活塞式發動機的製作方法

2023-06-01 03:40:26 4

專利名稱：活塞式發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種活塞式發動機，特別適用於汽車。
背景技術：
活塞式發動機分別具有多個汽缸，其中每個活塞以衝程可調節模式安裝。每個汽 缸具有至少一個進氣閥(inlet valve)和至少一個排氣閥(discharge valve)，用於增壓變 化過程。新型的發動機可以具有多個進氣閥或者多個排氣閥。 為了提高性能，可以給活塞式發動機安裝上廢氣渦輪增壓器，使用該渦輪增壓器， 可以提高在新鮮氣體中的壓力。然而，在這樣的增壓發動機中，頻繁的出現問題，特別是在 低轉速時，其在從部分負荷至全負荷的負荷變化時，僅由於轉子組合體(rotor assembly) 的質量慣性，渦輪增壓器以延遲的方式響應，因而導致了所謂"渦輪增壓器延遲"的現象。

發明內容
本發明致力於以下問題，即提供一種用於上述類型活塞式發動機的改良實施方 式，該實施方式特別地具有以下特徵，即能夠得到的任選當前廢氣渦輪增壓器的相對快速 響應。 該問題由本發明獨立權利要求的主題解決。優選地實施方式為從屬權利要求的主 題。 本發明基於以下基本構思，即與常規相比，更早的開啟至少一個汽缸的廢氣側排 氣，也就是說，與隨後在開口處要發生的情況相比，在汽缸中廢氣依然表現出較高壓力和較 高溫度。可替換地，本發明基於下述總體構思，即與常規相比，更晚的開啟至少一個汽缸的 廢氣側排氣，也就是說，與更早在下一點開口處要發生的情況相比，在汽缸中廢氣已經再次 表現出較高壓力和較高溫度。通過各自的方法，在經過各自的汽缸後，廢氣中的壓力和溫度 以及廢氣中的焓可以被暫時增加。由於現在的廢氣渦輪增壓器的渦輪被安置在排氣管路 中，因而與傳統的發動機同步相比，用於使轉子組合體加快的增加能量是有效的。該廢氣渦 輪增壓器因此可以更加快速的加速同時可以在新鮮氣體側的壓力上產生所需的增加。
利用本發明的活塞式發動機，上述目的通過雙頂置凸輪軸完成，即利用該雙頂置 凸輪軸控制汽缸的排氣閥完成。該雙頂置凸輪軸具有內軸和與之同軸放置的外軸，該外軸 被設計為空心軸，該兩軸為可相互旋轉調節。各自地，該軸以旋轉固定方式支承在其上的凸 輪，用於控制排氣閥。汽缸中的至少一個具有兩個排氣閥，兩個排氣閥中的一個可以通過一 個內軸的凸輪控制，同時另一個可以通過一個外軸的凸輪控制。通過改變相對位置，也即是 改變在兩個軸之間的相對旋轉位置，可以改變排氣時間段(discharge time frame)。特別 地，開啟時間和關閉時間可以相互獨立地切換至較早和/或較晚。為了增加排出廢氣的焓 值，可以特別地切換排氣時間段的開啟時間至更早或更晚，其中在軸之間的相對位置相應 地改變了。排氣時間段的關閉時間可以保持不變。 在優選的實施方式中，兩個排氣閥都可以以下述方式致動，即它們採用標準運轉同步開啟。相同的凸輪因而也產生相同的關閉時間。最後，因此可以實現用於標準運轉的 傳統排氣時間段。現在為了加速渦輪增壓器，一個排氣閥的開啟時間被切換為更早，同時另 一個排氣閥保持不變。總之，該排氣時間段因此被增加到更早，同時保持不變的關閉時間。 具有較高溫度和較高壓力的廢氣因而可以用來加速渦輪。 可以提供一種替換的實施方式來在標準運轉期間使兩個排氣閥異步運轉，也就是 說暫時性地交錯運轉。因此導致的排氣時間段要大於單獨排氣閥的開啟時間段。該排氣時 間段開始於較早開啟的排氣閥的開啟時間，結束於較晚關閉的排氣閥的關閉時間。特別地 是，可以利用凸輪來實現用於各自排氣閥的開啟時間段，該時間段要小於傳統的排氣時間 段。通過以暫時交錯方式致動的排氣閥，仍然還是可以實現傳統的排氣時間段。為了加速 渦輪，較早開啟的排氣閥的開啟時間現在將會切換到較晚，同時其他排氣閥的致動沒有改 變。