專利名稱：用于活塞式發(fā)動機中的氣體交換的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前述部分所述的用于活塞式發(fā)動機中的氣體交換的控制裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的壓縮點火活塞式發(fā)動機通常設(shè)置有增壓器(通常是渦輪增壓器)。渦輪增壓器裝置是特別有利的，因為它利用了發(fā)動機的廢氣的能量。因此，可以增大發(fā)動機的輸出和效率。然而，實際上，渦輪增壓器在發(fā)動機的低負(fù)荷運轉(zhuǎn)條件下趨于效率低下，這樣的渦輪增壓器的壓縮機借助于廢氣透平來操作。渦輪增壓器的運轉(zhuǎn)受相關(guān)聯(lián)的壓縮機和渦輪機的特性和適應(yīng)性的影響。在壓縮機中使用高壓力比(即，在發(fā)動機的進(jìn)氣系統(tǒng)中使用大體上高的增壓壓力)是有益的。渦輪增壓器的壓縮機部分的運轉(zhuǎn)一方面受到與壓縮機的最大流量對應(yīng)的極限值限制，并且另一方面受到所謂的喘振邊界限制。壓縮機的喘振對發(fā)動機的運轉(zhuǎn)是有害的，這是因為只要壓縮機一喘振，供給到發(fā)動機的燃燒空氣的壓力和流量就將減小。涉及渦輪增壓活塞式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的重要問題是閥正時。作為在閥正時中用于完成改變的裝置的實例可以參考文獻(xiàn)W09830787A1。該已知的用于控制內(nèi)燃機上的閥的裝置可以延遲發(fā)動機的閥的開啟并且可以較早地閉合閥，以使閥的開啟時間縮短。根據(jù)該文獻(xiàn)， 這可以用于進(jìn)氣閥和排氣閥這兩者，但是該文獻(xiàn)并未公開這種裝置的具體應(yīng)用。另一方面，W02008/000899A1示出了一種用于調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的氣體交換閥的關(guān)閉時刻的裝置，以使得可以在關(guān)閉閥時提供延遲，從而與發(fā)動機的不同負(fù)荷情況(尤其是低負(fù)荷情況)保持一致，由此，汽缸不會具有足夠的空氣而在壓縮沖程期間進(jìn)行自點火。在發(fā)動機起動期間以及在負(fù)荷變化期間，這對于由高壓增壓的發(fā)動機(例如，兩級渦輪增壓發(fā)動機)來說尤其如此。在這種發(fā)動機中，利用了較高壓力與較銳利或較短的凸輪鼻部形式的組合，從而分別導(dǎo)致在較短的時間內(nèi)發(fā)生增壓動作。因此，在發(fā)動機的正常負(fù)荷下，進(jìn)氣閥的開啟時間對于這種特別情況不夠長，因此延遲功能應(yīng)被選擇地利用。在上述種類的渦輪增壓四沖程內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)中與低負(fù)荷情形有關(guān)的另一個問題是如下事實，即，閥以及與該閥有關(guān)的部件可能會由于汽缸的無效掃氣而過熱。本發(fā)明的目的是提供這樣一種用于活塞式發(fā)動機中的氣體交換的控制裝置，這種控制裝置能解決上述問題和現(xiàn)有技術(shù)的其它問題。本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種簡單且可靠的解決方案，這種方案能根據(jù)需要來改進(jìn)活塞式發(fā)動機的汽缸的氣體交換，以便更好地符合不同的負(fù)荷情況，并且分別根據(jù)發(fā)動機的確切類型和情況來改進(jìn)發(fā)動機的效率和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的可以大體上由如權(quán)利要求1并且更具體地由其它權(quán)利要求中所公開的內(nèi)容實現(xiàn)。
