CN103228878B - 操作内燃发动机的气体交换阀的装置和方法,汽缸盖及升级内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操作内燃发动机的气体交换阀的装置和方法。本发明讨论了，关于一个或更多个发动机特性，在控制构件（80、82、84；90、92、94）的帮助下借助于压力介质致动器（10）来操作内燃发动机的气体交换阀（102），当打开所述气体交换阀（102）时，选择一个或更多个打开用压力室（40、42、44）并将其连接至压力介质供应部（70），以调节打开所述气体交换阀（102）的力，并且当关闭所述气体交换阀（102）时，将所述打开用压力室（40、42、44）连接至压力出口（60）。本发明还涉及一种新颖的汽缸盖和新的升级内燃发动机的方法。

Description

操作内燃发动机的气体交换阀的装置和方法,汽缸盖及升级内燃发动机的方法

技术领域

本发明涉及一种操作内燃发动机的气体交换阀的装置和方法。本发明还涉及一种新颖的汽缸盖和新的升级内燃发动机的方法。

背景技术

传统上，在内燃发动机或活塞式发动机中，汽缸的气体交换阀由凸轮轴控制，该凸轮轴一方面借助于齿轮或链或皮带与发动机的曲轴相连接使得它随曲轴一起旋转，并且另一方面借助于推杆和摇杆、仅仅摇杆或通过凸轮轴凸轮和阀杆之间的直接的接触以机械的方式连接至阀。因此，汽缸排中的所有阀由同一凸轮轴控制，或另选地，入口阀和出口阀两者具有它们的相应的凸轮轴。操作中，由凸轮轴驱动的阀机构的使用仅提供改变阀的定时的非常有限的可能性，由此阀的定时始终是折衷。

由于愈加严格的排放规定，发动机制造商不得不减少发动机排放物。同时，目的是保持发动机性能不变或者甚至改善该性能。仅通过发动机的精确的实时调控，这是可能的。燃料供应的控制已连同电力控制燃料喷射的引入一起被显著改善。除此之外，气体交换阀的控制应该被改善，以便在所有发动机转速和发动机载荷下使发动机尽可能地有效。气体交换阀的单独控制提高了发动机的效率、燃料经济和输出并且减少排放物。在阀机构由凸轮轴驱动的情况下，这是不可能的。为了克服上述问题，在没有至曲轴的直接机械连接的情况下，液压致动器已被建议用于操作发动机阀。

如果气体交换阀（GEV）借助液压致动器来操作，那么致动器的尺寸需要设置成使其能抵抗任何操作条件下气体交换阀的最大可能打开力。打开力是致动器的有效表面积和连接至致动器的液压***的压力的乘积。打开气体交换阀时所消耗的液压动力是液压***的容积流量和压力的乘积。致动器的大的有效表面积导致高容积流量，并因此导致***的高功率消耗。换言之，液压致动器的功率消耗是恒定的，不管打开气体交换阀实际上所需的力。

EP-B1-1403473讨论了一种液压阀致动***。该EP文献公开了用于操作内燃发动机的气体交换阀的液压致动器。液压致动器具有设置有收纳活塞的内腔的主体。活塞布置成在其轴向端处与阀杆连通。活塞具有三个同轴筒状段，使得最上段（在与和阀杆连通的端部相对的端部）的直径是最小的，中心段具有最大直径，并且最低段具有大约最上段但小于中心段的直径。活塞段与致动器主体的内腔一起形成几个同轴的室，即，在最上活塞段上方的第一筒状室、在活塞的中心段上方的第二环形室以及在活塞的中心段下方的第三环形室。室的有效截面表面积是变化的，使得第一室的表面积最小，第二环形室的表面积最大，并且第三环形室的表面积小于第二环形室的表面积，但是大于第一环形室的表面积。室借助压力管道和阀装置连接到高压流体供应部和低压流体供应部，除与高压流体供应部恒定流体连通的第三环形室以外。液压致动器的操作由控制阀控制，该控制阀在其第一位置允许加压流体从高压流体供应部流至第二环形室。作用于最大表面积上的高压流体通过抵抗起源于阀弹簧、作用于第三环形室中的表面积上的高压流体、内燃发动机的汽缸中的气体压力以及阀的加速度的力打开阀而影响。在其第二位置中，控制阀允许第二环形室与低压流体供应部连通，使得作用于活塞的第二最大表面积上的在第三环形室中占优势的高压帮助活塞远离阀向上返回活塞。除了阀的仅仅基本操作以外，活塞的上端，即，第一室，设置有用于阻尼活塞向上的动作的装置以便减慢阀关闭的速度，使得在关闭时阀板不会太强烈地碰撞阀座。第一室为了阻尼目的布置成借助具体的阀门装置与高压流体供应部和低压流体供应部两者流体连通。因此，第一室不会参予气体交换阀的打开，但是减慢气体交换阀的最后关闭。

