CN109312640B - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种相移装置(29)，即所谓的凸轮移相器，布置在曲轴和至少一个凸轮轴(20、23)之间，以改变所述至少一个凸轮轴(20、23)相对于曲轴(15)的旋转位置，并因此推进或推迟至少一个进气门和/或至少一个排气门的打开和关闭时间。相移装置(29)连接到蓄能器(60)，该蓄能器可由油泵(6)填充。在相移过程之前或期间，借助于压力介质控制的缸(71)可以增加油压。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机和一种包括根据所附权利要求的内燃机的车辆。
背景技术
凸轮移相器可以用在内燃机中以改变凸轮轴相对于彼此和相对于曲轴的旋转位置，以便相移，即推进或推迟进气门和排气门的打开和关闭时间。通过使用凸轮移相器，可以改善发动机的性能以及其他，可以降低燃料消耗，可以改善发动机制动性能并且可以获得改进的排放控制。改进的排放控制又使消除用于排气净化的EGR系统是可能的。
US8,714,123B2示出了借助于由发动机油系统中的加压油操作的液压凸轮移相器可以实现相移。凸轮移相器可以布置在每个凸轮轴处并且在发动机的油泵的帮助下供应有油以改变凸轮轴相对于彼此以及相对于曲轴的旋转位置，以相移气门的打开和关闭时间。重要的是，油系统中的油压足够高，以获得快速且鲁棒的相移功能。为了确保比其它方式更高的油压，现有技术是，至少在油泵实现的油压不够高的情况下，当发动机在操作中时，将油加到蓄压器罐，在所述蓄压器罐中，借助于弹簧加载的活塞或类似物可以增加油压，并且在相移过程期间将加压油添加到凸轮移相器。
可能希望降低发动机中的油压，以便能够使用比其他情况更小的油泵。这种措施的目的可以是减少发动机中的寄生损失(parasitic losses)并减少燃料消耗。在一些操作模式中，例如，当车辆以低发动机速度行驶或从怠速转换到具有较高发动机负荷的操作时，可能存在即使使用了蓄压器罐中的加压油，但是油压太低而无法获得快速且鲁棒的相移功能的风险。
发明内容
本发明的一个目的是在使用液压凸轮移相器时提高相移功能中的速度和鲁棒性。通过以下权利要求中描述的特征实现这些和其他目的。
通过使用本发明，实现了对凸轮移相器的非常快速且鲁棒的调节，其中，高压提供了抵抗可变凸轮轴速度的非常好的约束载荷。由于压力非常高，因此可以降低发动机中的油压并且可以使用比其他方式更小的油泵，从而减少发动机中的寄生损失并因此减少燃料消耗。
本发明的其他特征和优点在权利要求、示例性实施方式的描述和附图中阐述。
附图说明
下面参考附图，通过举例的方式描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出了具有根据本发明的内燃机的车辆。
图2示意性示出根据本发明的内燃机的横截面图。
图3示出了根据本发明第一实施方式的液压凸轮移相器及其控制系统的示意图。
图4示出了根据本发明第二实施方式的液压凸轮移相器及其控制系统的示意图。
具体实施方式
图1示出了具有车架2的机动车辆1，在该车架处布置有内燃机3以操作至少两个驱动车轮4。油盘5布置在内燃机3的下区段处并且适配于构成用于，在油通过内燃机3的润滑系统7中的油通道循环以在操作期间冷却和润滑发动机3之后，收集所述油的容器。油泵6布置在内燃机3处以泵送油通过油通道。气动制动系统8布置在车架2处以制动车辆的车轮。机动车辆1可以是重型货车，例如，卡车或公共汽车，或是轻型车辆，例如客车。内燃机3可以是四冲程发动机，以及例如柴油发动机或奥托(Otto)发动机。在替代实施方式的情况下，内燃机3可以用于工业或航海用途。
