专利名称：内燃机的可变阀门传动的方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的可变阀门传动的方法，其中利用相对于 曲轴调整至少一个凸轮轴的调节件，取决于转速改变内燃机的受控换 气阀的阀定时，以及其中内燃机具有用于补偿换气阀的阀隙的液压阀 隙补偿件，其至少在进气侧和排气侧之一上作为空行程件构成，其各 自在进气时首先产生取决于转速的空行程。
背景技术：
用于改变特别是汽车内燃机上换气阀的阀定时的凸轮轴调节器本 身公知。通过改变控制时间，在取决于发动机转速的情况下，需要对 不同的工作参数进行优化，特别是发动机转速、空载运行质量、油耗 以及有害物质排放。在具有一个进气凸轮轴和一个排气凸轮轴的发动机上，例如在DOHC (Double Overhead Camshaft)上-具有上述两个凸轮轴的结构， 为此可以通过大多作为电液压调节器构成的凸轮轴调节器在取决于发 动机转速的情况下彼此相对调整排气和进气过程。通常为此进气凸轮 轴以确定角度相对于两个凸轮轴通过其传动的曲轴调整。在此方面， 在上换气死点的区域内出现进气和排气过程重叠的改变，其中进气阀 和排气阀同时打开。在这种重叠期间，出现输送新鲜充气和排出剩余 气体的扫气过程。同时通过废气的回流过程进行"内部的"废气再循 环，其改变压縮室内的剩余气体量。废气再循环降低内燃机温度并由 此有助于减少NOx有害物质排放。另一方面，过大的剩余气体量对空 载运行质量(非静止的空载运行状态)产生不利影响。因此，空载运 行时利用凸轮轴调节根据"延迟的"进气关闭进行调整，以便通过较 小的阀门重叠提高空载运行质量或确保高空载运行质量。在高转速下，同样根据延迟的进气关闭进行调整。特别是在高转 速下发动机气缸内明显波动的空气柱，通过延迟的进气关闭导致燃烧 室内提高发动机功率的气体动力学上的后续扫气效应。相反在中等转 速下，凸轮轴调整根据"提前"进气关闭进行，以便达到使转矩提高 的更好的气缸充气。
在仅具有一个凸轮轴的发动机上，例如在OHV(Overhead Valves) -采用下置凸轮轴的结构或者在SOHC(Single Overhead Camshaft)-采
用上置凸轮轴的结构，特别是为降低有害物质，也可以适当进行凸轮 轴调整。但在此方面，由于阀门重叠保持不变，始终只能在调整阀定 时方面进行妥协。
此外公知液压阔隙补偿件，其独立补偿通过从凸轮轴出发的凸轮 行程到换气阀的传递件热膨胀和磨损产生的阀隙，以保证内燃机的正 常工作。补偿件通常作为液压挺杆构成，具有通过弹簧在关闭方向上 加载的控制阀。这一点意味着，控制阀在凸轮的基圆范围内主要通过 弹簧的力关闭。由此该补偿件将凸轮行程作为似乎刚性的元件直接传 递到换气阀。
使用控制阀在打开方向上加载的阔隙补偿件的程度日益增加。这 种补偿件作为 RSHVA ( Reverse Spring Hydraulische Ventilspielsausgleichselemente ) 或者 NOLA ( Normally Open Lash Adjuster)例如由US 4 054 109、 US 5 758 613禾[]JP 61 185607 A有所
公开。在这种补偿件中，控制阀在凸轮基圆范围内通过弹簧的力保持 打开。因为补偿件只能通过随着从挺杆的高压室向低压室流动的油流 凸轮提升开始通过流体动力学和流体静力学的力关闭，所以补偿件首 先产生空行程，然后开始本身的阀行程。特别是空行程可以可靠防止 负阀隙并为补偿特别是柔性凸轮轴机械上的不充分性，汽车上可以使 用可调凸轮或凸轮轴。这种补偿件的空行程可以影响阀门重叠并因此换气阀的控制时 间。空行程通常在发动机的空载运行转速时最大并随着转速上升几乎 直线下降。空载运行时相当大的空行程减小阀门重叠，由此剩余气体 含量在气缸燃烧室内燃烧时减少。这一点在稳定空载运行方面对发动 机的空载运行质量产生积极影响。
