阀致动系统技术领域
本发明涉及一种阀致动系统，并且更具体地涉及一种用于致动发动机气体交换阀
的系统。
背景技术
内燃机的每个汽缸都配置有一个或多个气体交换阀(例如，进气阀和排气阀)，该
阀在正常运行期间循环打开以使得燃料和空气进入发动机并从发动机排出废气。在传统发
动机中，阀通过凸轮轴/摇臂布置打开。凸轮轴包括一个或多个对应于所需提升正时和相关
阀的量而朝向特定角度的凸角。通过摇臂和相关推杆联动机构，凸轮凸角连接到相关阀的
杆端。当凸轮轴旋转时，凸轮凸角与摇臂的第一枢转端相接触，从而迫使得摇臂的第二枢转
端抵住阀的杆端。该枢转运动使得阀对抗弹簧偏压力而提升或打开。随着凸轮凸角旋转离
开摇臂，阀被释放并允许其回到其关闭位置。在2012年7月3日公布的Langewisch的美国专
利8210144中公开了一种用于移动气体交换阀的示例性系统。
当今制造的大多数柴油发动机可分类为几种常见种类之一，例如，共轨发动机、
HEUI(液压操作电子致动单元喷射器)发动机、MUI(机械操作单元喷射器)发动机或MEUI(机
械操作电子致动单元喷射器)。这些发动机可基于发动机中所使用的燃料喷射器的类型和
燃料系统而分类。由于这些发动机类型的差异，对于每种发动机，每个汽缸盖内部的空间和
阀致动要求可不同。因此，这些类型的发动机中的每一种在历史上都具有独特的阀致动系
统。
尽管上述独特的阀致动系统完全可胜任其所需的应用，但是它们也可能存在问
题。特别是，相对于每个不同系统必须设计、提供和分配许多不同零件，这可能成本很高。另
外，跟踪和维护不同的系统可能存在困难。因此，用于追求新的或改进的设计的资源可能被
限制。
本发明的阀致动系统致力于克服上述陈述的一个或多个问题以及现有技术的其
他问题。
发明内容
本发明的一方面针对一种阀致动系统。该阀致动系统可包括摇臂轴；摇臂，其枢转
地安装在摇臂轴上并且具有第一端和第二端；至少一个凸轮从动件以及将至少一个凸轮从
动件连接到摇臂第一端的推杆。阀致动系统还可包括多个气体交换阀、将摇臂第二端连接
到多个气体交换阀的桥接件。阀致动系统可进一步包括至少一个弹簧和旋转线圈，所述弹
簧围绕着多个气体交换阀中每个设置，并且配置为使得多个气体交换阀中每个偏置朝向关
闭位置，所述旋转线圈配置为旋转地将至少一个弹簧连接到多个气体交换阀中每个。旋转
线圈可具有在桥接件端的内倒角，角度相对于旋转线圈中心轴测量约为26-28°。该至少一
个弹簧的装配荷载可约为750-850N。
本发明的另一方面针对另一种阀致动系统。该阀致动系统可包括摇臂轴；摇臂，其
枢转地安装在摇臂轴上并且具有第一端和第二端；至少一个凸轮从动件以及将至少一个凸
轮从动件连接到摇臂第一端的推杆。该阀致动系统还可包括多个气体交换阀、将摇臂第二
端连接到多个气体交换阀的桥接件。该阀致动系统可进一步包括外弹簧和内弹簧，所述外
弹簧围绕着多个气体交换阀中每个设置，并且配置为使得多个气体交换阀中每个偏置朝向
关闭位置，所述内弹簧设置在外弹簧内。该外弹簧的装配荷载可约为500-550N。该内弹簧的
装配荷载可约为250-300N。
本发明的再一方面针对另一种阀致动系统。该阀致动系统可包括摇臂轴；摇臂，其
枢转地安装在摇臂轴上并且具有第一端和第二端；至少一个凸轮从动件以及将至少一个凸
轮从动件连接到摇臂第一端的推杆。该阀致动系统还可包括多个气体交换阀、将摇臂第二
端连接到多个气体交换阀的桥接件。该阀致动系统可进一步包括至少一个弹簧和旋转线
圈，所述弹簧围绕着多个气体交换阀中每个设置，并且配置为使得多个气体交换阀中每个
偏置朝向关闭位置，所述旋转线圈配置为旋转地将至少一个弹簧连接到多个气体交换阀中
的每个。旋转线圈可具有在桥接件端的内倒角，角度相对于旋转线圈中心轴测量约为
27.5°。该阀致动系统可另外包括座部、密封表面和内汽缸表面，所述座部围绕着多个气体
