CN101779017A - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)，尤其是一种用于汽车的内燃机，包括至少一个限定了一个燃烧室(4)的气缸(3)，在所述气缸(3)中一个活塞(5)能相对于冲程校准。每个气缸(3)包括至少一个用于新鲜混合气的进气口(6)。每个进气口(6)与一个进气门(7)相联系，所述进气门(7)与一个相关气门座(8)共同作用以便控制所述进气口(6)。至少一个这样的进气口(6)具备一个导向罩(9)，所述导向罩(9)在与燃烧室(4)相对的一侧上、沿着一个限定圆周载面，横向地包裹所述气门座(8)。每个进气口(6)与一个进气通道(10)相联系。为了改善所述内燃机(1)的操作，至少一个通向一个被屏蔽的进气口(6)的、进气通道(10)，与一个用于控制所述进气通道(10)的一个辅助气门(11)相联系。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机，尤其是一种用于汽车的内燃机，具有权利要求1前序部分的特征。此外，本发明还涉及一种属于其的操作方法。
背景技术
美国文件4,974,566公开了一种内燃机，具有至少一个限制了一个燃烧室的气缸，并且在其中有一个可根据冲程调节的活塞。每个气缸具有一个用于新鲜混合气的进气口，所述进气口与一个进气门相联系，所述进气门与其外的气门座共同作用以便控制所述进气口。一个导向罩设置在所述进气口附近，所述导向罩在与燃烧室相对的一侧上、沿着一个限定圆周载面，横向地包裹所述气门座。此外，所述进气口与一个用于供给新鲜混合气的进气通道相联通。
通过这种导向罩，在小气门行程中能产生进入所述燃烧室的新鲜混合气的一个引导进气，在其中所述进气门不会从所述气门座上升到所述导向罩的上面。在如此小的气门行程中，由于所述导向罩，因此不可能有一个沿着所述进气门圆周的全流量，而是仅仅在所述导向罩剩下的区域内。在较大气门行程中，所述进气门从所述气门座升高到所述导向罩的上面，能从所述进气门的各个方向流过，尤其是导致一个减弱的进气阻力。
此外，所述已知的内燃机包括一个调节阀传动机构，作为负荷的函数，以使针对不同最大行程而控制所述进气门成为可能。对于一个较小负荷，所述进气门的极限冲程被限制在所述导向罩的高度之内，如此，对于一个较小负荷能形成一个改善的混合气。对于一个较大负荷，所述气门传动机构实现了一个相对较大的、超过了所述导向罩高度的最大行程。能使进气门的极限冲程改变的可调节的气门传动机构，只有在巨大的费用下才能实现。
例如，在美国文件5,950,582中，揭露了一个具有屏蔽进气门的辅助内燃机。
发明内容
本发明阐明了，提供一个用于所述类型内燃机的或用于一个联合运算方法的，改进实施例的问题，所述的实施例的特征尤其在于能够可比较地、较经济的实现。
通过所述独立权利要求的内容，这些问题根据本发明解决了。优选实施例是从属权利要求的内容。
本发明是以联合辅助气门的一般概念为基础的，所述联合辅助气门具有通向被屏蔽的进气口的进气通道，每个所述的辅助气门被用于开启或阻断所述进气通道。通过阻断所述进气通道，即使其外的所述进气门被打开，也能防止所述新鲜混合气进入所述燃烧室。利用这样的辅助气门，新鲜混合气对所述燃烧室的填充，能相对于进口的持续时间和阶段而改变，完全不需要可调节的气门传动机构。这种辅助气门尤其在于，比具有所述进气门可调最大行程的、可调气门传动机构，更经济地实现。
所述内燃机以此种方式建造能够更好地以这样一种方式运转，以使在所述内燃机的开关操作状态期间，所述状态其特征在于所述内燃机的负荷小于一个预先确定的最大负荷和/或所述内燃机的转速小于一个预先确定的最大转速，只要与各自的被屏蔽的进气口相联系的所述进气门的冲程大于一个预先决定的开关冲程时，所述辅助气门阻断所述各自的进气通道。更可取地，所述的开关操作状态包括小的和中间的负荷以及小的和中间的转速。所述转换开关冲程能方便地由所述导向罩的高度限定。然后，所述导向罩能导致在所述开关冲程之下的、围绕所述进气门的、环绕地、限制的流动。在超过的气门行程中，存在沿圆周方向的、围绕所述进气门的全流量。尤其是，这些意味着直到所述开关冲程，所述导向罩是起作用的，并且本质上，在超出所述进气门的冲程时被停用。在每个所述辅助气门的这样一个驱动中，具有新鲜混合气的所述燃烧室的填充，被限制在所述进气门的开启运动的开头或被限制在直到所述进气门的闭合运动的末端的一个延迟进气期间。在所述各自的期间，由于其后起作用的导向罩，在所述燃烧室中的定向进气能够实现，并且被用于改进操作行为。
