CN108026794A - 阀装置和阀引导部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将空气供应到内燃机的阀装置。所述阀装置包括第一阀和第二阀，所述第二阀布置在所述第一阀内。本发明也涉及一种用于阀装置的阀引导部件。

Description

阀装置和阀引导部件
技术领域
本发明涉及一种用于将空气供应到内燃机内的阀装置。本发明进一步涉及一种用于此阀装置的阀引导部件。
背景技术
涡轮增压器经常与内燃机结合使用，所述涡轮增压器包括涡轮机，涡轮机通过排气的流动来驱动。因此通过涡轮机吸收的能量经由轴传递到压缩机，所述压缩机布置为压缩所述内燃机的进气侧上的空气，因此增加燃烧室内的空气量。这意味着更大量的燃料可被供给到发动机内的燃烧室，因此提高发动机的转矩和功率。
在例如意于用于商用车的涡轮增压柴油发动机中，起动期间来自发动机的可利用转矩经常不足。其原因是，由于涡轮增压器阻碍吸气，因此在较低的每分钟转速下，装备有涡轮增压器的发动机比正常吸气发动机性能较差。发动机的起动性能劣于正常吸气发动机这个事实意味着，没有供应通常用于涡轮增压柴油发动机的空气量。这又意味着，在较低的每分钟转速下，喷射到发动机内的燃料量必须被限制，以便最小化来自由于缺少空气的不完全燃烧的烟量。涡轮增压器将以增加的排气能量来供应额外的空气量，这将允许增加的燃料量，且由此允许增加的发动机转矩和发动机功率。
而且，上述的一系列情况是不利的，因为这将降低发动机的起动阶段期间的性能。此外，因为需要限制在最初的“吸气发动机”阶段期间供应的燃料量，用户将认为发动机在起动阶段期间“性能不足”，即所说的“涡轮迟滞”。
消除上述涡轮迟滞的一个方式是，在此起动阶段期间或要求发动机响应的其它载荷情况下，将附加的额外空气及额外的燃料供给到发动机，以便提高发动机的响应，由此增加涡轮机的排气能量，从而涡轮机有可能产生向发动机供给附加的空气和燃料。
例如，US6138616公开了内燃机内的阀装置，所述阀装置优选地装备有涡轮机单元，其中可比先前已知的装置更早地初始化涡轮机功能，这就增加了发动机的起动转矩。特别地，上述阀装置包括次级阀，以在来自主阀的常规的空气供应之后将额外的空气供应到气缸。
然而，即使所公开的设备提供了对于现有技术的发动机的很大改进，但仍存在用于改进US6138616中所述设备的进一步空间。所述阀装置包括具有两件式设计的阀引导部件，所述阀引导部件包括上阀引导部件部和下阀引导部件部。腔限定在上阀引导部件部和下阀引导部件部之间。在额外的空气经由次级阀被供应时，此腔以压缩空气被加压。阀引导部件的此两件式设计要求以两个不同的组装工具在两个分开的操作中的组装，然后是铰孔操作以保证上阀引导部件部的中心轴线和下阀引导部件部的中心轴线之间的同轴关系。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种阀装置，所述阀装置创造了用于阀装置的更有效的组装条件。
根据本发明的一方面，以上目的至少部分地通过用于将空气供应到内燃机的阀装置实现，所述阀装置包括：第一阀，所述第一阀用于控制向气缸的空气供应，所述第一阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述空气不能被供给到所述气缸，在所述打开位置，所述空气被供给到所述气缸，所述第一阀包括：第一阀头；和包括入口的第一阀杆，所述入口位于所述第一阀杆的侧壁内，其中，所述入口被构造为从供给器通道接收额外的空气，所述第一阀杆进一步包括内部通道，所述内部通道被布置在所述阀杆的长度方向上，且流体连接到所述入口，且被构造为将所述额外的空气供应到所述气缸；第二阀，所述第二阀被布置在所述第一阀内，且被构造为控制额外的空气向所述气缸的流动，所述第二阀包括第二阀杆和第二阀头，当所述第二阀处于关闭位置时，所述第二阀头与所述第一阀头的内表面相接触；管状阀引导部件，所述管状阀引导部件被布置为围绕所述第一阀杆的一部分，使得所述第一阀杆能够在所述阀引导部件内移动；其特征在于，所述阀引导部件包括内沟槽，所述内沟槽形成位于所述阀引导部件和所述第一阀杆之间的腔，其中，所述阀引导部件进一步包括阀引导部件孔口，所述阀引导部件孔口被构造为将所述内沟槽流体连接到所述供给器通道，并且其中，当所述第一阀处于关闭位置时，所述第一阀杆的所述入口与所述阀引导部件孔口对齐。
