CN108699925A - 配气机构以及发动机组件 - Google Patents

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CN108699925A CN201780011249.4A CN201780011249A CN108699925A CN 108699925 A CN108699925 A CN 108699925A CN 201780011249 A CN201780011249 A CN 201780011249A CN 108699925 A CN108699925 A CN 108699925A
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inlet
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M·申克
D·瓦巴尔斯
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车发动机的配气机构(10)，所述配气机构包括构造为进气门或排气门的至少两个气门(28)和彼此独立的驱动式的至少两个执行单元(12)。所述至少两个执行单元(12)中的第一执行单元(12)配设给所述至少两个气门(28)的第一气门(28)，而所述至少两个执行单元(12)的第二执行单元(12)配设给所述至少两个气门(28)的第二气门(28)。所述执行单元(12)分别相互独立地调节气门(28)的最大气门升程。此外描述了一种发动机组件。

Description

配气机构以及发动机组件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车发动机的配气机构以及发动机组件。
背景技术
由现有技术已知用于机动车发动机的配气机构，在所述配气机构中一个气缸的至少两个气门的最大气门升程通过一个共同的驱动式执行单元调节，该执行单元包括具有至少一个调节凸轮的调节轴。所述气门通常是进气门。两个气门的气门升程曲线基于该共同的执行单元而具有固定的相对耦合，从而第一气门的气门升程值与第二气门的预定义的气门升程值相关联。基于该固定耦合必须进行对于所有工作点所必需的折衷。
由现有技术已知优化气门控制，使得出现改善的充气运动并且同时降低换气损失。这通常程可通过耦合的和机械的气门升程可变性来实现。另外，为此规定耦合气门升程的固定机械偏移，这导致气门的至少区域不同的升程特性。这也被称为“相位调节”(Phasing)。通常“相位调节”通过调节凸轮的特殊轮廓实现。“相位调节”的结果在图7的图表中示出。基于气门之一的更大气门升程至少暂时增加了通过该气门的定向空气质量流，由此在气缸内产生空气质量流的涡旋运动。
此外，由现有技术已知在气门的气门座上设置遮罩，以便产生定向的充气运动。这种遮罩通常通过单侧间隙实现，该间隙基于当气门打开时气门座区域中的特定轮廓产生。这种遮罩在图8中示意性示出。遮罩使质量流产生涡流和/或滚流运动。
总的来说，各气门的气门升程因此不能自由选择和相互独立。
在此已表明不利的是，基于各气门的气门升程的固定耦合不能对各气门进行转速和/或工作点优化的单独控制。因此一次性定义的所述两个气门升程的耦合不能改变并且对于所有运行状态、尤其是满载区域和空载区域有效。因此，为气门的控制设定窄的界限，以便实现气缸中的优化的燃烧。
备选地，由现有技术中已知无气门升程可变性的配气机构和发动机组件。供应给气缸的空气量仅通过节流来控制。但在此产生比现有技术中已知的具有气门升程可变性的配气机构更大的换气损失。这可由图9中的图表看出。
发明内容
本发明的任务在于提供一种配气机构和发动机组件，借助它们可实现具有低换气损失的优化燃烧。
根据本发明，所述任务通过一种用于机动车发动机的配气机构来解决，所述配气机构包括构造为进气门或排气门的至少两个气门和彼此独立的驱动式的至少两个执行单元，所述至少两个执行单元中的第一执行单元配设给所述至少两个气门的第一气门，而所述至少两个执行单元的第二执行单元配设给所述至少两个气门的第二气门，并且所述执行单元分别相互独立地调节气门的最大气门升程。
