CN112996987B

CN112996987B - 具有气门弹簧通气装置的气缸气门组件

Info

Publication number: CN112996987B
Application number: CN201880096391.8A
Authority: CN
Inventors: 克拉斯·库伦斯蒂纳
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: US20210310383A1; EP3841287B1; US11619148B2; WO2020038574A1; EP3841287A1; EP3841287C0; CN112996987A

Abstract

本发明涉及一种气缸气门组件(19)，其包括：气动气门弹簧装置(25)，其包括限定气门弹簧腔(33)的第一气门弹簧构件(29)和第二气门弹簧构件(31)；和气门弹簧通气装置(27)，其包括：第一通气腔部(37)，其与气门弹簧腔(33)流体流动地连接；第二通气腔部(39)；可移动的密封构件(41)，其被布置成允许第一通气腔部(37)与第二通气腔部(39)之间的压力差；反馈通道，其将第一通气腔部(37)和第二通气腔部(39)流体流动地连接；以及通气通道(53)。密封构件(41)被构造成可在下列位置之间移动：第一密封构件位置，其中，密封构件(41)阻止流体从第一通气腔部(37)流过通气通道(53)；和第二密封构件位置，其中，密封构件(41)允许流体从第一通气腔部(37)流过通气通道(53)。气门弹簧通气装置(27)还包括弹性构件(55)，该弹性构件朝向第一密封构件位置推动所述密封构件(41)。

Description

具有气门弹簧通气装置的气缸气门组件

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机装置的气缸气门组件，并且涉及一种内燃发动机装置。

本发明可以应用于各种用途的内燃发动机装置中，包括但不限于乘用车或重型车辆。重型车辆例如可以包括卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是也可用在其他车辆(例如公共汽车)或工程机械(例如轮式装载机或挖掘机)中。

背景技术

内燃发动机(ICE)通常具有：至少一个气缸；和活塞，通过在气缸内部发生的燃烧事件使活塞在气缸内线性移动。为了使空气或燃料-空气混合物进入气缸中，气缸通常设有至少一个入口，并且，为了允许排气离开气缸，气缸通常设有至少一个出口。此外，通常提供至少一个进气门以控制流经所述入口的流量，并且通常提供至少一个排气门以控制流经所述出口的流量。

当前，大多数ICE的进气门和排气门都被螺旋弹簧推向它们的关闭状态，该螺旋弹簧被设定尺寸以施加弹簧力，对于ICE的所有可预见的运行状况，该弹簧力足以在需要时使其对应的气门保持关闭。这意味着由螺旋弹簧施加的弹簧力大大高于大多数运行状况所需的弹簧力，这意味着在打开气门上花费的能量超过了必要的能量。

通过将上述强力螺旋弹簧替换为气动气门弹簧装置，能够通过改变在气门弹簧装置中压缩的气体的量来控制弹簧力。特别地，为了允许减小弹簧力，需要提供气体从气门弹簧腔的受控泄漏(其中，在气门的打开期间，气体被压缩)。

US 2017/0037750公开了一种具有气动气门复位弹簧的燃烧发动机，其中，气门弹簧腔在气门打开序列开始时的气门冲程的第一部分期间打开，并且在气门打开序列结束时的气门冲程的第二部分期间关闭。