本發(fā)明的基本思路是為根據(jù)需要而使用的汽缸提供更有效的掃氣。根據(jù)本發(fā)明， 控制裝置包括用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的閥開啟正時的調(diào)節(jié)機構(gòu)，并且所述調(diào)節(jié)機構(gòu)布置成與包括在所述控制裝置中的活塞裝置相協(xié)作。借助于這種改進(jìn)的掃氣，能夠避免滿載情況下的喘振。另一方面，在低負(fù)載情況下，本發(fā)明實現(xiàn)了對所述閥和與其相關(guān)的部件的更有效的冷卻。用于進(jìn)行調(diào)節(jié)的所述調(diào)節(jié)機構(gòu)布置成使所述進(jìn)氣閥的開啟時刻提前，而所述進(jìn)氣閥的開度的峰值相位至少保持大體上不變。因此，為了改進(jìn)掃氣，可以僅使所述進(jìn)氣閥的開啟的開始時刻提前，但在其他方面，所述進(jìn)氣閥可以正常開啟。因此，可以獨立于掃氣而按需要來使用用于閥關(guān)閉的可能的延遲功能。在實際的實施方式中，凸輪裝置設(shè)置有不對稱設(shè)計的鼻部，以使得該鼻部具有沿旋轉(zhuǎn)方向從所述鼻部的頂點沿著凸輪裝置的凸輪輪廓延伸一距離的第一部分，該第一部分顯著長于相應(yīng)地從所述頂點沿相反方向延伸的第二部分。于是，所述鼻部的第一部分的起始部分可以有利地布置成確定進(jìn)氣閥的閥開啟的提前正時。此外，引導(dǎo)構(gòu)件設(shè)置有輔助活塞，該輔助活塞以可移動的方式布置在所述引導(dǎo)構(gòu)件和所述活塞裝置之間，并且所述輔助活塞和所述引導(dǎo)構(gòu)件一起限定室，該室能被選擇性地填充液壓介質(zhì)以在每種情況下確定所述進(jìn)氣閥的閥開啟正時。因此，可以按需要選擇提前正時功能，而且還可以關(guān)閉該提前正時功能。為了利用所述室，主體部分設(shè)置有進(jìn)入管和排出管，這些進(jìn)入管和排出管沿著所述引導(dǎo)構(gòu)件的運動方向間隔開，并且布置成經(jīng)由布置在引導(dǎo)構(gòu)件中的另一個流管依次和所述室連通。取決于所述進(jìn)氣閥的閥開啟的所選定的正時，當(dāng)所述進(jìn)氣閥處于閉合位置時，所述輔助活塞與所述活塞裝置或所述引導(dǎo)構(gòu)件間隔開一點。為了選定所述進(jìn)氣閥的所述閥開啟的提前正時，所述室在所述進(jìn)氣閥的閉合時間段內(nèi)填充有液壓介質(zhì)。在這種情況下，所述輔助活塞和所述引導(dǎo)構(gòu)件之間將存在間隙，以確定提前正時和增加的掃氣，直到所述室中的壓力被釋放，并且沿所述凸輪輪廓而行的閥提升裝置由所述鼻部的所述頂點限定。包括所述進(jìn)入管和所述流管的進(jìn)給管線可以設(shè)置有單向閥，以便確保所述室中保持足夠的壓力，并為所述提前正時功能提供進(jìn)一步的變化。所述活塞裝置的相對于所述引導(dǎo)構(gòu)件的遠(yuǎn)端部被設(shè)計成使得，該遠(yuǎn)端部和所述主體部一起限定液壓介質(zhì)室，該液壓介質(zhì)室能獨立于用于調(diào)節(jié)所述進(jìn)氣閥的閥開啟正時的所述調(diào)節(jié)機構(gòu)而被選擇性地填充以控制所述進(jìn)氣閥的閉合。因此，如上所述，可以獨立于掃氣而按需要來提供和利用用于閥閉合的延遲功能。


下文中，將參照示意性的附圖僅通過實施例來描述本發(fā)明，附圖中圖1示出了活塞式發(fā)動機以及該活塞式發(fā)動機的閥機構(gòu)的概略圖；圖2至圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的實施方式，在這些圖中，控制裝置處于實現(xiàn)進(jìn)氣閥的閥開啟正時提前的模式中的不同連續(xù)運轉(zhuǎn)階段；圖加至圖6a示出了相應(yīng)于圖2至圖6的放大圖；圖7至圖9示出了圖2至圖6的實施方式，在這些圖中，所述實施方式處于另一種不涉及進(jìn)氣閥的閥開啟正時提前的模式中的不同連續(xù)運轉(zhuǎn)階段；以及圖10示出了根據(jù)本發(fā)明進(jìn)氣閥和排氣閥的相對開啟曲線。