凸轮轴调节器用于改变不同转速范围内的阀门重叠。空行程件同 样改变阀门重叠。产生不利影响的是，提供采用空行程的凸轮轴调整 和阀隙补偿的热动势迄今为止未得到充分利用。特别是到目前没有公 开用于可变阀门传动的方法，在这种方法中，具有空行程的液压阀隙 补偿件根据具有凸轮轴调节器的内燃机阀定时进行适当调节。在具有 凸轮轴调整和空行程件的内燃机上，由此也可以形成在确定的运行情 况下产生不利影响的阀定时的延迟。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种内燃机的可变阀门传动的方法，该 方法采用凸轮轴调整和具有空行程功能的液压阀隙补偿，该方法在内 燃机的任何运行情况下均保证有利的阀定时并同时提高这种内燃机的 热动力学利用。
本发明基于这种认识，即，利用液压阀隙补偿件的空行程提供附 加参数供使用，其影响内燃机上的阀定时并在利用凸轮轴调整进行可 变阀门传动时可以同时被有针对性地加入，以提高燃烧过程的效率。
本发明因此从一种内燃机的可变阀门传动的方法出发，其中利用 相对于曲轴调整至少一个凸轮轴的调节件，取决于转速改变内燃机的 受控换气阀的阀定时，以及其中内燃机具有用于补偿换气阀的阀隙的 液压阀隙补偿件，其至少在进气侧和排气侧之一上作为空行程件构成， 其各自在进气时首先产生取决于转速的空行程。此外在各自调整至少一个凸轮轴时考虑阀隙补偿件各自的空行程。
通过依据本发明的方法，具有优点地达到扩展凸轮轴调整功能范
围的目的。RSHVA或NOLA的空行程有效地与闽定时的控制，特别是 阀门关闭时间的控制相结合。由此在内燃机不同的重要运行状态下， 特别是在空载运行和冷启动时，也就是在低油温下，可以更好地充分 利用内燃机的热动势。
此外，在具有两个凸轮轴的内燃机上，通过这两个凸轮轴可以独 立调整换气阀的进气阀定时和排气阀定时，以及其中空行程件的空行 程按照最大转速设计，借助跟踪空载运行时的凸轮轴调整，不低于空 载运行时预先规定的最小阀门重叠。这一点可以具有优点地由此实现， 即在提前进气打开的方向上跟踪控制进气阀的凸轮轴。
在具有两个可以独立调整的凸轮轴(Dual Independent - System)
的内燃机上，其中凸轮轴柔性构成，可以在与还原弹簧-空行程件的 组合下这样设计空行程，使其在整个转速范围内，也就是特别是也在 高转速情况下，仍足以补偿柔性凸轮轴的凸轮轴位移或者凸轮挠曲。
因为补偿件的空行程随着由于体积流量增加转速上升而下降，该 体积流量在阀行程中加载控制阀的阀门关闭体并降低控制阀与此相关 的较短的关闭时间，所以空行程根据在反向推论中的最大转速设计产 生空载运行时非常高的空行程。确切地说，原则上希望空载运行时的 大空行程，因为与此相关的小阀门重叠确保高空载运行质量。
但为可以在内燃机上调整尽可能高的转速，最大转速时的空行程 此外也可以这样高地设计，使空载运行时仅产生极少量阀门重叠或者 根本不产生阀门重叠。这一点也意味着，不再进行内部的废气再循环。 但出于排放和油耗的原因，在空载运行时也应始终保持较小的内部废 气再循环。这一点利用凸轮轴调节器实现，方法是依据本发明通过跟踪凸轮 轴在"提前"进气关闭的方向上进行进气调整。由此一方面具有柔性 凸轮轴的内燃机在非常高的转速下磨损和噪声相当低地运行，另一方 面，调节空载运行时对足够高的空载运行质量可接受的并对油耗和有 害物质排放有利的剩余气体含量。