專利名稱：操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的裝置和方法，汽缸蓋及升級內(nèi)燃發(fā)動機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的裝置和方法。本發(fā)明還涉及一種新穎的汽缸蓋和新的升級內(nèi)燃發(fā)動機的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在內(nèi)燃發(fā)動機或活塞式發(fā)動機中，汽缸的氣體交換閥由凸輪軸控制，該凸輪軸一方面借助于齒輪或鏈或皮帶與發(fā)動機的曲軸相連接使得它隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)，并且另一方面借助于推桿和搖桿、僅僅搖桿或通過凸輪軸凸輪和閥桿之間的直接的接觸以機械的方式連接至閥。因此，汽缸排中的所有閥由同一凸輪軸控制，或另選地，入口閥和出口閥兩者具有它們的相應(yīng)的凸輪軸。操作中，由凸輪軸驅(qū)動的閥機構(gòu)的使用僅提供改變閥的定時的非常有限的可能性，由此閥的定時始終是折衷。由于愈加嚴格的排放規(guī)定，發(fā)動機制造商不得不減少發(fā)動機排放物。同時，目的是保持發(fā)動機性能不變或者甚至改善該性能。僅通過發(fā)動機的精確的實時調(diào)控，這是可能的。燃料供應(yīng)的控制已連同電力控制燃料噴射的引入一起被顯著改善。除此之外，氣體交換閥的控制應(yīng)該被改善，以便在所有發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機載荷下使發(fā)動機盡可能地有效。氣體交換閥的單獨控制提高了發(fā)動機的效率、燃料經(jīng)濟和輸出并且減少排放物。在閥機構(gòu)由凸輪軸驅(qū)動的情況下，這是不可能的。為了克服上述問題，在沒有至曲軸的直接機械連接的情況下，液壓致動器已被建議用于操作發(fā)動機閥。如果氣體交換閥(GEV)借助液壓致動器來操作，那么致動器的尺寸需要設(shè)置成使其能抵抗任何操作條件下氣體交換閥的最大可能打開力。打開力是致動器的有效表面積和連接至致動器的液壓系統(tǒng)的壓力的乘積。打開氣體交換閥時所消耗的液壓動力是液壓系統(tǒng)的容積流量和壓力的乘積。致動器的大的有效表面積導(dǎo)致高容積流量，并因此導(dǎo)致系統(tǒng)的高功率消耗。換言之，液壓致動 器的功率消耗是恒定的，不管打開氣體交換閥實際上所需的力。EP-B1-1403473討論了一種液壓閥致動系統(tǒng)。該EP文獻公開了用于操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的液壓致動器。液壓致動器具有設(shè)置有收納活塞的內(nèi)腔的主體?；钊贾贸稍谄漭S向端處與閥桿連通?；钊哂腥齻€同軸筒狀段，使得最上段(在與和閥桿連通的端部相對的端部)的直徑是最小的，中心段具有最大直徑，并且最低段具有大約最上段但小于中心段的直徑?；钊闻c致動器主體的內(nèi)腔一起形成幾個同軸的室，即，在最上活塞段上方的第一筒狀室、在活塞的中心段上方的第二環(huán)形室以及在活塞的中心段下方的第三環(huán)形室。室的有效截面表面積是變化的，使得第一室的表面積最小，第二環(huán)形室的表面積最大，并且第三環(huán)形室的表面積小于第二環(huán)形室的表面積，但是大于第一環(huán)形室的表面積。室借助壓力管道和閥裝置連接到高壓流體供應(yīng)部和低壓流體供應(yīng)部，除與高壓流體供應(yīng)部恒定流體連通的第三環(huán)形室以外。液壓致動器的操作由控制閥控制，該控制閥在其第一位置允許加壓流體從高壓流體供應(yīng)部流至第二環(huán)形室。作用于最大表面積上的高壓流體通過抵抗起源于閥彈簧、作用于第三環(huán)形室中的表面積上的高壓流體、內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸中的氣體壓力以及閥的加速度的力打開閥而影響。在其第二位置中，控制閥允許第二環(huán)形室與低壓流體供應(yīng)部連通，使得作用于活塞的第二最大表面積上的在第三環(huán)形室中占優(yōu)勢的高壓幫助活塞遠離閥向上返回活塞。除了閥的僅僅基本操作以外，活塞的上端，即，第一室，設(shè)置有用于阻尼活塞向上的動作的裝置以便減慢閥關(guān)閉的速度，使得在關(guān)閉時閥板不會太強烈地碰撞閥座。第一室為了阻尼目的布置成借助具體的閥門裝置與高壓流體供應(yīng)部和低壓流體供應(yīng)部兩者流體連通。