图2示出了具有至少一个缸10的内燃机3，其中，活塞11布置在每个缸10中。活塞11界定燃烧室12，所述燃烧室适配为经由燃料喷射器13供应有燃料。活塞11经由连接杆14连接到曲轴15，所述曲轴在旋转时使活塞11在缸10中向前和向后移动。至少一个进气门18布置在每个缸10中。进气门18连接到进气系统19并适配为控制向燃烧室12的空气供应。至少一个第一凸轮轴20控制每个进气门18相对于曲轴15和活塞11的位置的打开和关闭时间。至少一个排气门21布置在每个缸10中。排气门21连接到排气系统22并且适配为控制从燃烧室12排出的排气。至少一个第二凸轮轴23控制每个排气门21相对于曲轴15和活塞11的位置的打开和关闭时间。在一个替代实施方式中，至少一个凸轮轴(20、23)可用于控制所述至少一个进气门(18)和/或所述至少一个排气门(21)。优选地，在每个缸10中布置两个进气门18和两个排气门21。取决于内燃机3的类型，可以在内燃机3中布置两个第一和两个第二凸轮轴20、23，如果内燃机3是所谓的V型发动机，则这样是有利的。优选地，内燃机3具有多个缸10，例如四、六或八个缸。
每个凸轮轴20、23经由传统的传动装置由曲轴15控制并且可旋转地与所述曲轴连接，并且适配为围绕旋转轴线26、27以与内燃机3的速度相关的速度旋转，以打开和关闭相应的气门18、21。至少一个液压相移装置29，即所谓的凸轮移相器，布置在曲轴15和凸轮轴20、23中的至少一个之间，以改变所述至少一个凸轮轴20、23相对于曲轴15的旋转位置，以便因此推动或推迟所述至少一个进气门18和/或所述至少一个排气门21的打开和关闭时间。可以适配相移装置29，使得凸轮轴20、23可以在50-100曲轴度数的范围中的区间内移动，但是优选地约为70曲轴度数，并且优选地相移装置29布置在每个凸轮轴20、23处。
控制装置30经由至少一个导管31连接到每个相移装置29，并且适配为借助于关于与内燃机3的操作相关的一个或多个参数的信息来控制相移装置29的致动。控制装置30可以适配为从传感器32和/或从其他控制装置33接收关于例如内燃机3的负载和发动机速度、进气系统19中的绝对压力、进入空气的温度、质量空气流、排气温度、气体控制模式和车辆变速箱中选定的档位的信息。
图3以非常简化的方式示出了具有液压控制系统36的相移装置29。所述相移装置29可包括壳体37，凸轮轴20、23的一端延伸到所述壳体中。凸轮轴20、23与转子38固定连接，所述转子具有多个径向向外取向的齿39，每个齿延伸入到壳体37中的空间40中，界定第一室41和第二室42。所有第一室41经由未显示的通道彼此连接，并且所有第二室42经由也未显示的通道彼此连接。驱动轮43，例如齿轮与壳体37固定地连接，并经由传动装置44(例如嵌齿轮传动、链传动或带传动)机械地连接到曲轴15，使得在内燃机3操作时凸轮轴20、23和壳体37以相同的速度旋转，并且优选地以曲轴15的一半速度旋转。第一室41经由第一液压导管47连接到方向阀45，并且第二室42经由第二液压导管48连接到方向阀45。方向阀45经由入口导管51(油泵6布置在其处)连接到油盘5，来自方向阀45的返回导管52也通向所述油盘。第三液压导管49在油泵6和方向阀45之间连接到入口导管51，以将油引导到内燃机3的润滑系统7。
当方向阀45占据中间位置54(其可以是静息位置)时，其所有入口和出口导管47、48、51、52都被阻挡。在可由控制装置30中的编程的指令经由控制导管31控制的螺线管55的影响下，可以使方向阀45占据第一或第二位置57、58中的一个，其中，入口导管51连接到室41、42中的一个，同时第二室41、42连接到返回导管52。当方向阀的第一位置57处的第一室41在油泵6的帮助下供应有油，同时在第二室42中的油经由返回导管52返回到油盘5时，凸轮轴20、23相对于壳体37在第一方向A中转动，推进气门18、19的打开和关闭时间。当在方向阀的第二位置58处的第二室42在油泵6的帮助下供应有油，同时第一室41中的油经由返回导管52返回到油盘5时，凸轮轴20、23相对于壳体37在第二方向B中转动，推迟气门18、19的打开和关闭时间。在一个替代实施方式中，可以当凸轮轴20、23在第一方向A中转动时，推迟气门18、19的打开时间，并且当凸轮轴20、23在第二方向B中转动时，推进所述气门的打开时间。致动速度，即相应凸轮轴20、23可以从一个位置转动到另一个位置的速度，可取决于润滑系统7中的油压，该油压可为约1.5-4巴。