此外，在这种内燃机上冷启动时，借助跟踪空载运行时的凸轮轴 调整，不高于空载运行时预先规定的最大阀门重叠。这一点可以具有 优点地由此实现，即在延迟进气打开的方向上跟踪控制进气阀的凸轮 轴。由此可以实现本发明的另 一 种阀定时控制，其具有"Dual Independent"凸轮轴调节器与还原弹簧-空行程件的组合。由于补偿 件内油粘度的温度依赖性，空行程件在非常低的油温下，特别是在冷 启动时仅产生非常小的空行程并因此产生过大的阀门重叠。这一点也 造成空载运行相当不稳定。为补偿这一点，可以附加提高空载运行转 速。但出于排放原因不希望这样做。作为补救措施，依据本发明在冷 启动时，可以通过在"延迟"进气打开方向上跟踪凸轮轴。由此减少 阀门重叠面并取得良好的空载运行质量而无需附加提高转速。在仅具有一个可调凸轮轴("Dual Equal"-系统)和空行程件的 内燃机上，也使阀门传动得到提高。为此在仅具有一个凸轮轴的内燃 机上，通过该凸轮轴可以彼此独立调整换气阀的进气阀定时和排气阀 定时，以及其中在进气侧上和排气侧上具有带空行程的阀隙补偿件， 在中等转速范围内，在与通过换气阀的空行程优选的进气和排气关闭 的作用连接下，在延迟进气和排气关闭的方向上进行凸轮轴调整。在Dual Equal —系统上，不能从进气向排气进行相位调整。所调 整的阀门重叠在正常位置上取决于空载运行质量并为其他所有转速范围形成妥协。
在(平均转速下的)部分负荷范围内，按照"延迟"的调整(也 就是进气阀和排气阀关闭迟于正常位置)可以降低NOx排放。这一点 由此产生，即，通过在活塞下行行程期间延迟关闭排气阀，废气向燃 烧室内流动。在此方面，降低燃烧温度并因此降低NOx的产生。但因 为进气也延迟关闭，所以一部分气缸充气在压强下重新排出，从而降 低已取得的压縮，其结果导致点火或燃烧变差和发动机功率下降。传 统Dual Equal-系统中对于"过迟"的调整因此带有明显缺陷。
在Dual Equal-系统中，目标是通过延迟关闭进气阀排流，也就是 从气缸中进行充气的排放。充气的剩余气体含量在此方面通过两种效 应产生，即通过不变的重叠(排气阀在进气阀打开期间关闭)以及通 过在"延迟"后并因此向下运动的活塞更高速度时重叠取决于凸轮轴 调整的移动。由此可能的排流受到过多剩余气体的限制。
空行程件的使用縮短阀门操作的所称重叠并因此这样减少气缸内 的剩余气体含量。按照这种方式，可以在燃烧过程方面无缺陷地进行 最大延迟调整。
最后在具有空行程件的Dual Equal-系统中，按照"延迟"的凸轮 轴调整也导致空载运行时和低负荷下该系统的非临界状态。在正常位 置上无空行程件，也就是无凸轮轴调整的系统中，保证良好的空载运 行质量，而按照"延迟"调整则导致空载运行时和低负荷范围内相当 高的剩余气体量，其造成发动机径向振摆运行并甚至会导致更差废气 值的不点火。
在充分利用空行程件的空行程下的Dual Equal-系统中，可以避免 这些缺陷。通过空行程在转速下降时不断减少阀门重叠。因此降低剩 余气体量并重新提高空载运行质量。这一点意味着，即使在相当低的转速情况下延迟调整时，仍始终确保足够好的空载运行质量。依据本 发明按照"延迟"的凸轮轴调整然后在负荷增加的情况下具有优点地 进行精确的剩余气体调整。
因此整体上在平衡各个部分相反的作用的情况下，可以通过凸轮 轴调整与由具有空行程的阔隙补偿件各自产生的空行程的适当组合而 调整阀定时，该阀定时在内燃机的全部转速范围下开发了附加的热动 势，这对发动机运行质量、功率扩展具有优点的影响并考虑到油耗和 有害物质排放。