“所述阀引导部件为管状”这样的定义应被解释为意味着阀引导部件包括内部通道，所述内部通道沿阀引导部件的长度延伸。优选地，所述内部通道具有大体上圆形的横截面形状。此外，所述内部通道适于匹配第一阀杆的外尺寸，使得在阀杆和阀引导部件之间不存在任何显著的间隙的情况下，第一阀杆能够在阀引导部件内移动。优选地，第一阀杆具有通过直径限定的圆形横截面形状。第一阀杆的入口也可被称为供给器孔，且第一阀杆可包括一个或多个入口，即供给器孔。此外，第一进阀可被认为将空气的大部分供应到气缸的主进入阀或初级进入阀。
通过将阀引导部件设计为具有内沟槽和孔口，从而形成发动机缸盖内的供给器通道和沟槽之间的连通，这就创造了将阀引导部件制造为一件式单元的条件。这又创造了时间有效的组装条件，因为阀引导部件可经由利用单一的组装工具的单一操作被定位在发动机缸盖内的与之相关联的凹部内。此外，阀引导部件设计创造了避免定位之后的任何额外的加工的条件。此外，阀引导部件设计创造了将沟槽在外侧上相对于发动机缸盖内的供给器通道且在内侧上相对于第一阀杆的入口的准确的轴向定位的条件。此外，此一件式阀引导部件设计创造了阀引导部件自身的具有合适公差的成本有效的生产条件。
根据一个示例，在要求来自发动机的额外响应时，额外空气从压缩空气罐被供应到气缸，因此实现了供应增加的燃料量。这又大大增加了起动性能，这消除了涡轮机滞后和发动机起动转矩不足的认知。特别地，可借助于基于主进阀关闭之后加压空气的喷射的补偿系统内的阀装置克服涡轮迟滞。所述系统包括电子控制器，电子控制器根据如下方法步骤控制发动机和空气喷射系统：确定发动机运转条件，所述发动机运转条件包括进气歧管内的增压压力和与发动机结合的压缩空气的附加的储蓄器空气罐内的增压压力；确定附加的储蓄器空气压力罐内的压缩空气压力是否充足；确定在进入阀关闭之后待喷射到气缸内的压缩空气量和/或持续时间；基于加压空气的添加、期望的空燃比确定燃料量调整；在进入阀关闭后将附加的添加空气调节/控制到在空燃比上接近拉姆达1和/或在发动机外排气内放出零微粒的水平。基于涡轮机压力是否足以接管供应所要求的空气或基于驾驶员的转矩需求是否已降低来确定结束空气的附加喷射。
根据本发明的实施例，阀引导部件由单个部件制成。特别地，阀引导部件可由单件材料加工，这可通过改进的制造方法实现。因此，可以改进阀引导部件的机械强度。此外，简化了对于由单个部件制成的阀引导部件的组装过程，且在安装后不要求额外加工。
根据本发明的一个实施例，内沟槽布置为遍及阀引导部件的内周。因此，对于沟槽的给定宽度实现了具有最大体积的腔，这又提供了经由第一阀杆内的一个或多个入口以最大可能性向气缸的添加空气。
根据本发明的一个实施例，所述第一阀杆内的所述入口被布置为：当所述第一阀完全打开时，所述第一阀杆内的所述入口相对于所述阀引导部件的所述孔口偏移，使得防止额外的空气从所述供给器通道流入到所述气缸内。因此，在第一阀完全打开时，无额外的空气可从罐向气缸流动，且仅第一阀、即主入口将空气提供到气缸。这最小化了在激活期间压缩空气的消耗。
根据本发明的一个实施例，所述第二阀被构造为：在打开位置，所述第二阀头不突出超过所述第一阀头的端面。因此，阀装置可在不必调整气缸的活塞内的阀凹部的情况下被使用，因为第二阀将不改变第一阀的阀头的外部几何形状。
根据本发明的一个实施例，阀装置进一步包括：第一弹簧，所述第一弹簧连接到第一弹簧垫圈；和第二弹簧，所述第二弹簧连接到第二弹簧垫圈，其中，所述第一弹簧作用为关闭所述第一阀，所述第二弹簧作用为关闭所述第二阀。第一外弹簧和垫圈被设计为将关闭力提供到内部第二阀。因此，所述关闭力有助于第二阀关闭时的总关闭力。该设计意味着，阀弹簧在需要时独立工作，且在两个阀打开时作为组件工作。
根据本发明的一个实施例，第二弹簧的关闭力高于由所述供给器通道提供的额外空气的空气压力。因此，在第二阀关闭时，即使从压力罐的阀打开使得额外的加压空气提供到阀装置，也防止额外的空气流入到气缸内。
根据本发明的一个实施例，阀引导部件孔口被布置为使得阀孔口的下边缘不到达沟槽的下边缘下方。阀引导部件孔口的位置和直径定位为使得其不影响沟槽内的下边缘，这是重要的，以实现压缩空气开始被喷射时的正确的正时。沟槽的下边缘对第一阀的入口的位置和尺寸的相对位置限定了空气喷射中的空气的正时和消耗。
本文也提供了一种车辆或固定发动机，包括根据前述实施例中的任一个的阀装置。
根据本发明的实施例，提供了用于内燃机的空气供应装置，所述空气供应装置包括：根据前述权利要求中的任一项所述的阀装置；凸轮轴，凸轮轴包括凸轮凸部，其中，所述凸轮凸部被构造为控制第一和第二同心阀，使得第二阀在第一阀的打开前打开，且使得第二阀在第一阀已关闭之后关闭。
根据本发明的实施例，空气供应装置进一步包括：加压空气罐，加压空气罐用于提供额外的空气；供给器通道，供给器通道将空气罐流体连接到阀引导部件孔口；和阀，阀控制来自罐的空气的流动。
