CN1755077A - 内燃机的具有载荷控制的增压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机(1)用的一种脉动增压器，其中脉动增压器(13)配置于内燃机(1)的进气侧(2)，并容纳在一个供气装置(9)中，并且至少部分地开启或者关闭用于燃烧空气流(27)的供气装置(9)的流动横截面(26)。脉动增压器(13)设计为旋转阀(30)，它借助一个弹性脉动离合器(41)与一个旋转调节器(38)连接。

Description

内燃机的具有载荷控制的增压装置

技术领域

为了改进气缸的燃烧用空气的充气，在内燃机上采用了增压装置。该增压装置可以设计为一种废气涡轮增压器、或者机械驱动的增压器，或者也可以设计为压力波增压器，并且在内燃机的吸气装置中提高压力级，以便在内燃机的进气阀打开时使各气缸达到更高的充气系数。在内燃机低转速时在废气涡轮增压器中出现所谓的“涡轮洞”，这是因为由于废气体积流量较小而从涡轮输送到废气涡轮增压器的压缩机转子的机械功率不足以提高内燃机的吸气装置中的压力所致。

背景技术

在无论是自行点火还是外源点火的内燃机中所采用的废气涡轮增压器中，在内燃机的低转速区域中都出现上述的涡轮洞。在内燃机的这种运行状态中，由内燃机所产生的废气流量不足以驱动具有用其能足够地提高内燃机的进气装置中压力的转速的废气涡轮增压器的压缩机转子。

一种能控制废气涡轮增压器的上述运行特点的方案是，在废气涡轮增压器上例如设置可电驱动的附加装置，它例如通过一个自由轮离合器从达到内燃机的某一低的转速数值时起就可接通，并且在超过某一个且避开涡轮洞的内燃机转速时又可重新关闭。这点例如可通过一个自由轮离合器或者一个超速离合器等来完成。

由背景技术已知一些脉动增压器。这些脉动增压器设置在内燃机进气侧的吸气装置中。到目前为止所采用的脉动增压器是按阀门原理起作用的，并且具有一个集成到内燃机用的增压空气供给装置中的阀门组装件。然而所采用的阀门原理有一个很大的缺点，即由于开关时间极短、并且与止动面经常机械接触而致使阀门的稳定性仍然像以前将令人不满意地下降。经常撞击所述增压空气供气装置壁上的这样一些脉动增压器的被驱动的阀门，一方面会产生机械磨损，另一方面会在吸气侧产生并非微不足道的噪声。另一方面，随着内燃机的运行时间的增加而在所采用的脉动增压器的阀门中所出现的磨损会导致在关闭状态时阀门不再是完全密封的，并沿着不再密封关闭的阀门出现增压空气的一个随时间而增加的泄漏气流。这种增压空气泄漏气流对内燃机的进气装置中这种类型设计的脉动增压器的效率产生负面影响。

在将在内燃机吸气装置中使用的脉动增压器设计成圆筒转阀(例如其形状为一个具有横穿孔的圆筒)时，为了盖住增压空气供气装置的整个开孔横截面，脉动增压器的结构体积比较大。这类设计的脉动增压器除了结构容积大以外还有运动质量大的缺点，这样，它的使用对驱动装置提出了更高的要求，并且在另一方面会导致大的质量惯性矩。采用作为圆筒转阀设计的脉动增压器很难达到短时开关。

在自行点火的内燃机中、或在所有具有废气回流阀的内燃机中有另一严重缺点，就是由所述废气回流阀所引起的积炭问题。在此必须控制在整个供给废气的吸气管截面中形成的几毫米厚的焦油层。由于在吸气管段的侧壁上沉积下来的焦油层，由此引起的质量的增加导致在开关时间上的很大问题。此外，也可能出现按照阀门原理工作的脉动增压器的阀门粘住的问题，这最后导致脉动增压器单元的故障。通常在吸气装置中使用节气装置，以便能在内燃机的部分载荷区域中实现对载荷或者充气的控制。

发明内容

本发明建议通过一种旋转滑阀来实现内燃机吸气装置中的一个脉动增压器。这种脉动增压器通过在一个例如设计成电动机的旋转调节器上的一个可电操纵的脉动离合器来驱动。

这种方案的优点是，根据本发明所建议的方案对沉积物比较不敏感。所述功能表面、也就是一个包围旋转滑阀的外壳的内圆周表面形成一个用于旋转滑阀外表面的滑动轴承表面。这样，根据滑动轴承原理使所述旋转滑阀被支承在包围该旋转滑阀的壳体的内部中。这样就可达到所述表面的自我清除，通过这一措施使得该方案对沉积物就不敏感了。