因此縮短了排氣時間段，也就是發生在相同的關閉時間但是被切換到較晚。這就使得 特別可以以下述方式切換開啟時間段至下述範圍，該範圍位於衝程可調節汽缸的較低死點 (dead-centre)發生後，該方式為已經再次發生再壓縮衝程。有這樣一個開啟時間，廢氣早 已經增加壓力和溫度，可以用來加速渦輪。 原理上，活塞式發動機的所有汽缸都可以具有兩個或更多排氣閥，該排氣閥都可 以由雙頂置凸輪軸的兩個軸單獨控制。因而可以想到一種實施方式，該實施方式為下述汽 缸的數量低於活塞式發動機汽缸的總量，該汽缸為，汽缸的兩個或更多排氣閥都可單獨通 過雙頂置凸輪軸控制。在理論上，其排氣閥僅與雙頂置凸輪軸的一個軸一起工作的汽缸也 是需要的，特別是僅存在一個排氣閥時。 特別優選的一種實施方式為，其中活塞式發動機額外地被裝配上至少一個快速開 關閥，該閥被安置到活塞式發動機的新鮮氣體流動管路中，位於與汽缸結合的進氣閥的上 遊。可以提供一種與所有汽缸結合的單獨的快速開關閥。還可以提供一種實施方式，其中 每個汽缸與單獨的快速開關閥結合。所述快速開關閥可以以不同方式使用，該開關閥的在 開啟和關閉之間的開關時間低於50ms或低於10ms。例如，進氣過程的持續時間可以通過 所述快速開關閥限制。以這種方式和不考慮進氣凸輪軸的閥門升程導形(contour)的獨立 性，用於新鮮氣體或者燃料混合物流入的持續時間可以根據運轉點的特定負荷和旋轉速度 進行調整。通過利用增壓變化(charge change)較早的結束進氣過程，特別地可以降低燃 燒過程的溫度，因此降低了 N0x的形成。在由利用節流閥進行的汽缸增壓控制而實現負荷 控制的發動機中，較早的結束進氣過程可以用來取消進氣節流(de-throttling)，其在熱效 率上具有有利的效果。 另外，通過所述快速開關閥可以實現汽缸的脈衝增壓。還可以利用氣體動態效果。 特別地，可以產生或者選擇性地增加在新鮮氣體路徑上氣體容積的振動，導致了利用新鮮 增壓或者新鮮氣體增加汽缸的裝填。 本發明的其它重要特徵和優點可以在獨立權利要求、附圖和附圖相關說明中得 到。 可以理解的是，上述和下文中即將描述的特徵不僅可以在特別指出的組合中使 用，也可以在不脫離本發明範圍得情況下以其它組合或者單獨使用。 本發明的優選實施方式如附圖中所示，並且在


中進行了詳細描述，相同 的附圖標記代表相同或者功能相同或相似的組件。

在下述附圖中各自示意性的表示 圖1為排氣渦輪增壓活塞式發動機的非常簡化的，連接示意圖； 圖2為在汽缸區域中雙頂置凸輪軸的簡化示意圖； 圖3為如圖1所示的視圖；然而，表示了不同的實施方式； 圖4為如圖1所示的視圖；然而，表示了另一種不同的實施方式； 圖5為圖表，其中表示了汽缸中帶有傳統的控制時間的示意性壓力曲線和該汽缸
兩個排氣閥的示意性升程曲線(lift curve); 圖6為如圖5所示的圖表；然而，表示了不同的實施方式。
具體實施例方式
根據圖l，本發明的活塞式發動機1在發動機組2中包括至少一個汽缸3。在該實 施例中，四個汽缸3串聯提供。理論上，顯而易見的是，汽缸3的各種數量和/或配置都是 可能的。活塞式發動機1的汽缸3通過新鮮氣體管線4供給新鮮氣體或者新鮮混合物。廢 氣通過廢氣管線5從汽缸3中傳導出。專用的進氣管線6從新鮮氣體管線4伸出延伸至專 用的汽缸3，所述的進氣管線也能被設計為進口管(induction pipe)。專用的排氣閥7將 汽缸3與廢氣管線5連接起來，該排氣閥也可以被設計為多頭支管(manifold)。
