CN113692480A - 用于内燃机的具有液压延时元件的阀门*** - Google Patents

用于内燃机的具有液压延时元件的阀门*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的阀门***(1)和一种内燃机。阀门***具有用于周期性地操作内燃机的进入阀(24)的进入阀操作机构(20)。阀门***(1)还具有与进入阀操作机构(20)接触的延时元件(8)，延时元件具有用于借助于液压介质延迟进入阀(24)的关闭运动的液压室(12)。阀门***(1)具有用于将液压介质输送到液压室(12)中的液压输送装置，其中液压输送装置具有控制轴(7)，其中控制轴(7)由内燃机机械驱动。控制轴(7)具有轴向伸延的、用于液压介质的空腔(10)和至少一个开口(5)，该开口用于将液压介质从空腔(10)向液压室(12)间歇性输送。此外涉及具有多个阀门***的内燃机。

Description

用于内燃机的具有液压延时元件的阀门***
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机中的气体交换的阀门***和一种内燃机。
背景技术
中速段的内燃机、尤其是大型发动机现在越来越多地配备有所谓的米勒正时和高效高压增压。正时的特征在于在下死点之前发生入口关闭。该设计方案一方面引起消耗下降，并且通过内部膨胀显著地减小了NOx排放；然而，另一方面，负面地影响了启动、加速和部分符合运行行为。
例如，由于极端的米勒正时，在空转时只有很少的质量进入气缸中，使得在柴油发动机的情况下在压缩阶段无法达到所需的点火温度，进而无法启动发动机。此外，在部分负荷运行的大的范围中，填充量如此之低，使得无法保证在合理的排气温度下无烟燃烧。
在具有米勒正时的燃气发动机中，压缩阶段结束时的低温负面地影响可燃性进而负面地影响发动机的运行行为。通常，通过米勒正时会负面影响加速或响应行为。附加地，在空转和低负荷运行时会造成如下运行状态，其中在活塞上方和下方的空间之间设置不希望的负的压力梯度。
作为对在低负荷下具有米勒正时的内燃机的部分不令人满意的运行行为的对策，如今使用了各种技术。例如，其中一些技术旨在改变部分负荷运行中的入口关闭。
鉴于上述情况，需要进一步改进。
发明内容
所述目的至少部分地通过根据权利要求1的阀门***实现。此外，该目的通过根据权利要求15的内燃机实现。其他的实施方式、修改和改进根据以下描述和所附的权利要求中得出。
根据一个实施方式，提供了一种内燃机的阀门***。阀门***具有用于周期性地操作内燃机的进入阀的进入阀操作机构。此外，阀门***具有与进入阀操作机构接触的延时元件，延时元件具有用于借助于液压介质延迟进入阀的关闭运动的液压室。此外，阀门***具有用于将液压介质输送到液压室中的液压输送装置。液压输送装置具有控制轴，其中控制轴由内燃机机械驱动。控制轴优选地与进入阀的周期性操作同步地被驱动。此外，控制轴具有轴向伸延的、用于液压介质的空腔和至少一个用于将液压介质从空腔向液压室间歇性输送的开口。
根据一个实施方式，提供了一种内燃机。内燃机具有根据本文公开的实施方式之一的至少一个阀门***。
本发明的实施方式尤其可以以低结构开销和控制开销来实现延时元件的有针对性的操控。由此，可以以简单且低成本的方式实现内燃机中的部分负荷行为的改进。因此，本发明的实施方式可以尤其用于具有米勒正时和/或对运行范围具有高要求的内燃机。
附图说明
下面根据实施方式更详细地解释本发明，而所述实施方式不应限制由权利要求限定的保护范围。
所附的附图说明了实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图的元素彼此相关并且不一定按比例绘制。相同的附图标记表示相应类似的部分。
