内燃机和用于阀致动器的气动操作的气体处理系统的制造方法与工艺

本发明整体涉及一种内燃机，所述内燃机适于为车辆(诸如汽车或卡车、船等)或机器(诸如发电单元等)提供动力。所涉及的内燃机是凸轮轴自由活塞发动机，所述凸轮轴自由活塞发动机还以概念“具有自由阀的发动机”而为人所知。本发明特别地涉及一种内燃机，所述内燃机包括：可控的第一发动机阀，所述第一发动机阀布置成选择性地打开/关闭被包括在内燃机中的燃烧室；和气体处理系统，所述气体处理系统布置成驱动所述第一发动机阀，所述气体处理系统包括气动的闭合压力流体回路，其中，所述闭合压力流体回路包括相互串联联接的压缩机和阀致动器，所述阀致动器操作地连接到所述第一发动机阀。在第二方面中，本发明涉及一种用于对阀致动器进行气动操作的气体处理系统。

背景技术：
在凸轮轴自由内燃机中，压力流体(诸如液体或气体)用于实现一个或多个发动机阀的移动/打开。这意味着已经用更少体积要求以及更加可控的系统来替换凸轮轴和有关设备，传统内燃机使用所述凸轮轴和有关设备打开发动机阀，以使得空气进入从燃烧室出来的相应排出废气中。在构造成用于重要角动量输出的发动机中，燃烧室中的压力随增加的角动量输出成比例增加，打开所述阀致动器以关于燃烧室向内开口打开发动机阀所需的力因此也随增加的角动量输出成比例增加。在高转数(诸如6-8000rpm)的条件下，还需要非常快速地打开发动机阀，以便不会限制填充空气来将来自发动机气缸的排出废气相应排出。这些要求(即，在打开排气阀时在具有发动机的燃烧室内高反压的高性能发动机中需要在高频时极其快速的打开)需要阀致动器上游的压力流体的压力高，大约为8-30bar。在阀致动器的下游处，压力流体具有较低压力，大约为3-6bar。在高转数和高发动机载荷的条件下，低压侧和高压侧之间的压差应当大约为15bar至20bar，以实现阀致动器的正确操作，并且当发动机空转时或在低转数和低载荷的条件下，低压侧和高压侧之间的压差仅仅需要为大约2bar至5bar。当压力因压缩机从低压侧至高压侧而升高时，在低转数条件下的低压差是期望的，并且在压力升高时，发生能量消耗，所述能量消耗与高压侧上的压力升高同步发生。在需要快速加速和/或从低转数和低载荷非常快速变化至高转数和高载荷的情况中，例如，在进入到繁忙的主要公路时或在突然超越缓慢行驶的车辆时，低压侧和高压侧之间的压差必须立即增加，以实现驾驶员需要的加速度。传统压缩机设定尺寸以便能够以很大变化幅度产生压差，然而，它们没有设定尺寸以满足在单独大压差水平和压力流体流量之间的立即转换。而且，在本系统中存在从大压差变至小压差的惰性，即，当在转数/发动机载荷短时/暂时升高之后再次在低转数条件下操作时，这在压差并且由此高能耗降低到期望水平之前需要花时间。发明目的本发明的目的是解决先前已知的内燃机的上述缺陷和缺点并且提供一种改进的内燃机。本发明的根本目标是提供一种初始限定类型的改进的内燃机，所述内燃机布置成能够使得在需要内燃机的转数/发动机载荷快速增加时通过作用在压力流体回路的高压侧上的压力增加而立即增大低压侧和高压侧之间的压差。本发明的另一目标是提供一种内燃机，所述内燃机能够快速地将低压侧和高压侧之间压差的从大压差变为小压差。本发明的又一目标是提供一种内燃机，所述内燃机在每次突然增加压差之后在下一次需要突然增加压差之前自启动。对发明特征的简要描述根据本发明，至少通过具有独立权利要求中限定的特征的初始限定类型的内燃机和用于对阀致动器进行气动操作的气体处理系统来实现主要目标。在随后的从属权利要求中进一步限定了本发明的优选实施例。根据本发明的第一方面，提供了一种初始限定类型的内燃机，所述内燃机的特征在于，气体处理系统还包括气体蓄积器，所述气体蓄积器经由至少一根气体蓄积器导管连接到闭合压力流体回路，所述气体蓄积器导管包括可控阀。