因此，第一室不會參予氣體交換閥的打開，但是減慢氣體交換閥的最后關(guān)閉。所述EP文獻還討論了用于液壓致動器的另一個活塞結(jié)構(gòu)。在第二實施方式中，活塞的中心段由能相對于彼此滑動的兩個同軸部形成。換言之，活塞的外部(即第二部分)是繞活塞的第一部分布置的環(huán)形套筒，該第一部分用于操作閥桿。在第一位置中(當內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥被關(guān)閉時)，環(huán)形活塞部靠在第一活塞部上的肩部上，并且在第二位置中(氣體交換閥打開)，環(huán)形部靠在室內(nèi)壁上的肩部上。致動器起作用，使得當具有最大截面面積的第二環(huán)形室，即兩個活塞部上方的室，由高壓流體加壓，兩個活塞部一起移動，即，靠在第一活塞部上的肩部上的環(huán)形活塞部幫助向下移動活塞并且打開或脫開氣體交換閥。在向下行進一定長度之后，環(huán)形活塞部接觸室內(nèi)壁上的肩部并且停止，由此活塞的第一部分繼續(xù)向下移動，但是現(xiàn)在借助由于較小的有效面積造成的顯著較小的力被向下移動。換言之，上述現(xiàn)有技術(shù)液壓致動器試圖減少操作氣體交換閥中所包括的能量消耗。然而，所得到的節(jié)約僅表示較早的現(xiàn)有技術(shù)液壓致動系統(tǒng)的小的改進。上述EP文獻的液壓致動器實際上所做的是，它考慮到脫開氣體交換閥之后，即在提升閥板離開座面之后立即燃燒室中的減壓。換言之，剛好在從脫開氣體交換閥之后，燃燒室中的壓力被釋放，由此汽缸壓力不會再或至少顯著減少抵抗氣體交換閥的打開，并且閥的打開可以借助較小的力來繼續(xù)。因此，EP文獻教導(dǎo)了一種液壓致動器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)借助未打開氣體交換閥所需的最大可想象力的恒力開始打開氣體交換閥，即，脫開氣體交換閥。在脫開氣體交換閥之后，打開力被減小 到固定值。結(jié)果是壓力流體(和功率)消耗被稍微減小，但僅是因為液壓致動器考慮了氣體交換閥的兩個不同的打開階段，即脫開階段和最終打開階段。然而，現(xiàn)有技術(shù)液壓致動器不能夠考慮由于變化的汽缸負載造成的內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中的變化的壓力條件或者由于變化的發(fā)動機轉(zhuǎn)速造成的變化的氣體交換閥的加速度。本發(fā)明的基礎(chǔ)是操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥所需的力不是恒定的。脫開和打開氣體交換閥所需的力取決于幾個因素。第一個因素是加速力，即，閥運動的加速度，該加速力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及氣體交換閥和液壓致動器的活塞的質(zhì)量成比例。第二個因素是閥板上的壓差，該壓差具有達到脫開階段的結(jié)束的效果。壓差取決于發(fā)動機操作條件，即，取決于發(fā)動機載荷和曲柄角。第三個因素是起源于氣體交換閥的彈簧(如果這樣的彈簧被使用)的力。并且第四個因素是抵抗活塞運動的致動器(EP-B1-1403473中的第三環(huán)形室)致動流體壓力(即使有的話)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于，克服用于打開內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的現(xiàn)有技術(shù)液壓致動器的一些弱點、缺點和問題。
本發(fā)明的第二目的在于通過調(diào)節(jié)用于打開氣體交換閥的力以滿足閥板上的壓差所設(shè)定的對打開氣體交換閥所需的力的要求，來減小液壓致動器的功率消耗。本發(fā)明的第三目的在于能夠調(diào)節(jié)液壓致動器的操作及其流速以滿足發(fā)動機轉(zhuǎn)速所設(shè)定的對閥開/閥閉速度的要求。本發(fā)明的第四目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單的液壓致動器，S卩，具有最小數(shù)量部件的致動器，所述部件具有非常少的待被加工和密封的表面，由此，所得到的用于打開內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的致動器是便宜的、可靠的且非常可調(diào)節(jié)的。本發(fā)明的第五目的在于提高系統(tǒng)的可靠性。