内燃发动机和用于操作内燃发动机的方法
【专利摘要】本发明涉及内燃发动机和用于操作内燃发动机的方法。提供了一种用于内燃发动机的进气系统。该进气系统包括进气歧管、进气门和切断阀，进气歧管被流体连接至汽缸，进气门被耦接至汽缸，进气门具有纵向延伸通过气门杆的一部分的空气供应管道，并且具有通向进气歧管的出口和被流体连接至供应管路的入口，供应管路在压缩机下游和节气门上游被流体连接至进气通道，切断阀被设置在供应管路中，被配置为调整流过供应管路的气流。
【专利说明】内燃发动机和用于操作内燃发动机的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年9月19日提交的德国专利申请102013218773.2的优先权，其整个内容出于所有目的通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003]本公开涉及用于引导气体通过气门杆中的通道的系统和方法。
【背景技术】
[0004]内燃发动机使用进气系统来向发动机中的汽缸提供进气。可能期望改善汽缸中的进气与燃料的混合，以实现发动机效率的增加和发动机排放的减少。具体地，可以产生进气的湍流流动，以改善发动机中的汽缸中的混合。然而，在进气系统中产生湍流增加了进气系统中的损耗，从而降低了发动机效率，并且破坏前面提到的增加效率的目的。发动机封装限制也会影响汽缸中的进气与燃料的混合改善的流动方式的产生。
【发明内容】
[0005]因此，在一种方法中，为了克服至少一些上面提到的问题，提供了一种用于内燃发动机的进气系统。该进气系统可以包括:进气歧管，其被流体连接至汽缸；进气门，其被耦接至汽缸，进气门具有纵向延伸通过气门杆的一部分的空气供应管道，并且具有通向进气歧管的出口和被流体连接至供应管路的入口，供应管路在压缩机下游且在节气门上游被流体连接至进气通道；以及切断阀，其被设置在供应管路中，被配置为调整流过供应管路的气流。以此方式，使进气流过气门杆，进气与流过进气歧管的空气混合，以便就在空气进入汽缸之前在进气流中产生湍流(例如，涡流)。结果，由于进气流的会聚位置邻近汽缸的进气口，因此燃烧效率增加，并且发动机排放减少，同时进气系统中的损失并未显著增加。
[0006]当单独或结合附图参照以下【具体实施方式】时，本说明的上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。
[0007]应当理解，提供以上
【发明内容】
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围被紧随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。此外，发明人在此已经认识到上述问题，并不认为其是众所周知的。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示出了内燃发动机和内燃发动机系统的示意图；
[0009]图2示出了包含延伸通过气门杆的空气供应通道的示例性进气门；
[0010]图3示出了用于操作内燃发动机的方法；
[0011]图4示出了描绘用于打开切断阀的方法的流程图；以及
[0012]图5示出了描绘用于确定切断阀打开时的状况的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]本文描述了一种内燃发动机。内燃发动机可以包括至少一个汽缸盖以及至少一个汽缸，所述至少一个汽缸具有至少一个进气口和气门组件，进气口流体连接至进气系统，进气系统被配置为产生增压空气，气门组件包含用于每个进气口的提升气门，并且包含用于致动至少一个提升气门的气门致动装置，该气门致动装置包含至少一个顶置凸轮轴与至少一个凸轮，其中每个提升气门具有气门杆，在其面向汽缸的那一端上布置有对应于进气口的气门头，而另一端面向气门致动装置，气门杆被安装为以便可在衬套状气门杆导向装置中以平移的方式移动位置，使得当气门被致动时以及在凸轮轴的旋转期间，气门沿其纵向轴线的方向在气门关闭位置与气门打开位置之间执行摆动提升运动，以便打开以及关闭进气口。
[0014]此外，本文描述了一种用于操作内燃发动机的方法。上述类型的内燃发动机可以例如被用作机动车辆的驱动装置。在本说明书的背景下，表述“内燃发动机”包含柴油发动机、奥托循环发动机以及混合动力内燃发动机(即，利用混合燃烧过程运转的内燃发动机和/或具有能够以驱动内燃发动机的方式连接并从内燃发动机吸收动力或输出额外动力的电机的内燃发动机)。
[0015]内燃发动机可以包括汽缸体和至少一个汽缸盖，汽缸体和汽缸盖被相互连接以形成汽缸(即燃烧室)，为了此目的，可以在汽缸盖和汽缸体中提供孔。汽缸盖可以起到容纳期望用于充气交换的气门组件的作用。在充气交换的过程中，燃烧气体通过排气管路的排放可以经由至少一个出气口而发生，并且经由进气管路的增压空气的供给经由汽缸的至少一个进气口而发生。这里，至少一个进气管路或至少一个排气管路的至少一些部分被集成在汽缸盖中。根据现有技术，在四行程发动机中，为了控制充气交换，基本上专门使用提升气门，该提升气门可沿着其纵向轴线在气门关闭位置和气门打开位置之间移动，并且在内燃发动机的运转期间，该提升气门执行摆动提升运动以便打开以及关闭进气口和出气口。