虽然根据US 2017/0037750的装置看起来允许气门弹簧力的可控变化，但希望在加压气体损失较少的情况下提供气门弹簧力的可控变化，从而提供增加的能量效率。

发明内容

本发明的目的是为包括至少一个气动气门弹簧装置的内燃发动机装置提供增加的能量效率。

根据本发明，该目的通过一种用于内燃发动机的气缸气门组件来实现，该气缸气门组件包括：气门；气门致动器，用于移动所述气门；和气动气门弹簧装置，该气动气门弹簧装置包括限定气门弹簧腔的第一气门弹簧构件和第二气门弹簧构件，该第二气门弹簧构件被布置成相对于第一气门弹簧构件移动，以在气门致动器移动所述气门时压缩该气门弹簧腔内的气体。所述气缸气门组件还包括气门弹簧通气装置(valve spring ventingarrangement)，该气门弹簧通气装置包括：第一通气腔部，该第一通气腔部与气门弹簧腔流体流动地连接；第二通气腔部；可移动的密封构件，该密封构件被布置成允许第一通气腔部中的第一气体压力与第二通气腔部中的第二气体压力之间的压力差；反馈通道，该反馈通道将第一通气腔部和第二通气腔部流体流动地连接；以及通气通道，该通气通道用于从所述气门弹簧通气装置排出气体，其中，所述密封构件被构造成能够在下列位置之间移动：第一密封构件位置，在该第一密封构件位置，所述密封构件被布置成使得所述密封构件阻止流体从第一通气腔部流过所述通气通道；和第二密封构件位置，在该第二密封构件位置，所述密封构件被布置成使得所述密封构件允许流体从第一通气腔部流过所述通气通道，其中，该气门弹簧通气装置还包括弹性构件，该弹性构件推动所述密封构件从第二密封构件位置朝向第一密封构件位置移动。

应当注意，所述密封构件可以被布置和构造成：在第一密封构件位置和第二密封构件位置上都允许流体通过所述反馈通道从第一通气腔部流到第二通气腔部。

所述弹性构件可以有利地是螺旋弹簧。

本发明是基于以下认识：通过提供可移动以允许克服弹簧力(其取决于气门弹簧腔中的压力)而泄漏的密封构件，能够在气体泄漏较少的情况下改变气门弹簧力。特别地，本发明人已经意识到，第二通气腔部中的压力积聚的延迟与所述弹性构件(其推动所述密封构件从第二密封构件位置朝向第一密封构件位置移动)一起提供了在每个气门打开操作开始时的泄漏事件。这允许气体通过通气通道泄漏，该通气通道可以被设定尺寸，以便还允许诸如油之类的润滑剂可靠地通过该通气通道。

所述气门弹簧通气装置(特别是所述反馈通道、所述通气通道和弹性构件中的至少一个)可以被有利地构造成允许在多次气门打开操作(例如在至少十次气门打开操作，或至少一百次气门打开操作)中逐渐发生所期望的气门弹簧压力降低。

根据实施例，所述密封构件可以被构造成受到由第一通气腔部中的第一气体压力引起的第一力、以及由第二通气腔部中的第二气体压力引起的第二力。第一力可以旨在推动所述密封构件朝向第二密封构件位置移动，并且第二力可以旨在推动所述密封构件朝向第一密封构件位置移动；并且所述反馈通道、所述密封构件和弹性构件可以被设定尺寸，使得在气门致动器移动所述气门的一部分时间期间，所述密封构件从第一密封构件位置移动到第二密封构件位置。

此外，根据各种实施例，第一通气腔部可以通过具有第一最小横截面面积的流动通道与所述气门弹簧腔流体流动地连接；并且所述反馈通道可以具有比第一最小通道横截面面积小的第二最小横截面面积。

这些实施例提供了一种在第二通气腔部中实现所期望的压力积聚延迟的有利方式。如本领域技术人员所理解的，存在多种方式来实现所期望的压力积聚延迟。例如，可以使所述反馈通道相对较长。横截面面积和通道长度的许多其他组合也是可行的。

此外，有利地，所述反馈通道可以至少沿着从第一通气腔部开始的反馈通道段向上倾斜。在气缸气门组件中使用带有油雾的气体进行润滑可能是有利的。当允许气体通过所述通气通道泄漏时，也应允许油泄漏。在使用带有油雾的气体的构造中，可能还希望阻止油进入第二腔部。这可以通过上文提到的向上倾斜的反馈通道来实现。