在一个优选的改进结构中，在一个转换负荷小于极限负荷和/或一个转换转速小于极限转速的所述转换操作的状态里面，二个不同的局部的区域现在可以实现。所述低局部区域，其中所述负荷小于所述转换负荷和/或所述转速小于所述转换转速，在所述早期的进气期间，新鲜混合气的供应被单独地影响，通过此能实现一个早期的进气闭合。相比之下，在所述转换操作的状态的高局部的区域，所述转速在所述转换转速和极限转速之间，和/或所述负荷在所述转换负荷和极限负荷之间，所述延迟进气期间用于为燃烧室充填新鲜混合气，通过此能实现一个延迟的进气开启。通过这些进行方式已经表明，所述内燃机在较小负荷下的污染物的析出和其燃料经济性数据能够改善。
本发明附加的重要特征和好处能够在从属权利要求、附图和附图描述中找到。
显然，上面描述和在下文中描述的特征，不仅能在所述引用的组合中而且能在其他的组合或者独立地使用，而不脱离本发明的保护范围。
本发明的最优方案在附图中显示，并且在下面的描述中被更详细地描述，同样的参考数字涉及同样的或功能上同样的或相似的元件。
附图说明
在图中，
图1到3是在内燃机不同的气门行程中，进气门区域的简化的剖面示意图，
图4和5每个示意图示出一个时间进展图表，其用于阐明，在内燃机不同的操作状态下，进气门行程和附加气门转换位置，
图6和7每个示意图示出一个从活塞方向看的、在不同的实施例中的负载变化气门的气缸内视图。
具体实施方式
与图1到3相对应，一个内燃机1包含一个机体2，所述内燃机1更可取地设置在一个汽车上，所述机体2至少设计有一个气缸3。所述内燃机1可以是一个柴油机或者更可取地是一个汽油机。显然，所述内燃机1通常具有超过一个的气缸3。所述超过一个的气缸3原则上和这里示出的气缸3用同样的方法设计。所述气缸3与一个燃烧室4邻接。一个活塞5通常以行程可调节的方式设置在所述气缸中。而且，所述气缸3具有至少一个进气口6，新鲜混合气通过所述进气口6流入所述燃烧室4。所述进气口6与一个进气门7相联系，所述进气门7与一个气门座8共同作用控制所述进气口6。
如示，一个导向罩9设置在所述进气口6内。所述导向罩在与所述燃烧室4相对的一端上，沿着一个被限制的圆周载面横向地包裹所述气门座8，例如，所述被限制的圆周载面的跨度大约为120°到180°。一个进气通道10设置在各自的进气口6上，以便供给所述的进气口新鲜混合气。
根据本发明，一个辅助气门11现在设置在所述进气通道10中，导致被屏蔽的进气口6，由于具有所述附加气门，所述进气通道10可以被控制，就是说可以被打开或者阻断。为驱动所述辅助气门11而设一个阀门控制机构12，所述阀门控制机构12在此仅象征性地表示。所述阀门控制机构12与一个这里未示出的所述辅助气门11的驱动传动机构联系，以便至少在一个如图2所示的开启位置和一个如图3所示的闭合位置之间，改变设置在所述进气通道10中的气门构件13。图1所示是所述气门构件13的一个可能的中性位置或者中间位置。
所述辅助气门11可以是一个快速开关阀，尤其是在所述闭合位置和所述开启位置之间，所述快速开关阀可以在毫秒范围内开关，尤其是，一个比所述进气门7更迅速地启闭的快速开关阀。而且所述辅助气门11可以是一个动态地可控气门，如此所述辅助气门11的翻转时间和开关速度可与内燃机1的电流操作状态适应，所述电流操作状态由负荷和转速限定。另外或者换句话说，所述辅助气门11可以设计成一个间断操作阀或者一个连续操作阀。在一个间断操作阀情况下，所述气门构件13，例如一个蝶式止回阀可以在所述开启位置和所述闭合位置之间转换，其特征在于所述气门构件13保持在各自的转换位置直到下一个转换过程。此外，在一个接一个的转换过程之间的运动方向可以各自地彼此对着引导。在一个连续操作阀中，所述气门构件13在永久地运转着，并且经过所述两个转换状态。如此，可以实现所述的断开时间设计和闭合时间设计。例如，作为一个气门构件13，一个连续操作阀可以具有一个回转滑阀或者一个瓣阀，所述瓣阀在同样的运动方向上连续地旋转。
