CN100342126C - 一种用于内燃机的机构 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一个用于将EGR气体输送到多缸四冲程内燃机的燃烧室的机构。对于每个有活塞的气缸，它有至少一个进气门和至少一个排气门(10)，用于分别控制气缸内燃烧室和进气系统及排气系统的连接。具有凸轮曲线(23)的可旋转的凸轮轴(18)被设计成与凸轮从动体(17)相互作用，用于在第一次开启和关闭的相位中操纵排气门(10)。凸轮曲线(23)也被设计成在第二次开启和关闭的相位时与第二个凸轮从动体(20)相互作用，这个相位与前面提及的第一次开启和关闭相位有一个相位差。一旦排气冲程结束，这允许在进气冲程中气缸和排气系统相连。

Description

一种用于内燃机的机构
技术领域
本发明是关于一个用于将EGR气体输送到多缸四冲程内燃机的燃烧室的机构，对于每个有活塞的气缸，它有至少一个进气门和至少一个排气门，用于分别控制气缸内燃烧室和进气系统及排气系统的连接，具有凸轮曲线的可旋转的凸轮轴被设计成与凸轮从动体相互作用，用于在第一次开启和关闭的相位中操纵排气门。
背景技术
废气再循环也叫EGR，是一种广为人知的方法，在这种方法里来自发动机的总的废气流的一部分被再次循环用于和新鲜空气混合进入发动机气缸。这使减少废气中氮氧化物的数量成为可能。
这种再循环通常通过分流阀和在发动机外侧扩展出的、从排气侧到进气侧的管路发生。由于空间的原因，在一些情况下，它需要在没有这种布置的情况下能够完成EGR混合。由于这个原因，它被建议通过使用通常的发动机进气和排气门来完成，这两个气门用于废气从发动机排气歧管到气缸的回流，即所说的内部EGR(IEGR)。在发动机工作循环中，在这种情况下，这种回流可以通过气门的额外开启来完成，如排气门。
然而在增压柴油发动机的情况下，在涡轮增压器上游的废气侧提供足够额外的压力把废气传递到压缩器下游的进气侧是非常困难的。然而，当进气压力非常平滑的时候，在排气侧会有压力脉冲，这意味着在排气侧的压力峰值可能会比进气压力高，尽管它的平均值比较小。如果在发动机进气冲程中，排气门在这个峰值的压力下开启，废气会流回到气缸内。
两位置气门间隙的使用已经被大家知道，例如机械调节气门间隙结合液压调节0间隙，它能根据发动机工作状态激活/不激活，在发动机动力输出和发动机制动(减压制动)之间切换。被激活/不激活的额外的气门行程可以被机械调整气门间隙覆盖，却会在0间隙被激活时产生。这种方法的使用也可以被考虑为了获得EGR而激活/不激活额外气门行程。机械气门间隙对于用于较重的公路汽车或卡车的发动机来说是1～3mm的数量级。然而，这个结果是主要的气门行程需要有长的上升和下降斜率，它的数量级至少等于机械气门间隙的数量级。对于激活和不激活0间隙调整两种情况，这些长的斜率被需要为了在气门行程的开始时避免机构里的碰撞，同时在气门行程结束时避免过大的气门座接触速度。这也意味着当0间隙调整被激活/不激活时主气门行程保持不变。如果主气门升程被优化用于EGR激活(0间隙激活)时的工作状态，例如，当EGR不被激活时，主升程将不能再被优化(大的机械间隙)，这将在临界操作状态时使增压器提供给的发动机增压气体的能力受到负面影响。长的斜率在0间隙时也会引起一个问题，因为排气门行程在最大气缸压力产生后立即产生，这样导致了为了抵抗很高的气缸压力打开气门时在气门机构中过高的压力。
