dāng)形狀記憶合金線214受熱時，合金受熱導(dǎo)致的相變產(chǎn)生 的力將氣門桿202拉向開啟位置。通過將形狀記憶合金線214冷卻到相變溫度以下的 溫度，氣門桿202可以返回到關(guān)閉位置，從而允許彈簧224將氣門桿202推向關(guān)閉位 置。
在彈簧224是氣壓彈簧的實施例中，基于彈簧中的空氣壓力可以改變彈簧224對 板226施加的力。例如，可以增加彈簧中的空氣壓力以增加對板2"施加的力使氣門 桿202更強力地偏向關(guān)閉位置。同樣，當(dāng)形狀記憶合金線214受驅(qū)動時，減少氣壓彈 簧中的空氣壓力是有利的以便有助于氣門桿202移動到開啟位置。對彈簧2"施加的 力的這種控制可以改進燃料經(jīng)濟性和發(fā)動機性能。
任何合適的形狀記憶合金材料可以用于形成形狀記憶合金線2"。合適材料的示 例可以包括，但不限于具有下列元素組合的形狀記憶合金Ag-Cd、 Cu-Al-Ni、 Cu-Sn、 Cu-Zn、 Cu-Zn-X (X為Si、 Sn、 Al)、 In—Ti、 Ni-Al、 Ni-Ti、 Fe—Pt、 Mn-Cu、 Fe-Mn-Si、 Ti-Ni-V、 Ni-Ti-Cr、 Ni-Ti-Fe、 Ni-Ti-Cu、各種Pt合金、Co-Ni-Al、及Co-Ni-Ga。
應(yīng)理解合金的物理特性和氣門總成的結(jié)構(gòu)可以是執(zhí)行器具體設(shè)計中考慮的因素。 例如，不同的合金可以具有不同的電特性、機械特性、和熱特性，包括但不限于不同 的相變溫度、膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性等。同樣，也可以改變用于執(zhí)行器200的各種冷卻流 體的物理特性。這些或其他的特性可以影響氣門執(zhí)行器的具體實施例的設(shè)計'包括但 不限于形狀記憶合金線2"、冷卻劑通道222的長度、直徑、及其他的幾何形狀特征
7等。
在形狀記憶合金執(zhí)行器214的設(shè)計中的另一個考慮是在控制器12指示執(zhí)行和執(zhí) 行器發(fā)生相變之間的期望的執(zhí)行器響應(yīng)時間。例如，在一些使用環(huán)境中，進氣門26 和排氣門28可以每分鐘運行數(shù)千轉(zhuǎn)。此外，響應(yīng)于各種發(fā)動機工況，可以改變這些 氣門的開啟和關(guān)閉的正時。因此，氣門總成200需要具有快速的響應(yīng)時間以在高發(fā)動 機轉(zhuǎn)速下提供精確的氣門控制。
各種因素可以影響氣門總成200的響應(yīng)時間。例如，施加到形狀記憶合金線214 上的電流和/或電壓可以影響響應(yīng)時間。圖3示出不同激活電壓下作為時間的函數(shù)的 示例形狀記憶合金線的響應(yīng)的圖示。為產(chǎn)生該數(shù)據(jù)，在20V電壓和30V電壓下向形狀 記憶合金施加持續(xù)期為160毫秒的直流(DC)脈沖，并使用強制通風(fēng)冷卻以冷卻形狀 記憶合金線。從該圖可以看出，20V脈沖加熱形狀記憶合金線的速度稍慢于30V脈沖， 但20V脈沖下形狀記憶合金線的冷卻明顯快于30V脈沖。
在一些實施例中，可以使用具有多個電壓電平的脈沖。例如，開始可以使用脈沖 的高電壓部分以促使形狀記憶合金快速加熱，然后使用較低電壓以將形狀記憶合金的 幾何形狀維持在高溫相形狀。去除較低電壓脈沖可以使形狀記憶合金比只使用單個， 高電壓的電壓脈沖冷卻更快。在其他的實施例中，可以使用三個或更多的電壓電平。
