CN1079533A - 利用阀门的驱动降低发动机燃烧噪音的方法和装置 - Google Patents

Abstract

柴油发动机有一令人困扰的燃烧噪音问题，在高 速、低负荷状态下尤其如此。这一问题是较长的着火 延迟期即从燃料喷入燃烧室开始直到着火发生的时 间较长引起的。着火延迟期的长度影响着所产生的 噪音的强度，因为它决定了被燃烧的燃料数量。着火 延迟期的长度主要与燃料喷入时汽缸内的气体温度 有关。本发明提供一种通过升高在一所选定的燃烧 室内的空气温度来缩短着火延迟期的装置，这样在压 缩行程开始时空气温度就被升高，因而缩短了着火延 迟期。

Description

本发明一般地涉及发动机工作循环的受控操作，特别地涉及一预设的逻辑模式和改动模式以顺序并可调地控制阀门的定时，从而降低发动机的燃烧噪音。

柴油发动机存在的一个令人困扰的问题是燃烧噪音。大部分的燃烧噪音发生在预先混合阶段并起因于当着火延迟期后的首次点火时的柴油燃料的燃烧速率。着火延迟期是指从燃料喷入气缸内起到着火开始为止的时间。着火延迟期的时间长度取决于以下几个因素：燃料的质量、十六烷值以及气缸温度。已经适当汽化并和空气混合的燃料以一极迅速的方式燃烧，它使气缸内压力高速升高并接着发生高的噪音。着火延迟期的长度影响着所产生的噪音严重程度，因为它决定了将被燃烧的燃料数量。着火延迟期的长度与于燃料喷入的开始部分的燃烧室的空气温度有很大的关系。柴油机在高速、低载荷状态下产生的噪音一般比在高速、高载荷状态下产生的噪音高。着火延迟期在低载荷时比较长，因为气缸壁较冷，并且当空气在压缩行程中被压缩时失去热量较多，因此，在开始喷入燃料时燃烧室内的温度低，因而延迟了点火。另外，因为燃料系统喷射质量往往在低输送量时较低，以及空气密度较低而使燃料混合和汽化速度较慢，因此也会使着火延迟期增长。

因此，需要有一种装置它可以通过升高一选定的燃烧室内的空气温度以便在压缩行程开始时提高空气的温度从而减少预定的着火延迟期来降低燃烧噪音。

本发明的目的在于克服以上提出的一个或几个问题。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种适用于供发动机降低燃烧噪音的装置。此发动机包括多个燃烧室，一进气口，一排气口以及一往复式活塞，它可在各个燃烧室内的一上止点位置和一下止点位置间运动，而形成一进气行程，在此行程中，空气从进气口引入到燃烧室;接着在下止点位置和上止点位置间运动，而形成一压缩行程，在此行程中，气缸内的空气被压缩到一预定的温度并且燃料在上止点时或在此点之前被引入，在此过程中，一所需的着火延迟期发生在燃烧之前;此后，活塞在下止点位置和上止点位置之间运动而形成一排气行程，在此行程中，排出气体被从燃烧室排入排气口;流量控制装置，它包括在进气行程中有选择地将进气传送到燃烧室的进气装置，以及在排气行程中有选择地将气体从燃烧室排出的排气装置;此装置还包括响应于一控制信号独立地操纵各个进气装置和排气装置的装置，以及在进气行程开始后到进气行程结束前为止的一般进气行程中为所选定的燃烧室起动排气装置而将一定体积的排出气体引入所选定的燃烧室的电子控制装置。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种用于降低发动机燃烧噪音的方法，它包括以下步骤：在进气行程中将进入的空气传送到燃烧室，在排气行程中将排出气体从燃烧室排出，响应于一控制信号独立地起动各个进气装置和排气装置，以及在进气行程运动后到进气行程结束之前为止的进气行程中为所选的燃烧室起动排气装置而将一定量体积的排出气体引入到所述选定的燃烧室。

图1是具有本发明的一个实施例的发动机的局部侧面的截面示意图;

图2是图1中的发动机的一部分的横截面图;

