用于发动机制动模式的可变气门机构的制作方法

1.本发明涉及用于将内燃机的排气门(auslassventils)切换到发动机制动模式的可变气门机构(variablen ventiltrieb)。


背景技术：

2.众所周知的是，为了在内燃机运行期间改变内燃机的换气阀的开关时间和阀冲程而使用可变气门机构。在现有技术中已知有大量的可变气门机构。
3.可变气门机构例如可以用于在发动机制动模式下操作内燃机气缸的排气门，在该发动机制动模式中，排气门的阀控制曲线偏离正常操作。
4.de 40 25 569 c1公开了一种用于能够切换成驱动器或制动器的内燃机的阀控制器，其具有在驱动功能和制动功能中通过凸轮轴经由控制摇杆不同地控制的排气门，在制动功能中，除了在驱动功能中作用的凸轮之外，另一辅助凸轮(制动凸轮)也作用于排气门。由制动凸轮引导的并且弹性地抵靠在制动凸轮上的制动摇杆相对于排气门的每个控制摇杆同轴地安装，该制动摇杆在制动操作期间可以锁定在控制摇杆上。
5.de 10 2017 118 852 a1公开了一种用于内燃机的可变气门机构的动力传递装置。动力传递装置具有第一杆装置。第一杆装置具有第一凸轮从动件和用于第一凸轮从动件的第一容纳部。第一凸轮从动件可在第一容纳部中移动和锁定。动力传递装置具有第二杆装置。第二杆装置具有第二凸轮从动件和用于第二凸轮从动件的第二容纳部。第二凸轮从动件可以在第二容纳部中移动和锁定。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种替代和/或改进的用于发动机制动模式的可变气门机构。
7.该目的通过独立权利要求1的特征实现。有利的改进示例在从属权利要求和说明书中给出。
8.本发明提供了一种用于将内燃机的(气缸)排气门切换到发动机制动模式的可变气门机构。可变气门机构包括凸轮轴(nockenwelle)，该凸轮轴具有被设计为正常操作凸轮的第一凸轮和被设计为发动机制动凸轮的第二凸轮。可变气门机构包括具有第一行程装置(leerweg-einrichtung)的第一摇杆(kipphebel)，该第一行程装置被设计为通过第一摇杆可选地(选择性地)建立或断开第一凸轮和排气门之间的第一有效连接。可变气门机构包括具有第二行程装置的第二摇杆，该第二行程装置被设计为通过第二摇杆可选地(选择性地)建立或断开第二凸轮和排气门之间的第二有效连接。可变气门机构包括(例如，液压)流体供应管线和阀装置，该阀装置被设计为可选地(选择性地)(例如仅)将第一行程装置或(例如仅)将第二行程装置连接到流体供应管线。
9.通过组合两个用于启用(或停用)正常操作凸轮和发动机制动凸轮的凸轮轮廓的行程装置与上游的用于启用第一行程装置或第二行程装置的阀装置，可变气门机构能够以
结构简单且同时可靠的方式提供发动机制动系统。因此，发动机制动功能可以恰当地通过双液压驱动系统来执行。阀装置的切换功能(行程装置之间的切换)能够以简单的方式实现。以此方式构造的可变气门机构还可以简单地实现其他特征，例如液压气门间隙补偿装置。
10.恰当地，摇杆可以刚性地彼此上下布置，或可以相对彼此转动。
11.摇杆可以形成公共的杆体。
12.在一示例性实施例中，可变气门机构还包括(例如，液压)流体排放管线。阀装置被设计为选择性地(例如仅)将第一行程装置或(例如仅)将第二行程装置连接到流体排放管线。优选地，阀装置被设计为在(第一)位置将第一行程装置连接到流体供应管线并将第二行程装置连接到流体排放管线。替代地或补充地，阀装置还被设计为在(第二)位置将第一行程装置连接到流体排放管线并将第二行程装置连接到流体供应管线。因此，通过选择阀装置的位置，可以非常容易地启用相应期望的行程装置。
13.恰当地，内燃机的控制和/或调节单元可以实现阀装置的调节。阀装置可以例如通过电动、气动、液压、马达和/或磁力的方式驱动。