當使用若干個控制閥時，一個控制閥的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)不可用，而僅是失去系統(tǒng)性能的一部分。通過智能控制，系統(tǒng)能識別故障的部件并且重新調(diào)整到故障模式。本發(fā)明的第七目的在于提供一種用于修理和升級/改造現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)燃發(fā)動機的簡單且能量有效的裝置，該現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)燃發(fā)動機具有凸輪軸以及與該凸輪軸連通以用于操作氣體交換閥的機械構(gòu)件。本發(fā)明的第八目的在于提供一種用于改造內(nèi)燃發(fā)動機以滿足當今對能量效率和排放控制的需要的新穎的汽缸蓋。并且，本發(fā)明的第九目的在于提供一種用于操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的壓力介質(zhì)致動器。換言之，所述致動器不但可以是液壓的，而且還可以是氣動的。本發(fā)明的至少一個目的由用于操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的裝置來滿足，所述裝置包括:壓力介質(zhì)供應(yīng)部、壓力介質(zhì)出口、壓力介質(zhì)致動器和控制構(gòu)件，所述壓力介質(zhì)致動器包括主體和一體式活塞，所述主體具有帶不同直徑的筒狀壁部的內(nèi)腔，所述一體式活塞布置成能在所述內(nèi)腔內(nèi)移動， 所述活塞的形狀對應(yīng)于所述內(nèi)腔的形狀，所述壓力介質(zhì)致動器還包括打開用壓力室，并且所述活塞包括布置在所述打開用壓力室中的有效打開用表面，所述控制構(gòu)件用于切換所述打開用壓力室在所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部和所述壓力出口之間的連接，其中所述裝置還包括設(shè)置在所述壓力介質(zhì)致動器中的至少一個另外的打開用壓力室、設(shè)置在所述活塞上的至少一個另外的有效表面以及至少一個另外的控制構(gòu)件，所述控制構(gòu)件布置成將一個或更多個打開用壓力室連接至所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部以控制打開所述氣體交換閥的力。本發(fā)明的至少一個目的通過以下方法來實現(xiàn):借助于上述裝置來操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥，使得:關(guān)于一個或更多個發(fā)動機特性，通過下述方式來操作致動器的控制構(gòu)件:當打開氣體交換閥時，選擇一個或更多個打開用壓力室并將其連接至壓力介質(zhì)供應(yīng)部以調(diào)節(jié)操作所述氣體交換閥的力，以及當關(guān)閉所述氣體交換閥時，將所述打開用壓力室連接至壓力出口。本發(fā)明的至少一個目的由內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸蓋來滿足，所述汽缸蓋包括至少兩個氣體交換閥以及用于操作氣體交換閥的構(gòu)件，其中至少一個用于操作氣體交換閥的構(gòu)件是根據(jù)設(shè)備權(quán)利要求中的一項或更多項所述的裝置。本發(fā)明的至少一個目的由升級具有汽缸蓋的內(nèi)燃發(fā)動機的方法來滿足，所述汽缸蓋具有至少一個氣體交換閥以及機械氣體交換閥操作構(gòu)件，其中所述機械氣體交換閥操作構(gòu)件被用根據(jù)設(shè)備權(quán)利要求中的一項或更多項所述的裝置來代替。
除了解決上述問題中的至少一些，本發(fā)明還能帶來許多其它優(yōu)點，這些優(yōu)點中的幾個優(yōu)點在下文中列出。本發(fā)明的壓力介質(zhì)致動器:一可以用來操縱內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥，所述發(fā)動機可以是二沖程或四沖程發(fā)動機；一減小系統(tǒng)中的容積流量，從而允許通過降低能耗來降低成本；一提高閥操縱系統(tǒng)的可靠性，這是因為單個控制閥的故障僅除去力組合的一部分；一允許更好地控制氣體交換閥速度；一使得可以更好地控制發(fā)動機，從而減少排放；一可以用來替換現(xiàn)有技術(shù)凸輪軸、推桿、搖桿機構(gòu)，使得老式汽缸蓋容易被現(xiàn)代化以滿足今天的需要；一結(jié)合簡單，并且制造便宜，并且不易發(fā)生故障或惡化。然而，應(yīng)該理解的是，所列的優(yōu)點僅是可選的，因為優(yōu)點的數(shù)量取決于實施本發(fā)明的方式。