本发明的第二目的是提供阀引导部件，所述阀引导部件创造了包括阀引导部件的阀装置的更有效的组装条件。
此目的通过根据权利要求12的阀引导部件实现。因此，所述目的通过用于围绕第一阀杆的一部分的阀引导部件实现，使得所述第一阀杆能够在所述阀引导部件内移动，其中阀引导部件为管状，其特征在于，所述阀引导部件包括内表面内的凹部，用于形成所述阀引导部件和所述第一阀杆之间的腔，且所述阀引导部件进一步包括孔口，孔口将所述凹部与所述阀引导部件的外表面流体连接。
更具体地，阀引导部件适于使得第一阀杆可在其主延伸方向上可移动地布置在阀引导部件内。
通过将阀引导部件设计为具有内沟槽和用于形成发动机缸盖内的供给器通道和沟槽之间的连通的孔口，从而创造了将阀引导部件制造成一件式单元的条件。这又创造了时间有效的组装的条件，因为阀引导部件可利用单一组装工具经由单一操作定位在发动机缸盖内所述阀引导部件的相关联的凹部内。此外，阀引导部件设计创造了避免定位之后的任何额外的加工的条件。此外，阀引导部件设计创造了沟槽在外侧上相对于发动机缸盖内的供给器通道且在内侧上相对于第一阀杆的入口的准确的轴向定位的条件。此外，此一件式阀引导部件设计创造了阀引导部件自身的带有合适公差的成本有效的生产条件。
根据一个实施例，所述阀引导部件是一件式单元。这创造了时间有效的组装条件，因为阀引导部件可利用单一组装工具经由单一操作定位在发动机缸盖内所述阀引导部件的相关联的凹部内。
根据另一实施例，所述凹部形成沟槽，所述沟槽具有位于所述阀引导部件的周向方向上的主延伸部。所述沟槽创造了空间有效的结构的条件，以覆盖在阀杆内提供的多个周向间隔的入口。根据一个示例，所述凹部形成沟槽，所述沟槽具有在与所述阀引导部件的轴向方向垂直的方向上的主延伸部。根据另外的示例，所述沟槽形成了连续的环形结构。
根据另一实施例，凹部通过从管状阀引导部件的内部加工内表面来形成。这创造了阀引导部件的时间有效的生产条件。
根据另一实施例，所述孔口相对于所述凹部定位，使得限定所述阀引导部件的轴向方向上的所述凹部的表面和限定位于所述孔口和所述凹部之间的连接部处的所述孔口的表面与所述阀引导部件的第一端相距相同的距离，或者使得限定所述阀引导部件的轴向方向上的所述凹部的表面比限定位于所述孔口和所述凹部之间的连接部处的所述孔口的表面更靠近所述阀引导部件的第一端。因此，孔口不影响通过限定阀引导部件的轴向方向上的凹部的表面所限定的凹部的下边缘，这适于控制额外的空气到相关联的气缸的供应的正时。
根据另一实施例，孔口是具有环形横截面的孔。这创造了时间和成本有效的生产条件，例如经由钻孔的生产。根据一个示例，孔口因此通过钻孔形成。
根据另一实施例，孔口的轴线垂直于阀引导部件的轴向方向。
根据另一实施例，所述阀引导部件包括引导装置，引导装置适于将阀引导部件引导到孔口与供给器通道重合的壳体的内侧的周向位置。根据一个示例，所述引导装置定位在阀引导部件的下部处，以在组装期间与外部工具接合。
根据另一实施例，包括孔口的阀引导部件的第一部分具有第一直径，位于阀引导部件的第一端附近的阀引导部件的第二部分具有第二直径，第二直径小于第一直径，因此形成阀引导部件的第一部分和第二部分之间的渐缩的过渡区域，且引导装置位于渐缩的过渡区域内。因此，外部工具可使用渐缩的区域作为用于定位引导装置的标识。
根据另一实施例，阀引导部件包括位于上述渐缩区域内的、呈凹口形的引导装置。凹口具有与孔口的周向位置对齐的周向位置。因此，组装工具可利用凹口作为引导装置，以保证孔口在包括阀引导部件的阀装置内正确地对齐。换言之，因为凹口与孔口对齐，所以凹口可用于确信阀引导部件的孔口与供给器通道的出口对齐，从而将额外的空气经由阀装置提供到气缸。
根据另一实施例，阀引导部件进一步包括对齐标记，对齐标记位于孔口和阀引导部件的第二端之间，其中对齐标记被构造为在阀引导部件被组装在阀装置内时可见。通过在阀引导部件已布置在阀装置内之后观察阀引导部件的对齐标记，可确定阀引导部件是否位于使得孔口与供给器通道对齐的正确位置。
根据另一实施例，对齐标记包括凹口，所述凹口具有与孔口的周向位置对齐的周向位置。凹口可借助于视觉检查被观察到，此处可验证阀引导部件的凹口与其中安装了阀引导部件的阀装置的对应的对齐标记对齐。然而，阀引导部件的对齐标记也可形成为蚀刻标记，雕刻的标记或阀引导部件上的任何其它类型的视觉可识别的标记。
本发明进一步涉及用于将空气供应到内燃机的阀装置，所述阀装置包括：第一阀，第一阀用于控制向气缸的空气供应，第一阀包括：第一阀头和第一阀杆；根据以上替代中的任一个的阀引导部件，所述阀引导部件布置为围绕第一阀杆的一部分，使得第一阀杆在阀引导部件内可移动。