交换阀中每个设置并且具有带有移除工具接合表面的底基端，移除工具接合表面呈圆锥形
朝外逐渐聚缩，所述密封表面以与多个气体交换阀中每个的盖邻近的基座端相反方向取
向，所述内汽缸表面与在交接点的移除工具接合表面相连结。移除工具接合表面的径向长
度尺寸约为3.4-3.7mm。位于交接点的斜面具有相对于座部中心轴测量约为28-32°的角度。
附图说明
图1为示例性公开的阀致动系统的图示说明；
图2为示例性阀布置的图解说明，该阀布置可用于和图1中阀致动系统相结合；和
图3-图5分别为示例性公开的摇臂基座的等比图、俯视图和横截面图，该摇臂基座
可用于和图1的阀致动系统相结合。
具体实施方式
图1示出了装有示例性公开的阀致动系统12的发动机10。出于本发明的目的，发动
机10被描绘并描述为四冲程柴油发动机。然而，本领域技术人员应当认识到，发动机10可具
体表现为任意类型的燃烧发动机，诸如，例如四冲程汽油或气体燃料动力发动机。如下面将
进一步描述的，阀致动系统12可帮助管理流经发动机10的流体流。
发动机10可包括发动机缸体14，其至少部分地限定一个或多个汽缸16。活塞(未示
出)和汽缸盖18可与每个汽缸16相关联以形成燃烧室。特别地，活塞可以可滑动地设置在每
个汽缸16内以在上止点(TDC)位置和下止点(BDC)位置之间往复运动，并且汽缸盖18可设置
以打开汽缸16一端的盖子，从而形成燃烧室。发动机10可包括任意数量的燃烧室；并且燃烧
室可设置为“直列型”构型、“V型”构型、相对活塞构型或任意其他适当构型。
发动机10也可包括旋转地设置在发动机缸体14内的曲柄轴(未示出)。连接杆(未
示出)可将每个活塞连接到曲柄轴从而使得每个相应汽缸16内活塞在TDC和BDC之间位置的
滑动运动引起曲柄轴的旋转。类似地，曲柄轴的旋转可引起活塞在TDC和BDC位置之间的滑
动运动。在四冲程发动机中，活塞可通过进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程在TDC和
BDC位置之间往复运动。
汽缸盖18可以限定与每个燃烧室相关联的一个或多个流体通道(例如，进气和排
气通道-未示出)，其被配置为将气体(例如，空气和/或废气)或气体和流体(例如，燃料)的
混合物引导进出相关腔室。进气通道可以被配置为将压缩空气和/或空气和燃料混合物传
递至燃烧室的顶端中。排气通道可以被配置为将来自燃烧室的顶端的废气和残留气体引导
至大气。
系统12可以包括位于汽缸盖18的通道内的多个气体交换阀(例如，进气阀20和排
气阀22)以选择性地接合被按压至汽缸盖18中(或以其他方式形成在汽缸盖18内侧)的对应
座部24。每个阀可以在座部24被接合以抑制流体流过对应通道时的第一位置与座部24未接
合时的第二位置(即，对应的阀升起处)之间为可移动的，并且由此允许流体流过通道。阀升
起时的正时以及阀的升起轮廓可以影响发动机的操作。例如，升起正时和轮廓可以影响排
放的产生、动力的产生、燃料消耗、效率、温度、压力等。至少一个弹簧26可以与每个阀相关
联并且被配置为将阀朝第一位置且抵着座部24偏置。弹簧保持器28(又称为旋转线圈)可以
将弹簧26连接至每个阀的杆端。
系统12可以被安装在操作地与汽缸盖18接合的基座30内侧，并且由移动进气阀20
和排气阀20以防止弹簧26以期望正时从它们的第一位置朝它们的第二位置偏置的元件组
成。阀致动系统12的这些元件除了其他之外还可以包括被配置为沿发动机10的公共凸轮轴
(未示出)停靠的多个凸轮从动件(例如，进气从动件32和排气从动件34)、与每个凸轮从动
件接合的推杆36以及被配置为将从动件运动转移至对应阀的摇臂(例如，进气臂38和排气
臂40)。每个摇臂可以经由轴42安装至基座30，并且通过桥接件(例如，进气桥接件44和排气