在下文中，將參照附圖更詳細地說明本發(fā)明，附圖中:圖1示出了處于氣 體交換閥的打開階段的根據(jù)本發(fā)明的實施方式的壓力介質(zhì)致動器裝置與氣體交換閥的軸向剖視圖，圖2示出了處于氣體交換閥的關(guān)閉階段的圖1壓力介質(zhì)致動器裝置的軸向剖視圖，圖3示出了處于氣體交換閥的另一打開階段的壓力介質(zhì)致動器裝置的軸向剖視圖，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的壓力介質(zhì)致動器的軸向剖視圖，以及圖5示意地示出了用于控制本發(fā)明的壓力介質(zhì)致動器的操作的控制閥的另一示例性選擇。
具體實施例方式圖1示出了壓力介質(zhì)致動器10的軸向剖視圖。致動器10具有主體12，該主體包括從主體的一端14的附近延伸到主體10的相對端16的內(nèi)腔。主體的端部16設(shè)置有蓋18，該蓋設(shè)置有優(yōu)選的中心開口 20。內(nèi)腔由若干個筒狀壁部22、24和26形成，使得壁部的直徑朝向主體的具有蓋18的那一端增大。壓力介質(zhì)致動器10具有一體式活塞30，該活塞的形狀大體上對應(yīng)于主體12的內(nèi)腔的形狀。換言之，一體式活塞在該實施方式中由四個筒狀段32、34、36和38形成，這些段上下疊置地軸向布置?；钊?0的最上段32的直徑對應(yīng)于壁部22的直徑，然而在該最上段32和壁部22之間留有足夠的運行間隙。以類似的方式，活塞30的第二段34的直徑對應(yīng)于壁部24的直徑，并且活塞的第三段36的直徑對應(yīng)于第三壁部26的直徑?；钊?0的第四段38的直徑對應(yīng)于蓋18中的中心開口 20的直徑。壓力介質(zhì)致動器的活塞30和主體12的內(nèi)腔形成壓力室40、42、44和46。室40由壁部22、內(nèi)腔的端面和活塞30的第一段32的端面48限定。室42由壁部24、活塞30的第一段32的筒狀側(cè)面、活塞30的第二段34的環(huán)形端面50以及內(nèi)腔的第一壁部22和第二壁部24之間的肩面限定。室44由壁部26、活塞30的第二段34的筒狀側(cè)面、活塞30的第三段36的環(huán)形端面52以及內(nèi)腔的第二壁部24和第三壁部26之間的肩面限定。室46由壁部26、活塞30的第四段38的筒狀側(cè)面、活塞30的第三段34的下環(huán)形端面54以及蓋18的面向內(nèi)腔的表面限定。因此，影響活塞30和布置成與該活塞30連通的閥桿100的運動的有效表面是壓力室40中的端面48、壓力室42中的環(huán)形端面50、壓力室44中的環(huán)形端面52以及壓力室46中的環(huán)形端面54?；谒鼈兊牟僮?，壓力室40、42和44可以稱為打開用壓力室，并且壓力室46可以稱為關(guān)閉用壓力室。以相似的方式，有效表面48、50和52可以稱為打開用表面，并且表面54可稱為關(guān)閉用表面。本發(fā)明的優(yōu)選但不是必要的特征是有效表面的面積形成幾何級數(shù)，使得表面48的面積是A，表面50的面積是2*A并且表面52的面積是4*A。稍后將更詳細地說明布置面積以形成這樣的幾何級數(shù)的目的。壓力介質(zhì)致動器主體12和活塞13形成壓力介質(zhì)閥操作裝置的第一部分。操作裝置的第二部分由箱61 (當涉及液壓致動器時)；壓力介質(zhì)供應(yīng)部70 ;第一控制閥80、82、84和86 ;管道72、74、76和78 ;第二控制閥90、92、94和96 ；以及管道62、64、66和68形成。管道72、74、76和78將壓力介質(zhì)供應(yīng)部經(jīng)由第一控制閥80、82、84和86連接至壓力室40、42,44和46。壓力室40、42、44和46借助于第二控制閥90、92、94和96以及管道62、64、66和68，及壓力出口 60連接至箱61。因此，每個壓力室均具有用于控制該室的操作的一個第一控制閥和一個第二控制閥。控制閥80、82、84和86以及90、92、94和96優(yōu)選地為電磁閥或者一些其它能電力操作的閥，這些閥連接至控制單元(CU)，使得該控制單元(CU)能夠基于來自發(fā)動機控制單元的輸入獨立地打開和關(guān)閉每個閥。換言之，電磁操作的控制閥正常工作，使得它在控制單元(CU)不允許電流進入螺線管時被關(guān)閉。當螺線管的電路被關(guān)閉時，即，電流被允許進入螺線管時，螺線管抵抗彈簧的作用將控制閥推動到打開位置。并且當螺線管電路被打開時，彈簧將控制閥推動關(guān)閉位置。