CN101182857A - 用于两个机械组件之间的锁合式耦联装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于两个机械组件(33，34)之间的锁合式耦联装置(31)，包括：至少一对耦联元件(32)，每个耦联元件均呈“L”形，并且从第一机械组件(33)突出；以及至少一对轨道(36)，每个所述轨道均穿过第二机械组件(34)制成，并且呈圆弧形，其端部具有向外张开的入口(37)，并且在使用时由耦联元件(32)接合；每个轨道(36)的大小均使得除入口(37)外在其整个长度上防止耦联元件(32)的轴向移除，在入口(37)处能够轴向地移除耦联元件(32)。

Description

用于两个机械组件之间的锁合式耦联装置
技术领域
本发明涉及一种用于两个机械组件之间的锁合式耦联装置。
本发明在内燃机的机械组件的耦联装置中得到了有利的应用，下面的描述中将明确地参照内燃机，但并不因此丧失一般性。
背景技术
在内燃机中，经常需要借助于锁合式耦联装置——即借助于允许两个机械组件本身之间的相对运动(通常绕旋转轴线互相旋转)并同时防止两个组件远离(即沿旋转轴线移动)的耦联装置——将两个机械组件互相耦联。
目前通常通过使用外部耦联构件(例如螺丝钉、螺栓、卡箍(Seegerrings)、开口销等)来实现两个机械组件之间的锁合耦联；但是，使用外部耦联构件并不符合成本效益，因为这意味着与购买和组装该耦联构件相关联的花费。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于两个机械组件之间的锁合式耦联装置，其进气歧管不具有上述缺点，具体地说，即制造起来既容易又节约成本。
一种依据本发明的用于两个机械组件之间的锁合式耦联装置，包括：
至少一对耦联元件，每个耦联元件都呈“L”形，并且从第一机械组件突出；以及
至少一对轨道，每个轨道都穿过第二机械组件获得，并且呈圆弧形，端部是向外张开的入口，并且在使用时由耦联元件接合；除入口外，每个轨道的大小都在其整个长度上防止耦联元件的轴向移除，在入口处可以轴向地移除耦联元件。
附图说明
现将参照示出本发明实施方式的非限制性示例的附图描述本发明，图中：
——图1是设置有可变几何特性进气歧管的内燃机的示意图，该可变几何特性进气歧管配备有依据本发明所制成的锁合式耦联装置；
——图2是图1中进气歧管的前视图，为清楚起见除去了一些部件；
——图3是图1中阻气系统的阻气门的蝶形气门板的立体图；
——图4是图1中阻气系统的阻气门的气门座的立体图，为清楚起见除去了一些部件；
——图5是图1中阻气系统的阻气门的立体图，其中阻气门处于有效或阻气位置，为清楚起见除去了一些部件；
——图6是图1中阻气系统的阻气门的立体图，其中阻气门处于初始或最大打开位置，为清楚起见除去了一些部件；
——图7和图8是图1中阻气系统的角位置传感器转子的不同立体图；
——图9是图1中阻气系统的角位置传感器的前视图，为清楚起见除去了一些部件；
——图10是图1中阻气系统的阻气门和致动器装置两者的轴之间的机械耦联装置的固定元件的立体图；
——图11是图10中机械耦联装置的移动元件的俯视图；
——图12、13和14是图10中机械耦联装置的前视图，其中机械耦联装置分别处于组装位置、对应于阻气门的有效或阻气位置的工作位置以及对应于阻气门的初始或最大打开位置的工作位置。
具体实施方式
在图1中，参考标记1总体地指代设置有四个气缸2(在图1中仅示出其中一个)的内燃机，每个气缸2都通过两个进气门4(在图1中仅示出其中一个)连接到进气歧管3，并且通过两个排气门6(在图1中仅示出其中一个)连接到排气歧管5。
进气歧管3通过蝶形气门8所调节的供气管7接收新鲜空气(即来自外界环境的空气)，并通过相应的进气管9(在图1中仅示出其中一个)连接到气缸2，每个进气管9均包括两个通道10(可以具有不同的长度、形状和/或尺寸)并由相应的进气门4调节。类似地，排气歧管5通过相应的排气导管11(在图1中仅示出其中一个)连接到气缸2，每个排气导管11都由相应的排气门6调节；排放管12的端部设置有消声器(公知且未图示)以将燃烧所产生的气体排放到大气中，并且排放管12从排气歧管5延伸。
