CN104100326B - 用于对机动车辆中的气动运行式装备输送压缩空气的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对机动车辆中的气动运行式装备、特别是对商用车辆中的制动系统输送压缩空气的装置，其中，压缩空气可通过可控制阀从内燃机的至少一个气缸的燃烧室分流。为了提供在结构和流体力学方面有利的装置，阀(11)布置在燃烧室(7)的外部，并且特别是通过通入燃烧室(7)中的连接通道(10)而连接到燃烧室(7)。

Description

用于对机动车辆中的气动运行式装备输送压缩空气的装置

技术领域

本发明涉及用于对机动车辆中的气动运行式装备、特别是对商用车辆中的制动系统输送压缩空气的装置。本发明进一步地相应地涉及一种车辆和一种方法。

背景技术

对例如商用车辆的制动系统供应压缩空气的可行方式包括使用内燃机，直接或另外作为处于限定的运行状态和运行循环的压缩机，其中，在至少一个气缸的燃烧室中存在可使用的过压。但是，这种使用的成问题的方面在于，如果压力要直接从燃烧室分流，因而一定不能不利地影响气体交换，而且必须保持燃烧室构造的期望概念。

发明内容

因此本发明的目标是提出一种通用类型的装置，尽管从内燃机的至少一个气缸的燃烧室直接分流压缩空气，但是该装置不会在结构或气体动力学上不利地影响所述发动机，而且该装置可以结构简单的方式实现。

用根据本发明的装置来达到此目标。

根据本发明提出：压缩空气通过其而分流的阀布置在燃烧室的外部，而且特别是通过连接通道而连接到燃烧室，连接通道通入燃烧室中。该提议使得能够有在结构和制造上有利的阀布置，同时另外，至少一个气缸的燃烧室构造实际上可保持不变。连接通道的口部可较自由地构造而成，并且可定位在燃烧室表面中。

特别地，内燃机的气缸头中的阀可相对于在气缸头侧的燃烧室表面而后移(zurückgesetzt)或偏移，并且/或者可通过连接通道来以促进流动的方式连接到燃烧室上。在这种情况下，连接通道可优选地呈膛孔的形式。

此外，阀可基本平行于内燃机的气体交换阀而对齐，尤其是在气体交换阀和阀布置成平行于内燃机的至少一个气缸的中心轴线的情况下。当生产和加工(例如铸造的)气缸头时，这在结构和制造方面尤其有利。

阀优选地连接到流出通路上，流出通路可根据阀的特定位置来引导压缩空气，并且因此形成阀控式流出通路。

为了对从燃烧室排出的压缩空气实现结构上有利且简单的流出，通过阀控制的流出通路可通入(弯曲例如大约90°)气缸头的侧向面中，在侧向面处，流出通路可连接到具有止回阀的压力管线。

另外，在本发明的有实施例中，可用机械和/或电力和/或液压和/或气动的方式，通过促动装置来控制阀。在这种情况下，可按需要的那样，以及/或者取决于内燃机的限定或规定运行状态(尤其是在燃烧室中有无排气过压的情况下)和/或在滑行模式或发动机-制动模式中，实现控制。

在机械设计的第一控制系统中，可借助于发动机驱动式凸轮轴和促动元件来暂时打开阀。控制元件例如以电力、液压和/或气动的方式启动，并且使阀保持始终打开，控制元件可优选地能够超驰促动元件。

在这种情况下，促动元件可优选为凸轮轴驱动式双臂式摇杆，可通过作为控制元件的定位元件(例如活塞-气缸单元)，备选地用压力介质作用于摇杆的对应于阀和凸轮轴的凸轮的臂。这样的活塞-气缸单元例如可以液压和/或气动的方式促动。

备选地，用于阀的促动装置可为具有至少一个活塞的活塞-气缸单元，活塞例如以液压或气动的方式沿打开方向和/或关闭方向推动阀，阀弹簧将阀预加载到关闭位置。取决于内燃机的不同的运行状态，至少一个活塞可备选地连接到对应的压力介质源和/或控制阀上。

