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CN107002516B - 一种控制进气阀系统的操作的方法和一种进气阀控制系统 - Google Patents

一种控制进气阀系统的操作的方法和一种进气阀控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制与内燃活塞发动机(40)的每个气缸(14)相关联地布置的进气阀系统(10)的操作的方法，在所述发动机的操作期间，所述方法包括以下步骤：1)监测(15)与发动机负载条件有关的至少一个参数，2)响应于步骤1)中获得的至少一个参数，使用一级控制程序(16)来控制进气阀系统(10)的进气阀(20)的打开和关闭正时，以及3)当进气阀系统(10)的进气阀(20)打开时，经由进气阀(20)将增压空气送入所述气缸(14)，其中，所述方法包括使用二级控制程序(18)的步骤，其中，独立于且优先于一级控制程序(16)，测量(15、17)与发动机负载条件有关的至少一个参数并且响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数来控制进气阀系统(10)的进气阀(20)的关闭正时。本发明还涉及一种与内燃活塞发动机(40)的每个气缸(14)相关联地布置的进气阀控制系统(10)。

Description

一种控制进气阀系统的操作的方法和一种进气阀控制系统
技术领域
本发明涉及一种控制进气阀系统的操作的方法。
本发明还涉及一种进气阀控制系统。
背景技术
内燃机的操作要求变得越来越严格。内燃活塞发动机的废气排放要求变得越来越苛刻。为了应对这些要求，存在各种可用的技术，在发动机运行时，可以通过这些技术控制气体排放。进气阀的正时在发动机性能方面起着重要的作用。特别地，它对气缸中的温度和压力具有影响，并且因此对诸如NOx的气体污染物的形成具有影响。
美国专利第2,670,595号公开了所谓的米勒循环，其中在活塞到达进气冲程的下止点之前，进气阀被关闭。在关闭进气阀之后，气缸中的充气或空气膨胀，导致压力和温度或充气降低。
美国专利第7,395,668B2号公开了一种涡轮增压柴油活塞发动机和控制这种发动机的方法，其中，内燃机的热效率可以被提高，同时继续保持与氮氧化物和烟尘颗粒排放有关的要求。
公布的国际专利申请WO 2014/126737A1公开了一种具有用于改善发动机起动的凸轮相位器的气体燃料发动机的控制系统。控制系统可以具有可变进气阀正时装置，其被配置成调节进气阀的循环关闭正时。控制器可以被配置为选择性地启动第一米勒循环正时和第二米勒循环正时。
公布的国际专利申请WO 2011/135162A1公开了一种用于在活塞发动机中在发动机的凸轮轴和阀机构之间适应的气体交换阀的控制布置。控制布置包括与液压介质连接的腔室，并且其中活塞可移动地布置成至少为打开阀与凸轮轴和阀机构进行机械传力连接。
在进气阀系统的操作中有故障的情况下，特别是控制进气阀的关闭正时，气缸中的压力可能显着增加，这具有不期望的后果。在一些情况下，甚至可能会损坏进气阀系统和与气缸有关的部件。
本发明的一个目的是提供一种控制进气阀系统的操作的方法，以及一种与现有技术方案相比性能显著提高的进气阀控制系统。
发明内容
根据一种控制与内燃活塞发动机的每个气缸相关联地布置的进气阀系统的操作的方法，在发动机的操作期间，该方法包括以下步骤：
1)监测与发动机负载条件有关的至少一个参数，
2)响应于步骤1)中获得的至少一个参数，使用一级控制程序来控制进气阀系统的进气阀的关闭正时，以及
3)当进气阀系统的进气阀打开时，经由进气阀将增压空气送入所述气缸。
响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数，独立于并且优先于使用一级控制程序，通过使用二级控制程序来控制进气阀系统的进气阀的关闭正时。
例如，通过在进气阀挺杆和推杆之间添加液压室来实现进气阀关闭正时的变化。通过控制流入和流出液压室的油来实现进气阀移动的可调节性。
这提供了一种性能得到显著改善的用于控制进气阀系统的操作的方法。这对于在发动机的气缸中将压力水平控制在足够的水平是特别有用的。也就是说，如果在气缸中压力增加太多，则可能具有不期望的后果。在一级控制程序发生故障(即，一级控制程序被延迟或抑制关闭进气阀)的情况下，可以进行二级控制程序。然后，二级控制程序通过独立地关闭进气阀并且因此防止压力在气缸中增加超过足够的水平来超控一级控制程序。换句话说，二级控制程序防止进气阀关闭得太晚。
根据本发明的实施方式，在二级控制程序中，至少一个参数是增压空气的压力。优选地，增压空气通过至少两个涡轮增压器加压，并且压力或增压空气是涡轮增压器之后的压力。
根据本发明的一个实施方式，在二级控制程序中，所述至少一个参数是增压空气的温度。
