CN101861447A

CN101861447A - 用于燃烧式引擎的阀设备

Info

Publication number: CN101861447A
Application number: CN200880109508A
Authority: CN
Inventors: 珀·T·西蒙森
Original assignee: ENGINE SOLUTION SWEDEN AKTIEBO
Current assignee: Engine Technology Scandinavia
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: US8291873B2; EP2173978A1; US20110192363A1; KR101481427B1; EP2173978A4; KR20100047878A; JP5291102B2; WO2009020426A1; JP2010535979A; CN101861447B

Abstract

本发明涉及一种燃烧式引擎内用于控制气体混合物进出的阀设备，包括：滑动布置在燃烧式引擎缸体头部(3)内的壳体(2)中的阀(1)，所述阀(1)包括阀板(10)和杆状部分(1A、1B)，所述杆状部分(1A、1B)具有通过其下端固定连接到下部分(1A)的上部分(1B)，所述下部分(1A)具有相连的所述阀板(10)，所述阀板与阀座(30)相互作用，以分别允许气体进入和排出，控制所述阀(1)的运动和/或定位的阀控制机构(5、6)，其中所述上部分(1B)形成与所述杆状部分延伸方向同轴延伸的中空环状主体(19)，以允许所述气体通过所述阀(1)运送到形成于所述环状主体(19)内并位于其中的通道，所述阀板(10)连接到所述下部分(1A)，从而在所述阀板(10)和所述上部分(1B)之间形成间隙，以允许所述气体经过所述阀板被运送到所述中空环状主体(19)内侧(190)或者从所述中空环状主体(19)内侧(190)排出，所述环状主体(19)的上端(18)开放，且所述中空环状主体(19)在其外侧(191)布置有至少一个第一相互作用设备(14、15)，所述第一相互作用设备布置成与所述阀控制机构(5、6)的至少一个第二相互作用设备(53、54)相互作用，以促进所述运动和定位。

Description

用于燃烧式引擎的阀设备

技术领域

本发明涉及燃烧式引擎中用来控制气体混合物进出的阀设备，所述阀设备包括滑动布置在燃烧式引擎缸体头部内的壳体中的阀，所述阀包括阀板和杆状部分，所述杆状部分具有通过其下端固定连接到下部分的上部分，所述下部分具有相连的所述阀板，所述阀板与阀座相互作用，以分别允许气体进入和排出，控制所述阀的运动和/或位置的阀控制机构，其中所述上部分形成与所述杆状部分延伸方向同轴延伸的中空环状主体，以允许所述气体通过所述阀运送到形成于所述环状主体内并位于其中的通道，所述阀板连接到所述下部分，从而在所述阀板和所述上部分之间形成间隙，以允许所述气体经过所述阀板被运送到所述中空环状主体内侧或者从所述中空环状主体内侧排出。

背景技术

控制内燃机内的流体流动是燃烧式引擎操作中重要且熟知的一部分。通常，分开的、凸***作的提动阀型吸入和排出阀用于每个引擎缸体。这些阀的功能是向缸体引导可燃流体，在缸体内的活塞压缩过程和燃烧后的膨胀过程中密封所述缸体，并允许排出尾气。传统设计的阀在其设计中存在缺陷，尤其是针对高性能燃烧式引擎来说。作为示例，在11000rpm下，四冲程引擎每秒执行90次工作循环。在18000rpm以上的速度且仍然高度稳定地执行时，需要新式机械设计方案，以避开传统阀设计的性能极限。

过去，提出了许多设备来改善吸入气体进入内燃机燃烧室以及尾气从内燃机燃烧器排出的流动控制，以替换传统提动阀设计。例如，从DE1119594、DE2716309和CH641244中可知，存在这样的已知设计方案，这些方案通过改变阀的杆状部分如何连接到阀板来探索改善流动。在EP 1059423中示出了一种阀机构，其中提动部分的直径制作地大于引导部分的直径，以便阀提升器可以缩小并且减轻重量。在US5,524,579中示出了一种更为复杂的设计方案，包括旋转分布和空气冷却阀，所述阀由管件构成，所述管件安装成具有一对相对的侧端口和内挡板，所述挡板用作空气扇，冷却阀位并以定时顺序引导气体进出引擎。US5,020,486示出了另一种(部分)管状形成的阀机构，所述阀机构也非常复杂，其中吸入和排出通道之间的隔板具有贯穿气体流动端口，所述气体流动端口移动到与阀杆上的类似气体流动端口对准或不对准，并且这些端口布置成在阀闭合时允许气体从吸入通道流向排出通道。在US5,168,843和DE19523304中，公开另一种复杂的阀设计方案，其中阀主体包括两个环状密封件，所述环状密封件与两个环状基座协作，在阀主体处于闭合位置时，密封所述阀。

