專利名稱：直噴式內(nèi)燃機(jī)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的內(nèi)燃機(jī)，尤其是汽油機(jī)，帶有一個噴射燃料的噴射裝置，還涉及一種如權(quán)利要求10前序部分所述的內(nèi)燃機(jī)工作方法。
將燃料直接噴射到燃燒室中而不是在進(jìn)氣沖程噴射的汽油機(jī)，特別存在構(gòu)件積碳的問題。積碳尤其在進(jìn)氣門的氣門頸處出現(xiàn)。對這種積碳的更精確的分析表明首先是機(jī)油和燃料成分在構(gòu)件上形成一種粘性的層。這里主要是長鏈的和支鏈的碳?xì)浠衔?，即機(jī)油和燃料的較重的揮發(fā)性成分。這里芳香烴的粘性特別高。這種粘性的基層成了碳黑顆粒沉積的基礎(chǔ)。由此產(chǎn)生了一種多孔的表面，機(jī)油和燃料成分又積聚到該表面中。這個過程是一個循環(huán)過程，通過該過程積碳的層厚不斷增加。首先在進(jìn)氣門部位聚集了由含機(jī)油燃?xì)庖约皟?nèi)部和外部廢氣再循環(huán)產(chǎn)生的沉積，其中含機(jī)油燃?xì)庖约霸傺h(huán)的廢氣與進(jìn)氣門直接接觸。
尤其在進(jìn)氣門的氣門頸部位，由于以下原因過多的積碳特別不利在汽油直接噴射時，分層加載的成功點火主要取決于氣缸內(nèi)部氣流的正確設(shè)計，以便被噴射出的燃料可靠地運送到火花塞，保證在火花塞處可靠點火。然而，進(jìn)氣門在氣門頸部位的積碳層可能會強(qiáng)烈干擾滾流，其結(jié)果是導(dǎo)致滅火。而這種情況會導(dǎo)致設(shè)置在廢氣通道中用于廢氣凈化的催化轉(zhuǎn)化器不可逆的損傷。另外，進(jìn)氣門在氣門頸部位的積碳層形成一定阻力，尤其是在內(nèi)燃機(jī)的高負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速范圍會由于氣缸充氣不足而導(dǎo)致明顯的功率損失。此外，進(jìn)氣門在氣門頸部位的積碳層有時會阻礙正確的氣門關(guān)閉，從而產(chǎn)生壓縮損失，有時會導(dǎo)致滅火。由此又會不可逆地?fù)p傷催化轉(zhuǎn)化器。從進(jìn)氣門在氣門頸部位的積碳層可能會掉下一些微小顆粒，到達(dá)催化轉(zhuǎn)化器。這里，這些熱顆?？赡苁且鸲畏磻?yīng)伴隨相應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化器局部損傷的原因。例如在催化轉(zhuǎn)化器中燒出一個孔。
尤其是在進(jìn)氣管中分隔板下游的氣門桿上會出現(xiàn)球狀的沉積。由于高沸點的碳?xì)浠衔飶姆指舭宓温涞綒忾T喉部或者氣門桿，隨著時間推移，該處就會產(chǎn)生前述的球狀積碳。在氣門桿上的這種積碳由于繞球狀積碳的不希望的紊流和渦流可能會產(chǎn)生氣流不足。由此可能會持續(xù)地干擾反復(fù)的穩(wěn)定滾流的形成。
一種可能的方案是通過取消將含機(jī)油燃?xì)庖M(jìn)進(jìn)氣管以及取消廢氣再循環(huán)來使造成積碳的根源例如與進(jìn)氣門保持較遠(yuǎn)。但是在現(xiàn)代活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒方法中，考慮到排放和燃油消耗原因，至少要求一個外部的廢氣再循環(huán)以及強(qiáng)迫將含機(jī)油燃?xì)庖M(jìn)進(jìn)氣管中，從而使這種方法不可行。
從US 4 809 662中已知這樣一種方法，即調(diào)節(jié)點火時刻，使得在燃燒室中溫度升高，從而使該燃燒室的積碳得以清掃。
EP 0 785 350 A2披露了一種燃料噴射出口的冷卻措施，以避免噴射口的積碳。類似地從DE 197 47 268 A1已知通過噴射添加液冷卻噴嘴的噴嘴體，以克服噴嘴孔的積碳。
為了避免噴嘴上的沉積，由EP 0 798 560 A1中已知在噴嘴支架表面上保留一定燃料。
DE 197 56 119 A1致力于防止火花塞的積碳。為此，由一個控制裝置結(jié)束點火前的燃料噴射。這應(yīng)該是尤其在內(nèi)燃機(jī)起動時避免火花塞的積碳。在DE 199 11 023 A1中，為了避免火花塞的積碳，燃料成錐形噴射，避免火花塞被燃料潤濕。US 5 913 302中描述了一種二沖程內(nèi)燃機(jī)的火花塞的凈化方案。為此短暫地延長點火持續(xù)時間，從而分解火花塞上的碳沉積。
US 4 703 734描述了為了防止碳沉積，對低速運轉(zhuǎn)和高速運轉(zhuǎn)的一種氣門重疊和進(jìn)氣門順序開啟。
DE 31 33 223 A1公開了一種內(nèi)燃機(jī)，其中與待燃的燃料空氣混合氣或燃燒氣體接觸的燃燒室和進(jìn)氣管壁被涂以一種材料，在被涂覆的壁上在內(nèi)燃機(jī)工作時調(diào)節(jié)到防止沉積形成的高溫。而同時保持熱容較低，使被涂覆的壁并不能明顯提高進(jìn)氣沖程和壓縮沖程中進(jìn)來的燃料空氣混合氣的溫度。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是改善上述類型的內(nèi)燃機(jī)及其工作方法，防止內(nèi)燃機(jī)構(gòu)件例如進(jìn)氣門的過量積碳。
根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問題是通過具有權(quán)利要求1特征部分所述特征的上述類型的內(nèi)燃機(jī)和具有權(quán)利要求10特征部分所述的特征的上述類型的內(nèi)燃機(jī)工作方法來解決。本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計方案由從屬權(quán)利要求給出。
根據(jù)本發(fā)明，在上述類型的內(nèi)燃機(jī)中，至少一個進(jìn)氣門單元采取這樣一種防止散熱的措施，使得在負(fù)荷-速度關(guān)系特性曲線的至少一個預(yù)定區(qū)域(112)內(nèi)，進(jìn)氣門(20)的氣門頸(68)部位表面溫度被提高到高于380℃。
其優(yōu)點是，在內(nèi)燃機(jī)工作過程中在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線的相應(yīng)范圍內(nèi)借助進(jìn)氣門溫度的提高來分解進(jìn)氣門上的沉積，使內(nèi)燃機(jī)運行產(chǎn)生的進(jìn)氣門積碳對內(nèi)燃機(jī)的工作安全性和工作性能沒有負(fù)面影響。