[0016]致动机构(包括气门)被称为气门组件。这里，在一个示例中，气门组件可以被配置为在期望的时刻打开以及关闭汽缸的进气口和出气口，其中追求大的过流截面的快速打开，以便保持流入与流出气流的节流损耗低，并且提供改善的汽缸充气和燃烧气体的有效(例如，完全)排放。
[0017]为了致动气门，首先提供气门弹簧，以便沿气门关闭位置的方向预加载气门，其次提供气门致动装置，以便逆着所述气门弹簧的预加载力打开气门。
[0018]气门致动装置可以包括带有用于每个气门的凸轮的至少一个凸轮轴和用于每个气门的至少一个凸轮从动元件，每个凸轮从动元件可以被布置在凸轮轴与关联的气门之间的力流中
[0019]在本说明书的背景下，气门致动装置的中间元件(即，位于(即被布置)在凸轮与气门之间的力流中的气门组件部件)可以被称为凸轮从动元件，即在所述表达下被概括。
[0020]在一个示例中，对于进气门和排气门，在每个情况下都可以提供一个凸轮轴，凸轮轴可以被设定为例如经由牵引机构驱动而被曲轴旋转，使得凸轮轴和与之一起的凸轮以曲轴的旋转速度的一半旋转。这里，可以在下置凸轮轴与顶置凸轮轴之间进行区别，其中这些称号的参考点是汽缸体与汽缸盖之间的分离面。
[0021]顶置凸轮轴可以用于致动发动机中的顶置气门。顶置凸轮轴可以被汽缸盖容纳，为了此目的，可以提供支承或支承体。
[0022]以上陈述表明，汽缸盖的构造可以由用于充气交换的元件或部件共同确定或影响，其中首先期望提供充气交换管道，具体是用于增压空气或新鲜混合气的供给的进气管路和用于燃烧气体的排放的排气管路，其次可以提供气门组件用于控制充气交换，该气门组件包含气门和气门致动装置。
[0023]这里，特别考虑到，元件或部件不能以任意方式布置在汽缸盖中或其上，并且可以在特别是充气交换管道中提供特意选择的进气口和出气口的布置和设计。具体地，特别是在直喷内燃发动机的情况下，入口管道(即进气管路)的几何形状会对充气运动有显著影响，并且因此对混合气形成有显著影响。
[0024]例如，所谓的滚流(tumble)或涡流的产生能够加速并帮助混合气形成。相比于构成其轴线平行于活塞或汽缸纵向轴线行进的空气漩涡的涡流，滚流是关于平行于曲轴的纵向轴线行进的假想轴线的空气漩涡。
[0025]关于汽缸盖中以及其上的安装空间有限的问题被以下事实加剧，即内燃发动机的概念可以为每个汽缸提供四个或五个气门，提供对应数量的汽缸开口和充气交换管道。
[0026]在应用点火的内燃发动机的情况下，可能期望点火器和另外的喷射装置(特别是在直喷内燃发动机的情况下)被布置在汽缸盖中。为了这个目的，可能期望不只是提供期望的安装空间。实际上，为了增加混合气形成和燃烧过程，可能寻求实现点火器和燃烧室中的喷射装置以及相对于彼此的特定布置。
[0027]因此，在直喷内燃发动机的情况下，逆着滚流引导的喷射射流是期望的，以实现遍及整个燃烧室的广泛的燃料分布。因此，可以提供喷射喷嘴的对应设置。此外，气门、点火器和/或喷射器会容易实现装配目的。
[0028]如果内燃发动机具有液体式冷却装置，多个冷却液管道可以被提供在汽缸盖中，该冷却液管道引导冷却液通过汽缸盖。冷却液管道的布置会导致汽缸盖构造的极其复杂的结构。这里，由于冷却液管道的提供，承受机械与热负荷的汽缸盖会在其强度方面被削弱。其次，热可以不首先被引导至汽缸盖表面以进行消散，空气式冷却装置也是如此。由于液体的热容量比空气显著更高，通过液体式冷却装置可以消散更大量的热，出于此原因，实际中，液体式冷却比空气式冷却具有显著更大的关联，因为发动机的热负荷增加。
[0029]以上讨论的源于各部件及其功能的各个要求彼此相互作用，使得例如与混合气形成和充气交换有关的入口管道的增加不能以期望的方式被实现。然而，即使入口管道的几何形状可以针对充气运动和/或混合气形成进行配置，或期望地进行配置，与充气交换有关的缺点也会出现。这里必须考虑到，为了产生滚流或涡流，入口管道装有或形成有流动引导元件(例如，装有或形成有流动引导表面)，流动引导元件不仅产生期望的充气运动，而且导致吸入的增压空气或吸入的新鲜混合气的压力损失，因为从流动方面来看，流动引导元件构成阻力，该阻力使增压气流转向并且强制地引导增压气流，因此防止不期望的经过进气管路的流动。
[0030]与滚流或涡流的产生关联的压力损失导致汽缸的充气的削弱，即汽缸新鲜充气减少。如同处于部分负荷运转的奥托循环发动机的节流损失，压力损失在热动力学方面是不利的。
[0031]本说明的目的是提供一种内燃发动机，该内燃发动机提供进入发动机中的汽缸的进气的瑞流与混合。
[0032]还提供了一种用于控制内燃发动机以提供进入发动机中的汽缸的进气的湍流与混合的方法。