为了获得更高的致动速度，即使润滑系统7中的压力相对低，相移装置29可以连接到蓄能器60，所述蓄能器可以由油泵6加载，并且其中，在相移过程之前或期间可以借助于压力介质控制的缸71增加油压。蓄能器60可以包括缸，在其端壁67处连接有第四液压导管68的一端，所述第四液压导管的第二端在油泵6之后的位置中连接到入口导管51，所述位置在非返回阀62和方向阀45之间，用于将油从油盘5输送到蓄能器60。非返回阀62可用于在相移过程期间和/或当内燃机中的油压低于蓄能器60中的油压时，确保蓄能器60中的油不流回到油盘5或供给到润滑系统7。
在蓄能器60中，可移动的第一活塞61布置在两个端部位置77、78之间，界定第一室65，所述第一室经由第四液压导管68与入口导管51连接，通过所述第四液压导管可以将油添加到第一室65，并且允许蓄能器60采取第一室65包含油的第一状态、和至少一部分油被供应到相移装置29的第二状态。第一活塞61连接到压力介质控制的缸71，所述压力介质控制的缸71适配为影响第一活塞61，使得其采取其端部位置77、78，所述端部位置77、78分别对应于蓄能器60的第一和第二状态。因此，控制装置30适配为借助于关于与内燃机3的操作有关的一个或多个参数的信息来控制压力介质控制的缸71的致动。第一活塞61还界定第二室66，可以经由未显示的通道泄放(bled)，所述未显示的通道可以在第二室66和周围大气之间延伸。
在蓄能器60的第二端壁69处，可以布置有凸缘70，压力介质控制的缸71可以安装在所述凸缘处。压力介质控制的缸71可以是双作用缸，并且可以包括第二活塞72，所述第二活塞可在两个端部位置63、64之间移动，从而在缸中界定第一和第二室73、74。第二活塞72连接到活塞杆75，所述活塞杆延伸入到蓄能器60中并且与第一活塞61直接连接。第一室73连接到控制系统79(例如气动控制系统)中的方向阀76，经由第一压力介质导管80和第二室74，并且第二室74经由第二压力介质阀81连接到方向阀76。可以在第一位置88和第二位置之间90移位的所述方向阀76，经由入口导管84连接到压力介质源85并经由出口导管86连接到周围大气。压力介质源85可以是加压空气源，并且压力介质控制的缸71可以是加压空气缸，其可以连接到车辆(图1)中的气动制动系统8，其中，气压可以是7-12巴。代替使用加压空气作为操作介质，显然可以使用其他压力介质，诸如车载液压系统中的油，该油的压力高于发动机润滑系统中的压力。这种系统的一个示例是控制系统，其动力转向伺服泵的压力可以是100-170巴。
当方向阀76采取第一位置88(其可以是静息位置88)时，入口导管84连接到第一室73，同时第二室74经由出口导管86连接到大气。在可经由控制导管34由控制装置30中的被编程的指令控制的螺线管89的影响下，可使方向阀76采取第二位置90，其中，入口导管84连接到第二室74，同时第一室73经由出口导管86连接到大气。当在方向阀76的第一位置88处，压力介质控制的缸71的第一室73从加压介质源85经由入口导管84供应有加压介质，并且第一压力介质导管80被抽空时，同时经由第二压力介质导管81和出口导管86在压力介质控制的缸71的第二室74中抽空压力介质，压力介质以一方式影响压力介质缸71的第二活塞72，使得其采取一个端部位置63，这也意味着蓄能器60的第一活塞61朝向对应于蓄能器60的第一状态的一个端部位置77移位。蓄能器60的第一活塞61右侧的第一室65填充有油，因此处于充油状态。当车辆中的传感器32和/或控制装置33(图2)检测到与内燃机的操作有关的一个或多个相关参数时，它们向控制装置30发出信号，其指示相移致动。然后，控制装置30经由导管31向相移装置29的方向阀45发出输出信号以采取其第一或其第二位置57、58，并经由导管34向方向阀76发出输出信号以采取其第二位置90。来自压力介质源85的压力介质现在将被引导到压力介质控制的缸71的第二室74，同时其第一室73被泄放，这导致压力介质影响压力介质缸71的第二活塞72以采取其第二端部位置。