本发明的基本构思在于，将所述至少两个气门的气门升程彼此解耦，从而可相互独立地调节所述至少两个气门的周期特定的最大升程。由此可工作点特定地控制气门，从而能够优化气门的充气运动。消除了现有技术中在气缸进气门耦合的情况下所需进行的关于工作点的折衷。
一方面规定，执行单元无级地并且非常精确地调节相配气门的最大气门升程，以便实现发动机中的优化燃烧。
所述执行单元尤其是分别包括驱动式伺服驱动器和至少一个执行机构，该执行机构改变相配气门的位置、尤其是气门的气门元件相对于其气门座的位置。通过机械设计提供了一种构造简单且不易出故障的、用于调节气门的最大气门升程的可能性。
尤其是执行机构包括具有至少一个调节凸轮的至少一个调节轴，通过伺服驱动器使该调节轴旋转。旋转运动可以通过调节轴和调节凸轮以简单的方式转换成用于移动中间杆的平移运动。另外，通过调节凸轮的形状可改变升程范围。调节轴可以是偏心轴，其相应地具有偏心轮作为调节凸轮。
此外，调节凸轮可作用于驱动滚轮拖杆的中间杆，中间杆的支点通过调节凸轮的运动而移动。滚轮拖杆在其转动轴承区域中的移动以简单的方式确保，改变相配气门的最大气门升程。通过对调节凸轮的调节来改变中间杆在滚轮拖杆上作用的区域，从而调节最大气门升程。
根据一个方面，一个执行单元调节多个气门的最大气门升程、尤其是发动机每个气缸的一个气门的最大气门升程。因此，例如一个唯一的执行单元调节发动机所有气缸的所有第一进气门的最大气门升程。
备选地，所有气缸的第一进气门成组地配设给一个执行单元，使得该执行单元例如调节四缸发动机的第一和第三气缸的最大气门升程。
在另一种备选方案中，规定单个气门控制，从而发动机中的每个单个气门具有配设给其的执行单元，所述执行单元调节该气门的最大气门升程。
以类似方式可以调节排气门的最大气门升程，使得例如优化废气回吸，通过该废气回吸同样可产生附加的充气运动。
此外，可设置至少一个气门正时调节单元，其相互独立地调节气门的正时。由此可工作点个别地改变气门相应的打开时间和/或打开持续时间。气门控制于是获得另一自由度，以便实现发动机中的优化燃烧。气门正时调节单元因此定义最大气门升程的相位。
尤其是设置至少一个凸轮轴，所述至少一个气门正时调节单元与该凸轮轴共同作用，其中，所述气门正时调节单元调节凸轮轴尤其是相对于发动机曲轴的相对位置。由此气门以简单的方式与曲轴可变动地耦合，从而可调节气门的相应正时、即其相位。
一方面规定，所述气门正时调节单元包括至少一个具有可变的凸轮轴角范围的伺服驱动器。这种伺服驱动器例如是VANOS伺服驱动器。伺服驱动器可设置在凸轮轴和链传动机构之间，其中，伺服驱动器可根据工作点和环境条件调节凸轮轴相对于曲轴的相对角位置。
根据一种实施方式，设置两个凸轮轴和两个彼此独立的气门正时调节单元，所述气门正时调节单元分别具有用于可变凸轮轴角范围的伺服驱动器，其中，第一气门正时调节单元和第一凸轮轴配设给第一气门，而第二气门正时调节单元和第二凸轮轴配设给第二气门，尤其是所述气门正时调节单元分别配设给所述两个执行单元之一。由此所述至少两个气门的正时能够单独并且彼此分开地控制。由此尤其是在打开时间方面可更自由地调节对气门升程的工作点个别的配合。
概括而言，单个配气机构的各方面涉及设置在进气侧或排气侧的配气机构。
根据另一方面，所述凸轮轴具有至少一个、尤其是阶梯式的切换凸轮。因此可实现阶梯式切换解决方案，这尤其是能实现气门个别定的控制。
所述执行单元和所述气门正时调节单元尤其是可彼此相对地控制，控制解耦或耦合地进行。
此外，所述任务通过根据本发明的发动机组件来解决，该发动机组件包括发动机、至少一个气缸和至少一个根据本发明的配气机构。发动机组件中以类似的方式得出关于配气机构的上述优点。
