CN101501305A - 内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有凸轮轴(23)的内燃机，该凸轮轴作用在进、排气门(5、7)上，其中进、排气门(5、7)的升程曲线(EV、AV)由凸轮轴(23)上的凸轮(24、25)的形状确定。在凸轮轴(23)上布置有附加的、作用在排气门(7)上的附加凸轮，从而将相位偏移的附加升程曲线(AVz)作用在排气门(7)上。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的内燃机。

背景技术

AT 408 129 B公开了一种增压式内燃机，该增压式内燃机的排气涡轮机装备有用于可变地调节有效涡轮入口横截面的可变涡轮几何结构。为了能够在发动机制动工作中产生较高的制动功率，将可变涡轮几何结构调节到横截面减小的阻挡位置，从而形成高的排气背压/反压力，内燃机的气缸必须抵抗该排气背压而做排出功/排气功。如果在当前行驶条件下需要制动功率，根据AT 408 129 B，首先通过发动机制动来施加所述功率。

在发动机制动工作过程中，节流阀处于打开位置，以便使得气缸容纳物通过活塞的运动而被排出到排气系统中。这会造成打开的排气门发生振动的问题。

发明内容

本发明的目的在于，以低设计成本生产一种内燃机，该内燃机能够产生较高的发动机制动功率，同时确保较长的工作持续时间。

根据本发明，此目的通过权利要求1的特征而实现。从属权利要求公开了有利的改进方案。

在根据本发明的内燃机中，在凸轮轴上布置有作用在排气门上附加凸轮，该附加凸轮附加于在内燃机的通常工作中将排气门设定到打开位置的凸轮而设。通过附加凸轮实现的排气门附加升程曲线相对于基本升程曲线相位偏移，并与进气门的升程曲线至少部分地交叠。

在通常的点火驱动工作模式中，在通常换气中的抬升以外、还将排气门附加地提升和打开直到某一程度，便允许进行所谓的内部排气再循环，在所述内部排气再循环中来自排气系统的排气的部分质量流经由打开的换气门通过气缸直接再循环到进气系统中。排气再循环特别是在部分载荷工作中进行，使得能减少排气中的氮氧化物NOx。内部排气再循环能够使待通过所谓的外部排气再循环结构再循环的排气质量流或者被减少、或者必要时甚至被完全调节，所述外部排气再循环结构具有在排气系统和进气系统之间的外部管线。

另一方面，在发动机制动工作中，在通常换气以外、对排气门的附加抬升用于控制气缸的再增压和增大发动机制动功率。与现有技术中已知的标准凸轮轴相比，根据本发明实施的凸轮轴在在最高的发动机制动功率下控制排气门的调节机制方面是有利的。现有技术中发生的排气门在发动机制动工作中的振动在根据本发明的实施形式中显著地减小。排气门在气体高压和高流速的状态下以受控方式被引导，从而排除了排气门不受控制地提升以及随之而来地在排气门上作用高载荷的情况。对排气门的附加的受控地抬升能以简单的构造方式实现，因为仅须在凸轮轴上设置用于实现附加升程曲线的附加凸轮。

根据一种有利的实施形式，排气门的附加升程曲线的关闭时刻在时间上位于进气门的升程曲线的关闭时刻之后。如果进气门和排气门同时打开，则在排气系统和进气系统之间通过气缸建立贯通的流动连接。内部排气再循环可在这个阶段内进行。在关闭进气门(的时刻)与排气门的附加升程期间排气门的关闭时刻之间的很短的阶段中，气缸中的活塞位于下止点区域中从进气冲程向压缩冲程进行过渡，这样气缸能部分地被填充以来自排气系统的排气，并整体上改进填充程度。

排气门的附加升程曲线的打开持续时间有利地比进气门的打开持续时间短，尽管合适地至少为30％，但是通常不超过50％或不超出50％很多。此外，附加升程曲线的升程合适地明显小于进气门的升程，尽管有利地至少为所述进气门的升程的10％，但通常不超过20％。在附加升程曲线期间对排气门的持续时间的缩短和升程的减小与在该阶段中完全关闭的排气门相比，在内燃机的一般的点火工作中可预期不造成损害或仅造成很小的损害。

在另一有利的实施形式中，能够提供一种附加的换气门，该换气门设计成节流阀，该节流阀和排气门同样地在打开状态下开放通向排出系统的出口，但可独立于排气门而被致动。此节流阀有利地配设有自己的、独立操作的致动器，其中节流阀有利地在发动机制动工作中处于不变的打开位置，而在点火工作中(保持)关闭。