所述EP文献还讨论了用于液压致动器的另一个活塞结构。在第二实施方式中，活塞的中心段由能相对于彼此滑动的两个同轴部形成。换言之，活塞的外部（即第二部分）是绕活塞的第一部分布置的环形套筒，该第一部分用于操作阀杆。在第一位置中（当内燃发动机的气体交换阀被关闭时），环形活塞部靠在第一活塞部上的肩部上，并且在第二位置中（气体交换阀打开），环形部靠在室内壁上的肩部上。致动器起作用，使得当具有最大截面面积的第二环形室，即两个活塞部上方的室，由高压流体加压，两个活塞部一起移动，即，靠在第一活塞部上的肩部上的环形活塞部帮助向下移动活塞并且打开或脱开气体交换阀。在向下行进一定长度之后，环形活塞部接触室内壁上的肩部并且停止，由此活塞的第一部分继续向下移动，但是现在借助由于较小的有效面积造成的显著较小的力被向下移动。

换言之，上述现有技术液压致动器试图减少操作气体交换阀中所包括的能量消耗。然而，所得到的节约仅表示较早的现有技术液压致动***的小的改进。上述EP文献的液压致动器实际上所做的是，它考虑到脱开气体交换阀之后，即在提升阀板离开座面之后立即燃烧室中的减压。换言之，刚好在从脱开气体交换阀之后，燃烧室中的压力被释放，由此汽缸压力不会再或至少显著减少抵抗气体交换阀的打开，并且阀的打开可以借助较小的力来继续。因此，EP文献教导了一种液压致动器结构，该结构借助未打开气体交换阀所需的最大可想象力的恒力开始打开气体交换阀，即，脱开气体交换阀。在脱开气体交换阀之后，打开力被减小到固定值。结果是压力流体（和功率）消耗被稍微减小，但仅是因为液压致动器考虑了气体交换阀的两个不同的打开阶段，即脱开阶段和最终打开阶段。然而，现有技术液压致动器不能够考虑由于变化的汽缸负载造成的内燃发动机的燃烧室中的变化的压力条件或者由于变化的发动机转速造成的变化的气体交换阀的加速度。

本发明的基础是操作内燃发动机的气体交换阀所需的力不是恒定的。脱开和打开气体交换阀所需的力取决于几个因素。第一个因素是加速力，即，阀运动的加速度，该加速力与发动机转速以及气体交换阀和液压致动器的活塞的质量成比例。第二个因素是阀板上的压差，该压差具有达到脱开阶段的结束的效果。压差取决于发动机操作条件，即，取决于发动机载荷和曲柄角。第三个因素是起源于气体交换阀的弹簧（如果这样的弹簧被使用）的力。并且第四个因素是抵抗活塞运动的致动器（EP-B1-1403473中的第三环形室）致动流体压力（即使有的话）。