[0033]为了实现上述目的，提供了一种内燃发动机。内燃发动机可以包括:至少一个汽缸盖；以及至少一个汽缸，至少一个汽缸具有至少一个进气口和气门组件，至少一个进气口用于经由进气系统馈送增压空气，气门组件包括用于每个进气口的提升气门，并且包括用于致动至少一个提升气门的气门致动装置，该气门致动装置包括至少一个顶置凸轮轴与至少一个凸轮，其中每个提升气门具有气门杆，在其面向汽缸的那一端上布置有对应于进气口的气门头，而另一端面向气门致动装置，气门杆被安装为以便可在衬套状气门杆导向装置中以平移的方式位移，使得当气门被致动时以及在凸轮轴的运转期间，气门沿其纵向轴线的方向在气门关闭位置与气门打开位置之间执行摆动提升运动，以便打开以及关闭进气口 ；并且其中在至少一个气门的气门杆中，提供有空气供应管道，空气供应管道在主区段中沿着气门的纵向轴线延伸，其中，在空气供应管道的汽缸侧端，至少一个直线区段从气门分叉并且显露出来(emerge)，并且空气供应管道朝向远离汽缸的那一端经由管路被流体地连接至进气系统。
[0034]在一个示例中，内燃发动机在入口侧包括被配置为使增压空气能够被引入空气供应管道的至少一个管路。空气供应管道本身被提供在气门的气门杆中，并且用于进气管路中的湍流的产生(即，充气运动的产生)。为了这个目的，空气供应管道中的至少一个区段在汽缸侧从空气供应管道的主区段分叉，并且从气门或气门杆显露出来。在上游，朝向远离汽缸的那一端，即朝向面向气门致动装置的那一端，空气供应管道经由在前文中提到的管路被连接到或能够被连接到进气系统。
[0035]在另一示例中，单独的管道可以用于产生充气运动，使得入口管道不再需要执行这个任务，并且能够关于增压空气或新鲜混合气的基本不受阻碍的供给以损失减少方式(例如，没有压力损失)进行配置和设计。
[0036]在一个示例中，内燃发动机可以被配置为使通过气流管道和进气管路的气流的混合能够得以增加。
[0037]提升气门可以用于容纳空气供应管道，因为提升气门的杆沿着气门的纵向轴线直线地延伸，并且因此有利地提供容纳或形成同样直线的空气供应管道的可能性。
[0038]在一个示例中，顶置凸轮轴可以被提供在发动机中。顶置凸轮轴可以是有利的，因为由于推杆的省略，气门组件的移动质量减小，并且使气门组件更刚性，即较少弹性。在一个示例中，用于至少一个进气门的进气凸轮轴和用于至少一个排气门的排气凸轮轴被提供在发动机中。
[0039]在另一示例中，至少两个区段从内燃发动机中的空气供应管道的主区段分叉。于是，根据气门的对称形式提供并设计在进气管路中产生湍流的管道是可能的。
[0040]在另一示例中，从空气供应管道的主区段分叉的空气供应管道的区段在内燃发动机中可以是直线形式。至少一个管道的直线设计具有多个优点。首先，该类型的管道能够以简单的方式(例如，通过钻孔)被形成到气门或气门杆内，由此简化生产。其次，从管道出来的空气射流可以具有施加到管道的高水平推动力，这有助于以特别有利的方式产生湍流。
[0041]在另一示例中，从空气供应管道的主区段分叉的空气供应管道的区段可以被定向为朝向气门头，使得管道在内燃发动机中与气门的纵向轴线形成锐角。在管道中以及在沿着气门的纵向轴线行进的空气供应管道中，该角可以从各自当前的流动方向开始限定。在这种情况下，基本上不逆着进气管道中的气流引导从至少一个管道出来的空气射流。
[0042]至少一个管道可以在气门杆的区域中以及在气门头的区域中从空气供应管道分叉和/或从气门显露出来。关于正讨论类型的管道与气门的纵向轴线的形成锐角的实施例，对于在气门杆的区域中从空气供应管道的主区段分叉并且从气门显露出来的空气供应管道的区段是特别有利的。管道于是可以被设计且被布置为使得管道的实际突出行进经过气门头。
[0043]以下内燃发动机的实施例是有利的，在其中从空气供应管道分叉的至少一个管道被定向为远离气门头，使得管道与气门的纵向轴线形成钝角。已经在上面阐述的内容应用于该角。在这种情况下，基本上逆着进气管道中的气流引导从至少一个管道出来的空气射流，由此以特别有利的方式帮助湍流的产生。
[0044]在一个示例中，至少一个区段可以在气门杆的区域中以及在气门头的区域中从空气供应管道分叉和/或从气门显露出来。关于正讨论类型的管道与气门的纵向轴线的形成钝角的实施例，从强度方面来看，至少一个区段在气门头的区域中从主区段分叉并且在气门杆或气门头的区域中从气门显露出来是有利的。
[0045]在另一示例中，切断元件被提供在内燃发动机中的管路中。切断元件用于激活充气运动，即用于打开管路并向空气供应管道供应来自进气系统的增压空气。以此方式，允许以下事实，即在内燃发动机的所有运转点可能不期望充气运动。此外，通过切断元件，能够控制(即计量)经由管路引入空气供应管道的增压空气流速，并且还能够调整从空气供应管道出来的空气射流的推动力。
[0046]在另一示例中，节流挡板被布置在进气系统中，并且管路在节流挡板的上游从进气系统分叉。在一个示例中，节流挡板可以是节气门。
[0047]对于进气系统中的节流挡板的布置会存在各种原因。在奥托循环发动机的情况下，节流挡板可以用于数量调节的目的。通过调整被提供在进气系统中的节流挡板，节流挡板下游的吸入的空气的压力能够被减小更大或更小程度。越进一步关闭节流挡板，即挡板越阻挡进气系统，吸入的空气在节流挡板两端的压力损失越高，并且在节流挡板下游和到汽缸内的入口上游的吸入的空气的压力越低。对于恒定的燃烧室体积，以此方式通过吸入的空气的压力设定空气质量(即数量)是可能的。