虽然上述不同尝试希望克服传统提动阀设计中的问题，但是它们都存在这样或那样的缺陷。从US6,953,018中，知道一种设计方案，该设计方案通过提供如以上技术领域部分所述的技术方案而消除了许多上述缺陷。但是，即便是这种新颖的设计方案也存在改进的空间，以进一步提高基本原理相同的设计方案的效率和可操作性。

发明内容

符合本发明的技术方案建立在使用基本上管状形式的阀主体的基础之上，其中所述环状主体的上端开放，且所述中空环状主体在其外侧布置有至少一个第一相互作用设备，所述第一相互作用设备布置成与所述阀控制机构的至少一个第二相互作用设备相互作用，以促进所述运动和定位。

符合本发明的设计方案提供众多优势，通过在阀控制机构定位方面提供灵活性，例如相对于阀主体横向定位，能生产非常紧凑的缸体头部，并且提高了入口喷嘴定位的灵活性，这样又使得气体混合物流动效率提高、混合效率提高、阀润滑能力增强、阀冷却效果改善。技术人员可以理解，较之现有的阀，本发明可以用来实现较高的输出能力、较高的RPM以及较高的燃料效率，即每个给定缸体体积更高的输出能力。

附图说明

在以下内容中，将参照附图更为详细地说明本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明，穿过装备有阀设备的缸体头部的侧视截面透视图；

图2示出了类似的截面透视图，但是是从上方观察，并且较之图1而言，装备有不同的入口喷嘴；

图3是示出了图1所示入口喷嘴的透视图；

图4示出了根据本发明，装备有发生一定程度改变的阀设备的缸体头部的截面透视图；

图5示出了符合本发明的另一种改型的透视图；图6是显示进一步改动的截面图；

图7示出了符合本发明的阀单元的侧视透视图；

图8示出了符合本发明的阀第二实施方式的侧视透视图；和

图9示出了符合本发明的阀第三实施方式从侧方和上方观察的透视图。

具体实施方式

在图1中示出了穿过符合本发明第一设计方案的缸体头部3的侧视截面透视图。缸体头部3包括下部分30A和上部分30B，两者之间形成空间35。阀壳体2布置在空间35内，穿过下部分30A和上部分30B。在阀壳体2内，布置有阀单元1，所述阀单元与形成在壳体2内的环形通道20的内表面200密封接触地移动。在横向上，即相对于壳体2的延伸方向而言的侧向，在缸体头部3的空间35内，布置有控制机构5、6来控制所述阀单元1的运动和/或位置。

阀单元1包括阀板10、中空环状主体19和支撑杆11，支撑杆将阀板10连接到中空环状主体19，从而在中空环状主体19和阀板10之间形成间隙。支撑杆11布置在阀板10的周边，使得板10可以制作地非常平坦，在板10的中部不存在任何干扰流动的凸起部分。在阀壳体2的下端，布置有阀座25，阀板10的密封边缘10A可以抵靠该阀座密封式地定位。在环状通道20顶部，布置有入口喷嘴4，入口喷嘴通过其下边缘40密封式地连接到环状通道20的上端。作为可选方案，所述入口喷嘴可以移动地连接到壳体2的所述端部，优选借助螺纹进行连接，从而便于调节所述喷嘴4(未示出)的位置。

