CN102105657A - 活塞式发动机中的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于活塞式发动机中的气体交换的控制装置，该控制装置适于位于发动机(1)的凸轮轴(4)的凸轮装置(5)与进气门机构(6)之间，所述进气门机构布置成开闭与发动机的气缸相关联的进气门(3)，所述控制装置(7)包括本体部分(8)，活塞装置(9)以可运动的方式布置在该本体部分中，以与所述凸轮轴(4)和所述气门机构(6)形成力传递连接。所述凸轮装置(5)包括凸轮轮廓(5’)，该凸轮轮廓(5’)具有布置在其基圆(5a)下方的部分(5c)。所述凸轮轮廓(5’)的所述部分(5c)布置为通过所述进气门(3)控制气体交换，具体是用于对所述进气门(3)的关闭提供延迟。

Description

活塞式发动机中的控制装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序的用于活塞式发动机中的气体交换的控制装置。
背景技术
在四冲程内燃机的操作中有这样的情况，其中在压缩冲程期间气缸不具有足以发生自点火的空气。这在发动机起动期间和负载变化期间对于诸如两级涡轮增压发动机的由高压增压的发动机来说尤其如此。在这种发动机中，较高压力与较尖锐或较短小的凸轮尖构造相结合，从而相应地导致在较短的时间内发生增压动作。因此，对于这种特殊情况来说在发动机的正常负载下的进气门打开时间不够长。
在另一方面，为了使柴油机的排放最小，进气门的定时需要使得进气门早于活塞的下止点之前关闭，同时增压也相应地提高以使足量的空气到达气缸。然而，当涡轮增压器的增压仍然较低时，在低发动机负载的情况下这种布置是有问题的。
一种解决方案可以是在这种特殊的情况下，在进气门打开阶段加强进气供给。另一种解决方案是需要时对进气门的关闭提供延迟，以便使进气门的打开时间延长。专利公开WO 2008/000899中公布了这种可变进气门关闭(VIC)的一个解决方案。
本发明的一个目的是提供一种进一步改进的用于活塞式发动机中的气体交换的控制装置，该控制装置特别地适用于两级涡轮增压发动机并且解决了当在低发动机负载下操作时以及在发动机的起动期间这种发动机中出现的上述问题。
发明内容
权利要求1中和其它权利要求中所公开的基本能实现本发明的目的。根据本发明，凸轮装置包括凸轮轮廓，该凸轮轮廓具有布置在其基圆下方的部分，其中所述凸轮轮廓的所述部分布置为通过进气门控制气体交换。从而能够提供一种结构简单且可靠的控制方式，从而可补偿在低负载和发动机起动的情况下空气的不足。当使用尖锐的凸轮尖构造时，有利的是在所述特殊情况下，在进气门关闭阶段之前提供其关闭运动的有效延迟。于是，本发明能够有利地被用于通过布置凸轮轮廓的构造来确定延迟作用的终止。
凸轮轮廓的在所述基圆下方的所述部分有利地布置成用于通过进气门增加空气供应。在满足这种辅助的空气增加的情况下，也不是必须增加进气门的总打开时间。然而在这种情形中，可能有必要提供一种具有凸轮轮廓的单独的凸轮装置，其独立于为抬升进气门而布置的凸轮装置操作。
所述活塞装置至少在打开进气门的方向上与所述凸轮轴以力传递方式连接。所述本体部分和所述活塞装置一起限定第一腔室，在所述第一腔室中能够有选择地被供给液压介质，以对所述进气门的关闭提供延迟。在这种情形中，所述凸轮轮廓的位于所述基圆下方的所述部分能够有利地布置成用于控制所述第一腔室中的压力释放。
所述第一腔室于是能够通过一管道连接到第二腔室，从而通过在所述第二腔室中布置在所述凸轮装置与所述活塞装置之间的引导件有选择地控制所述管道的通向所述第二腔室的开口。
所述引导件布置为仅在打开所述进气门的方向上直接作用在活塞装置上。从而所述活塞的返回运动可以被有利地用于提供延迟功能。
在一个具体实施方式中，所述引导件在其盖层表面中包括释放槽。通过借助于所述凸轮轮廓的位于所述基圆下方的所述部分而将所述释放槽布置在所述管道的所述开口所在的位置处，所述第一腔室中的压力能够被释放。