對於增壓變化過程，汽缸3相應地提供了增壓變化閥。在該實施例中，每個汽缸3 都具有兩個進氣閥8和兩個排氣閥，也就是第一排氣閥9和第二排氣閥10。另外，這裡僅作 簡單描述的一種噴射布置(injection arrangement) 11可以與汽缸3共同工作。該噴射裝 置11可以以下述方式配置，即燃料可以噴射到各自的進氣管線6或者直接進入到汽缸3中 或者可以通過上述兩種方式的結合噴射。除此之外，還提供在此僅作簡要描述的點火裝置 12，在火花點火活塞式發動機1中該點火裝置與汽缸3結合。 為了致動或者控制排氣閥9、10，該活塞式發動機1具有雙頂置式凸輪軸13。根據 圖2，所述雙頂置凸輪軸包括內軸14和外軸15，該外軸15被設計為中空軸並且與內軸14同 軸放置。軸14、15進行一個在另一個之內的布置，並且是相互可旋轉調節。在本實施例中， 內軸14帶有用於每個第一排氣閥9的第一凸輪16。該內軸14因而通過第一凸輪16致動 第一排氣閥9。在該實施例中，外軸15具有用於每個第二排氣閥10的第二凸輪17。所有 的第二排氣閥10因而通過外軸15利用其第二凸輪17控制。 圖2以一種簡化的方式表示了兩個軸14、 15或者其凸輪16、 17與兩個排氣閥9、 10 之間的相互作用，該兩個排氣閥屬於汽缸3中的一個。在各自的凸輪16、17和各自的排氣 閥9、 10之間的機械致動路徑這裡簡單地通過雙箭頭18表示。兩個軸14、 15的相對位置， 舉例來說，是以下述方式可調節的，該方式為，第一凸輪16和第二凸輪17同步的驅動兩個 排氣閥9、10開啟和關閉。改變軸14、15之間的相對旋轉位置可以切換第一排氣閥9的開 啟時間或者關閉時間為更早或者更晚，本文中相對旋轉位置被簡述為相對位置。該第二排 氣閥10的開啟時間或者關閉時間可以同樣的被切換為更早或者更晚。最初開啟排氣閥9、 10的開啟時間形成了排氣時間段的開啟時間。最終關閉排氣閥9、10的關閉時間形成了排 氣時間段的關閉時間。通過改變在軸14、15之間的旋轉位置，排氣時間段的長度以及排氣之間段的整個位置的長度可以相對於活塞式發動機1曲軸的曲軸角度改變，其中附圖中並 未示出曲軸。 根據圖l，為了相對於外軸15改變內軸14，提供了一種調節裝置19，該調節裝置可 以通過控制裝置20控制。可以通過與之結合的調節裝置19或者利用單獨的調節裝置得到 內軸14和外軸15相對於曲軸的調節。 活塞式發動機1額外地被裝配上廢氣渦輪增壓器21 ，該增壓器的壓縮機22結合在 新鮮氣體管線4中並且該增壓器的渦輪23結合在廢氣管線5中。壓縮器22和渦輪23通 過常用軸24以常規方式相互驅動連接，並一起形成了廢氣渦輪增壓器21的轉子組合體。
現在為了實現渦輪增壓器21的快速響應，該渦輪增壓器為活塞式發動機1的低轉 速或者低增壓狀態，控制裝置20可以以下述方式控制調節裝置19，即其改變在軸14、15之 間的相對位置，根據第一可替換實施方式，所有汽缸3的第一排氣閥9開啟時間或者可替換 地第二排氣閥IO開啟時間被切換為更早。也就是說，兩個排氣閥9、10之中的一個比標準 運轉中更早的開啟。因此，與常規控制時間相比，廢氣可以從各自的汽缸3中以更高的壓力 和更高的溫度離開。特別地，在此時，各自的活塞還沒有達到其較低的死點位置，意味著氣 體的能量值仍然相對較高。根據第二可替換實施方式，控制裝置20可以以下述方式控制調 節裝置19，即其改變在軸14、 15之間的相對位置，所有汽缸3的第一排氣閥9開啟時間或者 可替換地第二排氣閥10開啟時間被切換為更晚，為了實現在活塞式發動機1處於低轉速或 者低增壓時實現渦輪增壓器21的快速響應。換句話說，兩個排氣閥9、10中的一個比標準 運轉中更晚的開啟。因此，與常規控制時間相比，廢氣可以從各自的汽缸3中以更高的壓力 和更高的溫度離開。特別地，在此時，各自的活塞已經經過了其較低的死點位置，意味著氣 體能量值的隨後再壓縮已經再次相對較高。由此，在兩種可替換實施方式中的廢氣具有相 當更高的焓，該焓可以在渦輪23中被轉換為動能。因此渦輪23可以相對快速的加速，相應 地導致縮短了渦輪增壓器21的啟動時間。 