自然地，也可以借助于螺線管保持控制閥關(guān)閉，并且可以通過從螺線管電路切斷電力來打開控制閥。此外，還可以布置與控制閥結(jié)合的兩個螺線管，由此，控制閥的打開和關(guān)閉都通過利用螺線管來執(zhí)行。第一控制閥80、82、84和86這里已被示出為二位二通閥，即，打開或阻斷壓力室40、42、44和46與壓力介質(zhì)供應(yīng)部70之間的流動連接的閥。以相似的方式，控制閥90、92、94和96已被示出為二位二通閥，即，打開或阻斷壓力室40、42、44和46和箱60之間的流動連接的閥。圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸的燃燒室中占優(yōu)勢的背壓處于最低值且因此打開氣體交換閥102所需的力也處于最低可能值時的壓力連接，S卩，控制閥的位置。為了節(jié)約能量，即，為了形成剛好足以以期望的方式打開氣體交換閥102的力，壓力介質(zhì)致動器的操作被調(diào)節(jié)，使得控制閥80將壓力室40經(jīng)由管道72連接至壓力介質(zhì)供應(yīng)部70，而其他三個控制閥82、84和86被關(guān)閉。位于致動器的箱61那一側(cè)的第二控制閥被操作，使得控制閥90被保持關(guān)閉，由此切斷從壓力室40沿著管道62和60至箱61的連接并且允許壓力介質(zhì)源的壓力影響有效活塞表面48。其他控制閥92、94和96將它們相應(yīng)的壓力室42、44和46連接至箱61。作用于活塞表面48上的高壓介質(zhì)影響氣體交換閥102的打開，并且同時壓縮閥簧104并且迫使壓力室
圖2示出了氣體交換閥待被關(guān)閉時壓力介質(zhì)致動器的操作階段，S卩，控制閥的位置。現(xiàn)在，控制閥86將壓力室46經(jīng)由管道78連接至壓力介質(zhì)供應(yīng)部70，而剩余的三個控制閥80、82和84被關(guān)閉。第二控制閥被操作，使得它們中的三個，即，控制閥90、92和94，將它們相應(yīng)的壓力室40、42和44連接至箱61，并且與待被加壓的壓力室46連通的控制閥96被關(guān)閉。作用于有效活塞表面54上的高壓介質(zhì)向上移動活塞，從而允許氣體交換閥關(guān)閉并且迫使介質(zhì)從壓力室40、42和44進入箱61。此時應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的壓力介質(zhì)致動器也可以被操作成使得能夠利用控制閥使活塞停止在任何期望位置處。例如，活塞的向上運動以及氣體交換閥的向上運動可通過關(guān)閉第二閥90、92和94并且還保持第一閥80、82和84也關(guān)閉而被停止。圖3示出了打開氣體交換閥所需的力明顯高于圖1所示的階段中的力時壓力介質(zhì)致動器的操作階段，即，控制閥的位置。這里，控制閥80和84將它們的相應(yīng)的壓力室40和44連接至壓力介質(zhì)供應(yīng)部70，而控制閥82和86被關(guān)閉。在第二控制閥中，閥90和94被關(guān)閉，從而允許介質(zhì)壓力在壓力室40和44中作用于有效表面48和52 (圖1所示的附圖標記)。控制閥92和96將它們相應(yīng)的壓力室42和46連接至箱61。在該情況下，用于打開閥的力與圖1的示例相比是5倍。

圖3示出了作為示意的、附加的和示例性的裝置的管道98，該管道已被布置成使得，例如，當關(guān)閉氣體交換閥時，壓力室42可以借助控制閥92和控制閥94這兩個閥被騰空。通過該裝置，致動器活塞的速度可以被調(diào)節(jié)為，如果活塞應(yīng)該向上移動，并且只有控制閥90和94打開，并且控制閥92關(guān)閉，來自兩個壓力室42和44的介質(zhì)必須通過控制閥94。因為控制閥94的流速是有限的，因此，(與每個壓力室均借助其控制閥而被排放的正常情況相比)來自壓力室42的附加流量增大了總流量并且減小了活塞可以移動的速度。實際上，管道98可以是一閥裝置，來自室42的出口流可以通過該閥裝置被引向控制閥92和/或控制閥94，和/或來自室44的出口流可以被弓I向控制閥94和/或控制閥92。自然地，這樣的管道或閥裝置可以自由地布置在致動器主體的出口側(cè)。在圖3的實施方式中，甚至將成為可能的是，來自任何壓力室40、42和44的介質(zhì)流均可以被引向一個、兩個或三個第二控制閥90、92和94，由此活塞運動的速度的可調(diào)節(jié)性將被最大化。例如，在排氣閥的關(guān)閉階段，可以首先允許來自壓力室的壓力介質(zhì)經(jīng)由它“自己的”控制閥，即，經(jīng)由所有三個控制閥，被排放，然后關(guān)閉其中一個控制閥90、92和94，并允許壓力介質(zhì)經(jīng)由兩個控制閥被排放，由此，閥關(guān)閉速度被減慢。