一方面规定，发动机组件包括多个气缸，所述气缸分别具有至少两个进气门和/或至少两个排气门，每个气缸具有第一进气门和/或第一排气门以及第二进气门和/或第二排气门，并且所有第一进气门或排气门分别配设给所述至少两个执行单元中的第一执行单元，而所有第二进气门或排气门分别配设给所述至少两个执行单元的第二执行单元，从而所述至少两个执行单元调节所有气缸的进气门和/或排气门的最大气门升程。因此提供了一种发动机组件，气缸的相应进气门和排气门利用所述发动机组件彼此解耦。因此，进气门和排气门及其最大升程范围可彼此独立地控制或调节。由此如上所述可在气门控制方面实现高灵活性，这实现优化的充气运动或具有高自由度的气门控制。
根据一种实施方式，设置多个气缸，所述气缸分别具有至少两个进气门和/或至少两个排气门，其中，每个气缸具有第一进气门和/或第一排气门以及第二进气门和/或第二排气门，并且所述气缸的第一进气门或排气门被分为至少两组并且每组配设有一个自身的配气机构。因此例如可构成成对控制。总的来说能实现更为个性化的气门升程调节，因为这成组地进行。
当气缸的每个进气门和/或每个排气门配设有一个自身的配气机构时，可进一步提高个性化程度。由此甚至可实现气缸个别的调节。
根据一种实施方式，尤其是可设置上述类型的两个配气机构，第一配气机构是包括进气门的进气配气机构，而第二配气机构是包括排气门的排气配气机构。因此，可在一个气缸中相互独立地控制进气门和排气门、尤其是其正时及其最大气门升程。
另一方面规定，设置控制单元，所述控制单元至少控制执行单元。控制单元可涉及气门控制或充气运动控制，借助其应实现发动机中的优化燃烧。控制单元例如访问车辆特定的数据来确定机动车的当前工作点。根据工作点，控制单元控制执行单元和/或气门正时调节单元，以便工作点特定地调节相配气门的最大气门升程和正时。
所述至少一个气缸尤其是包括具有轮廓的气缸盖，从而在气门打开时在各气门之一的至少一个气门座区域中产生单侧间隙。由此形成气门遮罩，该气门遮罩构成预定义的用于优化气门的充气运动的辅助装置。
还可规定“相位调节”，即，配设给一个气缸的进气门或排气门的气门升程的固定偏移。由此也可结构相关地优化充气运动。
附图说明
本发明的其它优点和特征由下述参考附图的说明和附图给出。附图如下：
图1示出本发明配气机构的示意图；
图2示出在气门的最小气门升程时图1中的配气机构的一部分；
图3示出在气门的最大气门升程时图2的配气机构；
图4示出用于说明最大气门升程的调节的图表；
图5示出用于说明气门正时和气门升程的变化的图表；
图6示出本发明发动机组件的示意图；
图7示出用于说明现有技术中的相位调节的图表；
图8示出气门遮罩的示意图；
图9示出两个由现有技术已知的配气机构的两个充气曲线的图表。
具体实施方式
图1示出用于机动车发动机及其气门的配气机构10。在所示实施方式中，该配气机构10包括两个未彼此耦合的驱动式执行单元12。
每个所述执行单元12具有一个自身的电机式伺服驱动器14和一个执行机构16，该执行机构包括调节轴18连同安装其上的调节凸轮20以及从外部作用在调节凸轮20上的中间杆22。中间杆22通过复位弹簧24预压紧到凸轮轴44上。中间杆22通过凸轮轴44驱动。
调节轴18可以是偏心轴，从而所述至少一个调节凸轮20是偏心轮。
中间杆22还驱动滚轮拖杆26，该滚轮拖杆操作具有气门座30及气门元件32的气门28。气门元件32通过气门挺杆34与滚轮拖杆26耦合。气门元件32和气门挺杆34可以共同地构造成一体式的。另外，它们也被称为阀盘和阀杆。附图标记35表示液压式气门间隙补偿元件。
两个气门28(分别配设给所述两个执行单元12之一)是同一气缸的两个进气门。气门28通常在所示视图中前后设置，但在此为清楚起见并排示出。
气门28还分别是一个气门组件的部分，其中，第一气门组件分别包括发动机每个气缸的第一气门而第二气门组件分别包括发动机每个气缸的第二气门(亦参见图6和相关描述)。
备选地，两个所示气门28可以是发动机同一气缸的排气门。
从图2和图3得出所述两个执行单元12之一如何通过执行机构16和伺服驱动器14调节相配气门28的最大气门升程。该原理可以类似方式转用到其他执行单元12上。
