CN102859131A - 燃烧发动机的气门提升装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧发动机的气门提升装置。所述气门提升装置包括凸轮轴（5）、具有适于与凸轮轴（5）上的导向表面接触的第一接触构件（9）和适于将所述单元（16）的提升运动转换为燃烧发动机的至少一个气门（3）的升程的运动传递机构。所述气门提升装置包括调整装置（20-22），该调整装置（20-22）适于允许第一单元（16）以及因此第一接触构件（9）在垂直于所述凸轮轴的旋转轴线（5a）的平面中至少在与导向表面（6）接触的第一接触位置（9a₁）和与导向表面（6）接触的第二接触位置（9a₂）之间进行线性运动。

Description

燃烧发动机的气门提升装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的燃烧发动机的气门（气阀）提升装置。

背景技术

燃烧发动机（内燃机）的进气门和排气门通常通过设有凸轮的旋转凸轮轴控制，所述凸轮用作凸轮随动件的导向表面。因此，凸轮随动件经历基本上垂直提升运动，该垂直提升运动经由合适的运动传递元件被转换为进气门和排气门的提升运动。当燃烧发动机的相应汽缸中的活塞处于固定的预定位置时发生进气门和排气门的打开和关闭运动。用于打开和关闭气门的固定位置是达到使发动机与其负荷和速度无关地良好运行的折中方案。因此，进气门和排气门不会在发动机的所有运行条件下始终在全部最优点处及时地打开和关闭。

例如，从若干观点来看，控制进气门的关闭时间可能是有益的。所述控制能够在各个不同发动机转速下使汽缸的充填度最佳，其是当发动机处于重负荷下所希望的。控制进气门还允许控制有效压缩比。相对于产生最佳填充度的关闭时间延迟进气门的关闭时间使得压缩稍迟开始并且从而在更短比例的活塞运动期间发生。然而，随后的膨胀保持不变。结果是膨胀比大于压缩比，从效率观点来看，其在某些运行条件下是有益的。然而，在所有运行条件下延迟关闭进气门是不可能的。例如，当燃烧发动机正在启动时，压缩比将如此低，以致于不会发生点火。

高的排气温度常常是使排出气体后处理设备能够良好工作所必需的。当燃烧发动机处于低负荷时，流过其的空气相对于所供给的燃料量会很高，结果导致低排气温度。可以通过减少引入发动机的空气量来提高排气温度。通常使用节气门（节流阀）来减少引入发动机的空气量。然而，使用节气门必然伴有损耗。控制进气门的关闭时间是一种控制流入发动机的空气的替代方式。

可以通过控制排气门的打开时间来提高排气温度。比正常情况更早地打开排气门将在较高温度下终止膨胀，从而导致升高的排气温度。在增压式燃烧发动机中，如此确定排气涡轮的尺寸，以便能够在低发动机转速下提供高的充气压力。这意味着涡轮在高发动机转速和负荷下超速。为了避免这一点，引导废气流的一部分经由涡轮流过所谓的废气门。可以通过延迟排气门的打开时间来减小对废气门的需求。这还将提高效率。

在增压式燃烧发动机中，更早打开排气门为排气涡轮提供了更多能量和更大充气压力的必然潜能。延迟打开排气门为发动机提供了更多能量，其从而获得更高效率。因此，可变的排气门打开时间使得能够改变发动机的效率和性能。在过渡期间，其对于延迟打开排气门并且从而实现充气压力的更快速增大也可能是有益的。