第二活塞72因此直接影响蓄能器60中的第一活塞61，所述第一活塞朝向其对应于蓄能器60的第二端部位置78移位，其中，容纳在蓄能器60的第一室65中的基本上全部或至少一部分油经由第四液压导管68和入口导管51被引导到方向阀45和相移装置29，其压力对应于压力介质影响第二活塞72的压力。由于该压力基本上高于油泵6可能生成的油压，所以气门18、21(图2)的打开和关闭时间的相移将明显快于如果用由油泵6生成的压力向相移装置29供应油。在进行相移之后，传感器32和/或控制装置33(图2)将不再发出指示相移致动的任何信号。因此，位置阀76、45将不再从控制装置30获得任何致动信号，并且相应地将分别回复到它们的第一位置88和它们的中间位置54，导致压力介质控制的缸71中的第二室74泄放，同时第一室73供应有压力介质影响第二活塞72以采取一个端部位置63，这也意味着蓄能器60的第一活塞61朝向一个端部位置77移位，同时，蓄能器60的第一室65借助于油泵6从油盘5供应有油。
图4示出了另一个实施方式，其中，压力介质控制的缸71是单作用缸而不是双作用缸。压力介质控制的缸71的第二室74经由第三压力介质导管82连接到控制系统79中的方向阀92。可在第一位置95和第二位置98之间移位的方向阀92经由入口导管93与压力介质源85连接，并经由出口导管94与周围大气连接。第一室73可以经由在第一室73和周围大气之间延伸的未显示的通道进行泄放。弹簧元件96，诸如压缩弹簧，布置在第一室73中。弹簧元件96的一个端部可以适配为邻接抵靠第二活塞72的端部表面，并且其第二端部可以适配位邻接抵靠压力介质控制的缸71中的面向蓄能器60的端壁。
当方向阀92采取第一位置95(其可以是静息位置)时，入口导管93被阻挡同时出口导管94打开，其中，弹簧元件96影响第二活塞72以采取一个端部位置63，这也意味着蓄能器60的第一活塞61朝向对应于蓄能器的第一状态的一个端部位置77移位。在可经由控制导管34由控制装置30中的被编程的指令控制的螺线管97的影响下，方向阀92可以制成采取第二位置98，其中，入口导管93连接到第二室74。来自压力介质源85的压力介质现在将被引导到压力介质控制的缸71的第二室74，同时其第一室73被泄放，这导致影响压力介质缸71的第二活塞72的压力介质以压缩弹簧元件96并采取其第二端部位置64。第二活塞72因此直接影响蓄能器60中的第一活塞61，所述第一活塞朝向其对应于蓄能器60的第二状态的第二端部位置78移位，其中，容纳在蓄能器60的第一室65中的基本上全部或至少一部分油被引导到方向阀45和相移装置29。一旦完成相移，位置阀92将不再从控制装置30获得任何致动信号，相应地将回复到其第一位置95，导致压力介质控制的缸71中的第二室74被泄放，同时借助于弹簧元件96将第二活塞72按压抵靠一个端部位置63，这也意味着蓄能器60中的第一活塞61朝向一个端部位置77移位，同时在蓄能器60中的第一室65借助于油泵6从油盘5供应有油。
本发明不限于上述实施方式，但是对于本领域技术人员来说，其中的许多可能的修改是明显的，而不会脱离由权利要求限定的本发明的精神。
在所描述的实施方式中，使用方向阀45、76、92，其可以设置成各种状态，其中一个状态54、88、95被描述为静息状态。在替代实施方式中，并且取决于当前应用，可以选择任何状态作为静息状态。该描述示出了在两个方向上电控制的方向阀45和在一个方向上电控制并且在另一个方向上具有复位弹簧的方向阀76、92。在替代实施方式中，方向阀45可以在一个方向上电控制并且在一个方向上具有复位弹簧，并且同样地，阀76、92可以在两个方向上电控制。

Claims (12)

1.一种内燃机，包括
-至少一个缸(10)；
-布置在每个缸(10)中的至少一个进气门(18)；
-布置在每个缸(10)中的至少一个排气门(21)；
-至少一个凸轮轴(20、23)，控制所述至少一个进气门(18)和/或所述至少一个排气门(21)；
-一个曲轴(15)，控制所述至少一个凸轮轴(20、23)；