14.在另一示例性实施例中，可变气门机构包括第一回流防止器，该第一回流防止器优选地布置在阀装置和第一行程装置之间的流体连接中。替代地或补充地，可变气门机构包括第二回流防止器，该第二回流防止器优选地布置在阀装置和第二行程装置之间的流体连接中。
15.恰当地，第一和/或第二回流防止器可以容纳在相应的摇杆中或布置在相应的摇杆外部。
16.优选地，第一和/或第二回流防止器可以与阀装置分开设置。
17.在另一示例性实施例中，第一回流防止器被设计为优选在第一回流防止器的阻断来自第一行程装置的回流的位置充当用于第一有效连接的液压气门间隙补偿装置。替代地或补充地，第二回流防止器被设计为优选在第二回流防止器的阻断来自第二行程装置的回流的位置充当用于第二有效连接的液压气门间隙补偿装置。例如，如果第一和第二行程装置因此仅以液压的方式(例如，没有机械锁定元件)锁定在相应的启用位置中，则液压气门间隙补偿装置可以由回流防止器本身的功能产生。从而，可以显著提高可变气门机构的实际实用性。
18.在一实施例中，第一回流防止器被设计为在第一位置允许来自第一行程装置的流体回流到阀装置和/或流体排放管线(例如，停用第一行程装置以补偿第一凸轮的凸轮轮廓/以断开第一有效连接)。在第二位置，可以允许流体从阀装置流动到第一行程装置(例如，启用第一行程装置以建立第一有效连接)。在第三位置，可以阻断流体从第一行程装置回流到阀装置(例如，保持第一行程装置的启用以保持第一有效连接)。
19.在另一实施例中，第二回流防止器被设计为在第一位置允许来自第二行程装置的流体回流到阀装置和/或流体排放管线(例如，停用第二行程装置以补偿第二凸轮的凸轮轮廓/以断开第二有效连接)。在第二位置，可以允许流体从阀装置流动到第二行程装置(例如，启用第二行程装置以建立第二有效连接)。在第三位置，可以阻断流体从第二行程装置回流到阀装置(例如，保持第二行程装置的启用以保持第二有效连接)。
20.在另一实施例中，根据第一回流防止器处和/或第二回流防止器处的流体供应压
力和流体反压自动地调节第一回流防止器和/或第二回流防止器的第一位置、第二位置和/或第三位置。
21.在一变形实施例中，第一行程装置在施加流体时建立第一有效连接，且/或第二行程装置在施加流体时建立第二有效连接。
22.在替代的变形实施例中，第一行程装置在施加流体时断开第一有效连接，且/或第二行程装置在施加流体时断开第二有效连接。
23.在一示例性实施例中，第一行程装置和第二行程装置具有相同的结构和/或相同的功能。因此，例如可以使用相同的部件，降低制造成本并且防止错误组装。
24.第一摇杆和第二摇杆也可以具有相同的结构。
25.在另一示例性实施例中，第一行程装置和/或第二行程装置只能以液压的方式锁定且/或没有机械锁定件。因此，相关的回流防止器可以用作液压气门间隙补偿装置。简化了行程装置的结构。
26.在一实施例中，第一行程装置和/或第二行程装置包括容纳室、可移动地布置在容纳室中的活塞、连接到活塞以用于移动的凸轮从动件、由活塞界定的流体室和/或布置成用于预张紧活塞的弹性元件。优选地，流体室可以形成在容纳室中。例如，弹性元件可以容纳在容纳室中。
27.可变气门机构可被构造为使得第一行程装置和第二行程装置是(例如总是)流体分离的。例如，通向第一行程装置的流体室的流体管线可以与通向第二行程装置的流体室的流体管线是流体分离的。
28.在另一实施例中，阀装置被设计为定向阀(wegeventil)，优选为4-2通阀或4-3通阀。
29.在另一实施例中，优选地用于保持排气门关闭(例如，在气缸关闭模式中(例如，(多个)进气门也关闭且没有燃料供应))的阀装置还被设计为在(第三)位置将第一行程装置和第二行程装置连接到流体排放管线。因此，不仅可以断开第一有效连接，而且可以断开第二有效连接。排气门在整个循环中保持关闭。