希望用于完成气门额外开启的机构不应该在发动机气门机构可用的空间内沿纵向扩展过大。例如，现代柴油机的高压缩比意味着气门机构必须要被设计用于非常高的接触压力。而且，这种类型的发动机可以装备有许多形式的压缩制动器，它的执行器需要空间。用于废气再循环(EGR)的机构因此不应该侵占任何压缩制动系统的空间。对于功能的容易接合和分离的便利性也是需要的。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种机构，它在有上面描述的功能限制的情况下允许内燃机中的废气再循环(EGR)。
在本发明所述的机构中，对于每个具有活塞的气缸，它有至少一个进气门和至少一个排气门，用于分别控制气缸内燃烧室和进气系统及排气系统的连接；具有凸轮的可旋转的凸轮轴被设计为与凸轮从动体相互作用，用于在一个工作循环的第一次开启和关闭相位时操纵排气门，其特征在于：凸轮被设计成，在一个工作循环的第二次开启和关闭相位时与第二个凸轮从动体相互作用，这个相位与前面提及的第一次开启和关闭相位有一个相位差，一旦排气冲程结束，这允许在进气冲程中气缸和排气系统相连。
在第二开启和关闭相位里，凸轮曲线被设计成和第二凸轮从动体相互作用，此相位和前面提到的第一开启和关闭相位有一个相位差，这个事实意味着一旦排气冲程结束，在进气冲程中气缸可以通过简单的方法与排气系统相连。因此，当第二凸轮从动体随着凸轮轴凸轮运动，全凸轮提升不是必须要重复，对于用凸轮轴凸轮上部去完成用于EGR气体所需的额外的提升成为可能。
在本发明的一个典型实施例中，在排气门的开启相位，凸轮曲线有第一个上升斜率和第一个凸轮从动体相互作用；在排气门的两个开启相位，第二个上升斜率和这两个凸轮从动体相互作用。对应于上升斜率，凸轮曲线也有利地具有第一和第二下降斜率。
本发明的另一个典型实施例中，两个凸轮从动体被安装在旋转臂上。在这种情况下，臂可以形成一个凸轮从动体，它位于气缸盖的下面，被设计成不直接作用在排气门上。替代的，臂可以形成摇杆臂，它位于气缸盖内，被设计成直接作用在排气门上。
在这两个不同例子中，臂可以带有可旋转的被支撑的第二臂，它可以在非主动位置和主动位置之间被移动，同时支撑着第二凸轮从动体。在这种情况下，第二臂可以在液压作用下通过一个液压活塞在两个位置移动。当第二凸轮从动体被激活/不激活，第一凸轮从动体向着凸轮轴凸轮的运动关于气门主升程保持不变，同时和凸轮轴凸轮接触的处于主动位置的第二凸轮从动体推动气门完成额外的行程。
根据本发明的优选实施例，液压活塞通过可控的单向阀被连接到液压流体源。这是相当合适的设计以至于在一个工作位置，液压流体能够向两个方向流动，当液体压力超过某个值的情况下，单向阀被切换到第二工作位置，这避免了液体的回流，同时第二臂相对于臂锁死。
附图说明
参考附图所示的具体实施例，本发明将在后文中详细的描述，其中：
图1是曲线图，根据本发明描述了带有EGR的内燃机的气门功能和压力比，
图2表示了根据本发明的第一变型例的气门机构的示意图，用于进行根据图1的废气再循环，
图3是图2沿着线III-III的剖面图，和
图4表示了根据本发明的第二变型例的气门机构的示意图。
具体实施方式
图1所示的曲线，通过曲线A，阐述了在四冲程柴油发动机的工作循环中的发动机气缸里的压力变化。曲线B表示了六缸发动机进气侧的压力变化。曲线C表示了同一发动机在工作循环中排气侧的压力变化(切开排气歧管)。曲线D表示了在工作循环的进气门的升程曲线，同时曲线E表示了在工作循环中排气门的升程曲线。注意曲线A的y轴位于远离曲线图的左侧。曲线B，C，D和E的y轴在曲线图的右侧。
从曲线图中可以明显看到，排气门在角度间隔大约110°到370°之间有通常的提升运动，在大约390°到450°之间也有额外的提升运动。排气侧的压力(曲线C)表示了在这个间隔中最大的压力值。这个压力脉冲来源于按照点火顺序的这个发动机下一气缸的排气过程，因此被用来强迫EGR气体返回这个刚才排空废气的气缸。