根据本发明的一个实施方式，彼此独立地获取用于一级控制程序和用于二级控制程序的至少一个参数。
根据本发明的一个实施方式，用于一级控制程序的至少一个参数和用于二级控制程序的至少一个参数是不同的参数
根据本发明的一个实施方式，用于一级控制程序和用于二级控制程序的至少一个参数是同一参数。
根据本发明的一个实施方式，在两个增压级中加压的增压空气被送至发动机，并且增压空气在高于5巴的压力下被送入气缸。
根据本发明的一个实施方式，二级控制程序最迟以下述曲柄角超控一级控制程序来关闭进气阀，该曲柄角产生低于点火前的预定最大压缩压力的压缩压力。
根据本发明的一个实施方式，二级控制程序通过机械地影响阀致动系统来关闭进气阀。
根据本发明的一个实施方式，二级控制程序通过液压地影响阀致动系统来关闭进气阀。
根据本发明的一个实施方式，增压空气在两个增压级中被加压至高于5巴的压力，并且一级控制程序被布置成，在发动机的操作期间，在具有相对于下止点而言的第一即上曲柄角值和相对于下止点而言的第二即下曲柄角值的第一范围内关闭进气阀。附加地，二级控制程序并行于且独立于一级控制程序被执行，其中，二级控制程序以相对于下止点而言的第三曲柄角关闭进气阀，其中，第三曲柄角等于或小于第二曲柄角值。
根据本发明的一个实施方式，一级控制程序在相对于下止点而言的第一曲柄角值和第二曲柄角值之间的第一范围内关闭进气阀，并且二级程序在相对于下止点而言的第三曲柄角和第四曲柄角之间的第二范围内关闭进气阀。第三曲柄角位于第一范围之外并且更靠近下止点而不是更靠近上止点。作为实例，一级控制程序关闭进气阀的第一范围有利地为下止点之前70度至100度，并且第三曲柄角有利地在下止点之前55 度至70度。
换言之，二级控制程序被布置成以位于一级控制程序在发动机的额定负载期间关闭进气阀的范围之外并且比该范围更靠近下止点的角独立地关闭进气阀。
根据本发明的一个实施方式，一级控制程序和二级控制程序用于控制公共的机械致动器。
根据本发明的另一实施方式，一级控制程序和二级控制程序用于控制专用于一级控制程序和二级控制程序中的每一者的机械致动器。
一种与内燃活塞发动机的气缸相关联地使用的进气阀控制系统包括监测单元和一级控制单元，监测单元被布置成监测与发动机负载条件有关的至少一个参数，一级控制单元被布置成响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数来控制进气阀系统的进气阀的关闭正时。进气阀控制系统包括二级控制单元，该二极控制单元被布置成响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数独立于并且优先于一级控制单元来控制进气阀的关闭正时。
根据本发明的一个实施方式，二级控制单元被布置成响应于增压空气的被测压力来控制进气阀的关闭正时。
根据本发明的一个实施方式，二级控制单元被布置成响应于增压空气的被测温度来控制进气阀的关闭正时。
根据本发明的一个实施方式，二级控制单元被布置成通过致动机械的阀关闭系统来控制进气阀的关闭正时。
根据本发明的一个实施方式，二级控制单元被布置成通过致动机械的阀关闭系统来控制进气阀的关闭正时。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元设置有计算机可执行指令，以响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数来控制进气阀系统的进气阀的关闭正时，并且二级控制单元设置有计算机可执行指令，以响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数独立于且优先于一级控制单元来关闭所述进气阀。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元被布置成在具有相对于下止点而言的第一即上曲柄角值和相对于下止点而言的第二即下曲柄角值的第一范围内关闭进气阀，并且二级控制单元被布置成在相对于下止点而言的第三曲柄角和第四角之间的第二范围内关闭进气阀，其中，第三曲柄角在第一范围之外并且比第一范围更靠近下止点。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元被布置成在下止点之前70度至100 度的范围内关闭进气阀。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元被布置成在下止点之前70度至100 度的范围内关闭进气阀，并且二级控制单元布置成在下止点之前55度至70度的范围内关闭进气阀。
根据本发明的一个实施方式，该方法包括使用二级控制程序的步骤，其中，与发动机负载条件有关的参数是被测的增压空气压力，并且响应于增压空气压力独立于并且优先于一次控制程序来控制进气阀系统的进气阀的关闭正时。
