专利名称：用于内燃机气门控制的方法和气门凸轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机、尤其是大功率柴油机气门控制的方法，以及一用于
实施这样的方法的气门凸轮。
背景技术：
为了能够胜任在效率同时提高的情况下对现代内燃机不断增长的降低排放值的 要求，不同的途径已经是众所周知的。 一可行性在于改进用于内燃机气门控制的方法。
由DE10311275A1已知一 内燃机进气门的升程变化，在该升程变化中气门的关闭 过程短暂地被中断。气门的控制通过一 电动机变化地进行。 DE10315783A1在图10中表示了一用于内燃机排气门控制的凸轮，该凸轮在一横
截面中具有两个凸轮头。通过第二个凸轮头排气门在关闭之后重新被打开。 用于降低氮氧化物排放的经济的可行的方法是提高密封，其中同时提高效率，然
而密封的提高至少受到必不可少的气门自由移动的限制。虽然气门自由移动可借助于气门
凹座被提高，然而气门凹座的缺点是会形成氮氧化物的聚集区。
发明内容
本发明的任务是，改进内燃机、尤其是大功率柴油机的气门控制。 该任务按照本发明的第一个方面根据权利要求1所述通过用于内燃机、尤其是大
功率柴油机排气门气门控制的方法获得解决，其中一从一下止点出发到一上止点的气门升
程曲线具有一连续的升程变化、一带有一第一升程升高的第一升程段、一带有一第二升程
升高的第二升程段和一带有一第三升程升高的第三升程段，其中第二升程升高小于第一升
程升高和第三升程升高，并且其中排气门在到达活塞行程的上止点之后处在第二升程段中。 此外该任务按照本发明的第二个方面根据权利要求2所述通过用于内燃机、尤其 是一大功率柴油机进气门气门控制的方法获得解决，其中一从一上止点出发到一下止点的 气门升程曲线具有一连续的升程变化、一带有一第四升程升高的第四升程段、一带有一第 五升程升高的第五升程段和一带有一第六升程升高的第六升程段，其中第五升程升高小于 第四升程升高和第六升程升高，并且其中进气门在到达活塞行程的上止点之前处在第五升 程段中。 由于排气门在达到活塞行程的上止点之后或者进气门在达到活塞行程的上止点 之前位于带有较小的升程升高的升程段中，所以可以扩大气门重叠的时间，同时在活塞行 程的上止点的区域中可以縮小进气门或者排气门的绝对气门升程，与此同时有利的是重叠 时间并且因此在气门重叠期间相对于传统的气门升程曲线进入或者排出的容积不縮小或 者不显著地縮小。换句话说在该区域中，在该区域中活塞位于它的上止点处，并且最大限度 地靠近进气门或者排气门，进气门或者排气门的气门升程变平坦，其中在足够的气门自由 移动时仍然具有一足够的进排容积。
这里作为升程升高尤其指的是每个曲轴转角变化的气门升程变化的平均比例值。
该点在该相互关系中被称为气门升程曲线的上止点，在该点时气门最大限度地、尤其是完 全被关闭。与此相应地气门升程曲线的下止点指的是该点，在该点中气门最大限度地、尤其 是完全被打开。 这里一连续的升程变化尤其是被理解为一升程变化，该升程变化在相关的段中要
么唯一的下降或者唯一的上升，即单调的、优选的是严格单调的，以使气门移动在该段中没 有方向变化。 一连续的升程变化在本发明的意义下仍然可包括在升程变化中的延迟或者中 断，即包括带有较小的或者略微的升高值的区域。 尤其是从第四冲程结束直到紧接着的第一冲程开始的时间段被称为气门重叠，在 该时间段中，在排气门完全关闭之前，进气门已经打开。因此新鲜空气可以被加速的废气流 吸入燃烧室，并且减少剩余废气在燃烧室中的停留。同时随着第四冲程的结束活塞处在它 的上止点处，在该止点处活塞离汽缸盖最近。气门升程曲线关于气门重叠时间段的积分被 理解为重叠时间。 如果两个气门、即不仅排气门而且进气门分别按照上述的方法控制，那么可特别 有效地提高密封性。其中在保持不变的重叠时间时在活塞行程的上止点时所需要的最大的 气门升程再次被縮小。 在优选的结构中至少第二和/或者第五升程段至少逐段地线性地走向。 在另外的优选的结构中从第一升程段到第二升程段的过渡在达到活塞行程的上