桥接件46)连接至对应的阀。
在所公开的实施例中，阀致动系统还包括位于进气从动件32与排气从动件34之间
的喷射器从动件48。喷射器从动件48可以沿发动机10的公共凸轮轴停靠，且推杆50可以将
喷射器从动件48连接至喷射器臂52，其枢转地安装至轴42的介于进气臂38与排气臂40之间
的位置处。弹簧54可以用于维持喷射器从动件48与凸轮轴之间的接触。预期如果需要，可省
略喷射器从动件48、推杆50、喷射器臂52和弹簧54。
发动机10的凸轮轴可以本领域技术人员所容易明白的任何方式操作地接合曲柄
轴，使得曲柄轴的旋转导致凸轮轴的对应旋转。至少一个凸轮凸角(未示出)可以形成在凸
轮轴上并且被配置为随着凸轮轴旋转而驱动每个相关从动件的往复式运动。运用此配置，
任何进气和排气凸轮凸角的外部轮廓可以至少部分地分别确定进气阀20和排气阀22的升
起正时和轮廓。类似地，任何喷射器凸轮凸角的外部轮廓可以至少部分地确定共同位于基
座30和汽缸盖18内侧的相关燃料喷射器(为了清楚起见并未示出)的喷射正时和轮廓。
每个推杆36的端部可以驻留在凸轮从动件32、34中的一个的内侧并且随着凸轮轴
旋转而根据凸轮凸角的轮廓移动，由此将对应的往复式运动传送至相关摇臂38、40的第一
枢转端。施加于摇臂38、40的此往复式运动可以导致摇臂38、40围绕轴42枢转，由此在相对
第二端处产生分别使进气阀20和排气阀22升起和释放的对应往复式运动。因此，凸轮轴的
旋转可以导致进气阀20和排气阀22从第一位置移动至第二位置以产生对应于凸轮凸角的
轮廓的特定升起模式。
摇臂38、40可以分别通过阀桥接件44、46连接至进气阀20和排气阀22。具体地，摇
臂38、40中的每一个可以包括容纳在摇臂38、40的第二端内的销56。销56的按钮端可能能够
相对于相关桥接件44或46稍许旋转，并且包括大致上平坦的底部表面，其被配置为沿桥接
件44或46的对应上表面滑动。销56的按钮端旋转和滑动的能力可以允许摇臂38、40将主要
垂直(即，轴向)力传输至阀桥接件44、46。传输在摇臂38、40与阀桥接件44、46之间的唯一水
平(即，横向)力可能相对较低并且仅仅归因于销56与桥接件44、46之间的滑动表面处的摩
擦力。此界面可以被润滑和/或磨光以减小相关摩擦力。
在某些应用中，阀致动系统12可以进一步包括设置在推杆36的上端内的一个或多
个间隙调节器58以及位于摇臂38、40的第一端内的调整螺钉60。间隙调节器58可以被配置
为当凸轮凸角远离推杆36定位时，自动地调整对应的进气阀20或排气阀22与其相关座部24
之间(和/或其他阀传动部件之间)的空隙。调整螺钉60可以被配置为以可手调方式将摇臂
38、40与推杆36连接。
示例性阀布置62在图2中说明，并且可以表示系统12的进气布置和/或排气布置。
如在此图中所示，布置包括径向地设置在座部24内侧的进气阀20或排气阀22中的一个、弹
簧26(例如，内弹簧26a和外弹簧26b)和旋转线圈28。图2还示出了进气阀20或排气阀22中的
一个被径向地设置在至少部分地安装于汽缸盖18中的导向器64内侧。
进气阀20和排气阀22中的每一个均可以包括容纳在对应的桥接件44或46的凹穴
内的尖端66、位于与尖端66相对的头部68以及将尖端66连接至头部68的杆70。杆70可以将
头部68接合在颈部72处。一个或多个凹槽74可以位于尖端66处并且被配置为容纳保持器76
的向内环形突出部，这将旋转线圈28和弹簧26保持在它们在阀上的轴向位置中。阀可以具
有杆直径d1、总长l1、从尖端66延伸至一个最接近的保持器凹槽74的长度l2以及从头部68的
面延伸至基准平面77的长度l3。尺寸d1、l1、l2和/或长度l3对于进气阀20和排气阀22来说可
