CN1154788C - 多缸内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种至少具有一个气缸列的多缸内燃机，每个气缸列有一个气缸盖外壳(24)，其中布置有进气和排气阀门(26，28)，它们经过控制机构(38，40)根据曲轴(12)的旋转位置而向气缸输给燃气并将燃烧废气经排气设备(36)而排出。设有机构(44′)，用来实现至少两个布置在一个气缸列里的气缸的各不相同的排气阀门冲程度化，这种情况就减少了这种排气阀门(28)的开启重叠相位，其中两个气缸中的一个气缸的进气阀(26)和排气阀(28)本身就处于开启重叠相位。因此尤其是对于具有90°弯曲的曲轴的一个V8发动机来说，就实现了用新鲜气体一致地充满气缸。

Description

多缸内燃机
技术领域
本发明的出发点是一种至少具有一个气缸列的多缸内燃机，该气缸列具有一个气缸盖外壳，在其中装有进气和排气阀门，这些阀门经过控制机构根据曲轴的旋转位置使燃气输入给气缸，并使燃烧废气经过一个排气设备排出。
背景技术
对于多缸内燃机来说，燃烧时所产生的废气就借助于单个的对应于气缸的排气弯管向外排出，这些排气弯管向外排放后汇流入一个共同的废气汇集管里。对于一种预定的点火次序来说，在工作状态时其中两个布置在一个气缸列里的气缸的排气阀门的开启状态是不同的。若随点火次序首先考虑的气缸的进气阀和排气阀本身还处在开启重叠相位下，那么这种相位就尤其危险。通过打开延迟点火的并因而延迟排气的气缸的排气阀就能够使具有高压力脉冲的废气到达时间上先排出废气的气缸的气缸腔内。其后果是剩余气体比率高，这对爆震极限有负面效果，而且新鲜气体不能充分充满气缸。使用可变化的控制时间加强了单个气缸的空气消耗量的离散性，也就是说调节范围越大，就越离散。受到不利作用的气缸的空气消耗量减少，这可能导致尤其是进气装置在100°曲柄转角(KW)下出现空气消耗量的减少，因此使所想要的转矩增长明显地降低了。
发明内容
因此本发明的任务是消除或者说减小这种负面效果，并在内燃机的整个气缸列上达到一种一致的最佳的气缸充满度。
按照本发明，该项任务是通过这样一种至少具有一个气缸列的多缸内燃机解决的：其中气缸列具有一个气缸盖外壳，在其中装有进气和排气阀门，这些阀门经过控制机构根据曲轴的旋转位置使燃气输入给气缸，并使燃烧废气经过一个排气设备排出，其中设有机构用于实现至少两个布置在一个气缸列里的气缸具有各不相同的排气阀门升程变化，这种升程变化减小了这种排气阀门的开启重叠相位，其中两个气缸中的一个气缸的进气阀门和排气阀门本身就处于开启重叠相位。
由于减小了布置在一个气缸列里的气缸的排气阀门的开启重叠相位从而减小了排气阀门提前开启冲击，这种冲击由延迟排气的气缸抵达先排气气缸进气阀和排气阀的开启重叠相位。因而所有气缸就基本实现了一致的新鲜气体气缸充满度。
一种优选的实施形式是，进气阀和排气阀经由一个凸轮轴和凸轮轴随动器而动作，其中布置在排气凸轮轴上的凸轮具有各不相同的凸轮形状。
可以用简单的方式使对应布置在一个气缸列里的气缸的排气阀门的开启重叠相位减少，其方法是使布置在一个排气曲轴上的凸轮有各种不同的凸轮形状。
尤其是当受到点火次序有利作用的气缸配备有凸轮，且该凸轮宽度小于这样一些气缸，即对这些气缸来说由于点火次序使气缸列里延迟排气气缸排气阀门的提前开启冲击到达先排气气缸进气阀和排气阀的开启重叠相位，那么在整个转速范围内所有气缸的空气耗量曲线就实现了满意的集合。
若先排气的气缸的较窄的凸轮宽度按每1毫米阀门行程减小10°至20°曲柄转角(KW)，那么受点火次序不利作用的气缸就实现了优化。
尤其是对于具有例如一种90°弯曲的曲轴的V8发动机来说，这种发动机具有一种良好的质量平衡和转矩平衡，随着排气阀门的开启重叠相位的减少就可能在很大程度上对于尤其是在这种发动机结构型式时所出现的换气缺点进行补偿。
