CN1732328A - 用于内燃机的换气阀的可变阀门控制的阀致动设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀门升程设备，其用于内燃机的换气阀的可变阀门控制，且尤其用于最高转速，包括利用凸轮轴驱动的可枢转杆以及阀致动装置，所述凸轮轴的转轴可在固定在外壳上的槽孔链节内移动，其特征在于，可枢转摇杆(4)在一端具有经由凸轮轴(3)驱动的辊(5)且在其另一端具有沿着槽孔链节(7)内的工作曲线移动的槽孔链节辊(6)，所述槽孔链节(7)设计作为阀致动装置(2)的啮合面，所述摇杆(4)的转动中心(8)设置在所述辊(5)与所述槽孔链节辊(6)之间，所述摇杆(4)的所述转动中心(8)和所述阀致动装置(2)的支承轴(9)在工作状态下位于垂直轴(10)上，为设定阀门升程，一转轴(8′)在一固定于所述外壳上的槽孔链节(14)内移动。

Description

用于内燃机的换气阀的可变阀门控制的阀致动设备
本发明涉及一种依据本申请权利要求1的前序部分所述的、用于内燃机的换气阀的可变阀门控制且尤其用于最高转速的阀门升程设备。本发明还涉及一种具有阀门升程设备的内燃机和一种用于在内燃机中控制或者调节阀门升程的方法。
已知，内燃机的换气阀的可变阀门升程的实现对于内燃机的工作性能和工作值起决定性的影响。因此，DE4223172C1公开了这样一种设备，其中，为实现距凸轮轴的凸轮的可变阀门升程，在一种螺栓上的长孔内引导可动摇杆，该螺栓固定在外壳上。在这种情况中，摇杆沿长孔的运动取决于偏心轴的位置。一般而言，为实现可变阀门控制，除其它事物外，还已知四元件阀机构，其允许起阀轮廓在内燃机运行时连续变化。DE3833540C2和DE4322449A1通过一种用于驱动内燃机上的阀且具有可变阀门提升曲线的设备描述了这种类型的四元件阀机构。依据DE3833540，此设备包括同时作为把中间件的运动传递给阀或阀杆的输出件的引导件、经由弯曲接头支承在外壳上的中间件、以及该具有掣子形成部和控制部的弯曲接头的位于该中间件上的曲线，在操作过程中可调节属于此弯曲接头且支承在外壳上的曲线位置或者凸轮的旋转接头的位置。相反，在依据DE4322449A1的设备中，还经由第四弯曲接头额外支承中间件，以明确限定该中间件的运动路径。EP0389609B1公开了又一种用于驱动内燃机上的阀且具有可变阀门提升曲线的设备，其中，中间件与输出件之间的接头设计为旋转接头，且该输出件与外壳之间的接头设计为滑动接头。
本发明的一个目的是提供一种用于内燃机的换气阀的可变阀门控制且尤其用于最高转速的阀门升程设备，以减小由于阀门升程设备的机构元件的运动而在阀加速度较高时出现且作用于该阀机构和对应调节机构的高惯性力和惯性力矩。
另一目的是增大利用至今已知的阀门升程设备可获得的内燃机的最大转速和阀加速度，同时延长这种阀门升程设备的有效寿命，还减少磨损。
依据本发明，这些和其它目的利用一种用于内燃机的换气阀的可变阀门控制且尤其用于最高转速的阀门升程设备来达到，其中，可枢转摇杆在一端具有经由凸轮轴驱动的辊且在其另一端具有沿着槽孔链节内的工作曲线移动的槽孔链节辊，该槽孔链节设计作为阀致动装置的啮合面，该摇杆的转动中心设置在辊与槽孔链节辊之间，该摇杆的转动中心和该阀致动装置的支承轴在工作状态下位于垂直轴上，为设定阀门升程，转轴在一种固定于该外壳上的槽孔链节内移动。
特别的，在这种情况中，转动中心设置在摇杆的重心处或其附近。
在依据本发明的该用于内燃机的换气阀的可变阀门控制且尤其用于最高转速的阀门升程设备的一种形式中，利用可绕一轴枢转的摇杆驱动换气阀，该摇杆的一端具有经由凸轮轴驱动的辊且另一端具有沿着槽孔链节内的工作曲线移动的槽孔链节辊，该槽孔链节设计作为一种形式为凸轮从动件的阀致动装置的啮合面。
原则上，依据本发明的阀门升程设备适于所有类型阀。然而依据本发明，换气阀优选是内燃机的进气或出气阀。
