內燃機的具有載荷控制的增壓裝置的製作方法

2023-10-31 20:19:57

專利名稱：內燃機的具有載荷控制的增壓裝置的製作方法
技術領域：
為了改進氣缸的燃燒用空氣的充氣，在內燃機上採用了增壓裝置。該增壓裝置可以設計為一種廢氣渦輪增壓器、或者機械驅動的增壓器，或者也可以設計為壓力波增壓器，並且在內燃機的吸氣裝置中提高壓力級，以便在內燃機的進氣閥打開時使各氣缸達到更高的充氣係數。在內燃機低轉速時在廢氣渦輪增壓器中出現所謂的「渦輪洞」，這是因為由於廢氣體積流量較小而從渦輪輸送到廢氣渦輪增壓器的壓縮機轉子的機械功率不足以提高內燃機的吸氣裝置中的壓力所致。
背景技術：
在無論是自行點火還是外源點火的內燃機中所採用的廢氣渦輪增壓器中，在內燃機的低轉速區域中都出現上述的渦輪洞。在內燃機的這種運行狀態中，由內燃機所產生的廢氣流量不足以驅動具有用其能足夠地提高內燃機的進氣裝置中壓力的轉速的廢氣渦輪增壓器的壓縮機轉子。
一種能控制廢氣渦輪增壓器的上述運行特點的方案是，在廢氣渦輪增壓器上例如設置可電驅動的附加裝置，它例如通過一個自由輪離合器從達到內燃機的某一低的轉速數值時起就可接通，並且在超過某一個且避開渦輪洞的內燃機轉速時又可重新關閉。這點例如可通過一個自由輪離合器或者一個超速離合器等來完成。
由背景技術已知一些脈動增壓器。這些脈動增壓器設置在內燃機進氣側的吸氣裝置中。到目前為止所採用的脈動增壓器是按閥門原理起作用的，並且具有一個集成到內燃機用的增壓空氣供給裝置中的閥門組裝件。然而所採用的閥門原理有一個很大的缺點，即由於開關時間極短、並且與止動面經常機械接觸而致使閥門的穩定性仍然像以前將令人不滿意地下降。經常撞擊所述增壓空氣供氣裝置壁上的這樣一些脈動增壓器的被驅動的閥門，一方面會產生機械磨損，另一方面會在吸氣側產生並非微不足道的噪聲。另一方面，隨著內燃機的運行時間的增加而在所採用的脈動增壓器的閥門中所出現的磨損會導致在關閉狀態時閥門不再是完全密封的，並沿著不再密封關閉的閥門出現增壓空氣的一個隨時間而增加的洩漏氣流。這種增壓空氣洩漏氣流對內燃機的進氣裝置中這種類型設計的脈動增壓器的效率產生負面影響。
在將在內燃機吸氣裝置中使用的脈動增壓器設計成圓筒轉閥(例如其形狀為一個具有橫穿孔的圓筒)時，為了蓋住增壓空氣供氣裝置的整個開孔橫截面，脈動增壓器的結構體積比較大。這類設計的脈動增壓器除了結構容積大以外還有運動質量大的缺點，這樣，它的使用對驅動裝置提出了更高的要求，並且在另一方面會導致大的質量慣性矩。採用作為圓筒轉閥設計的脈動增壓器很難達到短時開關。
在自行點火的內燃機中、或在所有具有廢氣回流閥的內燃機中有另一嚴重缺點，就是由所述廢氣回流閥所引起的積炭問題。在此必須控制在整個供給廢氣的吸氣管截面中形成的幾毫米厚的焦油層。由於在吸氣管段的側壁上沉積下來的焦油層，由此引起的質量的增加導致在開關時間上的很大問題。此外，也可能出現按照閥門原理工作的脈動增壓器的閥門粘住的問題，這最後導致脈動增壓器單元的故障。通常在吸氣裝置中使用節氣裝置，以便能在內燃機的部分載荷區域中實現對載荷或者充氣的控制。

發明內容
本發明建議通過一種旋轉滑閥來實現內燃機吸氣裝置中的一個脈動增壓器。這種脈動增壓器通過在一個例如設計成電動機的旋轉調節器上的一個可電操縱的脈動離合器來驅動。
這種方案的優點是，根據本發明所建議的方案對沉積物比較不敏感。所述功能表面、也就是一個包圍旋轉滑閥的外殼的內圓周表面形成一個用於旋轉滑閥外表面的滑動軸承表面。這樣，根據滑動軸承原理使所述旋轉滑閥被支承在包圍該旋轉滑閥的殼體的內部中。這樣就可達到所述表面的自我清除，通過這一措施使得該方案對沉積物就不敏感了。