图2示意图所表示的气门机构位于气缸盖里，并包括了带有气门弹簧11和公共杆架12的两个排气门10。杆架被摇杆臂13带动，摇杆臂可旋转的支撑在摇杆臂轴14上。在轴14的一侧，摇杆臂13有一个气门压力臂15，另一侧有一个凸轮跟随臂16，该凸轮跟随臂具有以摇杆臂滚轮的形式设置的第一凸轮从动体17，其通常与凸轮轴18相互作用。凸轮跟随臂16还设有第二臂19，该第二臂可旋转的被支撑在凸轮跟随臂的外端，并具有以第二摇杆臂滚轮的形式设置的第二凸轮从动体20。
第二臂19能够通过位于摇杆臂里的液压活塞21在非主动位置和主动位置之间被移动，参考图3它将被详细的描述。在非主动位置(图2中未标出)，凸轮轴18的凸轮23仅仅通过第一凸轮从动体17作用在摇杆臂13上。在主动位置(如图2所示)，凸轮23通过第二凸轮从动体20作用在摇杆臂13上。几何关系，即第二臂19的长度和角度，被设计为，在主动位置摇杆臂通过凸轮23在所需要的相位角上被激活，即在凸轮轴18旋转方向大约80-110度之后。第二臂19的主动位置的角度可以通过限位器24被调整。压缩弹簧25被插入凸轮跟随臂和第二臂之间，为了带动第二臂挤压液压活塞的端部。
为了用经济的方式采用一个同样的凸轮轴凸轮23产生两个单独的提升运动，后者(见图1曲线E)有一个上升斜率23a；用于在排气门第一个开启相位过程中和第一个凸轮从动体17相互作用；和第二个上升斜率23b，用于在排气门10的两个开启相位过程中和两个凸轮从动体17，20相互作用。另外，凸轮23有相应于上升斜率23a，23b的第一个和第二个下降斜率23c，23d。
升程曲线具有在第一个上升斜率23a后提升速度显著增加的特点，然后提升速度下降，同时第二上升23b斜率具有适当的提升速度。在上升斜率23b之后，提升速度再一次增加，在最大气门升程时变成零。关于升程曲线的下降过程，在随后在上部下降斜率23c减少到较低的关闭速度之前，关闭速度仅仅在最大气门升程之后增加。在下降斜率23c之后，关闭速度在减少到较低下降斜率23d之前再次增加，最后在第二斜率端处达到零。当凸轮曲线和气门之间机构的间隙在接近气门开启的连接过程中被减少到零时，上升斜率被使用。下降斜率在气门回座到气门座的连接过程中被使用。
液压活塞21的控制件能够从图3被看到，它是在图2沿着线III-III的摇杆臂13的剖面图。这个轴有管26，它和摇杆臂内的管27相连，通过可控的单向阀28将油压提供到液压活塞的压力缸21中。
单向阀28作为一个可控的单向阀。弹簧34把球31压在球座30上。第二个弹簧29压在工作活塞33，同时弹簧29的弹簧力大于弹簧34的弹簧力，这意味着在低的液体压力下，弹簧29和带有笔尖形状端面35的工作活塞把球31从球座30上压出，同时液体可以双向流动。当液压超过某个特定值，作用在工作活塞33上的压力，克服来自弹簧29的力，同时工作活塞33压在它的限位器32上。液体压力也会试图把球31从球座30上压出，压力传到液压活塞21，从而使它移动到它的外部位置。当液压活塞21到达由限位器螺纹24确定的它的外部位置，流过球31的液体流停止，同时弹簧34把它压在球座30上，同时球31和球座30间的密封避免了任何液压流体的回流。第二臂19然后被锁在凸轮跟随臂16上。
因此，单向阀28被设计成，当在所说液压流体管26，27中的液压流体压力小于某个特定值时不激活(即两个方向都不允许流动)，当在所说液压流体管中的液压流体压力超过前面所述的特定值时被激活(即仅仅允许单向流动)。这意味着，当第二摇杆臂19不和凸轮轴凸轮23相连时，液压活塞21能够被液体压力推出；但是，当在凸轮轴凸轮和第二摇杆臂19相连时，液压活塞21被锁在单向阀相反的方向上。通过控制管26里的压力，第二臂从而能被液压活塞21带到所设的主动位置，在这个位置摇杆臂13和第二臂通过液压被互锁。当压力再次增加时，液压流体能够从液压活塞21中释放返回到管26。