下面借助附图所示几个实施例的曲线图对本发明进行说明。其中 图1示出在一种具有两个用于进气阀和排气阀可彼此独立调整的
凸轮轴和具有空载运行时空行程的液压阀隙补偿件的内燃机上，依据
本发明的凸轮轴调整时阀门的控制曲线图2示出冷启动时相应的阔门传动曲线图3示出在一种具有一个用于进气阀和排气阀可调整的凸轮轴和 具有中等转速范围下进气侧和排气侧上空行程的液压阀隙补偿件的内 燃机上，依据本发明的凸轮轴调整时阀门的控制曲线图；以及
图4示出一种仅在进气侧上具有空行程件的内燃机上相应的阀门 传动曲线图。
具体实施例方式
图l-4中的阀门传动曲线图示出阀行程分布，其中，相对于内燃 机曲轴的曲轴转角3标注换气阀的阀行程1。曲轴转角3用作阀行程1
的时间分布的量度并用于说明通过凸轮轴调节器对换气阀进气和排气 时间的调整。
图1在图上半部分示出在阀隙补偿件中无空行程的内燃机上排气
阀的排气分布4和进气阀的进气分布5。处于曲线4和5内部的曲线4'和5'相反示出在具有空行程2的阀隙补偿时的排气分布或进气分布。排气在时间点(A6)或曲轴转角7或7'时打开并在时间点(AS) 9或9'时关闭。进气在时间点(EO) 8或8'时打开并在时间点(ES) 10 或10'时关闭。曲线4和5示出无空行程件空载运行时的情况。在处于 换气区域内的上死点6上，排气和进气同时打开。由此产生一种确定 的阀门重叠13 (起始状态下的重叠面或重叠角)。在具有空行程件的排气和进气曲线4'或5'上，空行程2为补偿凸 轮轴偏移或者凸轮轴变形按照最大发动机转速设计。这一点在空载运 行时产生非常高的空行程2。因此阀门重叠13这样消失，使阀门重叠 不再存在。为防止这一点，进气凸轮轴在"提前"进气关闭的方向12上调整。 这一点在图1的下半部分中示出。排气凸轮轴在此方面保持不变。因 此通过凸轮轴跟踪再产生一种少量的阀门重叠13'(结束状态下的重叠 面或重叠角)，其提供足够好的空载运行质量可接受的剩余气体含量， 并因此在废气排放以及油耗和稳定的空载运行之间取得具有优点的妥 协。图2示出冷启动时的运行情况。由于油温低，空行程件在空载运 行时的空行程非常小。在起始状态下产生一种相当大的阀门重叠13， 其具有虚线所示(未调整的)进气曲线。与此同时，气缸内剩余气体 含量很高，这导致较差的空载运行。通过在方向ll上的调整，也就是 按照"延迟"的调整，开始阔门重叠13减少到较小的结束阀门重叠13'， 由此再次改善空载运行质量。因此没必要提高空载运行转速。图3示出仅具有一个凸轮轴的内燃机中等转速下的运行情况。按 照"延迟"关闭ll'的调整从排气开始，使活塞在下行沉入时将附加的 废气吸入燃烧室。这种剩余气体提高气缸内的燃烧温度，其结果是降低氮氧化物(N0X)的排放。同时关闭的进气在发动机的压縮行程中从 气缸排出充气，由此使油气混合气的可燃性变差，从而造成发动机的 功率损耗。阀行程分布4和5示出无空行程件的延迟调整。为进行比较，图3中调整前的曲线分布采用虚线示出。利用进气侧和排气侧上的空行程件，在延迟调整后形成行程分布4'或5'。作为空行程2的后果，无论是 排气还是进气的关闭均提前。排气现在不是在9时，而是在9'时就已经 关闭，进气是在10'时，而不是在10时关闭。由此重叠面13降低到重 叠面13'，并因此也获取了剩余气体和降低了有害物质。通过提前关闭 进气，按照"延迟"调整的不利后果从进气侧方面得到部分补偿，也 就是减少了功率损耗。图4最后示出可与图3的例子比较的凸轮轴延迟调整，但其中仅 在入口上构成空行程件。产生的重叠面13'在这种情况下仍然比图3的 重叠面13'大，并与无空行程件的重叠面13相差无几。