CN102859125A - 用于活塞式发动机中的气体交换阀的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于活塞式发动机(1)中的气体交换阀(3)的控制装置(5)，所述控制装置(5)适用在所述发动机的凸轮轴(4)和阀机构之间，所述控制装置包括主体部(51)和布置在该主体部中的室(52)，用于液压介质的线路通向所述室，并且在所述室中，活塞装置(53)以可移动的方式布置为与所述凸轮轴和所述阀机构成机械力传递连接的关系，以至少用于打开所述阀(3)。用于所述液压介质的所述线路包括用于液压介质的不同的进给管(58.1)和排出管(58.2)，这两个管都通向所述室(52)中的室空间(59)。所述室空间(59)随着所述活塞装置(53)沿所述阀的打开方向移动而增大。为了实现所述气体交换阀(3)的延迟关闭，液压介质布置成被供给到所述空间(59)，当所述阀被打开时，所述室空间(59)中的压力的释放确定所述气体交换阀(3)的关闭。所述排出管(58.2)设置有以电子方式控制的阀装置(61)，以用于可调节地确定所述室空间(59)中的压力的准确释放时间。

Description

用于活塞式发动机中的气体交换阀的控制装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于活塞式发动机中的气体交换阀的控制装置。
背景技术
现代压缩点火活塞式发动机一般设置有增压器，通常是涡轮增压器。涡轮增压器装置是特别有利的，因为它利用发动机的废气的能量。为了使从废气涡轮增压柴油机的排放最小化，进气阀的定时需要是这样的，其使得该阀在活塞的下死点之前及早关闭，而增压因此提高，从而使足够数量的空气进入汽缸。因此可以提高发动机的输出和效率。然而，实际上，涡轮增压器的压缩机借助废气燃气轮机来操作，该涡轮增压器趋向于在发动机的低负荷操作条件下是效率低的，因为在低发动机负荷的情况下，涡轮增压器的增压仍相对低。
涡轮增压器的操作受相关的压缩机和涡轮的特征和适应的影响。在压缩机中利用高压比，即在发动机的进气系统中基本利用高充气压力是有益的。涡轮增压器的压缩机部分的操作一方面受与压缩机的最大流量对应的极限值的限制，并且另一方面受所谓的喘振边界的限制。压缩机的喘振对发动机的操作有害，因为一发生压缩机喘振，供给到发动机的燃烧空气的压力和流量就将减小。
WO2008/000899A1示出了用于调节内燃机的气体交换阀的关闭时刻的装置，从而使得有可能在阀的关闭中提供延迟，从而符合发动机的不同负荷情况，尤其是低负荷情况，由此，汽缸不设置有足够的空气以用于在压缩冲程期间进行自动点火。这关于由高压增压的发动机(诸如两级涡轮增压发动机)在发动机起动期间且在负荷变化期间是尤其正确的。在这种发动机中，较高压力与较锐利或较短的凸轮尖形式结合使用，从而导致相应地在较短时间发生增压动作。因此，在发动机的正常负荷下，进气阀的打开时间对于这种特定情况不足够长，由此延迟功能应该被选择性利用。
根据不同的发动机和负荷情况，有利的是，能够通过考虑到关于发动机的排放和效率仍较高的要求相应地气体交换阀的操作的可变定时来进一步调节待供给到汽缸中的空气的量。WO2008/000899A1的装置在这方面不会提供充分的可能性。因此，本发明的目的在于提供一种用于活塞式发动机中的气体交换的进一步改进的控制装置，该控制装置解决了现有技术的上述和其它问题。
发明内容
本发明的目的能如权利要求1中所公开的并且如其它权利要求中更严密地公开的来实现。根据本发明，排出管设置有以电子方式控制的阀装置，该阀装置用于可调节地确定释放所述室空间中的压力的准确时间。由此阀装置的打开时间，因此，用于气体交换阀的关闭运动的起动和为保持该气体交换阀打开所提供的延迟能被自由地选择，从而顺应每一情况下发动机的操作条件。
