产生压力脉冲的方法、压力脉冲发生器和设置有所述发生器的活塞式发动机

具体实施方式

图1示出了根据本发明的压力脉冲发生器的第一实施例。压力脉冲发生器包括主体1，主体1包围腔2，腔2依次可被认为分为第一部分3和第二部分4。第一部分3比第二部分4具有更大的容积，然而，第二部分4的容积取决于压力脉冲传递主体的位置，下文将进行描述。另外，压力脉冲发生器包括高压源5、低压源6、第一导管7和第二导管8，第一导管7连接高压源5与腔2的第一部分3，第二导管8连接低压源6与腔2的第二部分4。高压源5输出液压液体，并且低压源6接收液压液体，液压液体例如是油。高压源可由泵驱动，并且低压源6可与大气连通，并且可具有大气压力。低压源6例如是汽车或者任何其它设置有内燃机的车辆的油槽。

另外，压力脉冲发生器包括压力脉冲传递主体9，所述主体9通过主体1中的开口与腔2的第二部分4直接接触，并且伸入第二部分4中。压力脉冲传递主体9设置成可移动到腔2的第二部分4，并且可以从第二部分4移动，并且构成它的壁的一部分。在这种情况中，它构成进气门或排气门10的气门杆的一部分，或者与所述气门杆连接，或者紧靠所述气门杆支承，所述气门10此处为菌形气门，通向内燃机的燃烧室(未示出)。气门10通过弹簧11被预加载到闭合位置，弹簧11因此以沿着朝着腔2的方向的力作用，这是为了使压力脉冲发生主体9回退到腔2中。在它的闭合位置，气门10例如在燃烧室的内部顶部中紧靠气门座支撑。

除了这些部件，压力脉冲发生器包括阀体12、第一螺线管26和第二螺线管27。螺线管26、27设置用于驱动阀体12，换句话说是移动阀体12，阀体12的任务是开启或断开腔2的第一部分3和第二部分4之间的连通、腔2的第一部分3和高压源之间的连通以及腔2的第二部分4和低压源6之间的连通。这是可以的，因为阀体12紧密地在凹槽中运行，在所述凹槽中，阀体的路径与连接腔2的两个部分3和4的通道交叉，并且同样与分别连接腔2的两个部分3、4和高压源5、低压源6的导管7、8交叉。阀体12设置有变细的部分(tapering)或开口13、14、15，当所述开口到达与通道或导管7、8相对的位置时，它们允许液压液体穿过其中通过。通过这些变细的部分/开口13、14、15沿着阀体12的适合的定位和延伸，可以实现对各个导管7、8中的连通以及腔2的第一部分3和第二部分4之间的连通的开启和断开的时间的控制。在图1中，发动机气门10示出为处于闭合位置，在闭合位置，与气门杆连接的压力脉冲传递主体被最大限度地回退到腔2的第二部分4中。所述变细的部分/开口13、14、15所处的位置使得当腔2的第一部分3和高压源5之间的连通以及第二部分4和低压源6之间的连通开启时，腔2的第一部分3和第二部分4之间的连通被断开。

腔2的第一部分3被设计成并且尺寸被设计成用作液体弹簧，所述液体弹簧在图1所示的位置中被具有特定压力的液压液体加载或者预加载，以便然后随着发动机气门10的开启或闭合运动而被触发，并且以便然后当再次达到闭合位置时被重新加载。根据本发明的开启-闭合循环下面将逐步更详细地描述。