所述引导件被弹簧朝向所述凸轮装置加载。从而能够确保所述凸轮装置的所述凸轮轮廓与所述气门抬升装置之间的可靠协作。
所述第一腔室有利地包括限定所述活塞装置的最下位置的阻挡面，所述最下位置选定为使得当由所述凸轮轮廓的位于所述基圆下方的所述部分进行引导时，所述活塞装置和所述引导件之间留有间隙。从而能够缓慢地重新建立所述活塞装置与所述引导件之间的相互接触，以确保其平稳操作。在另一方面，在不使用可变进气门关闭(VIC)功能的情况下，所述阻挡面会确保所述活塞装置在所述基圆下方的凸轮轮廓部分所在的位置处不随所述凸轮轮廓而动，以使所述活塞装置与所述引导件之间的协作在所有情况下均保持相同。
附图说明
下面参照附图仅通过实施例方式更加详细地描述本发明的活塞式发动机，在附图中：
图1示出了活塞式发动机和其气门机构的概视图；以及
图2至图6示出了根据本发明的控制装置在分开的连续操作阶段的实施方式。
具体实施方式
图1以与理解本发明相关的程度示出了活塞式发动机1的示意图。活塞式发动机1中的气缸(未示出)的气体交换在位于气缸盖2上的气体交换阀(即进气门和排气门)的控制下执行。仅示出了进气门3并且通过气门机构6来操作它们，气门机构6通常由布置在发动机的凸轮轴4上的凸轮装置5的凸轮轮廓5’引导。在每个气门机构6和相应的凸轮机构5之间的力传递连接通过控制装置7来实现。
在图2至图6中更详细地示出了控制装置7，其中图2示出了处于未操作状态的控制装置，由此与其连接的进气门3关闭。控制装置7包括通常附接到发动机本体的本体部分8。活塞装置9可运动地布置在本体部分8中。活塞装置9的上端布置为与气门机构6(未更近地示出)形成力传递连接。该连接可以是机械的或液压的。活塞装置9的运动由在本体部分8中布置在活塞装置下端的引导件10控制。引导件10与弹簧11接合并且被弹簧朝向滚子12推动，滚子12从凸轮装置5的凸轮轮廓5’接收引导。这样，当凸轮轴4沿着图2至图6中的逆时针方向旋转时，滚子12随凸轮装置5的凸轮轮廓5’而动，并且凸轮轮廓5’中的变化被传递以影响进气门3的开闭。
凸轮轮廓5’具有半径为R的基圆。凸轮尖5b从所述基圆延伸并且布置为使活塞装置8在图中向上移动，以提供进气门3的打开。此外，凸轮轮廓5’包括布置成低于凸轮轮廓5’的基圆5a的部分5c，因此部分5c的半径小于半径R。自然地，部分5c不必具有恒定的半径。下面将更加详细地说明部分5c对控制装置7和进气门3的操作的影响。
本体部分8和活塞装置9一起限定第一腔室13，在第一腔室中能够有选择地供给液压介质，以对进气门3的关闭提供延迟。供给管路设有截止阀14和单向阀15。通过截止阀14，通向第一腔室13的供给管路可连接或断开，这取决于其目的是否是利用延迟功能使进气门3延迟关闭。由于单向阀15，所述控制装置不会在液压介质源中引起任何脉动。在以润滑油作为液压介质时这很重要。
本体部分8另设有管道16，第一腔室13通过所述管道能够与第二腔室17连接，第二腔室由本体部分8和引导件10限定，并且活塞装置9的下端位于该第二腔室中。弹簧11也位于该第二腔室17中。
因此，在图2中控制装置7处于未操作状态并且滚子位于凸轮轮廓的基圆5a上。在图3中，凸轮装置5逆时针旋转，使得凸轮尖5b将滚子12在图中向上抬起。由此，引导件12和活塞装置9也向上运动，结果相应的进气门3(未示出)打开。与此同时，第一腔室13充满液压介质。
在图4中滚子12返回到基圆5a上。由于第一腔室13中的液压介质，活塞装置9保持处于其顶部位置，借此也使进气门保持打开。从图4中可以看出，活塞装置9和引导件10之间的接合由此断开。
在图5中，凸轮装置5进一步逆时针旋转以使滚子12进入位于凸轮轮廓5’的基圆下方的部分5c。因而在图中引导件10也向下运动，以使引导件10的盖层表面中的释放槽10a移动到分别连接第一腔室13和第二腔室17的管道16所在的位置。借此，第一腔室13中的压力也被释放，从而在图中活塞装置9开始向下运动借此也允许所述进气门关闭。释放槽10a与第二腔室17连通(未示出)，第二腔室17本身与管道18连通到油槽以便为凸轮轴和与其连接的部件提供润滑。这样，根据本发明，凸轮轮廓5’的部分5c布置为通过提供压力释放以结束与进气门的延长打开相关的延迟功能而通过进气门控制气体交换。