附图示出：
图1A示出根据一个实施方式的根据本发明的控制轴的侧视图。
图1B沿着线B-B示出图1A中的控制轴的横截面图。
图2示出根据一个实施方式的根据本发明的阀门***。
图3示出根据另一实施方式的根据本发明的阀门***。
图4示出根据另一实施方式的根据本发明的阀门***。
图5示出根据另一实施方式的根据本发明的阀门***。
具体实施方式
图2至图5在示意图中示出了阀门***1的不同的实施方式。阀门***1适合于内燃机中的气体交换。
图4和图5示出阀门***的凸轮轴侧的部分(例如，在下置的凸轮轴的情况下，为阀门***的下置的部分)，并且图2和图3示出阀门***的阀杆侧的部分(例如阀门***的上置的部分)。阀门***的所述部分可以经由所有附图中都部分示出的推杆21彼此连接或与常规的阀门***的相应的部件(例如，没有图中所示的延时元件8并且没有液压输送装置)连接。
阀门***1具有用于操作内燃机的进入阀24的进入阀操作机构20。内燃机的进入阀24的操作包括进入阀24的打开运动和关闭运动。进入阀操作机构20具有周期性运动的元件的运动链，用于周期性地按压到进入阀的阀杆上。通过周期性的按压，操作打开运动，并且周期性地撤出按压来操作关闭运动。进入阀操作机构20的元件的周期性运动可以例如通过凸轮轴9产生，其中其余元件将周期性运动从凸轮轴传递到阀杆上。
进入阀操作机构20可以(作为上述运动链的可运动的元件)例如具有拖杆22、摇杆23、推杆21和/或阀桥。例如，图2和图3示意性地示出摇杆23，图4和图5示出拖杆22，并且图1至图4示出推杆21。
阀门***1还具有延时元件8。延时元件8与进入阀操作机构20接触。
在一个实施方式中，延时元件8可以具有液压缸13和液压活塞14。例如，液压缸13和液压活塞14的实施方式在图2至图5中示出。馈入液压室12中的液压介质可以加载液压活塞14。液压活塞14可以反作用于进入阀操作机构20的关闭。此外，延时元件8可以具有弹簧装置11，弹簧装置可以反作用于进入阀操作机构20的关闭运动。
延时元件8与进入阀操作机构20的元件的接触尤其是元件与液压活塞14的耦联，使得元件的打开运动使活塞沿离开液压室12的方向运动(拉动)，并且元件的关闭运动使活塞沿进入液压室12的方向运动(按压)。
在一个实施方式中，延时元件8可以机械地与进入阀操作机构20连接。在另一个实施方式中，在操作进入阀24、尤其关闭进入阀24时，进入阀操作机构20可以与延时元件8接触。
在此，延时元件8可以与进入阀操作机构20的每个在操作进入阀24时运动的元件接触。在一个实施方式中，延时元件8与拖杆22接触。图4和图5示出延时元件8与拖杆22接触的示例。在另一实施方式中，延时元件8与拖杆22接触。图2和图3示出延时元件8与摇杆22接触的示例。图3示出一实施方式，其中摇杆具有附加的推杆25。在另一实施方式中，延时元件8与阀桥(未示出)接触。在另一实施方式中，延时元件8与推杆21接触(未示出)。
延时元件8具有液压室12，用于借助于液压介质延迟进入阀24的关闭运动。液压介质可以例如是发动机油或单独的伺服油循环。
延时元件8有利地实现防止进入阀24过早关闭。如果液压室12没有液压介质，则不进行进入阀24的关闭运动的延迟或基本上不进行延迟。这尤其在全负荷运行中是期望的。例如，在部分负荷运行中，进入阀24的关闭运动的延迟会是期望的。在液压介质存在于液压室12中的情况下，进入阀24的关闭运动可以被通过如下方式延迟：进入阀操作机构20将液压介质从液压室12中挤出或压出。通过使用根据本公开的实施方式之一的阀门***1，可以消除“米勒效应”或米勒正时的负面影响，尤其是在空转和部分负荷运行时。
液压室12可以构成为形成用于容纳液压介质的液压缸。可移动的液压活塞14被设置在液压室12中。