30.在一变形实施例中，第一有效连接和第二有效连接作用在一个排气门和另一排气门上。替代地，第一有效连接可以作用在该排气门和另一排气门上，而第二有效连接可以仅作用在该排气门上。因此，例如在发动机制动模式中可以仅操作气缸的两个排气门中的一者，而另一排气门可以保持关闭。
31.在另一变形实施例中，第二凸轮被设计为在压缩冲程和/或排气冲程中最初保持排气门关闭，并在到达活塞运动的上止点之前打开排气门，优选地在到达上止点之前的100
°
曲轴角(kw:kurbelwellenwinkel)和60
°
曲轴角之间打开排气门。例如，排气门可以在膨胀冲程中保持打开，在膨胀冲程结束时关闭和/或在排气冲程结束时关闭。
32.在另一变形实施例中，第一凸轮被设计为使得排气门在排气冲程中打开并在进气冲程、压缩冲程和膨胀冲程中基本关闭。
33.本发明还涉及一种优选为多用途车辆(例如，载重汽车或公共汽车)的机动车辆，其具有如本文所公开的可变气门机构。
34.还可以将本文所公开的装置用于轿车、大型发动机、越野车辆、船用发动机等。
附图说明
35.本发明的上述优选实施例和特征可以相互任意组合。下面将参照附图来说明本发明的其它细节和优点。
36.图1示出了根据本公开的示例性实施例的可变气门机构的立体图。
37.图2示出了示例性可变气门机构的剖视图。
38.图3示出了示例性可变气门机构的摇杆的另一剖视图。
39.图4示出了示例性的气门控制曲线。
40.图5示出了示例性可变气门机构的示意图。
41.图6示出了另一示例性可变气门机构的示意图。
42.图7示出了示例性可变气门机构的回流防止器的示意图。
43.图8示出了处于另一位置的回流防止器的示意图。
44.图9示出了处于另一不同位置的回流防止器的示意图。
具体实施方式
45.附图所示的实施例至少部分地一致，使得相似或相同的部分设置有相同的附图标记，并且为了避免重复，也参考了其他实施例或附图的说明来对相同的附图标记进行解释。
46.图1示出了可变气门机构10。可变气门机构10可以是(活塞往复式)内燃机的一部分。可以将内燃机优选地作为驱动力源包括在机动车辆中，优选地包括在多用途车辆(例如，载重汽车或公共汽车)中。可变气门机构10用于允许内燃机的一个或多个排气门切换到发动机制动模式。
47.可变气门机构10包括凸轮轴12、第一摇杆14和第二摇杆16。摇杆14和16能够围绕摇杆轴18转动。可变气门机构10还包括内燃机的同一气缸的气门桥(ventilbr
ü
cke)20和两个(气缸)排气门22。排气门22可以通过气门桥20选择性地由第一摇杆14或第二摇杆16驱动(打开和关闭)。如果两个排气门22可以分别由两个摇杆14、16驱动，则可以省去气门桥20的引导。排气门22优选地被设计为提升式阀，其例如布置在内燃机的气缸盖中。
48.第一摇杆14通过第一调节螺栓24连接到气门桥20以驱动排气门22。气门间隙可以通过调节螺栓24调节和重新调节。
49.第二摇杆16通过调节螺栓26刚性地连接到第一摇杆14。详细地，调节螺栓26安置在第一摇杆14的突出部(凸舌)28上。突出部28可从第一摇杆14的主体区域在平行于摇杆轴18的方向上延伸。调节螺栓26可用于调节如下间隙，该间隙例如是由于第一摇杆14和第二摇杆16之间的制造或装配公差而产生的。
50.摇杆14、16还可以彼此刚性地连接为公共主体，或者摇杆14、16能够相对彼此转动。
51.也可以不设置气门桥，并且摇杆14、16例如仅直接驱动一个排气门。替代地，例如借助气门桥20中的通孔，第一摇杆14可例如通过气门桥20驱动两个排气门22，并且第二摇杆16仅驱动两个排气门22中的一者。