发明内容

本发明的第一目的在于，克服用于打开内燃发动机的气体交换阀的现有技术液压致动器的一些弱点、缺点和问题。

本发明的第二目的在于通过调节用于打开气体交换阀的力以满足阀板上的压差所设定的对打开气体交换阀所需的力的要求，来减小液压致动器的功率消耗。

本发明的第三目的在于能够调节液压致动器的操作及其流速以满足发动机转速所设定的对阀开/阀闭速度的要求。

本发明的第四目的在于提供一种结构简单的液压致动器，即，具有最小数量部件的致动器，所述部件具有非常少的待被加工和密封的表面，由此，所得到的用于打开内燃发动机的气体交换阀的致动器是便宜的、可靠的且非常可调节的。

本发明的第五目的在于提高***的可靠性。当使用若干个控制阀时，一个控制阀的故障不会导致***不可用，而仅是失去***性能的一部分。通过智能控制，***能识别故障的部件并且重新调整到故障模式。

本发明的第七目的在于提供一种用于修理和升级/改造现有技术内燃发动机的简单且能量有效的装置，该现有技术内燃发动机具有凸轮轴以及与该凸轮轴连通以用于操作气体交换阀的机械构件。

本发明的第八目的在于提供一种用于改造内燃发动机以满足当今对能量效率和排放控制的需要的新颖的汽缸盖。

并且，本发明的第九目的在于提供一种用于操作内燃发动机的气体交换阀的压力介质致动器。换言之，所述致动器不但可以是液压的，而且还可以是气动的。

本发明的至少一个目的由用于操作内燃发动机的气体交换阀的装置来满足，所述装置包括：压力介质供应部、压力介质出口、压力介质致动器和控制构件，所述压力介质致动器包括主体和一体式活塞，所述主体具有带不同直径的筒状壁部的内腔，所述一体式活塞布置成能在所述内腔内移动，所述活塞的形状对应于所述内腔的形状，所述压力介质致动器还包括打开用压力室，并且所述活塞包括布置在所述打开用压力室中的有效打开用表面，所述控制构件用于切换所述打开用压力室在所述压力介质供应部和所述压力出口之间的连接，其中所述装置还包括设置在所述压力介质致动器中的至少一个另外的打开用压力室、设置在所述活塞上的至少一个另外的有效表面以及至少一个另外的控制构件，所述控制构件布置成将一个或更多个打开用压力室连接至所述压力介质供应部以控制打开所述气体交换阀的力。

本发明的至少一个目的通过以下方法来实现：借助于上述装置来操作内燃发动机的气体交换阀，使得：关于一个或更多个发动机特性，通过下述方式来操作致动器的控制构件：

当打开气体交换阀时，选择一个或更多个打开用压力室并将其连接至压力介质供应部以调节操作所述气体交换阀的力，以及

当关闭所述气体交换阀时，将所述打开用压力室连接至压力出口。

本发明的至少一个目的由内燃发动机的汽缸盖来满足，所述汽缸盖包括至少两个气体交换阀以及用于操作气体交换阀的构件，其中至少一个用于操作气体交换阀的构件是根据设备权利要求中的一项或更多项所述的装置。

本发明的至少一个目的由升级具有汽缸盖的内燃发动机的方法来满足，所述汽缸盖具有至少一个气体交换阀以及机械气体交换阀操作构件，其中所述机械气体交换阀操作构件被用根据设备权利要求中的一项或更多项所述的装置来代替。