但却接近达到与 无空行程件相同的降低有害物质，同时也如图3的例子中那样在这种 程度上限制了功率损耗。附图标记3曲轴转角4无空行程的排气曲线4'有空行程的排气曲线无空行程的进气曲线5'有空行程的进气曲线6上死点(换气)7无空行程的排气打开(ao)7'有空行程的排气打开(ao)8无空行程的进气打开(eg)8'有空行程的进气打开(eO)9无空行程的排气关闭(as)9，有空行程的排气关闭(as)10无空行程的进气关闭(es)10,有空行程的进气关闭(es)11进气调整"延迟"11,排气调整"延迟"12进气调整"提前"13阀门重叠起始状态13,阀门重叠结束状态口王 n王一丁 一丁阀空1 权利要求
1. 内燃机的可变阀门传动的方法，其中利用相对于曲轴调整至少一个凸轮轴的调节件，取决于转速改变内燃机的受控换气阀的阀定时，以及其中内燃机具有用于补偿换气阀的阀隙的液压阀隙补偿件，该阀隙补偿件至少在进气侧和排气侧之一上作为空行程件构成，该空行程件各自在进气时首先产生取决于转速的空行程(2)，其特征在于，在调整所述至少一个凸轮轴时考虑所述阀隙补偿件的空行程(2)。
2. 按权利要求l所述的方法，其中，在内燃机具有两个凸轮轴以 及其中空行程件的空行程(2)按照最大转速设计的情况下，借助跟踪 空载运行时的凸轮轴调整，不低于空载运行时预先规定的最小阀门重 叠(13')，其中通过所述两个凸轮轴可以独立调整换气阀的进气阀定 时和排气阀定时。
3. 按权利要求2所述的方法，其中，在提前进气打开的方向(12) 上跟踪控制进气阀的凸轮轴。
4. 按权利要求l - 3至少之一所述的方法，其中，在内燃机具有 两个凸轮轴以及冷启动时，借助跟踪空载运行时的凸轮轴调整，不高 于空载运行时预先规定的最大阀门重叠(13')，其中通过所述两个凸 轮轴可以独立调整换气阀的进气阀定时和排气阀定时。
5. 按权利要求4所述的方法，其中，在延迟进气打开的方向(11) 上跟踪控制进气阀的凸轮轴。
6. 按权利要求l所述的方法，其中，在仅具有一个凸轮轴的内燃 机上，通过该凸轮轴可以彼此独立调整换气阀的进气阀定时和排气阀 定时，以及其中在进气侧上和排气侧上具有带空行程(2)的阀隙补偿 件，在中等转速范围内，在与通过换气阀的空行程(2)优选进气和排气关闭(9'、 10')的作用连接下，在延迟进气和排气关闭的方向(11、 11')上进行凸轮轴调整。
7.按权利要求l所述的方法，其中，在仅具有一个凸轮轴的内燃 机上，通过该凸轮轴可以彼此独立调整换气阀的进气阀定时和排气阀 定时，以及其中仅在进气侧上具有带空行程(2)的阀隙补偿件，在中 等转速范围内，在与通过换气阀的空行程(2)优选进气关闭(IO')的作用连接下，在延迟进气和排气关闭的方向(ii、 ir)上进行凸轮轴调整。
全文摘要
本发明涉及一种内燃机的可变阀门传动的方法，其中利用相对于曲轴调整至少一个凸轮轴的调节件，取决于转速改变内燃机的受控换气阀的阀定时，以及其中内燃机具有用于补偿换气阀的阀隙的液压阀隙补偿件，其至少在进气侧和排气侧之一上作为空行程件构成，其各自在进气时首先产生取决于转速的空行程。为提供一种采用凸轮轴调节和具有空行程功能的液压阀隙补偿件的内燃机的可变阀门传动的方法，该方法在内燃机的任何运行情况下均保证有利的阀定时，并同时在热力学上提高对这类内燃机的利用，在各自调整至少一个凸轮轴时，考虑阀隙补偿件各自的空行程。
文档编号F01L1/245GK101305167SQ200680042204
公开日2008年11月12日 申请日期2006年10月25日 优先权日2005年11月12日
发明者奥利弗·施内尔, 彼得·赛勒, 马丁·沙伊特 申请人:谢夫勒两合公司