根据本发明的一个实施方式，二级控制单元被布置成直接与每个气缸的每个进气阀相关联。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元和二级控制单元被集成到公共的物理系统中。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元和二级控制单元彼此完全独立。实际上，这意味着在发动机中，所有或一些机械和/或电气和/或软件组件是至少重复的。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元设置有计算机可执行指令，以响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数来控制进气阀系统的进气阀的打开和关闭正时，并且二级控制单元设置有计算机可执行指令，以响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数独立于且优先于一级控制单元来关闭进气阀。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元和二级控制单元被布置成控制专用于控制单元中的每一者的机械致动器。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元和二级控制单元被布置成控制公共的机械致动器。
附图说明
以下，将参考所附示例性示意图描述本发明，其中
图1示出根据本发明的一个实施方式的进气阀控制系统，
图2示出根据本发明的另一实施方式的进气阀控制系统，
图3示出根据本发明的一个实施方式的致动系统，以及
图4示出根据本发明的另一实施方式的致动系统。
具体实施方式
图1示意性地描述与内燃活塞发动机40相关联地使用的进气阀控制系统10。进气阀控制系统10被布置成与内燃活塞发动机40的每个气缸14相关联以控制其操作。发动机40设置有发动机40的进气阀系统25和出气阀系统。具有与进气阀系统25 相关联的用于与发动机的动力部件特别是活塞同步地移动阀杆的阀致动系统20'。
根据本发明的一个实施方式的进气阀控制系统10包括被布置成监测与发动机负载条件有关的至少一个参数的监测单元15。可以根据具体应用选择与发动机负载有关的参数，并且同时使用用于确定与负载有关的一个参数的若干不同参数是可能的。例如，在涡轮增压发动机中，增压空气压力可以用作与负载有关的参数。此外，燃料流动速率、气缸峰值压力、压缩压力和/或计算的λ可以用作与负载有关的参数。在控制系统10中设置有通信系统152，通过该通信系统，监测单元15可以接收参数的信息。至少有一个传感器152'被布置成经由通信系统152与发动机40相关联并与监测单元15相关联，以检测发动机负载条件并产生要被监测单元15检测和处理的信号。在发动机连接至电力发电机的情况下，至少一个传感器152'可以被布置成与发电机相关联，在这种情况下，电力需求可以用作与发动机负载条件有关的参数。阀控制系统 10还包括一级控制单元16。监测单元15和控制单元16可以是独立的单元或者它们可以彼此成为一体或者是发动机或发电机组的通用控制系统的一部分。监测单元15 被布置成经由通信系统165与一级控制单元16相关联。因此，在发动机操作期间，监测与发动机负载条件有关的至少一个参数。一级控制单元16被布置成控制进气阀 20的关闭正时。特别地，一级控制单元16被布置成响应于与监测到的发动机负载条件有关的至少一个参数来控制进气阀系统25的进气阀20的关闭正时。在发动机的正常操作期间，一级控制单元16控制进气阀20的操作。当发动机运行时，在进气阀打开时，增压空气经由进气阀被送入气缸14。根据本发明的一个实施方式，增压空气在增压器31中被加压，施加两个增压级，其中充气压力高于5巴。
关闭正时，即，进气阀关闭的曲柄角对由活塞实施的压缩阶段之后在燃烧室中占主导作用的气压具有很大的影响，特别地当施加两个增压级时。一级控制单元16设置有控制进气阀20的关闭正时的可执行指令。一级控制单元可以是适于运行可执行指令以对进气阀的操作提供期望效果的计算机。进气阀的操作可以受到液压介质的部分影响，以使液压介质的有效容积影响凸轮轴的凸轮表面和阀杆(未示出)之间的阀提升耦合的有效长度。根据本发明的实施方式，与发动机负载条件有关的参数是实际的发动机负载。
具体地，通信系统在系统中的实体之间，诸如监测单元15至一级控制单元16，形成信息传输装置。一级控制单元16被布置成响应于从监测单元15传输到一级控制单元16的信号来控制或调节进气阀20的关闭正时。在监测与发动机负载条件有关的至少一个参数期间，还进行监测到的参数与设定的参数的比较以在操作和潜在不期望的环境或者甚至故障中检测差异。经由从一级控制单元16至进气口20的通信系统 164，一级控制单元16执行对进气阀系统10的进气阀20的控制。当相应的进气阀 20打开时，燃烧空气供给系统30布置成经由导管32将压缩的增压空气送入气缸14 中。在图1中，左手边的进气阀20是打开的，右手边的进气阀20是关闭的。进气阀 20的关闭正时是可调节的，并且例如在发动机的不同负载条件中，比正常更晚或更早地停止从燃烧空气供给系统30至气缸14中的燃烧空气流是可能的。这样的操作是指所谓的米勒循环。基于发动机的各种操作参数，推迟或提前进气阀20的关闭时间或正时被有利地预定或预设并且存入或提供给一级控制单元16。
