CN103790667B - 气门关闭装置、活塞式内燃机、车和提高燃烧稳定性方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气门关闭装置，其被布置在活塞式内燃机壳体中且与至少一个气缸相关联，所述气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门，该气门关闭装置包括壳体、第一复位弹簧、液压间隙调节器、第一锁销、第二锁销和第二复位弹簧。本发明还涉及设置有该气门关闭装置的活塞式内燃机、汽车以及用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法。采用本发明能够提高在进气门小升程下内燃机的燃烧及工作稳定性，有利于降低使用成本、减少能源消耗以便保护自然环境等目标的实现。

Description

气门关闭装置、活塞式内燃机、车和提高燃烧稳定性方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种气门关闭装置、活塞式内燃机、汽车以及用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法。

背景技术

由于火焰传播稳定性的需要，点燃式内燃机(即汽油机)的缸内充量大小与由工况决定的燃料喷射量正相关，因此需要通过节气门节流的方式来控制进气流量大小，从而导致汽油机吸气冲程在负荷不满时，缸内具有明显大的真空度，这就造成了泵气损失。由于泵气损失的存在，因此会导致燃油经济性恶化，并且负荷越低，这种恶化程度就越显著。

对于现有的连续可变气门升程(CVVL)技术，它是通过控制进气门开启持续期长度和升程大小，由此使得在吸气冲程过程中，空气可在较小的真空度下以所需要的量进入汽油机气缸，从而起到与节气门相同的控制缸内充量的作用，同时有效减少了汽油机的泵气损失。

内燃机按照工作循环进行周而复始地运行，在正常情况下，各个工作循环间的差异应该较小(或者说循环变动率低)，才能保证内燃机运转平稳。而应用连续可变气门升程技术后，内燃机在运行时出现一个独特现象，即：随着进气门升程由大变小，内燃机循环变动率增大，工作稳定性下降。当进气门升程高于某一具体值时，内燃机循环工作稳定性等效直至明显优于节气门的效果；而当进气门升程低于某一较小值时，内燃机循环变动剧烈，工作稳定性恶化，极大地劣于节气门的控制效果。而车用内燃机经常工作在很低的负荷下，此时进气门升程必须控制在很小值，从而将经常出现较大波动的循环变动率。导致内燃机的各缸空气充量差异性扩大，各缸负荷一致性差，每个气缸燃烧不稳定，内燃机的控制可靠性将会下降，由此带来油耗、排放、振动噪声等一系列问题，因此构成了明显的技术障碍。

对此，目前的解决措施是：一方面提高连续可变气门升程系统的加工精度，尽量减少影响燃烧稳定性的扰动因素；另一方面仍然保留节气门，在小升程时辅助控制，在内燃机稳定性很差、接近控制失效时，由节气门接替连续可变气门升程系统来控制缸内充量。

然而，采用以上这些措施的结果不但会造成成本上升，而且连续可变气门升程技术的节油潜力无法得到彻底发挥。

发明内容

有鉴于此，本发明主要目的是提供一种气门关闭装置，其目的还在于提供设置有该气门关闭装置的活塞式内燃机、汽车以及用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法，以便有效解决现有技术中存在的上述问题以及其他方面的问题。

为了实现上述的发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种气门关闭装置，其被布置在活塞式内燃机壳体中且与至少一个气缸相关联，所述气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门，所述气门关闭装置包括：

壳体，其侧壁上设置有通道，所述通道用于连通该壳体内部和活塞式内燃机的控制油道；

第一复位弹簧，其被装设在气门关闭装置的壳体内部，并且其一端抵靠在该壳体的内壁上；

液压间隙调节器，其被装设在气门关闭装置的壳体内部并且具有凹部，所述液压间隙调节器的一端与活塞式内燃机中的滚子摇臂的一端相连，其另一端抵压在第一复位弹簧的另一端上，所述滚子摇臂的另一端与所述进气门相连；