止点之前实现。在另外的优选的结构中从第五升程段到第六升程段的过渡在达到活塞行程
的上止点之后实现。因此达到附加地防止气门和活塞在活塞行程的上止点区域中的碰撞。 在另外的优选的结构中至少在两个升程段之间的过渡呈凹进形走向。在另外的优
选的结构中在两个升程段之间的过渡至少呈凸出形走向。通过凹进的或者凸出的过渡产生
一协调的和不损伤部件的气门运动。 此外本发明根据权利要求11所述的第三个方面包括一用于内燃机、尤其是一大 功率柴油机排气门气门控制的气门凸轮，该气门凸轮这样构成，以使它产生一气门升程曲 线，该气门升程曲线从一下止点出发到一上止点具有一连续的升程变化、一带有一第一升 程升高的第一升程段、一带有一第二升程升高的第二升程段和一带有一第三升程升高的第 三升程段，其中第二升程升高小于第一升程升高和第三升程升高，并且其中排气门在达到 活塞行程的上止点之后位于第二升程段中。 此外本发明根据权利要求12所述的第四个方面包括一用于内燃机、尤其是一大 功率柴油机的进气门气门控制的气门凸轮，该气门凸轮这样构成，以使它产生一气门升程 曲线，该气门升程曲线从一上止点出发到一下止点具有一连续的升程变化、一带有一第四 升程升高的第四升程段、一带有一第五升程升高的第五升程段和一带有一第六升程升高的 第六升程段，其中第五升程升高小于第四升程升高和第六升程升高，并且其中进气门在达 到活塞行程的上止点之前位于第五升程段中。 用这样的气门凸轮可以实施上述的用于气门控制的方法。并且得到上面已经提到 的优点。 此外本发明按照另一方面包括一气门机构，该气门机构包括一用于排气门气门控 制的根据本发明的气门凸轮和一用于进气门气门控制的根据本发明的气门凸轮。借助于这样的气门机构用根据本发明的用于气门控制的方法不仅可驱动进气门而且可驱动排气门。 因此得到上面所提到的优点。 同样本发明包括气门凸轮，该气门凸轮这样构成，以使它产生根据本发明的方法 的用于气门控制的上述的优选的结构的气门升程曲线。
其它的优点和特征由从属的权利要求和下面的实施例中得知。其中部分示意地 图1表示了一根据现有技术的气门控制的气门升程曲线； 图2表示了一根据本发明的结构的气门控制的气门升程曲线； 图3表示了一根据本发明的结构的排气凸轮的凸轮形状； 图4表示了 一根据本发明的结构的进气凸轮的凸轮形状； 图5表示了根据本发明的气门控制的气门升程曲线的局部放大图 a)在两个升程段之间带有一凹进的过渡和一由计算的原因表示的不连续的过
渡； b)在两个升程段之间带有一凹进的过渡和一凸出的过渡； c)在两个升程段之间带有一由于计算的原因表示的不连续的过渡和一凸出的过 渡。
具体实施例方式
在图1中表示了一根据现有技术的气门控制的气门升程曲线。其中分别绘出了关 于曲轴转角①的气门升程h。这里可清楚地看到排气门的气门升程曲线ll和进气门的气 门升程曲线21。 在①< 500°时排气门关闭，并且处在它的上止点12处。在①=500°时排气 门被打开。其中相应的气门升程曲线ll直到下止点14具有一连续的上升13，在该下止点 时排气门完全打开。下止点14在①=600°时被达到，并且一直保持到①=650° 。排 气门的气门升程在下止点处为25mm。紧接着排气门重新被关闭。其中相应的气门升程曲线 11直到上止点12具有一连续的下降15，该上止点在①=760°时被达到。从上止点或者 在上止点12处的过渡构成呈凹进形。从下止点或者在下止点14处的过渡构成呈凸出形。