实际上所述以电子方式控制的阀装置有利地对来自控制单元的控制信号作出响应，所述控制单元布置成按需调节所述气体交换阀的关闭。因此涉及发动机的负荷条件的一个或更多个物理参数(例如所述发动机的操作速度)被测量并输入所述控制单元以与用于所述参数的预设值进行比较，并且基于所述比较测量，所述控制单元布置成提供用于打开所述阀装置的控制信号，由此允许液压介质从所述室空间通过所述排出管流动。
所述排出管还能设置有位于所述阀装置下游的节流装置，并且所述节流装置有利地为了节流效果而受所述控制单元控制。借助于这种节流装置，液压介质流过所述排出管的速度能被调节。因此，一旦所述气体交换阀的关闭运动首先借助于所述以电子方式控制的阀装置被起动，活塞装置的运动并且因此所述气体交换阀的关闭运动就也能根据需要被调节和选择。
根据本发明的另一实施方式，所述活塞装置有效地经由引导部与凸轮轴传递连接。此外，所述排出管设置有阀装置，该阀装置操作上独立于所述以电子方式控制的阀装置并且其操作模式取决于所述引导部相对于主体部的位置。为此所述排出管布置成被分支并且所述阀装置布置在不同于所述以电子方式控制的阀装置的分支中。该布置在所述以电子方式控制的阀装置的任何类型的故障的情况下，并且尤其是在涉及其的电子控制的故障的情况下，提供可靠解决方案。
本发明通过根据需要提供用于调节发动机的气体交换阀的关闭的通用可能性有可能改善针对宽泛负荷和旋转范围的发动机性能的最优化。
附图说明
在下文中，参照所附示意性附图，通过示例更详细地描述本发明，附图中：
图1示出了活塞式发动机和其阀机构的概略图；
图2示出了根据本发明的处于不工作状态下的控制装置；
图3示出了根据本发明的在打开阶段期间的控制装置；
图4示出了根据本发明的在关闭阶段期间的控制装置；
图5示出了根据本发明的在关闭阶段期间的第二控制装置；以及
图6示出了阀的相对打开曲线。
具体实施方式
图1以与本发明的理解有关的程度示出了活塞式发动机1的简化示意图。活塞式发动机1中的汽缸(未示出)的气体交换在位于汽缸盖2上的气体交换阀3的控制下进行。气体交换阀3通过一机构来操作并且通常由发动机的凸轮轴4驱动并且由凸轮轮廓4.1引导。每个阀机构6和凸轮轴4之间的力传递连接关系由控制装置5来实现。
控制装置5的第一实施方式在图2至图4中更详细地示出，其中图2示出了处于不工作状态的控制装置，由此，与该控制装置5连接的气体交换阀3(未示出)被关闭。控制装置5包括主体部51，该主体部51通常附接到发动机机体。主体部51设置有室52，在该室52中，活塞装置53布置在第一侧上以沿能其纵向轴线的方向移动。室52的中间部设置有间壁54，其中圆筒形开口55布置在室的中轴线处。活塞装置53包括：第一部分53.1，该第一部分的直径与室52的直径对应；和第二部分53.2，该第二部分的直径与间壁中的开口55的直径对应，该第二部分的直径小于室的直径。活塞装置的第二部分53.2在主体部51中延伸穿过开口55进入位于间壁44的另一侧上的室52中。间壁沿活塞装置的纵向轴线的方向的厚度尺寸被确定为以便作为用于活塞装置的第二部分53.2的引导元件操作。划分室52的间壁54和活塞装置的第一部分53.1一起在室52的第一侧上提供室空间59，该室空间59的容积随着活塞装置53沿气体交换阀3的打开方向(即，远离凸轮轴4的方向)移动而增大。
在室52中的间壁54的另一侧上布置有引导部56以及弹簧57。另外，引导部56设置有辊子58，在凸轮轴4的旋转的同时，辊子58沿着凸轮轮廓4.1移动。弹簧57适于在引导部56和间壁54之间朝向凸轮轴4挤压该引导部56并且保持辊子58与凸轮轴4的凸轮轮廓4.1接触。在室52的第一侧上，在间壁54附近，布置有用于液压介质的线路，该线路包括进给管58.1和排出管58.2，这两个管都通向室空间59。
进给管58.1与液压介质源7连接，该源在发动机中也可以是正常的强制润滑系统。进给管58.1设置有关闭阀11和单向阀9。借助于关闭阀11，进给管58.1可以连接到室空间59或从与室空间59分离，这取决于目的是否是使用根据本发明的用于延迟关闭气体交换阀的控制装置。由于单向阀9，控制装置不会导致液压介质源中的任何脉动。当润滑油被用作液压介质时，这是特别重要的。