图3是图1中的发动机的平面示意图;以及

图4是一曲线图，图中示出了进气和排气阀的气门升程发动机曲轴角度的关系。

参见图1，2和3。图中示意地表示了一直排式四缸压缩点火的内燃机10，它包括一用来降低发动机燃烧噪音的装置11。在本实施例中的发动机10是一传统的四冲程压缩点火发动机，它包括进气、压缩、膨胀和排气四个行程。虽然本发明是就一直排式四缸发动机10来描述和揭示的，但应该认识到本发明也可同样地用到例如具有不同的工作循环和空气/废气支管系统的多缸V型发动机。发动机10包括形成多个气缸镗孔14的缸体12和缸体顶部安装表面16。发动机10还包括一具有气缸盖底部安装表面20，气缸盖顶部表面22，第一气缸盖安装侧面24和一第二气缸盖安装侧面26的气缸盖18。气缸盖底部安装表面20置于缸体顶部安装表面16上并且以通常的方式通过多个图中未画出的多个紧固件刚性地固定于其上。或者，气缸体12和气缸盖18也可以是整体结构的。

在本申请中，一个可置换的、其内形成有一缸套活塞孔32的气缸套30置于各个气缸膛孔14中。这些缸套活塞孔32形成多个缸筒即＃1，＃2，＃3和＃4。各个活塞孔32内设有一个可在其中滑动的活塞34用来以传统方式驱动一曲轴36。曲轴36可转动地支承在缸体12内。活塞34在其各自的缸套膛孔32内，可在上止点（TDC）位置和下止点（BDC）位置之间作往复运动。燃烧室44由气缸盖18，缸盖膛孔32和活塞34构成。

如图2所示，气缸盖18为所述缸筒＃1，＃2，＃3和＃4的各个燃烧室44形成一进气口50和一排气口52。各个进气口50从气缸盖第一安装侧面24延伸到气缸盖底部安装面20。各个排气口52从气缸盖第二安装侧面26延伸到气缸盖底部安装面20。

活塞34在各燃烧室44内的上止点位置和下止点位置间往复运动以形成进气行程，在此过程中，空气从进气口50被引入到燃烧室44中。接着，活塞34在下止点位置和上止点位置之间移动以形成一压缩行程，在此行程中，燃烧室44内的空气被压缩到预先确定的温度范围，并且燃料在上止点或在上止点之前被引入，在此过程中，燃烧室44内在燃料和空气的混合物燃烧之前发生一所需的着火延迟期。燃料和空气混合物的燃烧发生在活塞34运动至上止点附近时，作为燃烧结果，通过膨胀的废气的驱动，活塞34在燃烧室44内的上止点位置和下止点位置之间运动以形成一个膨胀行程。接着，活塞34在下止点位置和上止点位置之间移动以形成一个排气行程，在此过程中，废气从燃烧室44被排入到排气口52中。

从图2和图3可清楚地看到，一个进气输送装置53与燃烧室44相连以把进气引入燃烧室。进气输送装置53包括一进气歧管54，它是用多个紧固件55以通常方式刚性地固定在缸盖的第一安装侧面24上。该进气歧管54提供一连接到涡轮增压器57的进气歧管通道56和多个互连的进气歧管分支通路58。这些进气歧管分支通路58以通常方式与进气口50相通。

一排气输送装置60连接于燃烧室44以把排气排出和排进燃烧室中。该排气输送装置60包括一个排气歧管62，它以一通常方式用多个紧固件64固定到气缸盖第二安装面26上。排气歧管62提供一以传统方式和一涡轮增压器57和多个互连的排气歧管支路通道68相连的排气歧管通道66。排气歧管支路通道68以传统方式和排气口52以流体相通。

发动机10还包括气流控制装置70，用于有选择地使进气歧管54和排气歧管62与燃烧室44相通。该气流控制装置70包括用于各燃烧室44的进气装置72，排气装置74和响应于一控制信号独立地驱动每个进气装置和排气装置的装置76。

在本实施例中，进气装置72包括一安装在各个进气口50内的进气阀82，以及用来往复地支承气缸盖18内进气阀82的进气阀支承装置84。应当认识到，进气装置72可包括多个进气阀82和进气阀支承装置84。