在具有相應(yīng)的進(jìn)氣門升高溫度的氣缸頭周圍的較小的散熱性是通過以下措施實現(xiàn)布置在至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門座部位的一個氣門座圈用一種導(dǎo)電能力差的材料制成，尤其是一種鐵含量較高和/或銅含量較低的材料制成。
對氣缸頭降低熱傳遞還通過以下措施實現(xiàn)布置在至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門座部位的一個氣門座圈在其面向氣缸頭的面上具有至少一個減少該面的缺口，從而在該缺口部位使氣門座圈與氣缸頭之間的接觸面減小。氣門座圈例如在其周邊是齒輪狀的。
提高進(jìn)氣門溫度還可以通過以下措施實現(xiàn)至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門由一種具有高熱容的材料制成，尤其是尼莫尼克鎳基合金氣門(Nimonic-氣門)；和/或至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門由一種低導(dǎo)熱性的材料制成。
升高進(jìn)氣門表面上的溫度還可以通過以下措施實現(xiàn)至少一個進(jìn)氣們單元的進(jìn)氣門設(shè)計成空心桿氣門和/或空心頭氣門，尤其是該氣門的向燃燒室開放的空心頭具有最小的壁厚和良好的導(dǎo)熱性，因為到氣門座和氣門導(dǎo)管的散熱較差，由此使較高的熱量回到進(jìn)氣門中。
內(nèi)燃機(jī)在進(jìn)氣沖程經(jīng)過進(jìn)氣門的空氣的較小的熱輸出可以通過以下措施實現(xiàn)在至少一個進(jìn)氣單元的進(jìn)氣門頸部有一個絕熱層，尤其是陶瓷層；或者至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門的氣門頭設(shè)計成平坦的。
根據(jù)本發(fā)明，在上述類型的內(nèi)燃機(jī)中，在保養(yǎng)和/或維修期間，使內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線中進(jìn)氣門溫度高于380℃的范圍內(nèi)工作一段規(guī)定時間長度。
這樣做的好處是，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線中進(jìn)氣門溫度升高的范圍內(nèi)工作時，分解在進(jìn)氣門上的沉積，使內(nèi)燃機(jī)運行產(chǎn)生的進(jìn)氣門積碳不會增加到對內(nèi)燃機(jī)的工作安全性和工作性能產(chǎn)生負(fù)面影響的程度。
上述規(guī)定時間長度例如是5分鐘到60分鐘，尤其是30分鐘。
進(jìn)一步加強(qiáng)進(jìn)氣門上的積碳層分解以及加大負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線中進(jìn)氣門溫度高于380℃的范圍可以通過以下措施實現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)工作過程中，在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線進(jìn)氣門溫度高于380℃的范圍中，另外使冷卻水溫度比負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線的該范圍以外的工況升高10℃。
本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點和優(yōu)選設(shè)計方案由從屬權(quán)利要求和下面參照附圖所作描述闡明。


圖1內(nèi)燃機(jī)的一種優(yōu)選實施形式的示意剖視圖，圖2傳統(tǒng)的進(jìn)氣門溫度特征曲線的曲線圖，圖3T＜180°的特征曲線范圍擴(kuò)大的進(jìn)氣門溫度特征曲線的曲線圖，圖4帶有T＞380°的特征曲線范圍的進(jìn)氣門溫度特征曲線的曲線圖，圖5為了使氣門溫度盡可能低的優(yōu)選進(jìn)氣門設(shè)計方案示意剖面圖，圖5A用于本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的一種氣門座圈的優(yōu)選改進(jìn)方案俯視圖，圖6為了使氣門溫度盡可能低的優(yōu)選進(jìn)氣門設(shè)計方案示意剖面圖，圖7為了使氣門溫度盡可能高的優(yōu)選進(jìn)氣門設(shè)計方案示意剖面圖，圖8不同的舉例性氣門涂層示意圖，圖9用于進(jìn)氣管的一個分隔板的第一優(yōu)選實施形式平面圖，圖10用于進(jìn)氣管的一個分隔板的第二優(yōu)選實施形式平面圖，圖11用于進(jìn)氣管的一個分隔板的第三優(yōu)選實施形式平面圖，圖12圖11所示分隔板側(cè)視圖，圖13借助圖11和12所示分隔板產(chǎn)生的氣流繞行立體示意圖，
圖14A帶有氣門轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的刮削機(jī)構(gòu)優(yōu)選實施形式的示意剖面圖，圖14B分隔板設(shè)計成刮削器的優(yōu)選實施形式示意剖面圖，圖14C圖14B的A部位橫截面放大圖，圖14D刮削機(jī)構(gòu)另一種實施形式的示意剖面圖，圖14E氣門座圈部位已有積碳的氣門轉(zhuǎn)動示意圖，圖14F刮削機(jī)構(gòu)另一種優(yōu)選實施形式的平面圖，圖14G圖14F的刮削機(jī)構(gòu)示意剖面圖，圖14H圖14F和14G的刮削機(jī)構(gòu)另一種實施形式的示意剖面圖，圖15帶有氣門掃氣的噴油裝置優(yōu)選實施形式的示意剖面圖，圖16圖15所示氣門掃氣細(xì)節(jié)圖，其中進(jìn)氣門處于開啟和關(guān)閉位置，圖17試驗結(jié)果表，圖18直噴式汽油機(jī)的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線示意圖，圖19按照本發(fā)明的氣門桿密封的優(yōu)選實施形式示意圖，在圖1中示出的內(nèi)燃機(jī)是燃料汽油機(jī)，包括一個曲軸箱10，其中活塞12在工作氣缸14中上下運動，其中通過熱動力循環(huán)過程以公知方式做功，活塞12的振蕩運動傳遞給一個未示出的曲軸轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動?；钊指舫鲆粋€燃燒室16。該燃燒室16通過一個進(jìn)氣管18輸入新鮮空氣。進(jìn)氣門20選擇性地開啟和關(guān)閉燃燒室16與進(jìn)氣管18之間的連接。進(jìn)氣門20包括一個氣門桿22和一個氣門頂24。