除了解决上述问题中的至少一些，本发明还能带来许多其它优点，这些优点中的几个优点在下文中列出。本发明的压力介质致动器：

—可以用来操纵内燃发动机的气体交换阀，所述发动机可以是二冲程或四冲程发动机；

—减小***中的容积流量，从而允许通过降低能耗来降低成本；

—提高阀操纵***的可靠性，这是因为单个控制阀的故障仅除去力组合的一部分；

—允许更好地控制气体交换阀速度；

—使得可以更好地控制发动机，从而减少排放；

—可以用来替换现有技术凸轮轴、推杆、摇杆机构，使得老式汽缸盖容易被现代化以满足今天的需要；

—结合简单，并且制造便宜，并且不易发生故障或恶化。

然而，应该理解的是，所列的优点仅是可选的，因为优点的数量取决于实施本发明的方式。

附图说明

在下文中，将参照附图更详细地说明本发明，附图中：

图1示出了处于气体交换阀的打开阶段的根据本发明的实施方式的压力介质致动器装置与气体交换阀的轴向剖视图，

图2示出了处于气体交换阀的关闭阶段的图1压力介质致动器装置的轴向剖视图，

图3示出了处于气体交换阀的另一打开阶段的压力介质致动器装置的轴向剖视图，

图4示出了根据本发明的另一实施方式的压力介质致动器的轴向剖视图，以及

图5示意地示出了用于控制本发明的压力介质致动器的操作的控制阀的另一示例性选择。

具体实施方式

图1示出了压力介质致动器10的轴向剖视图。致动器10具有主体12，该主体包括从主体的一端14的附近延伸到主体10的相对端16的内腔。主体的端部16设置有盖18，该盖设置有优选的中心开口20。内腔由若干个筒状壁部22、24和26形成，使得壁部的直径朝向主体的具有盖18的那一端增大。压力介质致动器10具有一体式活塞30，该活塞的形状大体上对应于主体12的内腔的形状。换言之，一体式活塞在该实施方式中由四个筒状段32、34、36和38形成，这些段上下叠置地轴向布置。活塞30的最上段32的直径对应于壁部22的直径，然而在该最上段32和壁部22之间留有足够的运行间隙。以类似的方式，活塞30的第二段34的直径对应于壁部24的直径，并且活塞的第三段36的直径对应于第三壁部26的直径。活塞30的第四段38的直径对应于盖18中的中心开口20的直径。

压力介质致动器的活塞30和主体12的内腔形成压力室40、42、44和46。室40由壁部22、内腔的端面和活塞30的第一段32的端面48限定。室42由壁部24、活塞30的第一段32的筒状侧面、活塞30的第二段34的环形端面50以及内腔的第一壁部22和第二壁部24之间的肩面限定。室44由壁部26、活塞30的第二段34的筒状侧面、活塞30的第三段36的环形端面52以及内腔的第二壁部24和第三壁部26之间的肩面限定。室46由壁部26、活塞30的第四段38的筒状侧面、活塞30的第三段34的下环形端面54以及盖18的面向内腔的表面限定。因此，影响活塞30和布置成与该活塞30连通的阀杆100的运动的有效表面是压力室40中的端面48、压力室42中的环形端面50、压力室44中的环形端面52以及压力室46中的环形端面54。基于它们的操作，压力室40、42和44可以称为打开用压力室，并且压力室46可以称为关闭用压力室。以相似的方式，有效表面48、50和52可以称为打开用表面，并且表面54可称为关闭用表面。

本发明的优选但不是必要的特征是有效表面的面积形成几何级数，使得表面48的面积是A，表面50的面积是2*A并且表面52的面积是4*A。稍后将更详细地说明布置面积以形成这样的几何级数的目的。