此外，阀门***1具有用于将液压介质输送到液压室12中的液压输送装置。液压输送装置具有控制轴7。图1A示出根据一个实施方式的根据本发明的控制轴7的侧视图。图1B沿着线B-B示出图1A中的控制轴7的横截面图。控制轴7可以具有用于液压介质的空腔10，特别是轴向伸延的空腔10。在一个实施方式中，空腔几乎在控制轴7的整个轴向伸延之上延伸(例如，在控制轴7的轴向伸延的至少60％或至少80％之上)。
液压输送装置可具有输送管路16，输送管路可以与控制轴7连接，以便将液压介质输送给轴向伸延的空腔10。特别地，输送管线16可以是到发动机的管线，其中可以将发动机油用作为液压介质。
控制轴7可以由内燃机机械驱动。控制轴(7)优选地与进入阀的周期性操作同步地驱动，即例如与内燃机的凸轮轴(9)同步地驱动、特别是以与凸轮轴(9)相同的转速驱动。有利地，控制轴7的与凸轮轴9同步的驱动实现控制轴7的对应于凸轮轴9的任何定向的、限定的定向(其中控制轴7的相应的定向例如可经由相位调节器调节)。
控制轴7可以具有至少一个开口5。开口5优选地仅在控制轴7的外环周的部段之上延伸。特别地，开口5优选地不在控制轴7的整个外环周之上延伸。
处于轴向伸延的空腔10中的液压介质可以经由开口5从控制轴7离开。特别地，开口5实现将液压介质从控制轴的轴向伸延的空腔10向延时元件8的液压室12间歇性输送。
在此，控制轴7的空腔10可以经由连接管线15与延时元件8的液压室12处于流体连接。延时元件8可以具有开口，以实现延时元件8的液压室12和连接管线15之间的流体连接。在一个实施方式中，连接管线15可以刚性地与控制轴7支承和/或连接，进而不可转动地支承在控制轴7处和/或与其连接。在控制轴7的开口5仅在控制轴7的外环周的部段之上延伸的情况下，液压介质从控制轴7的空腔10向延时元件的液压室12的输送仅在控制轴7的特定定向下进行。在开口5与连接管线15“重叠”的情况下，会存在空腔10和液压室12之间的流体连接。通过控制轴7的进一步旋转，或换言之如果在控制轴7的开口5和连接管线之间不存在重叠，则可以间歇性地中断从空腔10到液压室12的流体连接。根据一个实施方式，控制轴7的开口5设置成，即尤其控制轴7相对于凸轮轴9的定向设置成：在达到进入阀24的最大阀行程之前或之时才实现液压介质从空腔10向液压室12的间歇性输送。
因此，根据一般方面，液压输送装置因此具有从控制轴7引导至液压室12的连接管线15。在该情况下，连接管线15的入口设置成：控制轴7的开口5周期性地掠过连接管线15的入口，以从空腔10间隙性地输送液压介质。例如，在控制轴7的第一转动角度下，控制轴7的开口5可以与连接管线15的入口重叠，使得经由连接管线15输送液压介质，并且在控制轴7的第二转动角度下，控制轴7的开口5可以不与连接管线15的入口重叠，使得禁止输送液压介质。
阀门***1还可以具有设置在输送管线16中的切换阀2、特别是电磁切换阀2。切换阀2可以设计用于打开和关闭输送管线16(其实施方式在图中示出)。特别地，切换阀2可以设计用于在部分负荷运行中打开输送管线16。由此可以在达到进入阀24的最大阀行程之前实现液压介质从空腔10向液压室12的间歇性的输送。在一个实施方式中，切换阀2可以设计用于当内燃机以全负荷运行和/或不在部分负荷运行下运行时，关闭输送管线16。
阀门***1还可以设计用于实现液压介质从液压室12中间歇性地排出。在一个实施方式中，液压输送装置、优选控制轴7可以设计用于实现液压介质从液压室12中间歇性地排出。特别地，控制轴7可以具有泄槽6，其用于将液压介质从延时元件8的液压室12向泄槽6间歇地排放。特别地，在控制轴7转动时，可以间歇性地打开和中断从液压室12到泄槽6的流体连接。