此外，根据本发明所建议的脉动增压器的方案由于具有一个有电特性的脉动离合器而具有很迅速的开关特性，其中对此可以省掉一个节流装置，因为所述设计成旋转滑阀的脉动增压器可以承担节流功能。与一个节流装置相比，采用根据本发明所建议的、处于内燃机的吸气装置中的脉动增压器可对气缸充气进行最佳的控制，且充气动力更高。

还有另一优点，即与按阀门原理工作的脉动增压器相反，在根据本发明所建议的方案中在密封表面上没有机械撞击，而这种机械撞击必然与很大的磨损联系在一起。代替它的是通过一个可电操纵的制动钩使得机械止挡的功能与密封功能相脱离。在根据本发明所建议方案中的密封功能是通过下述措施产生的，即所建议的脉动增压器具有一个缸体，该缸体设置在一个包围它的壳体中，而该壳体又包围着内燃机的吸气装置中的有关吸气管段。

附图说明

下面借助附图对本发明进行更详细的说明。

附图示出：

图1：表示配置于一个内燃机的所具有的部件，其中在吸气装置中设置了一个按照阀门原理工作的脉动增压器；

图2：根据本发明所建议的脉动增压器的一个实施方案；

图3：根据本发明所建议的脉动增压器的一个延伸的实施方案；

图4：作为共轴-旋转滑阀的实施方案。

具体实施方式

图1表示作为内燃机1的外点火的内燃机连同它的在吸气装置中以及排气装置中的部件。用于在燃烧室中燃烧的所需燃烧用空气通过一个进气口4输送到内燃机1，该进气口可以配设一个空气量测量计以及一个空气过滤元件。燃烧用空气流向一个供气装置9，并且在这种情况下可以经过一个有选择地配设给内燃机的增压装置5的一个压缩机部件6。增压装置5包括已提到的压缩机部件6以及一个涡轮部件7。压缩机部件6和涡轮部件7通过一个轴8彼此连接。必要时预先压缩的燃烧用空气流向供气装置9，经过一个中间冷却器10，在它的后面可以连接一个增压空气传感器11。在供气装置9中流动的燃烧用空气通过用附图标记27标记的箭头表示。在通过增压空气传感器11后，燃烧用空气通过一个节流装置12流向一个脉动增压器13。脉动增压器13紧挨地设置在内燃机1的进气侧2的前面，并且在所述实施方案中按阀门原理进行设计。

在可能的3-、4-、5-、6-、8-、10-或者12缸的内燃机中，该内燃机包括与气缸数量相同相应的进气阀15。此外，在图1中示例表示的内燃机还包括点火装置16，该点火装置按照气缸数配属于单个气缸。

在内燃机1的排气侧3处，容纳有与气缸数量相应数量的排气阀17。通过排气阀17使废气流到一个排气通道23、并且给增压装置5的布置在该排气通道中的涡轮部件7施加载荷。也可有选择地在排气通道23中装进一个废气门24，通过该废气门可以改变流到一个排气管道25的排气流。

紧挨在脉动增压器13的后面设置有一个喷油嘴14，在进气阀15打开时通过该喷油嘴可将燃油喷入到一个燃烧室18中。在燃烧室18内部中，当进气阀15和排气阀17关闭时，活塞19向上运动时被压缩的混合气被点燃，并且发生爆炸。

为了完整起见，值得一提的是给内燃机1配设至少一个爆震传感器20、一个用于采集冷却剂温度的温度传感器21，并且在曲轴振动轮的部位处设置一个转速传感器22。

从图2可得到一个根据本发明所建议的一个脉动增压器的一个实施方案。图2中所示的脉动增压器设计成旋转阀30。该旋转阀30包括一个圆筒地构成的壳体31。该壳体包围着一个吸气管44的一个吸气管段。在设计为圆筒的壳体31的内部容纳着一个可转动的缸体件32，该缸体件包括一个贯穿开33，该贯穿开口例如可设计为孔。该贯穿开33的横截面相应于在图2中用虚线圆圈表示的吸气管44的敞开的流动横截面45。旋转阀30的缸体32支承在壳体31的一个内圆周表面50上，这样，根据滑动轴承原理可设计成缸体32的旋转滑阀的外表面由壳体31支承。这样就可实现对于功能表面、也就是壳体31的内圆周表面50的自清洗，以及对于可作为缸体32设计的旋转滑阀的外表面的自清洗。

