本發(fā)明整體涉及一種內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機適于為車輛(諸如汽車或卡車、船等)或機器(諸如發(fā)電單元等)提供動力。所涉及的內(nèi)燃機是凸輪軸自由活塞發(fā)動機，所述凸輪軸自由活塞發(fā)動機還以概念“具有自由閥的發(fā)動機”而為人所知。本發(fā)明特別地涉及一種內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機包括：可控的第一發(fā)動機閥，所述第一發(fā)動機閥布置成選擇性地打開/關(guān)閉被包括在內(nèi)燃機中的燃燒室；和氣體處理系統(tǒng)，所述氣體處理系統(tǒng)布置成驅(qū)動所述第一發(fā)動機閥，所述氣體處理系統(tǒng)包括氣動的閉合壓力流體回路，其中，所述閉合壓力流體回路包括相互串聯(lián)聯(lián)接的壓縮機和閥致動器，所述閥致動器操作地連接到所述第一發(fā)動機閥。在第二方面中，本發(fā)明涉及一種用于對閥致動器進行氣動操作的氣體處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
在凸輪軸自由內(nèi)燃機中，壓力流體(諸如液體或氣體)用于實現(xiàn)一個或多個發(fā)動機閥的移動/打開。這意味著已經(jīng)用更少體積要求以及更加可控的系統(tǒng)來替換凸輪軸和有關(guān)設(shè)備，傳統(tǒng)內(nèi)燃機使用所述凸輪軸和有關(guān)設(shè)備打開發(fā)動機閥，以使得空氣進入從燃燒室出來的相應(yīng)排出廢氣中。在構(gòu)造成用于重要角動量輸出的發(fā)動機中，燃燒室中的壓力隨增加的角動量輸出成比例增加，打開所述閥致動器以關(guān)于燃燒室向內(nèi)開口打開發(fā)動機閥所需的力因此也隨增加的角動量輸出成比例增加。在高轉(zhuǎn)數(shù)(諸如6-8000rpm)的條件下，還需要非?？焖俚卮蜷_發(fā)動機閥，以便不會限制填充空氣來將來自發(fā)動機氣缸的排出廢氣相應(yīng)排出。這些要求(即，在打開排氣閥時在具有發(fā)動機的燃燒室內(nèi)高反壓的高性能發(fā)動機中需要在高頻時極其快速的打開)需要閥致動器上游的壓力流體的壓力高，大約為8-30bar。在閥致動器的下游處，壓力流體具有較低壓力，大約為3-6bar。在高轉(zhuǎn)數(shù)和高發(fā)動機載荷的條件下，低壓側(cè)和高壓側(cè)之間的壓差應(yīng)當大約為15bar至20bar，以實現(xiàn)閥致動器的正確操作，并且當發(fā)動機空轉(zhuǎn)時或在低轉(zhuǎn)數(shù)和低載荷的條件下，低壓側(cè)和高壓側(cè)之間的壓差僅僅需要為大約2bar至5bar。當壓力因壓縮機從低壓側(cè)至高壓側(cè)而升高時，在低轉(zhuǎn)數(shù)條件下的低壓差是期望的，并且在壓力升高時，發(fā)生能量消耗，所述能量消耗與高壓側(cè)上的壓力升高同步發(fā)生。在需要快速加速和/或從低轉(zhuǎn)數(shù)和低載荷非?？焖僮兓粮咿D(zhuǎn)數(shù)和高載荷的情況中，例如，在進入到繁忙的主要公路時或在突然超越緩慢行駛的車輛時，低壓側(cè)和高壓側(cè)之間的壓差必須立即增加，以實現(xiàn)駕駛員需要的加速度。傳統(tǒng)壓縮機設(shè)定尺寸以便能夠以很大變化幅度產(chǎn)生壓差，然而，它們沒有設(shè)定尺寸以滿足在單獨大壓差水平和壓力流體流量之間的立即轉(zhuǎn)換。而且，在本系統(tǒng)中存在從大壓差變至小壓差的惰性，即，當在轉(zhuǎn)數(shù)/發(fā)動機載荷短時/暫時升高之后再次在低轉(zhuǎn)數(shù)條件下操作時，這在壓差并且由此高能耗降低到期望水平之前需要花時間。