具有座圈孔的内燃机的制作方法

本发明涉及一种内燃机，其具有活塞，该活塞具有多个座圈孔。

背景技术：

已知的是，内燃机活塞的活塞顶设有用于换气门的座圈孔。

比如de102007027787a1公开了一种内燃机，其中在活塞的端面中形成了座圈孔，该座圈孔对着换气门。

另外还已知的是，通过一气门重叠来操作进气气门和排气气门。气门重叠指的是一介于进气气门开始打开与排气气门关闭结束之间的时间段。

比如为了能够在柴油机中实现大的气门重叠，必须在活塞中设置座圈孔。气门重叠用于优化气体交换并从而用于优化发动机整体效率。在进气侧与排气侧之间压力差为正的情况下，在气体交换中，在气门重叠期间，在活塞的活塞运动上死点区域中，空气冲刷燃烧室。由于空气流量增大，而导致燃烧室温度和排气温度降低，以及涡轮增压器效率提高。

气体交换的正面效应伴随着高压效率的变差。由于需要座圈孔，比如压缩比就降低了，这对热效率有负面影响。另外座圈孔还比如大大影响了燃烧形态，并从而影响了燃烧效率。座圈孔比如可能会去除了燃烧优化的活塞凹槽的上部凹槽轮廓的一大部分。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是，提供一种具有座圈孔的内燃机，其可以利用气体交换的正面效应，并能够改善高压效率。

该任务通过根据独立权利要求所述的内燃机而得到解决。有利的改进参见从属权利要求以及本说明。

该内燃机适用于汽车。该内燃机具有至少一个气缸。该气缸具有第一进气气门和第二进气气门。该气缸具有第一排气气门和第二排气气门。该气缸具有可往复移动的活塞，该活塞具有活塞顶，该活塞顶具有多个座圈孔。为第一进气气门、第二进气气门、第一排气气门和第二排气气门分别设置座圈孔，并且这几个座圈孔(相互比较)具有至少部分不同的深度。或者为第一进气气门和第一排气气门分别设置座圈孔，而没有为第二进气气门和/或第二排气气门设置座圈孔。

通过去除或缩小(变浅)比如一个或两个座圈孔，可以改善内燃机的高压效率。另外，通过去除或缩小座圈孔，还可以对燃烧优化的凹槽轮廓产生较小的影响。比如，属于剩余的或未变浅的座圈孔的气门可以用于(大的)气门重叠。从而，还继续能够通过气门重叠来获得优化的气体交换的优点。

另外还发现，在气体交换尽可能良好情况下，对于通过本发明所实现的高压效率改善效果而言，改变排气侧座圈孔比改变进气侧座圈孔下降更大。相应地，尤其推荐不为排气气门设置座圈孔或仅设置浅的座圈孔。

比如可以总共设置两个座圈孔、三个座圈孔或四个座圈孔。在两个座圈孔的情况下，可以为第一进气气门设置一个座圈孔，并为第一排气气门设置另一座圈孔。在三个座圈孔的情况下，可以为第一进气气门设置一个座圈孔，为第一排气气门设置另一座圈孔，并为第二进气气门或第二排气气门设置最后一个座圈孔。

在一个优选的实施例中，第一排气气门比第二排气气门晚地关闭，或者第一排气气门可以比第二排气气门晚地关闭。或者，第一进气气门比第二进气气门早地打开，或者与第二进气气门同时地打开，或者第一进气气门可以比第二进气气门早地打开，或者与第二进气气门同时地打开。从而，尤其能够在第一排气气门与第一进气气门之间实现大的气门重叠(比如约40°kw(曲轴角))。而在第二排气气门与第二进气气门之间可以形成小的气门重叠(比如约20°kw)或者完全没有气门重叠。也可以在第一排气气门与第一和第二进气气门之间实现大的气门重叠，而第二排气气门与第一和第二进气气门之间仅具有小的或完全没有气门重叠。