在缸体32上设置一个第一钟形罩34，该钟形罩被一个壳体31的直径扩大的区域确定范围。与缸体32抗扭转连接的第一钟形罩34包围着一个例如作为螺旋弹簧设计的第一扭转弹簧35。该第一扭转弹簧35在一个轴承支架36上一方面与第一钟形罩34连接，另一方面该第一扭转弹簧35通过另一轴承支承架与一个传动件连接。该传动件与一个旋转调节器38的一个轴37抗扭转地连接。例如可以设计成电动机的旋转调节器38通过接线柱40与汽车的一个车载电源连接。在中间接通第一弹性扭转弹簧35时旋转调节器38操纵旋转阀30的缸体32，旋转调节器38与内燃机的凸轮轴旋转同步地被驱动。

在脉动增压器13的图2中所示的实施方案中，这个脉动增压器包括一个脉动离合器41、第一钟形罩34、由这个钟形罩所包围的第一扭转弹簧35、以及一个容纳在壳体31的扩大的壳体部分中的促动器43。这个促动器例如可以设计成磁体，并且通过促动器接线柱48与汽车的车载电源连接。促动器43操纵一个第一制动钩42，该制动钩嵌入到第一钟形罩34的外圆周上的一个锁定孔47中。

与第一钟形罩34一样，旋转阀30的缸体32也对称于对称线46地构成。所述第一钟形罩34与可作为缸体32设计的旋转滑阀抗扭转地连接。

和到目前为止在内燃机的吸气装置中采用的、并根据图1所示的按照阀门原理工作的脉动增压器13一样，在图2中所示的作为旋转滑阀设计的旋转阀30的实施方案处于相同的安装位置处。借助这个旋转阀30可对每个进气阀15处的气体交换进行控制。上面已说明的脉动离合器41用于取得很短的打开时间。所述脉动离合器在每次通过第一扭转弹簧35打开旋转阀30的过程之前紧挨着通过旋转调节器38进行预紧。通过例如可作为电磁体设计的促动器43，可在一个可变化的-可由发动机控制器预先规定的-时刻松开脉动离合器41，这样，旋转阀30以及由壳体31包围的、设置有一个贯穿开口33的缸体32得到一个加速脉冲，并且从而很快地打开。

若旋转阀30的缸体32在选材方面例如由塑料制成，则最小化的惯性矩对所述开关特性特别有利。

为了避免由缸体32、第一扭转弹簧35以及第一钟形罩34所示的已松开的弹簧-质量系统的摆动，在打开过程结束之后重新操纵所述通过促动器43可操纵的第一制动钩42。这最好在第一回复点处进行。

这个锁定位置中、也就是将缸体32偏转到一个使所述吸气横截面45和缸体32中的贯穿开口33的横截面对齐并且在此之后整个流动横截面被打开的位置，为了引导关闭过程，通过对促动器43的重新控制而被抬起。然后在重新控制促动器43时，第一止动钩42从在第一钟形罩34的圆周表面中形成的锁定孔47中移出。

在增压模式(脉动增压)时，促动器43上的打开-释放时间点是如此选择的，即明显地在进气阀15打开(EO)的时间点之后释放脉动离合器41；而在内燃机的部分裁荷区域中，打开-释放时间点却很早，例如，明显地在进气阀15打开的时间点之前。这样在进气阀15关闭(ES)的时间点很早以前就关闭可作为缸体32设计的旋转滑阀。通过脉动离合器41释放的不同的释放时间点可以最佳方式考虑内燃机满负荷运行时在那里的主要运行条件、以及在内燃机的部分裁荷时在内燃机的这个运行区域中的运行条件。例如在部分载荷区域中-在此区域作为缸体32设计的旋转滑阀、也就是旋转阀30的打开-释放时间点离“打开进气门”还很早-可以进行一种节流，或者减少内燃机的相应的气缸的充气量。这样就可以达到一种有关节流损失的最佳化的载荷控制特性。此外，通过根据本发明所建议的、在内燃机的部分载荷时具有节流作用的、并且采用它可以达到减少内燃机的气缸充气量的脉动增压器可以省掉通常在供气装置9中必须设置的一个其它情况要设置的节流装置。

内燃机、无论是外源点火的还是自行点火的内燃机通常都包含多个气缸。通过从供气装置9分支的进气接管给内燃机的各个气缸提供用于燃烧所要求的燃烧用空气。根据按照本发明所建议的方案可以通过下述措施考虑这种情况，即，通过延长旋转阀30的缸体32使内燃机的多个气缸在供气方面就可得到服务(参见图3的实施方案)。控制时间、也就是在给有关气缸提供燃烧用空气的吸气管44中的各吸气横截面45的打开和关闭，应该相应于内燃机的气缸的点火顺序间隔、在贯穿开口33的角位置方面进行选择。