发明内容

本发明的目的是提出一种燃烧发动机的气门提升装置，其为可能是进气门或者排气门的气门提供可变的打开时间和/或可变的关闭时间。

该目的通过说明书开头部分中所提到类型的、具有权利要求1的特征部分所描述的特征的气门提升装置实现。因此，在该情况中，气门提升装置包括调整装置，该调整装置允许接触构件在垂直于凸轮轴的旋转轴线的平面中运动至导向表面上的至少两个不同接触位置。当凸轮轴转动时，突出部分在该情况中开始在凸轮轴的各个转动位置处与接触构件接触。因此，单元和气门的提升发生在不同阶段。在其中期望气门在更早时间打开的阶段，通过所述调整装置沿着导向表面逆着导向表面的旋转方向将接触构件移动到其中突出部分更早地接触接触构件的新的接触位置处。相反，如果期望稍迟关闭气门，则通过所述调整装置沿着导向表面在与导向表面的旋转方向相同的方向上将接触构件移动到其中突出部分更迟地接触接触构件的新的接触位置处。气门提升提前或延迟多少可以表示为相对于原始开度角或者关闭角的凸轮轴角度差。因此，气门可以是进气门或者排气门。在任何一种情况下，在一些运行状态中改变关闭时间和/或打开时间是有益的。

根据本发明的一优选实施例，气门提升装置包括第二单元，该第二单元包括适于与凸轮轴上的第二周边导向表面接触的第二接触构件，该第二单元适于当第二接触构件接触导向表面的突出部分时受到提升。因此，凸轮随动件包括两个单元，其中每个单元的接触构件与一单独的导向表面接触。通过这些单元的适当结构，其中之一可负责气门的打开运动，且另一个负责气门的关闭运动。第一导向表面和第二导向表面在形状方面可相同。在该情况中，导向表面具有相应的周边形状和在凸轮轴上相互同相的突出部分。然而，可以使用形状不同并且具有在凸轮轴上相互不同相的突出部分的导向表面。

根据本发明的另一优选实施例，所述第一和第二单元连接至运动传递机构，以使得当时受到其导向表面的更高提升的单元将该提升传递给气门。当所述单元的相应接触构件处于相同地成形的导向表面上的相应接触位置时，所述单元经历同时提升。将第一单元的接触构件移动至比第二单元更早的接触位置为气门提供了更早的打开时间。

相反，将第一单元处的接触构件移动至比第二单元更迟的接触位置为气门提供了更迟的关闭时间。所述单元中的一个可直接连接至运动传递机构，且另一单元可包括一接触部分，该接触部分适于当所述另一单元到达比直接连接的单元更高的升程时与直接连接的单元上的接触部分接合并且提升直接连接的单元。所述另一单元的接触部分在该阶段可垂直地位于直接连接到运动传递机构的单元的接触部分的下面。当直接连接的单元具有更高升程时，其直接将提升运动传递给运动传递机构。当另一单元具有更高的升程时，其接触部分与直接连接的单元的接触部分接触，从而提升直接连接的单元，直接连接的单元自身将提升运动传递给运动传递机构。

根据本发明的另一优选实施例，所述调整装置包括可枢转的控制心轴，该可枢转的控制心轴平行于凸轮轴并且经由位于与控制心轴相距一定径向距离的位置处的铰接连接件连接至第一单元。当控制心轴枢转到不同旋转位置时，所述单元经由可枢转连接件移动到垂直于控制心轴和凸轮轴的平面中的不同位置处。因此，单元的接触构件移动到所述平面中的导向表面上的不同接触位置处。控制心轴可以控制燃烧发动机的一个、几个或者全部汽缸中的进气门或者排气门。调整装置可包括动力构件和控制单元，该动力构件将控制心轴转动到不同的旋转位置，该控制单元根据关于发动机的运行的信息控制动力单元。控制单元可以连续接收关于相应发动机参数的信息并且控制动力构件，以便将控制心轴连续地置于气门在所要求阶段经历提升的旋转位置。控制单元可以是具有用于所述目的的适当软件的计算机单元。