在這裡示出的示例性實施方式中，活塞式發動機l的所有汽缸3被裝配上兩個排 氣閥9、 10，該排氣閥可以各自單獨地通過雙頂置凸輪軸13的兩個軸14、 15控制。可替換地， 還可以想到一種實施方式，即其中具有兩個排氣閥9、10的汽缸3的數量低於活塞式發動機 1的整個汽缸數量，該排氣閥各自單獨地可以由雙頂置凸輪軸13的兩個軸14、15控制。其 它的汽缸3可以然後分別具有一個或多個排氣閥，然而所有的該排氣閥可以均僅由內軸14 或者可替換地僅通過外軸15控制。在這樣的實施方式中為了加速廢氣渦輪增壓器21，廢氣 沒有更早的從所有的汽缸3中排出而是僅從一個或者僅從兩個汽缸3中排出，舉例來說，但 是與汽缸3的總量相比還是從較少量的汽缸中排出。在所述實施方式中，通過排氣閥9、10 的各自更早或者更晚的開啟，傳輸到活塞式發動機1曲軸的功並沒有像前面所述的實施方 式中被顯著地降低，在前面所述的實施方式中，廢氣被從所有的汽缸3中在提高的汽缸壓 力下暫時排出。 圖3和4表示了圖1所示活塞式發動機1的附加實施方式，然而為了簡化示意圖 噴射裝置11和點火裝置12已經被省略。根據圖3和4，活塞式發動機1可以具有至少一 個快速開關閥29。在活塞發動機1的管線中其被安置在進氣閥8上遊，該管線用於傳輸新 鮮氣體。快速開關閥29在本發明中應該理解為具有以下功能的閥29，即該閥能達到特別 類似的開關時間，該開關時間基於在關閉狀態和開啟狀態之間或者從打開狀態至關閉狀態之間的開關，如在帶有氣體交換閥8、9、10的情況中。由於其在新鮮氣體管道中的布置，其 在下文中也被定義為新鮮氣體閥29，該快速開關閥29特別地可以達到低於10ms的開關時 間。新鮮氣體閥29可以與擋板(flap) —起工作，該擋板在此以符號表示並且在關閉位置 和開啟位置之間是不可連續切換的。同樣的可以想到連續工作新鮮氣體閥29，其中擋板或 者旋轉滑閥或者任何其它閥組件均沿著不變化的旋轉方向旋轉，因此可以獲得相應的開關 時間。非連續工作，快速開關閥29還可以被定義為空氣脈衝閥。 在圖3所示的實施方式中，所有的汽缸3均與常用新鮮氣體閥29關聯。與此相反， 在圖4所示的實施方式中，每個汽缸3都與單獨的新鮮氣體閥29關聯。為此，單獨的新鮮 氣體閥29被安置在進氣管線6中。該新鮮氣體閥29可以通過相應的控制裝置致動。在當 前的情況中，該控制裝置結合在已存在的控制裝置20內。理論上，也可以存在用於致動新 鮮氣體閥29的單獨控制裝置。該各自的控制裝置20現在可以以下述方式配置，即其將各 自的新鮮氣體閥29作為活塞式發動機1當前運轉狀態的函數而致動。最後，控制裝置20 可以與常規發動機控制單元相連，這裡沒有在附圖中表示出該發動機。原則上，還可以以類 硬體(hardware-like)方式將圖示的控制裝置20結合到所述發動機控制單元中和/或以 類軟體將其在所述發動機控制單元中實現。 該控制裝置20可以控制各自的新鮮氣體閥29從而，舉例來說，實現汽缸3的脈衝 增壓。通過利用氣體動態效應，使用一個新鮮氣體閥29或者多個新鮮氣體閥29，能夠以激 波(compression wave)的形式產生類脈衝新鮮氣體流，基於增壓循環過程該激波可以被 引入到汽缸3中。以這種方式，可以增加引入到汽缸3中的新鮮增壓量。如果渦輪增壓器 21由於低轉速和低發動機負荷而基本上非活躍或者並沒有在新鮮氣體中產生顯著地壓力 增加，那麼這個時候可以特別有利地使用所述脈衝增壓。除此之外，通過新鮮氣體閥29，可 以根據被稱作米勒法(Miller Process)來實現冷增壓，其導致了對汙染物擴散的改良。另 外，同樣的利用新鮮氣體閥29通過新鮮氣體閥29的較晚開啟能夠產生熱增壓。因而，實現 了基於冷啟動的活塞式發動機1的加速加熱，其還在汙染物擴撒、燃料消耗、和使用年限上 具有優勢。 