为设定阀门升程，摇杆的转动中心轴在一固定于该外壳上的槽孔链节内移动。
在依据本发明的该形式中，由于摇杆的转动中心提供在辊与槽孔链节辊之间、尤其是居中，结果该摇杆的转动中心位于两辊之间，且由于摇杆的转轴和凸轮从动件的支承轴位于垂直轴上，质量平衡且仅小惯性力、小保持力、小调节力作用于该凸轮从动件。其结果还有作用于阀门升程的移动质量相当小，从而可实现高转速。
该全新阀门升程设备的另一优点是设计作为阀致动装置的凸轮从动件不具有辊，而仅作为啮合面，槽孔链节具有摇杆和其槽孔链节辊一起在其上滚动的工作曲线，结果，作用于出气或进气阀的质量小，因为尤其对于高转速，这种辊会具有负面作用。此外，凸轮从动件的基本质量落在支承轴上，结果不参与运动，使得作用于换气阀的质量小。
该阀门升程设备的一种优选形式是利用位于凸轮从动件的槽孔链节的工作曲线上的略微上升斜面实现阀门间隙设定。
具有机械间隙补偿的阀机构的更优选实施例是至少一个定位填隙片作为间隙补偿元件设置在换气阀与凸轮从动件之间，从而使得小部分质量作用于该换气阀。
机械阀簧、或者对于极高转速下气动阀簧、或者与机械阀簧结合的气动阀簧可用在换气阀上。
由于槽孔链节辊相对于凸轮从动件的支承轴以一由装置预定的传动比作用于该凸轮从动件，在该槽孔链节辊于槽孔链节的工作曲线上小幅偏转的情况中，可实现大阀门升程，该槽孔链节的工作曲线提供在凸轮从动件的支承轴附近。在涉及多缸发动机的情况下，所有摇杆安装在公共轴上，且为设定阀门升程，该公共轴在一固定于外壳上的槽孔链节内移动。
本发明的另一主题涉及用于内燃机的换气阀的可变阀门升程调节的设备，包括利用凸轮轴驱动的可枢转杆以及阀致动装置，具有转动中心的摇杆在一端具有经由凸轮轴驱动的辊且在其另一端具有沿着槽孔链节内的工作曲线移动的槽孔链节辊，该槽孔链节设计作为阀致动装置的啮合面，该摇杆的转动中心和该阀致动装置的支承轴在换气阀的零升程或最大升程处位于垂直轴上。
优选的，摇杆的转动中心和阀致动装置的支承轴在换气阀的零升程或最大升程处位于垂直轴上。特别的，换气阀的最大升程发生在内燃机的全负荷和最大转速下。这确保作用于阀门升程的移动质量相当小，尤其在内燃机的最大转速时，结果能够实现比至今已知的阀门升程设备更高的转速。此外，该阀门升程设备内的惯性力减小并得到较小的保持力和调节力，使得磨损减小，同时延长该阀门升程设备的元件的有效寿命。
摇杆的转动中心设置在该摇杆的重心处或其附近还有助于实现较小的保持力和调节力。在这方面，重心(质量中心)指摇杆的这样一点，该摇杆质点的全部质量被认为结合于该点。
借助于依据本发明的设备，可实现从0至8000转每分钟、优选高达9000转每分钟、更优选高达10000转每分钟的转速。
此外，在依据本发明的该设备中，摇杆的转动中心优选位于一转轴上，为设定阀门升程，该转轴在固定于外壳上的槽孔链节轨道内移动。在这种情况中，槽孔链节接收转轴，例如其端部，由此构成其引导件。原则上，槽孔链节可具有任何理想形状，然而本领域技术人员按照这样一种方式选择该形状，使得一个或多个摇杆的转轴优选沿着一曲线移动。原则上，可利用本领域技术人员已知的所有致动器来移动槽孔链节的转轴。就这点而言，以例子的方式，可采用机械、液压、气动、电力或磁力驱动装置，或者额外具有齿轮单元的它们的组合。优选采用电动步进电动机、压电电动机或液压传动装置。更优选的，利用一个或多个电力或液压驱动件(致动器)移动槽孔链节内的转轴。
依据本发明，这里涉及多缸发动机，气缸排的进气阀或出气阀的所有摇杆优选位于一个转轴上。依据内燃机的构造形式，这些气缸可设置成一排(串联式汽缸布置)或者设置成相互成一定角度的两或多个气缸排(V形布置或者星形布置)。优选的，对于每个气缸排，至少一个转轴提供给进气阀的所有摇杆，且至少一个转轴提供给出气阀的所有摇杆。特别的，在长气缸排的情况中，公共转轴还可以是多部分的，如果需要，其可通过采用多个槽孔链节来提供。
本发明的另一主题涉及具有至少一个依据本发明的阀门升程设备的内燃机。
