CN100368659C - 内燃机阀的阀升程调整装置和调整方法 - Google Patents

内燃机阀的阀升程调整装置和调整方法 Download PDF

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Abstract

一种内燃机阀的行程调整装置(1)包括一由一凸轮轴(4)驱动的连杆(3)，该连杆被一弹簧推向该凸轮轴(4)，与至少一个阀接合装置结合，并被一定位装置(6)定位。

Description

内燃机阀的阀升程调整装置和调整方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机中阀的升程调整装置和方法。另外，本发明还涉及包括该阀升程调整装置的内燃机。
背景技术
典型地，内燃机中阀升程的调整装置包括一凸轮轴，其驱动一阀接合装置，其通常是一轮杆(roller lever)，该轮杆与阀配合并使阀移动。更复杂一些的装置还包括在阀接合装置和凸轮轴之间设置的其它连杆。这些连杆典型地是转杆(turning levers)，即单臂连杆。EP-A1-01255027给出了这种装置的一个例子，其描述了一种用于内燃机换气阀的机械控制式阀升程调整装置，其中一转杆被一凸轮轴驱动，并与一阀接合装置(该装置是一轮杆)结合。该转杆被一定位装置定位，并被一弹簧推向该凸轮轴。该转杆还包括一外轮，其在一支撑座上滚动，该支撑座是发动机的一部分。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种内燃机的阀升程调整装置，与已知的阀升程调整装置相比，该装置具有较低的转动惯量，因而有助于改进发动机效率。本发明的另一个目的是提供一种阀升程调整装置，其能够实现高的转数和/或阀加速度。本发明的再一个目的是提供一种装置，其能提供更优质的旋转和在内燃机空行程期间容易达到小的阀行程调整。本发明的再一目的是提供一种内燃机中阀的升程调整装置，其与其它已知装置相比表现出极小的磨损标志。
本发明提供一种内燃机中阀(1)的行程调整装置，该装置包括一由一凸轮轴(4)驱动的杆(3)，所述杆具有至少两个臂，其中至少一个臂沿一支撑座(5)运动，所述杆(3)被一偏置装置(12)推向该凸轮轴(4)和被至少一个定位装置(6)定位，并与一阀接合装置(2)结合，该阀接合装置与内燃机的至少一个阀结合。
本发明还提供一种包括上述阀的内燃机。
本发明还提供一种适用于如上所述内燃机的阀升程调整装置的杆，其具有至少两个臂，其中之一包括一用于在一支撑座上旋转地支撑该杆的装置，该支撑座连接到该发动机的一部分，该杆还包括一用于结合一定位装置的装置，该定位装置使该杆发生位移，该杆还包括一与至少一个阀接合装置结合的装置，该阀接合装置使至少一个发动机阀移动。
本发明另外还提供一种阀(1)的阀升程调整方法，其特征在于为了调整该阀升程，摇杆(3，3a，3b)被操作，其被定位装置(6)定位，并被一凸轮轴(4)沿一路径(13)驱动。
根据本发明的装置和方法提供一种可控的和可变的，优选地是机械式的，内燃机阀升程调整。本发明允许几个阀的升程被独立地和可变地调整。阀升程能够根据所需的发动机性能(例如转数和/或加速度)被增加或减小。适合的内燃机是用于机动车，船或飞行器的发动机。该发动机可以是单或多阀发动机。该发动机还可以是单或多缸发动机。可被调整的阀典型地是换气阀，进气和/或排气阀。
根据本发明的装置特别适合的转数大于0到4000转，优选地是到6000转，更优选地是到8000rpm(转每分)。
在根据本发明的装置中杆被一凸轮轴驱动并与一阀接合装置结合，并驱动该阀接合装置。该阀接合装置与阀结合并使阀运动。通过使杆发生位移，即改变该杆相对于阀接合装置的位置使阀升程得到调整。杆的位移，即该杆的位置，通过一定位装置达到。
根据本发明的装置包括一具有两个臂的杆。每个臂具有至少一个外端。杆在这些臂的外端之间的部分，这里指该杆的主体区域。