阀控制机构包括第一驱动构件6，该第一驱动构件在一端存在常用类型的齿轮驱动件60和由所述齿轮驱动的(本身已知而未作更多详细说明)轴61以及位于轴61端部的凸轮机构62。在轴61旋转时，凸轮机构62的偏心表面将与具有中心凸轮面的凸轮52发生相互作用。凸轮52可旋转地固定连接到提升臂5。提升臂5一端51枢转连接到基座单元57上，而基座单元又固定连接到缸体头部3的基板30A。因此，基座单元57固定到基板30A的上表面32上。在提升臂5的相反一端，布置有相互作用装置53、54，所述相互作用装置用来与连接到阀单元1的相互作用设备14、15相互作用。弹性返回设备58布置成向着凸轮机构62的方向促动提升臂5。

相互作用设备14、15固定连接到中空环状主体19并形成从中空环状主体19外侧191相对于阀单元1的纵向延伸方向沿着横向延伸的环状凸起。因此，在所述第一相互作用设备15、16之间形成一种环形凹部，提升销5的相互作用装置53、54可以牢固地保持在所述凹部中，并且控制阀单元1的运动和位置。

其中可动地布置有阀单元1的环状通道20包括下罩壳23和上罩壳22。罩壳的边缘22A、23A并不汇合，因此在所述罩壳22、23之间形成间隙13。在该间隙13内，提升销5的相互作用部分53、54可以伸入，从而与布置在阀单元1上的相互作用设备14、15接触。因此，在阀壳体2内形成向外开放的空间13，该开放空间13可以与缸体头部3的开放空间35的剩余部分连通。

为了密封中空环状主体19，不让来自缸体或入口喷嘴4的气体进入缸体头部内的空间35，布置密封件12、16，在中空环状主体19每个端部和每个罩壳22、23之间形成密封。两个密封件12、16固定连接到中空环状主体19，优选安装到中空环状主体每个边缘17、18附近的凹部内。

根据本发明的优选实施方式，将阀板10与中空柱状主体19连接的支撑杆11形成地对气体混合物的流动状态具有积极影响，以使缸体内可以实现优化流动状态。此外，入口喷嘴4具有流动控制装置来协助建立优化流动状态。优选借助位于壳体43内并从入口设备4的入口41延伸的流动控制插件42。插件42配置有间隔壁420-423，所述间隔壁形成地对气体混合物具有影响，以提供优化流动模式，例如图1所示的漩涡。

由于将阀控制机构56与阀单元1本身定位在相同高度，即基本上位于相同的水平空间中，所以可以构造非常紧凑的引擎。因此，采用位于每个阀单元1中部或中部附近的第一相互作用设备14、15和布置在横向定位的提升臂5上的第二相互作用装置53、54，消除了阀单元顶部需要提升装置的传统需求。因此，阀单元上方空间可以替代地用来以比从前已知或可能的方式明显更优化的方式来定位流动控制设备4。通过提供加长的流动路径，利用阀单元1上方空间，在引入缸体之前可以实现对气体混合物极其良好的流动控制。正如本领域技术人员所熟知，这样可以极大地影响缸体内的燃烧情况，实现优化的燃烧效果。例如，这种设计方案允许漩涡比传统设计方案更高，这样将增大燃烧效率。以柴油机作为例子，已知的设计方案可能仅仅实现大约2.8的漩涡比率，而符合本发明的设计方案轻易就能实现3或者甚至4以上的漩涡比率。在图2中，示出了符合本发明的实施方式的截面图，其中阀控制机构5、6与图1中一样，阀单元1也一样，但是入口喷嘴4以不同方式构造而成。如图所示，图2中入口喷嘴4的壳体43设计成与阀单元1的延伸部同轴延伸，而在图1中，喷嘴壳体43弯曲。如上所述，设计方案不同的壳体和设计方案不同的插件42将用于广泛变化的不同流体类型，以便能适配不同的引擎设计方案，从而实现优化流动状态。如图1和2所示，存在4个间隔壁420、421、422、423，(形成密封的流动通道42A、42B等)用于提供期望的流动模式。在图1中，示出了插件42延伸长度小于喷嘴主体43长度的50％，而在图2所示实施方式中，插件延伸长度超过喷嘴主体53延伸部的50％并且终止于喷嘴主体下端40附近。