根据本发明的第二方面，用于对阀致动器进行气动操作的气体处理系统设置成包括气动的闭合压力流体回路，其中，闭合压力流体回路包括串联联接的压缩机和阀致动器。气体处理系统的特征在于，气体处理系统包括气体蓄积器，所述气体蓄积器经由至少一根气体蓄积器导管连接到闭合压力流体回路，所述气体蓄积器导管包括可控阀。因此，本发明基于下述见解：气体蓄积器布置成存储更早的压力峰值，以便能够在高压条件下快速地将大量压力流体供应到闭合压力流体回路，用于实现压力流体回路的高压侧上的即时压力增加。根据本发明的一个优选实施例，闭合压力流体回路包括第一压力流体通道，所述第一压力流体通道从压缩机延伸到阀致动器的入口，其中，气体蓄积器经由第一气体蓄积器导管连接到第一压力流体通道，所述第一气体蓄积器导管包括可控阀。根据本发明的一个优选实施例，气体蓄积器经由第二气体蓄积器导管连接到所述第一压力流体通道，所述第二气体蓄积器导管包括止回阀，所述止回阀布置成允许沿着朝向气体蓄积器方向的流动。即，确保当第一气体蓄积器导管中的可控阀关闭时气体蓄积器中的压力始终与闭合流体回路的高压侧中的最高压力峰值相等。根据一个优选实施例，压缩机具有可变排量。这意味着与快速增加转数或载荷相关地通过增加压缩机的排量可进一步加速压力流体回路的高压侧的压力增加。排量的大小优选地通过压缩机活塞的上侧和下侧之间的压差控制，即，压缩机上的压力比。根据一个优选实施例，闭合压力流体回路包括第二压力流体通道，所述第二压力流体通道从气缸盖室延伸到压缩机，其中，气体蓄积器经由第三气体蓄积器导管与所述第二压力流体通道连接，所述第三气体蓄积器导管包括可控阀。因此，优选的是单向阀布置在所述第二压力流体通道中、在第三气体蓄积器导管在第二压力流体通道中进行排放的位置的上游，其中，单向阀布置成允许沿着朝向压缩机方向的流动。这导致压缩机活塞的上侧上的平均压力增加，这导致压缩机的排量快速增加。根据其余从属权利要求和优选实施例的以下详细描述，本发明的其它优势和特征将变得显而易见。附图说明参照附图，根据优选实施例的以下详细描述，对本发明的上述和其它特征和优势的更加全面的理解将变得显而易见，其中：图1是内燃机的一部分的示意性侧剖视图；图2是阀致动器的示意性侧剖视图；图3是气缸盖和气缸盖覆盖件的示意性局部剖透视图；以及图4至图9是示意性电路图，其示出了用于对阀致动器进行气动控制的气体处理系统的可替代实施例的示例。具体实施方式初始参照图1，所述图1是整体用1表示的本发明内燃机的一部分的示意图。内燃机1包括具有至少一个气缸3的气缸组2。所述气缸组2通常包括三个或四个气缸3。在示出的实施例中，仅仅参照了一个气缸3，但是应当认识到的是，关于示出的气缸3，下文描述的设备优选地应用于内燃机1的所有气缸，在本实施例中，内燃机包括多个气缸。而且，内燃机1包括活塞4，所述活塞4能够在所述气缸3内轴向移动。活塞4的运动(来回轴向移动)被以传统方式传递到与活塞4连接的连接杆5，连接杆5继而连接到曲柄轴(未示出)并且驱动所述曲柄轴转动。内燃机1还包括气缸盖6，所述气缸盖6与所述气缸3和所述活塞4一起界定了燃烧室7。在燃烧室7中，以传统方式点燃燃料和空气的混合物并且在此将不再对其进行描述。气缸盖6包括至少一个可控的第一发动机阀8，所述可控的第一发动机阀8还被称为气体交换阀。在示出的实施例中，气缸盖还包括可控的第二发动机阀9。一个发动机阀8在示出的实施例中构成进入阀，所述进入阀布置成选择性地打开/关闭将空气供到燃烧室7中的供应，而第二发动机阀9在示出的实施例中构成空气排出阀或排气阀，所述空气排出阀或排气阀布置成选择性打开/关闭以将废气从燃烧室7排出。内燃机1还包括整体用10表示的第一阀致动器，所述第一阀致动器10操作地连接到所述第一发动机阀8，并且布置在内燃机1的闭合压力流体回路中。