52.图2示出了第一摇杆14具有凸轮从动件30并且第二摇杆16具有凸轮从动件32。凸轮从动件30遵循凸轮轴12的第一凸轮34的凸轮轮廓。凸轮从动件32遵循凸轮轴12的第二凸轮36的凸轮轮廓。如图所示，凸轮从动件30、32可被设计为可旋转的滚轮。
53.凸轮从动件30、32分别通过摇杆14、16的行程装置(空转装置(lost-motion-vorrichtung))38、40连接。优选地，如图所示，行程装置38、40可以相同地构造。行程装置38允许第一凸轮34或第二凸轮36的凸轮轮廓能够选择性地通过摇杆14、16用于驱动排气门22。
54.在锁定或启用位置，(在插入气门桥20的情况下)第一行程装置38通过第一摇杆14在第一凸轮34和排气门22之间建立有效连接。在未锁定或停用位置，第一行程装置38断开该有效连接。相反，第一凸轮34的凸轮轮廓仅导致凸轮从动件30的上下运动，而不移动第一摇杆14。
55.以类似的方式，在锁定或启用位置，(在插入第一摇杆14和气门桥20的情况下)第二行程装置40通过第一摇杆16在第二凸轮36和排气门22之间建立有效连接。在未锁定或停用位置，第二行程装置40断开该有效连接。相反，第二凸轮36的凸轮轮廓仅导致凸轮从动件32的上下运动，而不移动第二摇杆16。
56.因此，当施加流体或供应流体时，第一行程装置38和第二行程装置40建立各自相关的有效连接。然而，第一行程装置和第二行程装置也可被设计为在未施加流体的情况下建立各自相关的有效连接并在施加流体时断开该有效连接。
57.对行程装置38、40进行控制，使得两个行程装置38、40中的至多一者处于相应的锁定或启用位置。这是通过将流体仅供应到第一行程装置38或仅供应到第二行程装置40来实现的。换句话说，流体仅施加到第一行程装置38或第二行程装置40。
58.恰当地，行程装置38、40在结构上是相同的。因此，下面仅说明作为示例示出的图2中的行程装置38的结构。
59.行程装置38包括容纳室42、活塞44和弹性元件46。
60.活塞44可移动地容纳在容纳室42中。弹性元件46将活塞44弹性地支撑在容纳室42的底面上。恰当地，弹性元件46是弹簧，优选为螺旋弹簧。活塞44可旋转地支承凸轮从动件30。流体室48形成在容纳室42的底面和活塞44之间。优选为液压流体的流体可以通过流体管线50导入到流体室48中并从其导出。如果将流体导入到流体室48中并阻断流体回流，则活塞44通过流体室48中的流体被刚性地支撑在容纳室42上。第一凸轮34的凸轮轮廓通过行程装置38刚性地传递到第一摇杆14。如果没有流体被导入到流体室48中，或者如果没有阻断流体回流，则活塞44在容纳室42中是可移动的。第一凸轮34的凸轮轮廓通过行程装置38补偿，并且没有传递到第一摇杆14。
61.图3还示出了活塞44通过安全机构52来防止从容纳室42中掉出。安全机构52可以例如接合到活塞44的纵向凹槽或细长孔54中，从而额外地表示用于活塞44的防旋转装置。
62.在所示的示例性实施例中，行程装置38、40相对于摇杆14、16布置在凸轮轴侧或凸轮侧。替代的布置也是可能的，例如行程装置相对于摇杆布置在气门侧。此外，所示的行程装置38、40的结构虽然是优选的，但并不限制本公开。只要能够实现相关的操作模式(即，部分地建立或断开相应有效连接)，也可以想到不同的或变形的构造。
63.在内燃机的正常操作模式中，排气门22可以通过第一凸轮34操作。排气门22可以在排气冲程开始时在下止点区域打开，并在排气冲程结束时在上止点区域关闭。在其余冲程中，排气门22关闭。因此，第一凸轮34被设计为正常的排气凸轮。
64.在内燃发动机的发动机制动模式中，排气门22(或例如仅其中一个排气门)可以通
过第二凸轮36操作。因此，第二凸轮36被设计为发动机制动凸轮。
65.图4示出了在发动机制动模式中排气门22的特别优选的、非限制性的阀控制曲线，该曲线可由第二凸轮36产生。