在图3中，以透视图示出了流动喷嘴4，其中清晰地示出了全部4个间隔壁420、421、422、423以及每个流动通道42A、42B、42C、42D。此外，示出了接着下边缘40设置了用来将流动喷嘴连接到阀壳体2上端的凸缘。

在图4中，示出了符合本发明的另外一种改型。第一个区别是缸体头部3的设计。在图2中，缸体头部3由两个分开的部件构成，下部件30A由相对较厚的板30A制成，而上部件30B由连接到板30A的较薄的金属结构制成。在图1所示实施方式中，阀壳体20由分别位于上下部件30A、30B上的分开罩壳22、23相连而成，因此“自动”形成提升臂5所需的间隙13。在图2中，缸体头部3由整体金属结构制成，该金属结构形成具有较厚的下部分30A和较薄的上部分30B。阀壳体20(例如，钻孔/铣削孔或锻压孔)作为整体部件在所述上部分30B和所述下部分30A之间延伸。边缘21A、21B(例如，铣削或锻压形成)将形成开口13，为提升臂5提供空间。

图4中示出的另一种改型使用液压推动机构6代替凸轮机构。图中示出了液压缸体主体64具有液压流体供应线63和活塞65，活塞从液压缸体主体64向上伸出。活塞65上边缘与旋转固定在提升臂50一端的同心轮52接触。提升臂可枢转地固定连接到缸体头部3(未示出)，以使提升臂50的运动影响相互作用设备53、54(在该截面中未示出)，从而借助与阀单元1的相互作用设备14、15相互作用来移动阀单元1。弹性设备58(仅为示意)将促使提升臂5总是使其轮52与活塞65接触。这种实施方式的优势在于，有利于独立于引擎的其他部分来控制所述阀，即所述阀的运动可以与引擎速度不同步，这样能对闭合和打开运动分别进行独立优化。

图4所示的另一处改动是阀单元1的设计，以下将更为详细地解释。

在图5中，示出了符合本发明的另一种改型，其中最重要的区别是阀单元1的每个位置由提升臂5来控制，而不使用任何反作用弹性力。这种效果是通过连接到提升臂5一端的柱状设备52A来实现的。在这种管状的柱状设备52A内，形成凹部520。在柱状设备52A内侧，布置有另一个柱状主体650，其尺度使其能在另一个柱状设备52A内自由旋转。内部柱状主体650固定连接到穿过另一柱状设备52A的开口520伸出的活塞杆65。开口520足够宽并且沿着周边延伸足够长的距离，以允许提升臂5进行枢转运动而不让活塞杆65碰到开口520的任一端。因此，提升臂5将总体上由活塞杆65的运动所控制，而该活塞杆由液压缸体单元64来控制。因此，该实施方式提供了这样一种设计，其中阀单元1的运动和位置可以总体上独立控制，为阀单元1提供任何运动和/或定位模式，用于燃烧式引擎的操作。此外，在图5中，给出了(提升臂5的)相互作用设备53、54的优选设计方案。提升臂借助两条臂从枢转点51延伸，所述这两条臂则借助U形轭架430沿着每个阀单元1的一侧延伸，在轭架430每一端附近定位有向内伸出的旋钮531、541，所述旋钮的尺寸设计成滑动配合在中空环状主体19的环状凸起14、15之间的间隙内。另一显著改变是，根据图5，液压阀单元64连接到缸体头部3的上部分30B，而根据图4，液压单元64连接到下部分30A。

在图6中，示出了符合本发明的另一幅截面图，其中阀板10位于其密封位置。此外，示出了符合该实施方式的支撑杆11具有相对较大且较薄的径向延伸部，例如占半径的30-50％，从而对进出阀单元1的气体混合物产生特定类型的影响。此外，该截面图示出了，间隔壁420、421、422、423可以根据需要设计成为空气提供螺旋状流动模式(例如，漩涡)而且在喷嘴4入口41和出口40之间的整个路径上延伸。