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是解決先前已知的內(nèi)燃機的上述缺陷和缺點并且提供一種改進的內(nèi)燃機。本發(fā)明的根本目標是提供一種初始限定類型的改進的內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機布置成能夠使得在需要內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)數(shù)/發(fā)動機載荷快速增加時通過作用在壓力流體回路的高壓側(cè)上的壓力增加而立即增大低壓側(cè)和高壓側(cè)之間的壓差。本發(fā)明的另一目標是提供一種內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機能夠快速地將低壓側(cè)和高壓側(cè)之間壓差的從大壓差變?yōu)樾翰?。本發(fā)明的又一目標是提供一種內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機在每次突然增加壓差之后在下一次需要突然增加壓差之前自啟動。對發(fā)明特征的簡要描述根據(jù)本發(fā)明，至少通過具有獨立權(quán)利要求中限定的特征的初始限定類型的內(nèi)燃機和用于對閥致動器進行氣動操作的氣體處理系統(tǒng)來實現(xiàn)主要目標。在隨后的從屬權(quán)利要求中進一步限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種初始限定類型的內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機的特征在于，氣體處理系統(tǒng)還包括氣體蓄積器，所述氣體蓄積器經(jīng)由至少一根氣體蓄積器導(dǎo)管連接到閉合壓力流體回路，所述氣體蓄積器導(dǎo)管包括可控閥。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，用于對閥致動器進行氣動操作的氣體處理系統(tǒng)設(shè)置成包括氣動的閉合壓力流體回路，其中，閉合壓力流體回路包括串聯(lián)聯(lián)接的壓縮機和閥致動器。氣體處理系統(tǒng)的特征在于，氣體處理系統(tǒng)包括氣體蓄積器，所述氣體蓄積器經(jīng)由至少一根氣體蓄積器導(dǎo)管連接到閉合壓力流體回路，所述氣體蓄積器導(dǎo)管包括可控閥。因此，本發(fā)明基于下述見解：氣體蓄積器布置成存儲更早的壓力峰值，以便能夠在高壓條件下快速地將大量壓力流體供應(yīng)到閉合壓力流體回路，用于實現(xiàn)壓力流體回路的高壓側(cè)上的即時壓力增加。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，閉合壓力流體回路包括第一壓力流體通道，所述第一壓力流體通道從壓縮機延伸到閥致動器的入口，其中，氣體蓄積器經(jīng)由第一氣體蓄積器導(dǎo)管連接到第一壓力流體通道，所述第一氣體蓄積器導(dǎo)管包括可控閥。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，氣體蓄積器經(jīng)由第二氣體蓄積器導(dǎo)管連接到所述第一壓力流體通道，所述第二氣體蓄積器導(dǎo)管包括止回閥，所述止回閥布置成允許沿著朝向氣體蓄積器方向的流動。即，確保當?shù)谝粴怏w蓄積器導(dǎo)管中的可控閥關(guān)閉時氣體蓄積器中的壓力始終與閉合流體回路的高壓側(cè)中的最高壓力峰值相等。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，壓縮機具有可變排量。