根据所建议的脉动增压器的另一实施方案，在4-、6-、10-，或者甚至12气缸的发动机中也可以实现彼此镜像地设置的两个双单元。

最后也可以如此地设计旋转阀30，即该旋转阀包括一个打开滑阀和一个关闭滑阀。在吸气管44的两侧也可以设置各包括一个旋转调节器38的相同的驱动单元，其中，这两个释放或者关闭吸气横截面45的旋转滑阀部件共轴地彼此作用，并且可以彼此相反的旋转方向进行控制(参见图4)。

若在第一钟形罩34的外圆周表面上形成另一附加的锁定孔47，则在图2中所示的脉动离合器41也可以设计成双重的脉动离合器，其中所述第一钟形罩34与旋转阀30的缸体32抗扭转地连接。通过在第一钟形罩34上的这个附加的锁定位置，将缸体32支承在打开位置中，以表示一个很快的关闭过程。

图3表示脉动增压器的一个延长的实施方案。

根据在图3中所示的、根据本发明所建议的、一种旋转滑阀形式的脉动增压器的实施方案，所述缸体32可以设计成具有贯穿开33的、细长延长的缸体。在最简单的情况中，这些贯穿开口33可以作为钻孔而获得。相应于多气缸内燃机的气缸数，可以在旋转阀30的缸体32中形成相应于所述气缸数的数量的贯穿开口33。旋转阀30的缸体32支承在壳体31中，其中缸体32的外表面由壳体31的内圆周表面50以一种滑动轴承的方式可转动地进行支承。在壳体31中的缸体32的支承位置用附图标记49表示。

在延长设计的缸体32中存在所述第一钟形罩34，该钟形罩通过第一扭转弹簧35与轴37耦合，其中，第一扭转弹簧35可以设计为螺旋弹簧。

从图3可以得知，空气流27穿过吸气管44流动。在旋转阀30的下游通过贯穿开口33可向吸气横截面45提供空气。与多气缸的内燃机1的气缸数量相对应地设计的吸气横截面45给一个四气缸的内燃机的一个第一气缸51、一个第二气缸52、一个第三气缸53、以及一个第四气缸54提供吸入空气。根据内燃机1的进气阀14的打开位置，在旋转阀30的延长设计的缸体32中以角错位相互形成贯穿开口33。这种角错位是如此选择的，使得设计成旋转滑阀的脉动增压器13根据本发明建议的方案在内燃机的满负荷区域中保证给气缸51、52、53以及54最佳地进行充气、并且在内燃机的部分载荷区域中允许减少充气，并且产生一种节流作用。在图3中也表示旋转阀30的缸体32按照滑动轴承原理支承在壳体31中。所述延长设计的缸体32的外表面被壳体31的相应的滑动轴承表面所包围。这种实施方案的优点是，可以达到自我清洗的效果，并且在壳体31中的旋转阀30的缸体32总是可容易操纵。该易于操纵性特别是对于驱动旋转阀30缸体32的旋转调节器43具有重要意义。

从图4中可以得到根据本发明所建议的脉动增压器的一个共轴-旋转滑阀的方案。

从图4中可以得知，所述旋转阀30包括缸体32，第一钟形罩34形成在该缸体上。根据按本发明所建议的脉动增压器的这个实施方案，缸体32连同第一钟形罩34被另一钟形罩62包围，该钟形罩具有一个管形的凸缘，该凸缘包围着旋转阀30的缸体32。给旋转阀30的缸体32配置于第一制动钩42，该制动钩和在缸体32的圆周表面上形成的锁定孔47共同起作用。给另一钟形罩62配设一个第二、例如可电操纵的制动钩60。这个制动钩与在第二钟形罩62的圆周表面上形成的一个锁定孔47共同起作用。缸体32具有在图2和3中所示的贯穿开口33，该贯穿开口和另一钟形罩62的管形凸缘中的贯穿开口63相对应。所述吸气横截面用附图标记45表示(请参见图3所示)。

第一钟形罩34通过第一、例如可设计成螺旋弹簧的扭转弹簧35与轴37连接，而配置有第二制动钩60的另一钟形罩62则通过另一个扭转弹簧61与轴37连接。轴37在本身可通过在图2所示的实施方案中的旋转调节器38进行操纵。

