CN104819021B - 操纵阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操纵阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的设备及方法，具体而言涉及用于操纵用于机动车的阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的设备和方法，在其中优选地在位于凸轮轴和至少一个作用到排气阀门上的操纵元件之间的力流中设置有至少一个器件，借助于该器件将至少一个排气阀门尤其地在带有废气阻塞的发动机制动运行中可保持在未关闭的中间状态中。根据本发明设置成，该至少一个器件通过集成到阀门传动机构中的步进转换机构(9)形成，该步进转换机构在脉冲式的操纵中可在正常的阀门操纵和至少一个中间状态之间切换、尤其地可脉冲式地切换。

Description

操纵阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的设备及方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于操纵用于机动车的阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的设备。此外，本发明涉及一种根据权利要求11的前序部分所述的用于操纵用于机动车的阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的方法。

背景技术

例如通过文献US 2010/319657 A1已知，通过以下方式在惯性运行(Schubbetrieb)中提高内燃机的制动作用，即借助于在排气管中的阻滞阀片(Stauklappe)给废气阻塞(Abgasrückstau)叠加减压效果(EVB确切地说排气阀门制动(Exhaust valvebrake))，其中内燃机的每个气缸的至少一个排气阀门在制动运行中在中间状态中保持打开。这在内燃机的阀门传动机构中借助于在凸轮轴的起驱动作用的凸轮和对排气阀门进行加载的操纵元件确切地说摇杆之间的力流中的液压加载的活塞缸体单元实现。

发明内容

本发明的目标是，提出开头所述类型的主要在机械方面起作用的设备，其利用结构上简单的器件不仅在正常发动机运行中而且在发动机制动运行中实现精确阀门控制。本发明的另一目标是，提出一种方法，其不仅在通常发动机运行中而且在发动机制动运行中实现精确阀门控制。

该目标的解决方案利用独立权利要求的特征实现。从属权利要求的对象是本发明的有利的改进方案和设计方案。

根据权利要求1，建议一种用于操纵用于机动车的阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的设备，在其中优选地在位于凸轮轴和至少一个作用到排气阀门上的操纵元件之间的力流中设置有至少一个器件，借助于该器件将至少一个排气阀门特别是在带有废气阻塞的发动机制动运行时可保持在未关闭的中间状态中。根据本发明建议，用于调整至少一个排气阀门的中间状态的该至少一个器件通过集成到阀门传动机构中的步进转换机构尤其地为根据可压力操纵的圆珠笔的原理工作的步进转换机构形成，该步进转换机构则在操纵中可由正常的阀门操纵脉冲式地(impulsförmig)切换到至少一个中间状态中且反之亦然。

这种类型的结构利用结构上简单的器件不仅在正常的发动机运行中而且在发动机制动运行中实现精确的阀门控制，其此外也是稳定的且不易受到干扰并且由此通过高的使用寿命而出众。在此概念“脉冲式”表示在时间上间隔开的且由此逐步的操纵，在其中步进转换机构到达或“跳跃”到不同的位置或状态中。该操纵自身可以非常不同的方式激活，这在随后还将详细解释。

特别优选地，步进转换机构具有带有不同深度的纵向凹槽的引导套、接合到纵向凹槽中的、起传力作用的星形件和与星形件通过优选地构造成斜齿部的转矩传递装置共同作用的不可旋转地在引导套中引导的促动器。不同深度的纵向凹槽优选地在尺寸上如此设计，即在步进转换机构的一个转换状态中转换带有排气阀门关闭的正常的阀门操纵并且在下一个转换状态中转换中间状态，在其中排气阀门不完全关闭并且由此与废气阻塞结合产生有目的的减压作用。总地来说可见，结合该切换过程优选地应确保，在切换时星形件的臂或齿形部相应接合到深度相同的凹槽中。在例如两种类型的不同深度的凹槽的情况下，优选地具有第一深度的凹槽相应毗邻不太深的第二凹槽，从而在脉冲操纵时进行在两个转换位置之间简单的变换(umspringen)或切换。当确保在切换时星形件的臂或齿形部相应接合到相同深度的凹槽中时，相同的内容类似地适用于多于两种类型的不同深度的凹槽。在此如有可能也可实现多级的制动。