根据又一优选实施形式，所述内燃机设有排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器的排气涡轮机配设有用于可变地调节有效涡轮入口横截面的可变涡轮几何结构。为了产生高的发动机制动功率，将可变涡轮几何结构调节到横截面减小的阻挡位置，从而在气缸出口和排气涡轮机之间形成高排气背压，该排气背压对气缸容纳物的排出施加反作用。

附图说明

其它优点和有利的实施例可从其它权利要求、附图说明以及附图而推知，其中：

图1是具有排气涡轮增压器的内燃机的示意图，以放大视图示出内燃机气缸中的一个，该气缸包括配置的进气门和排气门以及影响所述所门的升程曲线的凸轮轴，

图2是进气门和排气门的升程曲线图，其中还示出排气门的附加升程曲线。

具体实施方式

图1示出例如为柴油发动机或火花点火发动机的内燃机。放大图表示内燃机的气缸1，该气缸的燃烧室9通过进气门5流动地连接于进气通道4且通过排气门7流动连接到排气歧管6。进气通道4属于内燃机的进气系统20，而排气歧管6连接于内燃机的排气管线16。当进气门5被打开时，燃烧空气通过进气通道4流进气缸1的燃烧室，当排气门7被打开时，燃烧室中的气体通过排气歧管6被排出到排气系统或排气管线16中。

设置凸轮轴23以控制换气门5和7，在该凸轮轴23上布置有凸轮24和25，其中凸轮24配属于进气门5而凸轮25配属于排气门7。凸轮24和25的轮廓通过合适的传动构件传递到换气门5和7。气门5和7的升程曲线由凸轮的轮廓确定。在绕凸轮轴纵轴线旋转时，各个凸轮的轮廓都被感知/接触并分别传递到各个气门5、7上以产生升程曲线。

此外，在气缸1上布置有节流阀28作为向排气管线16打开的排气门。节流阀28独立于凸轮轴23而由致动器29致动。

全部换气门5、7和28都位于内燃机的气缸盖3中。

除了凸轮25之外，还为排气门7配设另一凸轮，或者凸轮25还具有附加的凸轮，通过该附加的凸轮可在排气门7上施加附加的升程曲线。此附加升程曲线在图2中示出并将结合图2进行描述。

如图1中还可见，内燃机配设有排气涡轮增压器2，该排气涡轮增压器包括在排气管线16中的排气涡轮机10和进气系统20中的压缩机11。排气涡轮机10的涡轮通过轴12旋转联接到压缩机11的压缩机轮上。在内燃机的工作中，燃烧空气通过压缩机进口19从周围环境供应到压缩机11，该燃烧空气由压缩机轮压缩到升高的压力。在压缩状态下，空气通过压缩机出口21离开压缩机，并通过进气系统20被供给到进气通道4中，其中必要时在流入进气通道之前还在增压空气冷却器中进行冷却。

在排气侧上，从燃烧室9排出的气体流过排气管线16和涡轮入口17并驱动在那里的涡轮。减压的气体通过涡轮机出口18从涡轮机排出。

有利地，排气涡轮机10设有可变涡轮几何结构13，该可变涡轮几何结构可用于在最小的阻挡位置和最大的打开位置之间调节相对于涡轮的有效涡轮入口横截面。可变涡轮几何结构具体是例如制动格栅(Bremsgitter)，该制动格栅可轴向插入涡轮机入口通道中。然而也可能是，实施成导向格栅，该导向格栅布置在涡轮入口横截面中并具有可调节的导向叶片。

排气涡轮机10由旁路26跨接，在该旁路中设有可调旁路阀27。旁路26从排气涡轮机10下游的排气管线16分支出，并再通入在排气涡轮机的下游的排气管线。设置一致动器14以调节旁路阀27。

此外，内燃机设有排气再循环装置30，该排气再循环装置包括其中设有排气冷却器32的再循环管线31和可调节的单向截止阀33。再循环管线31在排气涡轮机10的上游从排气管线16分出，并在增压空气冷却器34的下游通入进气系统20。排气再循环装置30是所谓的外部排气再循环结构，其中通过气缸外部的管线执行从排气系统到进气系统的气体再循环。另一方面，如果进气门和排气门(都)被打开，流动通过气缸的燃烧室9从排气管线16直接传送到进气系统20，则称之为“内部排气再循环”。