氣門頂在關(guān)閉狀態(tài)密封地靠在一個氣門座圈26上。此外，進(jìn)氣門20由一個氣門導(dǎo)管28引導(dǎo)。進(jìn)氣門20、進(jìn)氣門座26、氣門導(dǎo)管28以及在進(jìn)氣門20部位功能上屬于進(jìn)氣門20的其它可能有的構(gòu)件在此稱為進(jìn)氣門單元。在圖1中未示出的一根凸輪軸通過一個相應(yīng)的凸輪致動進(jìn)氣門20。進(jìn)氣管18被一個分隔板30分成一個上部管道32和一個下部管道34。另外還有一個充氣運動閥門36，該閥門可繞一根軸線38擺動到一個關(guān)閉狀態(tài)和一個開啟狀態(tài)。在關(guān)閉狀態(tài)(如圖所示)，充氣運動閥門36將下部管道34關(guān)閉。用于燃料42的噴油裝置40的布置使燃料42直接噴入燃燒室16中。因此在所示內(nèi)燃機(jī)中涉及一種直噴式汽油機(jī)。與進(jìn)氣門20和噴油裝置40相鄰的是在氣缸頭中設(shè)計一個冷卻水通道44用于散熱。帶有分隔板30和進(jìn)氣門20的進(jìn)氣管18的設(shè)計使在空氣從進(jìn)氣管20流進(jìn)燃燒室16中時形成進(jìn)氣滾流，如箭頭46所示。與燃料42的噴射方向(箭頭48)一起，在壓縮沖程將可燃的燃料空氣混合氣送到火花塞50?；鸹ㄈc燃燃料空氣混合氣，通過活塞12做功。接著，所產(chǎn)生的廢氣經(jīng)一個排氣門52、一根排氣管54和一個前置催化轉(zhuǎn)化器56。充氣運動閥門36在內(nèi)燃機(jī)正常運轉(zhuǎn)過程中在低速時關(guān)閉下部管道34，以便保證足夠的進(jìn)氣滾流46。
由于工作氣缸14的活塞12和壁58之間必然存在的不密封性，在內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)過程中，氣體60從燃燒室16經(jīng)活塞12進(jìn)入氣缸曲軸箱10中。為了將含機(jī)油燃?xì)?0導(dǎo)出，設(shè)置一個曲軸箱換氣裝置62，將含機(jī)油燃?xì)?0經(jīng)過進(jìn)氣管18重新進(jìn)行燃燒。由于含機(jī)油燃?xì)?0中含有碳?xì)浠衔?，因此不能直接排到外界中?br> 為了減小內(nèi)燃機(jī)的廢氣有害物質(zhì)排放，另外設(shè)置一個機(jī)構(gòu)64用于外部廢氣再循環(huán)(EAGR)。該機(jī)構(gòu)將廢氣從排氣管54吸出廢氣再將廢氣輸送給進(jìn)氣管18。此外，所謂的內(nèi)部廢氣再循環(huán)這樣實現(xiàn)仍處于排氣沖程時就關(guān)閉排氣門52開啟進(jìn)氣門20，從而使上一工作沖程的一部分廢氣不進(jìn)入排氣管54而進(jìn)入進(jìn)氣管18中(箭頭66)，隨下一進(jìn)氣沖程再次進(jìn)入燃燒室16中。
進(jìn)氣門20不僅與被過濾的干凈新鮮空氣接觸，而且與含機(jī)油燃?xì)?0、來自內(nèi)部廢氣再循環(huán)和外部再循環(huán)的廢氣以及流經(jīng)氣門桿22的機(jī)油相接觸。因此存在形成積碳層的危險，尤其是在進(jìn)氣門20的頸部68部位。因為涉及一個直噴式發(fā)動機(jī)，所以在進(jìn)氣管中噴油的傳統(tǒng)汽油機(jī)中存在的由于燃料將進(jìn)氣門20潤濕所產(chǎn)生的凈化作用不存在。本發(fā)明通過防止沉積本身或者分解已形成的沉積來消除積碳。
內(nèi)燃機(jī)以所謂的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線工作，如圖2所示。這里示出了負(fù)荷70(Pme[kPa])與轉(zhuǎn)速72(n[1/min])的關(guān)系。負(fù)荷曲線76與坐標(biāo)系軸線78和80圍出的面積74構(gòu)成特性曲線，可以含有不同的參數(shù)。在圖2中，該參數(shù)是進(jìn)氣門20的溫度82。在劃陰影線的較小特征曲線區(qū)域84中，進(jìn)氣門溫度低于180℃，而在另一個特征曲線區(qū)域112a中溫度高于380℃。
為了基本防止在內(nèi)燃機(jī)通常工作的大部分過程中在進(jìn)氣門上形成積碳層，進(jìn)氣門、氣門座圈26和/或氣門導(dǎo)管28的設(shè)計使至少在進(jìn)氣門20的頸部68部位，在內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特征曲線的一個較大區(qū)域74調(diào)節(jié)到低于180℃的較低表面溫度82。這在圖3中示出。通過進(jìn)氣門20或者氣門導(dǎo)管28上的相應(yīng)措施，明顯擴(kuò)大了進(jìn)氣門溫度低于180℃的劃陰影線區(qū)域84。換句話說，至少一個具有這樣的散熱措施的進(jìn)氣門單元擴(kuò)大負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線中進(jìn)氣門頸部表面溫度低于180℃的區(qū)域，或者擴(kuò)大沒有這樣的散熱措施的相應(yīng)負(fù)荷-轉(zhuǎn)速特性曲線區(qū)域，使得內(nèi)燃機(jī)工作時能夠減少進(jìn)氣門上的積碳產(chǎn)生。結(jié)果令人驚奇地表明，在低于180℃的溫度下進(jìn)氣門20上沒有明顯的積碳形成。因此特性曲線的大部分76是沒有沉積形成的區(qū)域84。該特性曲線區(qū)域84例如位于轉(zhuǎn)速低于4000轉(zhuǎn)/分，基本上達(dá)到了滿負(fù)荷。機(jī)動車的正常行駛中，內(nèi)燃機(jī)大部分工作時間處于該特性曲線區(qū)域中。因此內(nèi)燃機(jī)在其大部分工作時間中都處于沒有在進(jìn)氣門上形成積碳或者只有很少一點積碳的工況中。例如，進(jìn)氣門單元的設(shè)計使得在內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線的至少三分之一中進(jìn)氣門頸部表面溫度調(diào)節(jié)到低于180℃。