图1到图3所示的是具有基准标记14的所述导向罩9的高度。该高度14相当于，所述导向罩9沿着所述进气门7的冲程的方向，从所述气门座8的下端到所述燃烧室4的长度。所述导向罩9的所述高度14可以方便地用于定义一个所述进气门7的开关冲程15。例如，所述开关冲程15可以被选为与所述高度14一样大。为了简化起见，在所示实例中，所述开关冲程15被添上一个和所述导向罩9的高度14一致的水平线。理论上，无论如何，所述开关冲程14可以具有比所述高度14较小的尺寸，或者也可以具有更大的尺寸，以致在所述开关冲程15面前，所述罩9不完全起作用或者刚好停止起作用。
在图1里，所述进气门7关闭，因此在图1里所述进气门冲程具有零值。在图2里，所述进气门7具有一个小冲程16，也就是说小于所述高度14，并且尤其是小于所述的开关冲程15。
具有如此小的气门行程16，所述导向罩9起作用，因此所述进气门7只有在其圆周外的一个局部的区域，也就是说不被所述导向罩9屏蔽的区域里可以被流过，这些用一个带实线的箭头表示。相比之下，图3示出一个状态，所述进气门7具有一个大的气门行程17，也就是说比所述开关冲程15大，因此所述进气门7伸出所述导向罩9到所述燃烧室4里。从而所述导向罩9停止起作用，因此所述进气门7周围，即在所述导向机构9周围区域的一个气流可以被调节。该周围气流在图3里用一个带虚线的箭头指示。在图3示所示的状态下，没有发生所述进气门7被气流从四面八方流过的情形，因为在这里，所述辅助气门11阻断了所述进气通道10。
所述内燃机1可以更好地按如下操作：
通过一个预先确定的最大负荷和/或一个预先确定最大转速，就定义了一个适用于所述内燃机1的开关操作范围。在所述开关操作范围内，所述负荷小于所述最大负荷，和/或所述转速小于所述最大转速。在所述开关操作范围内，进入所述燃烧室之内的新鲜混合气的引导进气是通过所述导向罩9实现的。为了该目的，通过所述阀门控制机构12用这样的方式驱动所述辅助气门11，以致只要所述对应进气门7的冲程比所述开关冲程15大，所述辅助气门11就阻断所述进气通道10。相对地，在图3所示的状态中，所述辅助气门11在它的阻断位置内不重合。一个进入所述燃烧室4内的新鲜混合气进气不出现。如此一个进入所述燃烧室4之内的新鲜混合气进气，只有在所述进气门7的冲程小于所述开关冲程15的情况下才能发生。
在每个进气时间设计中，所述各自的进气门7具有二个冲程小于所述开关冲程15的区域，在其中所述进气冲程从零初值增加，并且在接近所述进气门7的闭合运动末端时它的冲程再一次接近零值。如此，图2所示的状态可以在所述进气时间设计的早期部分时间设计以及延迟部分时间设计中都可以出现。
最优方案在图4和5中更详细的阐明。在图4和5中表示了一个作为时间函数的所述进气门7的行程量18和所述曲柄角(横坐标)以及一个所述辅助气门11(弹道高度)的转换状态量19。通过一个及时开启点20和一个及时闭合点21，所述进气门7定义了一个进气期间22。在所述行程量18中，所述开关冲程15用一个虚线记录。
所述辅助气门7具有一个实质上的数字交换状态量19。尺寸“0”表示所述辅助气门11的闭合位置，而尺寸“1”表示所述辅助气门11的开启位置。
图4所示的是所述开关操作范围的一个“低”局部区域，以这样一种方式表现：所述负荷小于一个预先确定的转换负荷和/或所述转速小于一个预先确定的转换转速。这样，所述的转换负荷无论如何小于极限负荷和/或所述转换负荷小于所述的最大转速。通过转换转速和/或转换负荷，在所述开关操作范围期间的低局部范围，从“高”局部范围被限定出。所述高局部范围由，大于所述转换负荷并且小于极限负荷的负荷，和/或由大于所述转换转速并且小于极限转速的转速，来限定。
所述内燃机应该在所述开关操作范围的低局部范围运转，通过所述阀门控制机构12用这样的方式驱动所述辅助气门11，只有当与所述被屏蔽的进气口6联合的所述进气门7的冲程开启时，也就是说，本质上“低于”所述开关冲程15时，所述辅助气门11才阻断所述联合进气通道10。从而，一个相比较小的早期局部期间23被从所述进气时间窗22中剪掉，从而一个早期的进气关闭实现了。对于随后的负荷程序，无论在所述进气门7的闭合时间点21和所述进气门7的下一个开启时间点20之间任何位置，理论上所述辅助气门11可以在任何时间点再一次被置换到开启位置。例如尤其可想像，所述辅助气门11与所述进气门7同时被开启，以便获得一个所述燃烧室4的脉冲般的新鲜混合气填充。
