CN104271902A - 机械式可控的气门传动装置、内燃机以及用于运行内燃机的方法 - Google Patents

机械式可控的气门传动装置、内燃机以及用于运行内燃机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的带有至少两个气缸(4、6)的机械式可控的气门传动装置，所述气缸分别具有至少一个进气门(8、10)和至少一个排气门，其中，这样设有至少一个传动机构(18、20)，从而为至少每个进气门(8、10)配置中间杆装置(22、24)和摇杆装置(26、28)，其中，所述中间杆装置(22、24)的中间杆(30、32)具有用于与所述摇杆装置(26、28)的摇杆(46、48)形成有效连接的工作曲面(38、40)，其中，所述中间杆(30、32)与凸轮轴(12)的周向轮廓(14、16)形成有效连接，并且其中，所述中间杆装置(22、24)具有作用机构(64、66)，所述作用机构与气门行程调节装置(58)的控制轮廓(60、62)这样形成有效连接，从而能够调节形成不同的气门行程位置并且能够调节形成至少一个关闭气缸(4)的进气门(8)的零位置，其中，所述气门行程调节装置(58)具有控制轴，所述控制轮廓(60、62)布置在所述控制轴上，其中，所有控制轮廓(60、62)对于空转范围和满负载范围来说设计为基本上相同的，其中，用于关闭气缸(4)的进气门(8)的部分负载范围的控制轮廓相较于用于其它气缸(6)的进气门(19)的部分负载范围的控制轮廓(62)具有不同设计的部段(68)。

Description

机械式可控的气门传动装置、内燃机以及用于运行内燃机的方法
本发明涉及一种用于内燃机的、带有至少两个气缸的机械式可控的气门传动装置，所述气缸分别具有至少一个进气门和至少一个排气门，其中，这样设置至少一个传动机构，即，为至少每个进气门配置有中间杆装置和摇杆装置，其中，中间杆装置的中间杆具有用于与摇杆装置的摇杆有效连接的工作曲面，其中，中间杆与凸轮轴的周向轮廓形成有效连接，并且其中，中间杆装置具有作用机构，所述作用机构这样与气门行程调节装置的控制轮廓形成有效连接，从而能够调节形成不同的气门行程位置，并且能够调节形成至少一个可关闭或者可关断的气缸(Abschalt-Zylinder)的进气门的零位置。
此外，本发明还涉及一种带有这种机械式可控的气门传动装置的内燃机以及一种用于运行这种内燃机的方法。
这种气门传动装置早已为人所知。气门传动装置尤其用于借助气门行程高度和由此的内燃机气缸的填充度来使燃烧过程与相应的负载要求相适应，并且相应地实现尽可能高效且由此有害物质较少的燃烧。此外已知的是，在特定的负载范围内、尤其在部分负载范围内将一定数量的气缸完全关闭，从而例如在四缸内燃机中使该内燃机仅利用两个气缸运行。在此，燃烧过程的效率和排放优化也很重要。在关闭气缸方面已知大量的技术。所述技术例如包括可开关的按压推杆、带有空转功能的气门摇臂以及带有零位置轮廓的滑动凸轮。这些技术方案中的问题在于，当在两个工作循环之间关闭相应的气门时，必须对待关闭的气缸的相应气门进行激活或者去激活。由此为内燃机中造成了显著的负载突变，而这种负载突变必须得到缓冲。以此方式又失去了一部分的理论效率和优点。
对此，专利文献DE 10 2006 033 559 A1描述了一种带有两个可相互独立驱动的气门行程调节装置的机械式可控的气门装置，由此使所述气门行程调节装置也能够用于关闭气缸。应该明确的是，设置可相互独立驱动的气门行程调节装置导致了较高的装配费用和成本费用。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种避免上述弊端的机械式可控的气门传动装置以及内燃机和用于运行所述内燃机的方法。