在一个尤其优选的实施例中，第一排气气门和第一进气气门之间通过气门重叠来操作，或者能够被相应地操作。从而能够优化气体交换、并从而优化发动机效率。

在另一实施例中，第一排气气门和第一进气气门以气门重叠来操作，或者能够被相应地操作，其中该气门重叠大于在第二排气气门与第二进气气门之间的气门重叠。从而，可以为第一进气气门和第一排气气门设置比第二进气气门和第二排气气门更深的座圈孔。第一进气气门和第一排气气门的较深的座圈孔实现了更大的气门重叠，并从而实现了改善的气体交换。较浅的(浅的)座圈孔对燃烧优化的活塞凹槽具有较小的影响，并从而对燃烧影响较小。

或者，第一排气气门和第一进气气门通过气门重叠来操作，或者是可通过气门重叠来操作，并且第二排气气门和第二进气气门没有气门重叠地操作，或者可没有气门重叠地操作。从而，可以为第一进气气门和第一排气气门设置座圈孔。而没有为第二进气气门和第二排气气门设置座圈孔。第一进气气门和第一排气气门的座圈孔实现了气门重叠，并从而实现了改善的气体交换。去除第二排气气门和第二进气气门的座圈孔能够改善燃烧优化的活塞凹槽对燃烧的影响。

在一种实施方式中，第一排气气门与第一进气气门之间的气门重叠处于30°kw-50°kw之间的范围内，尤其约40°kw。或者，第二排气气门与第二进气气门之间的气门重叠处于0°kw-30°kw之间的范围内，尤其约20°kw。

在一种改进中，在气门重叠期间，主要在第一进气气门与第一排气气门之间进行气缸的冲刷操作，其中第一进气气门与第一排气气门尤其直接或斜着相对。从而能够在气门斜着相对的情况下实现尽可能良好的冲刷和残余气体清除，或者在气门直接相对的情况下实现尽可能大的质量流量。或者，主要在第一进气气门、第二进气气门和第一排气气门之间进行冲刷操作。从而，不仅能够实现良好的冲刷操作和残余气体清除，还实现了尽可能大的质量流量。

在一种优选的实施方式中，第一排气气门和第二排气气门相互独立地操作，或者可相互独立地操作。或者，第一进气气门和第二进气气门相互独立地操作，或者相互独立地操作。从而气门可以具有不同的、相互独立的气门控制曲线。

尤其可以设置一种可变气门机构，比如一种滑动凸轮系统，以操作第一排气气门、第二排气气门、第一进气气门和/或第二进气气门。

比如，第一排气气门、第二排气气门、第一进气气门和/或第二进气气门可以借助专门的摇臂或拖杆来操作。

在另一实施方式中，第一排气气门在活塞运动的上死点(ot)处的气门升程大于第二排气气门在上死点处的气门升程。或者或另外得，第一进气气门在活塞运动的上死点处的气门升程大于或等于第二进气气门在上死点处的气门升程。从而可以按照要求尤其为第二排气气门设置浅的座圈孔、或完全不设置座圈孔。另外，可以按照要求为第二进气气门设置深的、浅的座圈孔、或完全不设置座圈孔。

在一种尤其优选的实施变例中，活塞顶具有活塞顶凹槽。该活塞顶凹槽尤其可以燃烧优化地来构造。

在另一实施变例中，多个座圈孔中的为第一排气气门设置的第一排气门座圈孔的最大深度大于多个座圈孔中的为第二排气气门设置的第二排气门座圈孔的最大深度。从而，第二排气门座圈孔的较小的深度可以对高压效率产生积极的影响。

在一种扩展中，第一排气门座圈孔的最大深度处于深达4mm的范围内。或者，第二排气门座圈孔的最大深度处于深达2mm的范围内。

在另一实施变化中，多个座圈孔中的为第一进气气门设置的第一进气门座圈孔的最大深度大于或等于多个座圈孔中的为第二进气气门设置的第二进气门座圈孔的最大深度。从而，较浅的第二进气门座圈孔能够按照要求对高压效率产生积极的影响。或者，可以设置两个较浅的进气门座圈孔，以对高压效率产生积极的影响。