进气阀控制系统10还包括二级控制单元18。二级控制单元18被布置成，响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数，独立于并且优先于一级控制单元16来控制进气阀系统10的进气阀20的关闭正时。因此，响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数，独立于并且优先于一级控制单元16，使用二级控制程序18来控制进气阀系统10的进气阀20的关闭正时。在实践情况下，考虑到当阀在下止点BDC之前关闭时的膨胀以及在BDC之后的压缩，这意味着独立于一级控制单元16的操作，二级控制单元确保进气阀最迟在最终压缩压力处于期望水平的这样的曲柄角处关闭。特别是当发动机设置有两级增压器31时，通过本发明，确保一级控制单元16或者一般地一级控制系统中的任何故障不会对发动机造成损坏是可能的。如果进气阀在过晚的阶段关闭，当用两级增压器增压时，压缩压力将上升至过高的水平。
通信系统185描述从监测单元15至二级控制单元18的信息传输。响应于从监测单元15到二级控制单元18传输的信号，二级控制单元调节进气阀系统10的进气阀 20的关闭正时。
应当注意，基于测量，监测还可以涉及到测量和/或确定并且因此上下文中的监测单元还应该被理解为测量和/或确定单元。
在第二控制单元中，独立于第一控制单元的操作，在监测与发动机负载条件有关的至少一个参数期间，还进行监测到的参数与设定的参数的比较。如果监测到的值与设定值之间有差异，并且该差异在预定的可接收范围之外，则二级控制单元18优先于一级控制单元16并且它接管进气阀20的控制，在操作中忽略一级控制单元的控制。根据一个有利的实施方式，第二控制单元18调节进气阀20的关闭位置，以便以期望的方式操作发动机。这样，还在一级控制单元16的不期望的操作的情况下，由于任何原因，在二级控制单元18的控制下，实现压缩级之后气缸中足够的压力水平。特别地，关于与发动机负载条件有关的至少一个参数，在一级控制单元16发生故障的情况下或者当一级控制单元16的操作被禁止或延迟控制进气阀系统10的进气阀20 的关闭正时时，二级控制单元18响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数调节进气阀20的关闭正时，因此在压缩级之后在气缸14中提供足够的压力水平。换言之，在发生故障的情况下，二级控制单元18超控一级控制单元16并且控制进气阀20的关闭正时。因此，在具有二级控制单元的情况下，可以独立于且优先于一级控制程序来控制进气阀的关闭正时。因此，在故障或紧急情况下，二级控制单元18可以用作安全控制单元。
作为特定实施方式，参数是增压空气的压力，并且二级控制单元18设置有增压空气压力值和进气阀的适当关闭正时之间的相关性信息增压空气压力。相关性可以是不同对或值的函数或表。现在，根据本发明，除了一级控制单元16的正常操作，二级控制单元18独立于一级控制单元16被操作。而且，如果二级控制单元被激活，即，增压空气的压力超过一定水平，二级控制单元18超控一级控制单元16并且关闭进气阀20。独立于一级控制单元16激活二级控制单元。可以说，二级控制单元主动地限制进气阀的操作窗口。
因此，通过二级控制单元18，确保在压缩级之后燃烧室中的压力不会在预定压力水平以上升得过高是有可能的。可以预先确定预定的压力水平并且因此防止在发动机中发生任何不期望的效果或损坏。根据本发明的实施方式，可经由通信系统164 和184逐气缸地控制进气阀20。进气阀20可以是设置有可调关闭正时操作的致动系统的已知进气阀的任何类型。
应当注意，一级控制单元和二级控制单元的目标控制值被设定，在发动机40运行时的正常操作中，二级控制单元18对进气阀20的关闭正时没有影响。因此，进气阀的关闭仅由一级控制单元16控制。然而，当发动机以激活二级控制单元的方式运行时，二级控制单元18在后台操作并准备超控一级控制单元16。
根据本发明的一个实施方式，一级控制单元和二级控制单元彼此完全独立。实际上，这意味着在发动机中，所有或一些机械和/或电气和/或软件组件是至少重复的。