如果，相比之下，所述内燃机1在所述开关操作范围的高局部范围运转，通过所述阀门控制机构12用这样的方式驱动所述辅助气门11，只有在所述联合进气门7闭合时，即本质上“高于”所述开关冲程15时，所述的辅助气门才开启所述进气通道10。根据图5，一个可比较地小的晚的局部期间24被从所述断开时间设计22中剪掉，通过此新的进气口实现了。理论上，无论在所述进气门7的闭合时间点21之后、在所述进气门7的下一个开启时间点20之前的任何位置，所述辅助气门11都可以在任何时间点再一次被闭合。
显然所述开关冲程15还可以被设置以便，在所述屏蔽9变成起作用的之前，在早期进气关闭之上，一个所述进气门7的完全流动已经存在，或者在迟进气开启之上，一个关于所述进气门7的完全的流动能够仍然出现，并且已经吸入的气团直到被撞击在随后的气旋的流动之上。
同样地，不同的开关冲程15能在开启之上和在闭合之上运行。此外，在所述内燃机1的操作状态上对所述开关冲程15的依赖也是可以想象的。
与图6相对应，例如所述气缸3具有二个进气门7和二个排气门25。一个通用进气门10与所述两个进气门7或者所述联合进气口6都相联通，所述的通用进气门具有一个可控制的辅助气门11。在这里，两个所述进气口6都被屏蔽，即装备有一个导向罩9。所述导向罩9被沿着所述气缸壁的方向配置并且沿着所述气缸3的中心的方向被打开，可以实现一个面向所述燃烧室4中心的进气。此外，通用排气通道27与两个所述排气门25或者所述排气口26都相联通。
图7所示是一个实施例，其中所述气缸3同样地与具有二个进气门7的二个进气口6和具有二个排气门25的二个排出口26相联通。无论如何，在该实施例中，只有一个进气口6通过导向罩9被屏蔽。另一个进气口6没有屏蔽。在该实施例中，所述两个进气口6都与分隔开的进气通道10和10’相联系。通向所述屏蔽进气口6的进气通道能被所述辅助气门11控制。另一个通向所述进气口6的进气通道10’，也就是说没有被屏蔽的进气通道同样地与一个辅助气门11’相联系，无论如何，理论上，其与通向所述屏蔽进气口6的进气通道10相联系的所述辅助气门11有不同的结构。与其他的进气通道10’相联通的所述进气门6被同样地设计以致能够使起作用和使停用。在图7所示的实施例中，所述操作方法的变更能达到这样的程度，例如，在所述开关操作范围，通向所述进气门6的、也就是说没有屏蔽的所述进气通道10’，可以通过设置在那里的辅助气门11’或者通过在其闭合位置的联合撤销进气门被永久地用这样的方式阻断，以致经由所述被屏蔽的进气口6的、新鲜混合气的充气单独地发生了。对通向所述被屏蔽进气口6的、所述进气通道10的控制能被影响，尤其是，与上文描述的进行方式相对应。

Claims (13)

1.一种内燃机，尤其是一种用于汽车的内燃机，
-至少具有一个气缸(3)，所述气缸(3)限定了一个燃烧室(4)，并且所述气缸(3)中的一个活塞(5)能根据冲程校准，
-其中每个气缸(3)至少具有一个用于新鲜混合气的进气口(6)，
-其中，每个进气口(6)与一个进气门(7)相联系，所述进气门(7)与一个相关气门座(8)共同作用以便控制所述进气口(6)，
-其中，至少一个所述进气口(6)具备一个导向罩(9)，所述导向罩(9)在与各自的燃烧室(4)相对的一侧上、沿着一个限定圆周载面，横向地包裹所述各自的气门座(8)，
-其中每个进气口(6)与一个进气通道(10)相联通，其特征在于
至少一个通向被屏蔽的进气口(6)的进气通道(10)，与一个用于控制所述进气通道(10)的一个辅助气门(11)相联系。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于为驱动所述各自的辅助气门(11)提供的阀门控制机构(12)，用这样的方式设置以致，它在所述内燃机(1)的预先确定的操作状态下驱动所述辅助气门(11)，作为与所述各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的所述进气门(7)的冲程的函数，以便开启和阻断所述各自的进气通道(10)。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于
所述阀门控制机构机构(12)，用这样的方式设计以致，它作为所述内燃机(1)的电流操作状态的函数驱动所述辅助气门(11)，以便只要与各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的进气门(7)具有一个大于预先确定的开关冲程(15)就阻断所述各自的进气通道(10)。
4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于