根据另一实施例，第一阀杆包括所述阀杆的侧壁内的入口，其中，所述入口被构造为经由阀引导部件的孔口和凹部接收来自供给器通道的额外的空气。
根据最后提到的实施例的进一步演变，所述第一阀杆进一步包括内部通道，内部通道布置在所述阀杆的长度方向上，且流体连接到所述入口，且所述内部通道被构造为将所述额外的空气供应到所述气缸。
根据最后提到的实施例的进一步演变，阀装置包括第二阀，第二阀布置在所述第一阀内，且所述第二阀被构造为控制额外的空气向所述气缸的流动，所述第二阀包括第二阀杆和第二阀头。
本发明的另外的优点和有利的特征在以下的描述和从属权利要求中公开。
附图说明
参考附图，下文给出对于作为示例引用的本发明的实施例的更详细的描述。
在图中：
图1A和图1B图示了装备有根据本发明实施例的阀装置的不同类型的车辆；
图2示意性地图示了根据本发明实施例的阀装置；
图3A和图3B示意性地图示了根据本发明实施例的阀引导部件；
图4A至图4E示意性地图示了根据本发明实施例的阀装置的循环的不同阶段；
图5A示意性地图示了可与本发明实施例结合使用的凸轮轴凸部的横截面；
图5B示意性地图示了在使用根据本发明实施例的阀装置时的作为结果的升程曲线；并且
图6示意性地图示了根据本发明实施例的空气供应装置。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更完全地描述本发明，在所述附图中示出了本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以体现为许多不同的形式，且不应解释为限制于在此所述的实施例，事实上，这些实施例用来提供技术方案的彻底性和完整性，且向技术人员完全地传达本发明的范围。在全文中，类似的附图标记指示类似的元件。
现在参考附图且特别地参考图1A、图1B和图2，图1A中描绘了示例性的车辆，所述车辆在此图示为卡车100，卡车100包括发动机，在发动机中可内置根据本发明的阀装置。所述阀装置当然也可实施在轿车100’中，如图1B中所示，也可实施在具有压缩空气供应的工作机或任何发动机中，例如固定的发动机。
所述阀装置可使用在内燃机中，例如常规的涡轮增压柴油发动机。特别地，发动机的每个气缸可包括根据本发明的实施例的阀装置。
根据一个示例性的操作方法，在起动阶段，或在要求来自发动机的额外响应时，即在发动机用作吸气发动机时的初始阶段期间，额外的空气被直接供给到发动机的气缸内。此额外的空气经由多个空气通道被供给，所述空气通道通向不同的气缸。借助于至少一个特殊阀装置进行来对不同气缸进行常规和额外的空气供给，所述特殊阀装置设置在不同的气缸中的每个气缸处。涉及此阀装置和包括此阀装置的发动机的进一步细节可在US6138616中找到，由此通过参考并于本文。
现在参考图2，发动机包括阀装置200，阀装置200布置在发动机的每个气缸的进气部202处。进气部202用于将常规的空气供给到气缸。在进气部202进入气缸的点处布置了阀座204，第一阀206抵靠阀座204布置。为此，第一阀206包括第一阀头208，第一阀头208与更低的基本上圆形的边缘210接触。第一阀头208连接到第一阀杆212，第一阀杆212在基本上护套形状的阀引导部件214内延伸。第一阀206的功能对应于柴油发动机的常规的阀功能，以将常规的空气供应到不同的气缸内的燃烧。
使用来自外部阀弹簧216和内部阀弹簧218的力，第一阀头208被作用为与阀座204接触。更确切地，第一外部阀弹簧216和第二内部218分别与第一外部弹簧垫圈220和第二内部弹簧垫圈222接触且分别压靠所述弹簧垫圈220、222，其中第二弹簧垫圈222经由阀锁与第一阀杆212连接。第一阀杆212的下部基本上是管形，且包括内部通道224，内部通道224在阀杆212的纵向方向上延伸。内部通道224在其下端处加宽。内部通道224容纳具有第二阀头228的第二阀226，第二阀头228与呈第一阀头208的内表面230的形式的另外的阀座接触。此外，第二阀头228连接到第二阀杆232，第二阀杆232的延伸部处于通道224内侧。
第一阀杆212的上部成形为贯通状通道部234，所述通道部234的内尺寸基本上对应于第二阀杆232的外尺寸。第一阀杆212的下部内的内部通道224的直径大于第二阀杆232的直径，以允许额外的空气流入到所述内部通道224内。此外，沿第一阀杆212的周边布置有至少一个入口236，且特别地布置有多个周向间隔开的入口。根据示例，三个入口在第一阀杆212的周向方向上等距布置。