66.在图4中，横坐标(x轴)表示曲轴角，并且纵坐标(y轴)表示以mm为单位的阀冲程。它示出了由压缩、膨胀、排气和进气组成的完整的四冲程循环。
67.用于发动机制动操作的阀控制曲线表明，排气门在压缩冲程结束时在上止点之前约60
°
曲轴角(kw)至100
°
曲轴角的上止点区域中略微打开。排气门在上止点处进一步打开，并在膨胀冲程结束时大约在下止点处关闭。在压缩冲程结束时排气门的打开允许通过移动到上止点的活塞将气缸中的压缩空气通过打开的排气门推入到排气系统中。先前执行的压缩功会制动曲轴，从而制动内燃机。气缸压力最初在压缩冲程中增大，但随后由于排气门的打开而在上止点之前下降。在膨胀冲程期间排气门的打开允许将空气从排气管线回吸到气缸中。在膨胀冲程结束时，气缸基本上充满了来自排气系统的空气。
68.阀控制曲线还表明，在膨胀冲程结束时在到达下止点之后，排气门最初保持关闭。在排气冲程结束时，排气门在上止点区域中打开。该打开再次在上止点之前约60
°
曲轴角至100
°
曲轴角处进行。排气门在排气冲程的第一部分期间的关闭允许在做功时压缩在膨胀冲程中吸入的空气。气缸压力增大。压缩功制动曲轴，从而制动内燃机。在排气冲程结束时排气门的打开导致空气通过打开的排气门被推入到排气系统中。在进气冲程中，气缸通过一个或多个打开的进气门再次充满空气。循环再次开始。
69.如上所述，第二凸轮36的使用导致了双重压缩以及随后的减压，从而确保了有效的发动机制动功能。
70.图5示意性地示出了流体如何被供应到行程装置38、40以及如何从它们中排出。
71.可变气门机构器10包括具有加压流体源56、储液器58、阀装置60和两个回流防止器62、64的(液压)流体系统。
72.加压流体源56可通过流体供应管线66向阀装置60供应加压流体。例如，加压流体源56可被设计为流体泵或液压泵。加压流体源56可以连接到储液器58。流体可以经由流体排出管线(流体排放管线)68将流体从阀装置60引导到储液器58。储液器58例如可被设计为油盘。
73.阀装置60可以采用(至少)两个不同的位置。在所示的(第一)位置，加压流体源56连接到第一行程装置38。在阀装置60的第一位置，第二行程装置40连接到储液器58。在第二位置，加压流体源56连接到第二行程装置40。在阀装置60的第二位置，第一行程装置38连接到储液器58。因此，能够以特别简单的方式在摇杆14和16之间并且因此在凸轮34和36之间来回切换。在这种情况下，阀装置60可以恰当地设计为4/2通阀(具有四个接口和两个位置的定向阀)。也可以设计为多个阀的串联和/或并联。
74.在内燃发动机正常操作中，阀装置60处于第一位置。在内燃机的发动机制动操作中，阀装置60处于第二位置。在第一位置，第一行程装置38切换成刚性的，而第二行程装置40切换成可移动的。启用第一摇杆14并停用第二摇杆16。在第二位置，第一行程装置38切换成可移动的，而第二行程装置40切换成刚性的。停用第一摇杆14并启用第二摇杆16。
75.回流防止器62、64可被设计为控制阀或调节阀。回流防止器62、64被设计为防止来自相应行程装置38、40的不期望的回流(如参考图7至图9示例性地详细说明)。此外，如果阀
装置60将相应的行程装置38、40连接到流体排放管线68或没有向相应的回流防止器62、64处施加来自加压流体源56的加压流体，则回流防止器62、64可以允许来自行程装置38、40的回流。
76.图6示出了相对于图5变形的流体系统。
77.图6的流体系统与根据图5的流体系统的不同之处在于，阀装置60可以采用第三位置。在这种情况下，阀装置60可以被恰当地设计为4/3通阀(具有4个接口和3个位置的定向阀)。也可以设计为多个阀的串联和/或并联。