当用凸缘装在两个气缸组列的排气侧上的4指排气弯管(4-Finger-Abgaskrümmer)在一小段伸出之后转入到一个共同的排气汇集管里，那么就尤其可以注意到对于这样一种内燃机来说的换气缺点。这种排气是有利的，因为这样在发动机附近就可以应用起动催化转化器，而且总是只有一个子催化转化器和一个兰姆达(λ)传感器必须被集成在每个气缸列所备有的废气汇集管里。然而由于排气弯管比较短就存在以下危险：一大部分延迟排气气缸的排气阀启动冲击就到达时间上先排气的气缸。因而对于具有这种排气装置的V8发动机来说就能够有效地弥补换气的缺点，从而使可变控制时间的效果在整个转速范围内发挥其作用，从而实现了所希望的丰满的转矩变化曲线。
本发明的实施例表示于图中，以下对其作详细说明。
附图说明
图1表示一个V8发动机的剖视图；图2为一个V8发动机的两个气缸列的简图；图3表示一个V8发动机的点火次序，局部表示了三个相邻气缸的换气；图4示意表示了一个气缸组列，图5表示了阀门提升曲线；图6表示了具有不同凸轮宽度的排气曲轴。
具体实施方式
设计为V8发动机的内燃机有一个布置在曲轴箱10里的曲轴12。在偏置90°KW布置的曲轴轴颈14上用螺栓固定有连杆18的，连杆大头16(其中只有一个可从图上见到)，它们又经过连杆孔20与布置在两个气缸组列里的八个活塞22相连接。这两个固定在曲轴箱10上的气缸盖24装有对四冲程燃烧方法所必需并已知的零部件，其中对于所有四个在一个列里布置的气缸来说都应用相同的零部件。每个气缸具有两个进气阀26和两个排气阀28，其中对应于图1中的剖切面总是只能看到一个。进气阀26监控通向燃烧室30的进气通道32，而排气阀28同样监控通向燃烧室30的排气通道34。
这四个用凸缘固定在这两个气缸组列中的每一个上的排气通道34设计为4指排气弯管，该弯管在一小段伸出之后总是汇入一个公共的排气管36里。在抽吸侧的进气通道32经过一个未示出的抽吸装置供给燃气。进气阀或者说排气阀26，28是借助于一个进气凸轮轴38和一个排气凸轮轴40来实现动作的。进气和排气凸轮轴38、40各有四对进气凸轮42和排气凸轮44，其中气缸特有的凸轮特殊结构还将在后面详细说明。
进气和排气凸轮轴38，40的旋转运动是通过设计成凸轮随动器的杯状推进器46和48转变为进气和排气阀26，28的提升运动。借助于与进排气阀26，28的阀杆同轴布置的阀门弹簧50，52以及其它条件就确保了使进、排气阀门26，28在凸轮46，48处于基本相位期间可靠地封闭住进气或者排气通道32，34。借助于喷射阀门54将燃料喷入进气通道32内，在打开进气阀26时借助于一个设计成火花塞56的点火装置使燃料在燃烧室30里燃烧。
图3表示分布在两个气缸组列上的气缸1至4或者5至8的点火次序。如由下图可见，关于这两个气缸组列的点火次序是不对称的，而且每个气缸组列有三个不同的点火间隔，在气缸1和3之间点火间隔为90°KW，在气缸2和3以及1和4之间为180°KW，在气缸2和4之间为270°KW。与此类似，在第两个气缸组列5至8里在气缸5和6之间的点火时间间隔为90°KW，在气缸6和7之间以及在气缸5和8之间为180°KW，在气缸7和8之间为270°KW。如按图3和4在下面详细所述，对于点火次序1-3-7-2-6-5-4-8来说在一个气缸组列里的气缸3和4以及在另一个气缸列里的气缸5和7相对于其余的气缸来说在新鲜气体充满度方面(以下称为空气耗量)受到不利的作用。
在图3的上图中表示具有90°KW和180°KW间隔排放气体的气缸1，3和2的排气阀门28的阀门提升曲线，根据此图可以分辨出大约90°KW间隔点火或者排气的气缸1和3的相对流出阻碍。然而以180°KW间隔在一个气缸组列里排气的气缸的排气阀开启重叠相位就更加重了换气方面的负担。如按照气缸2和3的排气阀28的阀门提升曲线示范所示，延迟180°间隔点火和排气的气缸2的排气阀提前开启冲击到达了气缸3的两个进排气阀门26，28的开启重叠相位。这种与进排气阀的重叠相位相连接的并且已知的“内部排气反馈”对于节流控制的四冲程发动机来说并不能完全避免，因为必须一方面在满意的怠速特性和另一方面在较高转速时阀门的充足的时间开启横断面这两者之间找到妥协。在图3上图中表示了排气-压力轴W的排气阀开启冲击降低了已处于抽吸冲程里的气缸3的空气耗量。例如可以借助于一个轴向凸轮轴调整装置实现可变的阀控制时间，使用这种方法就强化了单个气缸的耗气量离散情况，也就是说调整范围越大，这种强化就越甚。此处可能引起空气耗量的减少，因而就明显地减少了想要转矩增长。进气阀开启时间的调整方法示范性地表示于图3上图中，根据虚线表示的气缸3的曲线E3′，该曲线相对于阀的开启曲线E3向“早”方向上移动。