另外，活塞式發動機1的或者新鮮氣體系統的取消進氣節流可以在部分負荷時通 過至少一個新鮮氣體閥29實現。該新鮮氣體閥29自身並非節流閥。利用節流閥，可以被 流通的截面可以在新鮮氣體管線中有效地連續變化或者被節流。通過新鮮氣體閥29， 一種 取消進氣節流負荷控制能夠在不使用節流閥的情況下利用充填變量(filling variation) 實現。該新鮮氣體可以達到未作節流(unthrottled)的汽缸3，也就是說沒有使用節流擋板 或者類似物，其最終改良了活塞式發動機1的性能。通過安置在進氣管線6中的新鮮氣體 閥29，在所需的裝填達到各自的汽缸3中時，新鮮氣體流可以簡單地被關閉。
由此，在活塞式發動機l的一個優選的實施方式中，該新鮮氣體管線4或者整個新 鮮氣體裝置可以未作節流或者取消進氣節流，也就是說並沒有具有特別地節流元件用來節 流。 為了能夠加速廢氣渦輪增壓器21的啟動來更早的開啟各自的排氣閥9、10，控制 裝置20或者合適的不同控制裝置與噴射布置11以下述方式合作，舉例來說，即噴射時間和 /或，在火花點火發動機中，點火定時在各自的汽缸3中以下述方式切換，即由於重心的燃 燒位置的較晚定位，與傳統的重心位置相比，得到了較高的廢氣焓。額外地或者可替換地，
8控制裝置20或者其它任何合適的控制機構均可以與點火裝置12以下述方式合作，即為了 加速廢氣渦輪增壓器21，以一種合適的方式改變點火時間。 參考圖5，在下文中更詳細地描述第一可替換實施方式中的活塞式發動機1的運 轉方法。圖5為圖表，其中縱坐標被設定為汽缸3中的壓力P以及汽缸3排氣閥9、 10的衝 程H，同時其中橫坐標表示了相應的曲軸角KW。圖表包含作為曲軸角KW的函數的在汽缸3 中壓力P的例性曲線25，如同將在傳統排氣閥控制時間中得到那樣。另外，該圖表包括第一 排氣閥9的衝程H的級數26以及第二排氣閥10的衝程H的級數27。兩個升程曲線26、27 也被指定為曲軸角KW的函數。 在低負荷的標準運轉期間，同時控制兩個排氣閥9、10。提供帶有相同控制導形的 相應凸輪16、17為了能夠保持相同的曲線26、27。基於同步致動，兩個曲線26、27是全等的 並且因而在圖5中對應於第一排氣閥9的示例性曲線26。這就意味著，以在此定位為0° KW 的較高死點位置OlH為基準，在給定約120°曲軸角的情況下，兩個排氣閥9、10開始其開啟 動作，從而其在關聯活塞的較低死點位置UT 已經大量的打開，這時該活塞相對於0TH對應 於180° KW。然後在相對於0^240° KW時，該排氣閥9、10已經達到了其最大開口。在相 對於OlH約360° KW時，兩個排氣閥9、 10再次關閉，此時與活塞的較高死點位置01 或者 稍早或稍晚一起發生。該排氣提升曲線(discharge elevation curve) 26已經包括排氣閥 的較早開啟，該開啟並非是強制性的。傳統的排氣控制時間開始開啟時間要晚一些。根據 圖5該圖表額外的表示了虛線曲線26'，該曲線對應於利用常規排氣控制時間得到的排氣 提升曲線。 如果該渦輪增壓器21在儘量短的時間內從該標準運轉狀態以下述方式啟動，該 方式由短期反應時間限定，在內軸14和外軸15之間的相對位置通過雙頂置凸輪軸13相應 致動以下述方式改變，該方式即為第二排氣閥10在更早的時間被切換為開啟。在圖5所示 的實施例中，可以認識到，與第二排氣閥10關聯的升程曲線27，根據箭頭30，在更小的曲軸 角KW的方向上被切換了例如60° KW。這就意味著第二排氣閥10與0TH相比的60° KW時 已經開始了其開啟動作。與第一排氣閥9關聯的升程曲線26的相對位置與曲軸角KW相比 關於排氣閥9保持不變。由於整個開展排氣時間段的關閉時間隨後保持在約360。 KW，於 是在本實施裡中整個排氣時間段更早地被放大了 60° 。當前述標準運轉中的排氣時間段範 圍為120° KW至36(T KW，因而包括240。 