压力介质致动器主体12和活塞13形成压力介质阀操作装置的第一部分。操作装置的第二部分由箱61（当涉及液压致动器时）；压力介质供应部70；第一控制阀80、82、84和86；管道72、74、76和78；第二控制阀90、92、94和96；以及管道62、64、66和68形成。管道72、74、76和78将压力介质供应部经由第一控制阀80、82、84和86连接至压力室40、42、44和46。压力室40、42、44和46借助于第二控制阀90、92、94和96以及管道62、64、66和68，及压力出口60连接至箱61。因此，每个压力室均具有用于控制该室的操作的一个第一控制阀和一个第二控制阀。控制阀80、82、84和86以及90、92、94和96优选地为电磁阀或者一些其它能电力操作的阀，这些阀连接至控制单元（CU），使得该控制单元（CU）能够基于来自发动机控制单元的输入独立地打开和关闭每个阀。换言之，电磁操作的控制阀正常工作，使得它在控制单元（CU）不允许电流进入螺线管时被关闭。当螺线管的电路被关闭时，即，电流被允许进入螺线管时，螺线管抵抗弹簧的作用将控制阀推动到打开位置。并且当螺线管电路被打开时，弹簧将控制阀推动关闭位置。自然地，也可以借助于螺线管保持控制阀关闭，并且可以通过从螺线管电路切断电力来打开控制阀。此外，还可以布置与控制阀结合的两个螺线管，由此，控制阀的打开和关闭都通过利用螺线管来执行。第一控制阀80、82、84和86这里已被示出为二位二通阀，即，打开或阻断压力室40、42、44和46与压力介质供应部70之间的流动连接的阀。以相似的方式，控制阀90、92、94和96已被示出为二位二通阀，即，打开或阻断压力室40、42、44和46和箱60之间的流动连接的阀。

图1示出了内燃发动机的汽缸的燃烧室中占优势的背压处于最低值且因此打开气体交换阀102所需的力也处于最低可能值时的压力连接，即，控制阀的位置。为了节约能量，即，为了形成刚好足以以期望的方式打开气体交换阀102的力，压力介质致动器的操作被调节，使得控制阀80将压力室40经由管道72连接至压力介质供应部70，而其他三个控制阀82、84和86被关闭。位于致动器的箱61那一侧的第二控制阀***作，使得控制阀90被保持关闭，由此切断从压力室40沿着管道62和60至箱61的连接并且允许压力介质源的压力影响有效活塞表面48。其他控制阀92、94和96将它们相应的压力室42、44和46连接至箱61。作用于活塞表面48上的高压介质影响气体交换阀102的打开，并且同时压缩阀簧104并且迫使压力室46中的介质进入箱61。

图2示出了气体交换阀待被关闭时压力介质致动器的操作阶段，即，控制阀的位置。现在，控制阀86将压力室46经由管道78连接至压力介质供应部70，而剩余的三个控制阀80、82和84被关闭。第二控制阀***作，使得它们中的三个，即，控制阀90、92和94，将它们相应的压力室40、42和44连接至箱61，并且与待被加压的压力室46连通的控制阀96被关闭。作用于有效活塞表面54上的高压介质向上移动活塞，从而允许气体交换阀关闭并且迫使介质从压力室40、42和44进入箱61。

此时应该理解的是，本发明的压力介质致动器也可以***作成使得能够利用控制阀使活塞停止在任何期望位置处。例如，活塞的向上运动以及气体交换阀的向上运动可通过关闭第二阀90、92和94并且还保持第一阀80、82和84也关闭而被停止。

图3示出了打开气体交换阀所需的力明显高于图1所示的阶段中的力时压力介质致动器的操作阶段，即，控制阀的位置。这里，控制阀80和84将它们的相应的压力室40和44连接至压力介质供应部70，而控制阀82和86被关闭。在第二控制阀中，阀90和94被关闭，从而允许介质压力在压力室40和44中作用于有效表面48和52（图1所示的附图标记）。控制阀92和96将它们相应的压力室42和46连接至箱61。在该情况下，用于打开阀的力与图1的示例相比是5倍。