优选地，杆是摇杆。这里的摇杆被理解为一绕一枢轴转动的杆，所述枢轴大约不位于或不接近于该杆的外端。优选地该枢轴位于或基本上接近该杆的重心。
该杆具有至少两个臂，其中之一包括，优选地在外端，一支撑该杆的装置，优选地是在一支撑座上可旋转地支撑。该装置优选地是一辊，但是，例如可以是该杆的合适形状或杆外廓，能使杆在支撑座上摩擦极小地运动。该支撑座优选地连接到发动机或是发动机的一部分。
该支撑座的形状决定杆运动的路径。该支撑座的形状可以是平面，弯曲的或是圆的或半圆形状。
杆被一凸轮轴的作用驱动或被传递一凸轮轴驱动力的装置驱动，优选地该装置与在支撑座上支撑该杆的装置结合。该杆还可以包括一用于与凸轮轴结合的装置。这样的一装置例如可以是该杆的合适形状或杆外廓，能使杆在支撑座上摩擦极小地运动。该装置还可以是一辊。优选地，与凸轮轴结合装置与在支撑座上支撑杆的装置相同。
该杆被一偏置装置推向凸轮轴，该装置优选地是一弹簧。
该杆作用在一阀接合装置上，优选地通过其它臂和优选地通过结合一个或多个另外的辊，并具有一个或多个工作曲面或另外的支撑座。为此目的该杆可以包括一个或多个阀接合装置。该杆还可以包括一工作曲面或与另外的支撑座，并与该阀接合装置上的一辊结合，在此情况下该阀接合装置优选地是一轮杆。
在本发明的一个实施例中，该工作曲面分为这样的曲面区域，例如一零阀升程区域和一阀升程区域，其中这些区域可以被过渡曲面或半径连接。
该阀接合装置与至少一个阀结合并使阀运动。典型地该阀接合装置是轮杆或摇(drag)(转)杆。本发明的一个优点是该装置不局限于特殊形式的阀接合装置，例如该阀接合装置也可以是一枢转的摇杆或在一引导件内移动的不可旋转杆。
一定位装置与该杆结合并使杆定位，并且该杆还包括一与定位装置结合的装置，该定位装置使该杆发生位移。
如果两个或多个臂的杆包括至少两个辊，这些辊优选地沿该杆的一轴线排列。
该杆由能够提供足够硬度的材料制成。优选地使用轻材料，其作用是减小杆的惯性。合适的材料例如是，铝，钛或其合金，钢(steal)，钢的混合物，合适的塑料或合成材料。支撑座可以由与发动机和/或杆相同的或不同的材料制成。
杆被一定位装置定位来调整阀升程。该定位装置作用于枢转的杆和该杆绕该定位装置运动。该定位装置被合适地构成和/或具有合适的外形，以利于杆围绕定位装置运动。该杆包括与该定位装置结合的装置。
这样的装置可以是合适的形状或刚性外廓或一辊，以有利于杆沿定位装置的外廓运动。然而，这样的辊，形状或外廓不应与凸轮轴所作用的用于使杆运动的相同。该定位装置例如是一被合适构形的被驱动横杆，该横杆可以具有不同的位置，例如通过使其前后运动。根据定位装置的移动位置，枢转的杆被相对于阀接合装置位移。该定位装置可以被本领域公知的任何合适方式驱动和定位，例如机械的，液压的，气动的，电气的，电磁的和/或压电的。杆通过定位装置的作用根据发动机性能的需要发生位移。这样的需要可以是燃烧阀，转数和/或转动惯量。优选地，该定位装置根据所需要的扭矩而定。
在该装置的一个实施例中发动机的气缸包括多于一个的阀，例如每个气缸多于一个进气阀和每个阀通过一个阀接合装置与杆结合。根据该实施例的杆可以被设置在一共同轴线上，并且优选地每个杆被一个定位装置定位，以使每个阀升程都能被单独控制和调整。例如，对于两个换气阀中单个阀升程的调整，例如分别是两个进气或排气阀，或一个进气阀和一个排气阀，设置一个装置，其中在该装置的两个摇杆上的两个辊位于一共同轴线上，并且其中每个这样的辊在分离的支撑座上，并且杆被根据定位装置的位置相互独立地设置。
根据本发明的装置和杆的形状特别允许达到高的转数。工作曲面和定位装置的外形可以被如此构形，即在减小阀升程的条件下增加进气或排气阀的最大行程加速度。该装置还允许在减小阀升程的条件下减小阀的打开时间。