伺服驱动器14包括蜗杆轴36，该蜗杆轴与蜗轮38啮合，蜗轮与调节轴18耦合，从而由此旋转式地驱动调节轴18。蜗轮38同样是执行机构16的一部分。
通过操作伺服驱动器14，调节轴18和设置其上的调节凸轮20从图2所示的气门升程最小的位置(最小升程位置)转变为图3所示的、具有最大气门升程的位置(最大升程位置)。
在转变为最大升程位置时，调节凸轮20使中间杆22运动，由此使其支点移动。基于中间杆22的移动，该中间杆以其它区段作用在滚轮拖杆26上，滚轮拖杆通过气门挺杆34使气门元件32平移地运动，尤其是远离气门座30地运动。因此气门28在图3所示位置中比在图2所示最小升程位置中在通过后续凸轮传动机构调节时具有更大的最大气门升程。
在所示实施方式中，为每个气门组件分别设置一个气门正时调节单元40，其包括伺服驱动器42，该伺服驱动器分别与凸轮轴44共同作用。伺服驱动器42尤其是具有可变凸轮轴角范围的伺服驱动器，从而可变动凸轮轴44可以与在此未示出的曲轴的耦合。由此可调节相配气门28的其它正时。
当相应气门正时调节单元40调节凸轮轴后，相应凸轮轴44以改变的方式作用于中间杆22，因为该凸轮轴与曲轴的耦合改变。
此外可规定，凸轮轴44具有至少一个阶梯式切换凸轮，通过该阶梯式切换凸轮可实现阶梯式切换解决方案。利用这种备选方案同样可实现气门个别的控制。
例如图2中所示位置可用于发动机空载运行，其中，最大气门升程介于0.1mm与1mm之间。相反，可在满载时设置图3中所示位置，最大气门升程介于5mm与15mm之间、尤其是为10mm。
概括而言，图1中示出所述两个气门28分别具有一个自身的执行单元12以及一个自身的气门正时调节单元40，从而所述两个气门28的最大气门升程及其正时可相互独立地调节。
备选地，配设给一个气门28的执行单元12与相应的气门正时调节单元40耦合，从而以耦合的方式调节相应气门28。
如已经阐述的那样，图1至3中所示气门28为同一气缸的进气门或排气门，它们分别是一个气门组件的部分。
从图4和5得出，当相应执行单元12和/或相应气门正时调节单元40激活时，两个进气门28的升程曲线能够如何变化。气门28的升程曲线表示气门元件32连同设置其上的气门挺杆34相对于所属的气门座30的升程。为简单起见称其为气门28的气门升程。
图4中示出配设给第一进气门28的执行单元12增大了第一进气门28的最大气门升程，而配设给第二进气门28的执行单元12减小了其最大气门升程。所述两个进气门28的通过执行单元12改变的升程曲线分别以虚线示出，与此相对未改变的升程曲线以实线示出。由此实现所述两个进气门28的工作点特定的控制，由此能实现发动机中的优化燃烧。左侧示出的排气门升程仅供参考。
图5示出图4的扩展方案，在其中附加地激活了配设给第二进气门28的气门正时调节单元40。由此第二进气门28的正时改变。图4和5的比较说明第二进气门28比在图4中更早地受控制。
概括而言，通过气门正时调节单元40产生用于气门28的工作点特定控制的另一自由度。
进气门升程曲线的相应变化可以类似的方式应用于排气门。
图6中示出发动机组件46，其包括在所示实施方式中具有四个气缸50的发动机48。所述四个气缸50中的每一个都具有四个气门28，其中两个气门128是进气门并且两个气门228是排气门。
发动机组件46还包括两个配气机构10，其分别具有两个执行单元12。
在下文中为了更好地区分为气门28和配气机构10及其部件而设置专用的附图标记，以便能实现更好地区分发动机组件46的进气侧和排气侧。
第一配气机构10例如是进气配气机构110，其通过所述两个执行单元12与相应四个气缸50的各进气门128共同作用。第二配气机构10是排气配气机构210，其与四个气缸50的相应排气门228共同作用。
此外，发动机组件46包括控制单元52，该控制单元与所述两个配气机构10连接，以便控制所述配气机构、尤其是相应的执行单元12。控制单元52还可与机动车的其它传感器耦合，以便尤其是获得关于机动车当前运行状态的信息。