KW，現在其被提早了 60° KW，現在其範圍為從相 比於0TH的60° KW至相比於0TH的360° KW，因此共包括300° KW。在壓力曲線25內的 陰影區域28也在圖5中標出。該區域28以關於第二排氣閥10的示例性的方式表示，該第 二排氣閥還沒有被瞬間(temporally)提前，由於第二排氣閥被較早的開啟，已經得到的廢 氣焓沿著廢氣流進入廢氣管線5中，這樣對於加速渦輪23是有用的。 為了加速渦輪23，根據優選的實施方式，該控制裝置20可以設定一個排氣閥9、 10 的開啟時間在以下範圍，在本實施例中其為第二排氣閥io，該範圍必需在關聯活塞膨脹衝 程的30%至90%之間。在所示實施例中，該開啟時間從膨脹衝程的2/3至1/3改變。
參考圖6，根據第二可替換實施方式，在下文中將更加詳細的描述活塞式發動機1 的功能。圖6表示了另一個圖表，其中，縱坐標被指定為汽缸3中的壓力P以及汽缸3的兩 個排氣閥9、 10的衝程H，同時橫坐標表示了相應的曲軸角KW。該圖表包括汽缸3中壓力P 的示例性曲線25，其中該壓力P作為曲軸角KW函數，該曲線由傳統排氣閥控制時間得到。另外，該圖表包括第一排氣閥9的衝程H的曲線26，還包括第二排氣閥10的衝程H的曲線 27。兩個升程曲線26、27也被指定作為曲軸角KW的函數。 在低負荷的標準運轉期間，兩個排氣閥9、10被異步控制。同樣的在該實施例中， 兩個曲線26、27具有相同形狀，這是由於凸輪16、17具有相同的控制導形。然而與第一可 替換實施方式中的情況一樣，這樣並不是必需的。在標準運轉期間，在該實施例中，在第一 排氣閥9的曲線26之前，第二排氣閥10的曲線27被瞬間地定位。這就意味著，在標準運 轉中，第二排氣閥10比第一排氣閥9更早的開啟。第一排氣閥9因此在第二排氣閥10之 後關閉。同時在圖5所示實施方式中，凸輪16、17的控制導形以下述方式形成，即排氣閥9、 10的曲線26、27各自地具有約240° KW的開啟時間段，圖6所示的曲線26、27表示了特殊 的實施方式，該實施方式使得更小的開啟時間段成為可能。在所示的實施例中，凸輪16、17 的控制導形以下述方式成形，即兩個排氣閥9、10的開啟時間段都各自地約為僅180。。理 論上，其它的小於240。 KW的開啟時間段也是能想得到的。特別地，低於180。 KW的開啟 時間段也是想得到的。 通過該實施例僅順便提及的是，在所示的實施例中，第二排氣閥IO，根據其曲線 27，在與較高死點位置0lH這裡定位為0。 KW相比約180。的曲軸角時，開始其開啟動作，也 就是說，處於關聯活塞的較低死點位置U!Yw的區域中。第二排氣閥10在約270。 KW達到 了其最大開口，該270。 KW是與01h相比得到的。第二排氣閥10在與0lH相比約360。 KW 關閉。該曲線27，其也可以被限定作為排氣提升曲線27，因而其已經具有約180。 KW的開 啟時間段。 在該實施例中，第一排氣閥9的曲線26，其也可以被限定為作為排氣提升曲線26， 與第二排氣閥的排氣提升曲線27相比，隨後被調整至約60。 KW。由此，在標準運轉期間， 第一排氣閥9在約240。 KW開啟，在約330。 KW達到其最大開口 ，並且在約420° KW關閉。 該第二排氣閥曲線26因而具有約180。 KW的開啟時間段。由於相互重疊的開啟時間段，約 240° KW的總排氣時間段被限定用於各自的汽缸。其開始於更早開啟的第二排氣閥10的 開啟時間，也就是說在180° KW左右，結束於更晚關閉的第一排氣閥9的關閉時間，也就是 說在約42(T KW。與圖5中所示的可替換實施方式相比，在標準運轉中對於兩種可替換實 施方式，開啟時間段為約為相同的大小。傳統排氣閥的排氣時間段或者兩個曲線26、27的 定位由虛線表示，該兩個曲線26、27為根據曲線26'的第二可替換實施方式的曲線。