本发明的一个实施例是一个用于发动机中换气阀阀升程的可控可变调整装置，其中其它的摇杆在分割的支撑座上移动，被一凸轮轴驱动和被一定位装置定位。轮杆的辊在一支撑座上滚动，该支撑座被连接到发动机或是发动机的一部分，并且一第二辊在一支撑座上滚动，该支撑座是阀接合装置的一部分。为了调整阀升程，定位装置被根据所需的转矩在一引导件中被驱动。摇杆的设置和构形也允许达到高转数。通过使用具有两个辊的摇杆，与只包括一个辊的转杆相比可以减小转动惯量。另外，摇杆可由铝制成，有助于进一步减小动力。在多气缸发动机的回程期间，该实施例还可被用于调整低的阀升程，从而使每个气缸的变化最小化，因为支撑座的一部分是阀接合装置的一部分或一整体部分。
本发明的进一步实施例是一阀升程机械式调整装置，其中一摇杆被一凸轮轴驱动和被一弹簧偏置，并且一第一辊在一支撑座上运动和一第二辊在一可调整横杆(定位装置)的外廓上运动，该横杆与一阀接合装置结合，该阀接合装置是一轮杆。杆在上面运动的支撑座和该定位装置的外廓可以包括平面表面，在一优选实施例中，该平面表面被设置得相互垂直。该实施例的特征是，阀的打开周期可通过阀升程的减小而被减小。优选地，该支撑座是曲面，并且该支撑座的曲率由一圆弧决定，该圆弧以轮杆的辊的中心点为圆心，该轮杆与摇杆结合。该摇杆包括一工作曲面，该曲面与轮杆(阀接合装置)的辊结合。该工作曲面具有一第一区域，并且该第一区域具有一圆弧的曲率，该圆弧以该第一辊的中心点圆心。
该工作曲面和定位装置的外廓优选地被设置成，在减小阀升程的条件下分别增加进气或排气阀的加速度。
附图说明
本发明将通过以下的例子被描述。这里表示的是；
图1  根据本发明的用于一进气阀的阀升程调整装置的第一实施例；
图2  第一实施例的进气阀在零阀升程位置；
图3  第一实施例的进气阀在阀升起位置；
图4  本发明的用于两个进气阀的阀升程调整装置第二实施例；
图5  根据本发明的阀升程调整装置的第三实施例；
图6  具有两个阀的一实施例的三个不同的视图；
图7  具有一平面轮廓和一平面支撑座的第四实施例。
具体实施方式
图1，2和3表示根据本发明的用于一换气阀的阀升程调整装置的第一实施例，该换气阀是一内燃机气缸的一进气阀1，该内燃机在图中未被示出。一摇杆3包括三个辊，一外辊9，该摇杆的主体区域包括一辊10和一内辊11。该摇杆3通过外辊9被一凸轮轴4驱动，并在凸轮轴4旋转一圈期间沿路径13移动。该路径13由支撑座5的形状决定，该支撑座被连接到发动机或是发动机的一部分，其中该摇杆3通过内辊11在一支撑座7上运动，该支撑座7构成该阀接合装置2(一转杆)的一部分。该摇杆3围绕其主体区域10运动，该区域位于外辊9和内辊11之间并且包括一辊，并在定位装置6附近。该杆的主体区域10也可以成杆的刚性轮廓的形式。为了调整阀升程16(图3)，定位装置6被定位在一引导件内，该引导件与一所需的旋转力矩相应。该定位装置可以是图2和3中所示的位置17和18。定位装置6的位置决定摇杆3相对于阀接合装置的旋转位置，因而决定其相对于支撑座7的区域位置，其中辊11在该支撑座上滚动。该支撑座7分为两部分，零阀升程区域7a和阀升程区域7b(图1)。这两部分区域分别通过过渡半径或连接曲面或连接平面连接。该过渡表面的弯曲半径必须大于辊11的半径，并且决定着加速斜面的高度。由于定位装置6的位置17，如果在凸轮轴4旋转一圈期间辊11只在零行程区域7a范围内滚动，则换气阀1不执行阀升程(图2)。如果定位装置6被定位在位置18，在凸轮轴4旋转一圈期间辊11在支撑座7的行程区域7b上滚动，则换气阀1实现最大阀升程16。在定位装置6的位置17和18之间(即零阀升程和最大阀升程)的每个位置能够被调整，在这些中间位置，换气阀1实现部分阀升程。在阀升程的运动期间摇杆3被弹簧12推向凸轮轴4。另外的实施例包括该支撑座7被分为几个通过过渡半径相互连接的曲面。摇杆3通过辊9所沿着运动的路径13由支撑座5的形状决定。例如，路径13可以具是圆的，弯曲的或半圆的表面或平面。