所述技术问题通过根据本发明的机械式可控的气门传动装置这样解决，即气门行程调节装置具有控制轴，在所述控制轴上布置有控制轮廓，其中，用于空转范围和满负载范围的所有控制轮廓设计为基本上相同的，其中，用于关闭气缸的进气门的部分负载范围的控制轮廓相对于用于其它气缸的进气门的部分负载范围的控制轮廓具有设计不同的部段。通过这种方式可以例如在串联的气缸中仅利用一个调节装置进行气缸的关闭。
在此特别有利于简单且成本低廉的装配的是，控制轮廓布置在控制轴的基圆内部。
在此可能特别有利的是，配属于关闭气缸的控制轮廓的部段相对于配属于其它气缸的控制轮廓的相应部段回缩地布置。
一种特别紧凑的机械式可控的气门传动装置通过以下方式实现，即两个中间杆通过连接轴在与工作曲面对置的端部上相互连接，其中，设有用于凸轮轴的力传导的第一滚轮，并且在中间杆之间设有用于在滑槽中导引的第二滚轮。
为了确保内燃机(该内燃机应在没有存在问题且损害效率的负载突变的情况下使用)与负载有关地关闭气缸，特别有利的是，各个控制轮廓的半径r与进气门的行程高度h之间具有正比关系，其中，为气缸的进气门的行程高度h配置气缸中的平均压力p。
在此，所述技术问题还通过带有这种机械式可控的气门传动装置的内燃机解决，其中，这样根据第二控制轮廓的半径r2选择第一控制轮廓的半径r1，使得在内燃机的部分负载范围内，内燃机中所有气缸的压力曲线pges关于控制轴的调节角单调递增地延伸。在此特别有利的是，在部分负载范围内关闭半数的气缸。
本发明的技术问题也通过用于运行这种内燃机的方法解决，其中，在空转范围内，所有气缸的至少所有进气门都以相同的、增大的行程高度运行，在空转范围与部分负载范围之间的过渡范围内，半数气缸的进气门以增大的行程高度运行，而另外半数气缸的进气门以减小的行程高度运行，在部分负载范围内，半数气缸的进气门以增大的行程高度运行，而另外半数气缸的进气门以零位置运行，在部分负载范围与满负载范围之间的过渡范围内，半数气缸的进气门以减小的行程高度运行，而另外半数气缸的进气门以增大的行程高度运行，并且在满负载范围内，所有气缸的所有进气门以相同的、增大的行程高度运行。
以下结合附图对本发明进行更详尽的阐述，在附图中：
图1示出两个相邻的进气门的立体示意图，所述进气门分别配置有机械式可控的气门传动装置，
图2a示出第一控制轮廓和第二控制轮廓的半径与调节角的关系图，
图2b示出由图2a推导出的控制轴的第一控制轮廓和第二控制轮廓，
图3示出气门传动装置的示意图以及空转范围内的对应曲线，
图4示出气门传动装置的示意性布置以及从空转范围向部分负载范围过渡的曲线，
图5示出气门传动装置的示意图以及部分负载范围内的对应曲线，
图6示出气门传动装置的示意图以及从部分负载范围向满负载范围过渡的对应曲线，并且
图7示出气门传动装置的示意图以及满负载范围内的对应曲线。
图1示意性地示出机械式可控的气门传动装置2的局部，其中，在当前情况下示出了两个气缸4、6，所述气缸具有进气门和排气门，然而为简明起见，在图1中仅分别示出了一个进气门8、10。
此外，示出了带有凸轮14、16的凸轮轴12，所述凸轮在该实施例中分别与一个传动机构18、20形成有效连接，以便触发进气门8、10的气门行程。为简明起见，有意省去了气门传动装置的某些部件、例如轴承、滑槽、弹簧。这些部件在专利文献DE 10 2004 003 327中有明确的描述，因此该专利文献的内容也应包含在本发明的公开内容中。在此，为了更便于理解，图3至图7中的凸轮14、16指向相同，这可能有别于实际情况。