图3A至图3B示意性地图示了阀引导部件214。阀引导部件214呈管状。阀引导部件214包括内表面244内的凹部238，以用于形成阀引导部件214和第一阀杆212之间的腔。阀引导部件214进一步包括孔口242，孔口242将凹部238与阀引导部件214的外表面246流体连接。阀引导部件214是一件式单元。
凹部238形成有沟槽，所述沟槽具有位于阀引导部件214的周向方向上的主延伸部。更具体地，凹部238形成有具有在与阀引导部件214的轴向方向垂直的方向上的主延伸部的沟槽。更特别地，沟槽238形成连续的环状结构。换言之，内沟槽238可被看到遍及阀引导部件的内周。根据一个示例，凹部238通过从管状阀引导部件214的内部加工内表面244形成。
阀引导部件孔口242相对于凹部238定位，使得限定阀引导部件214的轴向方向256上的凹部的表面250和限定位于孔口242和凹部238之间的连接部处的孔口242的表面248与阀引导部件214的第一端252相距相同的距离，或者使得限定阀引导部件214的轴向方向256上的凹部的表面250比限定位于孔口242和凹部238之间的连接部处的孔口242的表面248更靠近于所述第一端252。换言之，孔口242的下边缘不到达沟槽238的下部下方。此外，孔口242是具有环形横截面的孔。更具体地，孔口242通过钻孔来形成。优选地，孔口242的轴线垂直于阀引导部件214的轴向方向。
此外，阀引导部件214包括引导装置258，引导装置258适合于将阀引导部件引导到孔口242与供给器通道240相重合的壳体内侧的周向位置。特别地，引导装置248位于阀引导部件214的下部处，以在组装期间与外部工具接合。
此外，包括孔口242的阀引导部件的第一部分260具有第一直径，且位于阀引导部件的第一端252附近的阀引导部件的第二部分262具有第二直径，第二直径小于第一直径，因此形成第一部分260和第二部分262之间的渐缩的过渡区域264。引导装置258在此表现为渐缩区域内的三角形凹口258，其中凹口258具有与孔口242的周向位置对齐的周向位置。凹口258具有在与阀引导部件214的轴向方向256平行的方向上的平坦面，使得组装工具的接合构件可朝向凹口258的表面移动且识别何时接合构件与平坦的表面相接触。因此，组装工具可验证在将阀引导部件压入到气缸盖内之前、阀引导部件处在正确的位置。引导装置258也可具有沟槽、槽口(trench)等的形式，从而允许在阀装置的组装期间外部工具的接合。
阀引导部件也包括对齐标记266，对齐标记266位于阀引导部件的孔口242和第二端254之间，其中对齐标记被构造为在阀引导部件组装在阀装置内时可见。对齐标记266在此图示为凹口266，凹口266具有与孔口242的周向位置对齐的周向位置。
供给器通道240经由布置在阀引导部件214的侧壁内的阀引导部件孔口242连接到通过凹部238限定的腔。优选的是，与阀引导部件孔口242相邻的、所产生的供给器通道240的椭圆形开口完全被阀引导部件孔口242覆盖。此外，沟槽238与阀引导部件孔口242对齐，所述阀引导部件孔口242被构造为将通过沟槽238形成的腔连接到供给器通道240。
在阀装置200的正常位置，即在第一阀206与阀座204接触且第二阀226与第一阀头208的内侧接触时，形成在所述阀引导部件214的沟槽238和第一阀杆212之间的腔与第一阀杆212内的至少一个入口236对齐。为了将额外的空气连接到气缸，进一步提供了钻孔式供给器通道240，所述供给器通道240在阀引导部件214内的阀引导部件孔口242处终止。
如下文中详述，空气可经由控制阀供应到供给器通道240，且进一步供给到第一阀杆212的下内部通道224上。因此，额外的空气经由第二阀226被引向发动机气缸，所述第二阀226通过凸轮轴被连续地打开和关闭，如下文所述。第二阀杆232至少沿一定的部分设定尺寸，以便良好地抵靠上通道部234的下端配合。这实现了第二阀杆232和第一阀杆212之间的热传递，同时提供了密封功能，所述密封功能防止空气沿上通道部234向上流动。也保护第二阀杆232免受弯曲的风险，特别是在高发动机速度运转期间。
现在将参考图2和图4A至图4E描述阀装置的功能，图2和图4A至图4E示意性地图示了将空气供应到不同的气缸时的不同阶段。图4A至图4E示出了装备有根据本发明阀装置200的气缸302内的进气行程。首先如图4A中所示，气缸302的活塞304处于其在气缸302内的上部位置。活塞304经由连杆308以常规的方式连接到曲轴306。在此上部位置，由于来自弹簧218的弹力，第一阀206与阀座204接触。此外，由于来自弹簧元件216的弹力，第二阀226与第一阀头208的内侧230接触。