在下一階段，一個或更多個控制閥被關(guān)閉，并且所有壓力室40、42和44的排放均經(jīng)由一個控制閥發(fā)生，直到該控制閥也被關(guān)閉，從而停止閥和活塞的運動。換言之，本發(fā)明使得可以以步進的方式調(diào)節(jié)用于打開氣體交換閥的力。下列表列出了打開氣體交換閥時第一控制閥的位置和所得到的力的各種組合。自然地，當打開氣體交換閥時，控制閥86始終被關(guān)閉，并且控制閥96始終將室46連接至箱61 (除非期望一些阻尼效應(yīng))。至于第二控制閥90、92和94，它們的位置分別取決于相應(yīng)的第一控制閥80、82和84的位置。這意味著，當?shù)谝豢刂崎y處于“打開”位置時，相應(yīng)的(連接到同一壓力室的)第二控制閥處于“關(guān)閉”位置，反之亦然。
權(quán)利要求
1.一種用于操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的裝置，所述裝置包括: 壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)； 壓力介質(zhì)出口(60)； 壓力介質(zhì)致動器(10)，所述壓力介質(zhì)致動器(10)包括主體(12)和一體式活塞(30)，所述主體具有帶不同直徑的筒狀壁部的內(nèi)腔，所述活塞布置成能在所述內(nèi)腔內(nèi)移動，所述活塞(30)的形狀對應(yīng)于所述內(nèi)腔的形狀，所述壓力介質(zhì)致動器(10)還包括打開用壓力室(40)，并且所述活塞(30)包括布置在所述打開用壓力室(40)中的有效打開用表面(48)； 控制構(gòu)件(80、90)，所述控制構(gòu)件用于切換所述打開用壓力室(40)在所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)和所述壓力介質(zhì)出口(60)之間的連接； 所述裝置的特征在于，所述裝置還包括設(shè)置在所述壓力介質(zhì)致動器(10)中的至少一個另外的打開用壓力室(42、44)、設(shè)置在所述活塞(30)上的至少一個另外的有效表面(50、52)、以及至少一個另外的控制構(gòu)件(82、84 ;92、94)，所述控制構(gòu)件(80、82、84)布置成將一個或更多個打開用壓力室(40、42、44)連接至所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)以控制打開所述氣體交換閥(102)的力。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述活塞(30)的每個有效打開用表面(48、50,52)均具有面積，這些有效打開用表面(48、50、52)的面積是不同的。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述活塞(30)的每個有效打開用表面(48、50、52)均具有面積，這些有效打開用表面(48、50、52)的面積以幾何級數(shù)布置。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述壓力介質(zhì)致動器(10)布置成操作一個以上氣體交換閥(102)。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，在至少兩個打開用壓力室(40、42、44)的出口之間設(shè)置有用于布置從其中一個出口到另一個出口的流動連通的構(gòu)件。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一控制閥(80、82、84、86)和所述第二控制閥(90、92、94、96)中的一個或更多個控制閥是能夠調(diào)節(jié)進出壓力室(40、42、44、46)的流量的數(shù)字流量控制單元(110)。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)置有借助附加的控制構(gòu)件(104)連接到至少一個壓力室(40、42、44、46)的附加的壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70’)。
