[发明专利]操作内燃发动机的气体交换阀的装置和方法，汽缸盖及升级内燃发动机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种操作内燃发动机的气体交换阀的装置和方法。本发明还涉及一种新颖的汽缸盖和新的升级内燃发动机的方法。

背景技术

传统上，在内燃发动机或活塞式发动机中，汽缸的气体交换阀由凸轮轴控制，该凸轮轴一方面借助于齿轮或链或皮带与发动机的曲轴相连接使得它随曲轴一起旋转，并且另一方面借助于推杆和摇杆、仅仅摇杆或通过凸轮轴凸轮和阀杆之间的直接的接触以机械的方式连接至阀。因此，汽缸排中的所有阀由同一凸轮轴控制，或另选地，入口阀和出口阀两者具有它们的相应的凸轮轴。操作中，由凸轮轴驱动的阀机构的使用仅提供改变阀的定时的非常有限的可能性，由此阀的定时始终是折衷。

由于愈加严格的排放规定，发动机制造商不得不减少发动机排放物。同时，目的是保持发动机性能不变或者甚至改善该性能。仅通过发动机的精确的实时调控，这是可能的。燃料供应的控制已连同电力控制燃料喷射的引入一起被显著改善。除此之外，气体交换阀的控制应该被改善，以便在所有发动机转速和发动机载荷下使发动机尽可能地有效。气体交换阀的单独控制提高了发动机的效率、燃料经济和输出并且减少排放物。在阀机构由凸轮轴驱动的情况下，这是不可能的。为了克服上述问题，在没有至曲轴的直接机械连接的情况下，液压致动器已被建议用于操作发动机阀。

如果气体交换阀（GEV）借助液压致动器来操作，那么致动器的尺寸需要设置成使其能抵抗任何操作条件下气体交换阀的最大可能打开力。打开力是致动器的有效表面积和连接至致动器的液压系统的压力的乘积。打开气体交换阀时所消耗的液压动力是液压系统的容积流量和压力的乘积。致动器的大的有效表面积导致高容积流量，并因此导致系统的高功率消耗。换言之，液压致动器的功率消耗是恒定的，不管打开气体交换阀实际上所需的力。

EP-B1-1403473讨论了一种液压阀致动系统。该EP文献公开了用于操作内燃发动机的气体交换阀的液压致动器。液压致动器具有设置有收纳活塞的内腔的主体。活塞布置成在其轴向端处与阀杆连通。活塞具有三个同轴筒状段，使得最上段（在与和阀杆连通的端部相对的端部）的直径是最小的，中心段具有最大直径，并且最低段具有大约最上段但小于中心段的直径。活塞段与致动器主体的内腔一起形成几个同轴的室，即，在最上活塞段上方的第一筒状室、在活塞的中心段上方的第二环形室以及在活塞的中心段下方的第三环形室。室的有效截面表面积是变化的，使得第一室的表面积最小，第二环形室的表面积最大，并且第三环形室的表面积小于第二环形室的表面积，但是大于第一环形室的表面积。室借助压力管道和阀装置连接到高压流体供应部和低压流体供应部，除与高压流体供应部恒定流体连通的第三环形室以外。液压致动器的操作由控制阀控制，该控制阀在其第一位置允许加压流体从高压流体供应部流至第二环形室。作用于最大表面积上的高压流体通过抵抗起源于阀弹簧、作用于第三环形室中的表面积上的高压流体、内燃发动机的汽缸中的气体压力以及阀的加速度的力打开阀而影响。在其第二位置中，控制阀允许第二环形室与低压流体供应部连通，使得作用于活塞的第二最大表面积上的在第三环形室中占优势的高压帮助活塞远离阀向上返回活塞。除了阀的仅仅基本操作以外，活塞的上端，即，第一室，设置有用于阻尼活塞向上的动作的装置以便减慢阀关闭的速度，使得在关闭时阀板不会太强烈地碰撞阀座。第一室为了阻尼目的布置成借助具体的阀门装置与高压流体供应部和低压流体供应部两者流体连通。因此，第一室不会参予气体交换阀的打开，但是减慢气体交换阀的最后关闭。

所述EP文献还讨论了用于液压致动器的另一个活塞结构。在第二实施方式中，活塞的中心段由能相对于彼此滑动的两个同轴部形成。换言之，活塞的外部（即第二部分）是绕活塞的第一部分布置的环形套筒，该第一部分用于操作阀杆。在第一位置中（当内燃发动机的气体交换阀被关闭时），环形活塞部靠在第一活塞部上的肩部上，并且在第二位置中（气体交换阀打开），环形部靠在室内壁上的肩部上。致动器起作用，使得当具有最大截面面积的第二环形室，即两个活塞部上方的室，由高压流体加压，两个活塞部一起移动，即，靠在第一活塞部上的肩部上的环形活塞部帮助向下移动活塞并且打开或脱开气体交换阀。在向下行进一定长度之后，环形活塞部接触室内壁上的肩部并且停止，由此活塞的第一部分继续向下移动，但是现在借助由于较小的有效面积造成的显著较小的力被向下移动。