第一锁销，其被装设在所述通道中并能在其中进行移动；以及

第二锁销和第二复位弹簧，它们被装设在所述凹部中且第二复位弹簧的两端分别抵靠在所述凹部的内壁和第二锁销上，并且当气门关闭装置处于停用工作状态时，第二锁销的一部分位于所述液压间隙调节器上，其另一部分位于所述通道中且与第一锁销相接触，从而使得所述进气门在活塞式内燃机中的进气凸轮轴的驱动下进行往复运动而形成气门升程；当气门关闭装置处于启用工作状态时，通过进入所述控制油道的油压作用来推动第一锁销在所述通道中进行移动而将第二锁销推离出所述通道，从而使得所述进气门保持关闭而使其气门升程始终为零。

在上述的气门关闭装置中，优选地，所述气门关闭装置的壳体被构造成圆筒形状。

一种活塞式内燃机，其中至少一个气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门，所述活塞式内燃机包括如以上任一项所述的气门关闭装置。

在上述的活塞式内燃机中，优选地，所述活塞式内燃机还包括：

废气再循环装置，其被设置成用于将所述活塞式内燃机的排气通过废气再循环管路引入到所述活塞式内燃机的进气管路；以及

控制装置，其被设置成用于控制通过所述废气再循环装置引入到所述活塞式内燃机的排气的流量和温度。

在上述的活塞式内燃机中，优选地，所述废气再循环装置包括冷却器，其用于冷却通过所述废气再循环装置引入到所述活塞式内燃机的排气。

在上述的活塞式内燃机中，优选地，所述控制装置还被设置成用于控制调节分别通过所述废气再循环装置、所述活塞式内燃机的进气管路进入到该活塞式内燃机的排气流量与新鲜进气流量二者的混合比例。

一种汽车，所述汽车上装设有如以上任一项所述的活塞式内燃机。

一种用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法，所述活塞式内燃机的至少一个气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门，所述方法包括步骤：

A．在所述活塞式内燃机上装设如以上任一项所述的气门关闭装置；

B.根据需要来控制使得所述气门关闭装置处于启用工作状态或者停用工作状态。

在上述方法中，优选地，所述方法还包括步骤：

C.通过设置废气再循环管路将活塞式内燃机的排气引入到进气管路。

在上述方法中，优选地，在所述步骤C中还按需调节分别通过所述废气再循环管路、所述活塞式内燃机的进气管路进入到该活塞式内燃机的排气流量与新鲜进气流量二者的混合比例。

本发明的有益效果在于：可以将本发明应用在每个气缸具有多于一个进气门、且在进气侧应用了连续可变气门升程技术的活塞式内燃机上，由于设置了气门关闭装置，因此可以根据实际需要而在每个气缸关闭少于该气缸进气门总数的若干个进气门，并且还可以通过外部废气再循环来增加该气缸缸内的进气充量，从而能够显著地提高进气门小升程下活塞式内燃机的燃烧效率及工作稳定性，并且有效规避了燃烧不稳定升程区，减少了不利于燃烧稳定性的扰动因素的影响。采用本发明不仅节能环保，而且能有效降低例如汽车等应用了本发明技术的机器设备的日常使用成本。

附图说明

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

图1是将本气门关闭装置的实施例安装在一个活塞式内燃机上的剖视结构示意图。

图2是本气门关闭装置的一个实施例处于停用工作状态下的剖视结构示意图。

图3是图2中气门关闭装置的局部放大视图。

图4是本气门关闭装置的一个实施例处于启用工作状态下的剖视结构示意图。

图5是图4中气门关闭装置的局部放大视图。

图6是图2中气门关闭装置处于停用工作状态下的进气门升程工作曲线示意图。

图7是图4中气门关闭装置在启用工作状态下的进气门升程工作曲线示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本气门关闭装置、活塞式内燃机、汽车以及用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法的具体结构、步骤、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

请参阅图1，在该图中显示出了装配有本气门关闭装置一个示例的活塞式内燃机的基本组成结构。如图1所示，在该活塞式内燃机1中设置有排气管路2、进气管路8、排气凸轮轴及配气机构3、连续可变气门升程装置5、进气凸轮轴6等。在该活塞式内燃机1中，至少一个气缸设置有至少一个带有连续可变气门升程装置5的进气门7，同时在活塞式内燃机1的壳体中还布置了若干个与该活塞式内燃机1的气缸相关联的气门关闭装置4。