[0048]然而，在一个示例中，节流挡板在进气系统中的布置在柴油发动机的情况下也可以是有利的，例如以便节流或切断空气的供给。
[0049]如果节流挡板被布置在进气系统中，则管路可以在节流挡板的上游从进气系统分叉，因为节流挡板两端的压力梯度可以被用作经由管路引导的增压空气的输送的驱动力。在进气系统中的节流挡板的上游占优势的压力在管路的入口处占优势，但在管路的末端处或在将要被提供供应的空气供应管道的末端处占优势的压力可以与在节流挡板的下游占优势的压力近似相同。
[0050]在另一示例中，过滤器被布置在进气系统中，并且管路在内燃发动机中的过滤器的上游从进气系统分叉。吸入的增压空气可以被供给到内燃发动机的空气过滤器室，在空气过滤器室中空气流过过滤器以便被净化。吸入且净化的增压空气随后流过进气系统，并且在增压空气流入各个汽缸之前可能地经过空气质量传感器和节流挡板。
[0051]在一个示例中，衬套状气门杆导向装置可以具有至少一个通道，其中管路至少可经由所述至少一个通道连接至空气供应管道。
[0052]当被旋转的凸轮轴致动时，如果气门与后者气门杆一起沿着纵向轴线仅执行摆动运动并且特别是不围绕纵向轴线旋转，则可以在静止的气门杆导向装置中提供单个通道，以便经由这个通道向空气供应管道提供来自管路或来自进气系统的增压空气。这里，连接管道被提供在气门杆中，该连接管道将空气供应管道连接至通道。
[0053]然而，当气门被旋转的凸轮轴致动时，气门可能旋转。原因如下。如果挺杆被使用，则该挺杆被安装在提升气门的面向气门致动装置的那一端上，使得在凸轮与挺杆接合并且凸轮通过其凸轮外壳表面在挺杆的表面上沿着接触线滑动的情况下，挺杆参与气门的摆动提升运动。为了有助于滑动并减少(例如，最小化)两个部件的磨损，向凸轮与挺杆之间的接触区域供应润滑油。不仅对于所述部件的使用寿命而且特别对于气门组件的功能性，凸轮和挺杆的磨损都是不利的，因为材料磨蚀可能对气门间隙、气门升程和控制正时有影响。为了削弱挺杆和凸轮的磨损，凸轮和挺杆可以相对于彼此布置，使得垂直于凸轮的旋转轴线行进的凸轮的中心平面被布置为相对于挺杆的纵向轴线偏移某一偏心距。所述偏心距具有以下作用，当凸轮通过其凸轮外壳表面沿着接触线与挺杆接合时挺杆围绕其纵向轴线旋转。
[0054]出于上述原因，可以提供这样的内燃发动机的实施例，在其中衬套状气门杆导向装置被形成为两个部分，其中两个气门杆导向装置部分被布置为相互间隔开，使得形成围绕气门杆行进的环形管道，其中管路通向环形管道。
[0055]当被旋转的凸轮轴致动时，如果气门与后者气门杆一起围绕气门的纵向轴线旋转，则环形管道使空气供应管道能够被布置在共同旋转的气门杆中，并且经由同样提供在气门杆中的连接管道被永久地(即没有中断)连接至管路，并且经由环形管道被连接至进气系统。
[0056]环形管道可以基本上也被布置在气门杆中。于是可能不期望气门杆导向装置被形成为两个部分。相反，可以提供如上所述的带有单个通道的单件式气门杆导向装置，用于经由环形管道和所述一个通道向空气供应管道供应来自管路或来自进气系统的增压空气。然而，与气门杆的强度有关的问题会出现，出于此原因，环形管道可以被形成在气门杆导向装置内。这里，还提供了这样的发动机的实施例，在其中气门杆导向装置可以以单件形式形成，并且环形管道位于内壁的外壳表面中。在一个示例中，于是可能额外地期望提供将环形管道连接至管路的通道。在气门杆侧，被提供在气门杆中的连接管道将环形管道连接至空气供应管道。
[0057]可以提供这样的内燃发动机的实施例，在其中每个气门装有气门弹簧，气门弹簧沿气门关闭位置的方向预加载气门。这里，可以提供这样的内燃发动机的实施例，在其中气门弹簧是螺旋弹簧。
[0058]可以提供这样的内燃发动机的实施例，在其中为每个气门提供至少一个凸轮从动元件，其中每个凸轮从动元件被布置在凸轮轴与关联的气门之间的力流中。
[0059]在此背景下，可以提供这样的内燃发动机的实施例，在其中用于每个气门的至少一个凸轮从动元件是挺杆。例如，挺杆可以以简单的形式被实施为可液压致动的凸轮从动元件，凸轮从动元件被充满油压以便当其位于力流中时激活的挺杆将力从凸轮传递到气门，或者凸轮从动元件与油压分开以便在停用状态下减少(例如，阻止)力从凸轮到气门的传递。
[0060]至少一个凸轮从动元件还可以是摇臂或摆动杠杆。通过杠杆的使用，可以提供足够的安装空间用于气门组件在汽缸盖中的布置。
[0061]可以提供这样的内燃发动机的实施例，在其中通风管路通向进气系统。为了看消散曲轴箱中的压力，可以提供通风管路用于曲轴箱的通风。这个措施的背景是，一些燃烧气体或燃烧空气从汽缸中出来进入曲轴箱并且在其中产生压力增加。除了这种所谓的漏气(blow-by)外,一些喷射的燃料也进入曲轴箱。
[0062]位于曲轴箱中的一些机油可以以细油雾的形式与位于曲轴箱中的气体混合，出于此原因，从曲轴箱抽取的通风流被机油污染，并且可以向机油分离器供应。分离后的机油可以被返回到曲轴箱内，而净化的通风流可以向内燃发动机的进气系统供应，以便与额外的增压空气一起供给到汽缸，并参与燃烧。由于通风流被燃烧气体和可能的小机油颗粒污染，因此可能不期望通风流被弓I入环境。