在发动机组件46的所示实施方式中，所有第一进气门128的最大升程范围由第一配气机构110的所述两个执行单元12中的第一执行单元调节，而相应的气缸50的第二进气门128的最大升程范围由第一配气机构110的所述两个执行单元12的第二执行单元调节。这由图6中的相应导线得出，其中，为清楚起见仅示出第一进气门128与进气配气机构110的第一执行单元12的连接。
类似地，排气门228的最大气门升程的调节通过第二配气机构210的所述两个执行单元12完成，在此仅示出每个气缸50的第二排气门228与排气配气机构210的所述两个执行单元12中的第二执行单元的连接。
配气机构10还分别包括气门正时调节单元40，其为清楚起见也未在图6中示出。关于配气机构10按照图1至3及图4和5的图表的上述特性可以类似方式转用到发动机组件46上。
备选地，四个气缸50的各第一进气门128可分别成对地配设给第一进气配气机构110的一个执行单元12，从而将总共设置两个进气配气机构110。由此可成对地并且因此可进一步个性化地调节进气门128的最大气门升程。在具有四个气缸50的所示发动机组件46的具体示例中，这意味着第一和第三气缸50的各第一进气门128配设给第一进气配气机构110的一个执行单元12，而第二和第四气缸50的各第一进气门128配设给第二进气配气机构110的一个执行单元12。这类似地适用于气缸50的第二进气门128。
在另一种备选方案中，气缸50的每个单个进气门128配设有一个自身的执行单元12，由此得出相应进气门128的气缸个别的调节。
这些备选实施方式可以类似的方式转用到排气门228上。
图7和8中示出由现有技术已知的用于预定义地优化充气运动的措施。图7示出有关所谓的和开头提到的“相位调节”的图表，在其中设置两个气门28的气门升程曲线的结构相关且固定的相对偏移。
图8中示出两个气门28的遮罩，通过所述遮罩可调节质量流的定向。在此相应的气门座30具有这样的轮廓54，通过该轮廓可在相应气门28打开时产生预定义的间隙，该间隙影响气门28处的流入情况。
无论是“相位调节”还是遮罩都可设置在配气机构10中，以便附加或备选地设置结构相关的优化。当在气门28处的流入条件的结构相关优化和控制技术优化之间应做出折衷时这尤为有利。
图9示出两个换气回线的图表，其借助由现有技术已知的配气机构A、B实现。换气(压力-体积(P-V))曲线A涉及由现有技术已知的无气门升程可变性的配气机构，而换气曲线B示出由现有技术已知的具有气门升程可变性的配气机构的换气曲线。
由两个换气曲线A、B可以看出，无气门升程可变性的配气机构的换气曲线具有更高的换气损失。

Claims (17)

1.用于机动车发动机(48)的配气机构(10)，包括构造为进气门(128)或排气门(228)的至少两个气门(28)和彼此独立的驱动式的至少两个执行单元(12)，所述至少两个执行单元(12)中的第一执行单元(12)配设给所述至少两个气门(28)的第一气门(28)，而所述至少两个执行单元(12)的第二执行单元(12)配设给所述至少两个气门(28)的第二气门(28)，并且所述执行单元(12)分别相互独立地调节气门(28)的最大气门升程。
2.根据权利要求1所述的配气机构(10)，其特征在于，所述执行单元(12)无级地调节相配气门(28)的最大气门升程。
3.根据权利要求1或2所述的配气机构(10)，其特征在于，所述执行单元(12)包括驱动式伺服驱动器(14)和至少一个执行机构(16)，该执行机构改变相配气门(28)、尤其是气门(28)的气门元件(32)相对于其气门座(30)的位置。
4.根据权利要求3所述的配气机构(10)，其特征在于，所述执行机构(16)包括具有至少一个调节凸轮(20)的至少一个调节轴(18)，通过伺服驱动器(14)使该调节轴旋转。