在本实施例中，传动机构18、20分别由中间杆装置22、24和摇杆装置26、28构成。中间杆装置22、24具有带第一滚轮34、36的中间杆30、32，所述第一滚轮分别与凸轮轴12的凸轮14、16形成有效连接。在此示出了连接轴31，所述连接轴使配属于汽缸6的相应进气门10的两个中间杆32相互连接。在连接轴31上设有用于在未示出的滑槽中导引的滚轮33。在与第一滚轮34、36相反的端部上，每个中间杆30、32具有工作曲面38、40，所述工作曲面又分别与摇杆装置26、28的滚轮42、44形成有效连接。在此，滚轮42、44分别支承在摇杆46、48中。摇杆46、48又在一侧支承在支承座50、52上，并且在另一侧54、56以已知的方式作用在进气门8、10上。现在为了调节形成进气门8、10的不同气门行程位置而设有气门行程调节装置，在此仅示出了气门行程调节装置的控制轴58。为此，控制轴58通过控制轮廓60、62与中间杆30、32的第二滚轮64、66形成有效连接。在该视图中可以看出，控制轮廓60在特定的部段上设计得不同于控制轮廓62。
如在其它附图中详细描绘且阐述的那样，控制轴58的旋转使得进气门8、10的最大行程不同。由于控制轮廓60、62位于控制轴58的基圆内部，可以实现控制轴的特别简单的支承。就此方面可以具体参照专利文献DE 102004 003 327 A1，其中指出，控制轴既可以设计为单构件式也可以设计为多构件式。此外，控制轴58还可以具有端部止挡，用以简化对未示出的调节装置的校准。
在本实施例中认为，相关的控制轮廓60、62的半径r与各自的进气门8、10的行程高度h之间具有正比关系。又为各个进气门8、10的行程高度h配置各自气缸4、6中的平均压力p。在此，气缸4(为该气缸配置进气门8)应该设计为关闭气缸，该气缸的控制轮廓60具有相对于控制轮廓62回缩的部段68(见图4至图7)。为了防止在用于关闭或开启关闭气缸的过渡范围内出现不期望的负载突变，前提条件在于，内燃机的、即所有气缸的平均压力pges基本上关于控制轴58的正向调节角或者关于不断增加的负载单调递增地延伸。由该前提条件首先可以推导出图2a的图示，其中画出了各个控制轮廓60、62的半径r关于控制轴58的调节角的变化。由此则可以根据图2b直接推导出控制轮廓60、62。在批量生产中的控制轴58的设计当然也可能与这种数学推导不同。
在此，图3至图7通过相应的图表以示意性方式示出气门传动装置2以及各进气门8、10的行程高度和位置，其中，上方的曲线分别示出各个进气门8、10关于控制轴58的调节角的行程高度，并且下方的曲线示出在各个气缸4、6中的平均压力以及平均总体压力pges关于控制轴58的调节角的曲线。
图3示出内燃机在空转范围内的状态作为起始状态。必要的总体压力pges极低，在此在约2bar的范围内。这相当于所有进气门的、以及关闭气缸的行程高度，约为0.75mm。在此以线条70、72所示的两个排气门按照做功程冲都打开。可以清楚看出控制轴58的位置，其中，第一控制轮廓60的作用点的半径r1与第二控制轮廓62的作用点的半径r2相同。在负载要求不断升高的情况下、即在空转范围与部分负载范围之间的过渡范围中，第一气缸4的行程平均压力下降，而第二气缸6的行程平均压力升高。这在图4中示出。两个排气门按照做功冲程都打开。在此还可清楚看出的是，控制轮廓60通过相对于控制轮廓62回缩的部分区域68作用在中间杆装置22上。
在图5中示出，第一气缸4的进气门8如何在负载要求不断升高时保持关闭。配属的排气门也根据线条70保持关闭。第二气缸组6在有利于效率的较高负载时这样运行，从而实现了所有气缸4、6的基本上线性上升的压力曲线pges。
图6则示出了在部分负载范围与满负载范围之间的过渡范围内的状态。在此，只还可以通过重启第一气缸组8来实现进一步的负载要求。为了实现发动机扭矩的进一步单调变化，相应地降低了第二气缸10的负载。
在图7中示出了满负载范围内的状态。两个控制轮廓60、62又以相同的半径作用在中间杆30、32的各个作用机构64、66上。

Claims (9)