根据本发明的另一优选实施例，第二单元的接触构件具有与导向表面接触的固定位置。在该情况中，当调整气门的打开时间或者关闭时间时，可以相对于第二单元的接触构件将第一接触构件调整至各个接触位置。替代地，气门提升装置可包括第二调整装置，该第二调整装置适于允许第二单元以及因此第二接触构件在垂直于凸轮轴的旋转轴线的平面中在至少两个与导向表面接触的接触位置之间进行线性运动。在该情况中，可以将两个单元的接触构件调整到其相应导向表面上的所需的接触位置处。在该情况中，可以调整气门的打开时间和关闭时间两者。

根据本发明的另一优选实施例，所述接触构件采取适于沿着导向表面滚动的滚子的形式。因此，导向表面和接触构件之间的摩擦变得最小。替代地，接触构件可以采取沿着导向表面滑动的适当滑动构件的形式。因为接触构件能够高精度地跟随导向表面行进，其以弹性力抵靠导向表面。可以通过力图将气门保持在关闭状态的弹簧构件来提供所述弹性力。

附图说明

以下参照附图通过示例描述本发明的优选实施例，其中：

图1描绘了根据本发明的气门提升装置，

图2描绘了处于第一状态的图1的凸轮随动件，

图3描绘了处于第二状态的图1的凸轮随动件，

图4是第二导向表面的侧视图，

图5是第一导向表面的侧视图，

图6描绘了作为凸轮轴角度的函数的气门的气门升程，以及

图7描绘了根据第二实施例的气门提升装置。

具体实施方式

图1描绘了燃烧发动机的汽缸的一部分。汽缸包括由可动活塞2限定的燃烧空间1。在汽缸中可见气门3。气门3可以是进气门，以控制至燃烧空间1的空气的供给，或者是排气门，以控制排出气体从燃烧空间1的抽出。在该情况中，汽缸具有两个进气门和两个排气门，虽然图1中仅一个气门是可见的。气门3中的每个连接至力图将气门3保持在关闭状态的气门弹簧4。在该实施例中，燃烧发动机设有低位凸轮轴5，其可以与燃烧发动机的速度有关的速度旋转。燃烧发动机可以替代地设有一个或多个顶置凸轮轴。凸轮轴5可围绕旋转轴线5a转动。凸轮轴5设有周边（外周）导向表面6、7，参见图2。凸轮随动件8适于与导向表面6、7接触。凸轮随动件8包括适于与第一导向表面6接触的第一滚子构件9和适于与第二导向表面7接触的第二滚子构件10。

基本上垂直地安装的推杆11具有铰接连接至凸轮随动件8的下端和铰接连接至牢固地安装在摇臂13上的部件12的上端。推杆11的上部铰接连接件包括连接至部件12的球形部分的球形座。部件12包括用于部件12到摇臂13的第一端的可调节紧固的调整螺钉和螺母。摇臂13可围绕铰接部14可枢转地通过轴颈支承在中间部分处。摇臂13在铰接部14的相反侧的第二端处具有适于与气门轭15接触的接触表面。图1描绘了当从侧面观察时的气门轭15。气门轭15适于将控制运动传递给汽缸1中的两个气门3。推杆11、部件12、摇臂13和气门轭15均未运动传递机构的部件，该运动传递机构的目的是将导向运动从凸轮随动件8转换为气门3的打开和关闭运动。

凸轮随动件8包括第一单元16，该第一单元16自身包括第一滚子构件9。第一单元16在一端处具有铰接连接部18，该铰接连接部18具有两个牢固地安装在可旋转的控制心轴20上的突出连接元件19。通过转动控制心轴20和连接元件19，可以在垂直于凸轮轴的旋转轴线5a的平面中沿着导向表面6移动第一单元16。借助于由控制单元22致动的示意性地描绘的动力构件21将控制心轴20转动到所需的旋转位置。可以电力地、气动地或者液压地操作所述动力构件21。控制单元22可以为具有适当软件的计算机单元。凸轮随动件8还包括连接至推杆11的第二单元17。第二单元17包括第二滚子构件10。第一单元16包括具有接触表面23的接触部分。第二单元包括呈沿垂直方向位于所述接触表面23上方的接触滚子24的形式的接触部分。