此外，本发明涉及一种用于控制或调节内燃机的一个或多个进气阀或出气阀的升程的方法，其采用依据本发明的一个或多个阀门升程设备，在该方法中，利用至少一个致动器且依据所述内燃机的动力需求，在固定于外壳上的至少一个槽孔链节内移动一个或多个摇杆的至少一个转轴。
以下通过一种优选示范性实施例来更详细地说明本发明。在图中：
图1表示一种依据本发明的阀门升程设备的示范性实施例。
图1表示一种依据本发明的阀门升程设备的示范性实施例，该阀门升程设备用于形式为内燃机的进气阀或出气阀的换气阀1，未更详细地表示该内燃机。利用电力驱动或液压驱动的驱动件实现公共轴的移动。在该用于调节换气阀1的阀门升程设备中，设置一种设计为摇杆4的中间杆，该摇杆4具有位于其两端的辊5和槽孔链节辊(slotted-link roller)6。利用凸轮轴3且经由辊5驱动摇杆4，在该凸轮轴3的转动过程中，该摇杆4按照使槽孔链节辊6沿着槽孔链节7内的工作曲线滚动的方式移动。在这种情况中，槽孔链节7设计作为凸轮从动件2的啮合面，该凸轮从动件2提供为阀致动装置。摇杆4的转动中心8按照这样一种方式设在辊5与槽孔链节辊6之间，使得在该摇杆4的转动中心8处，质量平衡且保持力和调节力小，由于凸轮从动件2的支承轴9和摇杆4的转轴8′设在垂直轴10上。这意味着作用于阀门升程的移动质量小并能实现高转速。
利用一种位于槽孔链节7的工作曲线上的略微上升斜面11来设定该阀门升程设备的阀门间隙。为设定可变阀门升程，利用一种位于槽孔链节14内的致动器移动摇杆4的转动中心8，该槽孔链节14固定在外壳上。利用未表示的传感器检测槽孔链节14内的转动中心8的位置，该槽孔链节14固定在外壳上。
对于具有机械间隙补偿的阀机构，至少一个设计作为阀门间隙补偿元件的定位填隙片(setting shim)12设置在换气阀1与凸轮从动件2之间。槽孔链节辊6优选相对于凸轮从动件2的支承轴9以预定传动比作用于该凸轮从动件2。在位于槽孔链节7的工作曲线上的摇杆4小幅偏转的情况中，获得一大阀门升程，该槽孔链节7的工作曲线设在凸轮从动件2的支承轴9附近。换气阀1上设置有一阀簧13，该阀簧13设计成或作为机械阀簧，或者对于极高转速作为气动弹簧。也可提供气动阀簧和机械阀簧。
此外，设置有弹簧元件15，利用该弹簧元件15把摇杆4的辊5压向凸轮轴3。
所采用的参考符号的列表
1   换气阀
2   凸轮从动件
3   凸轮轴
4   摇杆
5   辊
6   槽孔链节辊
7   槽孔链节
8   摇杆4的转动中心
8′ 摇臂4的转轴
9   凸轮从动件2的支承轴
10  垂直轴
11  斜面
12  定位填隙片
13  阀簧
14  固定在外壳上的槽孔链节
15  弹簧

Claims (20)

1.一种阀门升程设备，其用于内燃机的换气阀的可变阀门控制，且尤其用于最高转速，包括利用凸轮轴驱动的可枢转杆以及阀致动装置，所述凸轮轴的转轴可在固定在外壳上的槽孔链节内移动，其特征在于，可枢转摇杆(4)在一端具有经由凸轮轴(3)驱动的辊(5)且在其另一端具有沿着槽孔链节(7)内的工作曲线移动的槽孔链节辊(6)，所述槽孔链节(7)设计作为阀致动装置(2)的啮合面，所述摇杆(4)的转动中心(8)设置在所述辊(5)与所述槽孔链节辊(6)之间，所述摇杆(4)的所述转动中心(8)和所述阀致动装置(2)的支承轴(9)在工作状态下位于垂直轴(10)上，为设定阀门升程，一转轴(8′)在一固定于所述外壳上的槽孔链节(14)内移动。
2.根据权利要求1所述的阀门升程设备，其特征在于，所述摇杆(4)的所述转动中心(8)设置在所述摇杆(4)的重心处或其附近。
3.根据权利要求1或2所述的阀门升程设备，其特征在于，特别的，所述阀致动装置(2)设计作为凸轮从动件。
4.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，阀门间隙的设置由位于所述凸轮从动件(2)的所述槽孔链节(7)的所述工作曲线上的略微上升斜面(11)限定。