還在其他的實施例中，可以調(diào)節(jié)施加到形狀記憶合金上的信號占空比以控制形狀 記憶合金的溫度。例如，可以使用脈寬調(diào)制以改變執(zhí)行信號的占空比，從而控制形狀 記憶合金線214的溫度。例如，可以施加包括lms脈沖之后緊接3ms開路配置的占空 比到形狀記憶合金上。這可以導(dǎo)致供應(yīng)到形狀記憶合金214上的時間平均功率接近于 相同的整個持續(xù)期的穩(wěn)態(tài)信號的功率的25%。因此，形狀記憶合金在加熱階段占用的 總時間較少，且施加較少的克服彈簧224的時間平均力。由于施加了較少的克服彈簧 224的時間平均力，這與施加穩(wěn)態(tài)信號相比造成氣門桿202以更小的程度開啟。以此 方式，可以控制形狀記憶合金的收縮度，因此控制氣門桿202的行程長度、及氣門盤 的升程。因此控制克服彈簧224施加的時間平均力可以用可控方式連續(xù)地改變氣門桿 202的升程。應(yīng)理解任何合適的電氣連接可以將形狀記憶合金線214連接到電源。
在各種實施例中，通過使用多根形狀記憶合金線或僅通過驅(qū)動單根形狀記憶合金 線執(zhí)行器的長度的一部分也可以實現(xiàn)可變氣門升程。首先，圖4A-圖4D示出在各種 示例氣門升程配置中的可變升程氣門總成400的實施例。所示的氣門總成配置包括關(guān) 閉配置(圖4A中的402所示)、第一部分開啟配置(圖4B中的404所示)、第二部 分開啟配置(圖4C中的406所示)、及完全開啟配置(圖4D中的408所示)。氣門 總成400包括形狀記憶合金執(zhí)行器410和向執(zhí)行器提供電力的電氣接頭41乙應(yīng)理解 本文所述的氣門升程配置是用于闡述示例的，不用于限制。
執(zhí)行器410包括第一形狀記憶合金線"4、第二形狀記憶合金線"6、及第三形 狀記憶合金線418,其中每條形狀記憶合金線都電連接到單獨的開關(guān)。同樣'電氣接頭412包括第一開關(guān)"0、第二開關(guān)422、及第三開關(guān)424,其中每個開關(guān)都電連接 到單根形狀記憶合金線414 (或單束形狀記憶合金線)。應(yīng)理解開關(guān)420、 422 、及 424 (以及下文描述的其他的實施中的開關(guān))可以與控制器12物理上分離，或可以通 過由控制器12執(zhí)行的在控制器12上的軟件、固件(firmware)或硬件實現(xiàn)以選擇性 地從每根形狀記憶合金線上施加或去除電壓。在這個意義上，也可以認為開關(guān)420、 422 、及424是至少能夠向每條形狀記憶合金線提供開/關(guān)電壓，且在一些實施例中能 夠向每條形狀記憶合金線提供多水平電壓或連續(xù)可變電壓的多電壓電氣連接。
在某些實施例中，形狀記憶合金線414、 416、及418可以是各種長度的。因此， 執(zhí)行不同的開關(guān)可以使不同的形狀記憶合金線收縮。因為形狀記憶合金線的長度不 同，當(dāng)執(zhí)行開關(guān)時形狀記憶合金線可以收縮不同的長度。以此方式，通過執(zhí)行對應(yīng)于 期望的升程的形狀記憶合金線414、 416、或418可以實現(xiàn)期望的升程。例如，第二 形狀記憶合金線416可以長于第一形狀記憶合金線414，第三形狀記憶合金線418可 以長于第二形狀記憶合金線416或第一形狀記憶合金線414。因為形狀記憶合金線在 受激活時通常可以收縮形狀記憶合金線長度的一定的比例，較長的形狀記憶合金線比 較短的形狀記憶合金線收縮更長的長度。因此，當(dāng)受激活時電流通過第二形狀記憶合 金線416可以比通過第一形狀記憶合金4H造成更長距離的收縮。以此方式，使用各 種長度的形狀記憶合金線可以實現(xiàn)各種氣門升程量。
現(xiàn)參考圖4A，氣門總成400如圖所示配置在關(guān)閉配置402。在該配置中，第一形 狀記憶合金線414、第二形狀記憶合金線416、及第三形狀記憶合金線418的每條是 在伸長相。因此彈簧224施加的力使氣門總成偏置到關(guān)閉配置。
現(xiàn)參考圖4B,氣門總成400如圖所示是在第一開啟配置。如圖所示，通過開關(guān) 420的閉合用電驅(qū)動第一形狀記憶合金線414,這促使第一形狀記憶合金線414受熱 并收縮。因此，相變產(chǎn)生的力可以將氣門總成400拉向第一開啟位置。如圖所示第二 形狀記憶合金線416和第三形狀記憶合金線418未受驅(qū)動，從而保持在伸長相，雖然 所示的實施例通過加熱驅(qū)動，應(yīng)理解各種其他的實施例可以通過冷卻驅(qū)動，且開關(guān) 420、 422、及424可以用任何合適的方式開啟或關(guān)閉以有助于在這些實施例中的執(zhí)行。
