CN100443696C - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有一可变阀门驱动装置的内燃机，该可变阀门驱动装置设有至少一个凸轮轴，凸轮轴上具有至少一个凸轮装置。所述凸轮装置包括一可被相对于所述凸轮轴大致径向地移动的凸轮以及至少一个、最好是两个固定在所述凸轮轴上的基部圆盘。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种包括一可变阀门驱动装置的内燃机。
背景技术
从文件DE 10053776A1知道有一种用于驱动和控制内燃机的凸轮的系统。凸轮可被沿凸轮轴的径向移动并包括一顶升段，该顶升段可在被驱动的阀门的方向前后移动，还包括一可使凸轮啮合于凸轮轴或脱离于凸轮轴的装置，啮合和脱离动作的发生对应于发动机的工作状态。凸轮是液压驱动的。
从文件DE 4222477A1知道有一种用于顶升阀门的凸轮式阀门驱动装置，它包括一有一刚性零件的凸轮，该凸轮可被在一退回位置和一伸出位置之间在凸轮轴上被引导地沿径向移位，并且设置有能够限制其运动的两个限动件。凸轮的运动依靠压力介质实现，而压力介质通过凸轮轴里的纵向孔道供给。
各种液压驱动的可变阀门驱动装置有一个共同的缺点，就是它们需要复杂的控制系统以及为了主动地驱动凸轮必须以相当高的压力供给液压驱动介质。还有，上述各种可变阀门驱动装置通常仅适用于某种型式的驱动，也就是液压驱动或机械驱动或电驱动。
从出版物DE 4141482A1、DE 3737824A1和DE 19908435A1得知，在起动阶段用脉冲充量进行起动或者通过延迟进气阀的开启来帮助起动。
出版物DE 10217695A1进一步描述了一种采用改变进气阀定时以降低起动过程中的压缩功的起动过程。文件JP 1-1117840A也描述了在起动阶段改变进气阀的定时。
发明内容
本发明的目的是避免上述缺点并提出一种简单的可变阀门驱动装置，它可用各种不同的调整装置从外部进行调整，并且它特别适用于帮助内燃机的起动。
本发明的目的依靠提出的、用定位在凸轮轴的侧面的一调整元件驱动凸轮的方法来达到。把沿径向可移动的凸轮直接由处在凸轮轴外面的调整元件驱动。这样做的优点是可以采用机械的、电的或电磁的调整装置，其效果可以和液压的或气动的调整装置一样好。这种可变阀门驱动装置将不会仅限于某一种型式的调整元件。
可以在凸轮的顶升阶段之前或过程中用该调整元件使可径向移动的凸轮达到顶升位置。较佳的是，把调整元件构造成一个驱动滚轮，例如可以用一偏心机构来调整驱动滚轮。
可用一个弹簧元件把可沿径向移动的凸轮保持在凸轮轴上，并且，在顶升阶段之后由这一弹簧元件把可沿径向移动的凸轮向后移动到其在基圆里的初始位置。
为了能够顺畅地移动凸轮而不会卡死，如果把凸轮设计成具有被引导在凸轮轴的环形引导表面上的诸滑动表面，将是很有利的。这些滑动表面的半径和角度位置被构造成使得在凸轮开始移动时不会发生自锁。
在本发明的一个较佳方案中，凸轮由两个零件构成，即第一个零件和第二个零件，，调整元件作用于在侧视图中看是大致叉形的第一个零件上，并保持住乃是凸轮的凸角(cam lobe)的第二个零件，并且用两个销子把两个零件较佳地保持在一起。受调整元件作用的第一个零件以U形的形状夹持着第二个零件，并且在这两个零件被套装到凸轮轴上之后用两个销子把第一个零件和第二个零件连接在一起，第一个零件和第二个零件一起构成整个凸轮。
调整元件具有至少一个工作表面，该表面与凸轮的第一个零件的对应的配对表面互相作用。
如果调整元件有一大致U形的断面，该U形断面的两个臂构成诸工作表面，并且两个臂之间的距离大于凸轮的第二个零件的宽度，将是非常有利的，调整元件只作用在可移动的凸轮的第一个零件上并有一个U形断面，第二个零件的凸轮的凸角可退回到U形断面里，以这种方式在内燃机的工作冲程阶段凸轮不会顶升阀门。
为了容易把凸轮的各零件装配到凸轮轴上，如果把至少一个基部圆盘(basecircle disk)做成为有一销子可插进去的径向槽，并且把一基部圆盘上的径向槽做成为错开于另一基部圆盘上的径向槽，将是特别有利的。由于两基部圆盘上的径向槽的位置是错开的，阀门驱动元件将能不间断地接触于基部圆盘，因而可避免不连续性。
本发明进一步提出，两基部圆盘中的至少一个在其圆周上设置一斜坡形状的升坡，该升坡与凸轮的第二个零件的凸轮凸角一起构成整个凸轮。与可移动的凸轮凸角相组合的两个基部圆盘上的斜坡形状的两个升坡将构成凸轮的总体形状。两个基部圆盘上的斜坡形状的升坡还可形成换气阀的一被限定的基本开启程度。