以相同或不同。在一个具体实施例中，进气阀20具有约等于11mm的d1、约等于218-219mm(例
如，约等于218.86mm)的l1、约等于16-17mm(例如，约等于16.8mm)的l2以及约等于4.5-5mm
(例如，约等于4.72mm)的l3。在此相同实施例中，排气阀22具有约等于12-13mm(例如，约
12.5mm)的d1、约等于218-219mm(例如，约等于218.9mm)的l1、约等于18.5-19mm(例如，约
18.9mm)的l2以及约等于3.5-4mm(例如，约3.7mm)的l3。在此相同实施例中，进气阀20具有多
个(例如，两个)保持器凹槽74，而排气阀22具有单个保持器凹槽74。应当注意的是，为了本
发明的目的，术语“约”在参考尺寸使用时可以被解译为“在制造公差内”。
座部24可以是被按压入汽缸盖18中现有的凹槽内的可更换的磨损部件。座部24可
一般为环状，具有位于外端的内部锥形密封表面78，当阀20、22被移动到它们的阻流位置
时，该外端被配置为与阀20、22接合。为了从汽缸盖18上移除座部24，工具(未显示)可以插
入穿过密封表面78以接合座部24的基座端。为了有助于该接合，座部24可以在基座端向外
逐渐变细(即，在基座端的座部24的内表面可具有锥形表面80)，允许工具的径向凸出楔形
部分装配到由锥形产生的空隙82中。然后向外的力可以施加到该工具上，导致楔形部分接
合表面80，并使座部24从汽缸盖18的凹槽中脱出。表面80可具有径向长度尺寸l4，并且表面
80和座部24的内圆柱表面86的交叉部分可包括以角度β定向的斜面88。在一个具体实施例
中，l4约为3-4mm(例如，约3.4-3.7mm)，导致工具的接触压力约为65-80MPa。在该同一实施
例中，当相对座部24的中心轴测量时，β约为28-32°。设想如果需要的话，斜面88可被省去或
者被圆所替代。通过省去斜面88，l4可变得更大，使得减少了工具和表面80之间的接触压
力。
弹簧26可被设计为提供所需的进气和排气阀20、22的操作。特别是，每个弹簧26可
具有装配长度l5、自由长度l6(未示出)、外直径d2、线直径d3以及装配荷载L1(未示出)。当弹
簧26用于进气和排气阀20、22时，尺寸l5、l6、d2、d3和/或长度L1可以相同或不同。在一个具体
实施例中，内弹簧26a具有约等于55-60mm(例如，约57.5mm)的长度l5、约等于70-75mm(例
如，约73mm)的自由长度l6、约等于30-31mm(例如，约30.4mm)的外直径d2、约等对3.75-
4.25mm(例如，约4mm)的线直径d3以及约等于250-300N(例如，约275N)的装配荷载L1。在该同
一实施例中，外弹簧26b具有约等于58-62mm(例如，约60.29mm)的长度l5、约等于75-80mm
(例如，约77.07mm)的自由长度l6、约等于43-44mm(例如，约43.47mm)的外直径d2、约等对5-
6mm(例如，约5.54mm)的线直径d3以及约等于500-550N(例如，约510N)的装配荷载L1。因此，
在该实施例中，来自内部和外弹簧这两者的组合的装配荷载L1可约为750-850N(例如，约
785N)。
旋转线圈28可以实现至少两个功能。首先，旋转线圈28可以起到弹簧固定器的功
能，使弹簧26压缩在围绕着相应阀的它们需要的位置处。第二旋转线圈28可起到在每个开
启/关闭事件期间在某种程度上旋转相应的阀的功能，从而通过平均分配跨越阀的面的热
量荷载来抑制阀的燃烧。并在执行上述第一和第二功能时，旋转线圈28应避免与阀桥接件
44、46接合。旋转线圈28可以具有一般为圆柱形的主体79，其具有配置为驻留在内弹簧26a
内的窄直径部分，外壳体81，其配置为放置在内弹簧26a和外弹簧26b的轴向端上，以及螺旋