在发动机中，它配备有上面所述的废气再循环(EGR)和这种类型的传统压缩制动系统，举个例子，在公开的专利申请SE470363中所描述的，如上文描述的带有两个不同的单向阀28的摇杆臂需要两个单独的润滑油供给系统。
图4表示了气门机构的一个变形例，其中第一凸轮从动体36被安装在轴37上的气缸盖的下面。气门杆架12通过推杆38和摇杆臂39运动。根据图2在典型实施例中摇杆臂13具有相同的特性，凸轮从动体36带有一个具有第二凸轮从动体20的第二臂19。如上文描述的方法，在液压活塞21的作用之下，第二臂19能在非主动位置和主动位置之间运动。
本发明必须不被认为局限在上文所述的典型实施例之内，在其权利要求的范围内，更多的进一步变化和修改也是可行的。举个例子，第二凸轮从动体20可以使用除了旋转臂19以外的方法驱动，如线性运动，或者这种运动不需要液压来完成，而是通过电子或机械装置完成。

Claims (10)

1.一个用于将EGR气体输送到多缸四冲程内燃机的燃烧室的机构，对于每个具有活塞的气缸，它有至少一个进气门和至少一个排气门(10)，用于分别控制气缸内燃烧室和进气系统及排气系统的连接；具有凸轮(23)的可旋转的凸轮轴(18)被设计为与凸轮从动体(17)相互作用，用于在一个工作循环的第一次开启和关闭相位时操纵排气门(10)，
其特征在于：凸轮(23)被设计成，在一个工作循环的第二次开启和关闭相位时与第二个凸轮从动体(20)相互作用，这个相位与前面提及的第一次开启和关闭相位有一个相位差，一旦排气冲程结束，这允许在进气冲程中气缸和排气系统相连。
2.如权利要求1的机构，其特征在于：所述凸轮具有第一个上升斜率(23a)，用于在排气门的第一个开启相位中与第一个凸轮从动体(17)相互作用；所述凸轮还具有第二个上升斜率(23b)，用于在排气门(10)的两个开启相位中，与凸轮从动体(17)和凸轮从动体(20)相互作用。
3.如权利要求2的机构，其特征在于：凸轮(23)具有相应于上升斜率(23a，23b)的第一个和第二个下降斜率(23c，23d)。
4.如权利要求1到3中任一个的机构，其特征在于：凸轮从动体(17，20)安装在旋转臂(13，36)上。
5.如权利要求4的机构，其特征在于：所述旋转臂形成为一个凸轮从动体(36)，该凸轮从动体位于气缸盖的下面并被设计成通过推杆(38)和摇杆臂(39)间接地作用在排气门(10)上。
6.如权利要求4的机构，其特征在于：所述旋转臂形成为一个摇杆臂(13)，该摇杆臂位于气缸盖里并被设计用来直接作用在排气门(10)上。
7.如权利要求4的机构，其特征在于：所述旋转臂(13，36)设有一个可旋转支撑的第二臂(19)，该第二臂可以在非主动位置和主动位置之间被移动，同时支撑第二凸轮从动体。
8.如权利要求7的机构，其特征在于：第二臂(19)能够在液压作用下通过一个液压活塞(21)在两个位置间移动。
9.如权利要求8的机构，其特征在于：液压活塞(21)通过一个液压流体管(26，27)和一个可控的单向阀(28)被连接到液压流体源。
10.如权利要求9的机构，其特征在于：可控单向阀(28)被设计成，在一个工作位置上液压流体能够向两个方向流动，当液体压力超过某个特定值时单向阀切换到第二个工作位置，这样避免了液压流体的回流，第二臂(19)相对于旋转臂(13，36)锁定。
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