在图6中，最终，滚子12仍位于凸轮轮廓5’的部分5c上，第一腔室13中的压力释放允许活塞装置9向下运动到由布置在第一腔室13中的阻挡面13a限定的位置。如所见到的，活塞装置9和引导件10仍然断开连接。仅当在凸轮轴4的进一步旋转下滚子12返回到凸轮轮廓5’的基圆5a时，滚子12才会与引导件10一起在适当设计的凸轮轮廓的引导下抵靠活塞装置9缓慢运动，从而图2中公开的状态接着出现，循环重新开始。阻挡面13a对于平稳运转和重新建立活塞装置9和引导件10之间的接触很重要。另外，在不利用与腔室13相关的可变进气门关闭(VIC)功能的情况下，阻挡面13a会确保在基圆下方的凸轮轮廓部分所在的位置处活塞装置不随凸轮轮廓而动。尽管活塞装置9的运动被阻挡面13a阻止，但是引导件10与释放槽10a一起的运动仍会继续以确保以常规方式建立腔室13与腔室17之间的连通。
通过本发明可补偿在低负载状况下和发动机起动时的空气不足，这主要是由于沿着凸轮轴旋转方向延伸的凸轮尖构造远小于通常构造，从而缩短了大型两级涡轮发动机中所用的进气门的打开时间。大型内燃机在这里指的是用于例如在轮船中或者在动力工厂中产生热和/或电的主驱动发动机或者辅助发动机之类的发动机。
很明显本发明不限于上述实施例，并且在发明构思的范围内能够以多种其它不同的实施方式实施。

Claims (5)

1.一种用于活塞式发动机中的气体交换的控制装置，该控制装置适于位于该发动机(1)的凸轮轴(4)的凸轮装置(5)与进气门机构(6)之间，所述进气门机构布置成开闭与所述发动机的气缸相关联的进气门(3)，所述控制装置(7)包括本体部分(8)，在所述本体部分中以可运动的方式布置有活塞装置(9)，所述本体部分(8)与所述活塞装置(9)一起限定第一腔室(13)，在所述第一腔室中能被有选择地供给液压介质，以对所述进气门(3)的关闭提供延迟，所述凸轮装置(5)包括凸轮轮廓(5’)，该凸轮轮廓(5’)具有布置在其基圆(5a)下方的部分(5c)，所述凸轮轮廓(5’)的位于所述基圆(5a)下方的所述部分(5c)布置成用于控制所述第一腔室(13)中的压力释放，该控制装置的特征在于，所述活塞装置(9)布置为至少在打开所述进气门(3)的方向上与所述凸轮轴(4)形成力传递连接；并且所述第一腔室(13)通过一管道(16)连接到第二腔室(17)，所述管道(16)的通向所述第二腔室(17)的开口由一引导件(10)有选择地控制，该引导件在所述凸轮装置(5)与所述活塞装置(9)之间布置在所述第二腔室(17)中。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述引导件(10)布置为仅在打开所述进气门(3)的方向上直接作用在所述活塞装置(9)上。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述引导件(10)在其盖层表面中包括释放槽(10a)，并且所述释放槽(10a)通过所述凸轮轮廓(5’)的位于所述基圆(5a)下方的所述部分(5c)布置在所述管道(16)的所述开口所在的位置处，以释放所述第一腔室(13)中的压力。
4.根据上述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述引导件(10)被弹簧(11)朝向所述凸轮装置(5)加载。
5.根据上述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述第一腔室(13)包括限定所述活塞装置(9)的最下位置的阻挡面(13a)，所述最下位置被选择为使得当由所述凸轮轮廓(5’)的位于所述基圆(5a)下方的所述部分(5c)进行引导时，在所述活塞装置(9)与所述引导件(10)之间留有间隙。
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