這樣一種特征曲線借助以下單個措施或者相互組合實現(xiàn)將氣門座圈26用一種導(dǎo)熱性高的材料制成，使氣缸頭周圍散熱性高，進(jìn)氣門20相應(yīng)溫度降低。進(jìn)一步降低進(jìn)氣門溫度通過用低熱容的材料和/或低導(dǎo)熱性或高導(dǎo)熱性的材料制造進(jìn)氣門20來實現(xiàn)。進(jìn)氣門20的表面溫度降低是通過將進(jìn)氣門20設(shè)計成帶有鈉鉀填充物86的空心氣門來實現(xiàn)，如圖5所示，因為改善了到氣門座圈26和氣門導(dǎo)管28的散熱，由此使很少的熱量回到進(jìn)氣門20中。換句話說，改善了的冷卻整體降低了進(jìn)氣門20的溫度，尤其是進(jìn)氣門頸部68的表面溫度，進(jìn)氣門頸部有最大的積碳危險。通過在進(jìn)氣門20的氣門底部88部位設(shè)計一絕熱層尤其是陶瓷層，實現(xiàn)了只有很小的熱量從熱燃燒室進(jìn)入到進(jìn)氣門20中。為了進(jìn)一步降低溫度，至少一個進(jìn)氣門20有一個套筒92，如圖6所示，該套筒覆蓋了桿22的一部分、頸部68以及氣門頂24遠(yuǎn)離燃燒室16的一側(cè)94的至少一部分。這里，在進(jìn)氣門20與套筒92之間與一個氣隙96，該氣隙形成氣門20與套筒92之間的絕熱。這就幾乎在內(nèi)燃機(jī)整個負(fù)荷特性曲線內(nèi)降低了從氣門20到套筒92的熱傳遞，相應(yīng)地經(jīng)受進(jìn)氣氣流的套筒表面98表面溫度很低，最大為165℃，從而有效避免了積碳層的產(chǎn)生。
圖1所示用于外部廢氣再循環(huán)的機(jī)構(gòu)64最好與前置催化轉(zhuǎn)化器56后面的或者下游的排氣管54相連，如虛線110所示。這樣就使內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管18中的氣流受到冷卻，因為再循環(huán)的廢氣較冷。由此相應(yīng)降低了進(jìn)氣門20的溫度，進(jìn)氣門溫度低于180℃的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速特性曲線區(qū)域進(jìn)一步被擴(kuò)大。另外，廢氣被預(yù)先凈化，使廢氣含有較少的能夠沉積的成分尤其是碳?xì)浠衔?。再循環(huán)的廢氣流還有另一種成分，該成分令人意外地能夠減少積碳的形成。進(jìn)氣管18中進(jìn)氣流的進(jìn)一步冷卻是通過以下措施實現(xiàn)的用于廢氣再循環(huán)的機(jī)構(gòu)64具有一個未示出的用于冷卻再循環(huán)廢氣的機(jī)構(gòu)。為了進(jìn)一步減少廢氣中可能導(dǎo)致形成積碳層的能夠沉積的成分，用于廢氣再循環(huán)的機(jī)構(gòu)64還有一個顆粒過濾器100。此外優(yōu)選的是，在會強(qiáng)化積碳沉積的工況下，進(jìn)氣凸輪軸向“后”調(diào)整。由此在排氣沖程進(jìn)氣門和排氣門20和52的氣門重疊減小，從而相應(yīng)減少內(nèi)部廢氣再循環(huán)。
為了進(jìn)一步通過進(jìn)氣門溫度低于180℃的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線區(qū)域溫度降低以及擴(kuò)大該區(qū)域來避免進(jìn)氣門上積碳層的形成，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在進(jìn)氣門溫度低于180℃的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線區(qū)域工作時，另外使冷卻水的溫度降低到比負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線該區(qū)域以外的區(qū)域低例如10℃。
另一種降低進(jìn)氣門20的積碳的方法是，至少暫時提高進(jìn)氣門溫度，因為已經(jīng)令人意外地發(fā)現(xiàn)當(dāng)超過380℃時，積碳沉積會分解。為此其中包括進(jìn)氣門20和氣門導(dǎo)管28的進(jìn)氣門單元設(shè)計這樣的避免散熱措施，即至少在進(jìn)氣門20的頸部68部位，在內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷特征曲線的至少一個規(guī)定區(qū)域74中使溫度調(diào)節(jié)到高于380℃。這在圖4中示出。在劃陰影線區(qū)域112b，進(jìn)氣門溫度超過380℃。在該溫度下，進(jìn)氣門20上的積碳分解。該特征曲線區(qū)域84例如處于轉(zhuǎn)速高于3000轉(zhuǎn)/分，基本達(dá)到滿負(fù)荷。即使在機(jī)動車正常行駛中，內(nèi)燃機(jī)在時間上不是主要在區(qū)域112工作，也不會產(chǎn)生危害內(nèi)燃機(jī)工作的積碳沉積，因為在劃陰影線的特征曲線區(qū)域112b內(nèi)的分解進(jìn)行得很快。因此為了分解即使很厚的積碳層，內(nèi)燃機(jī)在該特征曲線區(qū)域112b工作例如20分鐘就足夠了。換句話說，例如在高速公路上均勻行駛足以凈化進(jìn)氣門20。此外，該特征曲線區(qū)域還可以在內(nèi)燃機(jī)保養(yǎng)或者維修過程中在工場行駛。
圖4示出的特征曲線走向借助以下單個措施或者相互組合實現(xiàn)將氣門座圈26用一種導(dǎo)熱性低的材料尤其是含鐵量高的材料制成，使氣缸頭周圍散熱性低，進(jìn)氣門20相應(yīng)溫度升高。進(jìn)一步提高進(jìn)氣門溫度通過用高熱容的材料尤其是尼莫尼克鎳基合金或類似材料和/或高導(dǎo)熱性的材料制造進(jìn)氣門20來實現(xiàn)。
如果內(nèi)燃機(jī)在保養(yǎng)或者維修期間暫時在T＞380℃的特征曲線區(qū)域112(圖4)內(nèi)工作，規(guī)定時間長度最好在5分鐘到60分鐘，尤其是30分鐘。進(jìn)一步加強(qiáng)進(jìn)氣門積碳層的分解以及擴(kuò)大進(jìn)氣門溫度高于380℃的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線區(qū)域可以通過以下措施實現(xiàn)當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在進(jìn)氣門溫度高于380℃的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線區(qū)域內(nèi)工作時另外使冷卻水的溫度比負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線該區(qū)域以外的區(qū)域升高例如10℃。為了加強(qiáng)積碳沉積的分解，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在特征曲線區(qū)域112內(nèi)工作時向進(jìn)氣管18噴入一種積碳沉積的溶劑。
