CN1052780C - 内燃机阀门机构 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的阀门机构，包括：在每一气缸中的至少一个进气阀和至少一个排气阀，以及每一气缸上的两只摇臂，它们与摇臂轴轴颈联结，以便操作上述的阀门，具有传动装置，其被布置成可供在发动机的进气冲程期间有选择性地打开排气阀，于是在进气冲程期间将排气吸入到气缸中。

Description

内燃机阀门机构
本发明与内燃机阀门机构有关，本发明的阀门机构包括每一汽缸中的至少一个进气阀和至少一个排气阀，以及对于每一汽缸在一摇臂轴上至少有两个摇臂轴颈供操作阀用。
在不影响发动机效率或积炭水平与其它方法一样的情况下，通过排气循环减少柴油机排气中的有害物质含量，具有极大的潜在利益。
使首先被冷却的排气再循环是一有效步骤，尤其是在高负载条件下更是如此，但是要求的冷却功率特别大，而且要求一冷却装置，其能提供的冷却功率为发动机中间冷却器功率的一半。因为排气是脏而热的，这便是利用这一系统时存在的实际问题。当发动机负荷低时，使不经冷却的排气回流具有有益作用，但是，当发动机负荷高时这种回流不具有有益作用。
排气回流的常用装置由排气和进气系统中的节气门和阀门装置组成。当在涡轮增压发动机中使用这一常规排气回流系统时，由于进气一侧的压力比排气一侧的压力更高而存在一些问题。为此，要求利用泵装置的某些方式使排气到达涡轮压缩机的压力侧。另外，也可能将排气引导至位于中间冷却器之前的涡轮压缩机的进气侧，但是，这一办法实际上不可行，因为又热又脏的排气很快就会损坏中间冷却器。
本发明的目的是从介绍一种常规阀门机构开始而形成一种装置，通过这一装置使排气回流到进气口，无需排气和进气侧的额外节气门和阀门系统。
通过本发明的一阀门机构可达到此目的，这一阀门机构具有一传动方式，其机构在发动机进气冲程期间可选择性地打开排气阀，以便在进气冲程中将排气吸入气缸。
这一装置能阻止将排气导入进气一侧并消除了污染和沉积物的问题。本发明利用了在进气冲程循环期间初始进气冲程之后，气缸中的压力比排气压力低的这一条件一这是由进气阀上的压力降引起的。这样便取消了排气回流所需的额外泵装置。
根据本发明阀门机构的一最优的实施例，传动装置包括一第二轴，其与摇臂轴平行通过轴颈旋转，并具有第一和第二枢轴臂，其非转动地与前述轴连接，其第一个与进气摇臂配合，将其摆动转换成第二轴的转动；第二个与排气摇臂配合，使第二轴的转动换成排气摇臂的摇动操作。上述装置的一表面被制成一凸轮表面，以便在进气冲程期间，排气阀门的提升是可变的，从第二轴在一预定轴向位置的无任何提升变为第二轴从该预定位置作一定位移后达到的最大提升。
根据在进气冲程期间排气阀的打开时间的长度变化，可能调节循环排气量，并可测定燃烧空气中排气的百分数。因为排气阀的打开是在每一气缸中单独作用，并可迅速控制，所以排气混合可以很好地确定，并能作为例如发动机工作负荷或每分钟转数的函数而变化。在进气歧管中，其例如和在常规系统中一样不受残余气体的影响。第二轴每一轴向位置和第二枢轴臂的每一相应位置将在进气冲程期间，限定排气阀的一给定提升高度和时间期限。
下面将详细说明图中示出的例子，其中图1：是按本发明一阀门机构的实施例的立体图；
图2：与传动装置相关的进气摇臂的一侧视图；
图3：与传动装置相关的排气摇臂的一侧视图；
图4；图2和图3中细节的平面图；
图5：一压力和阀门提升曲线图；
图6：带活塞和阀门的一气缸室的纵剖面示意图；
图7：有代表性控制系统的一六缸发动机的阀门机构的平面图。
在图1中，数字1表示一摇臂轴，在其轴颈上有摇臂2供进气阀3操作和摇臂4供排气阀5操作。另外，供称为组合式喷射器7操作用的一摇臂6被轴颈式连接在摇臂轴1上。