現(xiàn)參考圖4C,氣門總成400如圖所示是在第二開啟配置中由第二形狀記憶合金 線416和第二開關(guān)422驅(qū)動。在第二開啟配置中，由于相比較于第一形狀記憶合金線 414第二形狀記憶合金線416具有更長的長度，氣門總成400比在第一開啟配置中具 有更大的升程。
現(xiàn)參考圖4D,氣門總成400如圖所示是在第三開啟配置中由第三形狀記憶合金 線418和第三開關(guān)424驅(qū)動。在第三開啟配置中，由于相比較于第一形狀記憶合金線 414和第二形狀記憶合金線416第三形狀記憶合金線"8具有更長的長度，氣門總成 400比在第一開啟配置和第二開啟配置中具有更大的升程。
雖然所示的形狀記憶合金設(shè)置釆取三根不同長度的形狀記憶合金線的形式，但可以使用具有任何適合長度及長度差的任何合適數(shù)目的形狀記憶合金線以實現(xiàn)可變氣 門升程的任何合適的實施。
圖5A-圖5C示意性地示出能夠?qū)崿F(xiàn)可變氣門升程的形狀記憶合金線的設(shè)置的其 他替代實施例。現(xiàn)首先參考圖5A,氣門總成500包括連接到搖臂218上的不同位置 的各種長度的形狀記憶合金線。具體地，第一形狀記憶合金線502可以在第一連接點 508連接到搖臂218，第二形狀記憶合金線504可以在第二連接點510連接到搖臂218， 及第三形狀記憶合金線506可以在第三連接點512連接到搖臂218。以此方式，對于 每根形狀記憶合金線5 02 、 504、及506不同的連接點可以產(chǎn)生不同的機械利益。例 如，因為形狀記憶合金線502連接到搖臂218上的連接點比形狀記憶合金線504和形 狀記憶合金線506離氣門桿遠，形狀記憶合金線5 02的驅(qū)動可以比形狀記憶合金線 504、 506的驅(qū)動具有更大的機械利益，從而比形狀記憶合金線504或506的驅(qū)動產(chǎn) 生更大的氣門升程。在一些實施例中，形狀記憶合金線可以具有不同的長度以提供更 大范圍的氣門升程的可變性。
接下來參考圖5B,氣門總成520包括具有端部電氣端子524、第一中間電氣端子 526 、及第二中間電氣端子528的形狀記憶合金線522。通過控制閉合其中一個電氣 端子以控制氣門總成52 0的升程。例如，當(dāng)只有端部電氣端子524閉合時，電流流過 形狀記憶合金線522的整個長度。因此，形狀記憶合金線522的整個長度發(fā)生相變， 產(chǎn)生最大氣門升程。另一方面，當(dāng)?shù)谝恢虚g電氣端子526關(guān)閉時，電流只流過形狀記 憶合金線522在搖臂218和第一中間電氣端子526之間延伸的部分。以此方式，只有 形狀記憶合金線522的一部分發(fā)生了相變，從而減少了氣門升程。同樣，閉合第二中 間電氣端子528甚至可以使氣門升程具有更大的減少。可以控制流經(jīng)形狀記憶合金線 的冷卻流體和/或電流以提供對沿著形狀記憶合金線522的長度的溫度的進一步控 制。
現(xiàn)參考圖5C，執(zhí)行器540包括具有相同或類似長度的多根形狀記憶合金線。示 出了三根形狀記憶合金線542、 544、及546,但應(yīng)理解可以使用任何合適數(shù)目的形狀 記憶合金線。在圖5C的實施例中，通過激活不同數(shù)目的形狀記憶合金線從而施加克 服彈簧224的不同的拉力以實現(xiàn)可變氣門升程。例如，為實現(xiàn)第一、最低的升程，可 以激活單根形狀記憶合金線542?？朔椈?24的拉力僅是形狀記憶合金線施加 的力。因此，在彈簧224和形狀記憶合金線542之間的力的平衡可以導(dǎo)致第一開啟氣 門位置，其中氣門盤較接近于氣門座。