在一种改进中，第一进气门座圈孔的最大深度处于大于0mm到2mm之间的范围内。或者，第二进气门座圈孔的最大深度处于大于0mm到2mm之间的范围内。

在另一实施例中，多个座圈孔的深度分别与相应进气气门和排气气门在活塞运动上死点处的气门升程相匹配。

某些或多个座圈孔可以相互连接和/或相互重叠/合并。

优选地，各座圈孔与相应的气门相对地布置。比如，第一排气门座圈孔可以对着第一排气气门，并且第一进气门座圈孔可以对着第一进气气门。

比如，第一进气气门和第二进气气门构造用于把空气或空气/燃料混合物输入到气缸的燃烧室中，和/或第一排气气门和第二排气气门构造用于把废气从气缸的燃烧室中输出到排气管/排气部段中。特别地，活塞顶可以限定气缸的燃烧室。

本发明还涉及具有在此所公开的内燃机的一种汽车，尤其是商用车(比如货车或公共汽车)。

在此所公开的装置当然也可以应用于轿车、大功率发动机、越野车辆、固定式发动机、舰船发动机等。

附图说明

前述的本发明的优选实施方式和特征可以任意地相互组合。本发明的其他细节和优点在下文中参照附图来进行解释。其中：

图1示出了内燃机气缸的示意图；

图2示出了内燃机气缸四个气门的仰视图；

图3示出了根据本发明的具有四个座圈孔的活塞顶的透视图；

图4示出了根据本发明的两个进气气门和两个排气气门的气门控制图；

图5示出了换气门的不同气门重叠的气缸压力曲线；

图6示出了根据本发明的具有三个座圈孔的活塞顶；

图7示出了根据本发明的具有两个座圈孔的活塞顶；

图8示出了根据本发明的内燃机气缸四个换气门以及在气体交换时的一种示例性冲刷的仰视图；

图9示出了根据本发明的内燃机气缸四个换气门以及在气体交换时的另一种示例性冲刷的仰视图；以及

图10示出了根据本发明的内燃机气缸四个换气门以及在气体交换时的又一种示例性冲刷的仰视图。

具体实施方式

在附图中所示的实施方式是至少部分地相一致的，如此使得类似的或相同的部分用相同的附图标记来表示，并且对于其解释也参见其他实施方式或附图的说明，以避免重复。

图1示出了内燃机10的一个气缸12。该内燃机10是一种四冲程内燃机，尤其是一种四冲程柴油内燃机或四冲程汽油内燃机。优选地该内燃机10包含于商用车中，比如货车或公共汽车中，以例如用于驱动该商用车。

该气缸12具有多个进气气门14(在图1中仅示出了一个)、多个排气气门16(在图1中仅示出了一个)、一个燃烧室18和一个活塞20。

该进气气门14把该燃烧室18与该内燃机10的进气系统相连接，以把燃烧空气或空气/燃料混合物输入到该燃烧室18中。该排气气门16把该燃烧室18与该内燃机10的排气管/排气部段相连接，以排出废气。比如可以每个气缸12设置两个进气气门14和两个排气气门16，并设置多个气缸12。

该进气气门14和排气气门16可以分别单独地并分别相互无关地操作。比如可以针对每个进气气门14和每个排气气门16设置专门的可变气门机构22的摇臂或拖杆。该可变气门机构22比如可以构造成一种滑动凸轮系统。该滑动凸轮系统可以具有多个凸轮推杆，该凸轮推杆具有多个凸轮。凸轮推杆可以(旋转)固定地设置在凸轮轴上、从而与凸轮轴一起旋转，同时在轴向上可偏移地设置。该进气气门14和排气气门16根据该凸轮推杆的轴向位置而由该凸轮推杆的不同凸轮来操作。比如该进气气门14也可以不是单独地以及不是相互无关地来操作。

该活塞20以已知的方式和方法可往复运动地设置在气缸12中，并与曲轴24相连接。该活塞20具有一个朝向该燃烧室18的活塞顶26。

图2示出了气缸盖一部分的仰视图，其中该气缸盖覆盖了燃烧室18(见图1)。已知的是，四个气门设置成提升阀。具体地，设置有一个第一进气气门14a、一个第二进气气门14b、一个第一排气气门16a和一个第二排气气门16b。