在根据图4的第二实施例中，两个换气阀1a和1b被设置在轴线15上的两个摇杆3a和3b操作。在摇杆3a和3b之间的该轴线中心，包括一用于外辊9a和9b的共用辊14，该辊或被凸轮轴4驱动(图4)或在支撑座5上滚动，其中该支撑座连接到发动机或是该发动机的一部分。如果第二辊14在支撑座5上滚动，则第一辊9a和9b分别被一凸轮4驱动。如果该共用第二辊14被凸轮轴4的一凸轮驱动，则这两个第一辊9a和9b在两个支撑座5a和5b上滚动，这两个支撑座被连接到发动机或是发动机的一部分。在另外的实施例中，这三个辊9a，9b，14独立地滚动并且位于共同轴线15上。
图1中示出了未示出内燃机的换气阀1的阀升程调整装置，其中，换气阀1例如是一个或几个进气或排气阀。在该装置中，摇杆3由一凸轮轴驱动，围绕定位装置运动和沿一路径移动，该路径由一支撑座5决定，该支撑座被连接到发动机或是发动机的一部分。定位装置6的位置决定摇杆的旋转位置，因而决定辊11能够滚动的支撑座7的区域。该支撑座7被分为两个基本区域，即零阀升程区域7a和阀升程区域7b(图1)。如果辊11在凸轮轴旋转一圈期间只在零阀升程区域7a上滚动，由于定位装置的位置，则换气阀1不执行阀升程(图2)。如果定位装置被定位在位置2，在凸轮轴旋转一圈期间辊11在支撑座7的行程区域7b范围内滚动，则换气阀1实现最大阀升程(图3)。在定位装置的位置1和2之间的每个位置能够被调整(图2和3)。在这些中间位置阀实现部分阀升程。摇杆被偏置装置12推向凸轮轴。
由于辊9不会同时在凸轮轴4和支撑座5上滚动，所以通常在轴线15上设置两个摇杆(图4)。该轴线15在其中心有一中心辊14，该辊或被凸轮轴4驱动(图4)或在支撑座5上滚动，其中该支撑座连接到发动机或是该发动机的一部分。如果辊14在支撑座5上滚动，则两个外辊9a和9b分别被一凸轮驱动。如果辊14被一凸轮4驱动，则这两个外辊9a和9b在两个支撑座5a和5b上滚动，这两个支撑座被连接到发动机或是发动机的一部分(图4)。对于每个气缸只有一个进气或排气阀的发动机，该摇杆包括在一轴线上的三个辊，其中，例如，两个辊围绕凸轮轮廓滚动，中间辊在支撑座5上滚动。在其它合适的设置中，两个外辊在该支撑座上滚动，该支撑座被连接到或是发动机的一部分，而内辊被凸轮轴的凸轮驱动。
图5表示根据本发明的阀升程调整装置，该阀特别是未示出内燃机的换气阀1，其中该换气阀1是一个或几个相似的气缸进气阀。在该装置中摇杆3被凸轮轴4驱动和通过辊9沿一路径13运动，该路径13由支撑座5决定，该支撑座被连接到发动机或是发动机的一部分。摇杆3通过第二辊10围绕定位装置6的轮廓19运动。摇杆3还包括一工作曲面20，该曲面与阀接合装置2的辊21接触，在这里该阀接合装置是一轮杆。该定位装置6位于一引导件22内，用于调整阀升程。例如，如果该定位装置位于位置17则实现零阀升程，而如果该定位装置6在位置18则实现进气阀1的最大阀升程。优选的几何形状是，支撑座5的曲率被一围绕辊21中心点的圆弧23决定，并且工作曲面20形成一围绕辊9中心点的圆弧24。在这种构形下，如果定位装置6在零阀升程位置17，则进气阀1在凸轮轴4旋转一圈期间不打开。工作曲面20的第一区域到第二区域的过渡，由辊21的半径限定，并且决定阀打开和关闭期间阀升程曲面的斜面形状。工作曲面20的第二区域限定了阀升程区域。工作曲面20的形状决定最大阀升程和部分阀升程的阀加速度。根据本发明阀升程的开启时间依赖于阀升程，因为定位装置6的位置决定辊21在凸轮轴4在旋转一圈期间在哪个工作曲面20上滚动。
图6例如表示一内燃机具有两个进气阀，摇杆3a和3b位于共同轴线15上，并且凸轮轴4能作用于位于轴线15上的辊。定位装置能够采用不同的位置，以便在凸轮轴4旋转一圈期间进气阀具有不同的阀打开时间和实现不同的阀升程。