摇臂2、4、6分别具有单独的凸轮滚柱8、9和10，在凸轮轴14上分别为随动凸轮11、12和13。
根据本发明，一个第二轴15与轴承16中的摇臂轴1(见图7)平行，为一转动式轴颈转轴，轴15也成轴向可位移式安装，在下面参考图7有详细说明。第一枢轴臂17和第二枢轴臂18与轴15成固定安装。枢轴臂17有一转动的轴颈滚柱19，滚柱19与进气摇臂2的凸轮滚柱8接触。滚柱19比滚柱8稍窄一点，以便在轴15成轴向位移时，其能保持与滚柱8接触的同时又能轴向位移。根据以上实体装置的描述，进气摇臂2的摇动已被转换成轴15的往复式旋转运动。第二枢轴臂18有一倾斜凸轮表面20，在图3中分别对其最高和最低位置通过线20a和20b进行图解说明。凸轮表面20与排气摇臂4一端上的一对钩爪22(可以是一单一部件)的表面21面相对。根据枢轴15的轴向装定，当轴15转动时，摇臂18将摇动操作排气摇臂4，当凸轮表面20与排气摇臂40的表面21接触时，抬起排气阀5脱离阀座。
在轴15的轴向极限部位，凸轮表面20与排气摇臂4的表面21之间不接触，这种状态说明在进气冲程期间排气阀5将保持严格关闭状态。在另一极限位置，表面21的外表面部分将与凸轮表面20的最高部位20a接触，表明在进气冲程期间排气阀5开到最大位置。在一发动机的实际实施例中在排气冲程期间排气阀最大提升接近13mm，而进气冲程的最大提升可能约4mm。图6的曲线P代表了在压缩和膨胀期间气缸中的压力。曲线A表示在排气冲程阶段排气阀5的提升运动，以及曲线5代表了在进气冲程阶段进气阀3的提升运动情况。在进气冲程阶段排气阀5的提升运动是由曲线EGR来说明的，其中最高的曲线表示最大提升，而下面的曲线表示任意选择的较低阀门提升。实际上，排气回流的控制是在零排气阀提升和最大排气阀提升之间不断地变化着。由图可见，在进气冲程期间，排气阀5和进气阀3分别地同步，以便最大提升高度能同时被达到。
图6示出气缸30，其中在进气冲程期间活塞31置于较高和较低的死点之间的中间位置上。进气阀门3和排气阀5都升高到最大提升位置。当在进气阀32中存在一约1.6巴的充气压力时，在排气歧管33中存在一约1.4巴的排气压力。由于节流效应在进气阀3上的压力降，将导致气缸30中有约1巴压力，这一情况说明在进气的同时将排气吸进了气缸。
按照本发明的阀门装置在前面利用一单气缸为例从结构和功能方面进行说明。一种多缸发动机具有相应于气缸数量的内连传动装置，由图7示出一种六缸发动机，这是下面将要说明的一种类型。在这一实施例中，轴15包括6件配合在一起的轴部件15a，其一件示于图4。还包括一U形中心部40，轴伸长部41和42由此开始延伸。轴伸长部41具有一中心孔43，其长度和内径尺寸分别与轴伸长部42的长度和外径相对应。轴部件15a的轴伸长部42扩展进入邻近轴部15a的中心孔43中，于是，组成在例子中示出的一种六气缸轴15，其中所包括的六个轴部件15a互为轴向固定，但是，可相互自由旋转。
在一种替代结构(未示出)中，其中单个的轴部件15a被固定在一扭力杆上，扭力杆可以是一种轴向开槽的管子。
每一轴部件15a具有一长的横向凸起，形成第一枢轴臂17，并有一滚柱19与一销19a成轴颈结构，以一短的横向凸起形成第二枢轴臂18，具有一凸轮表面20。给每一轴部件15a提供一中心润滑剂输送管44，于是，从这种组合式轴15的一端到另一端构成了整个导管结构。