为了实现精确的切换时间和短的促动行程，促动器可借助于预紧元件(例如弹簧)轴向地相对于星形件的成齿状的端面预紧。

在本发明的一种有利的设计方案中，步进转换机构可集成到阀门传动机构的挺杆中，其中优选地引导套在凸轮轴的凸轮处运转(anlaufen)并且传力的星形件直接或间接地输出动力到阀门上。但是该布置方案也可以运动学颠倒的方式构建。

由此步进转换机构近似可以没有结构变化的方式应用在现有阀门传动机构中并且形成稳定的精确地传递阀门操纵力的结构。在此优选地星形件可输出动力到集成到阀门传动机构中的摇杆上。

为了切换步进转换机构，促动器在控制技术上有利地机械地和/或液压地和/或电磁地通过控制器脉冲式地加载，这如有可能可通过根据发动机特定的和/或行驶特定的参数改型已经现有的发动机控制器实现。

在本发明针对内燃机(在该内燃机中每个气缸的两个排气阀门通过阀门桥共同地操纵)的优选的改进方案中建议，在阀门桥一侧设置有位置固定的可在止挡状态方面变化的托架(Gegenhalter)，并且步进转换机构布置在位于托架和阀门桥之间的力流中。由此可在维持带有阀门桥的阀门传动机构的结构方案的情况下以结构适宜的方式可靠地控制两个排气阀门中的仅仅一个的中间状态以及正常的发动机运行。

在此，步进转换机构优选地集成到托架中，其中引导套布置成位置固定并且星形件形成用于阀门桥的可变的止动部。尤其地在该设计方案中实现了步进转换机构的简化的操控，因为步进转换机构不是被结合到动态加载的阀门传动机构中。如有可能通过步进转换机构除了基础状态(关闭的排气阀门)还可转换排气阀门的多个中间状态，其可脉冲式地通过电子控制器利用反馈控制进行操控。由此在很小额外费用的情况下创造在一个或多个排气阀门的减压作用的控制方面的另一自由度。

此外在带有多个气缸的内燃机中在发动机制动运行中相应至少一个排气阀门通过步进转换机构保持打开，其中通过尤其地离散地操控步进转换机构可有目的地在发动机制动运行的效果方面控制发动机制动运行。由此例如在发动机制动运行中可将内燃机的仅仅一个气缸、多个气缸或所有气缸转换到减压效果上。

最后，通过步进转换机构可在内燃机起动时短暂地保持至少一个排气阀门打开，以为了例如在室外温度较低时帮助起动。

利用根据本发明的方法引导和/或利用本发明的机动车尤其是商用车得到的优点相似地相应于以上所述的优点。

以下利用其它细节仅仅示例性地详细解释本发明的两个实施例。

附图说明

在示意性的图纸中：

图1显示了用于机动车所用的阀门控制的内燃机的排气阀门的仅仅部分地示出的阀门传动机构，该阀门传动机构带有凸轮轴，该凸轮轴通过挺杆驱动摇杆，并且带有集成到挺杆中的可液压切换的步进转换机构以用于调整排气阀门的中间状态；

图2在分解图中显示了根据图1的步进转换机构的主要单个部件，带有引导套、传力的星形件以及切换步进转换机构的、可液力加载的促动器；

图3显示了用于通过阀门桥操纵内燃机的每个气缸的两个排气阀门的仅仅部分示出的阀门传动机构，其中根据图2的步进转换机构集成到位置固定的托架中并且转换到基础状态中，该基础状态相应于正常的发动机运行；以及