根据尤其优选的第一实施例，活塞-气缸单元的活塞在气缸衬套中被可移置地导引，从而在活塞的各个侧形成相应的压力室。在活塞的面向阀的侧，弹簧装置、优选压缩弹簧、最优选螺旋压缩弹簧，优选布置在间隔套管中，所述弹簧装置间接或直接地抵靠着气缸衬套，并且用其另一端作用于阀。这个弹簧装置的预紧力设计成使其比将阀预加载到关闭位置的阀弹簧的力更大或更强。另外，这个弹簧装置的预紧力设计成使其在点燃燃料之前的压缩冲程期间且在高于限定的燃烧室压力的情况下可移动脱离接合状态，优选可压缩，使得阀可借助于阀弹簧而关闭。可简单产生这种结构，并且这种结构总之受益于非常高的运行可靠性。

根据关于这个布置的尤其优选的实施例，另外可提供下者：弹簧装置通过空程帽(Leerwegkappe)，或者通过空程帽以及在阀侧的相关联的支承杯，来作用于阀。空程帽优选可移置地安装在连接到活塞上的促动棒，并且可联接到所述促动棒上，使得在下部活塞室(相对于阀侧)加压且活塞因此而移置远离阀之后，空程帽移动远离阀，并且弹簧装置从而移动脱离操作性接合状态，由此阀弹簧的力可使阀关闭。在上部活塞室(相对于阀侧)加压之后，或者在上部和下部活塞室未加压的情况下能够借助于弹簧装置相对于促动棒移置空程帽，使得弹簧装置能够沿朝阀的方向对空程帽施加预紧力，并且因此可作用于阀，使得阀克服阀弹簧的力而打开。在这种情况下，在上部活塞室加压之后，阀在这个加压的持续时间里始终打开。相比之下，在上部和下部活塞室未加压的情况下，阀仅在内燃机的点燃燃料的压缩冲程期间达到限定的高燃烧室压力之前打开，所述高压克服弹簧装置力，使阀关闭。

在促动装置的另一个具体实施例中，活塞-气缸单元可具有可在相反的方向上经受压力的两个活塞。在这种情况下，一个活塞例如可适当地被作用，以使阀在内燃机的限定的运行状态中、特别是在机动车辆的滑行模式和/或发动机-制动模式中保持始终打开，而另一个活塞可取决于内燃机的限定的运行循环，或者取决于可以特定方式预先限定的运行循环，来定期打开阀。

根据关于这个布置的尤其优选的具体实施例，压力室可布置和形成于两个活塞之间，使得在压力室加压之后，下部活塞可沿朝阀的方向移置，优选直到下部活塞贴靠着限定的止动件。另外，弹簧装置，优选压缩弹簧，最优选螺旋压缩弹簧，抵靠着下部活塞的朝向阀定向的侧，并且作用于阀，弹簧装置的预紧力大于将阀预加载到关闭位置的阀弹簧的力。另外，弹簧装置的预紧力设计成使得在内燃机的压缩冲程期间，弹簧装置可脱离接合状态，特别是，在点燃燃料之前且在高于限定的燃烧室压力的情况下，可压缩，使得阀可借助于阀弹簧而关闭。由于这种结构，还使得可获得功能可靠性较高的备选促动装置。具体地说，两个活塞在这种情况下可容纳和布置在活塞-气缸单元中，使得弹簧装置在未加压状态中不起作用，并且借助于阀弹簧的预紧力来使阀关闭。

还已经在前面结合根据本发明的装置的详细说明来详细阐明了关于车辆和方法所产生的优点，所以因此参照前面的解释。

附图说明

参照示意性附图，在下面更详细地阐明本发明的几个示例性实施例，其中：

图1显示通过例如商用车辆中的内燃机的气缸的纵截面，内燃机具有连接通道，连接通道通入内燃机的燃烧室中，可借助于连接通道，通过气动促动式设备的可控制阀，来输送经受过压的连接通道空气；