這意味著與快速增加轉(zhuǎn)數(shù)或載荷相關(guān)地通過增加壓縮機的排量可進一步加速壓力流體回路的高壓側(cè)的壓力增加。排量的大小優(yōu)選地通過壓縮機活塞的上側(cè)和下側(cè)之間的壓差控制，即，壓縮機上的壓力比。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，閉合壓力流體回路包括第二壓力流體通道，所述第二壓力流體通道從氣缸蓋室延伸到壓縮機，其中，氣體蓄積器經(jīng)由第三氣體蓄積器導(dǎo)管與所述第二壓力流體通道連接，所述第三氣體蓄積器導(dǎo)管包括可控閥。因此，優(yōu)選的是單向閥布置在所述第二壓力流體通道中、在第三氣體蓄積器導(dǎo)管在第二壓力流體通道中進行排放的位置的上游，其中，單向閥布置成允許沿著朝向壓縮機方向的流動。這導(dǎo)致壓縮機活塞的上側(cè)上的平均壓力增加，這導(dǎo)致壓縮機的排量快速增加。根據(jù)其余從屬權(quán)利要求和優(yōu)選實施例的以下詳細描述，本發(fā)明的其它優(yōu)勢和特征將變得顯而易見。附圖說明參照附圖，根據(jù)優(yōu)選實施例的以下詳細描述，對本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)勢的更加全面的理解將變得顯而易見，其中：圖1是內(nèi)燃機的一部分的示意性側(cè)剖視圖；圖2是閥致動器的示意性側(cè)剖視圖；圖3是氣缸蓋和氣缸蓋覆蓋件的示意性局部剖透視圖；以及圖4至圖9是示意性電路圖，其示出了用于對閥致動器進行氣動控制的氣體處理系統(tǒng)的可替代實施例的示例。具體實施方式初始參照圖1，所述圖1是整體用1表示的本發(fā)明內(nèi)燃機的一部分的示意圖。內(nèi)燃機1包括具有至少一個氣缸3的氣缸組2。所述氣缸組2通常包括三個或四個氣缸3。在示出的實施例中，僅僅參照了一個氣缸3，但是應(yīng)當認識到的是，關(guān)于示出的氣缸3，下文描述的設(shè)備優(yōu)選地應(yīng)用于內(nèi)燃機1的所有氣缸，在本實施例中，內(nèi)燃機包括多個氣缸。而且，內(nèi)燃機1包括活塞4，所述活塞4能夠在所述氣缸3內(nèi)軸向移動。活塞4的運動(來回軸向移動)被以傳統(tǒng)方式傳遞到與活塞4連接的連接桿5，連接桿5繼而連接到曲柄軸(未示出)并且驅(qū)動所述曲柄軸轉(zhuǎn)動。內(nèi)燃機1還包括氣缸蓋6，所述氣缸蓋6與所述氣缸3和所述活塞4一起界定了燃燒室7。在燃燒室7中，以傳統(tǒng)方式點燃燃料和空氣的混合物并且在此將不再對其進行描述。氣缸蓋6包括至少一個可控的第一發(fā)動機閥8，所述可控的第一發(fā)動機閥8還被稱為氣體交換閥。在示出的實施例中，氣缸蓋還包括可控的第二發(fā)動機閥9。一個發(fā)動機閥8在示出的實施例中構(gòu)成進入閥，所述進入閥布置成選擇性地打開/關(guān)閉將空氣供到燃燒室7中的供應(yīng)，而第二發(fā)動機閥9在示出的實施例中構(gòu)成空氣排出閥或排氣閥，所述空氣排出閥或排氣閥布置成選擇性打開/關(guān)閉以將廢氣從燃燒室7排出。內(nèi)燃機1還包括整體用10表示的第一閥致動器，所述第一閥致動器10操作地連接到所述第一發(fā)動機閥8，并且布置在內(nèi)燃機1的閉合壓力流體回路中。閥致動器10包括氣動的壓力流體回路，其具有用于壓力流體的至少一個入口11和用于壓力流體的至少一個出口12。壓力流體是氣體或者氣體混合物，優(yōu)選的是空氣或氮氣?？諝獾膬?yōu)勢在于其易于改變壓力流體或者若閉合壓力流體回路發(fā)生泄漏則供應(yīng)更多的壓力流體，而氮氣的優(yōu)勢是沒有氧氣，這防止其它元件氧化。