此外，根據本發明所建議的脈動增壓器的方案由於具有一個有電特性的脈動離合器而具有很迅速的開關特性，其中對此可以省掉一個節流裝置，因為所述設計成旋轉滑閥的脈動增壓器可以承擔節流功能。與一個節流裝置相比，採用根據本發明所建議的、處於內燃機的吸氣裝置中的脈動增壓器可對氣缸充氣進行最佳的控制，且充氣動力更高。
還有另一優點，即與按閥門原理工作的脈動增壓器相反，在根據本發明所建議的方案中在密封表面上沒有機械撞擊，而這種機械撞擊必然與很大的磨損聯繫在一起。代替它的是通過一個可電操縱的制動鉤使得機械止擋的功能與密封功能相脫離。在根據本發明所建議方案中的密封功能是通過下述措施產生的，即所建議的脈動增壓器具有一個缸體，該缸體設置在一個包圍它的殼體中，而該殼體又包圍著內燃機的吸氣裝置中的有關吸氣管段。


下面藉助附圖對本發明進行更詳細的說明。
附圖示出圖1表示配置於一個內燃機的所具有的部件，其中在吸氣裝置中設置了一個按照閥門原理工作的脈動增壓器；圖2根據本發明所建議的脈動增壓器的一個實施方案；圖3根據本發明所建議的脈動增壓器的一個延伸的實施方案；圖4作為共軸-旋轉滑閥的實施方案。
具體實施例方式
圖1表示作為內燃機1的外點火的內燃機連同它的在吸氣裝置中以及排氣裝置中的部件。用於在燃燒室中燃燒的所需燃燒用空氣通過一個進氣口4輸送到內燃機1，該進氣口可以配設一個空氣量測量計以及一個空氣過濾元件。燃燒用空氣流向一個供氣裝置9，並且在這種情況下可以經過一個有選擇地配設給內燃機的增壓裝置5的一個壓縮機部件6。增壓裝置5包括已提到的壓縮機部件6以及一個渦輪部件7。壓縮機部件6和渦輪部件7通過一個軸8彼此連接。必要時預先壓縮的燃燒用空氣流向供氣裝置9，經過一個中間冷卻器10，在它的後面可以連接一個增壓空氣傳感器11。在供氣裝置9中流動的燃燒用空氣通過用附圖標記27標記的箭頭表示。在通過增壓空氣傳感器11後，燃燒用空氣通過一個節流裝置12流向一個脈動增壓器13。脈動增壓器13緊挨地設置在內燃機1的進氣側2的前面，並且在所述實施方案中按閥門原理進行設計。
在可能的3-、4-、5-、6-、8-、10-或者12缸的內燃機中，該內燃機包括與氣缸數量相同相應的進氣閥15。此外，在圖1中示例表示的內燃機還包括點火裝置16，該點火裝置按照氣缸數配屬於單個氣缸。
在內燃機1的排氣側3處，容納有與氣缸數量相應數量的排氣閥17。通過排氣閥17使廢氣流到一個排氣通道23、並且給增壓裝置5的布置在該排氣通道中的渦輪部件7施加載荷。也可有選擇地在排氣通道23中裝進一個廢氣門24，通過該廢氣門可以改變流到一個排氣管道25的排氣流。
緊挨在脈動增壓器13的後面設置有一個噴油嘴14，在進氣閥15打開時通過該噴油嘴可將燃油噴入到一個燃燒室18中。在燃燒室18內部中，當進氣閥15和排氣閥17關閉時，活塞19向上運動時被壓縮的混合氣被點燃，並且發生爆炸。
為了完整起見，值得一提的是給內燃機1配設至少一個爆震傳感器20、一個用於採集冷卻劑溫度的溫度傳感器21，並且在曲軸振動輪的部位處設置一個轉速傳感器22。