如果該渦輪增壓器21在儘量短的時間內從該標準運轉狀態以下述方式啟動，該 方式由短期反應時間限定，在內軸14和外軸15之間的相對位置通過雙頂置凸輪軸13相應 致動以下述方式改變，該方式即為第二排氣閥IO在更晚的時間被切換為開啟。在圖6所示 的實施例中，可以認識到，與第二排氣閥10關聯的升程曲線27，根據箭頭31，在更大的曲軸 角KW的方向上被切換了例如60° KW。這就意味著第二排氣閥10與O!h相比的240° KW時 已經開始了其開啟動作。與第一排氣閥9關聯的升程曲線26的相對位置與排氣閥9相比關 於曲軸角KW保持不變。由於整個開展排氣時間段的關閉時間隨後保持在約420。 KW，於是 在本實施裡中整個排氣時間段更晚地被減少了 60° KW。同時前述標準運轉中的排氣時間 段範圍為約180° KW至約42(T KW，因而包括約240。 KW，現在其更晚的被減少了 60° KW， 現在其範圍為從約240。 KW至約420。 KW，因此僅包括共180。 KW。在該加速運轉期間，兩 個曲線26、27是全等的並且對應於圖6中示出的第一排氣閥的示例性曲線26。兩個排氣閥9、10根據排氣提升曲線26開啟和關閉，該排氣提升曲線與第一排氣閥關聯。
在壓力曲線25和修改的壓力曲線33內的陰影區域32和也在圖6中標出。該修 改的壓力曲線33根據下述環境得到，在該環境中，所示實施例中排氣時間段的開啟時間在 較低死點位置UT^之後瞬間的發生，這時各自的活塞已經再次移動到了其壓縮方向。因此， 在該在壓縮時期，在各自汽缸中的壓力再次增加，同樣的廢氣中的溫度也是如此。該陰影區 域32以關於第二排氣閥10的示例性的方式表示，該第二排氣閥還沒有被瞬間延遲，由於第 二排氣閥10被更晚的開啟，已經得到的廢氣焓沿著廢氣流進入廢氣管線5中，這樣對於加 速渦輪23是有用的。 為了加速渦輪23，根據優選的實施方式，該控制裝置20可以設定一個排氣閥9、 10 的開啟時間在以下範圍，在本實施例中其為第二排氣閥io，該範圍必需在關聯活塞再壓縮 衝程的0%至30%之間。在所示實施例中，UTLW的開啟時間被切換至再壓縮衝程的約1/3。 如圖所示，在該實施例中第一排氣閥9的排氣提升曲線26已經在該範圍內，也就說第一排 氣閥9，同樣在標準運轉中，與UTLW相比更晚的開啟，更確切的說是在再壓縮期間。
1權利要求
一種活塞式發動機，其特別適用於汽車，-具有至少一個汽缸(3)，該汽缸具有至少兩個排氣閥(9、10)；-具有雙頂置凸輪軸(13)，該雙頂置凸輪軸用於控制排氣閥(9、10)；-其中雙頂置凸輪軸(13)具有內軸(14)和外軸(15)，該內軸具有至少一個第一凸輪(16)用於控制各自的第一排氣閥(9)，同時該外軸具有至少一個第二凸輪(17)用於控制各自的第二排氣閥(10)，其中該外軸與所述第一內軸同軸布置；-其中內軸(14)和外軸(15)是相互可旋轉調節的，從而能夠改變排氣閥(9、10)的排氣時間段。
2. 如權利要求l所述的活塞式發動機，其特徵在於-提供了一種廢氣渦輪增壓器(21)，其渦輪(23)被安置在活塞式發動機(1)的廢氣管 線(5)中，和/或-提供一種控制裝置(20)用於控制調節裝置(19)，該控制調節裝置用於在軸(14、 15) 之間的相對旋轉位置的旋轉調節，和/或-為了加速渦輪(23)，控制裝置(20)將各自的第一排氣閥(9)或者各自的第二排氣閥 (10)的開啟時間切換至更早或者更晚。
3. 如權利要求2所述的活塞式發動機，其特徵在於為了加速渦輪(23)，控制裝置(20)使各自排氣閥(9、10)的開啟時間處於以下範圍，該 範圍為在關聯汽缸(3)中的衝程可調節活塞膨脹衝程的30%至90%之間。
4. 如權利要求3所述的活塞式發動機，其特徵在於 對於標準運轉，控制裝置(20)同步地致動兩個排氣閥(9、10)開啟。