进气阀82包括一进气阀杆88，一设置在进气阀杆一端上的进气阀头部90，以及设置在其另一端上的进气阀保持圈92。该进气阀头部90有一环状进气阀密封面94，该密封面有足够的尺寸以密封地落座在进气口50周围的一个环状进气口座面96上。

进气阀支承装置84包括一进气阀导管98。该进气阀导管98安装在气缸盖18内并围绕进气阀杆88。一进气阀弹簧100围绕进气阀杆88设置，并延伸在气缸盖顶面22和进气阀保持圈92之间。该进气阀弹簧100把进气阀密封面94压紧在进气口座面96上直到该进气阀密封面94移离进气口座面。

参见图1和图2。本实施例中，排气装置74包括一安装在各个排气口52内的排气阀112，和用于支承在气缸盖18内作往复移动的进气阀112的一排气阀支承装置114。应当认识到，排气装置74还可包括多个排气阀112和排气阀支承装置154。

该排气阀112包括一排气阀杆118、一设置在该排气阀杆一端的排气阀头部120，和设置在另一端上的一个排气阀保持圈122。该排气阀头部120具有一个环状排气门密封面126，它有一个足够的尺寸以密封地落座在排气口52周围的一环状排气口座面128上。

排气阀支承装置114包括一排气阀导管130。该排气阀导管130安装在气缸盖18内并围绕排气阀杆118。一排气阀弹簧132围绕该排气阀118设置并延伸在气缸盖顶面22和排气阀保持圈122之间。该排气阀弹簧把排气阀密封面126紧压在排气口座面168上，直到排气阀密封面移离排气口座面128为止。

在如图2所示的一较佳实施例中，用于驱动各个进气装置72和排气装置74的装置76包括相同数量的压电式马达136（图中只画出了一个）。应当认识到，也可使用螺线管，音频线圈或可作线性位移的电磁式组件来取代该压电式马达136。每个压电式马达136置于组合式阀门驱动装置138内。该组合式阀门驱动机构138包括一阀门驱动组件140，它分别与进气和排气阀端保持圈92和122相邻的进、排气阀82和112啮合，以通过电子方式操纵进、排气阀。该成阀驱动组件140包括气阀驱动机构壳体144，该壳体144设有一阶梯式的内腔146，在其中设有一驱动机构驱动阀的活塞148;和一个驱动机构的阀门放大器活塞150和一个在其间的驱动机构的阀流室152。

在已有技术中熟知的这种压电式马达136响应于具有预定数量的能量的电激励而作线性伸长，而在电激励终止时收缩。电激励数量的变化将使该压电式马达136根据电激励量的大小产生不同的线性伸长。该压电式马达在直线方向上产生很大的力，但是其线性伸长量却小于使进、排气阀的密封表面94和126移离进、排气口座面96和128所需的量。因此，设置了该驱动机构驱动气阀的活塞148，驱动机构阀门放大器活塞150，以及驱动机构阀流室152以便以下列方式转移和放大压电式马达136的线性位移。由于所述的驱动机构的阀门驱动活塞148的线性位移与驱动机构的气阀驱动活塞150的线性位移的液力放大比是与驱动机构气阀驱动器活塞148与驱动机构阀放大器活塞150的表面面积比成反比的，因此该驱动机构阀门放大器活塞150的尺寸远小于驱动机构气阀驱动活塞148，这样，压电式马达136的较小的线性位移就被放大从而使该驱动机构阀门放大器活塞150产生大得多的线性位移量。

发动机10还包括各个燃烧室44的燃料喷射装置186。从图1和图2可清楚地看出，该燃料喷射装置186包括一个电子控制的喷油器190，它具有传统的结构并安置在气缸盖18上的一个阶梯的喷油孔192内;和通过电子方式独立地控制每一个燃油喷油器190的装置76。该装置76与每个喷油器190相连接。由于用于喷油器190的装置76的结构和功能与用于进、排气装置72和74的结构和功能是基本相同的，因此在此不再详述。而且，任何传统燃油系统都可以用在此处。