進(jìn)一步提高進(jìn)氣門20的表面溫度還可以通過以下措施實現(xiàn)如圖7所示，進(jìn)氣門20的向燃燒室開放的空心頭具有最小的壁厚，從而使更高的熱量通過進(jìn)氣門頸部68。通過內(nèi)燃機(jī)在進(jìn)氣沖程流經(jīng)進(jìn)氣門20的空氣的較小散熱通過以下措施實現(xiàn)在進(jìn)氣門20的頸部68設(shè)計一絕熱層118，尤其是陶瓷層，或者將進(jìn)氣門20的氣門頭24設(shè)計成平坦的。
圖5A示出了氣門座圈26的一種實施例，該座圈布置在至少一個進(jìn)氣門單元的氣門座部位。該座圈26在其面對氣缸頭的側(cè)面具有一個面190，該面是一個從座圈26到氣缸頭具有相應(yīng)熱傳遞的接觸面。在座圈26周圍是缺口192，缺口局部減少了接觸面。因此在缺口192部位的接觸面190比沒有缺口192的座圈26的接觸面190周圍部分上的小。這導(dǎo)致從座圈26到氣缸頭的熱傳遞相應(yīng)減少，從而對應(yīng)于該座圈26的進(jìn)氣門20有較高的熱量，因此比沒有缺口192的傳統(tǒng)座圈26的進(jìn)氣門20具有更高的溫度。
為了支持進(jìn)氣門上已經(jīng)存在的積碳沉積的分解，發(fā)動機(jī)機(jī)油含有至少一種溶解積碳的添加劑，因此機(jī)油作為積碳溶劑的載體。這是發(fā)動機(jī)機(jī)油的附加作用，迄今為止，發(fā)動機(jī)機(jī)油僅僅用作潤滑油，最多含有耐磨保護(hù)的添加劑。為了使足夠量的帶有溶解積碳的添加劑的發(fā)動機(jī)機(jī)油到達(dá)積碳部位，就是說在進(jìn)氣門20的氣門頂24的頸部68和上側(cè)94，在進(jìn)氣門20的氣門導(dǎo)管28的氣門桿密封特別設(shè)計成能透過機(jī)油。這強(qiáng)化了機(jī)油從氣缸頭沿著氣門桿22流下來流到頸部68和氣門頭24，從而添加到機(jī)油中的積碳溶劑能夠相應(yīng)起作用。以這種添加了積碳溶劑的機(jī)油工作的內(nèi)燃機(jī)最好具有以下特征進(jìn)氣門20的氣門桿密封的設(shè)計應(yīng)使機(jī)油通過率大于0.002克/小時。優(yōu)選的是，內(nèi)燃機(jī)活塞的活塞環(huán)組使回到燃燒室的機(jī)油的量在額定轉(zhuǎn)速下每個氣缸大于1.5克/小時，和/或曲軸箱通風(fēng)裝置的機(jī)油分離器的設(shè)計使得機(jī)油通過率大于1克/小時。所有這些措施加強(qiáng)了帶有積碳溶劑的發(fā)動機(jī)機(jī)油輸送到進(jìn)氣門中。
另外一種克服危害運轉(zhuǎn)的進(jìn)氣門20積碳沉積的方法是，至少在進(jìn)氣門20頸部68或者在進(jìn)氣門20整個表面的特殊的表面特性或者涂層，其中該表面或者涂層是絕熱的、抗粘性的、化學(xué)惰性的或者催化的。絕熱的、抗粘性的和化學(xué)惰性的表面或者涂層應(yīng)該就能防止或者至少減少積碳沉積的產(chǎn)生，而催化的表面或者涂層還能分解積碳沉積。這里優(yōu)點是內(nèi)燃機(jī)和催化表面或者涂層相互協(xié)調(diào)，使積碳沉積速度比催化表面或者涂層分解積碳的速度快的工況不占優(yōu)勢。換句話說，內(nèi)燃機(jī)在其大部分工作時間里都處于催化表面或者涂層分解積碳的速度比積碳產(chǎn)生的速度快的工況下。進(jìn)氣門的這種特殊表面或者涂層的工作機(jī)理產(chǎn)生的效果還可以通過特殊的表面形狀來實現(xiàn)，這種特殊的表面形狀至少在進(jìn)氣門20表面的對積碳沉積特別沒有抵抗力的部位例如頸部68。拋光的表面也有利于防止積碳產(chǎn)生。而微觀粗糙的表面結(jié)構(gòu)具有很大的面積，相應(yīng)地有利于催化表面或者涂層的作用效果。進(jìn)氣門涂層或者表面的一種特殊的氧化狀態(tài)有時也是有利的。圖8示出了不同的涂層及其相應(yīng)的效果。
上述表面例如是一種絕熱涂層，尤其是陶瓷，例如ZrO2，特別是層厚為80μm。在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣沖程流經(jīng)進(jìn)氣門的空氣的較小散熱是通過以下措施實現(xiàn)的絕熱層在進(jìn)氣門的頸部。這樣在進(jìn)氣門上所產(chǎn)生的表面較高溫度使在內(nèi)燃機(jī)運行中已產(chǎn)生的積碳沉積分解。為了實現(xiàn)從熱的燃燒室進(jìn)入進(jìn)氣門的熱量很少，絕熱層在進(jìn)氣門的氣門底部。由此在進(jìn)氣門上所產(chǎn)生的較低表面溫度抵抗積碳沉積的形成?？朔e碳的預(yù)防性措施是，表面作成微孔的或者抗粘性的，例如包括尤其是層厚為5μm的Cr-C-N。這里，作用機(jī)理包括克服積碳沉積的相應(yīng)的表面張力。為了防止積碳沉積，表面是化學(xué)惰性的例如規(guī)定元素尤其例如是C，H，O和/或N，例如包括TiZr-C-H-N-O或者TiA1-C-H-N-O，例如層厚為5μm。這里作用機(jī)理包括對不沉積的一定元素，表面飽和。為了分解積碳沉積，表面是催化的或者自動催化的，例如包括Pt或者氮化釩(VN)。特別優(yōu)選的是設(shè)置一種氧化層，例如五氧化二釩(Vanaduimnitrid)。通過表面作成微觀粗糙的，由于很大的表面而獲得了特別好的催化作用。
另一種防止在分隔板30下游進(jìn)氣門20的氣門桿22上形成積碳尤其是塊莖狀積碳的措施是，由分隔板30到氣門桿22的液流繞行進(jìn)到進(jìn)氣管18中。為此分隔板30在對著進(jìn)氣門20的端部這樣設(shè)計，使液流在進(jìn)氣管18中經(jīng)過進(jìn)氣門20的氣門桿22導(dǎo)向。由此有效避免液流中存在的顆粒滴落到或者沉積到氣門桿22上，從而在氣門桿22上沒有積碳沉積形成。圖9-12示出了分隔板30的不同實施形式。在分隔板30對著進(jìn)氣門20的端部120上例如是一個三角形(圖9)或者半圓形(圖10)缺口122。在板上可能有的液滴在進(jìn)氣管18中的氣流作用下首先沿著缺口122的棱邊移動，然后液滴從分隔板30上掉下來。隨后被氣流帶動的液滴飄過氣門桿22，與氣門桿不接觸。另外一種可選擇的方案是，在分隔板30的這一端120布置一個楔形的沖壓決124，該沖壓塊如圖11和12所示是一個進(jìn)氣管18中的氣流相應(yīng)繞行的凸起。圖13示出了氣流126通過分隔板30的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)向。除了避免進(jìn)氣管18中分隔板30下游出現(xiàn)不希望的紊流，上述分隔板30的設(shè)計方案還有利于空氣導(dǎo)向，這改善了直噴式汽油機(jī)的燃燒方法的穩(wěn)定性。由于吸入的空氣繞進(jìn)氣門20轉(zhuǎn)向，在相同的通流下獲得了更高的滾流強(qiáng)度。