图2显示机械-液压设计的促动装置，促动装置作用于阀，并且包括凸轮轴、摇杆和结合在摇杆中的两个活塞-气缸单元；

图3显示用于阀的气动控制式促动装置，它包括具有活塞的活塞-气缸单元，可取决于内燃机的运行状态，在活塞的两侧作用于活塞，以及

图4 显示作为图3的备选方案的液压可控制式促动装置，它具有两个作用于阀的活塞。

部件列表

1内燃机

2气缸-曲柄轴壳体

3气缸

4往复活塞

5连接棒

6气缸头

6a侧向面

7燃烧室

8气体交换阀

9入口或排气端口

10连接通道

11阀

11a阀头

11b阀杆

12流出通路

13阀弹簧

14促动装置

15心轴

16摇杆

16a臂

16b臂

17凸轮

18活塞-气缸单元

18a活塞

19滚柱挺杆

20活塞-气缸单元

20a活塞

21推力件

22、23压力供应

24促动装置

24a气缸衬套

24b活塞

24c压力室

24d压力室

25间隔套管

25a止动件

26螺旋压缩弹簧

27空程帽

28支承杯

29促动棒

29a头

30、31压力供应

32贴靠套管

32a止动件

33促动装置

33a气缸衬套

33b活塞

33c活塞

33d压力室

33e止动件

33f压力室

34、35压力供应。

具体实施方式

图1以大致示意性的方式显示通过例如用于作为机动车辆的商用车辆的内燃机1(例如呈四冲程往复活塞内燃机的形式)的局部横截面，内燃机1包括气缸-曲柄轴壳体2、布置在气缸-曲柄轴壳体2中的气缸膛孔，往复活塞4在气缸膛孔中被导引，并且以关节的方式连接到向下凸出的连接棒5上，并且内燃机1具有气缸头6，气缸头6以气密方式安装在气缸-曲柄轴壳体2上。内燃机1特别地可为压缩相应地高的柴油发动机。

气缸-曲柄轴壳体2、往复活塞4和气缸头6封闭燃烧室7，燃烧室7被供应燃烧空气，并且通过气体交换阀8(入口和排气阀)和气缸头6中的对应的通道而连接到排气管道上。

另外，连接通道10定位在气体交换阀8的旁边，并且可通过阀11来控制连接通道10的流截面，阀11具有阀头11a和阀杆11b，连接通道10通入燃烧室7中，在阀11的打开状态中，连接通道10将连接通道连接到流出通路12上，在这里仅作为示例，流出通路12弯曲大约90°，并且通入气缸头6的侧向面6a中。

压力管线(未显示)具有止回阀，止回阀连接到例如商用车辆的气动式常用制动器的贮存器上，压力管线连接到流出通路12上。

在根据图1的示例性实施例中，气体交换阀8和沿轴向在气缸头6中以可移置的方式被导引的阀11布置成平行于气缸中心轴线，并且彼此平行，这仅仅是作为示例。阀11还可能布置成在气缸头6中倾斜，或者相对于气体交换阀8的中心轴线偏移或倾斜高达90°的角。

借助于阀11，经受存在于燃烧室7中的过压的空气可被引导开，并且通过流出通路12和设有止回阀的压力管线而输送到例如常用制动器的贮存器和/或其它气动运行式装置。

在燃烧室7中存在可回收的过压，例如，在那时不燃烧的内燃机1的滑行模式中，或者在例如内燃机1的排气系统中的排气瓣被关闭的发动机-制动模式中，或者在内燃机1的限定的运行循环中(在点燃燃料之前的压缩冲程期间)。

借助于阀弹簧13(图2)将阀11预加载到关闭状态，例如通过促动装置14来对阀11实现控制，例如以机械-液压的方式控制促动装置14。

在图2的示例中，促动装置14包括双臂式摇杆16，双臂式摇杆16通过心轴15可回转地安装在气缸头6中，通过凸轮轴的凸轮17(未进一步显示)来驱动摇杆的一个臂16a，而摇杆的相对的臂16b则作用于阀11的阀杆11b。应当注意，较小的阀提升，例如1至4 mm，优选3mm，就可能足以使阀11工作。