1.一种用于内燃机的带有至少两个气缸(4、6)的机械式可控的气门传动装置，所述气缸分别具有至少一个进气门(8、10)和至少一个排气门，其中，这样设有至少一个传动机构(18、20)，即，为至少每个进气门(8、10)配置中间杆装置(22、24)和摇杆装置(26、28)，其中，所述中间杆装置(22、24)的中间杆(30、32)具有用于与所述摇杆装置(26、28)的摇杆(46、48)形成有效连接的工作曲面(38、40)，其中，所述中间杆(30、32)与凸轮轴(12)的周向轮廓(14、16)形成有效连接，并且其中，所述中间杆装置(22、24)具有作用机构(64、66)，所述作用机构与气门行程调节装置(58)的控制轮廓(60、62)这样形成有效连接，从而能够调节形成不同的气门行程位置并且能够调节形成至少一个关闭气缸(4)的进气门(8)的零位置，其特征在于，所述气门行程调节装置(58)具有控制轴，所述控制轮廓(60、62)布置在所述控制轴上，其中，所有控制轮廓(60、62)对于空转范围和满负载范围来说设计为基本上相同的，其中，用于关闭气缸(4)的进气门(8)的部分负载范围的控制轮廓相较于用于其它气缸(6)的进气门(19)的部分负载范围的控制轮廓(62)具有不同设计的部段(68)。
2.根据权利要求1所述的机械式可控的气门传动装置，其特征在于，所述控制轮廓(60、62)布置在所述控制轴(58)的基圆的内部。
3.根据权利要求1或2所述的机械式可控的气门传动装置，其特征在于，所述控制轴(58)具有端部止挡。
4.根据权利要求1或2所述的机械式可控的气门传动装置，其特征在于，配属于所述关闭气缸(4)的控制轮廓(60)的部段(68)相对于配属于其它气缸的控制轮廓(62)的相应部段回缩地布置。
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的机械式可控的气门传动装置，其特征在于，两个中间杆(30、32)通过连接轴在与所述工作曲面(38、40)对置的端部上相互连接，其中，设有用于所述凸轮轴(12)的力传递的第一滚轮，并且在所述中间杆(30、32)之间设有用于在滑槽中导引的第二滚轮。
6.根据上述权利要求1至5中任一项所述的机械式可控的气门传动装置，其特征在于，各个控制轮廓(60、62)的半径r与所述进气门(8、10)的行程高度h之间具有正比关系，其中，为气缸(4、6)的所述进气门(8、10)的行程高度h配置所述气缸(4、6)中的平均压力p。
7.一种带有根据权利要求1至6中任一项所述的机械式可控的气门传动装置的内燃机，其特征在于，这样根据第二控制轮廓(62)的半径r2选择第一控制轮廓(60)的半径r1，使得在内燃机的部分负载范围内，内燃机中所有气缸(4、6)的压力曲线pges关于控制轴(58)的调节角单调递增地延伸。
8.根据权利要求7所述的带有机械式可控的气门传动装置的内燃机，其特征在于，在部分负载范围内关闭半数的气缸(4、6)。
9.一种用于运行根据权利要求7或8所述的内燃机的方法，其特征在于，沿扭矩升高的方向，在空转范围内，所有气缸(4、6)的至少所有进气门(8、10)都以相同的、不断增大的行程高度运行，在空转范围与部分负载范围之间的过渡范围内，半数气缸(6)的进气门(10)以不断增大的行程高度运行，而另外半数气缸(4)的进气门(8)以不断减小的行程高度运行，在部分负载范围内，半数气缸(6)的进气门(10)以不断增大的行程高度运行，而另外半数气缸(4)的进气门(8)以零位置运行，在部分负载范围与满负载范围之间的过渡范围内，半数气缸(6)的进气门(10)以不断减小的行程高度运行，而另外半数气缸(4)的进气门(8)以不断增大的行程高度运行，并且在满负载范围内，所有气缸(4、6)的所有进气门(8、10)以相同的、不断增大的行程高度运行。
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