泄槽6的实施方式例如在图1B、图2、图3、图4和图5中示出。在一个实施方式中，泄槽6设置在控制轴7的外环周处。泄槽6可以在控制轴7的外环周的部段之上延伸。特别地，泄槽6优选地不在控制轴7的整个外环周之上延伸。
控制轴7的泄槽6可以径向地在控制轴7的部段之上延伸。特别地，控制轴7的泄槽6优选地不对应于开口和/或优选地基本上不与控制轴7的轴向伸延的空腔10流体连接。控制轴7的泄槽6可轴向地在控制轴7的部段之上延伸。特别地，泄槽6轴向地优选仅在控制轴7的部段之上延伸。
在一个实施方式中，控制轴7的泄槽6与控制轴7的开口5轴向错开地设置。例如，图1A示出控制轴7的如下实施方式，其中控制轴7的开口5轴向设置在线A-A的区域中，而控制轴7的泄槽6轴向地设置在线B-B的区域中。
控制轴7的轴向伸延的空腔10和控制轴7的泄槽6优选地基本上彼此不流体连接。根据一个实施方式，控制轴7可以在开口5的区域中具有密封件，以避免液压介质在控制轴7的开口5的区域中流出。特别地，控制轴7可以具有密封元件，即例如带槽活塞环4(其示例性实施方式在图1A中示出)或O形环，以避免液压介质在控制轴7的开口5的区域中流出。由此，特别地，可以基本上避免开口5和泄槽6之间的流体连接。
控制轴7的泄槽6可以与延时元件8的液压室12形成流体连接。在一个实施方式中，控制轴7的泄槽6可经由连接管线15与延时元件8的液压室12流体连接。例如，连接管线15可以分叉进而与控制轴7的空腔10、控制轴7的泄槽6和延时元件8的液压室12连接。在另一实施方式中，延时元件8具有第二开口，以实现延时元件8的液压室12和控制轴7的泄槽6之间的流体连接。阀门***1可以具有连接延时元件8的液压室12和控制轴7的泄槽6的第二连接管线。
在一个实施方式中，连接管线15和/或第二连接管线可以刚性地与控制轴支承和/或连接，进而不可转动地支承在控制轴处和/或与其连接。在控制轴7的泄槽6仅在控制轴7的外环周的部段之上延伸的情况下，液压介质从延时元件8的液压室12到控制轴7的泄槽6的排放仅在控制轴7的特定定向下进行。在泄槽6与连接管线15或第二连接管线重叠的情况下，可以存在空腔10和液压室12之间的流体连接。通过控制轴7的进一步旋转，或者换言之，如果不存在泄槽6和连接管线15或第二连接线路的重叠，则可以间歇性地中断从液压室12到泄槽6的流体连接。根据一个实施方式，控制轴7的泄槽6设置成，尤其控制轴7相对于凸轮轴9的定向设置成，使得在达到进入阀24的最大开度之后实现液压介质从液压室12向泄槽6的间歇性排放。
根据本公开的实施方式的阀门***1实现基于机械解决方案延迟进入阀的关闭运动。特别地，根据本公开的实施方式的阀门***1不需要任何电和/或电磁构件来延迟进入阀的关闭运动。特别是在进入阀的关闭运动的控制和可能的校准的上下文中，电和/或电磁构件会导致显著的额外耗费。
图2和图3分别示出根据一个实施方式的阀门***1。延时元件8在此与进入阀操作机构20的摇杆23接触。推杆21仅部分地在图2和图3中示出。虚线箭头表示控制轴7的旋转方向，所述旋转方向不应视为是限制性的。替选地，控制轴7可以逆时针旋转。在图2和图3所示的两个实施方式中可以实现进入阀24的关闭运动的延迟，在所述实施方式中填充有液压介质的延时元件8可以延迟摇杆23的运动，并且作为结果，也延迟进入阀24的关闭运动。
图4和图5分别示出根据一个实施方式的阀门***1。延时元件8在此与进入阀操作机构20的拖杆22接触。仅部分地示出推杆21。在图4和图5所示的两个实施方式中可以实现进入阀24的关闭运动的延迟，在所述实施方式中填充有液压介质的延时元件8可以延迟拖杆22的运动，并且作为结果，也延迟进入阀24的关闭运动。