排出管58.2与用于液压介质的回流系统8连接，该排出管最简单地可以布置成通向发动机的内部空间，由此，用作液压介质的润滑油被允许向下流到发动机的油槽。排出管58.2设置有以电子方式控制的阀装置61以用于可调节地确定室空间59中的压力的准确释放时间。以电子方式控制的阀装置61响应于来自控制单元62的控制信号63，该控制单元62布置成调节气体交换阀3的关闭，以符合每一情况下发动机的操作条件。为此，与发动机的负荷条件有关的一个或更多个物理参数(例如，发动机的操作速度)被测量并输入64到控制单元62，在该控制单元62中，将所述参数与所述参数的预设值进行比较。基于所述比较测量，控制单元62接着被布置成提供控制信号63以用于打开和关闭阀装置61。
在该实施方式中，排出管58.2还设置有位于以电子方式控制的阀装置61下游的可调节的节流装置10。而且，节流装置10可有利地受到控制单元62的控制以实现节流效果。
图3示出了这样的情况，其中，凸轮轴4的凸轮轮廓4.1已经启动活塞装置53的提升，由此，气体交换阀3也已经启动以也打开。液压介质(诸如润滑油)被从液压介质源7通过单向阀9供给到室空间59，该室空间59的容积随着活塞装置53沿气体交换阀的打开方向移动而增大。接着，决定于凸轮轮廓4.1的形状，气体交换阀打开，同时，室空间59填充有液压介质。因此，阀的打开阶段由完全的机械力传递连接致动，并且液压介质的效果将不会变得明显，直到处于关闭阶段。在凸轮轮廓4.1已超过其峰之后，在凸轮轴4旋转的同时，活塞装置53的运动方向改变。
在图3中，活塞装置53已向上移动，然而在图4中，运动方向改变为向下，即，朝向凸轮轴4。现在，室空间59容纳有液压介质，并且该液压介质的排放借助于以电子方式控制的阀装置61来确定，使得该阀装置61的打开起动了室空间59中的压力的释放，从而允许活塞装置53在图中开始向下移动。这还起动了气体交换阀3的关闭。由于电子方式的控制，阀装置61的打开时间，并且因此，气体交换阀3的关闭运动的起动和延迟打开时间能被自由地选择，以便符合每一情况下发动机的操作条件。
另外，由于节流装置10以及调节节流效果的可能性，液压介质从室空间59通过排出管58.2流出的速度也能被调节。这影响了活塞装置53的运动速度，并且因此也影响了气体交换阀3的关闭运动，因此，一旦气体交换阀3的关闭已经借助于以电子方式控制的阀装置61而被起动，则活塞装置53的运动速度和气体交换阀3的关闭运动就能根据需要被调节和选择。在此阶段，引导部56沿凸轮轴4的凸轮轮廓4.1而行，并且尤其是沿该凸轮轮廓的基圆而行，但是随着液压介质被从室空间59排出，活塞装置58将返回到其初始位置。
图5示出了根据本发明的另一实施方式，其结构大体上不同于图2至图4所示的结构，从而它另外设置有用于控制来自室空间59的液压介质的排放的阀设备60。阀设备60的操作模式取决于引导部56相对于主体部51的位置。为此，排出管58.2布置成被分支，使得以电子方式控制的阀装置61布置在第一分支58.2a中，并且阀设备60布置在第二分支58.2b中。因此将理解的是，在该情况下，阀设备60在操作上独立于以电子方式控制的阀装置61。
如图5所示，用于液压介质的排出管分支58.2b与室52中的间壁54的另一侧结合，使得它在距间壁54一定距离处通向空间。引导部56覆盖排出管58.2b，而控制装置处于不工作状态。该实施方式的构思在于，活塞装置53的运动方向在凸轮轮廓4.1已超过其峰之后改变，但是首先其运动不会起动，直到引导部56已经经过开口58.2b’。该时刻确定了活塞装置53向下运动(图中)和气体交换阀3的关闭运动开始的最迟时间。流到室52的另一侧的液压介质可以被利用，以用于润滑辊子58的轴承。
独立于上述关闭过程，然而，在希望选择关闭气体交换阀3的较早起动以使所选择的延迟较短的情况下，它能始终借助于以电子方式控制的阀装置61受影响，可能地，可借助于可调节的节流装置10(图5中未示出)来补充。