图3示出了作为示意的、附加的和示例性的装置的管道98，该管道已被布置成使得，例如，当关闭气体交换阀时，压力室42可以借助控制阀92和控制阀94这两个阀被腾空。通过该装置，致动器活塞的速度可以被调节为，如果活塞应该向上移动，并且只有控制阀90和94打开，并且控制阀92关闭，来自两个压力室42和44的介质必须通过控制阀94。因为控制阀94的流速是有限的，因此，（与每个压力室均借助其控制阀而被排放的正常情况相比）来自压力室42的附加流量增大了总流量并且减小了活塞可以移动的速度。实际上，管道98可以是一阀装置，来自室42的出口流可以通过该阀装置被引向控制阀92和/或控制阀94，和/或来自室44的出口流可以被引向控制阀94和/或控制阀92。自然地，这样的管道或阀装置可以自由地布置在致动器主体的出口侧。在图3的实施方式中，甚至将成为可能的是，来自任何压力室40、42和44的介质流均可以被引向一个、两个或三个第二控制阀90、92和94，由此活塞运动的速度的可调节性将被最大化。例如，在排气阀的关闭阶段，可以首先允许来自压力室的压力介质经由它们“自己的”控制阀，即，经由所有三个控制阀，被排放，然后关闭其中一个控制阀90、92和94，并允许压力介质经由两个控制阀被排放，由此，阀关闭速度被减慢。在下一阶段，一个或更多个控制阀被关闭，并且所有压力室40、42和44的排放均经由一个控制阀发生，直到该控制阀也被关闭，从而停止阀和活塞的运动。

换言之，本发明使得可以以步进的方式调节用于打开气体交换阀的力。下列表列出了打开气体交换阀时第一控制阀的位置和所得到的力的各种组合。自然地，当打开气体交换阀时，控制阀86始终被关闭，并且控制阀96始终将室46连接至箱61（除非期望一些阻尼效应）。至于第二控制阀90、92和94，它们的位置分别取决于相应的第一控制阀80、82和84的位置。这意味着，当第一控制阀处于“打开”位置时，相应的（连接到同一压力室的）第二控制阀处于“关闭”位置，反之亦然。

因此，该示例性的压力介质致动器能够根据气体交换阀的要求在7个不同的力水平之间切换。对所使用的力（即，对控制阀位置的选择的组合）有影响的因素取决于汽缸载荷、曲柄角和发动机转速，仅列举了少数几个因素。

自然地，与上述实施方式中所示的三个压力室40、42和44相比，压力介质致动器可以具有更多或更少（然而，至少两个）在打开气体交换阀时起作用的压力室。换言之，如果仅存在两个起作用的压力室，那么可应用的力水平的数量减小到3个，并且如果存在四个起作用的压力室，那么力水平的数量增加到15个（1+2+4+8）。

因此，原则上，为了能够满足本发明的目的，压力介质操作的气体交换阀具有带有效表面积A1、A2、…An的两个或更多个压力室，这些压力室中的一个或更多个能独立地电连接至压力介质供应部。

选择压力室的有效表面积的优选方式是几何级数，A、2*A、4*A…，但是也可应用其他方式。

图4示出了本发明的另一优选实施方式。这里，压力介质致动器设置有另一个压力介质供应部70’，该供应部经由附加的控制阀104进一步连接至***。压力介质供应部70’的压力不同于压力介质供应部70的压力。这里，第一压力介质供应部70也设置有其自己的附加的控制阀102。控制阀102和104这两者都被连接至控制单元（CU）。图4示出了：借助于控制阀102，来自供应部70的压力介质如何根据阀80、82、84和86的位置而被输送到压力室40、42、44和46；借助于控制阀104，来自附加的压力介质供应部70’的压力介质如何根据阀80、82、84和86的位置而被输送到压力室40、42、44和46。增加另一个压力介质供应部和为两个压力介质供应部设置单独的控制阀的目的是为了能够更好地控制气体交换阀的打开力。换言之，根据图5所示的装置，可以将具有低压或高压的压力介质供应部切换到第一控制阀80、82、84和86并进一步切换到压力室40、42、44和46。自然地，也可以通过布置附加的压力介质供应部70’走得更远以能连接至一个或更多个第一控制阀80、82、84和86，由此，仅那些阀（和连接至它们的压力室）可以利用供应部70’中的不同压力。通过增加具有不同于压力介质供应部70的压力的压力的另一压力介质供应部70’，可由压力介质致动器实现的不同力水平的数量将被加倍。自然地，还可以增加一个或更多个具有不同压力的压力介质供应部以增加压力介质致动器的调节选择。