本发明还进一步提出，第一个零件的配对表面不是严格的圆柱形的并因而形成一个控制表面，这可使被驱动的阀门的阀门升程曲线产生于凸轮的第一个零件的配对表面的形状和第二个零件的凸轮凸角的形状，其中，配对表面和凸轮凸角的形状使得阀门升程曲线是连续的，特别是在基部圆盘的基圆和凸轮凸角之间的过渡区域。
这种阀门驱动装置的完全可变性尤其使柴油机容易起动。为了增高压缩冲程终点的温度，可以设计成在起动阶段和/或在以低压缩比工作的过程中把进气阀的开启时刻向后“推迟”和/或把进气阀的关闭时刻向前“提早”。以这种方式，可在降低的压缩比下达到足以点火的状态。如果使气缸的充入物回流入进气管而进行多重压缩，压缩冲程终点的温度可大大增高。在这种情况中进气阀开始或关闭时刻的推移可达120°或更大的曲轴转角。测量数据已经表明，根据发动机的转速把所述推移设定为70°到120°曲轴转角，可使压缩冲程上死点附近气缸充入物的温度明显增高。
附图说明
下面参照附图更详细地说明本发明。
图1是本发明的阀门驱动装置在调整开始时的剖面图，是沿着图2中的线“I-I”剖取的；
图2是图1的阀门驱动装置的剖视图，是沿着图1中的线“II-II”剖取的；
图3是阀门驱动装置在顶升位置时的剖视图，是沿着图4中的线“III-III”剖取的；
图4是阀门驱动装置的剖视图，是沿着图3中的线“IV-IV”剖取的；
图5是阀门驱动装置在不起作用的位置时的剖视图，是沿着图6中线“V-V”剖取的；以及
图6是阀门驱动装置的剖视图，是沿着图5中的线“VI-VI”剖取的。
具体实施方式
所有各图中都表示出了具有可变阀门驱动装置2的内燃机的凸轮轴1。可变阀门驱动装置2具有两个固定在凸轮轴1上的基部圆盘3、一个可被在凸轮轴1上大致沿径向移动的凸轮4以及一个直接作用在凸轮4上的调整元件5。
凸轮4有两个互锁的零件，即第一零件6和第二零件8，调整元件5作用在第一零件6上，而第二零件8形成凸轮4的凸角7。第一零件6和第二零件8包围着凸轮轴1的引导表面9，而凸轮4在引导表面9的区域具有诸滑动表面10。第一零件6具有夹持着第二零件8的一叉形断面，这从图2可以看出。对角地相反于凸轮凸角7，第一零件6具有受调整元件5作用在其上的一控制表面11。在所示的实施例中，调整元件5包括一个驱动滚轮12，该滚轮12的大致U形的断面有两个臂23，它们是由驱动滚轮12的两个轮缘13形成的。轮缘13通过工作表面21作用在配对表面22上，而配对表面22是由凸轮4的第一零件6的控制表面11形成的。两个轮缘13之间的距离a至少等于第二零件8的宽度b，这样，在内燃机的工作冲程阶段凸轮就不会顶升阀门。
凸轮4由一弹簧元件14弹性地顶着，该弹簧元件14把凸轮4顶推到图5和6中所示的不起作用的位置，在这一位置上只有基部圆盘3作用在阀门驱动元件15上。
凸轮4的第一零件6和第二零件8互相靠在一起并由诸销子16保持在一起。如果没有由驱动滚轮12施加的力，弹簧元件14就把凸轮4推到零升程位置。基部圆盘3里设置有容纳销子16的两个装配槽17。装配槽17以交替的方式定位在基部圆盘3里，这样可确保当凸轮不驱动阀门驱动元件时基部圆盘3和阀门驱动元件15之间的不间断接触。驱动滚轮12被构造成可使凸轮凸角7在内燃机的工作冲程过程中退回到两个轮缘13之间的空间18里。除在阀门升起和控制阶段之外，驱动滚轮12和凸轮4之间不建立任何接触，并且可以是一个推杆、或摇动杠杆、或凸轮随动件的阀门驱动元件15与基部圆盘3接触，而基部圆盘3刚性地安装在凸轮轴1上，在驱动滚轮12的外面。
引导表面9和滑动表面10都是弧形的。它们的角度位置和半径都被选择为可使凸轮4在移位时不会有很大的摩擦，并且特别是在凸轮4开始运动时能够可靠地避免发生自锁。可以通过凸轮轴1里的中心孔道18很容易地供给用于润滑滑动表面10的压力油。
基部圆盘3可在它们的圆周上制出一斜坡形的升坡19，该升坡19与凸轮4的凸角7一起形成一个完整的凸轮。斜坡形的升坡19限定了换气阀(附图中没有表示)的最小升程并构成从基部圆盘3的基圆20到凸角7以及反过来从后者到前者的均匀的过渡。在阀门被顶升过程中，阀门升程曲线的形状由控制表面11和凸轮4的凸角7的共同作用来限定。通过合理地设计控制表面11和凸角7，可以达到基圆20到凸角7和反过来凸部型面7到基圆20之间的均匀过渡。
图1表示出阀门驱动装置2处在凸轮调整开始时的情形。驱动滚轮12被从由虚线和标号12’表示的、不起作用的位置沿着箭头P1的方向向凸轮轴1移动，使驱动滚轮12的两个轮缘13作用在凸轮4的第一零件6的控制表面11上，进而克服弹簧元件14的弹性力而把凸轮4从不起作用的位置推到图3和4中所示的顶升位置。在这个顶升位置凸角7伸出于基部圆盘3之外而作用在阀门驱动元件15上。凸轮轴1是沿着箭头P2所示的方向转动。