因此，分隔板30在對著進(jìn)氣門20的端部120具有一個缺口122或者一個沖壓塊124，其逆著氣流方向在氣門桿22上游布置在一條平行于液流方向126的線128上，線128與氣門桿22的中心軸線130相交。由此在分隔板30上分離的液體(機(jī)油冷凝液)沿著缺口122或者沖壓塊124的棱邊滑動，離開分隔板30后飄過氣門桿22。按照圖11至13所示的分隔板30在對著進(jìn)氣門20的端部120有一個凸起124，該凸起逆著氣流方向在氣門桿22上游布置在一條平行于液流方向126的線128上，線128與氣門桿22的中心軸線128相交。因此液流126繞過氣門桿22，從而無論是從分隔板30掉下來的液體還是在液流126中夾帶的顆粒都不會落到氣門桿22上。這就有效地防止了氣門桿22上的積碳沉積。凸起124例如是三角形的或者楔形的。即使如果在氣門桿22上產(chǎn)生沉積，則會有利地通過以下措施切斷，即分隔板30以一定間距在氣門桿22上游，該間距使得分隔板30對著進(jìn)氣門20的端部120與在氣門桿22上形成的沉積機(jī)械接觸(圖14B和圖14C)。
圖14A示出了另外一種去除進(jìn)氣門20的積碳沉積的措施。如圖所示，進(jìn)氣凸輪軸的凸輪132通過氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)134作用到進(jìn)氣門20上。氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)只是舉例性示出，也可以沒有氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)134。因此，例如可以不用氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)134，而是采用一個拖桿/挺桿相對氣門桿22布置在外部中央，同樣可以使進(jìn)氣門20繞其縱軸線130轉(zhuǎn)動。在進(jìn)氣管18中相鄰于進(jìn)氣門20設(shè)置一個刮削機(jī)構(gòu)136，該刮削機(jī)構(gòu)與進(jìn)氣門20以這樣一個間距布置和設(shè)計，即進(jìn)氣門20上的沉積與刮削機(jī)構(gòu)136機(jī)械接觸。通過進(jìn)氣門20的旋轉(zhuǎn)138，頸部68和氣門桿22表面上的沉積被刮削機(jī)構(gòu)136切除，從而在進(jìn)氣門20上不會形成危害內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)的積碳沉積。刮削機(jī)構(gòu)136輪廓與進(jìn)氣門20近似，例如是澆鑄在氣缸頭中的板，該板對進(jìn)氣管18中的氣流動力學(xué)影響很小。在頸部68和桿22處，刮削機(jī)構(gòu)136盡可能緊挨著氣門輪廓。
本發(fā)明另一種實施形式在圖14B和14C中示出。這里，分隔板30在氣門桿22旁以一定間距布置，使刮削機(jī)構(gòu)136與分隔板30一體或者分隔板本身就是刮削機(jī)構(gòu)136，其方法是將分隔板30在進(jìn)氣門20上游一定距離處布置，使分隔板30對著進(jìn)氣門20的端部120與進(jìn)氣門20上形成的沉積機(jī)械接觸。通過進(jìn)氣門20的運動(提升運動或者轉(zhuǎn)動)，氣門桿22表面上的沉積被分隔板30靠近氣門的端部120切除，從而在進(jìn)氣門20上不會形成危害內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)的積碳沉積。如圖14C所示，帶有缺口122的分隔板30靠近氣門桿22布置，使缺口122部分圍繞氣門桿22。這使得氣門桿22周圍大部分的積碳沉積可以被刮削掉。在分隔板30上靠近氣門桿的端部120上還有一個刮削棱邊152。例如在分隔板30的端部120和進(jìn)氣門之間的間距是0.1毫米到0.5毫米，尤其是0.2毫米到0.15毫米。為了有效去除進(jìn)氣門20上的積碳沉積，在分隔板20靠近氣門的端部120上是一個刮削棱邊152。
圖14F和14G示出了分隔板30的一種改進(jìn)方案，例如帶有一體刮削裝置的分隔板或者帶有流過氣門桿22的液流導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的分隔板。如圖14F和14G所示，分隔板30垂直于其縱軸線具有一個例如2毫米到3毫米寬的縫186，該縫占據(jù)了分隔板30的整個寬度。這使分隔板30上的殘留物如機(jī)油、燃料等排泄到進(jìn)氣管18的底部，從而在進(jìn)氣門20開啟時更好地排到燃燒室中。例如，排泄縫186有一個排泄凹槽188，如圖14G所示。但是也可以沒有該排泄凹槽，如圖14H所示。
最近的大量試驗結(jié)果表明，令人意外的是，在進(jìn)氣門20的氣門座圈26部位的沉積對上述現(xiàn)象也負(fù)有責(zé)任。如圖14E所示，在氣門座圈26部位形成了一個“積碳唇”180?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的氣門機(jī)構(gòu)的機(jī)械原理設(shè)計使得從一定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速起，進(jìn)氣門20或多或少會出現(xiàn)快速自身轉(zhuǎn)動(圖14A和14E中箭頭138所示)，就是說，進(jìn)氣門20在開啟和關(guān)閉過程中執(zhí)行一種沿著氣門縱軸線130的平移運動和繞氣門縱軸線130的旋轉(zhuǎn)運動。按照本發(fā)明，在進(jìn)氣門20的頸部68上固定有一個機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的布置和設(shè)計使得通過氣門20的自身旋轉(zhuǎn)在氣門頸部68和座圈26之間產(chǎn)生刮削，從而防止燃燒殘留物在氣門座圈26的關(guān)鍵部位聚集。圖14D和14E示出了第一種變型方案，包括一個固定在氣門頸部68上與座圈68相鄰的銷或者螺栓182。圖14E示出了該銷或螺栓182如何掠過可能有沉積的預(yù)定部位并相應(yīng)將沉積刮削掉。在圖14D所示的另一種實施形式中，在氣門頸部68上固定一塊板184。在座圈26部位的刮削機(jī)構(gòu)182或184例如借助焊，激光焊或者熱裝固定在進(jìn)氣門20的頸部68上。