图4显示了根据图3的阀门传动机构，其中，步进转换机构被切换到排气阀门的相应于发动机制动运行的中间状态中。

参考标号列表

1 气缸盖

1a 壁

1b 输送通道

2 凸轮轴

3 凸轮

4 滚子

5 挺杆

6 滚子

7 摇杆

8 轴

9 步进转换机构

10 引导套

10a 桥接部

10b,10c 凹槽

10d 压力腔

11 杆

12 促动器

12a 斜齿部

13 弹簧

14 排气阀门

15阀门桥

16托架

17输送通道

18联接螺栓

19防松螺母。

具体实施方式

图1在部分横截面中示出了用于机动车尤其为商用车的涡轮增压的柴油内燃机的简化地示出的气缸盖1，带有凸轮轴2，该凸轮轴2通过凸轮3驱动每个气缸的进气阀门以及至少一个排气阀门。在未示出的部分方面阀门传动机构为此可以已知的方式实施。

排气阀门(这里未画出)的操纵相应通过凸轮3实现，该凸轮3通过滚子4作用到在气缸盖1的壁1a中可轴向移动地引导的挺杆5上。挺杆5加载摇杆7的滚子6，该摇杆7可摆动地支承在气缸盖1中的位置固定的轴8上并且以已知的方式操纵排气阀门。

步进转换机构9相应集成到挺杆5中，该步进转换机构以位于阀门传动机构的力流中的方式可从相应于正常的阀门操纵的基础状态中切换到这样的状态中，即在该状态中一个或多个相应的排气阀门保持在中间状态中。在该中间状态中，排气阀门没有关闭，而是形成通流间隙以用于在发动机制动运行中产生减压作用。

与图1一起观察，图2以粗略绘制的方式示出了步进转换机构9的结构及其切换功能。主要的构件通过引导套10、起传力作用的星形件11和引起切换的促动器12形成。

在此，引导套10示例性地以部分相同的方式(teilegleich)形成挺杆5并且在下侧处承载在凸轮3处运转的滚子4(参见图1)。轴向取向的凹槽10b,10c一方面在径向向内伸出的轴向上平行的桥接部10a之间并且另一方面通过这些桥接部形成到引导套10中，这些凹槽10b,10c交替地具有较小的深度10b和较大的深度10c。在此示例性地具有第一较小深度的凹槽10b在具有相对第二较大深度的凹槽10c之后。

然后根据步进转换机构9的转换状态星形件11的径向向外指向的臂、齿形部或桥接部11b伸出或接合到凹槽10b或10c中，其中星形件11的桥接部11b的数量相等地相应于在引导套10中的凹槽10c的数量和凹槽10b的数量。

如果星形件11的桥接部11b接合到引导套10的较深的凹槽10c中，则排气阀门可正常关闭。如果桥接部11b接合到不太深的凹槽10b中，则通过星形件11和摇杆7将排气阀门保持在限定的(打开的)中间状态中，在该中间状态中排气阀门在发动机制动运行中产生减压作用。

星形件11的位置的切换通过布置在引导套10之内的可轴向移动地但是不可旋转地引导的促动器12实现，该促动器12在端侧具有斜齿部12a，该斜齿部12a贴靠在星形件11的对应的斜齿部11a处。

如果使促动器12轴向移动，则该促动器通过共同作用的斜齿部12a,11a首先产生作用到星形件11上的转矩并且同时将星形件从凹槽(10b或10c)中推出，直至通过桥接部10a引起的在周向上的接合取消。然后星形件11可相对于引导套10以这样的程度旋转，即直至星形件11的桥接部11b可驶入相应邻近的凹槽(10c或10b)中。

如可从图1中看出的那样，这例如通过加工到气缸盖1的壁1a中的输送通道1b发生，该输送通道1b通到在引导套10之内的压力腔10d中并且通过该输送通道1b在朝向星形件11的方向上可脉冲式地加载在引导套10中引导的促动器12。