根据一个实施方式，阀门***1可以具有用于切换阀2的驱动系。驱动系可以具有用于改变输送管线16的关闭时间点的相位调节器，其中该改变优选地以转速和/或负荷相关的方式进行。在另一实施方式中，相位调节器可以改变控制轴7相对于凸轮轴9的定向。因此，相位调节器实现改变液压介质向液压室12的间歇性输送的时间点。
根据一个实施方式，阀门***1可以具有用于绕过切换阀2的旁通阀3，其中通过优选机械或电操作旁通阀3实现将液压介质输送到控制轴7的轴向伸延的空腔10中。旁通阀3实现故障安全运行。
根据一个实施方式，提供一种内燃机。内燃机可以具有多个根据在此公开的实施方式之一的阀门***1。特别地，在控制轴转动时，从控制轴7向所有延时元件8的液压室12的流体连接可以被间歇性打开和中断。
控制轴7可以有多个开口5和/或多个泄槽6。有利地，其中公开的阀门***1和内燃机实现将液压介质从液压输送装置、优选控制轴7向所有延时元件8的液压室12的输送和液压介质从所有延时元件8的液压室12向液压输送装置、优选控制轴7的排放。因此，实现通过控制轴7延迟所有阀门***1的进入阀的关闭运动。有利地，为了延迟进入阀24的关闭运动，对于每个阀门***1不需要单独电或电磁的操控装置或单独的设备，即例如每个内燃机的阀门***的液压介质伺服回路。代替此，根据本发明，控制轴7可以对内燃机的所有液压室12供应液压介质，而不需要用于分配液压介质的电和/或电磁构件。因此，有利地，存在简单且便宜的构造，其中同时确保对延时元件8的安全且准确的操控和降低功率需求。
特别地，设置在输送管线16中的切换阀2实现将液压介质从控制轴7的空腔10输送到所有延时元件8的液压室12中。
尽管在此已经示出和描述了特定的实施方式，但是在不脱离本发明的范围的情况下适当地修改所示出的实施方式也落入本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种用于内燃机的阀门***(1)，所述阀门***具有：
进入阀操作机构(20)，用于周期性地操作所述内燃机的进入阀(24)；
与所述进入阀操作机构(20)接触的延时元件(8)，所述延时元件具有用于借助于液压介质延迟所述进入阀(24)的关闭运动的液压室(12)；
液压输送装置，用于将所述液压介质输送到所述液压室(12)中，
其中所述液压输送装置具有控制轴(7)，其中所述控制轴(7)由所述内燃机机械驱动，优选地与所述进入阀(24)的周期性操作同步地驱动；并且
其中所述控制轴(7)具有轴向伸延的、用于所述液压介质的空腔(10)和至少一个开口(5)，所述至少一个开口(5)用于将所述液压介质从所述空腔(10)向所述液压室(12)间歇性输送。
2.根据权利要求1所述的阀门***，其中所述进入阀操作机构(20)
a.具有摇杆(23)，其中所述延时元件(8)与所述摇杆(23)接触；和/或
b.具有拖杆(22)，其中所述延时元件(8)与所述拖杆(22)接触；和/或
c.具有推杆(21)，其中所述延时元件(8)与所述推杆(21)接触；和/或
d.具有阀桥，其中所述延时元件(8)与所述阀桥接触。
3.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述液压输送装置具有与所述控制轴(7)连接的输送管线(16)，用于将所述液压介质输送到轴向伸延的所述空腔(10)中，其中所述液压介质优选是机油。
4.根据权利要求3所述的阀门***，还具有设置在所述输送管线(16)中的切换阀(2)、优选是电磁切换阀(2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述控制轴(7)的所述空腔(10)能够经由连接管线(15)与所述延时元件(8)的所述液压室(12)形成流体连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述控制轴(7)的所述开口(5)、特别是所述控制轴(7)的所述开口相对于凸轮轴(9)的定向被设置成：在达到所述进入阀(24)的最大气门行程之前或在达到所述进入阀(24)的最大气门行程时，实现所述液压介质从所述空腔(10)向所述液压室(12)的间歇性输送。