具體實施例方式圖1示出了活塞式發(fā)動機1的示意圖，該圖與本發(fā)明的理解有關(guān)?；钊桨l(fā)動機 1中的汽缸(未示出)的氣體交換在位于汽缸蓋2上的氣體交換閥(即，進(jìn)氣閥和排氣閥) 的控制下進(jìn)行。僅示出了進(jìn)氣閥3，并且這些進(jìn)氣閥借助于閥機構(gòu)6來操作，而閥機構(gòu)通常由布置在發(fā)動機的凸輪軸4上的凸輪裝置5的凸輪輪廓5’引導(dǎo)。每個閥機構(gòu)6和對應(yīng)的凸輪裝置5之間的力傳遞連接由控制裝置7實現(xiàn)。圖2至圖6以及與其相關(guān)的圖加至圖6a的放大圖中更詳細(xì)地示出了控制裝置7。 該控制裝置7包括主體部8，該主體部通常附接至發(fā)動機機體。主體部8內(nèi)以可移動的方式布置有活塞裝置9?；钊b置9的上端布置成與閥機構(gòu)6 (未示出近視圖)力傳遞連接。 該連接可以是機械的或液壓的。活塞裝置9的運動由引導(dǎo)構(gòu)件10控制，引導(dǎo)構(gòu)件布置在主體部8內(nèi)的活塞裝置9的下端。引導(dǎo)構(gòu)件10與彈簧11接合，并且由引導(dǎo)構(gòu)件彈簧11朝向輥子12推動，該輥子接收來自凸輪裝置5的凸輪輪廓5’的引導(dǎo)。因此，當(dāng)凸輪軸4旋轉(zhuǎn)時 (在圖2至圖6中沿逆時針方向旋轉(zhuǎn))，輥子12沿凸輪裝置5的凸輪輪廓5’而行，并且凸輪輪廓5’的變化被傳遞，從而能影響進(jìn)氣閥3的開啟和閉合。引導(dǎo)構(gòu)件10設(shè)置有輔助活塞13，該輔助活塞以可移動的方式裝配在引導(dǎo)構(gòu)件內(nèi)并且和該引導(dǎo)構(gòu)件10 —起限定室14， 液壓介質(zhì)可被選擇性地供給到所述室內(nèi)以實現(xiàn)進(jìn)氣閥3的開啟時刻的提前。主體部8設(shè)置有進(jìn)入管15和排出管17，這些進(jìn)入管和排出管沿著引導(dǎo)構(gòu)件10的運動方向間隔開，并且布置成經(jīng)由布置在引導(dǎo)構(gòu)件10中的流管16依次與室14連通。進(jìn)給管線設(shè)有泵送裝置18、斷流閥19以及可選的單向閥20。借助于斷流閥19，通向室14的進(jìn)給管線可被連接或斷開， 這取決于目的是否是使用進(jìn)氣閥3的開啟的提前正時功能。凸輪輪廓5 ’包括鼻部5 ”，該鼻部從基圓向上延伸并且布置成使活塞裝置9在圖中向上移動以實現(xiàn)進(jìn)氣閥3的開啟。根據(jù)本發(fā)明，鼻部5”是不對稱設(shè)計，以使得該鼻部具有沿旋轉(zhuǎn)方向從鼻部的頂點沿著凸輪裝置的凸輪輪廓5’延伸一距離的第一部分5”a，該第一部分顯著長于相應(yīng)地從鼻部5”的頂點沿相反方向延伸的第二部分5”b。鼻部5”的設(shè)計的效果以及控制裝置的操作將在下文中說明。圖2示出了處于這樣一種狀態(tài)下的控制裝置，在這種狀態(tài)下，與控制裝置相關(guān)的進(jìn)氣閥3剛被閉合，輥子12不再受凸輪的鼻部5”并且特別是該鼻部的部分5”b的影響。 為了利用提前正時功能，液壓介質(zhì)，優(yōu)選來自發(fā)動機的某些系統(tǒng)的油，被通過管15和16進(jìn)給到室14中。在該位置，管16和室14之間的連接僅由小間隙1 確定，該小間隙是室14 的一部分并且能在圖加中更清楚地看見。盡管如此，當(dāng)凸輪裝置5進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)到圖3的位置時，所述室被充滿液壓油，從而導(dǎo)致輔助活塞13在圖中向上移動，由此，輔助活塞的底面與引導(dǎo)構(gòu)件10脫離接合，并且該輔助活塞的頂面接合活塞裝置9的下端。因此，當(dāng)輥子12 進(jìn)一步運動時，在鼻部的部分5”b的位置，輥子導(dǎo)致輔助活塞13和活塞裝置9向上移動。 于是，活塞裝置9的位置高于正常情況(即，當(dāng)提前正時功能未被利用時)，并且這種差異由輔助活塞13的底面和引導(dǎo)構(gòu)件10之間的間隙確定。如從圖4可見，在管15和16之間的連通被關(guān)閉之前，一些液壓油被推回到進(jìn)給管線，由此，輔助活塞13的底面和引導(dǎo)構(gòu)件10之間的間隙將略微減小。這與當(dāng)不存在所設(shè)置的單向閥20時的情況有關(guān)。單向閥20的作用是防止液壓油被推回到進(jìn)給管線中，由此，輔助活塞13的底面和引導(dǎo)構(gòu)件10之間的間隙將較大，并且所導(dǎo)致的進(jìn)氣閥3的提升將較大， 相應(yīng)地，該提升發(fā)生得也較早。結(jié)果，汽缸的掃氣也將更有效。