图7示出组合式轴15和这种轴的轴向位移的一控制系统。为了图解说明，凸轮表面20被相对于真实位置转动90°。在图7中通过一弹簧50给轴15向左加偏压，使其偏向一极限位置。在这一位置，由于凸轮表面20不能达到排气摇臂4的表面21，所以，无排气回流。轴15的左端形成在一液压缸52中的一活塞51。由液压缸52中的压力确定轴15的轴向定位，这一压力由发动机中心控制装置53调节，可向控制装置53中输入每分钟转数、负荷、温度等数据，如箭头54、55、56所示。控制装置53控制着调节阀57，并作为发动机的每分钟转数和负荷或发动机温度的函数关系利用一理想的排气循环值编制程序。轴向位置的指令值与轴15上的一感应位置传感器58的实际值进行比较，而且控制装置53根据所获得值发出一信号给调节阀，以便调节气缸51的压力，使轴15运动到一种能提供理想的排气循环位置上。
按照本发明这种装置是非常可靠的，这是由于它利用了在一种已知环境中的已知发动机部件。在排气系统中不需要泵和节流器。这种装置提供了一种在进气过程中良好确定的排气混合。排气混合能迅速改变，在各气缸之间无延迟，也无任何实际差别。发动机控制装置的预编程可使得在发动机全工作范围内的排气混合得到简单控制成为可能，而与其他参数无关。与具有相应调节能力的常规系统比较，该发明装置的成本较低。

Claims (10)

1.一种内燃机的阀门机构，包括：在每一气缸中的至少一个进气阀和至少一个排气阀，以及每一气缸上的两只摇臂，它们与摇臂轴轴颈联结，以便操作上述的阀门，其特征在于：具有传动装置(15、17、18)，其被布置成可在发动机的进气冲程期间有选择性地驱动所述摇臂打开排气阀，于是在进气冲程期间，使气缸(30)通过排气阀吸入废气，并且新鲜空气通过进气阀吸入气缸(30)。
2.按照权利要求1的阀门机构，其特征在于：传动装置包括有用于改变排气阀(5)的打开时间和阀门提升的机构(21)。
3.按照权利要求2的阀门机构，其特征在于：传动装置(15、17、18)与进气阀(3)的摇臂机构(2)保持同步操作，以便使调定的排气阀(5)的最大阀提升与进气阀的最大阀提升一致。
4.按照权利要求1～3之一的阀门机构，其特征在于：传动装置包括能与进气阀和排气阀的摇臂(2、4)相互配合的元件(15、17、18)，通过这些元件能使进气摇臂(2)的部分摇摆运动传递给排气摇臂(4)。
5.按照权利要求4的阀门机构，其特征在于：上述元件包括一个与摇臂轴(1)平行的，成轴颈式转动的第二轴(15)，并具有第一和第二枢轴臂(17、18)与上述轴成非转动连接，第一枢轴臂(17)与进气摇臂(2)互相配合，以便将其摇动转变成第二轴(15)的转动操作；第二枢轴臂(18)与排气摇臂(4)相互配合，以便将第二轴的转动转变成排气摇臂的摇动操作。
6.按照权利要求5的阀门机构，其特征在于：第一枢轴臂(17)在末端有一个与进气摇臂(2)的凸轮滚柱(8)接触的滚柱(19)。
7.按照权利要求5的阀门机构，其特征在于：第二轴(15)可轴向位移，第二枢轴臂(18)有一表面(20)，与排气摇臂(4)的一端的配合表面(21)相对，表面(21和20)中的一个表面成一凸轮形表面，以便在进气冲程期间排气阀的提升可变化，使第二轴(15)在一预定轴向位置时排气阀为无提升，而当第二轴从上述预定位置移动一段距离时，排气阀达到最大提升。
8.按照权利要求7的阀门机构，其特征在于：第二轴(15)在朝向预定位置方向上受弹簧(50)的作用保持恒定载荷状态，而在其相反方向受到压力介质载荷，其中布置有一控制机构(53)，该控制机构能根据由一位置传感器(58)探测到的至少包括发动机每分钟转数、负荷和第二轴的位置信号提供给控制机构来调节介质压力。
9.按照权利要求5的阀门机构，其特征在于：在多缸发动机中的第二轴(15)被划分为供单个气缸用的分段轴部件(15a)，上述轴部件可以轴向位移，但是，其允许每一气缸中的第一和第二枢轴臂(17、18)相对于其它气缸的枢轴臂作枢转运动。
10.按照权利要求9的阀门机构，其特征在于：其轴部件(15a)被固定在一共用扭力杆上。
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