在根据本发明所建议的、作为共轴-旋转滑阀的脉动增压器的图4中所示的实旋方案中，旋转滑阀之一、例如具有第一钟形罩34的缸体32是作为打开滑阀起作用的，而包围它的、并且具有管形凸缘和另一钟形罩62的旋转滑阀例如可以作为打开滑阀起作用。既可以给另一钟形罩62、也可以给第一钟形罩34连同缸体32分别配设单独的旋转调节器38，其中，彼此共轴支承的旋转滑阀32、34和62可实现相反方向旋转。

                         附图标记表

1    内燃机                    31    壳体

2    进气侧                    32    缸体

3    排气侧                    33    贯穿开口(钻孔)

4    进气口                    34    第一钟形罩

5    增压装置                  35    第一扭转弹簧(螺旋弹簧)

6    压缩机部件                36    轴承支承架钟形罩

7    涡轮部件                  37    轴

8    轴                        38    旋转调节器

9    供气装置                  39    旋转方向

10   中间冷却器                40    接线柱

11   增压空气传感器            41    脉动离合器

12   节流装置                  42    第一制动钩

13   脉动增压器                43    促动器(磁体)

14   喷油嘴                    44    吸气管

15   进气阀                    45    吸气横截面

16   点火装置                  46    对称线

17   排气阀                    47    锁定孔

18   燃烧室                    48    促动器接线柱

19   活塞                      49    缸体32的轴承

20   爆震传感器                50    壳体31的内圆周表面

21   温度传感器                51    气缸

22   转速传感器                52    气缸

23   排气通道                  53    气缸

24   废气门                    54    气缸

25   排气管道

26   流动横截面                60    另一制动钩

27   空气流                    61    另一扭转弹簧

                               62    另一钟形罩

30   旋转阀                    63    贯穿开口(另一钟形罩62)

Claims (13)

1.用于一个内燃机(1)的脉动增压器，其中该脉动增压器(13)配置于内燃机(1)的进气侧(2)并容纳在一个供气装置(9)中，并且至少部分地开启或者关闭用于燃烧用空气流(27)的供气装置(9)的流动横截面(26)，其特征在于，脉动增压器(13)包括一个旋转阀(30)，该旋转阀通过一个弹性构成的脉动离合器(41)与一个旋转调节器(38)相耦合。

2.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，旋转调节器(38)与内燃机(1)的控制一个进气阀和排气阀(15，17)的凸轮轴同步地被驱动。

3.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，所述弹性构成的脉动离合器(41)包围一个第一扭转弹簧(35)，该扭转弹簧一方面与旋转调节器(38)的一个轴(37)抗扭转地连接，另一方面在一个轴承支承架(36)上与旋转阀(30)的一个缸体(32)连接。

4.按照权利要求3所述的脉动增压器，其特征在于，所述第一扭转弹簧(35)构成为螺旋弹簧。

5.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，所述旋转阀(30)包括一个缸体(32)，该缸体具有至少一个贯穿开口(33)，该贯穿开口的流动横截面相应于内燃机(1)的吸气装置中的吸气管(44)上的吸气横截面(45)。

6.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，旋转阀(30)的缸体(32)支承在旋转阀(30)的一个壳体(31)的一个内圆周表面(50)上。

7.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，给弹性脉动离合器(41)配设一个促动器(43)，该促动器和在缸体(32)的一个第一钟形区域(34)上形成的一个锁定孔(47)共同起作用。

8.按照前述权利要求中任一项或者多项所述的脉动增压器，其特征在于，第一扭转弹簧(35)紧挨在每次打开过程之前可由旋转调节器(38)进行预紧，并可以通过对于控制促动器(43)的控制而松开。

9.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，缸体(32)和包围第一扭转弹簧(35)的第一钟形段(34)由塑料制成。

10.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，在结束打开过程后在第一转向点中重新操纵旋转阀(30)的、具有一个贯穿开口(33)的缸体(32)，并且在钟形段(34)的锁定孔(47)中完成制动钩(42)的锁定。

11.按照权利要求3所述的脉动增压器，其特征在于，缸体(32)具有相应于内燃机(1)的气缸数量的数量的贯穿开口(33)，该贯穿开口在缸体(32)中彼此角度错位地设置。

12.按照权利要求1所述的脉动增压器，其特征在于，旋转阀(30)构成为同轴旋转滑阀，它具有一个缸体(32)、一个第一钟形段(34)和一个包围该钟形段的另一钟形段(62)，该钟形段具有一个包围缸体(32)的管形凸缘。

13.按照权利要求12所述的脉动增压器，其特征在于，给第一钟形段(34)和另一钟形段(62)分别配设一个制动单元(43，60)，其中第一钟形段(34)和另一钟形段(62)彼此可逆向地操纵。

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