通过把第一零件6和第二零件8从相反的两侧滑装到引导表面9上，可把这两个零件安装到凸轮轴1上。在凸轮4被克服弹簧元件14的力推到图3中所示的顶升位置时，可把销子16插进伸向凸轮轴1的轴线1a的径向槽中。
可变阀门驱动装置2的优点在于：由于可从外部驱动调整元件5，故可以有许多变化方案。调整元件5可以是气压驱动的、液压驱动的、电驱动的、电磁驱动的、机械驱动的或由这些驱动方式的某种组合驱动。
随本申请书提交的专利权利要求是一些关于设计方案的建议，它不妨碍对延伸的专利保护的进一步努力。本申请人保留进一步要求保护至此仅在说明和/或附图中揭示的结构特征的权利。
各项从属权利要求中出现的引证是指主权利要求的主题物通过各从属权利要求的结构特征而得以进一步扩展；不能把它们看作是放弃对各个从属权利要求的结构特征要求独立的、与主题物相关的专利保护。
这些从属权利要求的对象可构成一些独立的发明，但是，它们的配置和设计结构是独立于其前面的各从属权利要求的主题物。
还应理解：本发明不限于已说明的各实施例，而是可以在本发明的框架内做出许多改变和变型，尤其是方案、元件、组合和/或材料方面的改变，例如可以对各实施例的一般性说明中或权利要求中或附图中给出的结构特征、元件或过程步骤进行组合或变型，并且通过结构特征的组合可得出新的对象、新的过程步骤或过程步骤的顺序，包括制造过程、试验过程和工作过程，这些都是本发明的组成部分。

Claims (10)

1.一种包括一可变阀门驱动装置的内燃机，该可变阀门驱动装置设有一带有一凸轮装置的凸轮轴，所述凸轮装置包括一可相对于所述凸轮轴径向移动的凸轮和固定在所述凸轮轴上的两个基部圆盘，其特征在于，所述凸轮可用安装在所述凸轮轴的侧面的一调整元件驱动；其中，所述凸轮被一弹簧元件在其顶升位置的反方向被保持在所述凸轮轴上，并且在顶升阶段之后所述凸轮可被所述弹簧元件退回到其不起作用的位置，在所述不起作用的位置的所述凸轮处在所述基部圆盘的基圆之内。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，在所述凸轮的顶升阶段之前或过程中可用所述调整元件使所述凸轮从一不起作用的位置达到所述顶升位置。
3.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述凸轮通过诸滑动表面支承在所述凸轮轴的诸环形引导表面上。
4.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述凸轮包括两个零件，其中一第一个零件从侧面看是叉形的，可被所述调整元件驱动，并且夹持着形成凸轮的凸角的一第二个零件，并且所述第一个零件和第二个零件是由多个销子保持在一起。
5.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述调整元件具有一U形的断面，该U形断面的两个臂面对凸轮的表面作为驱动凸轮的工作表面，两个臂之间的距离大于所述凸轮的所述第二个零件的宽度。
6.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述调整元件被构造成一驱动滚轮，所述驱动滚轮具有一突缘状的轮缘，用作驱动凸轮的工作表面。
7.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述基部圆盘具有可插进一销子的径向槽。
8.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述基部圆盘具有斜坡形的升坡，它与凸轮的第二个零件的凸角一起限定至少一个换气阀的升程曲线。
9.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述凸轮的第一个零件的配对表面不是一严格的圆周形状，并限定一控制表面，使得对应的换气阀的阀门升程曲线由所述凸轮的第一个零件的所述控制表面的形状和第二个零件的凸角的形状形成。
10.如权利要求9所述的内燃机，其特征在于，在所述基部圆盘的基圆和所述凸轮的凸角之间的过渡区域，所述控制表面和所述凸轮的凸角的形状使得所述阀门升程曲线是连续的。
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