请再参阅图2-图5，由图2和图3所展示的是气门关闭装置4处于停用工作状态，而在图4和图5中显示出的是该气门关闭装置4处于启用工作状态。下面将结合这些附图来对气门关闭装置的基本结构及其组成情况进行详细的说明。

具体而言，在图2至图5中示意性显示的一个实施例中，气门关闭装置4主要包括壳体41、第一复位弹簧42、第二复位弹簧43、第一锁销45、第二锁销44、液压间隙调节器47等组成部分。

通常，可以将气门关闭装置4的壳体41构造成圆筒形状或者其他的任何适宜形状。如图3、图5等所示，在该壳体41的侧壁上设置有通道48，这样的通道48是被构造用来连通壳体41内部和活塞式内燃机1的控制油道6的，以便可以通过改变控制油道6的油压来对第一锁销45施加所期望的作用力，从而促使后者在通道48内进行相对位移运动。

对于第一复位弹簧42，它是被布置在上述壳体41内部，并且将该第一复位弹簧42的一端抵靠在壳体41的内壁上，它的另一端抵压在液压间隙调节器47的一端上。液压间隙调节器47也是被布置在气门关闭装置4的壳体41内部，它一端与活塞式内燃机中的滚子摇臂13的一端相连，而后者的另一端则与活塞式内燃机的进气门7相连。通常，可以将上述液压间隙调节器47构造成圆柱形状。根据实际需要，当然也可以将该液压间隙调节器47构造成具有其他的任何适宜形状。

在液压间隙调节器47上设置有可以用来容纳第二锁销44和第二复位弹簧43的凹部49，在图3和图5的图面中对于该凹部49进行了更清楚地显示。

第二复位弹簧43被装设在凹部49中，它的两端分别抵靠在凹部49的内壁和第二锁销44上。

通过采用这种布置方式，如图2、图3所示，当气门关闭装置4处于停用工作状态时，就可以使得第二锁销44的一部分位于液压间隙调节器47上，它的另一部分位于通道48中并且与第一锁销45形成接触，如此就能够锁定液压间隙调节器47的位置。也就是说，此时通过从而将液压间隙调节器47和壳体41二者锁定为一整体。这样，就使得滚子摇臂8此时的运动支点为与其相接触的液压间隙调节器47的上端，于是在活塞式内燃机中的进气凸轮轴14的驱动下(或者说是在连续可变气门升程装置的驱动下)将会推动进气门7进行往复运动，从而形成了气门升程。仅以示意和对比方式，在图6中展示出了当气门关闭装置处于上述停用工作状态时的进气门升程工作曲线，同时在该图6中还展示出了不与气门关闭装置相关联的进气门升程工作曲线，这两条曲线显然是保持一致的。由此可见，通过将气门关闭装置置于停用工作状态时，可以保持活塞式内燃机中的全部进气门随同连续可变气门升程装置进行正常工作。

再如图4、图5所示，当气门关闭装置4处于启用工作状态时，可以通过控制具有所需压力的液体油进入控制油道6(例如，通常可采用内燃机电子管理系统控制来对此进行控制)，在该油压的作用下，第一锁销45将会克服由第二复位弹簧43所施加的弹力，从而推动第二锁销44在通道48中进行移动，并且最后被推离出通道48而使其完全处在液压间隙调节器47的凹部49中。也就是说，第二锁销44此时已经全部处于气门关闭装置的壳体41的内部空间中，因此液压间隙调节器47与壳体41已被解除锁定。由于活塞式内燃机中的进气门弹簧的作用力是远大于第一复位弹簧42的作用力的，因此滚子摇臂13的运动支点将变为进气门7的上端平面，于是在进气凸轮轴14的驱动下(或者说是在连续可变气门升程装置的驱动下)将会推动液压间隙调节器47在气门关闭装置壳体内上下往复运动，而进气门7会保持关闭状态，从而实现了气门升程始终为零。仅以示意和对比方式，在图7中展示出了当气门关闭装置处于上述启用工作状态时的进气门升程工作曲线，如图中所显示的，此时与该气门关闭装置相关联的进气门升程始终是零值。由此可见，通过将气门关闭装置置于启用工作状态时，可以使得与气门关闭装置相关联的进气门保持关闭而无气门升程。