依据优选实施方式，通过设置于对应的进气门4附近的相应喷射器13，将燃料(例如汽油、柴油、甲烷或LPG)喷射进每个进气管9内。依据不同的实施方式(未图示)，喷射器13设置成直接将燃料喷射进每个气缸2内。
进气歧管3是可变几何特性的歧管，并且包括阻气系统14，阻气系统14适于在内燃机1运转期间依据内燃机1本身的速度改变进气管9的空气引入截面。依据图1中所示的实施方式，阻气系统14为漩涡式的，并包括用于每个进气管9的阻气门15，阻气门15沿进气管9的两个通道10其中的一个安装，并适于改变通过通道10本身的空气的引入截面；具体地说，即每个阻气门15在有效(或阻气)位置和初始(或最大打开)位置之间移动，在有效(或阻气)位置时阻气门15通过完全关闭相应的通道10减小进气管9的空气引入截面，在初始(或最大打开)位置时阻气门15不使进气管9的空气引入截面显著减小。
如图2中所示，四个阻气门15对齐成一行并由共同致动器装置16(优选地设置有电动马达)致动，致动器装置16相对于进气歧管3侧向设置并与四个阻气门15对齐。每个阻气门15均包括阻气体17，具体地说是蝶形气门板17(图3更清楚示出)，蝶形气门板17键连接到共用轴18(即由所有四个阻气门15共用)，从而绕旋转轴线19并且受致动器装置16的偏置力而与共用轴18本身一起在有效位置和初始位置之间转动。
如图3中所示的优选实施方式，每个蝶形气门板17具有方形截面的中心通孔20，其中插设共用轴18；孔20的方形截面允许使蝶形气门板17通过形状配合与轴18成角度地形成在一起，从而不需其它机械调整。此外，在每个蝶形气门板17的相对侧上并且与通孔20共轴地具有两个圆筒形伸出部21，伸出部21插设在阻气门15的气门体内相应的圆筒形底座22(在图4中示出其中之一)内，以限定一些导引蝶形气门板17绕旋转轴线19旋转的轴承。
在使用时，每个蝶形气门板17都受致动器装置16的偏置作用在有效位置(在图5中示出)和初始位置(在图6中示出)之间转动，在有效位置时进气管9的空气引入截面减小，在初始位置时进气管9的空气引入截面不显著地减小。
如图3、4和5中所示，每个阻气门15本身内部均一体地设置有一对机械止挡件23，机械止挡件23分别决定有效位置和初始位置的定位。每个止挡件23均包括：可移动的抵接齿24，其关于旋转轴线19平行并且错开地设置，并与蝶形气门板17形成在一起；以及固定的匹配元件25，其与阻气门15的固定气门体形成在一起，并且沿相应的抵接齿24的运动轨迹设置以止挡相应的抵接齿24的运动，从而止挡蝶形气门板17的运动。优选地，抵接齿24自圆筒形伸出部21伸出，因此在圆筒形座22内部设置有匹配元件25。此外，两个匹配元件25都优选地由设置于圆筒形座22内的单个圆形冠状部件组成。
依据优选实施方式，每个阻气门15本身内部均仅一体地设置有一对机械止挡件23，机械止挡件23设置于蝶形气门板17的两个圆筒形伸出部21的其中之一处。依据不同实施方式(未图示)，每个阻气门15内一体地设有两对机械止挡件23，机械止挡件23设置在蝶形气门板17的两个圆筒形伸出部21处。依据另一实施方式(未图示)，四个阻气门15中只有一个一体地设有机械止挡件对23；但是，这种实施方式意味着较高的制造成本，因为必须生产两种不同类型的蝶形气门板17(有抵接齿24的和没有抵接齿24的)。
依据不同实施方式(未图示)，阻气系统14是翻转式的；在这种情况下，每个进气管9均包括单一通道10，在通道10内设置有在有效(或阻气)位置和初始(或最大打开)位置之间移动的阻气门，在有效(或阻气)位置时，阻气门15减小进气管9的空气引入截面，在初始(或最大打开)位置时，阻气门不使进气管9的空气引入截面有任何减小。
依据另一实施方式(未图示)，阻气系统14是PDA(PortDe-Activation)式的。
上述阻气系统14制造起来既简单又节约成本，并且特别精确和符合设计规范。通过将机械止挡件23一体地设在阻气门15内，具体地说，即通过将机械止挡件23一体地设在蝶形气门板17内，可获得上述结果。这样，用不是特别精确(因此简单而且节约成本)的构造方法，也可以以足够的精度实现有效位置和初始位置的实际定位。