在①< 670°时进气门被关闭，并且处在它的上止点22处。在①=670°时进 气门被打开。其中相应的气门升程曲线21直到下止点24具有一连续的上升23，在该下止 点处进气门完全打开。下止点24在①=775°时被达到，并且一直保持到①=800° 。进 气门的气门升程在下止点处为25mm。 紧接着进气门重新被关闭。其中相应的气门升程曲线21直到上止点22具有一连 续的下降25，该上止点在①=902°时被达到。从上止点或者在上止点22处的过渡构成 呈凹进形。从下止点或者在下止点24处的过渡构成呈凸出形。 在①=670°至①=760°的曲轴转角的区域中可清楚地看到气门重叠的区域， 在该气门重叠的区域中不仅排气门打开而且进气门也被打开。其中排气门的气门升程曲线 11和进气门的气门升程曲线21在①=720°的曲轴转角时相交，该曲轴转角同时表示第 四冲程的结束和紧接着的第一冲程的开始。其中两个气门的气门升程为15mm。同时在该时刻活塞位于它的上止点位置，即位于该位置中，在该位置中活塞最靠近汽缸盖。这里可清楚 地看到，活塞的上止点位置在①=720°的曲轴转角时通过两个气门的气门升程被限定。 一活塞的止点位置沿着汽缸盖方向的继续移动意味着更紧密的密封，然而这件事由于两个 气门的气门升程在①=720°的曲轴转角时考虑到至少必不可少的气门自由移动是不可 行的。 虽然通过排气门的较早的关闭或者进气门的较迟的打开在①=720°的曲轴转 角时两个气门的气门升程可以被降低。然而这将意味着在气门重叠期间重叠时间的减少， 这是不希望的。其中重叠时间与在气门重叠的区域中在气门升程曲线11、21之下的面积相一致。 在图2中表示了一根据本发明的气门控制的气门升程曲线。其中分别绘出关于曲 轴转角①的气门升程h。这里可清楚地看到，排气门的气门升程曲线31和进气门的气门升 程曲线41。 在①< 500°时排气门关闭，并且处在它的上止点32处。在①=500°时排气 门被打开。其中相应的气门升程曲线31具有一直到下止点34的连续的上升33，在该下止 点时排气门完全打开。下止点34在①=600°时被达到，并且一直保持到①=630° 。排 气门的气门升程在下止点处为25mm。紧接着排气门重新被关闭。其中相应的气门升程曲 线31直到上止点32处具有一连续的下降35，该上止点在①=780°时被达到。从上止点 或者在上止点32处的过渡构成呈凹进形。从下止点或者在下止点34处的过渡构成呈凸出 形。 其中连续的下降35，由三个升程段组成，即由一带有一第一升程升高S工的第一升 程段36、一带有一第二升程升高S2的第二升程段37和一带有第三升程升高S3的第三升程 段38组成。这里可清楚地看到，在第二升程段37中的气门升程变化比在第一升程段36中 和第三升程段38中走向更平坦。这意味着第二升程升高S2小于第一升程升高S工和第三升 程升高&。 在①< 650°时进气门关闭，并且处在它的上止点42处。在①=650°时排气 门被打开。其中相应的气门升程曲线41直到下止点44处具有一连续的上升43，在该下止 点时排气门完全打开。其中下止点44在①=795°时仅保持短暂的时间。进气门和排气 门的气门升程在下止点处分别为25mm。紧接着排气门重新被关闭。其中相应的气门升程曲 线41直到上止点42处具有一连续的下降45，该上止点在①=902°时被达到。从上止点 或者在上止点42处的过渡构成呈凹进形。从下止点或者在下止点44处的过渡构成呈凸出 形。 