请返回到图1，在装配了本发明的气门关闭装置的活塞式内燃机1中还可以进一步设置废气再循环装置和控制装置，前者是用来通过废气再循环管路11将由活塞式内燃机1的排气管路2所排出的排气引入到进气管路8，而后者则是用来控制上述排气的流量和温度，以免影响到点火稳定性和火焰传播速率，例如在图1中示出设置在废气再循环管路11和新鲜空气管路10交汇位置处用于调控排气流量的流量调节阀9。这样就可以将一部分内燃机排气引入到气缸内，即实现了外部废气的再循环利用。由于再循环的外部废气不含有氧气，因此不会改变缸内计量空气燃油比，也不会影响三元催化器的正常工作，故不会使内燃机排放性能恶化。

此外，上述的废气再循环装置还可以包括冷却器12，该冷却器12被设置用来对通过废气再循环管路11进入活塞式内燃机1的排气进行冷却处理。

另外，还可以进一步将上述的控制装置设置成用于控制调节通过废气再循环装置经由废气再循环管路1进入到该活塞式内燃机的排气流量、通过进气管路7进入到该活塞式内燃机的新鲜进气流量二者的混合比例，从而能更加精确、有效地控制内燃机的燃烧过程，减少影响燃烧稳定性的不利扰动因素。在优选情形下，可以直接选用发动机电子控制系统(ECS)来作为上述的控制装置。当然，也完全可以采用单独设计的控制器件来实现上述控制装置的功能。

相应地，本发明还公开了用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法，该方法包括以下这些步骤：首先，如前所述地在活塞式内燃机上装设本气门关闭装置，该活塞式内燃机的至少一个气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门；然后，根据需要来控制使得气门关闭装置处于启用工作状态或者停用工作状态。

进一步地，在上述方法中还可以增加通过设置废气再循环管路将活塞式内燃机的排气引入到进气管路的步骤。而且，还可以再进一步地根据需要来调节通过废气再循环管路进入到该活塞式内燃机的排气流量、通过活塞式内燃机的进气管路进入的新鲜进气流量二者的混合比例。

通过采用以上这些方法后，就可以非常灵活并且有效地在活塞式内燃机的不同负荷区间实施不同的运行控制策略。

具体来讲，当该活塞式内燃机在较高负荷下运行时，可以使得进气门全部开启，以获得大的缸内充量和低的进气阻力，同时进入缸内的充量温度应保持尽量低，且废气占比少。所以，此时可以将全部气门关闭装置置于停用工作状态，从而保持全部进气门随连续气门升程系统调节而工作。在配置了废气再循环管路的情况下，此时再循环的外部废气流量基本为零。

当该活塞式内燃机运行在中等负荷时，适量的外部废气再循环可能对燃烧速率等有益。因此，此时可以计算出适宜的再循环的外部废气流量及比例，随计量的新鲜空气进入缸内参与燃烧(例如，根据燃烧需要的空气量等参数来进行计算)，这时的气门关闭装置仍然置于停用工作状态。

当该活塞式内燃机运行在较低负荷时，由于进气门升程较小，因此需要改善小升程下的燃烧稳定性。作为解决措施，应尽量增大流经工作气门的空气流量，以尽可能相对减少影响燃烧稳定性的扰动因素。具体就是，关闭气缸中多余的进气门，以便使气缸中保持工作状态的进气门尽量少，甚至仅有一个进气门工作，这样就可以使得内燃机气缸的全部充量通过该进气门进入气缸，从而使该气门升程可以设置得较大，从而规避了燃烧不稳定升程区。因此，可以通过控制外部废气的再循环流量，同时将气门关闭装置置于启用工作状态，从而使气缸的若干个进气门即使在连续气门升程系统的驱动下也呈持续保持关闭状态，所以进气件不再流经这些气门，而是全部经由剩余的处于工作状态的进气门进入缸内，这样就使得气门连续气门升程装置可将进气门升程置于较大值，从而提高了内燃机的燃烧及工作稳定性。