5.根据权利要求4所述的配气机构(10)，其特征在于，所述调节凸轮(20)作用于驱动滚轮拖杆(26)的中间杆(22)，所述中间杆的支点通过调节凸轮(20)的运动而移动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的配气机构(10)，其特征在于，一个执行单元(12)调节多个气门(28)的最大气门升程、尤其是发动机(48)每个气缸(50)的一个气门(28)的最大气门升程。
7.根据前述权利要求中任一项所述的配气机构(10)，其特征在于，设置至少一个气门正时调节单元(40)，其相互独立地调节气门(28)的正时。
8.根据权利要求7所述的配气机构(10)，其特征在于，设置至少一个凸轮轴(44)，所述至少一个气门正时调节单元(40)与该凸轮轴共同作用，其中，所述气门正时调节单元(40)调节凸轮轴(44)尤其是相对于发动机(48)曲轴的相对位置。
9.根据权利要求7或8所述的配气机构(10)，其特征在于，所述气门正时调节单元(40)包括至少一个具有可变的凸轮轴角范围的伺服驱动器(42)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的配气机构(10)，其特征在于，设置两个凸轮轴(44)和两个相互独立的、分别具有用于可变的凸轮轴角范围的伺服驱动器(42)的气门正时调节单元(40)，其中，第一气门正时调节单元(40)和第一凸轮轴(44)配设给第一气门(28)，而第二气门正时调节单元(40)和第二凸轮轴(44)配设给第二气门(28)，尤其是所述气门正时调节单元(40)分别配设给所述两个执行单元(12)之一。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的配气机构(10)，其特征在于，所述凸轮轴(44)具有至少一个尤其是阶梯式的切换凸轮。
12.发动机组件(46)，包括发动机(48)、至少一个气缸(50)和至少一个根据前述权利要求中任一项所述的配气机构(10)。
13.根据权利要求12所述的发动机组件(46)，其特征在于，设置多个气缸(50)，所述气缸分别具有至少两个进气门(128)和/或至少两个排气门(228)，其中，每个气缸(50)具有第一进气门(128)和/或第一排气门(228)以及第二进气门(128)和/或第二排气门(228)，并且所有第一进气门(128)或排气门(228)分别配设给所述至少两个执行单元(12)中的第一执行单元(12)，而所有第二进气门(128)或排气门(228)分别配设给所述至少两个执行单元(12)的第二执行单元(12)，从而所述至少两个执行单元(12)调节所有气缸(50)的进气门(128)和/或排气门(228)的最大气门升程。
14.根据权利要求12所述的发动机组件(46)，其特征在于，设置多个气缸(50)，所述气缸分别具有至少两个进气门(128)和/或至少两个排气门(228)，其中，每个气缸(50)具有第一进气门(128)和/或第一排气门(228)以及第二进气门(128)和/或第二排气门(228)，并且所述气缸(50)的第一进气门(128)或排气门(228)被分为至少两组并且每组配设有一个自身的配气机构(10)。
15.根据权利要求12所述的发动机组件(46)，其特征在于，一个气缸(50)的每个进气门(128)和/或每个排气门(228)配设有一个自身的配气机构(10)。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的发动机组件(46)，其特征在于，设置两个根据权利要求1至11中任一项所述的配气机构(10)，其中，第一配气机构(10)是包括进气门(128)的进气配气机构(110)，而第二配气机构(10)是包括排气门(228)的排气配气机构(210)。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的发动机组件(46)，其特征在于，设置控制单元(52)，所述控制单元至少控制执行单元(12)。
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