活塞-气缸单元18的活塞18a通过滚柱挺杆19来与凸轮17协作，如下面描述的那样，活塞-气缸单元18结合在摇杆16的臂16a中。另一个活塞-气缸单元20布置在气缸头6中，活塞-气缸单元20的活塞20a通过球节式推力件21作用于摇杆16的相对的臂16b。

活塞-气缸单元18的压力室连接到加压油供应上，加压油供应仅由箭头22指示，加压油供应具有控制阀(未显示)，使得在加压之后，摇杆16变得有用，阀11通过凸轮17，在内燃机的限定的运行循环中定期打开。在未加压状态中，摇杆16未促动，并且阀11保持关闭；未抽出压缩空气。

尤其是在滑行模式中，或者在排气瓣关闭的发动机-制动模式中，阀11可通过活塞-气缸单元20，通过连接到加压供应(由箭头23指示)上的所述活塞-气缸单元的对应的加压，来保持始终打开。在这个运行状态中，内燃机不燃烧，而是对于一个气缸3，或者如果合适的话，对于多个气缸，用作在需要时提供对应的压缩空气输送的压缩机。

图3显示例如作为图2的备选方案的气动控制式促动装置24，它由活塞-气缸单元形成，并且具有布置在气缸头6上的气缸衬套24a，活塞24b在其中被可移置地导引，压力室24c、24d分别形成于活塞24b的上方和下方。

间隔套管25由单独的构件形成，或者与气缸衬套24a一体地形成，以及/或者与气缸衬套24a由一种材料形成，间隔套管25设置在气缸衬套24a的下方，间隔套管容纳螺旋压缩弹簧26，螺旋压缩弹簧26在一端处抵靠着气缸衬套24a，并且在另一端处，通过空程帽27和支承杯28，抵靠着阀11的阀杆11b。螺旋压缩弹簧26的预紧力大于阀弹簧13的预紧力，使得在未加压状态中，阀11以限定的方式打开。如可在图中看到的那样，在这个状态中，支承杯28支托在间隔套管上的止动件上，在这里作为示例，止动件由贴靠套管32(以直径梯级或止动环的方式与壁成一体的构造当然也是可行的)形成。另外，螺旋压缩弹簧26设计成使得在点燃燃料之前的压缩冲程期间，阀11由于燃烧室压力增大而关闭。

另外，活塞-气缸单元24的活塞24b通过促动棒29(从气缸衬套24a凸出且具有头29a)联接到空程帽27上，使得从示出的打开位置阀11开始，在通过下部压力室24d，以例如气动控制的方式对活塞24b施加压力(箭头30)的期间，空程帽27(以及螺旋压缩弹簧26)被向上拉，并且阀11从而借助于然后运行的阀弹簧13而关闭。

在滑行模式或发动机-制动模式中，位于活塞24b上方的压力室24c借助于控制阀(未显示)，例如以气动的方式加压，如箭头31指示的那样，由此活塞24b向下移动，并且通过具有头29a和支承杯28的促动棒29使阀11保持始终打开。

基本在上面描述了促动装置或活塞-气缸单元24的运行；也就是说，在未加压状态中，阀11在弹簧加载(螺旋压缩弹簧26)下打开，并且由燃烧室压力关闭，或者通过经由压力室24c对活塞24b施加压力，来使阀11始终打开。未表示出气动压力介质源和所需的控制阀。

最后，图4显示另一个备选促动装置或活塞-气缸单元33，仅将在基本与根据图3的促动装置24不同的范围内描述它。功能相同的部件由相同的参考符号表示。

活塞-气缸单元33例如可以液压的方式控制，并且具有在气缸衬套33a中被可移置地导引的两个活塞33b、33c。朝向阀11定向的下部活塞33c呈环形活塞的形式，上部活塞33b的促动棒29穿过该环形活塞。

在图4中显示的正常位置上(未加压状态)，阀11由于阀弹簧13的预紧力而关闭，两个活塞33b、33c布置成和/或在尺寸上设置成使得螺旋压缩弹簧26不起作用，以及阀弹簧13因此或多或少地自主工作。