本发明的第四实施例表示在图7中，其中支撑座5和定位装置6的轮廓19具有相互垂直设置的平面表面或在它们的表面之间包括90度的夹角。摇杆3被弹簧12推向定位装置6和凸轮轴4，以便避免在高转数期间该系统的活动和防止摇杆3从凸轮轴4或定位装置6升起。弹簧12也可以由两个或更多的弹簧组成。
附图标记清单
1换气阀
1a换气阀
1b换气阀
2摇杆(drag lever)(转杆)
3摇杆
3a摇杆
3b摇杆
4凸轮轴
5连接到发动机或是发动机一部分的支撑座
5a连接到发动机或是发动机一部分的支撑座
5b连接到发动机或是发动机一部分的支撑座
6定位装置
7支撑座
7a支撑座的零阀升程区域
7b支撑座的阀升程区域
8螺栓
9外辊
9a外辊
9b外辊
10辊(主体区域，刚性外廓)
11内辊
12弹簧
13路径
14共同的第二辊区域
15轴线
16阀升程
17定位装置的位置1
18定位装置的位置2
19外廓
20工作曲面
21辊
22引导件
23圆弧
24圆弧

Claims (27)

1.一种内燃机阀(1)的阀升程调整装置，该装置包括一由凸轮轴(4)驱动的杆(3)，所述杆具有至少两个臂，其特征在于，至少一个臂在一支撑座(5)上运动，所述杆(3)被一偏置装置(12)推向凸轮轴(4)和被至少一个定位装置(6)定位，并与一阀接合装置(2)结合，该阀接合装置与内燃机的至少一个阀结合，其特征在于，该杆(3)包括至少一个辊(9)，该辊在支撑座(5)上滚动，其中杆(3)被辊(9)上的凸轮轴(4)作用而运动。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，该杆(3)是一摇杆。
3.根据前述任一权利要求的装置，其特征在于，该支撑座(5)被连接到或是发动机的一部分。
4.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，该杆(3)围绕该定位装置(6)运动。
5.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，该杆(3)还包括辊(11)，该辊在另一支撑座(7)上滚动，其中所述支撑座是阀接合装置(2)的一部分。
6.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，该杆(3)包括一个第二辊(10)，该辊与定位装置(6)结合，并且所述杆(3)通过所述第二辊(10)围绕该定位装置(6)运动。
7.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，该定位装置(6)与杆(3)的一刚性外廓结合，并且杆(3)通过所述刚性外廓围绕该定位装置(6)运动。
8.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，该装置包括至少两个杆(3a，3b)，每个杆包括一在支撑座(5a，5b)上滚动的第一辊(9a，9b)，其中所述杆(3a，3b)被一定位装置定位，该定位装置与枢转的杆(3a，3b)结合，其中每个杆(3a，3b)通过结合一第二辊和一工作曲面对阀接合装置进行作用，其中杆(3a，3b)的第一辊(9a，9b)位于轴线(15)上并被一凸轮轴(4)驱动，并且其中杆(3a，3b)能被定位装置相互独立地定位。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于，其中两个第一辊(9a，9b)包括一第一辊区域，其位于杆(3a，3b)的一端，和一第二共同辊区域(14)，其位于在共同轴线(15)上的杆(3a，3b)之间。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，所述杆(3a，3b)被凸轮轴(4)的一共同凸轮驱动，所述共同凸轮与该共同第二辊区域(14)结合。