图2示出进气阀控制系统10的实施方式。类似于图1，监测单元15被布置成经由通信系统152监测与诸如发动机负载的发动机负载条件有关的至少一个参数。通信系统152可以设置有传感器152'以检测用于确定发动机负载条件的信息。监测单元 15还布置成经由通信系统153与压力传感器153'连接，以监测燃烧空气供给系统30 中的增压空气压力。在图2的实施方式中，除了与压力传感器连接之外，监测单元 15还可以经由通信系统153与增压空气温度传感器连接。通信系统153可以设置有压力传感器153'和温度传感器153”。响应于与发动机负载有关的至少一个参数，诸如增压空气压力、增压空气温度、发动机负载或发动机转速，进气阀系统10的进气阀 20的关闭正时通过一级控制单元16控制。此外，根据本发明的实施方式，控制系统包括从监测系统15到气缸14的通信系统154，使得监测系统15被布置成还监测气缸中占主导作用的条件，诸如压力或温度。通信系统154可以设置有传感器154'，以检测气缸中的条件，诸如压力传感器和/或温度传感器。
根据本发明的实施方式，控制系统设置有第二监测单元17，其被布置成监测与发动机的负载有关的参数。这样的参数可以基于一个或若干个值来测量或确定，诸如增压空气压力、气缸峰值压力、扭矩、压缩压力和/或计算的λ可以用于确定与负载有关的参数。第二监测单元17经由通信系统173连接至合适的探针。在图3中，示出了第二监测单元17被连接以监测燃烧空气供给系统30中的增压空气压力。在这里，作为示例，通信系统173布置有压力传感器173'，以便检测燃烧空气供给系统30中的占主导作用的压力。第二监测系统被布置成用于二级控制单元18的专用监测系统，其被布置成经由导管187从第二监测单元17接收信息。因此，响应于该参数，独立于一级控制单元16和监测系统15，二级控制单元18控制进气阀系统10的进气阀20 的关闭正时。即使监测单元15和第二监测单元17被显示为独立的单元，它们可能被集成到一个监测单元中。图2特别地示出：独立于且优先于一级控制程序，二级单元 18可以控制进气阀系统10的进气阀20的关闭正时。
根据本发明的有利实施方式，第二监测单元17被布置成监测燃烧空气供给系统30中的增压空气压力。因此，与发动机负载条件有关的参数是被测量的增压空气压力，并且独立于和优先于一级控制系统，响应于增压气压来控制进气阀系统10的进气阀20的关闭正时。
应当注意，一级控制单元16、二级控制单元18和监测单元15可以被布置成一个物理系统。
在图3中，示出了致动系统20'的实施方式。致动系统20'被示出处于一种状态，由此与其相关联的阀20由凸轮轮廓5部分打开。致动系统20'包括通常附接到发动机主体的主体部件51。主体部件51设置有腔室52，其中活塞装置53布置在第一侧上以可沿其纵向轴线的方向移动。腔室52的中间部分设置有分隔壁54，其具有布置在腔室的中间轴线处的圆柱形开口55。活塞装置53包括：第一部分53.1，其直径对应于腔室52的直径；以及第二部分53.2，其对应于小于腔室52的直径的分隔壁中的开口55的直径。活塞装置的第二部分53.2在主体部件51中穿过开口55延伸至位于分隔壁另一侧上的腔室52中。分隔壁在活塞装置的纵向轴线方向上的厚度被度量以操作为用于活塞装置的第二部分53.2的引导元件。
分割腔室52的分隔壁54与活塞装置的第一部分53.1一起在腔室52的第一侧上形成第一腔室空间59，第一腔室空间59的体积随着活塞装置53沿进气阀20的打开方向移动，即，远离凸轮轴4而增加。分隔壁54在腔室52的第二侧上形成第二腔室空间60。在腔室52中的分隔壁54的另一侧上设置有引导部件56以及弹簧57。此外，引导部件56设置有辊58，当凸轮轴4旋转时，辊58沿着凸轮轮廓5移动。弹簧57 适配于引导部件56和分隔壁54之间，以将引导部件56压向凸轮轴4并使辊58与凸轮轴4的凸轮轮廓5保持接触。在腔室52的第一侧上，在分隔壁54附近设置有用于液压介质的连接件，该连接件包括通向腔室空间59的供给导管58.1和排放导管58.2。供给导管58.1与液压介质源7连接，其在发动机中也可以是普通强制润滑系统。供给导管58.1设置有截止阀11和单向阀9。通过截止阀11，供给导管58.1可以连接至腔室空间59或与其断开，这取决于目的是否是使用致动系统20'来延迟关闭进气阀20。通过向空间59中添加液压介质并控制从该空间释放介质的正时，控制进气阀20 的推迟的关闭正时是可能的。由于单向阀9，控制布置不引起液压介质源中的任何脉动。当润滑油用作液压介质时，这是特别重要的。排放导管58.2与用于液压介质的返回系统8相关联，其最简单地可以布置成向发动机的内部空间打开，由此允许用作液压介质的润滑油向下流至发动机的油槽。排放导管58.2设置有电子控制的主阀装置61，用于可调节地确定腔室空间59中的压力释放的确切时间。电子控制的主阀装置61响应于来自被布置成每种情况下调节气体交换阀20的关闭以符合发动机的操作条件的一级控制单元16的控制信号164。还设置有与主阀装置61平行的第二阀装置 61'，其被布置成仅在二级控制单元18的控制下操作。第二阀装置61'被布置成响应于来自二级控制单元18的控制信号184。因此，一级控制单元和二级控制单元被布置成控制专用于每个控制单元的机械致动器，在该实施方式中，该控制单元是阀装置。这样，即使在正常条件下操作的电子控制的主阀61会失效，腔室空间59中的压力也可能被释放。主阀装置61和第二阀装置61'均是快动阀。这是因为必须以进气阀被期望关闭的速率发生压力的释放。即使在图3中未示出，一级控制单元16和二级控制单元18也可以被布置成控制公共的机械致动器，其在本实施方式中是指一个阀装置。因此，在这样的实施方式中，一级控制单元16和二级控制单元18均仅通过阀装置 61与通信系统164和通信系统184连接，并且在这种情况下可以省略第二阀装置61'。