在下一阶段中，如图4B中所示，活塞304向下移动。同时，阀装置200被(未示出的)发动机的曲轴的作用。因此，将首先超过外部弹簧216的弹力，这导致第二阀226被向下挤压较小距离，由此第二阀头228被提升为不与第一阀头208的内侧230接触。如果满足经由供给器通道240供给额外的空气的条件，且空气已被供给到内部通道224，则现在额外的较小的空气量将在短时间期间被供给到气缸302，直至由于第一阀206、即主入口阀的打开而导致入口被阀引导部件的下部分阻断为止。在此也可看到，在处于打开位置时，第二阀头228不突出超过第一阀头208的端面。
图4C示出了随后阶段，其中活塞304处于其向下的途中，且第一阀206已被升离阀座204。在此阶段，常规的空气经由气缸盖内的进气部202被吸到气缸203内。此外，第一阀杆212已相对于阀引导部件214向下位移/打开了一定距离。这意味着，至少一个入口236不再与沟槽238或阀引导部件孔口242对齐，这导致供给器通道240脱离与第一阀206的内部通道224的连通。这又意味着，在第一阀206打开时，在此阶段期间无额外的空气被供应。
在图4D所示的下一阶段中，活塞304刚已经过其最低位置且处于其在压缩行程的开始时的向上途中。此外，发动机的凸轮轴已使得阀装置200朝向其初始位置移动，从而第一阀206现在关闭，即第一阀头208与阀座204接触。根据本发明，凸轮轴布置为使得第二阀头228尚未与第一阀头208形成接触，即第二阀226仍打开。此外，第一阀杆212在此阶段中处于如下位置，即使得至少一个入口236基本上与沟槽238对齐，这导致额外的空气现在经由通过内部通道224限定的通道被供给到气缸302。以此方式，第一阀206将因此关闭，且第二阀226将打开，以供应额外的空气，这在压缩阶段的开始期间且第一阀206关闭之后发生。如下文中关于图5A详述，此事件的序列的持续时间(即，额外的空气的供应)通过凸轮轴的入口凸部的形状控制。持续时间也取决于入口236相对于沟槽238的定位。
最后，图4E示出了第二阀杆232以及第二阀头228已向上释放，使得第二阀226关闭，即第二阀头228与第一阀头208的内侧230密封接触。弹簧元件216在此设定尺寸为使得其试图关闭第二阀226的弹力超过内部通道224内的空气压力作用于第二阀226的力。在此最终阶段之后，压缩行程以已知的方式开始，且可以供给更大量的燃料，因为一定量的额外空气现在已被供应到气缸302内。
图5A示出了凸轮轴502的示意性横截面，所述凸轮轴502可与本发明结合使用。以这样已知且未详细示出的方式，发动机用于驱动凸轮轴502。凸轮轴502作用于阀挺杆504，所述阀挺赶504又使阀装置200打开和关闭。图5A以实线示出了凸轮轴502的半径r1，而基圆的半径r2以虚线指示。图5A也示出了原理上五个不同的角度扇区S1、S2、S3、S4、S5，所述角度扇区对应于图4A至图4E中所示的不同阶段。因此，角度扇区S1对应于图4A所示情况，即阀装置200关闭，即第一阀206和第二阀226两者都关闭。角度扇区S2对应于图4B所示情况，即第二阀226打开而第一阀206关闭。这里，通向气缸的额外的少量空气在供应空气时的短时间期间发生。此外，角度扇区S3对应于图4C所示情况，即第一阀206打开但无额外的空气被供应，因为入口236不与沟槽238对齐。在角度扇区S4期间，第一阀206开始关闭。最后，角度扇区S5对应于图4D，即此处第一阀206关闭但第二阀226仍保持打开的位置。角度扇区S5以此方式形成“平台”，所述平台具有凸轮轴502的基本上恒定的半径，使得额外的空气被供应到不同的气缸。通过改变此角度扇区的尺寸us，其间额外的空气被供应的时间段可改变，由此控制阀装置的升程曲线。所公开的阀升程曲线是根据本发明的实施例的阀装置的独特的低成本特征，以利用一个修改的升程曲线操纵两个功能，以用于最大化同步且控制两个阀之间的运动。
图5B示意性地图示了图5A中描述的凸轮轴502的升程曲线(实线)。将升程曲线与常规的凸轮轴的升程曲线(虚线)进行比较。图6示意性地图示了空气供应装置600，所述空气供应装置600包括加压空气罐602，以用于向气缸提供额外的空气。通过布置在空气供应管线606上的阀604控制从加压空气罐602到供给器通道240的空气的流动。因此，阀可被控制成使得在要求空气的添加时仅在所选择的载荷情况期间将额外的空气供应到气缸。
应理解的是本发明不限制于以上所述的且在附图中图示的实施例；而是技术人员将认识到在所附权利要求的范围内可进行许多改变和修改。例如，本发明可使用在不同种类的内燃机中，例如柴油发动机和汽油发动机。本发明此外不限制于与涡轮增压发动机结合使用，而是也可用于在不带有涡轮机单元的发动机内供应额外的空气。