[0063]可以提供这样的内燃发动机的实施例，在其中通风管路在管路从进气系统分叉的点的上游通向进气系统。通风流的一部分然后与增压空气一起流过管路、通道和/或环形管道以及空气供应管道，其中通风流中含有的机油颗粒润滑气门杆导向装置。如果期望，省掉通过气门致动装置润滑气门杆导向装置是可能的。
[0064]具体地，在一个示例中，为了润滑的目的，可以向气门组件供应机油，出于此目的，用于气门组件的润滑的供应孔被提供在汽缸盖中，使得机油通常是可用的，并且所述机油还可以用于气门杆导向装置的润滑。在此示例中，在重力的作用下，机油可以从气门组件输送到气门杆导向装置，即可以提供被动润滑。相比之下，利用通风流中含有的机油颗粒润滑气门杆导向装置是有目的的(即主动的)。
[0065]提供了一种用于操作内燃发动机的方法。该方法可以包括打开流体连接至空气供应管道的管路中的切断元件，空气供应管道延伸通过进气门中的气门杆，空气供应管道通向流体连接至汽缸的进气管路。已经关于所描述的内燃发动机阐述的内容也可以应用于在本文中所描述的方法。
[0066]图1示出了内燃发动机10、向发动机10供应空气的进气系统12和接收来自发动机的排气的排气系统14的示意图。应认识到，发动机10可以被包括在车辆中。
[0067]发动机10可以包括汽缸盖16，其耦接至汽缸体18，从而形成汽缸20。应认识到，在其他示例中，发动机可以包括多个汽缸。发动机10被配置为执行汽缸20中的循环燃烧操作。通过汽缸中的燃烧操作而产生的能量可以被转移到曲轴22，以使曲轴旋转。通过箭头24来表示这种能量转移。应认识到，可以通过连杆和/或其他合适的机械部件来实现这种能量转移。
[0068]发动机10还包括润滑剂容器26 (例如，油盘)，其被耦接至汽缸体18和曲轴箱28。应认识到，曲轴箱28可以接收来自汽缸20的漏气。
[0069]进气系统12包括空气过滤器30，其接收来自进气通道32的空气。进气通道34提供空气过滤器30与压缩机36之间的流体连接。压缩机36经由进气通道40被流体耦接至节气门38。进气通道42提供节气门38与进气门44之间的流体连接。进气通道42可以是进气歧管。进气门44被耦接至汽缸20。进气门44被配置为打开以及关闭，从而允许和阻止进气流入汽缸20。供应管路46被流体连接至进气门44中的空气供应管道(在本文中关于图2更详细地讨论)，并且在压缩机36下游且节气门38上游的点处被流体连接至进气通道40。然而，在其他示例中，供应管路可以包括入口，其在压缩机和节气门下游的点处被耦接至进气系统。应认识到，供应管路46包括出口，其与延伸通过进气门中的进气杆的空气供应管道流体连接(例如，直接流体连接)。供应管路46和空气供应管道增加了进入汽缸的空气的湍流(例如，涡流)，以促进进气与喷射的燃料的混合。
[0070]切断阀48被耦接至供应管路46，并且被配置为调整通过供应管路46的气流。此夕卜，直接喷射器50被耦接至汽缸20，并且被配置为直接向汽缸提供燃料。额外地或替换地，进气道喷射器可以被提供在发动机中。
[0071]通风管路52从曲轴箱28延伸至进气系统12，并且使曲轴箱气体能流向进气系统。通风管路52在压缩机36的下游和节气门38的上游的位置处通向进气通道40。然而，通风管路出口的其他位置是可预期的。通风阀54被耦接至通风管路52，并且被配置为调整通过通风管路的曲轴箱气流。
[0072]发动机10还包括排气门56，其被耦接至汽缸20。排气门56可以被包括在排气系统14中。排气系统14还可以包括耦接至排气门和涡轮60的排气通道58 (例如，排气歧管)。涡轮60和压缩机36可以被相互旋转地连接，并且被包括在涡轮增压器中。排气系统14还可以包括被耦接至涡轮60的排气通道62和排放控制装置64。来自排放控制装置的排气可以流向诸如消声器、排气尾管等下游部件，然后流向周围环境。
[0073]在图1中还示出了高压(HP)排气再循环(EGR)通道70。HP-EGR通道70被耦接至排气通道58和进气通道42。HP-EGR阀72被耦接至HP-EGR通道70，并且被配置为调节流过其中的EGR气流。
[0074]在图1中还示出了低压(LP) EGR通道74。LP-EGR通道74被耦接至排放控制装置64和进气通道34下游的排气通道76。LP-EGR阀78被耦接至LP-EGR通道74，并且被配置为调节流过其中的EGR气流。在其他示例中，HP和/或LPEGR通道可以不被提供在发动机中。