图5中示出了可以可选地用来替换控制阀80、82、84和86中的一个或更多个控制阀以及控制阀90、92、94和96中的一个或更多个控制阀的数字流量控制单元110。流量控制单元110包括两个或更多个并联连接的数字阀112、114、116。每个阀均设置成用于一定压差下的一定流量。不同阀的流量可以是不同的。例如，使得第一阀112的流量是V，第二阀114的流量是2*V，第三阀的流量是4*V，并且第n阀的流量是2^（n-1）*V。通过改变被接通的阀的组合，可以改变数字流量控制单元110的流量，这导致活塞30（图1）移动速度的改变以及气体交换阀打开或关闭的速度的改变。

至于压力介质致动器的更详细的结构和操作，应该理解的是：

致动器主体可以由几个部分形成，即，不只是仅由单个主体部分和底盖形成。

致动器可以设置有附加的设备，例如结合现有技术文献EP-B1-1403473讨论的阻尼装置。

致动器活塞可以布置成如上所述与阀杆直接连通，但是气体交换阀的操作还可以借助于例如摇臂来执行。

致动器可以如上所述仅用于打开气体交换阀，但是它还可以布置成还能单独地或和阀簧一起关闭气体交换阀。在这样的情况下，致动器活塞和阀杆彼此附接。自然地，如果致动器用于关闭阀，那么可以期望利用处于关闭阶段的本发明。换言之，致动器将具有用于关闭运动的几个不同大小的压力室。

致动器可以是单独的装置或者它可以与汽缸盖成为一体。

单个致动器可以操作一个或更多个气体交换阀。致动器可以布置成打开（或可选地关闭）发动机汽缸的所有入口、出口或阀。

高压介质供应部可以是用于仅操作压力介质致动器的专用流体供应部，但是它还可以是发动机的压力介质回路的一部分。例如，流体可以从发动机的强制润滑***获得。

上述说明书中提及的箱是指液压致动器装置，来自致动器和压力出口的出口油被排出到的优选但不是必需的位置是油箱。如果致动器是气动的，那么显然不需要任何箱，因为空气可以从压力出口直接地或经由一些种类的过滤器或清洁单元被排到大气中。

控制阀不仅可以借助于螺线管来致动，而且还可以借助于压电致动器来致动，或可以由发动机的控制***驱动的任何其他可应用的电致动器来致动。

借助于控制阀，可以使用在现有技术EP-B1-1403473中讨论的操作模式，即，利用气体交换阀的脱开阶段的附加力，然后减小打开力。

在上述说明中，控制阀仅是作为示例示出的。控制阀可以不同于上述讨论的控制阀。例如，二位三通控制阀可以被用来将每个压力室的第一控制阀和第二控制阀结合成一个单个阀单元，使得例如单个阀单元可以执行控制阀80和90的功能。以相似的方式，可以结合控制阀对82和92、84和94以及86和96中的其余阀对。

每个控制阀，即，第一控制阀、第二控制阀和附加控制阀，均优选独立地连接至控制单元，使得控制单元可以独立于任何其他控制单元来致动单个控制单元。

应该理解的是，上述仅是操作内燃发动机的气体交换阀的新颖的且有创造性的方法和装置的示例性描述。上述内容无论如何不应被理解为限制本发明，而是本发明的整个范围仅由所附的权利要求限定。从上述说明应该理解的是，本发明的单独的特征可以与其他单独的特征结合使用，即使这样的结合在说明书和附图中未被具体示出。

Claims (13)

1.一种用于操作内燃发动机的气体交换阀的装置，所述装置包括：

压力介质供应部(70)；

压力介质出口(60)；

压力介质致动器(10)，所述压力介质致动器(10)包括主体(12)和一体式活塞(30)，所述主体具有带不同直径的筒状壁部的内腔，所述活塞布置成能在所述内腔内移动，所述活塞(30)的形状对应于所述内腔的形状，所述压力介质致动器(10)还包括打开用压力室(40)，并且所述活塞(30)包括布置在所述打开用压力室(40)中的有效打开用表面(48)；