同樣，通過分別激活兩根形狀記憶合金線(例 如，形狀記憶合金線542和形狀記憶合金線544 ),或所有三根形狀記憶合金線，可 以實現(xiàn)第二和第三升程。兩根激活的形狀記憶合金線的克服彈簧224的拉力大于一根 激活的形狀記憶合金線，三根激活的形狀記憶合金線的克服彈簧224的拉力大于兩根 激活的形狀記憶合金線等等。因此，在形狀記憶合金線和彈簧之間的力的平衡可 以導(dǎo)致隨激活的形狀記憶合金線增加的遞增的氣門升程。可以用類似方式控制氣門總成200的氣門落座速度。例如，可以按差別比率冷卻 形狀記憶合金線216使其通過相變溫度，以便可以用不同的時間冷卻形狀記憶合金線 216的不同的部分使其通過相變溫度。這可以例如通過只對形狀記憶合金線216的長 度的一部分施加冷卻流體實現(xiàn)。同樣，可以使用多片段形狀記憶合金線，其中用可控 的方式從該片段去除電流以控制多片段形狀記憶合金線的長度改變的比率。
圖6A和圖6B示出無凸輪氣門總成600的另一個示例實施例。圖6A示出在關(guān)閉 配置中的氣門總成，圖6B示出在開啟配置中的氣門。雖然氣門總成200包括連接有 氣門桿和形狀記憶合金線的可繞樞軸轉(zhuǎn)動的搖臂，但氣門總成600不使用搖臂。替代 地，氣門總成600包括在固定到氣缸蓋606上的氣門桿密封件604和連接到氣門桿 610上的彈簧板608之間延伸的一根或多根形狀記憶合金線602。因此，氣門桿610 的行程距離總體上與形狀記憶合金線602的長度變化量相同。此外，可以利用彈簧 612使氣門桿偏向關(guān)閉位置。這種配置可以使氣門總成600相對緊湊。
圖6A和圖6B還示出氣門總成600的操作。首先參考圖6A，當(dāng)形狀記憶合金線 602是在伸長狀態(tài)時，彈簧612保持氣門總成600關(guān)閉。接下來，如圖6B所示，改 變形狀記憶合金線的溫度促使形狀記憶合金線602的長度減少，從而克服彈簧612的 力，并將氣門總成600移到開啟位置。通過實現(xiàn)相反的溫度改變，可以將氣門總成 600移回到關(guān)閉位置。
為幫助冷卻形狀記憶合金線602,形狀記憶合金線可以延伸通過冷卻通道620， 如上文中對氣門總成200所述，經(jīng)冷卻劑進口 622和冷卻劑出口 624可以選擇性地泵 送冷卻劑通過冷卻通道620。使用這種冷卻劑，結(jié)合對通過形狀記憶合金線602施加 電流的仔細控制，可以對形狀記憶合金線602的溫度進行足夠控制以控制如氣門升程 和氣門落座速度這樣的參數(shù)。
所示的氣門總成600包括平行設(shè)置的多根形狀記憶合金線。然而，應(yīng)理解可以使 用任何合適的數(shù)目和設(shè)置的形狀記憶合金線以驅(qū)動氣門總成600。例如，在一些實施 例中，可以使用單根形狀記憶合金線。在其他的實施例中，也可以使用一東形狀記憶 合金線，或多東形狀記憶合金線。此外，雖然所示氣門總成600包括機械螺旋彈簧 612，但應(yīng)理解可以使用任何其他的合適的彈簧，包括其他的機械彈簧如板彈簧，和/
或氣彈簧或其他的氣壓彈簧。
圖7示出搡作形狀記憶合金驅(qū)動的氣門的方法700的示例實施例。方法700包括， 在702,加熱形狀記憶合金驅(qū)動構(gòu)件以便將氣門移到第一位置，然后在704，通過冷 卻流體將形狀記憶合金線冷卻以便將氣門移到第二位置。在一些實施例中，第一位置 可以是關(guān)閉位置，第二位置可以是開啟位置，然而在其他的實施例中，第一和第二位 置可以分別為開啟位置和關(guān)閉位置。
任何合適的發(fā)動機工況或發(fā)動機工況中的改變可以促使氣門位置的改變。例如， 可以促使氣門移向關(guān)閉位置的發(fā)動機工況(其中氣門升程減少'甚至關(guān)閉)'包括但
11不限于檢測到發(fā)動機扭矩的下降。同樣，可以促使氣門移向開啟位置的發(fā)動機工況(其 中氣門升程增加，或甚至完全開啟)包括但不限于檢測到發(fā)動機中的扭矩的增加。