有利地，所述气缸气门组件还可以包括用于将气体提供给所述气动气门弹簧装置的气体入口。通过经由该气体入口提供气体，能够增加气门弹簧压力。该气体入口可以有利地设有止回阀，以防止气体通过该气体入口从气缸气门组件流出。

根据实施例，所述气缸气门组件还可以包括入口通道，该入口通道将所述入口与气门弹簧通气装置的第一通气腔部流体流动地连接。

所述气缸气门组件还可以包括反压力通道，该反压力通道流体流动地连接到第二通气腔部。

所述反馈通道可包括入口通道、反压力通道和压力平衡通道，该压力平衡通道将所述入口通道和反压力通道流体流动地连接。

有利地，该压力平衡通道的横截面面积可以小于所述入口通道的横截面面积和所述反压力通道的横截面面积。

此外，该压力平衡通道的与所述入口通道流体流动地连接的第一端可以处于比该压力平衡通道的与所述反压力通道流体流动地连接的第二端低的竖直高度处。

此外，根据本发明的实施例的气缸气门组件可以有利地被包括在内燃发动机装置中，该内燃发动机装置还包括具有至少一个入口和至少一个出口的气缸；其中，该气缸气门组件被布置成允许控制通过所述气缸的至少一个入口和/或出口的流体流。

该ICE装置可以包括多个气缸，例如四个、六个或八个气缸。此外，每个气缸都可以有利地具有至少两个入口和至少两个出口。

总之，本发明的各个方面因而涉及一种气缸气门组件，其包括：气动气门弹簧装置，该气动气门弹簧装置包括限定气门弹簧腔的第一和第二气门弹簧构件；和气门弹簧通气装置，该气门弹簧通气装置包括：第一通气腔部，其与气门弹簧腔流体流动地连接；第二通气腔部；可移动的密封构件，该密封构件被布置成允许第一通气腔部与第二通气腔部之间的压力差；反馈通道，该反馈通道将第一通气腔部和第二通气腔部流体流动地连接；以及通气通道。该密封构件被构造成可在下列位置之间移动：第一密封构件位置，在该第一密封构件位置，所述密封构件阻止流体从第一通气腔部流过所述通气通道；和第二密封构件位置，在该第二密封构件位置，所述密封构件允许流体从第一通气腔部流过所述通气通道。该气门弹簧通气装置还包括弹性构件，该弹性构件朝向第一密封构件位置推动所述密封构件。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1是根据本发明的示例实施例的、卡车形式的车辆的侧视图。

图2是根据本发明的示例实施例的ICE装置的一部分的示意图。

图3A示意性地示出了根据本发明的气缸气门组件的示例实施例。

图3B是图3A中的气缸气门组件的一部分的放大图。

图4是示出了图3A至图3B中的气缸气门组件的示例通气序列的图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的示例实施例的、包括ICE装置3的车辆(这里为卡车1的形式)。ICE装置3包括控制单元5，用于控制ICE装置3的操作。

参考图2，ICE装置3包括具有入口9和出口11的气缸7、活塞13、燃料供应构件15、用于容纳燃料17的储箱、用于使用气门20控制流经入口9的流量的第一气缸气门组件19、以及用于使用气门22控制流经出口11的流量的第二气缸气门组件21。如图2中示意性地示出的，第一气缸气门组件19包括气门20、气门致动器23、气动气门弹簧装置25、以及气门弹簧通气装置27。第二气缸气门组件21具有相同的总体构造。也如图2中示意性地示出的，控制单元5连接到燃料供应构件15、第一气缸气门组件19和第二气缸气门组件21，并被配置成控制燃料供应构件15、第一气缸气门组件19和第二气缸气门组件21的操作。