如图1所示，由于控制系统208与驱动机构76相连，并将适合的控制信号传送到该驱动机构，以用工作于通常的四冲程方式的第一预定逻辑模式对发动机10进行功能控制。

用于降低燃烧噪音的装置11包括一电子控制装置212，它以不同于第一预定逻辑模式的第二逻辑模式把控制信号输出到驱动机构76。

图4是一个曲线图，它表示进气阀82和排气阀112的气门升程与工作循环一部分的曲轴36的角度之间的关系。进气阀82用实线表示，排气阀112用虚线表示。如图所示，排气阀112是典型的开式，即，排气阀密封面126由驱动机构76从排气口座面128移开，大约从曲轴36的120°～365°。进气阀82也是典型的开式，即，进气阀密封面94由驱动机构76从进气口座面96移开，大约从曲轴36的340°～550°。

电子控制装置212包括电子控制系统208，控制信号，多个传感器216（图中只画出一个）和一微处理机218。发动机10的工作参数，例如：温度，每分钟转数，载荷以及空气和燃料混合物由传感器216检测后送到微处理机218。该微处理机218采用一逻辑程序处理由传感器216提供的信息，并且根据分析结果将一电流输送到一个或几个选定的压电式马达136，以用来驱动进气阀组合式驱动机构86，排气阀组合式驱动机构156和燃料喷射器组合式驱动机构194。各进气阀82，各排气阀152和各燃料喷射器190都独立地被控制，以便为各种工作状态下的发动机10提供阀开、阀闭和燃料喷射的最佳的定时动作。

使用时，发动机10使用装置76驱动进气和排气阀装置72和74。该驱动用的装置76不论曲轴36旋转到什么角度，都能在发动机循环过程中改变进气和排气阀82和112的定时时间和定时量。本发明中为阀安排作业时间的方法在压缩行程的着火延迟期中可以产生较高的燃烧室44空气温度。这一点可以在高速低负荷状态下不增加燃料损耗的情况下实现。

包括电子控制系统208，控制信号，传感器216和微处理机218的电子控制装置212与驱动机构76相连以通过预定的第一逻辑模式控制发动机10的功能。在预定的第一逻辑模式中，在一个燃料室44的进气行程中，进气阀82打开而排气阀152关闭，而在另一燃烧室44的排气行程中，进气阀关闭而排气阀打开。

在电子控制装置212响应于从发动机10测得的工作参数而动作时，它使控制信号以预定的第二逻辑模式输出到驱动机构76。在预定的第二逻辑模式中，通过打开排气装置，使一定体积的排出气体，从排出气体输送装置53进入所选定的燃烧室44中，此排出气体是在起动或打开所选定的燃烧室的进气行程之后和在进气行程结束之前的一段进气行程阶段中，进入所选定的燃烧室的，从而有效地提高燃烧室44中所选定的一个燃烧室的空气温度，这样，在压缩行程开始时，空气温度就被升高而缩短了预定的着火延迟期。

从图3和图4中清楚可见，被选定的燃烧室44的排气阀112是在其进气行程中排出气体可以通过排气歧管支路通道68流入燃烧室44中的时刻打开的，通过在进气装置72启动后再次起动排气装置74来实现对排气气体的体积控制。结果，在压缩行程开始时和在着火延迟期中气缸温度升高。这将得到一较短的着火延迟期而使燃烧噪音降低。

本发明的其它方面，目的和优点可从对附图，说明书和所附权利要求书的研读中获得。

Claims (20)

1、一种用于发动机以降低燃烧噪音的装置，所述发动机包括多个燃烧室，一进气口，一排气口以及一往复式活塞，它可在各个燃烧室的一上止点位置和一下止点位置间运动而构成一进气行程，在此行程中，空气从进气口被导入燃烧室；接着可在一下止点位置和一上止点位置间运动而构成一压缩行程，在此行程中，燃烧室内的空气被压缩到一预定的温度范围并且燃料在上止点位置或在此之前被引入，其时在燃烧之前发生一所需的着火延迟期；此后，它可在下止点位置和上止点位置间运动而形成一排气行程，在此行程中，排出气体从燃烧室被排放到排气口内；所述装置包括：