[0075]控制器100在图1中被示为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在这个具体示例中作为只读存储器芯片106示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器100可以接收来自耦合至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括:进气质量空气流量计(MAF)的测量值；发动机冷却液温度(ECT);表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及歧管绝对压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。控制器100还可以被配置为控制节气门38、HP-EGR阀74,LP-EGR阀78、通风阀54、直接喷射器50和切断阀48的操作。因此，在本文中更详细地讨论的阀的控制方法可以被存储在控制器中，可由处理器执行。控制器100、节气门38、直接喷射器50、阀(74、78、54和48)和前面提到的传感器可以被包括在控制系统150中。
[0076]图2示意地示出了内燃发动机202中的示例进气门200的剖视图。进气门200可以是图1所示的进气门44的示例，而发动机202可以是图1所示的发动机10的示例。
[0077]被布置在汽缸盖204中的进气门200包括气门杆206。进气门可以用作控制元件，并且可以是诸如菌形气门的提升气门。
[0078]在气门杆206的面向汽缸208的那一端上，布置有气门头210，其打开或切断汽缸208的进气口 212。具体地，在关闭位置时，气门头210可以位于进气口的表面上并密封进气口。
[0079]进气门200可在气门关闭位置与气门打开位置之间移动，其中在气门打开位置时，经由进气管路214 (例如，进气歧管)和进气口 212向汽缸208供给增压空气。
[0080]随着凸轮轴216(经由方框大致表示)旋转，进气门200沿纵向轴线218的方向执行摆动提升运动。凸轮从动元件219被设置在凸轮轴216与进气门200之间。气门弹簧220被提供用于沿气门关闭位置的方向预加载进气门200。在图2所示的进气门200中，螺旋弹簧被用作气门弹簧。然而，其他类型的弹簧在气门中的使用是可预期的。如图所示，空气供应管道224被设置在耦接至气门杆206的气门弹簧220的下方。
[0081]气门杆206被安装为使得可在固定在汽缸盖204中的衬套状气门杆导向装置222中以平移的方式位移，提供有空气供应管道224，其沿着进气门200的纵向轴线218延伸。空气供应管道224可以被称为进气门空气供应管道。空气供应管道224包括主区段226和从主区段226分叉的两个直线区段228。直线区段228包括邻近汽缸208的通向进气管路214的出口 230。因此，出口 230提供进气管路214与空气供应管道224之间的流体连接。直线区段228被定向为朝向气门头210，使得区段228与进气门200的纵向轴线218形成锐角。
[0082]空气射流从直线区段228出来，该空气射流由箭头表示，并且在充气交换期间用于产生湍流，并且由此用于产生充气运动。
[0083]空气供应管道224在其远离汽缸的那一端处经由管路232 (例如，供应管路)被流体连接至进气系统(诸如图1所示的进气系统12)。空气供应管道224包括入口 233 (例如，空气供应管道入口)。
[0084]在这种情况下，衬套状气门杆导向装置222被形成为两个部分。衬套状气门杆导向装置各部分被布置为相互间隔开，使得形成围绕气门杆206行进的环形管道234。从进气系统分叉的管路232通向所述环形管道234，该环形管道经由入口 233向空气供应管道224供应增压空气。环形管道234确保即使进气门200旋转，管路232与空气供应管道224之间也存在流体连接。
[0085]管路232中的切断元件236 (例如，切断阀)用于打开管路232并向空气供应管道224供应来自进气系统的增压空气。此外，借助切断元件236，能够计量经由管路232引入空气供应管道224的增压空气流速，并且调整从区段228出来的空气射流的推动力。箭头238表示通过管路232的经调整的进气流。
[0086]管路232 (例如，供应管路)可以在压缩机下游和节气门240上游被流体连接至进气通道。
[0087]在所描述的示例中，高压(HP)EGR通道242被流体连接至进气管路214。然而，在其他示例中，发动机可以不包括EGR系统。
[0088]图3示出了用于操作内燃发动机的方法300。方法300可以由在上文中关于图1和图2所描述的发动机和系统实现。然而，在其他示例中，方法300可以由其他合适的发动机和系统实现。
[0089]在301处，该方法包括确定发动机工况。发动机工况可以包括发动机温度、发动机转速、发动机负荷、燃料喷射流速、歧管空气压力等。
[0090]接下来在302处，该方法包括打开被流体连接至延伸通过进气门中的气门杆的空气供应管道的管路中的切断元件，空气供应管道基于发动机工况通向被流体连接至汽缸的进气管路。以此方式，空气可以被引导通过进气门杆中的管道，这会产生湍流(例如，空气涡流)以促进进气与燃料在汽缸内部的混合，从而增加燃烧效率并减少发动机排放。
[0091]现在转向图4，提供了用于确定发动机以切断阀还是低压排气再循环(LP-EGR)系统运转的示例方法400。方法400可以由在上文中关于图1和图2所描述的发动机和系统实现。然而，在其他示例中，方法400可以由其他合适的发动机和系统实现。