现在将参考图3A至图3B描述气缸气门组件19的示例实施例。

如上文结合图2所提到的，气缸气门组件19包括气门20、气门致动器(图3A中未示出)、气动气门弹簧装置25以及弹簧通气装置27。

参考图3A，该气动气门弹簧装置包括第一气门弹簧构件29和第二气门弹簧构件31、以及螺旋弹簧35，该第一气门弹簧构件29和第二气门弹簧构件31限定气门弹簧腔33。螺旋弹簧35可以被设定尺寸以使其相对较弱，并且在气门20被气门致动器打开时作用在气门20上的主要复位力可以由气门弹簧腔33内的气体的压缩引起。

继续参考图3A和图3B，气门弹簧通气装置27包括：第一通气腔部37，该第一通气腔部37与气门弹簧腔33流体流动地连接；第二通气腔部39；可移动的密封构件41，该密封构件41被布置成允许第一通气腔部37中的第一气体压力P₁与第二通气腔部39中的第二气体压力P₂之间的压力差；气体入口43；入口通道45；止回阀47；反压力通道49；压力平衡通道51；通气通道53；以及弹性构件55。

在图3A和图3B的示例实施例中，入口通道45、反压力通道49和压力平衡通道51一起形成反馈通道，该反馈通道将第一通气腔部37和第二通气腔部39流体流动地连接。

也如图3A中所示，压力平衡通道51的与入口通道45流体流动地连接的第一端52a处于比压力平衡通道51的与反压力通道51流体流动地连接的第二端52b低的竖直高度处。此外，压力平衡通道51的横截面面积小于入口通道45的横截面面积和反压力通道49的横截面面积。应当注意，第一通气腔部37通过具有第一最小横截面面积的流动通道与气门弹簧腔33流体流动地连接，并且该反馈通道具有比第一最小通道横截面面积小的第二最小横截面面积。在图3A至图3B的示例实施例中，第二最小横截面面积是压力平衡通道51的横截面面积。

现在将参考图4中的时序图57来描述使用图3A至图3B中的气缸气门组件19的气门提升序列(包括气门弹簧通气)。图4中的时序图57基于对图3A至图3B中的气缸气门组件19的模拟，该时序图57包括：第一曲线59，其表示在气门20的打开序列期间的气门20的移位；第二曲线61，其表示第一通气腔部37中的第一气体压力P₁；第三曲线63，其表示第二通气腔部39中的第二气体压力P₂；第四曲线65，其表示密封构件41的移位；以及第五曲线67，其表示经过通气通道53的流动。

如图4中可见，第一压力P₁(曲线61)的变化几乎无延迟地跟随气门20的移位(曲线59)(以及气门弹簧腔33内的相应的压力增加)。然而，第二压力P₂(曲线63)的变化由于气体通过所述反馈通道而相对于第一压力P₁(曲线61)延迟，在图3A至图3B的示例构造中，所述反馈通道包括输入通道45、反压力通道49和压力平衡通道51。由于第一压力P₁(曲线61)和第二压力P₂(曲线63)之间的初始压力差，密封构件41从第一密封构件位置(图3B中所示的位置)移动到第二密封构件位置，在该第二密封构件位置，第一通气腔部37和通气通道53之间的流体连通打开(朝向图3B中的左侧)。如上所述，所述密封构件的这种移动由图4中的第四曲线65表示。当第二压力P₂(曲线63)再次“追上”第一压力P₁(曲线61)而使得来自图3B中的左侧的、由作用在密封构件41上的第二压力P₂和弹性构件55引起的合力超过来自右侧的、由作用在密封构件41上的第一压力P₁引起的力时，密封构件41反向移动而关闭通气通道53。密封构件41的这种来回移动导致气体(其可以有利地包括油雾)如图4中的第五曲线67所示地流过通气通道53。

应当理解，本发明不限于上文所述和图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims

1.一种用于内燃发动机的气缸气门组件，包括：

气门；

气门致动器，所述气门致动器用于移动所述气门；以及

气动气门弹簧装置，所述气动气门弹簧装置包括第一气门弹簧构件和第二气门弹簧构件，所述第一气门弹簧构件和第二气门弹簧构件限定气门弹簧腔，所述第二气门弹簧构件被布置成相对于所述第一气门弹簧构件移动，以在所述气门致动器移动所述气门时压缩所述气门弹簧腔中的气体，