其中连续的上升43，由三个升程段组成，即由一带有一第四升程升高S4的第四升 程段46、一带有一第五升程升高S5的第五升程段47和一带有一第六升程升高S6的第六升 程段48组成。这里可清楚地看到，在第五升程段47中气门升程变化比在第四升程段46中 和第六升程段48中走向更平坦。这意味着第五升程升高S5小于第四升程升高S4和第六升 程升高Se。 由上述的数值得知，在根据本发明的气门控制中相对于按照图1所示的根据现有 技术的气门控制排气门的关闭过程在一较早的时刻开始，并且在达到①=720°的曲轴转 角时、即在活塞运动的上止点处，排气门仅抬起7mm。因此相对于现有技术节省8mm的升程。
6在①=720°的曲轴转角达到之后、即在活塞运动的上止点达到之后，排气门的气门升程 曲线位于带有最小的升高^的第二升程段37中，因此排气门的最终关闭被延迟了第二升 程段37所持续的时间。 同样由上述的数值得知，在根据本发明的气门控制中相对于根据现有技术的气门 控制进气门的完全打开要到一较迟的时刻进行，因此在①=720°的曲轴转角达到时排气 门仅被抬起大约7mm。因此相对于现有技术在①=720°时节省8mm的气门位置的升程。 在达到①=720°的曲轴转角之前、即在达到活塞运动的上止点之前，进气门的气门升程 曲线位于具有最小的升高S工的第五升程段47中，因此进气门的最终打开被延迟了第五升 程段47所持续的时间。因此气门重叠的时间被延长，由此实现了重叠时间相对于根据现有 技术的气门控制大体上保持不变。 通过行程节省活塞在它的上止点位置中可更靠近汽缸盖，由此可达到一更紧密的 密封。 第二和第五升程段37、47分别具有一线性变化。在升程段之间的过渡由于计算的 原因产生不连续，因此气门升程曲线31、41在过渡处分别具有一折弯。实际上该过渡不是 不连续的而是构成略呈弧形的。 图3表示了一根据本发明的排气凸轮51的凸轮形状。排气凸轮51具有一上止点 侧面52、一起动侧面53、一下止点侧面54和一运行侧面55。侧面这样构成，以使排气凸轮 51在逆时针方向围绕着一偏心布置的旋转轴A旋转时与排气门相互配合产生一用于排气 门控制的根据本发明的方法的气门升程曲线。为此侧面52、53、54、55的表面具有一离旋转 轴A变化的间距&。其中间距&关于凸轮轴一转的变化与关于曲轴两转的气门升程曲线 31相一致。其中上止点侧面52或者下止点侧面54在上止点32或者下止点34处产生一气 门的停留。起动侧面53产生气门升程曲线31的上升33，运行侧面55产生气门升程曲线 31的下降35。 其中运行侧面55由三个侧面段组成，即第一侧面段56、第二侧面段57和第三侧面 段58。侧面段56、57、58分别产生三个根据本发明的排气门的气门升程曲线31的升程段 36、37、38。这里可清楚地看到，第二侧面段57比第一侧面段56和第三侧面段58构成的更 平坦。因此在第二侧面段57上间距&关于凸轮轴一转的变化小于在第一侧面段56上和 第三侧面段58上的变化。 图4表示了一根据本发明的进气凸轮61的凸轮形状。进气凸轮61具有一上止点 侧面62、一起动侧面63、一下止点侧面64和一运行侧面65。侧面这样构成，以使进气凸轮 61在逆时针方向围绕着一偏心布置的旋转轴4旋转时与进气门相互配合产生一根据本发 明的方法用于进气门控制的气门升程曲线。为此侧面62、63、64、65的表面具有一离旋转轴 A2变化的间距R2。其中间距R2关于凸轮轴一转的变化与关于曲轴两转的气门升程曲线41 相一致。其中上止点侧面62或者下止点侧面64在上止点42或者下止点44处产生一气门 的停留。起动侧面63产生气门升程曲线41的上升43，运行侧面65产生气门升程曲线41 的下降45。 其中起动侧面63由三个侧面段组成，即第四侧面段66、第五侧面段67和第六侧面 段68。侧面段66、67、68分别产生三个根据本发明的进气门的气门升程曲线41的升程段 46、47、48。这里可清楚地看到，第五侧面段67比第四侧面段66和第六侧面段68构成的更