現(xiàn)具體參考步驟702,可以用任何方式加熱形狀記憶合金。例如，在一些實施例 中，可以通過施加通過合金的電壓脈沖加熱形狀記憶合金，從而促使電流流過合金。 電壓脈沖可以具有任何合適的量，及可以具有恒量值，或隨著時間改變的值。例如， 可以使用較高的開始電壓快速地加熱合金，然后緊跟較高的開始電壓可以使用較低電 壓以在期望的持續(xù)期中將合金維持在高溫相形狀，而在電壓脈沖停止時允許合金更快 冷卻。此外，通過增加施加通過合金的信號的占空比也可以增加形狀記憶合金的溫度。
同樣，現(xiàn)參考步驟704,可以用任何合適的方式冷卻形狀記憶合金，例如，降低 施加通過形狀記憶合金的電壓，可以將施加通過形狀記憶合金的電壓減少到零或另一 個合適的值，可以改變施加通過形狀記憶合金的信號的占空比等，結(jié)合使用冷卻劑， 以減少對形狀記憶合金的電阻加熱。此外，可以使用任何合適的冷卻流體作為冷卻劑。 示例包括但不限于強制通風(fēng)、發(fā)動機油、或其他的液體冷卻劑等。
接下來，圖8示出操作使用多個形狀記憶合金片段的形狀記憶合金氣門執(zhí)行器的 方法800的示例實施例。在該實施例中，單個形狀記憶合金線片段可以是單獨的形狀 記憶合金線，包括但不限于圖4A-圖4D、圖5A、圖5C、及圖6A-圖6B所示的配置或 可以是單根形狀記憶合金線的單獨的片段，如圖5B所示。
方法800首先包括在802確定期望的氣門升程，然后在804驅(qū)動一個或多個形狀 記憶合金片段以產(chǎn)生期望的氣門升程?？梢曰诟鞣N因素確定期望的氣門升程，包括 但不限于當(dāng)前的工況如期望的扭矩、發(fā)動機負荷等。同樣，在804可以用任何合適的 方式選擇驅(qū)動形狀記憶合金的片段的數(shù)目。例如，在各種發(fā)動機工況下驅(qū)動的片段的 數(shù)目和標識可以預(yù)定并儲存在控制器12上的查找表中。同樣，基于合適的數(shù)學(xué)模型 可以動態(tài)計算在各種發(fā)動機工況下驅(qū)動的片段的數(shù)目和/或標識。應(yīng)理解還可以控制 氣門落座，其中通過控制每個形狀記憶合金片段的停止驅(qū)動(deactuation)的順序 和正時可以驅(qū)動多個形狀記憶合金片段。以此方式，通過同時停止驅(qū)動多個形狀記憶 合金片段可以產(chǎn)生較快的氣門落座，通過以交叉或順序的方式停止驅(qū)動形狀記憶合金 片段可以產(chǎn)生較慢的氣門落座。
應(yīng)理解本文公開的氣門總成的各種實施例在本質(zhì)上是示例性的，這些具體的實施 例不能限制性地理解，因為各種變體是可能的。本文公開的主題包括各種形狀記憶合 金執(zhí)行器、電氣配置、氣門配置、及其他的特征、功能、和/或性能的所有新穎性和 非顯而易見性組合和子組合。本實用新型的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非顯而易見
的特定組合及子組合。這些權(quán)利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。 這樣的權(quán)利要求應(yīng)被理解為包括對一個或一個以上這樣的元素的結(jié)合，而不是要求或 排除兩個或兩個以上這樣的元素。所公開的特征、功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合
及子組合可以通過本實用新型權(quán)利要求的修改或通過在本申請或相關(guān)申請中提出新
12的權(quán)利要求來請求保護。這樣的權(quán)利要求，無論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更 窄、等價或不同，都應(yīng)被視為包括在本實用新型的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的電子驅(qū)動氣門總成，所述氣門總成包括氣門桿；與所述氣門桿運轉(zhuǎn)連接的形狀記憶合金執(zhí)行器；冷卻劑通道，所述形狀記憶合金執(zhí)行器的至少一部分延伸通過所述冷卻劑通道；及與所述冷卻劑通道連通的冷卻流體源。