Claims (31)

1.一种用于将空气供应到内燃机的阀装置(200)，所述阀装置包括：
第一阀(206)，所述第一阀(206)用于控制向气缸的空气供应，所述第一阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述空气不能被供给到所述气缸，在所述打开位置，所述空气被供给到所述气缸，所述第一阀包括：第一阀头(208)；和包括入口(236)的第一阀杆(212)，所述入口(236)位于所述第一阀杆(212)的侧壁内，其中，所述入口被构造为从供给器通道(240)接收额外的空气，所述第一阀杆进一步包括内部通道(224)，所述内部通道(224)被布置在所述阀杆的长度方向上，且流体连接到所述入口，且被构造为将所述额外的空气供应到所述气缸；
第二阀(226)，所述第二阀(226)被布置在所述第一阀内，且被构造为控制额外的空气向所述气缸的流动，所述第二阀包括第二阀杆(232)和第二阀头(228)，当所述第二阀处于关闭位置时，所述第二阀头(228)与所述第一阀头(208)的内表面(230)相接触；
管状阀引导部件(214)，所述管状阀引导部件(214)被布置为围绕所述第一阀杆(212)的一部分，使得所述第一阀杆能够在所述阀引导部件内移动；
其特征在于，所述阀引导部件包括内沟槽(238)，所述内沟槽(238)形成位于所述阀引导部件和所述第一阀杆之间的腔，其中，所述阀引导部件进一步包括阀引导部件孔口(242)，所述阀引导部件孔口(242)被构造为将所述内沟槽流体连接到所述供给器通道，并且其中，当所述第一阀处于关闭位置时，所述第一阀杆的所述入口与所述阀引导部件孔口对齐。
2.根据权利要求1所述的阀装置，其中，所述阀引导部件由单个部件制成。
3.根据权利要求1所述的阀装置，其中，所述内沟槽被布置为遍及所述阀引导部件的内周。
4.根据权利要求1所述的阀装置，其中，所述第一阀杆内的所述入口被布置为：当所述第一阀完全打开时，所述第一阀杆内的所述入口相对于所述阀引导部件的所述孔口偏移，使得防止额外的空气从所述供给器通道流入到所述气缸内。
5.根据权利要求1所述的阀装置，其中，所述第二阀被构造为：在打开位置，所述第二阀头不突出超过所述第一阀头的端面。
6.根据权利要求1所述的阀装置，进一步包括：第一弹簧(216)，所述第一弹簧(216)连接到第一弹簧垫圈(220)；和第二弹簧(218)，所述第二弹簧(218)连接到第二弹簧垫圈(222)，其中，所述第一弹簧作用为关闭所述第一阀，所述第二弹簧作用为关闭所述第二阀。
7.根据权利要求6所述的阀装置，其中，所述第二弹簧的关闭力高于由所述供给器通道提供的额外的空气的空气压力。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的阀装置，其中，所述阀孔口被构造为：所述阀引导部件孔口的下边缘不到达所述沟槽的下边缘下方。
9.一种车辆(100)或固定发动机，包括根据前述权利要求中的任一项所述的阀装置。
10.一种用于内燃机的空气供应装置(600)，所述空气供应装置包括：
根据前述权利要求中的任一项所述的阀装置(200)；
凸轮轴(502)，所述凸轮轴(502)包括凸轮凸部，其中，所述凸轮凸部被构造为控制所述第一阀和所述第二阀，使得所述第二阀在所述第一阀之前打开，并且使得所述第二阀在所述第一阀已关闭之后关闭。
11.根据权利要求10所述的空气供应装置，进一步包括：
加压空气罐(602)，所述加压空气罐(602)用于提供额外的空气；
供给器通道(606)，所述供给器通道(606)将所述空气罐流体连接到所述阀引导部件孔口；和
阀(604)，所述阀(604)控制来自所述罐的空气的流动。
12.一种用于内燃机内的阀装置的阀引导部件(214)，所述阀引导部件被构造为围绕第一阀杆(212)的一部分，使得所述第一阀杆能够在所述阀引导部件内移动，其中，所述阀引导部件(214)为管状，其特征在于，所述阀引导部件(214)包括内表面(244)内的凹部(238)，用于形成位于所述阀引导部件和所述第一阀杆之间的腔，并且所述阀引导部件进一步包括孔口(242)，所述孔口(242)将所述凹部(238)与所述阀引导部件(214)的外表面(246)流体连接。
13.根据权利要求12所述的阀引导部件，其中，所述阀引导部件(214)是一件式单元。
14.根据权利要求12或13所述的阀引导部件，其中，所述凹部(238)形成沟槽，所述沟槽具有位于所述阀引导部件(214)的周向方向上的主延伸部。
15.根据权利要求12或13所述的阀引导部件，其中，所述凹部(238)形成沟槽，所述沟槽具有位于与所述阀引导部件(214)的轴向方向相垂直的方向上的主延伸部。