7平坦。因此间距R2关于凸轮轴旋转的变化在第五侧面段67上小于在第四侧面段66上和 第六侧面段68上。 在图5的图示中以局部放大的形式示意地表示了一在气门重叠的时间区域中根 据本发明的排气门和进气门的气门升程曲线的其它的例子。 在图5a)中从第一升程段36'到第二升程段37'的过渡是凹进的，从第二升程段 37'到第三升程段38'的过渡由于计算的原因相比较是不连续的。从第四升程段46'到 第五升程段47'的过渡是不连续的，从第五升程段47'到第六升程段48'的过渡是凹进 的。 在图5b)中从第一升程段36"到第二升程段37"的过渡是凹进的，从第二升程段 37〃 〃到第三升程段38"的过渡是凸出的。从第四升程段46"到第五升程段47"的过渡 是凸出的，从第五升程段47"到第六升程段48"的过渡是凹进的。 在图5c)中从第一升程段36"'到第二升程段37"'的过渡是不连续的，从第二 升程段37"'到第三升程段38"'的过渡是凸出的。从第四升程段46"'到第五升程段 47〃 '的过渡是凸出的，从第五升程段47"'到第六升程段48"'的过渡是不连续的。这 里可清楚地看到，从第一升程段36"'到第二升程段37"'的过渡在。< 720°时进行。 同样可清楚地看到，从第五升程段47"'到第六升程段48"'的过渡在。> 720°时进行。附图标记表11按照现有技术的排气门的气门升程曲线12上止点13上升14下止点15下降21按照现有技术的进气门的气门升程曲线22上止点23上升24下止点25下降31根据本发明的排气门的气门升程曲线32上止点33上升34下止点35下降36第一升程段37第二升程段38第三升程段41根据本发明的进气门的气门升程曲线42上止点43上升45下降46第四升程段47第五升程段48第六升程段51根据本发明的排气凸轮52上止点侧面53起动侧面54下止点侧面55运行侧面56第一侧面段57第二侧面段58第三侧面段61根据本发明的进气凸轮62上止点侧面63起动侧面64下止点侧面65运行侧面66第四侧面段67第五侧面段68第六侧面段①曲轴转角h气门升程A旋转轴s升程升高R间距。
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权利要求
用于内燃机、尤其是大功率柴油机排气门气门控制的方法，其中一从一下止点(34)出发到一上止点(32)的气门升程曲线(31)具有一带有一第一升程升高(S1)的第一升程段(36)、一带有一第二升程升高(S2)的第二升程段(37)和一带有一第三升程升高(S3)的第三升程段(38)的连续的升程变化，其中第二升程升高(S2)小于第一升程升高(S1)和第三升程升高(S3)，并且其中排气门在到达活塞行程的上止点之后处在第二升程段(37)中。
2. 用于内燃机、尤其是一大功率柴油机进气门气门控制的方法，其中一从一上止点 (42)出发到一下止点(44)的气门升程曲线(41)具有一带有一第四升程升高(S4)的第四 升程段(46)、一带有一第五升程升高(S5)的第五升程段(47)和一带有一第六升程升高 (S6)的第六升程段(48)的连续的升程变化，其中第五升程升高(S5)小于第四升程升高(54) 和第六升程升高(S6)，并且其中进气门在到达活塞行程的上止点之前处在第五升程 段(47)中。
3. 用于气门控制的方法包括根据权利要求1所述的用于排气门气门控制的方法和根 据权利要求2所述的用于进气门气门控制的方法。