弹簧83，其设置在主体79和壳体81之间的通道内。在一个实施例中，主体79的弹簧或远端
(即，在内弹簧26a内的端)可以是钝的(即，没有导向特征)，并且旋转线圈28可具有总轴长
l7、外直径d4以及在桥接件或基座端具有角度α的内倒角。当旋转线圈28用于进气阀20和排
气阀22时，尺寸l7和d4可以相同或不同。在一个具体实施例中，当旋转线圈28打算用于进气
阀20时，l7约为15.75-16.25mm(例如，约16mm)，d4约为43-44mm(例如，约43.765mm)，并且当
相对于旋转线圈28的中心轴测量时α约为21-24°(例如，约22.5°)。在另一个具体实施例中，
当旋转线圈28打算用于排气阀22时，l7约为17.5-18mm(例如，约17.73mm)，d4约为43-44mm
(例如，约43.765mm)，并且α约为26-28°(例如，约27.5°)。
在它们往复运动期间，导向器64可起到引导进气阀20和排气阀22的功能。每个导
向器64可一般为圆柱形和中空的，在杆70的轴向方向上延伸。至少一部分(例如，底端部分)
导向器64可以被按压入汽缸盖l8的凹槽中，从而确保导向器64在适当的位置。在一个实施
例中，杆密封件84可以放置在自由部分上(即，不按压入汽缸盖18中的部分)，并配置成接合
外表面杆70，以抑制通过汽缸盖18在相关阀处的油泄漏。在图2描述的例子中，杆密封件84
是双气唇密封件。然而，设想如果需要的话，杆密封件84可以可选地为迷宫式密封件。还设
想进气阀20和排气阀22可以在同一系统12中具有不同类型的杆密封件84。导向器64具有自
由长度(即，未插入到汽缸盖18中的长度)l8；并且杆密封件84可具有长度l9、基座直径d5以
及尖端直径d6。在一个例子中，l8为约27-27.5mm(例如，约27.25mm)；l9为约31-33mm(例如，
约32mm)；d5为约43-45mm(例如，约44.5mm)；并且d6为约20-21mm(例如，约20.53mm)。
图3-5示出了配置为支撑系统12的操作的基座30的示例性实施例。基座30可一般
为盒状壳体，其通过铸造工艺(例如，高压铝压铸工艺)形成以具有侧壁85、端壁87、底部89
以及位于底部89相反侧的顶部90。底部89可配置为接合汽缸盖18，而顶部90可以与阀盖(未
示出)接合。如果需要的话，密封件91(仅在图1中示出)可以放置在底部89和顶部侧90中的
之一或两者上，以密封基座至汽缸盖和/或基座至阀盖的连接。
两个或多个内支撑件92可整体形成在基座30的相对侧壁85上，并配置为容纳摇臂
轴42的支柱或插入件(为清楚起见从图1中移除)。在公开的实施例中，支撑件92为具有凹槽
或通孔94的凸台，在该槽或孔中装配有支柱或插入件。紧固件(未示出)然后可以通过支柱
或插入件螺纹接合到汽缸盖18下，从而将摇臂轴42(以及系统12)连接至汽缸盖18。设想如
果需要的话，可拆卸的磨损衬套或衬里可先被放置在通孔94中。多个额外的通孔96(例如，
四通孔96)可以在基座30周围(例如，在其拐角处)形成，并通过额外的螺纹紧固件(未示出)
将基座30连接至汽缸盖18。
喷射器弹簧垫(“垫”)98可形成在最接近支撑件92的端壁87处(即，在与支撑件92
相同的基座30的一半距离的端壁87处)，并配置为向喷射器弹簧54提供反应支撑(参照图
1)。垫98一般位于支撑件92之间的中心，并从端壁87向基座30的中心突出一定距离。垫98一
般为盘状，向顶部90倾斜(例如，约9-10°)，并包括通孔100，该孔为喷射器推杆50提供空隙
(参照图1)。通孔100可具有直径d7。凹槽102可以被加工成垫98的上表面，以向弹簧54提供
座部。凹槽102可具有外直径d8。在一个实施例中，d7为约24-26mm(例如，约25mm)，并且d8为