另外一種克服進(jìn)氣門20的危害內(nèi)燃機(jī)運行的積碳沉積的方法是改進(jìn)噴油裝置40，如圖15和16所示。噴油裝置40將燃料射束140噴射到燃燒室16中。此外，噴油裝置40的設(shè)計和布置使得在進(jìn)氣門20開啟時(圖16)噴出的燃料一部分到達(dá)進(jìn)氣門20的氣門頂24。為此，噴油裝置40至少有一個附加的孔，尤其是兩個附加的孔，通過附加的孔，至少一個附加的燃料射束142噴射入燃燒室中。在此，該附加的燃料射束142的取向時其能夠到達(dá)開啟的進(jìn)氣門20，如圖16所示。在圖16中僅在144處通過氣門頂24示出了開啟的進(jìn)氣門20。通過氣門頂24上的燃料產(chǎn)生了一種對氣門頂?shù)膬艋饔?，防止進(jìn)氣門上的積碳沉積形成到危害內(nèi)燃機(jī)運行安全性和工作性能的程度。換句話說，實現(xiàn)了氣門頂24和頸部68的掃氣。必要時，附加的燃料射束142的射出不在周期性沖程的每個周期中都噴入工作氣缸中，而只是臨時地。
另一種分解積碳沉積的方法是充氣運動閥門36。圖18示出了具有一個分層運行區(qū)域160和一個均勻運行區(qū)域162的負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線。線164將分層運行區(qū)域160和均勻運行區(qū)域162分開。此外，線166將負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線分成第一區(qū)域168和第二區(qū)域170。在第一區(qū)域168，充氣運動閥門36關(guān)閉，以保證足夠的滾流，在第二區(qū)域，充氣運動閥門36開啟，以保證足夠的氣缸充氣。本發(fā)明建議，與負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線規(guī)定相反，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在第二區(qū)域170的一個工作點時短暫關(guān)閉充氣運動閥門36。在該關(guān)閉期間，令人意外地發(fā)現(xiàn)在進(jìn)氣門20上可能有的積碳沉積充分分解，從而運行造成的進(jìn)氣門20積碳對運行內(nèi)燃機(jī)的安全性和工作性能沒有負(fù)面影響。
例如，在內(nèi)燃機(jī)正常工作中，尤其是裝備了該內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動車行駛過程中，短暫地重復(fù)實施上述方案。這里，重復(fù)的關(guān)閉時間為1秒到10秒就足夠了。該短暫的關(guān)閉時間能夠使汽車乘客對內(nèi)燃機(jī)未按照特征曲線運行的后果根本注意不到。該后果是例如內(nèi)燃機(jī)功率減小或者運行不平穩(wěn)。
作為替換的或者附加的，充氣運動閥門36在第二區(qū)域170關(guān)閉是在維修或者保養(yǎng)時實施。在這種情況下，關(guān)閉時間例如未15分鐘到60分鐘，尤其是30分鐘。為了更有利于進(jìn)氣門上積碳的分解，有利的是，同時將點火提前角向后或者向前調(diào)整，將進(jìn)氣門凸輪軸向前調(diào)整，將廢氣再循環(huán)率提高，噴油時刻向后移和/或Lambda值調(diào)整到大于1。上述涉及到充氣運動閥門的措施和其它工作參數(shù)例如結(jié)合到一個發(fā)動機(jī)控制器中，作為用戶方例如在檢測時的修理方案，或者作為正常行駛的常規(guī)措施。
為了顯示上述凈化進(jìn)氣門20積碳的方法的效果，下面進(jìn)行試驗在一個四缸汽油機(jī)中，每個氣缸有兩個進(jìn)氣門20，在這些氣缸中有一到三個分別裝入一個新的和一個粘有較強(qiáng)積碳沉積的進(jìn)氣門20。在氣缸四中，裝入兩個只是輕微積碳的涂有鉑的進(jìn)氣門20。所有進(jìn)氣門20都在裝入時稱重。相應(yīng)測得的重量在圖17第146行以克為單位列出。汽油機(jī)在充氣運動閥門在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線的第二區(qū)域170關(guān)閉30分鐘的情況下工作。接著，重新稱重進(jìn)氣門20。此時測得的重量在圖17的第148行以克為單位列出?？梢钥闯?，具有積碳沉積的進(jìn)氣門20明顯重量減少了，這說明通過上述發(fā)動機(jī)運行，在進(jìn)氣門20上沉積的殘留物幾乎完全灰化了。這種灰化估計至少部分地歸因于進(jìn)氣門溫度提高到超過380℃。相反，在裝入的斬新進(jìn)氣門上只有很小的重量增加，這說明當(dāng)發(fā)動機(jī)在上述工況下工作時基本上不產(chǎn)生積碳沉積。另外，圖17所示表格中第150行以克為單位列出了按照另外一種對裝入時具有積碳沉積的進(jìn)氣門20的機(jī)械凈化方法測出的重量。很顯然，機(jī)械凈化只是不明顯地減少了重量，這說明按照上述熱措施在進(jìn)氣門20上只留有很少的積碳沉積。另一種強(qiáng)化凈化效果的方法是在以上述調(diào)整工作時提高冷卻水溫度。
另一種克服進(jìn)氣門20的危害內(nèi)燃機(jī)運行的積碳沉積的措施是，在配備了直噴式汽油機(jī)的機(jī)動車滑行時，設(shè)置在進(jìn)氣管中的節(jié)氣門開啟。這避免了燃燒室和進(jìn)氣管道之間的可能的壓降。
在曲軸箱通風(fēng)裝置62(圖1)中最好分離出含機(jī)油燃?xì)?0中含有的機(jī)油。附加的或者加強(qiáng)的機(jī)油分離有利影響上述克服進(jìn)氣門積碳的措施，因為更少的可能沉積的成分通過進(jìn)氣管18流經(jīng)進(jìn)氣門20。
其它分解積碳沉積的措施是在內(nèi)燃機(jī)運行過程中向進(jìn)氣管中添加或者噴入一種積碳沉積的溶劑，該溶劑潤濕相應(yīng)的進(jìn)氣門20并溶解積碳。這種噴入可以借助一個另外的噴射機(jī)構(gòu)例如在內(nèi)燃機(jī)正常工作過程中臨時進(jìn)行。由此在內(nèi)燃機(jī)工作過程中將進(jìn)氣門上的沉積分解到一定程度，使運行所產(chǎn)生的進(jìn)氣門積碳對內(nèi)燃機(jī)的運行安全性和工作性能沒有負(fù)面影響。取代上述或者附加地，在維修或者保養(yǎng)工作中，內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，例如為了測量或者檢查目的，同時在該運轉(zhuǎn)過程中在該工場將積碳溶劑噴入或者添加到進(jìn)氣管18中。以此方式定期地去除可能存在的積碳，從而使該積碳不會增加到危害內(nèi)燃機(jī)工作的程度。這種溶解積碳沉積的溶劑例如通過一個用于分隔板的法蘭添加到或者噴入進(jìn)氣管中。