设置在引导套10处的、支撑在壁1a处的螺旋压力弹簧13作为示例性的预紧元件在此在无压力的状态中维持从凸轮3通过引导套10和星形件11到摇杆7上的力流中的无间隙的连接。以未示出的方式可通过液压控制阀和操控该控制阀的电子发动机控制器脉冲式地加载输送通道1b以用于切换步进转换机构9。

图3和4部分区段地示出了用于操纵内燃机的每个气缸两个排气阀门14的本身已知的阀门传动机构(仅仅示出了一个排气阀门14且没示出阀弹簧)，通过跨越两个排气阀门14的柄的阀门桥15加载这两个排气阀门14。在功能上相同的部件设有相同的附图标记。

与图1相似地，在阀门传动机构中的力流通过带有凸轮3的起驱动作用的凸轮轴2实现，该凸轮作用到共同的摇杆7上，该摇杆的自由的摇杆臂在中间输出动力到阀门桥15上并且由此操纵两个排气阀门14。

在气缸盖1中位置固定地固定有托架16，其在可控制到中间状态中的该一个排气阀门14的区域中伸出超过阀门桥15。

在图2中描述的步进转换机构9集成到托架16中，为了进行切换可通过在联接螺栓18中的在此位于上方的输送通道17液压加载该步进转换机构9。

步进转换机构9继而具有在此位置固定地拧入托架16中的引导套10、面对阀门桥15的星形件11以及在引导套10中引导的促动器12，该促动器邻接压力腔10d。

步进转换机构9的结构与图2的结构相似，除了如下区别，即构件以运动学颠倒的方式布置并且在其它的意义方面同样地结合到阀门传动机构的力流中。

通过根据图3和4的布置方案，向下取向的星形件11形成在发动机制动运行中作用到阀门桥15上的止挡部，该止挡部以通过托架16支撑的方式将所示出的排气阀门14保持在产生减压作用的中间状态(图4)中，而该止挡部在正常的被供给燃料的发动机运行(图3)中无作用地收回。

步进转换机构9的脉冲式的切换在液压方面如以上描述的那样实现并且因此不进一步阐述。如示出的那样，步进转换机构9的位置的调整可通过引导套10有目的地拧入托架16中和借助于防松螺母19进行的固定实现。

步进转换机构9从正常的被供给燃料的发动机运行切换成带有相应的排气阀门14的中间状态的发动机制动运行可例如针对控制器的表示发动机制动运行的信号液压地实现且反之亦然。如有可能在此切换不是液压地执行，而是通过装入相应的电磁的促动装置电磁地执行。

在起动内燃机时且如有可能在外部温度较低时也可控制用于调整排气阀门14的中间状态的这种切换，以帮助内燃机的开始运转(Anspringen)(较高的起动转速)。

如有可能，步进转换机构9也可如此实施，即可脉冲式地调整排气阀门14的多个中间状态，以便可变地控制减压作用。在此，引导套10或者在引导套10中的凹槽10b,10c的数量必须为星形件11的桥接部11b的多倍，以为了除了基础状态(发动机运行)之外还提供其它的中间状态。

对步进转换机构9的切换进行的电子控制优选地可为反馈控制，其给出步进转换机构9的相应的转换状态。这例如可借助于集成到步进转换机构9中的传感器组件实现。

内燃机的整个阀门传动机构的步进转换机构9如有可能可以离散的方式操控，从而在发动机制动运行中可将仅仅一个气缸或多个气缸或所有气缸切换到可叠加于废气阻塞的减压作用中。

Claims (26)