图2示出了压力脉冲发生器的可替换实施例。与第一实施例相比，最显著的区别在于：它包括位于腔2的第一部分3和第二部分4之间的第一通道16和第二通道17，而不是仅一个通道，并且每个通道设置有单向阀18、19，所述单向阀18、19设置成沿着不同的方向开启。另外，阀体12具有两个变细的部分/开口20、21，其中第一个20将被定位成在阀体12的第一位置与第一通道17相对，并且其中第二个21将被定位成在阀体12的第二位置与第二通道相对。当然，可以设想这样一种方案，即仅具有一个变细的部分/开口，该变细的部分/开口在单向阀的各位置之间移动。第一位置对应于当压力脉冲传递主体9伸出并且将存在从腔的第一部分3到它的第二部分4的流动时，并且第二位置对应于当主体正在被回退或者已经回退并且当将要发生从腔的第二部分4到它的第一部分3的流动或者至少允许发生时。所述方案的优点在于：阀体12的运动不需要如第一实施例中那样精确。另一方面，它的缺点在于需要更多的部件，主要是单向阀18、19。

图3示出了根据本发明的压力脉冲发生器的另一个可替换实施例。与图1和图2所示的实施例相比，区别在于它包括单独的阀体22，阀体22设置用于开启和断开导管7和8中的连通，所述连通分别连接腔的第一部分3与高压源5以及第二部分4与低压源6。另外，它包括单独的螺线管23用于驱动所述阀体22。这种方案需要所有螺线管的同步控制，但是对于彼此独立的单个导管/通道中的连通的开启/断开的可变控制允许更大的可能性。另外的改进可包括单独操作的阀体用于开启/断开第一导管7和第二导管8中的连通。

图4示出了另一个实施例，其中用于分别开启和断开导管7、8中到高压源5、低压源6的连通的装置还包括压力脉冲传递主体9本身，其中，在沿着主体的纵向轴线的预定位置处，所述主体具有变细的部分或开口24、25，当所述主体9到达预定位置时，所述预定位置此处对应于发动机气门10的闭合位置，所述变细的部分或开口24、25的位置与导管7、8相对，并且因此开启用于其中的连通。这种设置保证了除了在发动机气门10处于闭合位置的情况，换句话说，除了压力脉冲传递主体9处于最大回退位置中或非常接近此位置的情况，在高压源5和腔2的第一部分3之间或者在低压源6和腔的第二部分4之间没有连通。

图5示出了这样一个实施例，该实施例可被认为是根据图4的实施例的另外的简化改进，因为阀体12现在仅设置用于开启和断开腔的第一部分3和第二部分4之间的连通，而压力脉冲传递主体9的变细的部分/开口24、25分别构成唯一的用于开启高压源5和腔2的第一部分3之间以及低压源6和腔2的第二部分之间的连通的装置。

下面将更详细地描述发动机气门10的开启-闭合循环。在发动机气门10被关闭并且紧靠它的气门座支撑的起始位置，用于开启/断开腔2的两个部分之间的连通的阀体12处于断开位置，而同时，它允许两个导管7、8中的连通。一旦在腔2的第一部分中建立与高压源5的压力相对应的适合的压力，导管7中的连通原理上也会被断开。以相对应的方式，一旦发动机气门已经达到它的闭合位置，第二导管8中的连通会被断开，因为那时不再需要低压源和腔之间连续的连通。

当发动机气门10将被开启时，螺线管26、27中的一个被驱动，作为对来自控制单元(未示出)的信号的响应，适合的是，控制单元设置有用于控制发动机气门10的计算机程序。当螺线管26或27被激励时，它将阀体12移动到这样的位置，在该位置中，阀体12的变细的部分或开口14开启用于腔的第一和第二部分3、4之间的连通，用于允许沿着朝着第二部分的方向的流动。同时，或者优选的是就在建立这个连通之前，导管7、8中的连通被断开，用于防止任何液压液体直接从高压侧流到低压侧而没有被利用用于移动压力脉冲传递主体9。正时的相关性通过变细的部分/开口13、14、15的适合的定位来实现。当腔2的两个部分之间的连通开启时，存在于腔2的第一部分3中的用作液体弹簧的压力适用于允许发动机气门10预定地移动到开启位置。