气流控制装置，它包括在进气行程中有选择地将空气传送到燃烧室内的进气装置，以及在排气行程中有选择地将排出气体排出燃烧室的排气装置；

用于响应于一控制信号独立地驱动各个进气装置和排气装置的装置；

与各燃烧室连接以引导排出气体的排出气体输送装置；

用于将一定体积的排出气体从排出气体输送装置导入所选定的燃烧室中的电子控制装置，此排出气体是从排出气体输送装置通过在所选定的燃烧室的排气行程中，起动排气装置而在另一选定的燃烧室的进气行程开始后到进气行程结之前的一段时间内输入到该选定的燃烧室内的，从而有效地提高在所选定的一个燃烧室中的空气温度。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：通过起动进气装置之后再次起动排气装置而实现引导一定体积的排出气体。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发动机包括一具有盖上表面的气缸盖，且所述进气装置包括多个分别安装在各个进气口内的进气阀，以及用于将进气阀往复地支承在气缸盖内的进气阀支承装置。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述进气阀包括一进气阀杆，一设置在进气阀杆一端的进气阀头部和设置在阀杆另一端的进气阀保持件，所述进气阀支承装置包括一安装在气缸盖内的、围绕着进气阀杆和一进气阀弹簧并围绕进气阀杆设置的，且在气缸盖上表面和进气阀保持件之间延伸的进气阀导向装置。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述排气装置包括分别安装在各个排气口内的多个排气阀，和用于往复地将所述排气阀支承在所述气缸盖内的所述排气阀支承装置。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述排气阀包括一排气阀杆，一设置在所述阀杆一端的排气阀头部和在其另一端的一排气阀保持件，排气阀支承装置包括一安装在所述气缸盖内、围绕着所述排气阀杆和一排气阀弹簧，围绕排气阀杆设置，并在气缸盖上表面和排气阀保持件间延伸的一排气阀导向装置。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述用于驱动的装置包括一压电式马达。

8、如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电子控制装置包括一电子控制系统，一控制信号，一传感器以一微处理机。

9、用于一发动机的装置，所述发动机包括多个燃烧室、一进气口、一排气口以及一往复式活塞，它可在各个燃烧室的一上止点位置和一下止点位置之间运动以构成一进气行程，在此行程中，空气从所述进气口被引入到所述燃烧室中;接着，它在一下止点位置和一上止点位置之间运动以构成一压缩行程，在此期间，燃烧室内的空气被压缩到一预定的温度范围并且燃料在上止点上或在此点之前被引入，在此期间，一所需的着火延迟期发生在燃烧之间;此后，活塞在下止点位置和上止点位置间运动以构成一排气行程，在此期间，排出气体从所述燃烧室被排到所述排气口内;所述装置包括：

流量控制装置，它包括一安装在各个所述进气口内的一进气阀以在进气行程中，有选择地将进空气传送到所述燃烧室内;和一安装在所述各个排气口内的一排气阀以在所述排气行程中，有选择地将排出气体排离所述燃烧室;

用于响应于一控制信号独立地驱动各个所述进气阀和所述排气阀的装置，以及

响应于检测得的工作参数的电子控制装置，以使一定体积的排出气体进入所选定的燃烧室，此排出气体是在进气行程开始后到进气行程结束前的一段进气行程中进入的，由此提高了在所述预选的燃烧室内的压缩空气的温度。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述发动机包括一具有上表面的气缸盖，并且所述流量控制装置还包括可往复地将所述进气阀支持在所述气缸盖内的进气阀支承装置和用于将所述排气阀支承在所述气缸盖内的排气阀支承装置。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于：所述进气阀包括一进气阀杆，一设置在所述进气阀杆一端的进气阀头部和位于其另一端的一进气阀保持件，所述进气阀支承装置包括一安装在所述气缸盖内，围绕着所述进气阀杆和一进气阀弹簧、围绕进气阀杆设置、且在所述气缸盖上表面和所述进气阀保持件间延伸的进气阀导向装置。

12、如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述排气阀包括一排气阀杆、一设在所述排气阀杆一端的排气阀头部和在其另一端的排气阀保持件，排气阀支承装置包括安装在所述气缸盖内、围绕着所述排气阀杆和一排气阀弹簧、围绕排气阀杆设置、且在所述气缸盖上表面和所述排气阀保持件间延伸的排气阀导向装置。