在例如以液压控制的方式对两个活塞33b、33c之间的下部压力室33d加压(箭头34)的情况下，活塞33c向下移动，直到它与气缸衬套上的止动件25a(在这里作为示例，由直径梯级表示)贴靠为止，同时上部活塞33b支托在环形止动件33e上。在发生这种情况时，阀11被螺旋压缩弹簧26打开，螺旋压缩弹簧26比阀弹簧13具有更大的预紧力。支承套管28支托在止动件32a上，以便确保限定的阀提升。压缩空气可从燃烧室中抽出，直到在压缩冲程期间引起的燃烧室压力克服螺旋压缩弹簧26的力，使阀关闭为止。

如果对上部压力室33f加压(箭头35)，对阀11实现始终打开，在这种情况下，支承杯28会通过向下移置的活塞33b及其促动棒29或其头29a而受力，使得阀11始终打开(优选在滑行模式或发动机-制动模式中)。在这种情况下，支承杯28可再次抵靠着止动件32a。不像图3的实施例的情况，空程帽27因此在这里主要用来导引螺旋压缩弹簧26，而且可刚性地连接到支承杯28上，或者可为支承杯28的构件。

如前面描述的那样，借助于控制阀和对应的压力介质源(未显示)，可在功能上实现仅以示例的方式被描述成液压压力控制系统的压力控制系统。

本发明不局限于描述的示例性实施例。除了对本领域技术人员众所周知的修改之外，还可部分地或完全用电力器件来促动或打开和关闭阀11。

Claims (15)

1.一种用于对机动车辆中的气动运行式装备输送压缩空气的装置，其中，压缩空气可通过可控制阀(11)从内燃机(1)的至少一个气缸(3)的燃烧室(7)分流，其中，所述阀(11)布置在所述燃烧室(7)的外部，且所述可控制阀(11)通过促动装置(24)来控制，并且，用于所述阀(11)的所述促动装置(24；33)是具有至少一个活塞(24b；33b，33c)的活塞-气缸单元，所述活塞沿打开方向和/或关闭方向对所述阀(11)施加力，阀弹簧(13)沿所述关闭方向对所述阀(11)进行预加载，并且，所述活塞-气缸单元的活塞(24b)在气缸衬套(24a)中被可移置地导引，从而在所述活塞(24b)的各个侧形成相应的压力室(24c，24d)，

并且其中，弹簧装置(26)布置在所述活塞(24b)的朝向所述阀定向的侧，所述弹簧装置(26)间接或直接地抵靠着所述气缸衬套(24a)，并且用其另一侧作用于所述阀(11)，所述弹簧装置(26)的预紧力设计成使得所述预紧力大于所述阀弹簧(13)的将所述阀(11)预加载到关闭位置的力，并且其中，在点燃燃料之前的压缩冲程期间且在高于限定的燃烧室压力的情况下，可使所述弹簧装置(26)脱离接合状态，使得所述阀(11)可借助于所述阀弹簧(13)而关闭。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧装置(26)布置在气缸衬套(24a)与可控制阀(11)之间的间隔套管中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧装置(26)通过空程帽(27)或者通过具有相关联的支承杯(28)的空程帽(27)来作用于所述阀(11)，所述空程帽(27)可移置地安装在促动棒(29)上，并且可联接到所述促动棒(29)上，所述促动棒(29)连接到所述活塞(24b)上，使得在下部压力室(24d)相对于阀侧加压，以及所述活塞(24b)因此移置远离所述阀(11)之后，所述空程帽(27)移动远离所述阀(11)，并且所述弹簧装置(26)从而脱离操作性接合状态，由此所述阀(11)由于所述阀弹簧(13)的力而关闭，

并且其中，在上部压力室(24c)相对于阀侧加压之后，或者在所述上部和下部压力室(24c，24d)未加压的情况下，能够借助于所述弹簧装置(26)来相对于所述促动棒(29)移置所述空程帽(27)，其中所述弹簧装置(26)沿朝所述阀(11)的方向对所述空程帽(27)施加预紧力，并且因此作用于所述阀(11)，从而克服所述阀弹簧(13)的力而打开所述阀(11)。