在內(nèi)燃機包括若干個閥致動器的情況中，所述若干個閥致動器相互平行地布置在所述閉合壓力流體回路中。每個閥致動器均可與一個或多個發(fā)動機閥操作地連接，所述內(nèi)燃機例如可包括兩個進氣閥8，所述進氣閥8由同一閥致動器10聯(lián)動驅(qū)動。然而，優(yōu)選的是每個閥致動器各操作一個發(fā)動機閥，以實現(xiàn)針對內(nèi)燃機1的操作的最大程度的可控性。內(nèi)燃機的以下描述將僅僅包括一個發(fā)動機閥8和一個閥致動器10，但是應(yīng)當意識到的是，除非另有說明，否則對應(yīng)的內(nèi)容也應(yīng)用于所有的發(fā)動機閥和閥致動器。內(nèi)燃機1還包括氣缸蓋室13，所述氣缸蓋室13形成所述閉合壓力流體回路的一部分，并且由所述氣缸蓋6和至少第一氣缸蓋覆蓋件14界定。在示出的實施例中，氣缸蓋覆蓋件14被分成兩個部分，所述兩個部分各自通過螺栓可附接到氣缸蓋6以及可從氣缸蓋6釋放。氣缸蓋室13優(yōu)選地擁有大約3-10升的容積，典型地大約為5-6升。在一個可替代實施例中，存在僅僅一個氣缸蓋覆蓋件14，該氣缸蓋覆蓋件與氣缸蓋6一起界定了氣缸蓋室13。閥致動器10的至少一個出口12與氣缸蓋室13流體連通，即，經(jīng)由所述至少一個出口12離開閥致動器10的壓力流體流出到氣缸蓋室13中。在內(nèi)燃機1包括若干個閥致動器的那些情況中，用于壓力流體排放的閥致動器的所有出口皆位于同一氣缸蓋室中。優(yōu)選地，整個閥致動器10布置在所述氣缸蓋室13中，并且還優(yōu)選的是閥致動器10例如通過螺栓16或類似的保持器件而可釋放地連接到所述氣缸蓋覆蓋件14。在這個實施例中，閥致動器10因此“懸掛”在氣缸蓋覆蓋件14中，而又沒有與氣缸蓋6接觸。如果閥致動器10應(yīng)當與氣缸蓋覆蓋件14和氣缸蓋6都接觸，則導(dǎo)致了構(gòu)造方式的不利公差鏈?，F(xiàn)在參照圖2，圖2示出了閥致動器10的示意圖。閥致動器10包括致動器活塞盤17和致動器缸體21，界定了向下開放的氣缸體積。致動器活塞盤17將所述氣缸體積分成第一上部部分19和第二下部部分20，并且在所述致動器缸體21中軸向移動。致動器活塞盤17形成整體用21表示的致動器活塞的一部分，所述致動器活塞布置成接觸并且驅(qū)動所述第一發(fā)動機閥8。致動器活塞還包括游隙消除器件22，其用于相對于所述第一發(fā)動機閥8沿著軸向方向消除游隙。游隙消除器件22優(yōu)選的是液壓驅(qū)動的，并且確保在第一發(fā)動機閥8關(guān)閉時，當致動器活塞盤21處于其上改向位置中時，致動器活塞21保持與第一發(fā)動機閥8接觸，用于校正組裝公差、熱膨脹等。因此，通過游隙消除器件22來調(diào)節(jié)致動器活塞21的軸向長度。閥致動器10的缸體體積的另一部分20與所述氣缸蓋室13流體連通。這樣，當致動器活塞21處于上改向位置中時，確保同樣的壓力從氣缸體積的第一部分19以及相應(yīng)地從氣缸體積的第二部分20作用在致動器活塞盤17上。由此，致動器活塞盤17和致動器缸體12之間的密封并不重要，而是可允許發(fā)生一些泄漏，用于最小化致動器活塞盤17移動的阻力，并且在停止位置中致動器活塞盤不受低壓水平改變的影響。閥致動器10包括：可控的進入閥23，所述可控的進入閥23布置成打開/關(guān)閉入口12；可控的排出閥27，所述可控的排出閥27布置成打開/關(guān)閉出口11；液壓回路，所述液壓回路整體用25表示并且繼而包括單向閥26，所述單向閥26布置成允許填充液壓回路25；和可控的清空閥27，所述可控的清空閥27布置成控制對液壓回路25的清空。應(yīng)當指出的是，示意性示出了閥致動器10中的閥，并且例如可由滑動閥、座閥等構(gòu)成所述閥。而且，可以由單體構(gòu)成上述可控閥中的若干個閥。還可直接或間接...