图6示出了作为根据图5的实施方式的发动机的凸轮角的函数的气体交换阀的相对打开曲线。曲线A示出了这样的情况，其中液压介质根本未被引导到室空间59，由此，仅仅借助凸轮轮廓来确定而进行阀控制。曲线B示出了这样的情况，其中液压介质被引导到室空间59，而活塞装置53沿阀的打开方向移动，并且其从室空间59的流出由阀设备60来确定。最后，曲线C示出了这样的情况，其中释放室空间59中的压力的起动借助于以电子方式控制的阀装置61受影响而较早发生。
根据本发明，因此可以例如在发动机的不同负荷情况下提供比正常更迟的气体交换阀的关闭。该延迟能根据需要自由地选择，使得借助于以电子方式控制的阀装置61，结束延迟的起动时间能被确定，并且直到气体交换阀3被完全关闭的剩余时间能受节流装置10的影响。根据图5的实施方式在涉及以电子方式控制的阀装置61的电子控制发生故障的情况下提供可靠的解决方案。
本发明不限于所示实施方式，可是在所附权利要求的范围内可以想到若干变型。

Claims (7)

1.一种用于活塞式发动机(1)中的气体交换阀(3)的控制装置(5)，所述控制装置(5)适用在所述发动机的凸轮轴(4)和阀机构之间，所述控制装置包括主体部(51)和布置在该主体部中的室(52)，用于液压介质的线路通向所述室，并且在所述室中，活塞装置(53)以可移动的方式布置为与所述凸轮轴和所述阀机构成机械力传递连接的关系，以至少用于打开所述阀(3)，用于液压介质的所述线路包括用于液压介质的分开的进给管(58.1)和排出管(58.2)，所述进给管和排出管都通向所述室(52)中的室空间(59)，所述室空间随着所述活塞装置(53)沿所述阀的打开方向移动而增大，由此，为了实现所述气体交换阀(3)的延迟关闭，液压介质布置成被供给到所述空间(59)，当所述阀被打开时，所述室空间(59)中的压力的释放确定所述气体交换阀(3)的关闭，所述控制装置的特征在于，所述排出管(58.2)设置有以电子方式控制的阀装置(61)，以可调节地确定所述室空间(59)中的压力的准确释放时间。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述以电子方式控制的阀装置(61)响应于来自控制单元(62)的控制信号(63)，所述控制单元(62)布置成调节所述气体交换阀(3)的关闭，以符合每一情况下所述发动机的运行条件。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，与所述发动机的负荷条件有关的一个或更多个物理参数被测量并被输入(64)到所述控制单元(62)以与所述参数的预设值进行比较，并且基于所述比较测量，所述控制单元(62)布置成提供所述控制信号(63)以打开所述阀装置(61)。
4.根据权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，所述排出管(58.2)还设置有位于所述阀装置(61)的下游的节流装置(10)。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述节流装置(10)受所述控制单元(62)的控制以实现节流效果。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制装置，其特征在于，所述活塞装置(53)借助引导部(56)而与所述凸轮轴(4)成力传递连接的关系，并且所述排出管(58.2)设置有阀设备(60)，所述阀设备在操作上独立于所述以电子方式控制的阀装置(61)，并且其操作模式取决于所述引导部(56)相对于所述主体部(51)的位置。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述排出管(58.2)布置成被分支，并且所述阀设备(60)布置在不同于所述以电子方式控制的阀装置(61)的分支中。
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