所述阀门控制机构(12)，用这样的方式设置以致，它作为内燃机(1)的电流操作状态的函数驱动所述辅助气门(11)，以便只有当与各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的进气门(7)达到所述开关冲程(15)开启之上时才阻断各自的进气通道(10)。
5.根据权利要求3或者4所述的内燃机，其特征在于
所述阀门控制机构(12)，用这样的方式设计以致，作为所述内燃机(1)的电流操作状态的函数，如果与各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的进气门(7)达到所述开关冲程(15)闭合之上时，所述阀门控制机构(12)驱动所述辅助气门(11)以开启所述各自的进气通道(10)。
6.根据权利要求3到5任何一项所述的内燃机，其特征在于
所述开关冲程(15)由所述冲程形成，以致所述各自的进气门(7)必须执行以便从所述导向罩(9)上释放它本身。
7.根据权利要求3到6任何一项所述的内燃机，其特征在于
所述阀门控制机构(12)用这样的方式设置以致，如果所述内燃机(1)在一个负荷低于预先确定的最大负荷和/或转速低于预先确定的最大转速的开关操作状态下，所述阀门控制机构(12)驱动所述辅助气门(11)以开启和阻挡所述各自的进气通道(10)。
8.根据权利要求7所述的内燃机，其特征在于
所述阀门控制机构机构(12)用这样的方式设计以致，在一个负荷小于预先确定的转换负荷和/或转速小于预先确定的转换转速的、所述转换操作状态的一个低局部范围，只有当与所述各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的所述进气门(7)达到所述开关冲程(15)开启之上时，所述阀门控制机构(12)才驱动所述辅助气门(11)以阻挡所述各自的进气通道(10)。
9.根据权利要求7或8所述的内燃机内燃机，其特征在于
所述阀门控制机构机构(12)用这样的方式设计以致，在一个负荷大于预先确定的转换负荷和/或转速大于预先确定的转换转速的、所述转换操作状态的一个高局部范围，只有当与所述各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的所述进气门(7)达到所述开关冲程(15)闭合之上时，所述阀门控制机构(12)才驱动所述辅助气门(11)开启所述各自的进气通道(10)。
10.根据权利要求1到9任何项所述的内燃机，其特征在于
-每一气缸(3)至少设置二个进风口(6)，所述的进风口与进气通道(10，10’)联系，所述进气通道(10，10’)彼此分离，
-这些进气口(6)中只有一个具备这种导向罩(9)，
-两个所述进气通道(10，10’)中的每个都与一个辅助气门(11，11’)相连通。
11.根据权利要求1到10任何一项所述的一种控制内燃机(1)的方法，其特征在于包括所述内燃机的一个开关操作范围，其中所述内燃机(1)的负荷小于一个预先确定的最大负荷和/或所述内燃机(1)的转速小于一个预先确定的最大转速，只要与所述各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的所述进气门(7)的冲程大于一个预先决定的开关冲程(15)，所述各自的辅助气门(11)就阻断所述各自的进气通道(10)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于
在一个负荷小于预先确定的转换负荷和/或转速小于预先确定的转换转速的、所述转换操作状态的一个低局部范围，只有当与所述各自的被屏蔽的进气口(6)相联通的所述进气门(7)达到所述开关冲程(15)开启冲程之上时，它才驱动所述辅助气门(11)首先阻挡所述各自的进气通道(10)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于
在一个负荷大于预先确定的转换负荷和/或转速大于预先确定的转换转速的、所述转换操作状态的一个高局部范围，只有当与所述各自的被屏蔽的进气口(6)相联系的所述进气门(7)达到所述开关冲程(15)闭合行程之上时，它才驱动所述辅助气门(11)首先开启所述各自的进气通道(10)。
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