5. 如權利要求2所述的活塞式發動機，其特徵在於對於標準運轉，與另一個排氣閥(9、10)相比，控制裝置(20)致動一個排氣閥(9、10) 更早的開啟，其開啟時間為在關聯汽缸(3)中的衝程可調節活塞的再壓縮衝程內。
6. 如權利要求5所述的活塞式發動機，其特徵在於為了加速渦輪(23)，控制裝置(20)改變了排氣閥(9、10)的開啟時間至更晚，其在標準 運轉中更早的開啟，特別改變至以下程度，即兩個排氣閥(9、10)同步開啟。
7. 如權利要求1-6任一項所述的活塞式發動機，其特徵在於兩個排氣閥(9、10)的開啟時間段各自地小於2400曲軸角，或者小於2000曲軸角或者 小於1800曲軸角。
8. 如權利要求1-7任一項所述的活塞式發動機，其特徵在於活塞式發動機(1)的所有汽缸(3)都具有兩個排氣閥(9、10)，通過雙頂置凸輪軸(13) 的兩個軸(14、 15)可以各自地控制該排氣閥。
9. 如權利要求1-7任一項所述的活塞式發動機，其特徵在於其中兩個排氣閥(9、10)都可以通過雙頂置凸輪軸(13)的兩個軸(14、15)各自控制的 汽缸的數量，要低於活塞式發動機(1)的汽缸(3)的整個數量。
10. 如權利要求l-9任一項所述的活塞式發動機，其特徵在於-提供至少一個快速開關閥(29)，該閥安置在排氣閥(8)的上遊並且在活塞式發動機 (1)的管線(4、6)中，該排氣閥與汽缸(3)關聯，該管線傳輸新鮮空氣，和/或 -提供一種控制裝置(20)用於控制至少一個閥(29)，和/或-不是每個汽缸(3)都與一個單獨的快速開關閥(29)關聯就是一個公用的快速開關閥(29)與所有的汽缸(3)關聯。
11. 如權利要求10所述的活塞式發動機，其特徵在於各個閥(29)的控制裝置(20)均作為活塞式發動機(1)當前運轉狀態的函數控制，從而實現脈衝增壓和/或取消進氣節流和/或冷增壓和/或熱增壓。
12. 如權利要求1-11任一項所述的活塞式發動機，其特徵在於供應汽缸(3)的新鮮氣體管線(4)是未作節流的或者是取消進氣節流的。
13. 如權利要求1-12任一項所述的活塞式發動機，其特徵在於-提供了一種用於噴射燃料至各自汽缸(3)中的噴射布置(11);-提供了一種用於控制該噴射布置(11)的控制裝置(20);-該控制裝置(20)切換了噴射時間從而加速渦輪(23)。
14. 如權利要求13所述的活塞式發動機，其特徵在於為了在火花點火發動機(1)中加速渦輪(23)，控制裝置(20)通過多次噴射來延遲重心的燃燒位置，從而與重心的傳統位置相比，用來增加廢氣焓。
15. 如權利要求1-14任一項所述的活塞式發動機，其特徵在於-提供一種點火裝置(12)用於在各自的汽缸(3)中點燃油氣混合物；-提供一種用於控制點火裝置(12)的控制裝置(20);-該控制裝置(20)改變了點火時間從而加速渦輪(23)。
全文摘要
本發明提供了一種活塞式發動機(1)，其特別適用於汽車中，該發動機具有至少一個汽缸(3)，該汽缸包括至少兩個排氣閥(9、10)。可以提供一種雙頂置凸輪軸(13)用於控制排氣閥(9、10)從而實現廢氣焓值的目標增長，該發動機具有內軸(14)和外軸(15)，其中內軸包括至少一個第一凸輪(16)用於控制各自的第一排氣閥(9)，外軸包括至少一個第二凸輪(17)用於控制各自的第二排氣閥(10)，其中外軸與內軸同軸布置。為此，內軸(14)和外軸(15)可以樞軸的相互調節，從而改變排氣閥(9、10)的排氣時間段。
文檔編號F02B37/20GK101796268SQ200880105240
公開日2010年8月4日 申請日期2008年9月3日 優先權日2007年9月5日
發明者彼得·維斯克, 薩沙·塞尼克, 赫爾曼·霍夫曼, 阿爾弗雷德·埃爾澤塞爾 申請人:馬勒國際有限公司