78.在第三位置，两个行程装置38、40都连接到储液器58。因此，未启用行程装置38、40。在凸轮轴旋转期间，相关的摇杆14、16都不转动。排气门22保持关闭。因此能够以简单的方式实现相对于排气门22的气缸停用。此外，进气门也可以保持关闭并停止供油，以停用相应的气缸。
79.图7至图9示出了回流防止器62的示例性实施例。回流防止器64可具有与回流防止器62相同的构造或至少相同的功能。
80.回流防止器62包括加压流体供应部70、流体管线72和流体排放部74。加压流体供应部70用于将加压流体从阀装置60供应到回流防止器62。流体管线72用于将加压流体从回流防止器62供应到行程装置38，并将流体从行程装置38排出到回流防止器62。流体排放部74用于将流体从回流防止器62排放到阀装置60和/或流体排放管线68。
81.回流防止器62包括可移动的活塞76。在静息位置(图7)中，活塞76阻断加压流体供应部70并在流体管线72和流体排放部74之间建立流体连接，以用于从行程装置38排出流体。活塞76在静息位置的方向上被弹性地预张紧，优选地被弹簧预张紧。
82.回流防止器62包括具有可移动锁定元件80(例如，球)的止回阀78。锁定元件80在关闭位置的方向上被弹性地预张紧，优选地被弹簧预张紧。止回阀78容纳在活塞76中。
83.图8示出了当通过加压流体供应部70将加压流体供应到回流防止器62时，活塞76可以最初以阻断流体排放部74的方式移动。此外，锁定元件80可以克服弹性预张紧而移动，抬离阀座并在加压流体供应部70和流体管线72之间建立流体连接。可以将加压流体供应到行程装置38以启用行程装置38。
84.如果第一凸轮34(参见图2)在启用行程装置38时引起气门升程，则流体管线72中的压力突然增大。通过将锁定元件80移动到阀座中而关闭止回阀78(参见图9)。流体不会从自行程装置38逸出。摇杆14转动。因此，回流防止器62还额外起到了液压气门间隙补偿装置的作用，特别是与行程装置38结合使用，该行程装置38在启用位置仅以液压方式锁定，即，特别是不提供机械锁定件(例如，没有锁定活塞)。
85.本发明不限于上述优选的示例性实施例。相反，大量的变形例和修改例也是可能的，这些变形例和修改例也利用了本发明的概念并因此落入到保护范围内。特别地，本发明还要求保护独立于所引用的权利要求的从属权利要求的主题和特征。特别地，独立权利要求1的各个特征分别彼此独立地公开。此外，从属权利要求的特征也是独立于独立权利要求1的所有特征而公开的，并例如独立于与独立权利要求1的凸轮轴、第一摇杆、第二摇杆、流体供应管线和/或阀装置的存在和/或构造有关的特征。本文的所有范围规格都应理解为以以下方式公开：所有落入相应范围内的值均被单独公开，例如也分别作为相应范围的优选更窄的外部限制。
86.附图标记列表
87.10 可变气门机构
88.12 凸轮轴
89.14 第一摇杆
90.16 第二摇杆
91.18 摇杆轴
92.20 气门桥
93.22 排气门
94.24 调节螺栓
95.26 调节螺栓
96.28 突出部
97.30 凸轮从动件
98.32 凸轮从动件
99.34 第一凸轮
100.36 第二凸轮
101.38 第一行程装置
102.40 第二行程装置
103.42 容纳室
104.44 活塞
105.46 弹性元件
106.48 流体室
107.50 流体管线
108.52 安全机构
109.54 细长孔
110.56 加压流体源
111.58 储液器
112.60 阀装置
113.62 第一回流防止器
114.64 第二回流防止器
115.66 流体供应管线
116.68 流体排放管线
117.70 加压流体供应部
118.72 流体管线
119.74 流体排放部
120.76 活塞
121.78 止回阀
122.80 锁定元件