[0092]在410处，方法400确定发动机工况。发动机工况可以包括发动机转速、发动机负荷、车辆速度和/或发动机温度。可以根据诸如节气门位置传感器、踏板位置传感器等传感器来测量和/或估计这些变量。
[0093]在420处，方法400确定发动机升压状况。发动机升压指代的是进气歧管压力超过大气压力的量。通过涡轮增压器的强制吸气来实现压力的这个增加，涡轮增压器基于使涡轮增压器的涡轮旋转的排气的输出而使压缩机旋转。在高发动机负荷与转速期间，涡轮增压器具有输入歧管压力超过大气压力的升压的发动机。在升压的发动机的运转期间，可能期望产生湍流进气流以增加燃烧效率。这可以部分通过打开切断阀而实现。如果发动机确定发动机是非升压的，方法400继续至430，否则方法400继续至450。
[0094]在430处，切断阀被关闭。在关闭切断阀之后，方法400然后继续至440。在440处，该方法包括打开LP-EGR阀从而使发动机以LP-EGR运转。该方法还可以包括基于LP-EGR阀打开时的发动机转速与负荷的LP-EGR速率。另外，可以基于发动机工况调整发动机火花。在450处，该方法包括使发动机仅以HP-EGR流运转。
[0095]在460处，LP-EGR阀被关闭。LP-EGR必须被关闭，因为污染物会阻塞切断阀，这会阻碍发动机的运转。在关闭切断阀之后，方法400继续至470。
[0096]在470处，该方法包括打开切断阀。具体地，在一个示例中，该方法可以基于发动机转速与负荷来确定切断阀的孔口尺寸和打开的持续时间。基于使用者扭矩需求，切断阀调整可以帮助发动机到达目标转速。
[0097]现在转向图5，提供了基于诸如发动机升压、高压EGR和期望的空燃比的参数控制流过切断阀的气流的示例方法500。基于这些参数，切断阀可以打开或关闭。在一些实施例中，切断阀可以取决于参数的波动而可变地打开，它还可以包括可以是孔口尺寸和时间的函数的可变正时方面。方法500可以由在上文中关于图1和图2所描述的发动机和系统执行。然而，在其他示例中，方法500可以由其他合适的发动机和系统执行。
[0098]在510处，该方法确定发动机工况。发动机工况可以包括发动机转速、发动机负荷、车辆速度和/或发动机温度。可以根据诸如节气门位置传感器、踏板位置传感器等传感器测量和/或估计这些变量。
[0099]在520处，预测未来的发动机转速与负荷，以预测期望的发动机升压的变化、高压EGR速率的变化和期望的空燃比的变化。可以以多种方法预测发动机转速与负荷，包括踏板位置、变速器的未来的齿轮变化等。
[0100]在530处，基于该预测来确定发动机升压、高压EGR和空燃比，这些参数被设定为将确定切断阀打开的阈值水平。基于阈值参数值与当前参数值之间的比较，切断阀完全打开或关闭。在一些实施例中，切断阀可以不限于完全打开或完全关闭，并且可以具有可变阀打开和正时。
[0101]在540处，比较升压压力与针对发动机转速和负荷所需的期望阈值压力。如果确定进气歧管压力小于期望的阈值压力，则该方法进入到550，否则该方法进入到560。
[0102]在550处，切断阀打开持续选定的持续时间，直至期望的参数已经达到阈值。另夕卜，一旦已经达到参数阈值，该方法然后就可以结束。
[0103]在560处，比较HP-EGR压力与进气歧管压力，如果进气歧管压力小于高压排气，则打开切断阀，通过增加进入燃烧室的空气量而有效增加压力，该压力还通过产生湍流气流被增加。如果进气歧管压力小于排气压力，则该方法进入到550。然而，如果进气歧管压力大于或等于高压排气，则该方法进入到570。
[0104]在570处，确定空燃比，空燃比被定义为空气质量与燃料质量之比。在升压的发动机运转期间，这个空燃比必须是“稀”的，这在本领域中指的是空气质量明显多于燃料质量的特定比例。稀混合气在燃烧期间趋于高温，对于增加的发动机负荷与转速，这在升压的发动机中提供了更大的扭矩。“富”空燃比在升压的发动机期间是不期望的。如果确定空燃比是稀的，则该方法进入到580，否则该方法进入到550。在580处，该方法包括关闭切断阀。
[0105]应认识到，在本文中所公开的配置和例程本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0106]所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这种权利要求应当被理解为包括纳入一个或更多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求来主张，或者通过在这个申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求，无论是比原权利要求范围宽、窄、相同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种内燃发动机，其包含 至少一个汽缸盖；以及 