2. 如權(quán)利要求l所述的氣門總成，其特征在于，所述冷卻劑通道配置用于接收 發(fā)動機油的流。
3. 如權(quán)利要求1所述的氣門總成，其特征在于，所述冷卻劑通道連接到發(fā)動機 冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的氣門總成，其特征在于，所述冷卻劑通道連接到專用的 形狀記憶合金冷卻劑源。
5. 如權(quán)利要求1所述的氣門總成，其特征在于，還包括臂狀構(gòu)件，所述氣門桿 和所述形狀記憶合金執(zhí)行器連接到所述臂狀構(gòu)件。
6. 如權(quán)利要求5所述的氣門總成，其特征在于，還包括設(shè)置在所述臂狀構(gòu)件上 的樞軸，其中所述形狀記憶合金執(zhí)行器在所述樞軸和所述氣門桿之間的位置與所述臂 狀構(gòu)件連接。
7. 如權(quán)利要求5所述的氣門總成，其特征在于，所述形狀記憶合金執(zhí)行器包括 具有長度大于所述氣門桿的長度的形狀記憶合金線。
8. 如權(quán)利要求1所述的氣門總成，其特征在于，所述形狀記憶合金執(zhí)行器具有 的長度等于或少于所述氣門桿的長度。
9. 如權(quán)利要求1所述的氣門總成，其特征在于，所述形狀記憶合金執(zhí)行器包括 多根形狀記憶合金線。
10. —種用于內(nèi)燃發(fā)動機的電子驅(qū)動氣門總成，其特征在于，所述氣門總成包括 臂狀構(gòu)件；設(shè)置在所述臂狀構(gòu)件上的第一位置上的樞軸；氣門桿，所述氣門桿在所述臂狀構(gòu)件上的第二位置連接到所述臂狀構(gòu)件； 形狀記憶合金執(zhí)行器，所述形狀記憶合金執(zhí)行器在所述氣門桿和所述樞軸之間的 位置上與所述臂狀構(gòu)件運轉(zhuǎn)連接；及冷卻劑通道，所述形狀記憶合金執(zhí)行器的一部分延伸通過所述冷卻劑通道。
11. 如權(quán)利要求10所述的氣門總成，其特征在于，所述形狀記憶合金執(zhí)行器包 括形狀記憶合金線。
12. 如權(quán)利要求11所述的氣門總成，其特征在于，所述形狀記憶合金執(zhí)行器包 括多根形狀記憶合金線。
13. 如權(quán)利要求10所述的氣門總成，其特征在于，所述形狀記憶合金執(zhí)行器包 括長度大于所述氣門桿的長度的形狀記憶合金構(gòu)件。
14. 如權(quán)利要求10所述的氣門總成，其特征在于，所述冷卻劑通道連接到發(fā)動 機油循環(huán)系統(tǒng)。
15. 如權(quán)利要求10所述的氣門總成，其特征在于，所述冷卻劑通道連接到發(fā)動機冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。
16. 如權(quán)利要求10所述的氣門總成，其特征在于，所述冷卻劑通道連接到專用 的形狀記憶合金冷卻劑源。
專利摘要本實用新型涉及電子驅(qū)動氣門系統(tǒng)，其中公開了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的電子驅(qū)動氣門總成，其中所述氣門總成包括氣門桿、與該氣門桿運轉(zhuǎn)連接的形狀記憶合金執(zhí)行器，形狀記憶合金執(zhí)行器的至少一部分延伸通過的冷卻劑通道，及與冷卻劑通道連通的冷卻流體源。
文檔編號F02D9/08GK201262119SQ200820105320
公開日2009年6月24日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者威廉·賴利, 格雷格·麥克康維爾, 邁克爾·施拉德爾, 馬克·扎格特 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司