13、如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述用于驱动的装置包括一压电式马达。

14、如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述电子控制装置包括一电子控制系统，一控制信号，一传感器和一微处理机。

15、一种用于发动机的装置，所述发动机包括多个燃烧室，一进气口，一排气口，以及一往复式活塞，它可在各个所述燃烧室中在上止点位置和一下止点位置之间运动以构成一进气行程，其间，空气被从进气口引入所述燃烧室中，接着，它在下止点位置和上止点位置间运动以构成一压缩行程，其间，所述燃烧室内的空气被压缩到一预定的温度范围中且在上止点位置上或在此点之前燃料被导入，其间，在燃烧前发生所述的着火延迟期;此后在下止点位置和上止点位置间运动以构成一排气行程，在此期间，排出气体被从所述燃烧室排入所述排气口，所述装置包括：

一进气阀，该阀位于各个进气口内以在所述进气行程中有选择地将进空气传送到所述燃烧室内，以及一排气阀，该阀位于各个排气口内以在所述排气行程中，有选择地将排出气体排离所述燃烧室;

包括一用于响应于一控制信号，独立地驱动各个所述进气阀和所述排气阀的压电式马达的装置;以及

电子控制装置，用于在所选定的燃烧室进气行程起动后到进气行程结束前的一段进气行程中将一定体积的排出气体引入此预先选定的燃烧室，以便，在压缩行程开始时，所述燃烧室内的压缩空气的温度就被升高，从而缩短了着火延迟期，所述电子控制装置响应于所检测得的工作参数而动作。

16、如权利要求15所述的装置，其特征在于：所述发动机包括一具有上表面的气缸盖，并且所述装置包括用于将所述进气阀往复地支承在所述气缸盖内的进气阀支承装置，和用于将排气阀往复地支承在所述气缸盖内的排气阀支承装置。

17、如权利要求16所述的装置，其特征在于：所述进气阀包括一进气阀杆，一设置在所述进气阀杆一端的进气阀头部和位于其另一端的一进气阀保持件，所述进气阀支承装置包括一安装在所述气缸盖内，围绕所述进气阀杆和一进气阀弹簧围绕进气阀杆设置，且在气缸盖上表面和所述进气阀保持件间延伸的一进气阀导向装置。

18、如权利要求17所述的装置，其特征在于：所述排气阀包括一排气阀杆、一设置在所述排气阀杆一端的一排气阀头部和位于其另一端的一排气阀保持件，排气阀支承装置包括一安装在所述气缸盖内，围绕所述排气阀杆和一排气阀弹簧围绕所述排气阀设置，且在所述气缸盖上表面和所述排气阀保持件间延伸的排气阀导向装置。

19、如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电子控制装置包括一电子控制系统、控制信号、一传感器及一微处理机。

20、一种操作一发动机的方法，所述发动机具有多个燃烧室、一进气口、一排气口、一往复式活塞，它可在各个燃烧室内的一上止点位置和一下止点位置间运动以构成一进气行程，其间，空气被从所述进气口引入所述燃烧中，接着，活塞在下止点位置和上止点位置间运动以构成一压缩行程，期间，气缸内的空气被压缩到一预定的温度且在上止点位置或在此点之前燃料被引入其间，在燃烧之前发生一预定的着火延迟期，此后，活塞在上止点位置和下止点位置间运动以构成一排气行程，其间，排出气体被从所述燃烧室排入所述排气口中，所述方法包括以下步骤：

（a）在进气行程中将进入空气传送到所述燃烧室内;

（b）在排气行程中，将排出气体排离所述燃烧室;

（c）响应于一控制信号独立地驱动各个所述进气装置和所述排气装置;以及

（d）通过起动燃烧室的所述排气装置将一定体积的排出气体导入选定的燃烧室，排出气体是在所选定的燃烧室的进气行程起动之后到所述进气行程结束之前的一段进气行程中引入的，从而有效地升高了所述选定的燃烧室内空气的温度。

Images