约40-41mm(例如，约40.7mm)。
位于垫98的侧面(即，在垫98和侧壁85之间)的基座30内的区域可以保持打开状态
以容纳阀推杆36。在具有间隙调节器58的实施例中，这些区域可能比其他不具有间隙调节
器58的实施例中的区域需要更多的空间。为了适应这两个实施例，在这些区域的垫98的侧
面可以向内弯曲。也就是说，垫98的侧面一般为凹形以保持围绕间隙调节器58的空隙，并且
凹槽102可以在这些凹形侧处截断。在垫98的凹形区域围绕间隙调节器58的空隙可具有半
径r1，使得垫98的凹形侧具有宽度w1。在一个实施例中，r1为约18-20mm(例如，约19mm)，并且
w1为约7-8mm(例如，约7.5mm)。
因为垫98在其侧面可以是凹形的，所以垫98的强度可能降低。在某些情况下，这种
降低可能导致由喷射器弹簧54引起的垫98的超负荷。为了提供所需的反应支撑和刚度，从
侧壁85延伸到垫98的一个或多个肋部104可以在基座30上一体成型。如图4所示的实施例，
两个肋部104对称地放置于基座30内部。肋部104可以从支撑件92的内侧朝向垫98延伸，使
得肋部104一起形成大体的V形。在公开的实施例中，位于肋部104之间的内角γ为约110-
115°(例如，约112°)。
如图5所示，肋部104可以在支撑件92处最厚，并且沿其长度至衬垫98逐渐变细。具
体地，肋部104的底部表面可为基本平的并且与底部88和基座30的顶部90平行，而肋部104
的顶部表面从顶部90向垫98可以是向下的角度。在一个实施例中，肋部104的厚度t沿肋部
104的长度减少约50-60％。
为了保证垫98的足够强度，在制造垫98之后，可以在基座30上进行一个或多个处
理。例如，可在垫98与肋部104的交叉点和/或在垫98和壁87的交叉点进行喷丸处理。在所公
开的实施例中，喷丸处理可以包括使用S230铸丸，其强度为约0.25-0.36mm。这个处理可导
致在这些区域约110N的残余应力。
当系统12与电致动的喷射器一起使用时，线束106可能需要被排线到喷射器。在一
个实施例中，这个路线可以穿过一个或两个肋部104。例如，一个或两个肋部104可以包括位
于底部表面内的凹槽108。线束106可以位于凹槽108内，并且固定机构(未示出)可以放置在
线束106上以将线束106保持在凹槽108的内部。
在一些实施例中，可能需要固定的附加装置以相对于基座30适当地定位线束106。
在这些实施例中，标签110可以从垫98向基座30的中心凸出；通孔112可在标签110内形成；
以及固定元件(例如，点火树-未示出)可以放置(卡扣配合或螺纹)于通孔112中。固定元件
可以环绕线束106来将线束106定位抵靠着标签110。穿过标签110并通过凹槽108后，线束可
以在侧壁85处的底部89形成的凹槽(未示出)内运行基座30的长度。
工业实用性
所公开的阀致动系统可应用于内燃机。特别地，所公开的阀致动系统可被用于提
升发动机的一个或多个气体交换阀，同时保持发动机运行期间所希望的阀空隙。所公开的
摇杆基座可以为阀致动系统的不同组件提供空隙，同时仍保持必要的强度和刚度。
与所公开的阀致动系统相关联的有几个优点。特别是，必须为与所公开的阀致动
系统结合使用的每个类型的发动机设计、提供和分布的不同部件的数量可能较低，这可以
降低系统的成本。另外，保持跟踪和维持所公开的系统可以是简单的。因此，资源可以在追
求新的或改进的设计中被释放以供使用。
对于本领域技术人员可以对本发明的阀驱动系统进行各种修改和变化而不偏离
本发明的范围将是显而易见的。对于本领域的技术人员在考虑在此所公开的实施例的说明
和实践方面，其他实施例将是显而易见的。意图是本说明书和实施例意被认为仅是示例性
的，本发明的真实保护范围由权利要求书所指示。