阀致动器10包括气动的压力流体回路，其具有用于压力流体的至少一个入口11和用于压力流体的至少一个出口12。压力流体是气体或者气体混合物，优选的是空气或氮气。空气的优势在于其易于改变压力流体或者若闭合压力流体回路发生泄漏则供应更多的压力流体，而氮气的优势是没有氧气，这防止其它元件氧化。在内燃机包括若干个阀致动器的情况中，所述若干个阀致动器相互平行地布置在所述闭合压力流体回路中。每个阀致动器均可与一个或多个发动机阀操作地连接，所述内燃机例如可包括两个进气阀8，所述进气阀8由同一阀致动器10联动驱动。然而，优选的是每个阀致动器各操作一个发动机阀，以实现针对内燃机1的操作的最大程度的可控性。内燃机的以下描述将仅仅包括一个发动机阀8和一个阀致动器10，但是应当意识到的是，除非另有说明，否则对应的内容也应用于所有的发动机阀和阀致动器。内燃机1还包括气缸盖室13，所述气缸盖室13形成所述闭合压力流体回路的一部分，并且由所述气缸盖6和至少第一气缸盖覆盖件14界定。在示出的实施例中，气缸盖覆盖件14被分成两个部分，所述两个部分各自通过螺栓可附接到气缸盖6以及可从气缸盖6释放。气缸盖室13优选地拥有大约3-10升的容积，典型地大约为5-6升。在一个可替代实施例中，存在仅仅一个气缸盖覆盖件14，该气缸盖覆盖件与气缸盖6一起界定了气缸盖室13。阀致动器10的至少一个出口12与气缸盖室13流体连通，即，经由所述至少一个出口12离开阀致动器10的压力流体流出到气缸盖室13中。在内燃机1包括若干个阀致动器的那些情况中，用于压力流体排放的阀致动器的所有出口皆位于同一气缸盖室中。优选地，整个阀致动器10布置在所述气缸盖室13中，并且还优选的是阀致动器10例如通过螺栓16或类似的保持器件而可释放地连接到所述气缸盖覆盖件14。在这个实施例中，阀致动器10因此“悬挂”在气缸盖覆盖件14中，而又没有与气缸盖6接触。如果阀致动器10应当与气缸盖覆盖件14和气缸盖6都接触，则导致了构造方式的不利公差链。现在参照图2，图2示出了阀致动器10的示意图。阀致动器10包括致动器活塞盘17和致动器缸体21，界定了向下开放的气缸体积。致动器活塞盘17将所述气缸体积分成第一上部部分19和第二下部部分20，并且在所述致动器缸体21中轴向移动。致动器活塞盘17形成整体用21表示的致动器活塞的一部分，所述致动器活塞布置成接触并且驱动所述第一发动机阀8。致动器活塞还包括游隙消除器件22，其用于相对于所述第一发动机阀8沿着轴向方向消除游隙。游隙消除器件22优选的是液压驱动的，并且确保在第一发动机阀8关闭时，当致动器活塞盘21处于其上改向位置中时，致动器活塞21保持与第一发动机阀8接触，用于校正组装公差、热膨胀等。因此，通过游隙消除器件22来调节致动器活塞21的轴向长度。阀致动器10的缸体体积的另一部分20与所述气缸盖室13流体连通。这样，当致动器活塞21处于上改向位置中时，确保同样的压力从气缸体积的第一部分19以及相应地从气缸体积的第二部分20作用在致动器活塞盘17上。由此，致动器活塞盘17和致动器缸体12之间的密封并不重要，而是可允许发生一些泄漏，用于最小化致动器活塞盘17移动的阻力，并且在停止位置中致动器活塞盘不受低压水平改变的影响。阀致动器10包括：可控的进入阀23，所述可控的进入阀23布置成打开/关闭入口12；可控的排出阀27，所述可控的排出阀27布置成打开/关闭出口11；液压回路，所述液压回路整体用25表示并且继而包括单向阀26，所述单向阀26布置成允许填充液压回路25；和可控的清空阀27，所述可控的清空阀27布置成控制对液压回路25的清空。应当指出的是，示意性示出了阀致动器10中的阀，并且例如可由滑动阀、座阀等构成所述阀。而且，可以由单体构成上述可控阀中的若干个阀。还可直接或间接...