4. 根据权利要求1或者3中任一项所述的用于气门控制的方法，其特征在于，第二升程 段(37)至少逐段地线性地走向。
5. 根据权利要求1、3或者4中任一项所述的用于气门控制的方法，其特征在于，从第一 升程段(36〃 ')到第二升程段(37〃 ')的过渡在达到活塞行程的上止点之前实现。
6. 根据权利要求2或者3中任一项所述的用于气门控制的方法，其特征在于，第五升程 段(47)至少逐段地线性地走向。
7. 根据权利要求2、3或者6中任一项所述的用于气门控制的方法，其特征在于，从第五 升程段(47〃')到第六升程段)48〃')的过渡在达到活塞行程的上止点之后实现。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的用于气门控制的方法，其特征在于，在两个升程 段之间的过渡呈凹进形走向。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的用于气门控制的方法，其特征在于，在两个升程 段之间的过渡呈凸出形走向。
10. 用于内燃机、尤其是一大功率柴油机排气门气门控制的气门凸轮(51)，该气门凸 轮这样构成，以使它产生一气门升程曲线(31)，该气门升程曲线从一下止点(34)出发到一 上止点(32)具有一带有一第一升程升高(Sl)的第一升程段(36)、一带有一第二升程升高 (S2)的第二升程段(37)和一带有一第三升程升高(S3)的第三升程段(38)的连续的升程 变化，其中第二升程升高(S2)小于第一升程升高(Sl)和第三升程升高(S3)，并且其中排气 门在达到活塞行程的上止点之后位于第二升程段(37)中。
11. 用于内燃机、尤其是一大功率柴油机进气门气门控制的气门凸轮(61)，该气门凸 轮这样构成，以使它产生一气门升程曲线(41)，该气门升程曲线从一上止点(42)出发到一 下止点(44)具有一带有一第四升程升高(S4)的第四升程段(46)、一带有一第五升程升高(55) 的第五升程段(47)和一带有一第六升程升高(S6)的第六升程段(48)的连续的升程 变化，其中第五升程升高(S5)小于第四升程升高(S4)和第六升程升高(S6)，并且其中进气 门在达到活塞行程的上止点之前位于第四升程段(47)中。
12. 气门机构，包括一根据权利要求10所述的用于排气门气门控制的气门凸轮(51)和 一根据权利要求11所述的用于进气门气门控制的气门凸轮(61)。
全文摘要
本发明涉及用于内燃机气门控制的方法和气门凸轮。其中，一内燃机、尤其是一大功率柴油机的排气门或者进气门被这样控制，以使气门升程曲线(31；41)从一下止点或者上止点(34；42)出发到一下止点或者上止点(32；44)具有一带有一第一或者第四升程升高(S1；S4)的第一或者第四升程段(36；46)、一带有一第二或者第五升程升高(S2；S5)的第二或者第五升程段(37；47)和一带有一第三或者第六升程升高(S3；S6)的第三或者第六升程段(38；48)的连续的升程变化，其中第二升程升高(S2)小于第一升程升高(S1)和第三升程升高(S3)或者第五升程升高(S5)小于第四升程升高(S4)和第六升程升高(S6)，并且其中排气门在达到活塞行程的上止点之后位于第二升程段(37)中或者进气门在达到活塞行程的上止点之前位于第五升程段(47)中。
文档编号F01L13/00GK101749062SQ200910259029
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者L·马奎特 申请人:曼柴油机欧洲股份公司