8.一種借助于如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的方法，所述方法的特征在于: 關(guān)于一個或更多個發(fā)動機特性，通過以下方式來操作所述致動器(10)的所述控制構(gòu)件(80、82、84 ;90、92、94): 當打開所述氣體交換閥(102)時，選擇一個或更多個打開用壓力室(40、42、44)并將其連接至壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)以調(diào)節(jié)打開所述氣體交換閥(102)的力，并且 當關(guān)閉所述氣體交換閥(102)時，將所述打開用壓力室(40、42、44)連接至壓力出口(60)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于， 分別操作定位在所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)和關(guān)閉用壓力室(46)之間的控制構(gòu)件(86)以及定位在所述關(guān)閉用壓力室(46)和所述壓力出口(60)之間的控制構(gòu)件(96)，以便: 當打開所述氣體交換閥(102)時，打開關(guān)閉用壓力室(46)和所述壓力出口(60)之間的連接，并關(guān)閉所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)和所述關(guān)閉用壓力室(46)之間的連接，并且 當關(guān)閉所述氣體交換閥(102)時，關(guān)閉所述關(guān)閉用壓力室(46)和所述壓力出口(60)之間的連接，并打開所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)和所述關(guān)閉用壓力室(46)之間的連接，以允許所述壓力介質(zhì)進入所述壓力室(46 )，從而提升所述活塞(30 )。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述打開用壓力室(40、42、44)的所述有效打開用表面(48、50、52)的面積來選擇一個或更多個打開用壓力室(40、42、44)。
11.如前述權(quán)利要求8至10中的任一項所述的方法，其特征在于，通過將一個或更多個打開用壓力室(40、42、44)從所述壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)切換到壓力不同于該壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)的壓力的附加的壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70’)來控制所述氣體交換閥(102)的打開力。
12.一種內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸蓋，所述汽缸蓋包括至少一個氣體交換閥和用于操作氣體交換閥的構(gòu)件，其特征在于，至少一個用于操作氣體交換閥的構(gòu)件是根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項或更多項所述的裝置。
13.—種升級具有至少一個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述汽缸具有帶機械氣體交換閥操作構(gòu)件和至少一個氣體交換閥的汽缸蓋，所述方法的特征在于，用根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項或更多項所述的 裝置來替換機械氣體交換閥操作構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥的裝置和方法。本發(fā)明討論了，關(guān)于一個或更多個發(fā)動機特性，在控制構(gòu)件(80、82、84；90、92、94)的幫助下借助于壓力介質(zhì)致動器(10)來操作內(nèi)燃發(fā)動機的氣體交換閥(102)，當打開所述氣體交換閥(102)時，選擇一個或更多個打開用壓力室(40、42、44)并將其連接至壓力介質(zhì)供應(yīng)部(70)，以調(diào)節(jié)打開所述氣體交換閥(102)的力，并且當關(guān)閉所述氣體交換閥(102)時，將所述打開用壓力室(40、42、44)連接至壓力出口(60)。本發(fā)明還涉及一種新穎的汽缸蓋和新的升級內(nèi)燃發(fā)動機的方法。
文檔編號F01L9/02GK103228878SQ201180057307
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者I·卡里奧 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司