如图7、8和9所示，阻气系统14包括角位置传感器26，传感器26耦联到共用轴18的端部，并设置在与致动器装置16相对的箍环(band)上，以确定共用轴18绕旋转轴线19的角位置。将位置传感器26耦联到离致动器装置最远的阻气门15很重要，因为此阻气门15设置于传递来自致动器装置16的运动的机械传动的最后位置，因此对可能的机械问题遭受的最严重。
角位置传感器26包括：与共用轴18形成在一起的、方形截面的永磁体27；以及磁阻式读出器28，其适于读出永磁体27的朝向，设置在进气管9外侧，靠近进气管9本身的管壁并且靠近永磁体27。优选地，永磁体27嵌入(优选为通过共同模制)圆筒形支座29内，圆筒形支座29耦联到阻气门15的蝶形气门板17；因此，圆筒形支座29具有一对孔30，孔对30适于接合蝶形气门板17的抵接齿24，在这种情况下，接合齿24不用作止挡件，而是作为支座29的机械耦联构件。
使用上述角位置传感器26具有很多优点，因为这种角位置传感器26节约成本、可容易和快速地组装，并且测量精度高。具体地，角位置传感器26的组装之所以容易和快速，是因为角位置传感器26的读出器28设置在进气管9的外侧，从而进气管9上不需要任何类型的穿孔；此外，当内燃机1内安装有进气歧管3时，检查、维护或更换角位置传感器26的读出器28也很简单和快捷。
在共用轴18旋转时，上述角位置传感器26不引入任何形式的摩擦，因为角位置传感器26的读出器28是非接触式的，从而与永磁体27机械地无关，并且还因为不需要存在耦联到共用轴18的任何动态或静态密封环。
最后，上述角位置传感器26直接检测蝶形气门板17的实际位置，并且能够检测蝶形气门板17是否由于机械问题而不再接收来自致动器装置16的运动。
如图2中所示，致动器装置16的驱动轴(未图示)与旋转轴线19(即与共用轴18)共轴，从而直接地对接到共用轴18，没有改变传动比的、机械传动装置的干扰。
如图10至14所示，为将共用轴18维持在正确的轴向位置，构设了锁合式耦联装置31(在图12至14中示出)，其将共用轴18维持在进气歧管3内部。
锁合式耦联装置31包括一对耦联元件32，每个耦联元件32均呈“L”形，并且从进气歧管3的外部管状本体33突出。此外，锁合式耦联装置31包括板34，板34的中部具有中心杯状体35，中心杯状体35压在共用轴18的端部以将共用轴18本身维持在进气歧管3内正确的轴向位置。板34还具有一对轨道36，每个轨道36都呈圆弧形，并且绕中心杯状体35设置，在端部处具有向外张开的入口37，并且在使用时由耦联元件32接合。具体地，每个轨道36的大小均使得除入口37外沿其整个长度上都防止耦联元件32的轴向移除，在入口37处可轴向地插入或移除耦联元件32。
在组装板34的过程中，对板34本身进行定向使入口37的位置与耦联元件32的位置重合；在该点处，通过将耦联元件32插过入口37，板34本身可以耦联到进气歧管3的外部本体33(图12)。然后，相对于进气歧管3的外部本体33转动板34，以使耦联元件32离开入口37，并且在使用时，板34不再返回到入口37的位置与耦联元件32的位置重合的组装位置(图13和图14)。
换言之，在正常操作过程中，当板34与共用轴18一起转动时，外部本体33的耦联元件32沿轨道36滑动，永远不会达到入口37的位置与耦联元件32的位置重合的组装位置。图13示出阻气门15设置于有效或闭合位置时板34的位置，图14示出阻气门15设置于初始或最大打开位置时板34的位置。
依据优选实施方式，板34用作共用轴18的致动杆，即用作绕旋转轴线19转动共用轴18的动力输出装置。换言之，致动器装置16借助于起致动杆作用的板34将运动传递到共用轴18。因此，借助于耦联装置，通过共用轴18的端部和板34的中心杯状体35之间的形状，板34键接到共用轴18的端部。
依据不同实施方式(未图示)，锁合式耦联装置31包括较多的密封元件32(例如三个或四个)。
上述锁合式耦联装置31具有很多优点，因为其制造和组装起来极其简单并且节约成本；具体地，此种锁合式耦联装置31允许不使用第三机械构件(例如螺丝钉、螺栓、卡箍、开口销)就可获得机械锁合。

Claims (9)

1.一种用于两个机械组件(33，34)之间的锁合式耦联装置(31)，包括：