從圖2可得到一個根據本發明所建議的一個脈動增壓器的一個實施方案。圖2中所示的脈動增壓器設計成旋轉閥30。該旋轉閥30包括一個圓筒地構成的殼體31。該殼體包圍著一個吸氣管44的一個吸氣管段。在設計為圓筒的殼體31的內部容納著一個可轉動的缸體件32，該缸體件包括一個貫穿開33，該貫穿開口例如可設計為孔。該貫穿開33的橫截面相應於在圖2中用虛線圓圈表示的吸氣管44的敞開的流動橫截面45。旋轉閥30的缸體32支承在殼體31的一個內圓周表面50上，這樣，根據滑動軸承原理可設計成缸體32的旋轉滑閥的外表面由殼體31支承。這樣就可實現對於功能表面、也就是殼體31的內圓周表面50的自清洗，以及對於可作為缸體32設計的旋轉滑閥的外表面的自清洗。
在缸體32上設置一個第一鐘形罩34，該鐘形罩被一個殼體31的直徑擴大的區域確定範圍。與缸體32抗扭轉連接的第一鐘形罩34包圍著一個例如作為螺旋彈簧設計的第一扭轉彈簧35。該第一扭轉彈簧35在一個軸承支架36上一方面與第一鐘形罩34連接，另一方面該第一扭轉彈簧35通過另一軸承支承架與一個傳動件連接。該傳動件與一個旋轉調節器38的一個軸37抗扭轉地連接。例如可以設計成電動機的旋轉調節器38通過接線柱40與汽車的一個車載電源連接。在中間接通第一彈性扭轉彈簧35時旋轉調節器38操縱旋轉閥30的缸體32，旋轉調節器38與內燃機的凸輪軸旋轉同步地被驅動。
在脈動增壓器13的圖2中所示的實施方案中，這個脈動增壓器包括一個脈動離合器41、第一鐘形罩34、由這個鐘形罩所包圍的第一扭轉彈簧35、以及一個容納在殼體31的擴大的殼體部分中的促動器43。這個促動器例如可以設計成磁體，並且通過促動器接線柱48與汽車的車載電源連接。促動器43操縱一個第一制動鉤42，該制動鉤嵌入到第一鐘形罩34的外圓周上的一個鎖定孔47中。
與第一鐘形罩34一樣，旋轉閥30的缸體32也對稱於對稱線46地構成。所述第一鐘形罩34與可作為缸體32設計的旋轉滑閥抗扭轉地連接。
和到目前為止在內燃機的吸氣裝置中採用的、並根據圖1所示的按照閥門原理工作的脈動增壓器13一樣，在圖2中所示的作為旋轉滑閥設計的旋轉閥30的實施方案處於相同的安裝位置處。藉助這個旋轉閥30可對每個進氣閥15處的氣體交換進行控制。上面已說明的脈動離合器41用於取得很短的打開時間。所述脈動離合器在每次通過第一扭轉彈簧35打開旋轉閥30的過程之前緊挨著通過旋轉調節器38進行預緊。通過例如可作為電磁體設計的促動器43，可在一個可變化的-可由發動機控制器預先規定的-時刻鬆開脈動離合器41，這樣，旋轉閥30以及由殼體31包圍的、設置有一個貫穿開口33的缸體32得到一個加速脈衝，並且從而很快地打開。
若旋轉閥30的缸體32在選材方面例如由塑料製成，則最小化的慣性矩對所述開關特性特別有利。
為了避免由缸體32、第一扭轉彈簧35以及第一鐘形罩34所示的已鬆開的彈簧-質量系統的擺動，在打開過程結束之後重新操縱所述通過促動器43可操縱的第一制動鉤42。這最好在第一回復點處進行。
這個鎖定位置中、也就是將缸體32偏轉到一個使所述吸氣橫截面45和缸體32中的貫穿開口33的橫截面對齊並且在此之後整個流動橫截面被打開的位置，為了引導關閉過程，通過對促動器43的重新控制而被抬起。然後在重新控制促動器43時，第一止動鉤42從在第一鐘形罩34的圓周表面中形成的鎖定孔47中移出。