5.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，对于具有机械间隙补偿的阀机构，至少一个定位填隙片(12)设置在换气阀(1)与所述凸轮从动件(2)之间。
6.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，所述槽孔链节辊(6)以一定传动比且在距所述凸轮从动件(2)的所述支承轴(9)一定距离处作用于所述凸轮从动件(2)。
7.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，在位于所述槽孔链节(7)的所述工作曲线上的所述摇杆(4)小幅偏转的情况中，获得一大阀门升程。
8.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，所述槽孔链节(7)的所述工作曲线设在所述凸轮从动件(2)的所述支承轴(9)附近。
9.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，所述凸轮从动件(2)的主要质量落在所述支承轴(9)上。
10.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，一机械阀簧(13)设置在所述换气阀(1)上。
11.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，对于极高转速，一气动阀簧(13)设置在所述换气阀(1)上。
12.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，设置有气动阀簧(13)和机械阀簧。
13.根据前述权利要求之一所述的阀门升程设备，其特征在于，在涉及多缸发动机的情况下，进气阀的所有摇杆(4)在一条转轴(8′)上排成行。
14.一种用于内燃机的换气阀的可变阀门升程调节的设备，包括利用凸轮轴驱动的可枢转杆和阀致动装置，其特征在于，具有转动中心(8)的摇杆(4)在一端具有由凸轮轴(3)驱动的辊(5)且在其另一端具有沿着槽孔链节(7)内的工作曲线移动的槽孔链节辊(6)，所述槽孔链节(7)设计作为阀致动装置(2)的啮合面，所述摇杆(4)的所述转动中心(8)和所述阀致动装置(2)的支承轴(9)在换气阀(1)的零升程或最大升程处位于垂直轴(10)上。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述摇杆(4)的所述转动中心(8)设置在所述摇杆(4)的重心处或其附近。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述转动中心(8)设在转轴(8′)上，为设定阀门升程，所述转轴(8′)在一固定于所述外壳上的槽孔链节(14)内移动。
17.根据权利要求14至16之一所述的阀门升程设备，其特征在于，所述换气阀(1)是进气阀或出气阀。
18.根据权利要求14至17之一所述的阀门升程设备，其特征在于，这里涉及多缸内燃机，气缸排的进气阀或出气阀的所有摇杆(4)设置在一个转轴(8′)上。
19.一种内燃机，其特征在于，其具有至少一个依据权利要求1至13之一所述的阀门升程设备或者依据权利要求14至18之一所述的设备。
20.用于控制或调节内燃机的一个或多个进气阀或出气阀的升程的方法，其采用一个或多个依据权利要求1至13之一所述的阀门升程设备或者一个或多个依据权利要求14至18之一所述的设备，其特征在于，利用至少一个致动器且根据所述内燃机的动力需求在固定于外壳上的至少一个槽孔链节(14)内移动一个或多个摇杆(4)的至少一个转轴(8′)。
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