为了减少在气缸列1-4之内隔开180°KW间隔排放气的气缸1和3或者1和4以及气缸列5-8之内的气缸6和7或者5和8的开启重叠相位，受到来自空气耗量不利作用的气缸3，4，5，7对于布置在排气凸轮轴40上的凸轮44具有较大的凸轮宽度。在图5中左边实线曲线A表示了气缸3，4，5，7的排气阀28的阀门提升情况，而虚线表示的较小的阀门提升曲线A′则对应于气缸1，2，6，8的排气阀门28。由于气缸1，2，6，8的排气凸轮44′比较窄，因而减小了对应于气缸1，2，6，8的排气阀门28对于气缸3，4，5，7的分别间隔约180°KW间隔提早开启的排气阀28的开启重叠相位。空气耗量曲线的令人满意的集合，也就是说在整个转速范围内每个气缸的空气耗量一致，这尤其是当较窄凸轮44′比宽的凸轮44具有一个大约每1毫米阀升程小10°至20°KW的较小的凸轮宽度。由于气缸1，2，6，8的较小的凸轮宽度，因而根据图5所示预先明确规定的凸轮宽度轮廓曲线同样就使对应于气缸的排气阀28的最大阀门升程减小了。图5右侧所示的曲线E表示了为所有气缸1至8同样的设计的进气阀门26升程变化。
采用这样一种尤其是对于曲轴弯曲90°的V8发动机和4合为1排气弯管结构型式(4 in 1-Abgaskrümmerausführung)的凸轮轴方案，就实现了在整个转速范围内可变的阀控时间的效果，该转速范围是与所希望的丰满的转矩变化曲线相关连的。对于V8发动机来说，由于据子催化转化器或者说λ-传感器的数量力求有一个具有短弯管的4合1排气弯管结构型式，然而此时出现了开头所述的关于气缸充满的不利效果，因此早先叙述的凸轮轴方案尤其可以有效地被使用。
然而也可以用另外的实施形式来代替气缸特有的凸轮用以降低多缸内燃机的排气阀门的开启重叠相位。借助于完全可变的阀门控制，例如纯机械的完全可变的阀门驱动装置、机械的/液压的完全可变的阀门驱动装置和电动的阀门驱动装置同样可以实现前面所述的方案。

Claims (6)

1.一种至少具有一个气缸列的多缸内燃机，该气缸列具有一个气缸盖外壳，在其中装有进气和排气阀门，这些阀门经过控制机构根据曲轴的旋转位置使燃气输入给气缸，并使燃烧废气经过一个排气设备排出，其特征在于，设有机构(44′)，它用于实现至少两个布置在一个气缸列里的气缸具有各不相同的排气阀门升程变化，这种升程变化减小了这种排气阀门(28)的开启重叠相位，其中两个气缸中的一个气缸的进气阀门(26)和排气阀门(28)本身就处于开启重叠相位。
2.按权利要求1所述的多缸内燃机，其特征在于进气阀(26)和排气阀(28)经由一个凸轮轴(38，40)和凸轮轴随动器(44，44′)而动作，其中布置在排气凸轮轴(40)上的凸轮(44，44′)具有各不相同的凸轮形状。
3.按照权利要求1或2所述的多缸内燃机，其特征在于，布置在排气凸轮轴(40)上的凸轮(44，44′)具有各不相同的凸轮宽度。
4.按照权利要求3所述的多缸内燃机，其特征在于，当阀的升程为1毫米时，窄的凸轮(44′)比宽的凸轮(44)具有一个小10°至20°的凸轮宽度。
5。按权利要求1所述的多缸内燃机，其特征在于，内燃机设计为具有两个气缸列的V8发动机，其曲轴有90°的弯曲。
6.按上述权利要求5所述的多缸内燃机，其特征在于，在两个气缸列的排气侧各有一个4指排气弯管，它总是汇入一共同的排气管(36)里。
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