至少一个汽缸，其具有至少一个进气口和气门组件，所述进气口被流体连接至进气系统，所述进气系统被配置为产生增压空气，所述气门组件包括用于每个进气口的提升气门，并且包括用于致动所述至少一个提升气门的气门致动装置，所述气门致动装置包括至少一个顶置凸轮轴与至少一个凸轮； 其中每个提升气门具有气门杆，在所述气门杆的面向所述汽缸的那一端上布置有对应于所述进气口的气门头，而所述气门杆的另一端面向所述气门致动装置，所述气门杆被安装为可在衬套状气门杆导向装置中以平移的方式位移，使得当气门被致动时以及在所述凸轮轴的旋转期间，所述气门沿其纵向轴线的方向在气门关闭位置与气门打开位置之间执行摆动提升运动，以便打开以及关闭所述进气口 ；以及 其中在至少一个气门的所述气门杆中，提供有空气供应管道，所述空气供应管道在主区段中沿着所述气门的所述纵向轴线延伸，其中，在所述空气供应管道的汽缸侧端，所述空气供应管道的至少一个直线区段从所述气门分叉并显露出来，并且所述空气供应管道朝向远离所述汽缸的那一端经由管路被流体连接至所述进气系统。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述空气供应管道包括从主区段分叉的至少两个直线区段。
3.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述空气供应管道的所述直线区段是直线形式。
4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述空气供应管道的所述直线区段被定向为朝向所述气门头，使得所述区段与所述气门的所述纵向轴线形成锐角。
5.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述空气供应管道的所述直线区段被定向为远离所述气门头，使得所述管道与所述气门的所述纵向轴线形成钝角。
6.根据权利要求1所述的内燃发动机，其还包括设置在所述管路中的切断元件。
7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中节流挡板被布置在所述进气系统中，并且所述管路在所述节流挡板上游从所述进气系统分叉。
8.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中过滤器被布置在所述进气系统中，并且所述管路在所述过滤器下游从所述进气系统分叉。
9.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述衬套状气门杆导向装置具有至少一个通道，其中所述管路至少可经由所述至少一个通道连接至所述空气供应管道。
10.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述衬套状气门杆导向装置被形成为两个部分，其中所述两个气门杆导向装置部分被布置为相互间隔开，使得形成围绕所述气门杆行进的环形管道，其中所述管路通向所述环形管道。
11.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中每个气门装有气门弹簧，所述弹簧沿所述气门关闭位置的方向预加载所述气门。
12.根据权利要求1所述的内燃发动机，其还包含用于每个气门的至少一个凸轮从动元件，其中每个凸轮从动元件被布置在所述凸轮轴与关联的气门之间的力流中。
13.根据权利要求1所述的内燃发动机，其还包含通向所述进气系统的通风管路。
14.根据权利要求13所述的内燃发动机，其中所述通风管路在所述管路从所述进气系统分叉的点的上游通向所述进气系统。
15.一种用于操作内燃发动机的方法，其包含 打开被流体连接至空气供应管道的管路中的切断元件，所述空气供应管道延伸通过进气门中的气门杆，所述空气供应管道通向被流体连接至汽缸的进气管路。
16.一种用于内燃发动机的进气系统，其包含 进气歧管，其被流体连接至汽缸； 进气门，其被耦接至所述汽缸，所述进气门具有纵向延伸通过气门杆的一部分的空气供应管道，并且具有通向所述进气歧管的出口和被流体连接至供应管路的入口，所述供应管路在压缩机下游被流体连接至进气通道；以及 切断阀，其被设置在所述供应管路中，所述切断阀被配置为调整流过所述供应管路的气流。
17.根据权利要求16所述的进气系统，其中所述空气供应管道包括多个出口，所述出口被设置为邻近所述气门的被配置为密封在汽缸气门座上的那一端。
18.根据权利要求16所述的进气系统，其还包含低压EGR通道，所述低压EGR通道在所述供应管路的入口上游被耦接至进气通道，并且在涡轮下游被耦接至排气通道。
19.根据权利要求16所述的进气系统，其还包括曲轴箱通风管路，所述曲轴箱通风管路在所述供应管路的所述入口上游被耦接至进气通道。
20.根据权利要求16所述的进气系统，其中所述空气供应管道设置在耦接至所述气门杆的气门弹簧的下方。
【文档编号】F01P3/02GK104454135SQ201410482903
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2013年9月19日
【发明者】J-P·普特泽 申请人:福特环球技术公司