通过枢转控制心轴20和连接元件19，可以将第一滚子构件9定位在导向表面6上的不同接触位置9a处。图2描绘了处于第一旋转位置的控制心轴20。在该阶段，控制心轴20的连接元件19将第一单元16保持在一位置，在该位置，第一滚子构件9在基本上位于凸轮轴5的旋转轴线5正上方的接触位置9a₁处与第一导向表面6接触。图3描绘了处于第二旋转位置的控制心轴20。在该阶段，控制心轴20的连接元件19已经将第一单元16移动到一位置处，在该位置，第一滚子构件9在第二接触位置9a₂处与第一导向表面6接触。因此，第二滚子构件10接触第二导向表面7。如此定位第二滚子构件10，以便始终在基本上垂直地位于凸轮轴5的旋转轴线5a上方的接触位置10a处与第二导向表面7接触。控制心轴20可以控制燃烧发动机的一个、几个或者所有汽缸中的进气门或者排气门。

图4描绘了处于垂直于凸轮轴的旋转轴线5a的平面中的第二导向表面7。此处，第二滚子构件10在接触位置10a处定位在第二导向表面7上。此处，标出了从旋转轴线5a延伸至接触位置10a的径向轴线r_o。导向表面7包括突出部分7a，该突出部分7a具有位于与导向表面7的其余部分相比与凸轮轴的旋转轴线5a相距更大径向距离处的表面。突出部分7a包括起始部分7a₁、最大部分7a_max和最后部分7a₂。图中标出了从凸轮轴的旋转中心5a至最大部分7a_max的径向轴线7r_max。当凸轮轴5转动时，径向轴线7r_max将相对于径向轴线r_o呈现改变的角度v。此处，将该角度定义为凸轮轴5的角度v。

在图6中，连续曲线25表示赋予气门3的、作为上述定义下的凸轮轴角度v的函数的升程d。当第二滚子构件10接触起始部分7a₁时气门升程d开始。凸轮轴角度在该阶段为大约-50°，即，310°。在凸轮轴5继续转动期间，突出部分7a起到增大第二滚子构件10以及因此气门3的提升的作用。当最大部分7a_max接触滚子构件10时，气门3处于最大升程高度。凸轮轴5的角度v在该阶段为0°。在凸轮轴5继续转动期间，突出部分7a起到减小第二滚子构件10的提升的作用。当最后部分7a₂接触滚子构件10时，气门3基本上被关闭。凸轮轴5的角度v在该阶段为大约50°。

图5描绘了处于垂直于凸轮轴的旋转轴线5a的平面中的第一导向表面6。类似于第二导向表面7，第一导向表面6包括突出部分6a，该突出部分6a具有位于与导向表面6的其余部分相比与凸轮轴的旋转轴线5a相距更大径向距离处的表面。突出部分6a包括起始部分6a₁、最大部分6a_max和最后部分6a₂。因此，第一滚子构件9可在所述平面中沿着导向表面6移动至与导向表面6接触的不同位置9a处。此处，通过如图2中的第一接触位置9a₁处的实线和图3中的第二接触位置9a₂处的虚线表示第一滚子构件9。因此，第一接触位置9a₁基本上垂直地位于凸轮轴的旋转轴线5a的上方。此处，在图中标出了从旋转轴线5a延伸至接触位置9a₁的径向轴线r₁。还标出了从凸轮轴的旋转中心5a至最大部分6a_max的径向轴线6r_max。