在圖5的情況下，管16被移至管17的位置，由此，建立了室14和管17之間的連通，從而釋放了室14中的壓力。此后，提升運動以正常方式進(jìn)行，并且進(jìn)氣閥3的閉合在已經(jīng)到達(dá)鼻部5”的頂點(參見圖6)之后發(fā)生，并且將進(jìn)一步由鼻部5”的第二部分5”b確定。雖然情況是這樣，但如果需要，還可以獨立于進(jìn)氣閥的閥開啟的提前正時來影響進(jìn)氣閥的閉合。這可有利地借助于活塞裝置9來實施。為此目的，可以通過為由活塞裝置9和主體部8 —起限定的室21設(shè)置進(jìn)入管和排出管(僅在圖2中由虛線示意地示出)這樣的已知方式，將所述室21用作壓力室。以引用方式并入本文的參考文獻(xiàn)W02008/000899A1描述了實施這種裝置的一些替代方法。如可從上面對圖2至圖5的描述理解的，與引導(dǎo)構(gòu)件10的提升運動有關(guān)的管15 和17的位置將影響進(jìn)氣閥3的閥開啟正時。因此，這些位置應(yīng)被選擇成使得能夠獲得期望的正時。如上所述，實現(xiàn)進(jìn)氣閥3的閥開啟正時提前的模式可以例如借助于斷流閥19來關(guān)閉，由此，將沒有液壓油被進(jìn)給到室14。這種循環(huán)將借助于圖7至圖9來進(jìn)行說明。如從圖 7可見，在該情況下，輔助活塞13和活塞裝置9的端部之間存在間隙。因此，當(dāng)輥子12移至鼻部5”的部分5”a的位置時，引導(dǎo)構(gòu)件10向上移動并且關(guān)閉第一所述間隙?；钊b置 9的向上移動僅在此后開始進(jìn)行。因此，應(yīng)當(dāng)理解，活塞裝置9的向上移動的這種延遲表示了兩種模式(即，是否利用提前正時功能)之間的差別。圖中的實施方式的操作以及其對發(fā)動機的進(jìn)氣閥的開啟和閉合的影響和其對汽缸的掃氣的影響在圖10中示出，該圖10示出了作為發(fā)動機的曲柄角的函數(shù)的排氣閥和進(jìn)氣閥這兩者的相對開啟曲線。在圖10中，曲線A和A’表示不同模式下的進(jìn)氣閥運動，其中， 曲線A表示正常模式，并且曲線A’表示進(jìn)氣閥的閥開啟的提前正時。曲線B表示排氣閥運動，并且曲線C表示關(guān)于與所述進(jìn)氣閥相關(guān)聯(lián)的汽缸的發(fā)動機活塞運動。另外，線D表示發(fā)動機活塞的上死點。如可見的，提前正時功能提供了進(jìn)氣閥和排氣閥的共同開啟時間的更大范圍的重疊，這由曲線A和A’之間的面積示出。這意味著汽缸的更有效的掃氣。本發(fā)明不限于上述實施方式，而是可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)以多種其他不同的方式實施。
權(quán)利要求
1.一種用于活塞式發(fā)動機中的氣體交換的控制裝置，該控制裝置適于位于所述發(fā)動機 (1)的凸輪軸⑷的凸輪裝置(5)和進(jìn)氣閥機構(gòu)(6)之間，該進(jìn)氣閥機構(gòu)布置成開啟和閉合與所述發(fā)動機的汽缸相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣閥(3)，所述控制裝置(7)包括主體部(8)，在該主體部中，活塞裝置(9)以可移動的方式布置成與所述凸輪裝置( 和所述閥機構(gòu)(6)形成力傳遞連接；以及引導(dǎo)構(gòu)件(10)，該引導(dǎo)構(gòu)件布置在所述主體部(8)中，位于所述凸輪裝置(5) 和所述活塞裝置(9)之間，從而能夠響應(yīng)于凸輪裝置(5)的運動而運動，所述控制裝置包括用于調(diào)節(jié)所述進(jìn)氣閥的閥開啟正時的調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述控制裝置的特征在于，所述調(diào)節(jié)機構(gòu)布置成與所述活塞裝置(9)協(xié)作，以便使所述進(jìn)氣閥C3)的開啟時刻提前，而所述進(jìn)氣閥的開度的峰值相位至少保持大體上不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述凸輪裝置( 