在图7中，以透视图示出了符合本发明的阀单元1第一实施方式的侧视图。在该图中示出的大部分特征已经在上面阐述过，因此不再赘述。从图中可以看出，在每个密封设备12、16上形成有凹部122、162，用来保持环形密封设备125。每个凹部162、122优选由凸缘状凸起160、161；120、121形成。此外，示出了中空环状主体19布置有外表面，该外表面在靠近其端部的地方比中央部分具有更大的直径。因此，在相互作用设备14、15的区域内形成足够的空间13，从而能方便地配合不同类型的第二相互作用设备53、54。此外，可以看出所述第一相互作用设备14、15的最大直径d小于密封设备12、16的直径D，以使第一相互作用设备14、15可以进入环状凹腔200，形成阀壳体2密封表面的一部分而不接触阀壳体的表面。

在图8中，示出了本发明的阀单元1的进一步实施方式，该实施方式的主要方面类似于图7所示的设计。重要的区别是符合图8的中空环状主体19为柱状，这在一些应用场合下可能具有优势，例如能更节约成本地制造。同样，在该实施方式中，第一相互作用设备15、14的最大直径d小于密封设备的直径D。但是，应该理解，在一些应用场合中，尤其是如果采用图1所示设计方案，则第一相互作用设备14、15的最大直径d’(未示出)可以大于密封设备12、16的直径D，因为在这样的实施方式中，它们可能定位成并不进入所述罩壳。

在图9中，示出了用于本发明的阀单元1的第三实施方式，该实施方式的主要方面类似于图7所示的设计。重要区别是中空环状主体19沿着其内周边设置有漩涡形成肋425-428，所述肋沿着内壁从上部开口向下部开口螺旋延伸。由于这种漩涡形成装置425-428的位置关系，可以实现进一步的优化，例如总体上消除喷嘴4内的插件42，或者在包含喷嘴4内的插件42的同时还具有阀单元1内的漩涡形成装置425-428。此外，图9示出了所公开实施方式的进一步优势，在于形成漩涡发生装置的肋425-428将形成阀板10的支撑杆11整体的一部分。

本发明并不受上述实施方式的限制，而是可以在附带的权利要求书的范围内进行变化。例如，本领域技术人员可以认识到，在一些应用场合不需要在阀的两个位置具有相互作用设备(正如实施方式所述)，而是在一些实施方式中，分别在阀单元1和提升臂5上具有一个相互作用设备就能满足需要。此外，本领域技术人员可以认识到，除了上述公开的动力机构，还可以采用其他不同类型的动力机构来使阀发生运动，例如电气机构或气动机构。此外，显然缸体主体64内的所述壳体和/控制设备(和/或气动或电动装置中的对应构件)至少一些部分可以与阀设备附近的任何细节部分整体形成，例如缸体头部3。此外，控制机构5、6可以包括集成到该机构自身内的传感器和/或处理装置(例如，芯片)。另一种明显改型是阀内的插件可以具有一定变化范围内的多条通道，例如2、3、4、5、6条等。同时，显然阀壳体的倾斜情况可以不同于图中所示情形，例如相对于缸体轴线延伸方向所成的角度介于1°-45°之间。这种倾斜情况例如可以通过改变与每个端部的一对密封环125(或者实际上为多个密封环)装配在一起的密封件12、16来实现，这样可以改善运动稳定性。此外，技术人员还可以认识到，可以将固定连接到所述罩壳(或者阀壳体)的密封设备替代地定位在阀单元上，或者实际上在两者上都具备密封设备。此外，技术人员可以认识到，密封环可以借助除凹部之外的各种装置连接。对技术人员而言，显然燃料喷射器可以结合本发明通过各种方式应用并定位，例如上述设计方案。但是，在一些应用场合中，具有优势的是将喷射器喷嘴(未示出)定位在入口喷嘴4内，优选居中定位在入口喷嘴4内，在插件42的中部形成***形状的部分，因为将喷射器喷嘴定位地靠近缸体空间可能在许多应用场合下具有优势。最后，应该理解，上述许多特征(例如，喷嘴设计方案本身、阀提升机构的任何设计方案或者全部不同设计方案本身)可以通过提交一份或多份分案申请成为单独保护的主题。