当第一滚子构件9处于图5中的实线所示的位置处时，其在导向表面6上处于与第二滚子构件10在导向表面7上的接触位置10a对应的接触位置9a₁处。第一滚子构件9在该接触位置9a₁处经历类似于凸轮轴5的运行期间第二滚子构件10的垂直提升运动。当第一滚子构件9接触突出部分6a的起始部分6a₁时，其升程开始。在凸轮轴5继续转动期间，突出部分6a起到增大第一滚子构件9的垂直提升的作用。当最大部分6a_max接触滚子构件9时，其达到最大升程高度。在凸轮轴5继续转动期间，突出部分6a起到减小第一滚子构件9的垂直提升的作用。当最后部分6a₂接触滚子构件9时，升程已经基本上结束。当第一滚子构件9处于第一接触位置9a₁时，其从而实现了完全对应于凸轮轴5的对应角度v处的第二滚子构件10的升程。在该情况中，凸轮随动件8的两个单元16、17实现了相同的升程。第二单元17经由运动传递机构11-15将提升运动传递给气门3。第一单元16的接触面23接触第二单元17的接触滚子24。因此，此处，第一单元16和第二单元17两者均赋予了被转换为气门3的提升运动的向上的垂直运动。

在接收表示适当地延长气门3的提升的信息的情况中，控制单元22致动动力构件21，该动力构件21将控制心轴20转动到图3所示的旋转位置。控制心轴20的连接元件19此时将第一单元16移动到一位置处，在该位置，第一滚子构件9在接触位置9a₂处接触第一导向表面6。在随后的运行过程期间，当凸轮轴5的角度v为-50°时，气门提升开始。在该阶段，第二滚子构件10接触起始部分7a₁。突出部分7a提升第二滚子构件10和第二单元17。因为第二单元17的接触滚子24垂直地位于第一单元16的接触表面23的上方，所以第二单元17可以在不影响第一单元16的情况下进行提升。第一单元16经由运动传递机构11-15将其提升运动传递给气门3。第一导向表面6的起始部分6a₁还没有到达第一滚子构件9，因为第一滚子构件9已经移动到接触位置9a₂处。只有当凸轮轴5已经进一步转动并且达到大约-25°的角度v时，起始部分6a₁到达与第一滚子构件9的接触位置9a₂。在凸轮轴5继续旋转期间，突出部分6a起到提升第一滚子构件9和第一单元16的作用。

当凸轮轴5达到0°的角度v时，第二滚子构件10已经到达最大提升高度。在凸轮轴5进一步转动期间，第二滚子构件10和第二单元17开始下降。在角度0°之后的几度，在该状态中从而向上移动的第一滚子构件9将达到与向下移动的第二滚子构件10相同的高度。在该阶段，第一单元的接触表面23与第二单元的接触滚子24接触。当其垂直地位于接触滚子24下面时，接触表面23终止第二单元17的向下运动。在该阶段，第二滚子构件不与第二导向表面7接触。第一单元16的接触表面23保持第二单元17处于几乎最大提升状态，直到最大部分6a_max接触滚子构件9，当角度v为大约25°时发生该接触。一旦最大部分6a_max已经通过第一滚子构件9，则第一单元16和第二单元17下降。结果是气门3的关闭运动。当最后部分6a₂接触第一滚子构件9时关闭运动结束，当角度v为大约75°时发生该接触。

在该情况中，气门3因此经历了由第二单元17限定的打开运动和由第一单元16限定的关闭运动。同时，气门3具有与第二滚子构件的接触位置10a和第一滚子构件的接触位置9a之间的角度差Δν有关的延长的打开时段。在该情况中，当第一滚子构件9处于接触位置9a₂时，角度差Δν为大约25°。转换为曲柄角，其为大约50°，因为曲轴以凸轮轴5的两倍的速度转动。虚曲线26表示当第一滚子构件9处于接触位置9a₂时气门3的延长打开时段。然而，可以将第一滚子构件9移动到接触位置9a₁、9a₂之间的一个或多个接触位置9a处。曲线27、28示出了两个实例。可以如此转动控制心轴20，以便可以将第一滚子构件9无级地置于接触位置9a₁、9a₂之间的任意所需的接触位置9a。