在排气涡轮机10的下游，在排气管线16中布置了可调节的制动闸板/阀瓣35。制动闸板35设置在紧靠排气净化装置36的上游。

根据各种状态和工作变量，内燃机或内燃机的辅助设备中的致动构件和致动器由来自调节控制单元15的致动信号进行调节。这些状态和工作变量包括例如作为发动机参数的发动机速度n、进气通道4中的增压压力P_L和涡轮机入口17处的涡轮机入口压力P_E。其它的参数和影响变量包括由驾驶员限定的制动功率要求P_Br，该制动功率要求被传递给机械车轮制动器P_Br，R以及必要时的手制动器P_Br，H。此外，还要考虑作为表示行驶状态的变量的行驶速度v以及必要时表示危险情况的危险信号GS。此外，可在模块S中执行换气门的安全检查，其中，在发生错误的情况下会显示出错信号F。前述全部的影响变量或状态及工作变量都被供应到调节控制单元，并在那里进行处理。用于调节例如可变涡轮机几何结构13、用于节流阀28的致动器29、用于旁路阀27的致动器14以及排气再循环装置30中的截止阀33的致动信号根据这些变量产生。

图2示出排气门和进气门根据曲柄角(以角度表示)的升程曲线AV和EV的示意图。在排气阶段，大致在180°曲柄角(下止点UT)与360°曲柄角之间，排气门被以升程曲线AV打开，此角度范围表示排气阶段。大致在360°(上止点OT)与540°曲柄角之间，进气门以升程曲线EV处于打开位置，这个阶段称为进气阶段。进气门的升程曲线EV的打开持续时间表征为

大致在进气门的升程曲线EV的第二半程/后半程中，进气门另外根据绘制的升程曲线AVz被打开。此排气门的附加升程曲线AVz的打开持续时间由

表征，

至少是进气门升程曲线EV的打开持续时间

的30％，但有利地不超过50％。附加升程曲线AVz的升程曲线高度也比升程曲线AV和EV的高度低很多，附加升程曲线AVz的升程H_AV，Z优选至少为进气门的升程H_EV的10％，但是有利地不会多于20％或30％。排气门的打开时刻——即升程曲线AVz的开始——大致与进气门的升程曲线EV的峰值(时刻)一致。

Claims (14)

1.一种具有凸轮轴(23)的内燃机，该凸轮轴作用在进、排气门(5、7)上，该进、排气门能打开或关闭气缸(1)上的进、排气口，其中进、排气门(5、7)的升程曲线(EV、AV)由凸轮轴(23)上的凸轮(24、25)的形状确定，其中进气门(5)的升程曲线(EV)相对于排气门(7)的升程曲线(AV)有相位偏移，

其特征在于，在凸轮轴(23)上布置有附加的、作用在排气门(7)上的附加凸轮，从而对排气门(7)施加相位偏移的附加升程曲线(AVz)，该附加升程曲线与进气门(5)的升程曲线(EV)至少部分地交叠。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述排气门(7)的附加升程曲线(AVz)的关闭时刻位于进气门(5)的升程曲线(EV)的关闭时刻之后。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述排气门(7)的附加升程曲线(AVz)的打开持续时间

比进气门(5)的升程曲线(EV)的打开持续时间短。

4.根据权利要求1到3中任何一项所述的内燃机，其特征在于，排气门(7)的附加升程曲线(AVz)的打开持续时间至少为进气门(5)的升程曲线(EV)的打开持续时间

的30％：

5.根据权利要求1到4中任何一项所述的内燃机，其特征在于，在附加升程曲线(AVz)的打开时刻，进气门(5)的升程曲线(EV)取峰值。

6.根据权利要求1到5中任何一项所述的内燃机，其特征在于，附加升程曲线(AVz)的升程(H_AV，z)小于进气门(5)的升程(H_EV)。

7.根据权利要求1到6中任何一项所述的内燃机，其特征在于，附加升程曲线(AVz)的升程(H_AV，z)至少为进气门(5)的升程(H_EV)的10％。

$\frac{H_{\mathrm{AV},Z}}{H_{\mathrm{EV}}}>10\%$

8.根据权利要求1到7中任何一项所述的内燃机，其特征在于，设置有可调的节流阀(28)作为附加的排气门。

9.根据权利要求8所述的内燃机，其特征在于，所述节流阀(28)能通过配属于该节流阀的、能单独致动的致动器(29)来调节。

10.根据权利要求8或9所述的内燃机，其特征在于，所述节流阀(28)在发动机制动阶段处于一不变的打开位置。

11.根据权利要求1到10中任何一项所述的内燃机，其特征在于，设置有排气再循环装置(30)，该排气再循环装置具有在排气系统和进气系统(20)之间的再循环管线(31)和可调截止阀(33)。

12.根据权利要求1到11中任何一项所述的内燃机，其特征在于，设置有包括排气系统中的排气涡轮机(10)和进气系统(20)中的压缩机(11)的排气涡轮增压器(2)。

13.根据权利要求12所述的内燃机，其特征在于，排气涡轮机(10)配设有用于可变地调节有效涡轮入口横截面的可变涡轮几何结构(13)。

14.根据权利要求1到13中任何一项所述的内燃机，其特征在于，在排气系统中布置有可调的制动闸板(35)。

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