4.一种用于对机动车辆中的气动运行式装备输送压缩空气的装置，其中，压缩空气可通过可控制阀(11)从内燃机(1)的至少一个气缸(3)的燃烧室(7)分流，其中，所述阀(11)布置在所述燃烧室(7)的外部，且所述可控制阀(11)通过促动装置(33)来控制，并且，用于所述阀(11)的所述促动装置(24；33)是具有至少一个活塞(24b；33b，33c)的活塞-气缸单元，所述活塞沿打开方向和/或关闭方向对所述阀(11)施加力，阀弹簧(13)沿所述关闭方向对所述阀(11)进行预加载，并且，所述活塞-气缸单元(33)具有下部活塞(33c)和上部活塞(33b)，所述下部活塞(33c)和上部活塞(33b)可沿相反的方向被作用，当一个活塞(33b)相应地被作用时，允许所述一个活塞(33b)在所述内燃机的限定的运行状态中使所述阀(11)保持始终打开，并且另一个活塞(33c)在所述内燃机(1)的限定的运行状态中定期打开所述阀。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，压力室(33d)布置和形成于所述两个活塞(33c，33b)之间，使得在所述压力室(33d)加压之后，所述下部活塞(33c)可沿朝所述阀(11)的方向移置，直到所述下部活塞(33c)贴靠着止动件(25a)，

其中，作用于所述阀(11)的弹簧装置(26)抵靠着所述下部活塞(33c)的朝向所述阀定向的侧，所述弹簧装置(26)的预紧力大于将所述阀(11)预加载到关闭位置的阀弹簧(13)的力，并且所述弹簧装置(26)的预紧力另外设计成使得在所述内燃机的点燃燃料之前的压缩冲程期间且在高于限定的燃烧室压力的情况下，可使所述弹簧装置(26)脱离接合状态，使得所述阀(11)可借助于所述阀弹簧(13)而关闭。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，连接到所述上部活塞(33b)上的促动棒(29)穿过朝向所述阀(11)定向的所述下部活塞(33c)，所述下部活塞(33c)和所述促动棒(29)可相对于彼此移置，

其中，在位于所述两个活塞(33b，33c)之间的所述压力室(33d)加压之后，所述两个活塞(33b，33c)可以限定的方式移置，使得所述弹簧装置(26)作用于所述阀(11)，

并且其中，所述上部活塞(33b)及其促动棒(29)设计成使得在沿朝向所述阀(11)的方向对所述上部活塞(33b)施加压力之后，所述促动棒(29)作用于所述阀(11)，并且克服所述阀弹簧(13)的力而打开所述阀(11)。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的装置，其特征在于，所述两个活塞(33b，33c)容纳和布置在所述活塞-气缸单元中，使得所述弹簧装置(26)在未加压状态中不起作用，并且所述阀(11)借助于所述阀弹簧(13)的预加载力而关闭。

8.根据权利要求1或权利要求4所述的装置，其特征在于，所述阀(11)以相对于在气缸头侧的燃烧室表面后移的方式布置在所述内燃机(1)的气缸头(6)中，并且/或者通过连接通道(10)来连接到所述燃烧室(7)上。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述阀(11)基本平行于所述内燃机(1)的气体交换阀(8)而对齐。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述气体交换阀(8)和所述阀(11)布置成平行于所述内燃机(1)的所述至少一个气缸(3)的中心轴线。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述阀(11)连接到流出通路(12)上，可通过所述阀(11)来控制所述流出通路(12)，通过所述阀(11)来控制的所述流出通路(12)通入所述气缸头(6)的侧向面(6a)中，在所述侧向面(6a)处，所述流出通路(12)连接到具有止回阀的压力管线。

12.根据权利要求1或权利要求4所述的装置，其特征在于，通过促动装置(14；24；33)以机械和/或电力和/或液压和/或气动的方式控制所述阀(11)。

13.一种车辆，具有根据权利要求1或权利要求4所述的装置。

14.一种用于借助于根据权利要求1所述的装置来对机动车辆中的气动运行式装备输送压缩空气的方法。

15.一种用于借助于根据权利要求4所述的装置来对机动车辆中的气动运行式装备输送压缩空气的方法。