7.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述液压室(12)被设计为液压缸，并且所述延时元件(8)还具有液压活塞(14)，其中所述液压活塞(14)可移动地设置在所述液压室(12)中，以便被馈送到所述液压室(12)中的所述液压介质加载，使得被所述液压介质加载的所述液压活塞(14)反作用于所述进入阀操作机构(20)的关闭运动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述控制轴(7)具有泄槽(6)，所述泄槽用于将所述液压介质从所述液压室(12)向所述泄槽(6)并且穿过所述泄槽(6)间歇性排放，
其中优选地，所述泄槽(6)被设置在所述控制轴(7)的外环周处。
9.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述控制轴(7)的所述泄槽(6)、特别是所述控制轴(7)的所述泄槽(6)相对于所述凸轮轴(9)的定向被设置成：在达到所述进入阀(24)的最大开度之后，实现所述液压介质从所述液压室(12)向所述泄槽(6)的间歇性排放。
10.根据权利要求8所述的阀门***，其中所述控制轴(7)的所述泄槽(6)在所述控制轴(7)的部段之上径向延伸，和/或所述控制轴(10)的轴向伸延的所述空腔(10)和所述控制轴(7)的所述泄槽(6)彼此不直接流体连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述延时元件(8)具有弹簧装置(11)，所述弹簧装置反作用于所述进入阀操作机构(20)的关闭运动。
12.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，还具有用于绕过所述切换阀(2)的旁通阀(3)，其中通过优选以机械或电学方式的操作来实现将所述液压介质输送到所述控制轴(7)的轴向伸延的所述空腔(10)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的阀门***，其中所述控制轴(7)的所述泄槽(6)与所述控制轴(7)的所述开口(5)轴向偏移地设置。
14.根据前述权利要求中的一项所述的阀门***，其中所述阀门***具有：
多个进入阀操作机构(20)，所述多个进入阀操作机构用于周期性地操作所述内燃机的相应的多个进入阀(24)；
多个延时元件(8)，所述多个延时元件与所述进入阀操作机构(20)中的相应的进入阀操作机构接触，所述多个延时元件具有用于借助于液压介质延迟相应的所述进入阀(24)的关闭运动的相应的液压室(12)；
其中所述液压输送装置具有控制轴(7)，其中所述控制轴(7)由所述内燃机机械驱动，优选地与所述进入阀(24)的周期性操作同步地驱动；和
其中所述控制轴(7)具有轴向伸延的、用于所述液压介质的空腔(10)和相应的开口(5)，所述开口用于将所述液压介质从所述空腔(10)向相应的所述液压室(12)间歇性输送，使得在所述控制轴(7)转动时，间歇性地打开和中断从所述控制轴(7)到相应的所述延时元件(8)的所述液压室(12)的流体连接。
15.一种内燃机，具有至少一个根据权利要求1至14中任一项所述的阀门***。
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