至少一对耦联元件(32)，每个所述耦联元件均呈“L”形，并且从第一机械组件(33)突出；以及
至少一对轨道(36)，每个所述轨道(36)均穿过第二机械组件(34)获得，并且呈圆弧形，所述轨道(36)端部具有向外张开的入口(37)，并且在使用时由耦联元件(32)接合；每个轨道(36)的大小均使得除入口(37)外沿其整个长度防止耦联元件(32)的轴向移除，在所述入口(37)处能够沿轴向移除耦联元件(32)。
2.如权利要求1所述的锁合式耦联装置(31)，其中所述第一机械组件(33)是进气歧管(3)的外部管状本体(33)，所述进气歧管(3)容纳绕旋转轴线(19)转动的轴(18)，并且所述第二机械组件(34)是用作所述轴(18)的致动杆的板(34)。
3.如权利要求2所述的锁合式耦联装置(31)，其中所述板(34)在中部具有中心杯状体(35)，所述中心杯状体(35)压在所述轴(18)的端部上，以将所述共用轴(18)本身维持在所述进气歧管(3)内正确的轴向位置。
4.如权利要求3所述的锁合式耦联装置(31)，其中借助于适当的形状联接，所述板(34)的中心杯状体(35)与所述轴(18)的端部成角度地形成在一起。
5.一种用于内燃机(1)的可变几何特性进气歧管(3)；所述进气歧管(3)包括：
至少一个进气管(9)，其将所述进气歧管(3)连接到所述内燃机(1)的至少一个气缸(2)；
阻气系统(14)，其用于改变所述进气歧管(3)的几何特性，并且包括设置有阻气体(17)的至少一个阻气门(15)，所述阻气体(17)设置于所述进气管(9)内部，并且安装在能够绕所述旋转轴线(19)转动的轴(18)上；
所述进气歧管(3)的特征在于，为了将所述共用轴(18)维持在正确的轴向位置，构设了一种锁合式耦联装置(31)，其包括：
至少一对耦联元件(32)，每个所述耦联元件均呈“L”形，并且从所述进气歧管(3)的外部管状本体(33)突出；以及
具有至少一对轨道(36)的板(34)，每个所述轨道(36)均呈圆弧形，所述轨道(36)端部具有向外张开的入口(37)，并且在使用时由耦联元件(32)接合；每个轨道(36)的大小均使得除所述入口(37)外沿其整个长度上防止耦联元件(32)的轴向移除，在所述入口(37)处能够沿轴向移除耦联元件(32)。
6.如权利要求5所述的进气歧管(3)，其中所述板(34)中部具有中心杯状体(35)，所述中心杯状体(35)压在所述共用轴(18)的端部上，以将所述共用轴(18)本身维持在所述进气歧管(3)内正确的轴向位置。
7.如权利要求6所述的进气歧管(3)，其中借助于适当的形状联接，所述板(34)的中心杯状体(35)与所述共用轴(18)的端部成角度地形成在一起。
8.如权利要求7所述的进气歧管(3)，其中所述板(34)用作所述轴(18)的致动杆。
9.一种用于在两个机械组件(33，34)之间获得锁合式耦联装置(31)的方法；所述方法包括以下步骤：
在第一机械组件(33)上设置至少一对耦联元件(32)，每个所述耦联元件(32)均呈“L”形，并且从所述第一机械组件(33)本身突出；
在第二机械组件(34)上制成至少一对轨道(36)，每个所述轨道(36)均呈圆弧形，所述轨道(36)的端部具有向外张开的入口(37)，并且其大小使得除入口(37)外沿其整个长度上防止耦联元件(32)轴向移除，在所述入口(37)处能够轴向地移除耦联元件(32)；
接近并导向所述两个机械组件(33，34)，从而将所述第一机械组件(33)的耦联元件(32)与所述第二机械组件(34)的轨道(36)的入口(37)对齐；
将所述第一机械组件(33)的耦联元件(32)通过所述入口(37)插入所述第二机械组件(34)的轨道(36)内；
将所述两个机械组件(33，34)其中一个相对于另一个转动，从而沿所述第二机械组件(34)的轨道(36)移动所述第一机械组件(33)的耦联元件(32)，并使所述第一机械组件(33)的耦联元件(32)从所述入口(37)离开；以及
在使用时，维持所述第一机械组件(33)的耦联元件(32)远离所述入口(37)。
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