設(shè)置有不對稱設(shè)計的鼻部(5”)，以使得該鼻部具有沿旋轉(zhuǎn)方向從所述鼻部的頂點沿著所述凸輪裝置(5)的凸輪輪廓(5，)延伸一距離的第一部分(5”a)，該第一部分顯著長于相應(yīng)地從所述頂點沿相反方向延伸的第二部分(5”b)，所述鼻部(5”)的所述第一部分(5”a)的起始部分布置成確定所述進(jìn)氣閥(3)的閥開啟的提前正時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，所述引導(dǎo)構(gòu)件(10)設(shè)置有輔助活塞(13)，該輔助活塞以可移動的方式布置在所述引導(dǎo)構(gòu)件(10)和所述活塞裝置(9)之間，并且所述輔助活塞和所述引導(dǎo)構(gòu)件(10) —起限定室(14)，該室能被選擇性地填充液壓介質(zhì)，以在每種情況下確定所述進(jìn)氣閥(3)的閥開啟正時。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述主體部(8)設(shè)置有進(jìn)入管(15) 和排出管(17)，所述進(jìn)入管和所述排出管沿著所述引導(dǎo)構(gòu)件(10)的運動方向間隔開，并且布置成經(jīng)由布置在所述引導(dǎo)構(gòu)件(10)中的流管(16)依次與所述室(14)連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的控制裝置，其特征在于，取決于所述進(jìn)氣閥(3)的選定的閥開啟正時，當(dāng)所述進(jìn)氣閥(3)處于閉合位置時，所述輔助活塞(13)與所述活塞裝置(9) 或所述引導(dǎo)構(gòu)件(10)間隔開一點。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的控制裝置，其特征在于，為了選定所述進(jìn)氣閥 (3)的閥開啟的提前正時，所述室(14)在所述進(jìn)氣閥(3)的閉合時間段內(nèi)被填充液壓介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于，包括所述進(jìn)入管(1 和所述流管 (16)的進(jìn)給管線設(shè)置有單向閥00)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的控制裝置，其特征在于，所述活塞裝置(9)的相對于所述引導(dǎo)構(gòu)件(10)的遠(yuǎn)端部設(shè)計成使得，該遠(yuǎn)端部和所述主體部(8) —起限定液壓介質(zhì)室(21)，該液壓介質(zhì)室能獨立于用于調(diào)節(jié)所述進(jìn)氣閥的閥開啟正時的所述調(diào)節(jié)機構(gòu)而被選擇性地填充以控制所述進(jìn)氣閥(3)的閉合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于活塞式發(fā)動機中的氣體交換的控制裝置，該控制裝置適于位于所述發(fā)動機(1)的凸輪軸(4)的凸輪裝置(5)和進(jìn)氣閥機構(gòu)(6)之間，該進(jìn)氣閥機構(gòu)布置成開啟和閉合與所述發(fā)動機的汽缸相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣閥(3)，所述控制裝置(7)包括主體部(8)，在該主體部中，活塞裝置(9)以可移動的方式布置成與所述凸輪裝置(5)和所述閥機構(gòu)(6)形成力傳遞連接；以及引導(dǎo)構(gòu)件(10)，該引導(dǎo)構(gòu)件布置在所述主體部(8)中，位于所述凸輪裝置(5)和所述活塞裝置(9)之間，從而能夠響應(yīng)于凸輪裝置(5)的運動而運動。所述控制裝置包括用于調(diào)節(jié)所述進(jìn)氣閥的閥開啟正時的調(diào)節(jié)機構(gòu)。所述調(diào)節(jié)機構(gòu)與所述活塞裝置(9)相協(xié)作。
文檔編號F01L9/02GK102459829SQ201080026927
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者馬格努斯·松德斯滕 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司