-至少一个液压相移装置(29)，布置在曲轴(15)和所述至少一个凸轮轴(20、23)之间，以改变其相对于曲轴(15)的旋转位置，以推进或推迟所述至少一个进气门(18)和/或所述至少一个排气门(21)的打开和关闭时间，所述相移装置(29)连接到蓄能器(60)，在蓄能器中，第一活塞(61)可在两个端部位置(77、78)之间移动，界定连接到用于蓄能器的入口导管(51)的蓄能器第一室(65)，通过所述用于蓄能器的入口导管可将油供应到蓄能器第一室(65)，并且允许蓄能器(60)采取第一状态和第二状态，在所述第一状态，蓄能器第一室(65)包含油，在所述第二状态，至少一部分被包含的油被供应到相移装置(29)，其中，第一活塞(61)与压力介质控制的缸(71)连接，所述压力介质控制的缸适配为影响第一活塞(61)以采取其端部位置(77、78)，所述端部位置(77、78)分别对应于蓄能器(60)的第一和第二状态；
其中，压力介质控制的缸(71)包括第二活塞(72)，所述第二活塞可在两个端部位置(63、64)之间移动，以在缸中界定缸第一室(73)和缸第二室(74)，并且，第二活塞(72)连接到活塞杆(75)，所述活塞杆延伸入到蓄能器(60)中并且其连接到第一活塞(61)；
并且其中，缸第二室(74)经由第三压力介质导管(82)与方向阀(92)连接，缸第一室(73)包含至少一个弹簧元件(96)并且方向阀(92)经由用于缸的入口导管(93)与压力介质源(85)连接，其中，方向阀(92)可以在第二位置(98)和第一位置(95)之间移位，在所述第二位置中，向缸第二室(74)供应压力介质并使第一活塞(61)朝向对应于第二状态的其第二端部位置(78)移位，在所述第一位置中，弹簧元件(96)适配为使第一活塞(61)朝向对应于第一状态的一个端部位置(77)移位。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，一控制单元(30)适配为借助于关于与内燃机(3)的操作相关的一个或多个参数的信息来控制压力介质控制的缸(71)的致动。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，压力介质控制的缸(71)是气动缸。
4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述气动缸连接到气动制动系统(8)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，两个进气门(18)和两个排气门(21)布置在每个缸(10)中。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，内燃机包括控制每个进气门(18)的至少一个第一凸轮轴(20)和控制每个排气门(21)的至少一个第二凸轮轴(23)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，两个第一和两个第二凸轮轴(20、23)布置在内燃机(3)中。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，为每个凸轮轴(20、23)布置相移装置(29)。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，内燃机(3)是柴油发动机。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，相移装置(29)适配为使得凸轮轴(20、23)在60-100曲轴度数的量级的区间内可移位。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，相移装置(29)适配为使得凸轮轴(20、23)可移位70曲轴度数。
12.一种车辆，其特征在于，它包括根据权利要求1-11中任一项所述的内燃机。
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