其中，所述气缸气门组件还包括气门弹簧通气装置，所述气门弹簧通气装置包括：

第一通气腔部，所述第一通气腔部与所述气门弹簧腔流体流动地连接；

第二通气腔部；

可移动的密封构件，所述密封构件被布置成允许所述第一通气腔部中的第一气体压力与所述第二通气腔部中的第二气体压力之间的压力差；

反馈通道，所述反馈通道允许流体从所述第一通气腔部流到所述第二通气腔部；以及

通气通道，所述通气通道用于从所述气门弹簧通气装置排出气体，

其中，所述密封构件被构造成能够在下列位置之间移动：

第一密封构件位置，在所述第一密封构件位置，所述密封构件被布置成使得所述密封构件阻止流体从所述第一通气腔部流过所述通气通道；和

第二密封构件位置，在所述第二密封构件位置，所述密封构件被布置成使得所述密封构件允许流体从所述第一通气腔部流过所述通气通道，

其中，所述气门弹簧通气装置还包括弹性构件，所述弹性构件推动所述密封构件从所述第二密封构件位置朝向所述第一密封构件位置移动。

2.根据权利要求1所述的气缸气门组件，其中：

所述密封构件被构造成受到由所述第一通气腔部中的所述第一气体压力引起的第一力、以及由所述第二通气腔部中的所述第二气体压力引起的第二力；

所述第一力旨在推动所述密封构件朝向所述第二密封构件位置移动，并且所述第二力旨在推动所述密封构件朝向所述第一密封构件位置移动；并且

所述反馈通道、所述密封构件和所述弹性构件被设定尺寸，使得在所述气门致动器移动所述气门的一部分时间期间，所述密封构件从所述第一密封构件位置移动到所述第二密封构件位置。

3.根据权利要求1或2所述的气缸气门组件，其中：

所述第一通气腔部通过具有第一最小横截面面积的流动通道与所述气门弹簧腔流体流动地连接；并且

所述反馈通道具有比所述第一最小通道横截面面积小的第二最小横截面面积。

4.根据权利要求1或2所述的气缸气门组件，其中，所述反馈通道至少沿着从所述第一通气腔部开始的反馈通道段向上倾斜。

5.根据权利要求1或2所述的气缸气门组件，还包括气体入口，所述气体入口用于将气体提供给所述气动气门弹簧装置。

6.根据权利要求5所述的气缸气门组件，还包括入口通道，所述入口通道将所述入口与所述气门弹簧通气装置的所述第一通气腔部流体流动地连接。

7.根据权利要求6所述的气缸气门组件，还包括反压力通道，所述反压力通道流体流动地连接到所述第二通气腔部。

8.根据权利要求7所述的气缸气门组件，其中，所述反馈通道包括所述入口通道、所述反压力通道和压力平衡通道，所述压力平衡通道将所述入口通道和所述反压力通道流体流动地连接。

9.根据权利要求8所述的气缸气门组件，其中，所述压力平衡通道的横截面面积小于所述入口通道的横截面面积和所述反压力通道的横截面面积。

10.根据权利要求8所述的气缸气门组件，其中，所述压力平衡通道的与所述入口通道流体流动地连接的第一端处于比所述压力平衡通道的与所述反压力通道流体流动地连接的第二端低的竖直高度处。

11.根据权利要求1或2所述的气缸气门组件，其中，所述气门致动器是气动致动器。

12.一种内燃发动机装置，包括：

气缸，所述气缸具有入口和出口；和

根据权利要求1或2所述的气缸气门组件，所述气缸气门组件被布置成允许控制通过所述气缸的所述入口和所述出口中的至少一个的流体流。

13.一种车辆，包括根据权利要求12所述的内燃发动机装置。