在增壓模式(脈動增壓)時，促動器43上的打開-釋放時間點是如此選擇的，即明顯地在進氣閥15打開(EO)的時間點之後釋放脈動離合器41；而在內燃機的部分裁荷區域中，打開-釋放時間點卻很早，例如，明顯地在進氣閥15打開的時間點之前。這樣在進氣閥15關閉(ES)的時間點很早以前就關閉可作為缸體32設計的旋轉滑閥。通過脈動離合器41釋放的不同的釋放時間點可以最佳方式考慮內燃機滿負荷運行時在那裡的主要運行條件、以及在內燃機的部分裁荷時在內燃機的這個運行區域中的運行條件。例如在部分載荷區域中-在此區域作為缸體32設計的旋轉滑閥、也就是旋轉閥30的打開-釋放時間點離「打開進氣門」還很早-可以進行一種節流，或者減少內燃機的相應的氣缸的充氣量。這樣就可以達到一種有關節流損失的最佳化的載荷控制特性。此外，通過根據本發明所建議的、在內燃機的部分載荷時具有節流作用的、並且採用它可以達到減少內燃機的氣缸充氣量的脈動增壓器可以省掉通常在供氣裝置9中必須設置的一個其它情況要設置的節流裝置。
內燃機、無論是外源點火的還是自行點火的內燃機通常都包含多個氣缸。通過從供氣裝置9分支的進氣接管給內燃機的各個氣缸提供用於燃燒所要求的燃燒用空氣。根據按照本發明所建議的方案可以通過下述措施考慮這種情況，即，通過延長旋轉閥30的缸體32使內燃機的多個氣缸在供氣方面就可得到服務(參見圖3的實施方案)。控制時間、也就是在給有關氣缸提供燃燒用空氣的吸氣管44中的各吸氣橫截面45的打開和關閉，應該相應於內燃機的氣缸的點火順序間隔、在貫穿開口33的角位置方面進行選擇。
根據所建議的脈動增壓器的另一實施方案，在4-、6-、10-，或者甚至12氣缸的發動機中也可以實現彼此鏡像地設置的兩個雙單元。
最後也可以如此地設計旋轉閥30，即該旋轉閥包括一個打開滑閥和一個關閉滑閥。在吸氣管44的兩側也可以設置各包括一個旋轉調節器38的相同的驅動單元，其中，這兩個釋放或者關閉吸氣橫截面45的旋轉滑閥部件共軸地彼此作用，並且可以彼此相反的旋轉方向進行控制(參見圖4)。
若在第一鐘形罩34的外圓周表面上形成另一附加的鎖定孔47，則在圖2中所示的脈動離合器41也可以設計成雙重的脈動離合器，其中所述第一鐘形罩34與旋轉閥30的缸體32抗扭轉地連接。通過在第一鐘形罩34上的這個附加的鎖定位置，將缸體32支承在打開位置中，以表示一個很快的關閉過程。
圖3表示脈動增壓器的一個延長的實施方案。
根據在圖3中所示的、根據本發明所建議的、一種旋轉滑閥形式的脈動增壓器的實施方案，所述缸體32可以設計成具有貫穿開33的、細長延長的缸體。在最簡單的情況中，這些貫穿開口33可以作為鑽孔而獲得。相應於多氣缸內燃機的氣缸數，可以在旋轉閥30的缸體32中形成相應於所述氣缸數的數量的貫穿開口33。旋轉閥30的缸體32支承在殼體31中，其中缸體32的外表面由殼體31的內圓周表面50以一種滑動軸承的方式可轉動地進行支承。在殼體31中的缸體32的支承位置用附圖標記49表示。
在延長設計的缸體32中存在所述第一鐘形罩34，該鐘形罩通過第一扭轉彈簧35與軸37耦合，其中，第一扭轉彈簧35可以設計為螺旋彈簧。
從圖3可以得知，空氣流27穿過吸氣管44流動。在旋轉閥30的下遊通過貫穿開口33可向吸氣橫截面45提供空氣。與多氣缸的內燃機1的氣缸數量相對應地設計的吸氣橫截面45給一個四氣缸的內燃機的一個第一氣缸51、一個第二氣缸52、一個第三氣缸53、以及一個第四氣缸54提供吸入空氣。根據內燃機1的進氣閥14的打開位置，在旋轉閥30的延長設計的缸體32中以角錯位相互形成貫穿開口33。這種角錯位是如此選擇的，使得設計成旋轉滑閥的脈動增壓器13根據本發明建議的方案在內燃機的滿負荷區域中保證給氣缸51、52、53以及54最佳地進行充氣、並且在內燃機的部分載荷區域中允許減少充氣，並且產生一種節流作用。在圖3中也表示旋轉閥30的缸體32按照滑動軸承原理支承在殼體31中。所述延長設計的缸體32的外表面被殼體31的相應的滑動軸承表面所包圍。這種實施方案的優點是，可以達到自我清洗的效果，並且在殼體31中的旋轉閥30的缸體32總是可容易操縱。該易於操縱性特別是對於驅動旋轉閥30缸體32的旋轉調節器43具有重要意義。