在图4中，示出了包括机械的阀关闭系统的致动系统20'的另一实施方式。这里示出了致动系统处于通过液压介质部分地打开与致动系统的连接的进气阀20的状态。致动系统20'包括主体部件51，其设置有腔室52，其中活塞装置53布置成可沿其纵向轴线的方向移动。腔室52的中间部分设置有分隔壁54，其具有布置在腔室的中间轴线处的圆柱形开口55。活塞装置53包括：第一部分53.1，其直径对应于腔室 52的直径；以及第二部分53.2，其直径对应于小于腔室52的直径的分隔壁中的开口 55的直径。活塞装置的第二部分53.2在主体部件51中穿过开口55延伸至位于分隔壁另一侧的腔室52中。分隔壁在活塞装置的纵向轴线方向上的厚度被度量以操作为用于活塞装置的第二部分53.2的引导元件。
分割腔室52的分隔壁54与活塞装置的第一部分53.1一起在腔室52的第一侧上形成第一腔室空间59，第一腔室空间59的体积随着活塞装置53沿进气阀20的打开方向移动，即，远离凸轮轴4而增加。分隔壁54在腔室52的第二侧上形成第二室空间60。在腔室52中的分隔壁54的另一侧上设置有引导部件56以及弹簧57。引导部件56设置有辊58，其在凸轮轴4旋转的同时沿着凸轮轮廓5移动。弹簧57适配于引导部件56和分隔壁54之间，以将引导部件56压向凸轮轴4并使辊58与凸轮轴4 的凸轮轮廓5保持接触。在腔室52的第一侧上，在分隔壁54附近设置有用于液压介质的连接件，该连接件包括通向腔室空间59的供给导管58.1和排放导管58.2。供给导管58.1与液压介质源7连接，其在发动机中也可以是普通强制润滑系统。供给导管58.1设置有截止阀11和单向阀9。通过截止阀11，供给导管58.1可以连接至腔室空间59或与其断开，这取决于目的是否是使用致动系统20'来延迟关闭进气阀20。通过向空间59中添加液压介质并控制从该空间释放介质的正时，控制进气阀20的延迟的关闭正时是可能的。由于单向阀9，致动系统20'不会在液压介质源中引起任何脉动。当润滑油用作液压介质时，这是特别重要的。排放导管58.2与用于液压介质的返回系统8相关联，其最简单地可以布置成向发动机的内部空间打开，由此允许用作液压介质的润滑油向下流至发动机的油槽。排放导管58.2设置有电子控制阀装置 61，用于可调节地确定腔室空间59中的压力释放的确切时间。电子控制阀装置61 响应于来自布置成调节气体交换阀20的关闭以在每种情况下符合发动机的操作条件的一级控制单元16的控制信号164。在图4的实施方式中，致动系统20'包括机械装置置62，用于独立于电子控制阀装置61的操作确保进气阀的关闭。
致动系统20'设置有第一压力释放导管68。第一压力释放导管68从排放导管58.2延伸至第二腔室空间60。第一压力释放导管68设置有控制阀72，该控制阀72被布置成可在二级控制单元18的指令下操作。第一压力释放导管设置有端70，该端70 布置成在引导部件56的操作区域处的空间60中打开。引导部件56具有在第二压力释放导管64的端66的位置处的控制边缘，使得引导部件56的位置控制导管64至空间60中的关闭。
主体部件51设置有从排放导管58.2延伸到第二室空间60的第二压力释放导管64，即，其平行于第一压力释放导管68。照此，第二压力释放导管64一直是打开的，但它具有端66，该端66布置成在导向部56的操作区域的空间60中打开。引导部件 56具有在第二压力释放导管64的端66的位置处的控制边缘，使得引导部件56的位置控制导管64至空间60中打开和关闭。第一压力释放导管68的端70布置成比第二压力释放导管64的端66更靠近分隔壁54。这样，当引导部件56向分隔壁54移动时，第一压力释放导管68的端70在第二压力释放导管64的端66之前打开。
第一压力释放导管68中的控制阀72由独立于在正常操作期间控制进气阀的一级控制程序的二级控制单元18控制。凸轮轮廓5包含在其圆形基线5'下面的次级部分，引导部件56通过次级部分以发动机的预定曲柄角范围移动至超过压力释放导管的端 70、端66的位置(图中下方)。这样，压力释放导管和引导部件56的构造构成机械的阀关闭系统。