当发动机气门10已经到达最大开启位置时，其中在最大开启位置处，储存在液体弹簧中的能量的主要部分现在已经被用于偏压气门弹簧11，发动机气门10的运动停止。因此，发生阀体12的连续移动，直到后者已经到达这样的位置，其中它断开腔的两个部分3、4之间的连通，并且其中它还分别断开导管7、8中到高压源5和低压源6的连通。这样，可以实现发动机气门在开启位置并且在可选的时间段中的锁定。在当单向阀被用于调节腔的各部分之间的流动的情况中，例如图2和图3所示，单向阀中的一个将保证：当变细的部分/开口处于与设置有这个单向阀的第一部分和第二部分之间的相关的通道相对的位置中时，不存在回流。在这种情况中，变细的部分/开口不需要另外移动超出通道外以造成锁定。

当发动机气门将被重新闭合时，螺线管26、27中的一个被激励用于将阀体移动到开启位置，其中它再次开启用于连通腔2的第一部分3和第二部分4之间，用于沿着朝着第一部分3的方向的流动。导管7、8中的连通仍然断开。发动机气门10将执行返回到闭合位置的返回运动。然而因为总是有一定的能量损失，因此现在存储在预加载的气门弹簧11中的能量不足以允许发动机气门10完全地回退到它的闭合位置。为了能够实现完全的返回，要求腔2和低压源6之间的连通在返回运动过程中的任何时刻都开启。适合的是，这通过阀体12另外地移动到这样的位置而实现，在该位置中，它的变细的部分或开口15将与通向低压源6的导管8相对。就在这一刻之前，与其同时，或者就在这一刻之后，腔2的两个部分之间的连通将被断开，并且然后腔2的第一部分3和高压源5之间的连通可被重新开启。我们现在回到图1所示的起始位置。通常，应当尽可能避免任何短路(short circuit)，即避免所有连通在同一时间开启。在当使用单向阀的情况中，例如图2和图3所示，这些或更准确的是这些中的一个能够保证将没有短路。

应当意识到，不同的连通的开启和断开之间的延迟或者能够通过相关的阀体上存在的变细的部分和开口的纯粹的几何定位和尺寸的选择而实现。在当由不同的螺线管驱动的不同的阀体被用于开启/断开不同的连通导管或通道时，时间控制能够通过计算机程序执行，所述计算机程序控制螺线管的激励，用于实现对于根据本发明的方法的开启/断开所需要的正时的同步。

发动机气门10的最大的开启、升程的高度能够在操作过程中通过高压源5中的压力的变化被控制，例如通过对产生所述压力的泵的控制。同样可以构想：如果腔2，优选是它的第一部分3，被设计成具有可变的容积，从而实现这种变化。

配气定时，即发动机气门10处在它的最大开启位置的时间，能够以完全计算机化的方式通过控制螺线管26、27被激励用于重新开启这个连通的时间而被控制，其中螺线管26、27操作阀体12用于开启和断开腔的两个部分3、4之间的连通。

应当意识到，如上所述用在所用的压力流体是液体的情况中的本发明同样可应用到压力流体是气体的相对应的实施例。那么基本的区别在于：由于气体的可压缩性较高，因此气体需要作用在压力脉冲传递主体的较大的面积上以产生它的相对应的运动，并且腔的第一部分的容积应当适用于压力流体是气体的事实。适合的是，那么压力脉冲传递主体是活塞，活塞设置成在缸中前后移动并且与气门相连接并且能够传递力，应当发生气门的运动。压力脉冲传递主体也可以与VCR活塞相同，通过所述缸，VCR活塞与内燃机的燃烧室直接连接，用于根据发动机负荷改变后者的容积。

图6示出了根据本发明的装置的另外的实施例，根据该实施例，压力流体是气体，并且压力脉冲传递主体9是设置成在缸26中以气密的方式前后移动的活塞。活塞9与气门(未示出)的杆27直接连接，或者构成所谓的VCR活塞，在它的一侧上，所述VCR活塞与内燃机的燃烧室直接连接，并且所述VCR活塞设置成通过它的移动改变燃烧室的容积，并且因此改变压缩比。