在上述实施例中，调整了气门3的关闭时间。以类似的方式，可以调整气门的打开时间。这样做的最简单的方式是改变凸轮轴5的旋转方向。图6中的虚曲线29表示其中气门3在更早时间打开的实例。

图7描绘了其中凸轮随动件8的两个单元9、10可在垂直于凸轮轴5的平面中移动的替代实施例。此处，使用相同的部件19-22将单元16、17的滚子构件9、10调整到各自导向表面6、7上的不同接触位置处。因此，没有进一步给出其如何进行的说明。在该情况中，可以调整气门3的打开时间和关闭时间两者。

本发明决不限于附图所涉及的实施例，而是可以在权利要求书的范围内自由地改变。

Claims (10)

1.一种燃烧发动机的气门提升装置，该气门提升装置包括具有旋转轴线（5a）的凸轮轴（5）、具有适于与所述凸轮轴（5）上的导向表面接触的第一接触构件（9）的第一单元（16）和适于将所述单元（16）的提升运动转换为所述燃烧发动机的至少一个气门（3）的升程的运动传递机构，其中所述第一单元（16）适于当第一接触构件（9）接触所述导向表面（6）的突出部分（6a）时经历一升程，其特征在于，所述气门提升装置包括调整装置（20-22），该调整装置（20-22）适于允许第一单元（16）以及因此第一接触构件（9）在垂直于所述凸轮轴的旋转轴线（5a）的平面中在至少所述导向表面（6）上的第一接触位置（9a₁）和所述导向表面（6）上的第二接触位置（9a₂）之间进行线性运动。

2.根据权利要求1所述的气门提升装置，其特征在于，所述气门提升装置包括第二单元（17），该第二单元（17）包括适于与所述凸轮轴（5）上的第二周边导向表面（7）接触的第二接触构件（10），该第二单元（17）适于当第二接触构件接触所述导向表面（7）的突出部分（7a）时经历一升程。

3.根据权利要求2所述的气门提升装置，其特征在于，第一导向表面（6）和第二导向表面（7）具有相同的周边形状。

4.根据权利要求2或3所述的气门提升装置，其特征在于，所述第一和第二单元（16、17）连接至所述运动传递机构（11-15），以使得当经历其导向表面的更高升程时的所述单元（16、17）将该升程传递给所述气门（3）。

5.根据权利要求4所述的气门提升装置，其特征在于，所述单元（17）中的一个直接连接至所述运动传递机构（11-15），所述另一单元（16）包括适于当所述另一单元（16）经历比所述直接连接的单元（17）更高的其导向表面（6）的升程时与所述直接连接的单元（17）的接触部分（24）接合并且提升该直接连接的单元（17）的接触部分（23）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的气门提升装置，其特征在于，所述调整装置包括可枢转的控制心轴（20），该控制心轴（20）平行于所述凸轮轴并且经由位于与所述控制心轴（20）相距一定径向距离的位置处的铰接连接部（18）连接至第一单元（16）。

7.根据权利要求6所述的气门提升装置，其特征在于，所述调整装置包括适于将所述控制心轴（20）转动到所需的旋转位置的动力单元（21）和根据关于所述燃烧发动机的运行的信息控制所述动力单元（21）的控制单元（22）。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的气门提升装置，其特征在于，第二单元（17）的接触构件（10）具有与所述导向表面（7）接触的固定接触位置（10a）。

9.根据权利要求2至7中任一项所述的气门提升装置，其特征在于，所述气门提升装置包括第二调整装置（19-22），该第二调整装置（19-22）适于允许第二单元（17）以及因此第二接触构件（10）在垂直于所述凸轮轴的旋转轴线（5a）的平面中在所述导向表面（7）上的至少两个接触位置之间进行线性运动。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的气门提升装置，其特征在于，所述接触构件采取适于沿所述导向表面（6、7）滚动的滚子构件（9、10）的形式。

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