第一压力释放导管68的操作是什么，凸轮轮廓包括第一次级部分5.1，当第一次级部分抵靠辊58时允许引导部件56移动超过第一压力释放导管68的端70。现在，取决于控制阀72的状态，第一腔室空间59中的介质压力被释放或保持。在本实施方式中，当与负载有关的参数例如在预设范围内，通过二级控制单元18，控制阀72打开并保持恒定打开。当控制阀72打开时，引导部件56超过端70的移动导致第一腔室空间59和第二腔室空间60之间的流体连通的打开，从而从第一腔室空间59释放压力。因此，独立于例如排放导管58.2中的主阀装置61的操作，发生以特定的曲柄角度的进气阀的强制关闭。
这样，操作包括由二级控制单元18控制的二级控制程序，独立于并且优先于由一级控制单元16控制的一级控制程序，通过该二级控制单元18，响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数来控制进气阀系统10的进气阀20的关闭。
作为一个实例，当具有两级涡轮增压器的发动机以额定的特定负荷操作时，在该期间，充气压力大于5巴，进气阀被控制为在相应活塞的下止点之前提前关闭，例如，在下止点角之前75度，即，上止点之后105度。与一级控制程序有关的第一范围的合适范围在下止点之前70至100。现在一级控制程序处理适当的进气阀关闭正时。为了保护发动机，并行于一级控制程序应用二级控制程序。根据二级控制程序，二级控制单元18控制阀72在发动机以额定负载操作时恒定打开。这意味着在活塞的每个循环期间，第一腔室空间59和第二腔室空间60之间的流动连通的打开确保即使一级控制单元或程序以某种方式发生故障，超过端70的引导部件56的移动导致在任何情况下以曲柄角使进气阀关闭，该曲柄角仍然不允许压缩压力上升到太高水平。曲柄角度可以为下止点之前例如55度。
凸轮轮廓5包括第二次级部分5.2，当第二次级部分抵靠辊58时，允许引导部件 56移动超过第二压力释放导管64的端66。现在，第一腔室空间59中的介质压力释放到第二腔室空间60，介质可以从第二腔室空间60基本上自由地排放。第二次级部分5.2与第二压力释放导管64一起机械地最终关闭进气阀，而不管一级控制程序中的任何干扰。
第一压力释放导管68在这里布置在主体部件51中，但也可以至少部分地在主体部件的外部。例如，阀72可以布置在主体部件的外部。
虽然本文通过与现在被认为是最优选实施例的实例相关联的示例来描述本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在覆盖各种其特征的组合或修改以及包括在如所附权利要求中限定的本发明的范围内的若干其他应用。当这种组合在技术上可行时，结合上述任何实施方式提及的细节可以结合另一个实施方式使用。

Claims (21)

1.一种控制进气阀系统(25)的操作的方法，所述进气阀系统被布置成与内燃活塞发动机(40)的每个气缸(14)相关联，在所述发动机的操作期间，所述方法包括以下步骤：
1)监测(15)与发动机负载条件有关的至少一个参数，
2)响应于步骤1)中获得的所述至少一个参数，使用一级控制程序(16)来控制所述进气阀系统(25)的进气阀(20)的关闭正时，以及
3)当所述进气阀系统(25)的所述进气阀(20)打开时，经由所述进气阀(20)将增压空气送入(30)所述气缸(14)，
并且响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数，独立于且优先于使用所述一级控制程序(16)，通过使用二级控制程序(18)来控制所述进气阀系统(25)的所述进气阀(20)的关闭正时，
其特征在于，所述一级控制程序在相对于下止点而言的第一曲柄角值和第二曲柄角值之间的第一范围内关闭所述进气阀，并且所述二级控制程序在相对于所述下止点而言的第三曲柄角和第四曲柄角之间的第二范围内关闭所述进气阀，所述第三曲柄角位于所述第一范围之外并且比所述第一范围更靠近所述下止点，并且所述第一范围和所述第二范围在所述下止点之前。
2.根据权利要求1所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，在所述二级控制程序中，所述至少一个参数是所述增压空气的压力。
3.根据权利要求1所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，并行于并且独立于所述一级控制程序来实施所述二级控制程序，所述二级控制程序以相对于所述下止点而言的第三曲柄角关闭所述进气阀，所述第三曲柄角等于或小于所述第二曲柄角值。
4.根据权利要求3所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，所述第一范围在所述下止点之前70度至100度。