1.一种用于操纵用于机动车的阀门控制的内燃机的至少一个排气阀门的设备，在该设备中设置有至少一个器件，借助于该器件可将所述至少一个排气阀门保持在未关闭的中间状态中，并且所述至少一个器件通过集成到阀门传动机构中的步进转换机构(9)形成，该步进转换机构在脉冲式的操纵中可在正常的阀门操纵和至少一个中间状态之间切换，其特征在于，所述步进转换机构(9)具有：引导套(10)，该引导套带有不同深度的纵向凹槽(10b,10c)；接合到所述纵向凹槽(10b,10c)中的、传力的星形件(11)；以及与所述星形件(11)通过转矩传递装置共同作用的不可旋转地在所述引导套(10)中引导的促动器(12)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个器件设置在位于凸轮轴和至少一个作用到所述排气阀门上的操纵元件之间的力流中。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，借助于所述至少一个器件可将所述至少一个排气阀门在带有废气阻塞的发动机制动运行中保持在未关闭的中间状态中。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述步进转换机构(9)在脉冲式的操纵中可在正常的阀门操纵和至少一个中间状态之间脉冲式地切换。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述引导套(10)具有交替地相继布置的不同深度的纵向凹槽(10b,10c)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述转矩传递装置具有斜齿部(12a,11a)。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述促动器(12)借助于预紧元件轴向上相对于所述星形件(11)的成齿形的端面(11a)预紧。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述预紧元件为弹簧(13)。

9.根据前述权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述步进转换机构(9)集成到所述阀门传动机构的挺杆(5)中。

10.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述引导套(10)在所述凸轮轴(2)的凸轮(3)处运转并且所述星形件(11)直接或间接地输出动力到所述排气阀门(14)上。

11.根据前述权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述星形件(11)输出动力到集成到所述阀门传动机构中的摇杆(7)上。

12.根据前述权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，为了切换所述步进转换机构(9)所述促动器(12)机械地和/或液压地和/或电磁地通过控制器脉冲式地加载。

13.根据前述权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，内燃机的每个气缸的两个排气阀门(14)通过阀门桥(15)共同地操纵，其中在所述阀门桥(15)一侧设置有位置固定的在止挡状态方面可变化的托架(16)，并且其中所述步进转换机构(9)布置在位于所述托架(16)和所述阀门桥(15)之间的力流中。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述步进转换机构(9)集成到所述托架(16)中。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，设置成，所述步进转换机构(9)的引导套(10)布置成位置固定并且所述步进转换机构(9)的星形件(11)形成用于所述阀门桥(15)的可变的止挡部。

16.根据前述权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，除了基础状态即排气阀门关闭之外通过所述步进转换机构(9)还可转换多个中间状态，该多个中间状态可脉冲式地通过电子控制器利用反馈控制进行操控。

17.一种用于操纵根据前述权利要求中任一项所述的设备的方法，在其中设置有至少一个器件，借助于该器件可将所述至少一个排气阀门保持在未关闭的中间状态中，其特征在于，所述至少一个器件通过集成到所述阀门传动机构中的步进转换机构(9)形成，该步进转换机构在脉冲式的操纵中在正常的阀门操纵和至少一个中间状态之间切换。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在带有多个气缸的内燃机中，在发动机制动运行中相应至少一个排气阀门(14)通过步进转换机构(9)保持打开，并且通过操控所述步进转换机构(9)有目的地控制所述发动机制动运行。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，在所述内燃机起动时通过所述步进转换机构(9)短暂地保持所述排气阀门打开。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一个器件设置在位于凸轮轴和至少一个作用到所述排气阀门上的操纵元件之间的力流中。

21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，借助于所述至少一个器件可将所述至少一个排气阀门在带有废气阻塞的发动机制动运行时保持在未关闭的中间状态中。

22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述步进转换机构(9)在脉冲式的操纵中在正常的阀门操纵和至少一个中间状态之间脉冲式地切换。

23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述步进转换机构(9)的操控离散地进行。

24.一种机动车，带有根据权利要求1至16中任一项所述的设备。

25.根据权利要求24所述的机动车，其特征在于，所述机动车为货车。

26.根据权利要求24所述的机动车，其特征在于，所述设备设置成用于执行根据权利要求17至23中任一项所述的方法。