Claims

1.一种燃烧式引擎内用于控制气体混合物进出的阀设备，包括：

滑动布置在燃烧式引擎缸体头部(3)内的壳体(2)中的阀(1)，所述阀(1)包括阀板(10)和杆状部分(1A、1B)，所述杆状部分(1A、1B)具有通过其下端固定连接到下部分(1A)的上部分(1B)，所述下部分(1A)具有相连的所述阀板(10)，所述阀板与阀座(30)相互作用，以分别允许气体进入和排出，控制所述阀(1)的运动和/或定位的阀控制机构(5、6)，其中所述上部分(1B)形成与所述杆状部分延伸方向同轴延伸的中空环状主体(19)，以允许所述气体通过所述阀(1)运送到形成于所述环状主体(19)内并位于其中的通道，所述阀板(10)连接到所述下部分(1A)，从而在所述阀板(10)和所述上部分(1B)之间形成间隙，以允许所述气体经过所述阀板被运送到所述中空环状主体(19)内侧(190)或者从所述中空环状主体(19)内侧(190)排出，其特征在于，所述环状主体(19)的上端(18)开放，且所述中空环状主体(19)在其外侧(191)布置有至少一个第一相互作用设备(14、15)，所述第一相互作用设备布置成与所述阀控制机构(5、6)的至少一个第二相互作用设备(53、54)相互作用，以促进所述运动和定位。

2.如权利要求1所述的阀设备，其特征在于，密封设备(12、16)布置在所述第一相互作用设备(14、15)上方和下方，所述密封设备布置成从上方和下方密封在形成于所述中空环状主体(19)外侧(191)上的这两个密封设备(12、16)之间的空间(13)内。

3.如权利要求2所述的阀设备，其特征在于，所述密封设备(12、16)固定连接到所述阀(1)。

4.如权利要求3所述的阀设备，其特征在于，所述密封设备(12、16)包括至少一个凹部(122、162)，所述凹部布置成保持环状密封构件(125)。

5.如权利要求4所述的阀设备，其特征在于，所述第一相互作用设备(14、15)的最大直径(d)小于所述密封设备(12、16)的最大直径(D)。

6.如前述权利要求任一项所述的阀设备，其特征在于，所述第一相互作用设备(14、15)形成地从所述环状中空主体(19)的所述外表面(191)伸出。

7.如前述权利要求任一项所述的阀设备，其特征在于，所述阀控制机构(5、6)的关键部分(5)定位在所述缸体头部(3)内，相对于所述阀(1)的纵向延伸方向基本上处于横向。

8.如权利要求7所述的阀设备，其特征在于，在缸体头部(3)内，所述阀控制机构(5、6)沿着所述阀(1)纵向延伸方向的高度要求小于或等于所述缸体头部(3)内用于所述阀(1)的通孔(20)的长度。

9.如权利要求8所述的阀设备，其特征在于，定位在所述缸体头部(3)的基板(30)的上表面(32)上的所述阀控制机构(5、6)的所述部分(5)的高度要求小于所述阀(1)的对应高度要求。

10.如权利要求1所述的阀设备，其特征在于，所述下部分(1A)包括多个支撑杆(11)，这些支撑杆以分别改善进出所述阀的流动状态的方式形成，并且优选使得所述阀板(10)至少中部基本上平坦。

11.如前述权利要求任一项所述的阀设备，其特征在于，在所述上部分(1B)上方布置有入口喷嘴(4)，所述入口喷嘴连接到所述壳体(2)上端。

12.如前述权利要求任一项所述的阀设备，其特征在于，提供流动引导装置(42)。

13.如权利要求12所述的阀设备，其特征在于，所述流动引导装置(42)布置在所述入口喷嘴(14)内侧和/或所述阀壳体(19)内侧。

14.如前述权利要求任一项所述的阀设备，其特征在于，所述壳体(2)形成同轴延伸的环状通道(20)。

15.如权利要求14所述的阀设备，其特征在于，在靠近所述环状通道(20)中部的位置布置有至少一个形成开口(13)的边缘(22A、23A)。

16.如权利要求10所述的阀设备，其特征在于，所述入口喷嘴可移动地连接到所述壳体(2)的所述端部，优选借助螺纹连接，以便于调节所述喷嘴(4)的位置。