從圖4中可以得到根據本發明所建議的脈動增壓器的一個共軸-旋轉滑閥的方案。
從圖4中可以得知，所述旋轉閥30包括缸體32，第一鐘形罩34形成在該缸體上。根據按本發明所建議的脈動增壓器的這個實施方案，缸體32連同第一鐘形罩34被另一鐘形罩62包圍，該鐘形罩具有一個管形的凸緣，該凸緣包圍著旋轉閥30的缸體32。給旋轉閥30的缸體32配置於第一制動鉤42，該制動鉤和在缸體32的圓周表面上形成的鎖定孔47共同起作用。給另一鐘形罩62配設一個第二、例如可電操縱的制動鉤60。這個制動鉤與在第二鐘形罩62的圓周表面上形成的一個鎖定孔47共同起作用。缸體32具有在圖2和3中所示的貫穿開口33，該貫穿開口和另一鐘形罩62的管形凸緣中的貫穿開口63相對應。所述吸氣橫截面用附圖標記45表示(請參見圖3所示)。
第一鐘形罩34通過第一、例如可設計成螺旋彈簧的扭轉彈簧35與軸37連接，而配置有第二制動鉤60的另一鐘形罩62則通過另一個扭轉彈簧61與軸37連接。軸37在本身可通過在圖2所示的實施方案中的旋轉調節器38進行操縱。
在根據本發明所建議的、作為共軸-旋轉滑閥的脈動增壓器的圖4中所示的實旋方案中，旋轉滑閥之一、例如具有第一鐘形罩34的缸體32是作為打開滑閥起作用的，而包圍它的、並且具有管形凸緣和另一鐘形罩62的旋轉滑閥例如可以作為打開滑閥起作用。既可以給另一鐘形罩62、也可以給第一鐘形罩34連同缸體32分別配設單獨的旋轉調節器38，其中，彼此共軸支承的旋轉滑閥32、34和62可實現相反方向旋轉。
附圖標記表1內燃機31殼體2進氣側32缸體3排氣側33貫穿開口(鑽孔)4進氣口34第一鐘形罩5增壓裝置 35第一扭轉彈簧(螺旋彈簧)6壓縮機部件36軸承支承架鐘形罩7渦輪部件 37軸8軸38旋轉調節器9供氣裝置 39旋轉方向10 中間冷卻器40接線柱11 增壓空氣傳感器41脈動離合器12 節流裝置 42第一制動鉤13 脈動增壓器43促動器(磁體)14 噴油嘴44吸氣管15 進氣閥45吸氣橫截面16 點火裝置 46對稱線17 排氣閥47鎖定孔18 燃燒室48促動器接線柱19 活塞 49缸體32的軸承20 爆震傳感器50殼體31的內圓周表面21 溫度傳感器51氣缸22 轉速傳感器52氣缸23 排氣通道 53氣缸24 廢氣門54氣缸25 排氣管道26 流動橫截面60另一制動鉤27 空氣流61另一扭轉彈簧62另一鐘形罩30 旋轉閥63貫穿開口(另一鐘形罩62)
權利要求
1.用於一個內燃機(1)的脈動增壓器，其中該脈動增壓器(13)配置於內燃機(1)的進氣側(2)並容納在一個供氣裝置(9)中，並且至少部分地開啟或者關閉用於燃燒用空氣流(27)的供氣裝置(9)的流動橫截面(26)，其特徵在於，脈動增壓器(13)包括一個旋轉閥(30)，該旋轉閥通過一個彈性構成的脈動離合器(41)與一個旋轉調節器(38)相耦合。
2.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，旋轉調節器(38)與內燃機(1)的控制一個進氣閥和排氣閥(15，17)的凸輪軸同步地被驅動。