此外優(yōu)選的是，盡可能地減少不含溶解積碳的添加劑的機(jī)油與進(jìn)氣門的接觸，因為業(yè)已令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，由此可以在內(nèi)燃機(jī)大部分正常工作區(qū)域防止或者至少明顯減少在進(jìn)氣門上形成積碳層。為此，氣門桿的密封應(yīng)使機(jī)油通過率小于0.003克/小時。另一種優(yōu)選的減少與進(jìn)氣門接觸的機(jī)油量的方法是相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)工作活塞的活塞環(huán)組應(yīng)設(shè)計成再循環(huán)回到燃燒室的機(jī)油在額定轉(zhuǎn)速下每個工作氣缸具有小于3克/小時的值，和/或曲軸箱通風(fēng)裝置的機(jī)油分離器應(yīng)設(shè)計成機(jī)油通過率小于5克/小時。
圖19示出了本發(fā)明的用于進(jìn)氣門氣門桿22的氣門桿密封172的優(yōu)選實施形式。該氣門桿密封172包括一個靠在氣門桿22的半徑為R的密封位置174，在該密封位置174一側(cè)與氣門桿22夾成一個角度α。此外，氣門桿密封172與一個彈簧176和另外的支承件178共同作用。氣門桿密封172的機(jī)油通過性通過優(yōu)化參數(shù)α，R和彈簧176的彈力來調(diào)整。通過成對屬于每個氣門桿密封172的另外的支承件178來減少誤差造成的機(jī)油通過率數(shù)值的發(fā)散。
權(quán)利要求
1.內(nèi)燃機(jī)，尤其是汽油機(jī)，尤其是機(jī)動車的汽油機(jī)，帶有一個用于燃料(42)的噴油裝置(40)，該噴油裝置的布置和設(shè)計使其將燃料(42)直接噴入內(nèi)燃機(jī)工作氣缸(14)的一個燃燒室中，每個工作氣缸(14)帶有至少一個進(jìn)氣門單元，該進(jìn)氣門單元具有一個進(jìn)氣門(20)和一個進(jìn)氣門座，其特征在于，至少一個進(jìn)氣門單元具有這樣的防止散熱的措施，即在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線的至少一個預(yù)定區(qū)域(112)中將進(jìn)氣門(20)的頸部(68)表面溫度提高到超過380℃。
2.按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，布置在至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門座部位的座圈(26)用一種導(dǎo)熱性差的材料尤其是一種具有高含鐵量的和/或低含銅量的此阿拉制成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，布置在至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門座部位的座圈(26)在其面對氣缸頭的面上至少具有一個減少該面面積的缺口，從而在該缺口部位座圈與氣缸頭之間的接觸面減少。
4.按照權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，座圈在其周圍設(shè)計成齒輪狀。
5.按照前述權(quán)利要求中至少一項所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門(20)用一種高熱容的材料制成尤其是尼莫尼克鎳基合金氣門。
6.按照前述權(quán)利要求中至少一項所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門(20)用一種具有低導(dǎo)熱性的材料制成。
7.按照前述權(quán)利要求中至少一項所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門(20)是空心桿氣門和/或空心頭氣門，尤其是帶有一個向燃燒室開放的具有最小壁厚和良好導(dǎo)熱性的空心頭。
8.按照前述權(quán)利要求中至少一項所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門(20)的頸部(68)有一絕熱層(118)，尤其是一陶瓷層。
9.按照前述權(quán)利要求中至少一項所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，至少一個進(jìn)氣門單元的進(jìn)氣門(20)的一個氣門頭(24)設(shè)計成平坦的。
10.按照前述權(quán)利要求中至少一項所述內(nèi)燃機(jī)的工作方法，其特征在于，在保養(yǎng)和/或維修期間，內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線中進(jìn)氣門溫度高于380℃的區(qū)域中運行規(guī)定時間長度。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定時間長度是5分鐘到60分鐘，尤其是30分鐘。
12.按照權(quán)利要求1至9中至少一項所述內(nèi)燃機(jī)的工作方法，尤其是按照權(quán)利要求10或11所述的內(nèi)燃機(jī)的工作方法，其特征在于，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷-轉(zhuǎn)速關(guān)系特征曲線中進(jìn)氣門溫度高于380℃的區(qū)域運行時，另外使冷卻水的溫度比負(fù)荷-轉(zhuǎn)速特征曲線該區(qū)域以外的其它區(qū)域提高例如10℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，尤其是用于機(jī)動車的汽油機(jī)，帶有一個噴射燃料(42)的噴射裝置(40)，該噴射裝置的布置和設(shè)計使它能夠?qū)⑷剂?42)直接噴射到內(nèi)燃機(jī)工作氣缸的燃燒室(16)中，所述內(nèi)燃機(jī)還有一個進(jìn)氣門和一個進(jìn)氣門座。這里，至少一個進(jìn)氣門單元具有防止散熱的措施，使得在負(fù)荷－速度關(guān)系特性曲線的至少一個預(yù)定區(qū)域(112)內(nèi)，進(jìn)氣門(20)的氣門頸(68)部位表面溫度被提高到高于380℃。
文檔編號F01L3/22GK1513081SQ02811387
公開日2004年7月14日 申請日期2002年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月7日
發(fā)明者L·斯皮格爾, L 斯皮格爾, G·舍爾克, G·蘇克 申請人:大眾汽車有限公司