图3示出了该活塞顶26的透视图。该活塞顶26具有一个燃烧优化的活塞顶凹槽28和四个座圈孔30、32、34和36。具体地为第一进气气门14a(见图2)设置有一个第一进气门座圈孔30。为第二进气气门14b(见图2)设置有一个第二进气门座圈孔32。为第一排气气门16a(见图2)设置有一个第一排气门座圈孔34。为第二排气气门16b(见图2)设置有一个第二排气门座圈孔36。

本发明所基于的认知是，在活塞顶中设置座圈孔可能由于改变了燃烧优化的活塞顶凹槽28而对高压效率等造成不利影响。从而推荐的是：降低座圈孔对高压效率的影响，同时还不放弃通过座圈孔所实现的气门重叠以对气缸进行冲刷。具体推荐的是：可以省略一至两个座圈孔或者构造得浅一些，同时在气体交换中不存在缺陷。比如，由于省略一至两个座圈孔和/或减小一至两个座圈孔的最大深度，通过对活塞顶凹槽28的燃烧优化的形状产生较少影响，从而可以提高燃烧效率。

比如，座圈孔30、32、34和36可以具有不同的最大深度。比如，第一进气门座圈孔30和第一排气门座圈孔34可以设置成比第二进气门座圈孔32和第二排气排气门座圈孔36具有更大的最大深度。比如，第一排气门座圈孔34可以具有在2mm-4mm之间范围内的最大深度。第二排气门座圈孔34、第一进气门座圈孔30和第二进气门座圈孔比如可以具有在0mm-2mm之间范围的深度。

座圈孔30-36的深度影响了换气门在活塞运动的上死点处能够打开到多大程度。座圈孔越深，换气门在上死点处可以打开得越大，而不会与活塞顶相接触。较深的座圈孔30、34实现了在第一进气气门14a与第一排气气门16a之间更大的气门重叠。

图4示例地示出了一种气门控制图。在该气门控制图中示出了气门14a、14b、16a、16b的气门升程。点划线a表示第一进气气门14a的气门升程。虚线b表示第二进气气门14b的气门升程。短划虚线c表示第一排气气门16a的气门升程。实线d表示第二排气气门16b的气门升程。

已知的是，第一排气气门16a(曲线c)比第二排气气门16b(曲线d)关闭稍晚。另外第一进气气门14a(曲线a)比第二进气气门14b(曲线b)较早打开。从而，在第一排气气门16a(曲线c)与第一进气气门14a(曲线a)之间存在一个大的气门重叠——位于约40°kw(曲轴角)的范围内。在第二排气气门16b(曲线d)与第二进气气门14b(曲线b)之间具有一个小的位于约20°kw范围内的气门重叠。

已发现，在一个进气气门与一个排气气门之间存在大的气门重叠的情况下，可以实现冲刷，其近似对应于在两个进气气门与两个排气气门之间存在大的气门重叠的情况下所实现的对燃烧室的冲刷。该关系在图5中示出。

图5示出了三种不同配置的与燃烧室体积相关的气缸压力曲线。曲线e表示在两个进气气门与两个排气气门全部以40°kw的气门重叠来操作时的气缸压力曲线。曲线f表示在根据图4在操作气门时(一个进气气门和一个排气气门具有40°kw的气门重叠，另一进气气门和另一排气气门具有20°kw的气门重叠)的气缸压力曲线。曲线g表示在两个进气气门与两个排气气门全部以20°kw的气门重叠来操作时的气缸压力曲线。

已知的是，曲线e和f相互仅有微小的差别，相反地，曲线g与曲线e和f具有较大的差别。曲线e和f的类似气缸压力曲线表明：在曲线e和f中，在气门重叠期间的冲刷强度类似。从而利用图4的气门操作可以实现大致与常规技术相同的与冲刷和气体交换相关的效果，其中，在常规技术中全部四个气门以大的气门重叠来操作。由此，如果同时地打开仅一个进气气门和一个排气气门，那么就可以实现在气门重叠期间的燃烧室冲刷。这尤其适用于低转速，其中存在较长的滞留时间。其他气门的气门升程曲线可以设计成不具有或仅具有微小的重叠。在极端情况下，其他气门从而甚至不需要座圈孔。