如前述的实施例，该装置包括具有第一部分28和第二部分29的腔。区别在于：第二部分29就是缸26中在活塞27的一侧上的空间，而不是如在液压的情况中直接位于基本薄的气门杆上方。形成随动阀的阀体30设置成开启和断开腔的第一部分28和第二部分29之间的连通。阀体30的运动分别是由于后者分别与高压源5以及低压源6之间的连通的开启和闭合。电磁驱动阀，此处为螺线管驱动的滑阀31，设置成通过开启/闭合导管32、33来开启/闭合阀体30分别与高压源5以及低压源6之间的连通，导管32、33在阀体30的一侧和所述源之间引导。换句话说，阀体30直接被螺线管驱动，这包括在通常的发明构思中。阀体30的被穿过导管32、33的压力流体作用的一侧紧靠腔的第一部分28被密封，在这种情况中，所述阀体30被设置成在腔的所述第一部分中移动。

另外的阀体34设置成开启/关闭所述腔的第二部分29和低压源6之间的连通。这个阀体34以与用于第一阀体30的方式基本对应的方式设置。它在一侧上与腔的第二部分29连通，并且在另一侧上，一方面与通向高压源的导管35连通，并且另一方面与通向低压源的导管36连通。导管35和36中的连通的分别的开启和闭合通过上述的电磁驱动阀31完成。另外具有导管37，导管37在腔的第一部分28和高压源5之间引导。电磁驱动阀31设置成开启和闭合同样在这个导管中的连通。应当意识到，仅电磁驱动阀31能够被多个电磁驱动阀代替用于实现开启/闭合功能，所述开启/闭合功能对应于上述的功能。然而，该装置将根据在这份申请中描述并且大致相关的原理来操作，与实施例和压力流体的类型无关。

图7示出了根据本发明的压力脉冲发生器的另一个实施例。与上述的实施例相比，这个压力脉冲发生器包括弹簧38，弹簧38以弹性力恒定地反抗腔2的第一部分3的可移动或弹性壁39。此处，弹簧38为机械类型，但可替换的是可以是气压弹簧或液压弹簧。

虽然附图中未示出，但应当认为，电磁驱动的并且优选是螺线管驱动的滑阀通常设置有复位弹簧等，用于当所述驱动被中止时使正在讨论的阀体复位。当然，还可以具有两个螺线管，所述两个螺线管分别牵拉和推动地作用在阀体上，并且配合用于使阀体在后者开启和断开一个或多个导管或连接中的连通的各位置之间前后移动。

另外，不直接由螺线管驱动但是由螺线管驱动阀体间接控制的导向阀可替换或补充上述的用于开启/断开腔的各部分之间、或每个单独的部分分别与高压源或低压源之间的连通的装置中的任一个。这种方案必须被认为是在权利要求所限定的本发明的范围内。

还应当提到，根据可替换的应用，压力脉冲传递主体9可直接作用在燃料上用于使燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中，作为它的任务。

应当提到，根据本发明，压力脉冲发生器的腔2和压力脉冲传递主体9设置在其中的主体1可以是发动机的缸盖。可替换的是，主体1可以是单独的，并且连接到缸盖。

应当意识到，在本发明的所有的实现中，压力脉冲传递主体或者可以与它将反抗的阀体或VCR活塞直接连接，形成所述阀体的一部分，或者可以与其分离。

在上述的应用中，当流体为液体，通常是油时，流体压力即高压通常为100到500bar，当流体是气体或气体混合物，通常是空气时，压力通常为3到30bar。

应当意识到，压力脉冲传递主体构成腔的第二部分4的可移动的壁，由此，后者的容积可取决于压力脉冲传递主体的移动位置而变化。