第一控制构件(80、90)，所述第一控制构件用于切换所述打开用压力室(40)在所述压力介质供应部(70)和所述压力介质出口(60)之间的连接；

所述装置的特征在于，所述装置还包括设置在所述压力介质致动器(10)中的至少一个另外的打开用压力室(42、44)、设置在所述活塞(30)上的至少一个另外的有效表面(50、52)、以及第二控制构件(82、84；92、94)，所述第一控制构件和所述第二控制构件(80、82、84)布置成将一个或更多个打开用压力室(40、42、44)连接至所述压力介质供应部(70)以控制打开所述气体交换阀(102)的力。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活塞(30)的每个有效打开用表面(48、50、52)均具有面积，这些有效打开用表面(48、50、52)的面积是不同的。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述活塞(30)的每个有效打开用表面(48、50、52)均具有面积，这些有效打开用表面(48、50、52)的面积以几何级数布置。

4.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述压力介质致动器(10)布置成操作一个以上气体交换阀(102)。

5.如权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，在至少两个打开用压力室(40、42、44)的出口之间设置有用于布置从其中一个出口到另一个出口的流动连通的构件。

6.如权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一控制构件和所述第二控制构件是一个或更多个控制阀，所述一个或更多个控制阀是能够调节进出压力室(40、42、44、46)的流量的数字流量控制单元(110)。

7.如权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置设置有借助附加的控制构件(104)连接到至少一个压力室(40、42、44、46)的附加的压力介质供应部(70’)。

8.一种借助于如前述权利要求中的任一项所述的装置操作内燃发动机的气体交换阀的方法，所述方法的特征在于：

关于一个或更多个发动机特性，通过以下方式来操作所述致动器(10)的所述控制构件(80、82、84；90、92、94)：

当打开所述气体交换阀(102)时，选择一个或更多个打开用压力室(40、42、44)并将其连接至压力介质供应部(70)以调节打开所述气体交换阀(102)的力，并且

当关闭所述气体交换阀(102)时，将所述打开用压力室(40、42、44)连接至压力出口(60)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

分别操作定位在所述压力介质供应部(70)和关闭用压力室(46)之间的控制构件(86)以及定位在所述关闭用压力室(46)和所述压力出口(60)之间的控制构件(96)，以便：

当打开所述气体交换阀(102)时，打开关闭用压力室(46)和所述压力出口(60)之间的连接，并关闭所述压力介质供应部(70)和所述关闭用压力室(46)之间的连接，并且

当关闭所述气体交换阀(102)时，关闭所述关闭用压力室(46)和所述压力出口(60)之间的连接，并打开所述压力介质供应部(70)和所述关闭用压力室(46)之间的连接，以允许所述压力介质进入所述压力室(46)，从而提升所述活塞(30)。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述打开用压力室(40、42、44)的所述有效打开用表面(48、50、52)的面积来选择一个或更多个打开用压力室(40、42、44)。

11.如前述权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，通过将一个或更多个打开用压力室(40、42、44)从所述压力介质供应部(70)切换到压力不同于该压力介质供应部(70)的压力的附加的压力介质供应部(70’)来控制所述气体交换阀(102)的打开力。

12.一种内燃发动机的汽缸盖，所述汽缸盖包括至少一个气体交换阀和用于操作气体交换阀的构件，其特征在于，至少一个用于操作气体交换阀的构件是根据权利要求1至7中的一项或更多项所述的装置。

13.一种升级具有至少一个汽缸的内燃发动机的方法，所述汽缸具有带机械气体交换阀操作构件和至少一个气体交换阀的汽缸盖，所述方法的特征在于，用根据权利要求1至7中的一项或更多项所述的装置来替换机械气体交换阀操作构件。