由于内燃机特性的差异，当内燃机运行在中等或较高负荷时，也可能存在另外一种控制方式，即气门关闭装置是被置于启用工作状态，而再循环的外部废气流量基本为零。

由于本发明具有如前所述地众多优点和显著的技术效果，因此非常适于将其应用到汽车领域进行推广应用，从而有利于降低使用成本、减少能源消耗以便保护自然环境等目标的实现。

以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的气门关闭装置、活塞式内燃机、汽车以及用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种气门关闭装置，其被布置在活塞式内燃机壳体中且与至少一个气缸相关联，所述气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门，其特征在于，所述气门关闭装置包括：

壳体，其侧壁上设置有通道，所述通道用于连通该壳体内部和活塞式内燃机的控制油道；

第一复位弹簧，其被装设在气门关闭装置的壳体内部，并且其一端抵靠在该壳体的内壁上；

液压间隙调节器，其被装设在气门关闭装置的壳体内部并且具有凹部，所述液压间隙调节器的一端与活塞式内燃机中的滚子摇臂的一端相连，其另一端抵压在第一复位弹簧的另一端上，所述滚子摇臂的另一端与所述进气门相连；

第一锁销，其被装设在所述通道中并能在其中进行移动；以及

第二锁销和第二复位弹簧，它们被装设在所述凹部中且第二复位弹簧的两端分别抵靠在所述凹部的内壁和第二锁销上，并且当气门关闭装置处于停用工作状态时，第二锁销的一部分位于所述液压间隙调节器上，其另一部分位于所述通道中且与第一锁销相接触，从而使得所述进气门在活塞式内燃机中的进气凸轮轴的驱动下进行往复运动而形成气门升程；当气门关闭装置处于启用工作状态时，通过进入所述控制油道的油压作用来推动第一锁销在所述通道中进行移动而将第二锁销推离出所述通道，从而使得所述进气门保持关闭而使其气门升程始终为零。

2.根据权利要求1所述的气门关闭装置，其特征在于，所述气门关闭装置的壳体被构造成圆筒形状。

3.一种活塞式内燃机，其中至少一个气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门，其特征在于，所述活塞式内燃机包括如权利要求1或2所述的气门关闭装置。

4.根据权利要求3所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述活塞式内燃机还包括：

废气再循环装置，其被设置成用于将所述活塞式内燃机的排气通过废气再循环管路引入到所述活塞式内燃机的进气管路；以及

控制装置，其被设置成用于控制通过所述废气再循环装置引入到所述活塞式内燃机的排气的流量和温度。

5.根据权利要求4所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述废气再循环装置包括冷却器，其用于冷却通过所述废气再循环装置引入到所述活塞式内燃机的排气。

6.根据权利要求4或5所述的活塞式内燃机，其特征在于，所述控制装置还被设置成用于控制调节分别通过所述废气再循环装置、所述活塞式内燃机的进气管路进入到该活塞式内燃机的排气流量与新鲜进气流量二者的混合比例。

7.一种汽车，其特征在于，所述汽车上装设有如权利要求3-6中任一项所述的活塞式内燃机。

8.一种用于提高活塞式内燃机燃烧稳定性的方法，所述活塞式内燃机的至少一个气缸具有至少一个设置有连续可变气门升程装置的进气门，其特征在于，所述方法包括步骤：

A．在所述活塞式内燃机上装设如权利要求1或2所述的气门关闭装置；

B.根据需要来控制使得所述气门关闭装置处于启用工作状态或者停用工作状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

C.通过设置废气再循环管路将活塞式内燃机的排气引入到进气管路。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤C中还按需调节分别通过所述废气再循环管路、所述活塞式内燃机的进气管路进入到该活塞式内燃机的排气流量与新鲜进气流量二者的混合比例。