5.根据权利要求3所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，所述第一范围在所述下止点之前70度至100度，并且所述第二范围在所述下止点之前55度至70度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，用于所述一级控制程序(16)的所述至少一个参数和用于所述二级控制程序(18)的所述至少一个参数被彼此独立地获取。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，用于所述一级控制程序(16)的所述至少一个参数和用于所述二级控制程序(18)的所述至少一个参数是不同的参数。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，用于所述一级控制程序(16)和用于所述二级控制程序(18)的所述至少一个参数是同一参数。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，在两个增压级中加压的增压空气被送至所述发动机。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，所述增压空气在高于5巴的压力下被送至所述气缸。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，所述二级控制程序(18)最迟以下述曲柄角关闭所述进气阀(20)，该曲柄角产生低于点火前的预定最大压缩压力的压缩压力。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，所述一级控制程序(16)和所述二级控制程序(18)用于控制公共的机械致动器。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的控制进气阀系统(25)的操作的方法，其特征在于，所述一级控制程序(16)和所述二级控制程序(18)用于控制专用于所述一级控制程序(16)和所述二级控制程序(18)中的每一者的机械致动器。
14.一种与内燃活塞发动机(40)的气缸(14)相关联地使用的进气阀控制系统(10)，所述进气阀控制系统(10)包括监测单元(15)和一级控制单元(16)，所述监测单元被布置成监测与发动机负载条件有关的至少一个参数，所述一级控制单元被布置成响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数来控制进气阀系统(25)的进气阀(20)的关闭正时，其中，所述进气阀控制系统包括二级控制单元(18)，该二级控制单元被布置成响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数独立于并且优先于所述一级控制单元(16)来控制所述进气阀(20)的关闭正时，
其特征在于，所述一级控制单元(16)被布置成在具有相对于下止点而言的第一曲柄角值和第二曲柄角值的第一范围内关闭所述进气阀(20)，并且所述二级控制单元(18)被布置成在相对于所述下止点而言的第三曲柄角和第四曲柄角之间的第二范围内关闭所述进气阀，所述第三曲柄角位于所述第一范围之外并且比所述第一范围更靠近所述下止点，并且所述第一范围和所述第二范围在所述下止点之前。
15.根据权利要求14所述的进气阀控制系统(10)，其特征在于，所述二级控制单元(18)被布置成响应于增压空气的被测压力和/或温度来控制所述进气阀(20)的关闭正时。
16.根据权利要求14所述的进气阀控制系统(10)，其特征在于，所述一级控制单元(16)被布置成在所述下止点之前70度至100度的范围内关闭所述进气阀(20)。
17.根据权利要求14所述的进气阀控制系统(10)，其特征在于，所述一级控制单元(16)被布置成在所述下止点之前70度至100度的范围内关闭所述进气阀(20)，并且所述二级控制单元(18)被布置成在所述下止点之前55度至70度的范围内关闭所述进气阀(20)。
18.根据权利要求14或15所述的进气阀控制系统(10)，其特征在于，所述二级控制单元(18)被布置成通过致动机械的阀关闭系统来控制所述进气阀(20)的关闭正时。
19.根据权利要求14或15所述的进气阀控制系统(10)，其特征在于，所述一级控制单元(16)设置有计算机可执行指令，以响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数来控制所述进气阀系统(25)的进气阀(20)的关闭正时，并且所述二级控制单元(18)设置有计算机可执行指令，以响应于与发动机负载条件有关的至少一个参数独立于且优先于所述一级控制单元(16)来关闭所述进气阀(20)。
20.根据权利要求14或15所述的进气阀控制系统(10)，其特征在于，所述一级控制单元(16)和所述二级控制单元(18)被布置成控制专用于所述控制单元中的每一者的机械致动器。
21.根据权利要求14或15所述的进气阀控制系统(10)，其特征在于，所述一级控制单元(16)和所述二级控制单元(18)被布置成控制公共的机械致动器。
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