在应用现代减压制动的情况下，其中一个排气气门与正常操作不同地比如在压缩冲程结束时被打开，比如在de102013019183a1中所公开的，原则上需要一个排气门座圈孔。该座圈孔和所属的排气气门从而可以应用于气门重叠而不必产生额外的死角。在进气侧，为了实现气门重叠的目的，必须在一个较深的座圈孔或两个不那么深的座圈孔之间找到最佳的折衷。

从而本发明的概念能够应用于不同的活塞顶和不同的气门操作。

在图6中示出了一个实施例，其中活塞顶126仅具有三个座圈孔30、32、34和一个燃烧优化的活塞顶凹槽128。具体地为第一进气气门14a(见图2)设置了一个第一进气门座圈孔30。为第二进气气门14b(见图2)设置了一个第二进气门座圈孔32。为第一排气气门16a(见图2)设置了一个第一排气门座圈孔34。没有为第二排气门座圈孔16b(见图2)设置座圈孔。第一进气门座圈孔30和第二进气门座圈孔32比如可以具有相同的深度或不同的深度。

从而比如可以实现在一侧的第一和/或第二进气气门14a、14b与另一侧的第一排气气门16a之间的大的气门重叠。第二排气气门16b可以精确地在排气冲程结束时关闭或在其稍晚之后关闭。

在图7中示出了一个实施例，其中活塞顶226仅具有两个座圈孔32、34和一个燃烧优化的活塞顶凹槽228。该座圈孔32属于一个进气气门，座圈孔34属于一个排气气门。其他各进气气门和排气气门相反则不具有座圈孔。

从而比如可以实现在一个进气气门与一个排气气门之间大的气门重叠。在其他各进气气门和排气气门之间不发生气门重叠或仅非常微小的气门重叠。

图8至10示出了如何能够根据本发明在排气冲程与进气冲程之间过渡时实现冲刷操作的不同的例子。冲刷操作主要发生在彼此具有大的气门重叠的那些气门之间。

根据图8，比如可以主要在斜着相对的一个进气气门14a与一个排气气门16a之间进行冲刷操作(箭头s1)。由此能够实现尽可能良好的冲刷操作或残余气体清除以及燃烧室的冷却。在该气门14a和16a之间具有大的气门重叠。在气门14b和16b之间具有小的气门重叠或甚至不具有气门重叠。

根据图9，冲刷操作可以主要发生在两个进气气门14a、14b与一个排气气门16a之间(箭头s2和s3)。在该气门14a、14b与16a之间具有大的气门重叠。由此不仅可以实现良好的冲刷操作和残余气体清除，还实现了尽可能大的质量流。

根据图10，比如可以主要在直接相对的一个进气气门14b与一个排气气门16a之间进行冲刷操作(箭头s4)。由此可以实现在气门重叠期间尽可能大的质量流量。在该气门14b与16a之间具有大的气门重叠。在气门14a与16b之间具有小的气门重叠或甚至不具有气门重叠。

本发明并不局限于前述的优选实施例。而且许多变化和修改也是可以的，其同样利用了发明想法并从而处于保护范围内。本发明尤其还要求对与所引用权利要求相独立的从属权利要求的主题和特征的保护。独立权利要求1的特征尤其相互独立地公开。另外从属权利要求的特征还与独立权利要求1的所有特征相独立，并且比如与现有技术或独立权利要求1的配置的特征相独立地公开，如气缸、第一排气气门、第二排气气门、第一进气气门、第二进气气门、活塞、活塞顶和多个座圈孔。

附图标记列表

10内燃机

12气缸

14进气门

14a第一进气气门

14b第二进气气门

16排气门

16a第一排气气门

16b第二排气气门

18燃烧室

20活塞

22可变气门机构

24曲轴

26活塞顶

28活塞顶凹槽

30第一进气门座圈孔

32第二进气门座圈孔

34第一排气门座圈孔

36第二排气门座圈孔

126活塞顶

128活塞顶凹槽

226活塞顶

228活塞顶凹槽

a-d气门控制曲线

e-g气缸压力曲线

s1-s4冲刷方向