16.根据权利要求14或15所述的阀引导部件，其中，所述沟槽(238)形成连续的环形结构。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的阀引导部件，其中，所述凹部(238)通过从所述管状阀引导部件(214)的内部加工所述内表面(244)来形成。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的阀引导部件，其中，所述孔口(242)相对于所述凹部(238)定位，使得限定所述阀引导部件(214)的轴向方向(256)上的所述凹部的表面(250)和限定位于所述孔口(242)和所述凹部(238)之间的连接部处的所述孔口(242)的表面(248)与所述阀引导部件(214)的第一端(252)相距相同的距离，或者使得限定所述阀引导部件(214)的轴向方向(256)上的所述凹部的表面(250)比限定位于所述孔口(242)和所述凹部(238)之间的连接部处的所述孔口(242)的表面(248)更靠近所述阀引导部件(214)的第一端(252)。
19.根据权利要求12至18中的任一项所述的阀引导部件，其中，所述孔口(242)是具有环形横截面的孔。
20.根据权利要求12至19中的任一项所述的阀引导部件，其中，所述孔口(242)由钻孔形成。
21.根据权利要求12至20中的任一项所述的阀引导部件，其中，所述孔口(242)的轴线垂直于所述阀引导部件(214)的轴向方向。
22.根据权利要求12至21中的任一项所述的阀引导部件，其中，所述阀引导部件(214)包括引导装置(258)，所述引导装置(258)适于在组装期间将所述阀引导部件引导到所述孔口(242)与供给器通道(240)重合的壳体的内侧的周向位置。
23.根据权利要求22所述的阀引导部件，其中，所述引导装置(258)位于所述阀引导部件(214)的下部处，以在组装期间与外部工具接合。
24.根据权利要求12至23中的任一项所述的阀引导部件，其中，包括所述孔口(242)的所述阀引导部件的第一部分(260)具有第一直径，位于所述阀引导部件的所述第一端(252)附近的所述阀引导部件的第二部分(262)具有第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，从而在所述第一部分(260)和所述第二部分(262)之间形成渐缩的过渡区域(264)，其中，所述引导装置位于所述渐缩的过渡区域(364)内。
25.根据权利要求24所述的阀引导部件，包括位于所述渐缩区域内的、呈凹口(258)形的引导装置(258)，所述凹口(258)具有与所述孔口(242)的周向位置对齐的周向位置。
26.根据权利要求12至25中的任一项所述的阀引导部件，进一步包括对齐标记(266)，所述对齐标记(266)位于所述阀引导部件的第二端(254)和所述孔口(242)之间，其中，所述对齐标记被构造为在所述阀引导部件被组装在阀装置内时可见。
27.根据权利要求26所述的阀引导部件，其中，所述对齐标记(266)包括凹口(266)，所述凹口(266)具有与所述孔口(242)的周向位置对齐的周向位置。
28.一种用于将空气供应到内燃机的阀装置(200)，所述阀装置包括：
第一阀(206)，所述第一阀(206)用于控制向气缸的空气供应，所述第一阀包括：第一阀头(208)和第一阀杆(212)；
根据权利要求12至27中的任一项所述的阀引导部件(214)，所述阀引导部件(214)被布置为围绕所述第一阀杆(212)的一部分，使得所述第一阀杆能够在所述阀引导部件内移动。
29.根据权利要求28所述的阀装置(200)，其中，所述第一阀杆(212)包括位于所述阀杆的侧壁内的入口(236)，其中，所述入口被构造为经由所述阀引导部件(214)的凹部(238)和孔口(242)接收来自供给器通道(240)的额外的空气。
30.根据权利要求29所述的阀装置(200)，其中，所述第一阀杆进一步包括内部通道(224)，所述内部通道(224)布置在所述阀杆的长度方向上，且流体连接到所述入口，且所述内部通道被构造为将所述额外的空气供应到所述气缸。
31.根据权利要求30所述的阀装置(200)，其中，所述阀装置包括第二阀(226)，所述第二阀(226)布置在所述第一阀(206)内，且所述第二阀被构造为控制额外的空气向所述气缸的流动，所述第二阀包括第二阀杆(232)和第二阀头(228)。
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