3.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，所述彈性構成的脈動離合器(41)包圍一個第一扭轉彈簧(35)，該扭轉彈簧一方面與旋轉調節器(38)的一個軸(37)抗扭轉地連接，另一方面在一個軸承支承架(36)上與旋轉閥(30)的一個缸體(32)連接。
4.按照權利要求3所述的脈動增壓器，其特徵在於，所述第一扭轉彈簧(35)構成為螺旋彈簧。
5.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，所述旋轉閥(30)包括一個缸體(32)，該缸體具有至少一個貫穿開口(33)，該貫穿開口的流動橫截面相應於內燃機(1)的吸氣裝置中的吸氣管(44)上的吸氣橫截面(45)。
6.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，旋轉閥(30)的缸體(32)支承在旋轉閥(30)的一個殼體(31)的一個內圓周表面(50)上。
7.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，給彈性脈動離合器(41)配設一個促動器(43)，該促動器和在缸體(32)的一個第一鐘形區域(34)上形成的一個鎖定孔(47)共同起作用。
8.按照前述權利要求中任一項或者多項所述的脈動增壓器，其特徵在於，第一扭轉彈簧(35)緊挨在每次打開過程之前可由旋轉調節器(38)進行預緊，並可以通過對於控制促動器(43)的控制而鬆開。
9.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，缸體(32)和包圍第一扭轉彈簧(35)的第一鐘形段(34)由塑料製成。
10.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，在結束打開過程後在第一轉向點中重新操縱旋轉閥(30)的、具有一個貫穿開口(33)的缸體(32)，並且在鐘形段(34)的鎖定孔(47)中完成制動鉤(42)的鎖定。
11.按照權利要求3所述的脈動增壓器，其特徵在於，缸體(32)具有相應於內燃機(1)的氣缸數量的數量的貫穿開口(33)，該貫穿開口在缸體(32)中彼此角度錯位地設置。
12.按照權利要求1所述的脈動增壓器，其特徵在於，旋轉閥(30)構成為同軸旋轉滑閥，它具有一個缸體(32)、一個第一鐘形段(34)和一個包圍該鐘形段的另一鐘形段(62)，該鐘形段具有一個包圍缸體(32)的管形凸緣。
13.按照權利要求12所述的脈動增壓器，其特徵在於，給第一鐘形段(34)和另一鐘形段(62)分別配設一個制動單元(43，60)，其中第一鐘形段(34)和另一鐘形段(62)彼此可逆向地操縱。
全文摘要
本發明涉及內燃機(1)用的一種脈動增壓器，其中脈動增壓器(13)配置於內燃機(1)的進氣側(2)，並容納在一個供氣裝置(9)中，並且至少部分地開啟或者關閉用於燃燒空氣流(27)的供氣裝置(9)的流動橫截面(26)。脈動增壓器(13)設計為旋轉閥(30)，它藉助一個彈性脈動離合器(41)與一個旋轉調節器(38)連接。
文檔編號F02B37/14GK1755077SQ20051011332
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者J·梅維斯, M·貝伊爾勒, U·西伯, R·恩格爾伯格 申請人:羅伯特.博世有限公司