11.根据权利要求9的装置，其特征在于，该共同第二辊区域(14)结合被支撑座(5a，5b)限定的路径(13)，所述支撑座被连接到或是发动机的一部分，并且其中两个第一辊区域(9a，9b)与该凸轮轴(4)结合。
12.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，该杆(3)还包括辊(10)，该辊围绕定位装置(6)运动，并且该杆(3)包括一工作曲面(20)，该工作曲面与阀接合装置(2)结合。
13.根据权利要求12的装置，其特征在于，该阀接合装置(2)是一轮杆，通过轮杆的辊(21)该杆(3)与其工作曲面(20)结合。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于，被支撑座(5)限定的路径(13)是曲面，其曲率由绕轮杆(2)的辊(21)的中心点的圆弧决定。
15.根据权利要求14的装置，其特征在于，该支撑座(5)和定位装置(6)的外廓(19)包括平面表面。
16.根据权利要求15的装置，其特征在于，支撑座(5)的平面表面和外廓(19)被设置的相互垂直。
17.根据权利要求12的装置，用于调整至少两个阀的阀升程，其特征在于，该装置包括至少两个杆(3a，3b)，其位于一共同轴线(15)上并被一定位装置定位，使所述至少两个阀实现相互不同的行程。
18.一种包括前述任一权利要求装置的发动机内燃机。
19.一种适用于前述权利要求1到17之一的内燃机的阀升程调整装置的杆，该杆具有至少两个臂，其中一个臂包括一用于在支撑座上旋转地支撑该杆的装置，该支撑座被连接到或是发动机的一部分，该杆还包括一设置在所述杆(3)上的辊，该辊能在支撑座上滚动，从而该杆可借助凸轮轴在该辊上移动，所述杆还包括一用于与一使该杆发生位移的定位装置结合的装置，该杆(3)还包括与至少一个阀接合装置结合的装置，该阀接合装置使至少一个发动机阀运动。
20.一种阀(1)的升程调整方法，其中为了调整阀升程，摇杆(3，3a，3b)被操作，被定位装置(6)定位，并被一凸轮轴(4)沿一路径(13)驱动，其特征在于，摇杆(3，3a，3b)的辊(9，9a，9b)在路径(13)上滚动，并且通过在该摇杆上枢转的另一个辊(10)运动，或通过该摇杆的刚性外廓围绕该定位装置(6)外廓运动。
21.根据权利要求20的方法，其特征在于，另外一辊(11)在另外一支撑座(7)上滚动。
22.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，对两个阀(1a，1b)执行可变的阀升程调整，两个杆(3a，3b)的两个外辊(9a，9b)通过一共同轴线(15)连接并具有一共同辊(14)，两个外辊在支撑座(5a，5b)上滚动，其中该共同辊(14)被凸轮轴(4)的一凸轮驱动。
23.根据权利要求22的方法，其特征在于，该共同辊(14)在一支撑座(5)上滚动，并且外辊(9a，9b)被凸轮轴(4)驱动。
24.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，在一共同轴线(15)上设置两个摇杆(3a，3b)装置，阀的行程可被调整得相互不同。
25.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，为了调整阀升程，该定位装置(6)被根据所希望的扭矩定位在一引导件中。
26.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，通过定位装置(6)的定位，决定该摇杆(3)的枢转和辊(11)在其上滚动的支撑座(7)的区域。
27.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，在凸轮轴(4)旋转一圈期间摇杆(3)沿一路径的运动由支撑座(5)决定。
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