CN101310095A - 双升程摇臂锁定机构及其操纵装置 - Google Patents

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CN101310095A CNA2006800431082A CN200680043108A CN101310095A CN 101310095 A CN101310095 A CN 101310095A CN A2006800431082 A CNA2006800431082 A CN A2006800431082A CN 200680043108 A CN200680043108 A CN 200680043108A CN 101310095 A CN101310095 A CN 101310095A
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A·P·哈曼
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Abstract

本发明提供一种气门控制系统，包括具有第一和第二凸轮轮廓线的凸轮轴，该气门控制系统包括摇臂总成(11)，该摇臂总成包括具有与第一凸轮轮廓线接触的第一凸轮从动件(15)的第一摇臂(13)和具有与第二凸轮轮廓线接触的第二凸轮从动件(23，25)的第二摇臂(17)。发动机包括支点部位(P)，其可被操作以提供压力流体源，并且第一摇臂包括可在锁定状态(图6)和解锁状态之间移动的锁件(47)。锁件被压力腔(51)内的流体压力偏压向锁定状态，并且第一摇臂限定了流路(55)，该流路具有与压力流体源流体连通的第一端(57)和与压力腔(51)流体连通的第二端(59)。

Description

双升程摇臂锁定机构及其操纵装置
技术领域
本发明涉及内燃机的气门控制系统，这种气门控制系统的菌形气门的运动以响应于凸轮轴转动的方式被控制，确切地说，本发明涉及这样一种气门控制系统，其中的凸轮轴具有包括高升程部和低升程部的凸轮轮廓线。
更确切地说，本发明涉及这样一种气门控制系统，它包括下述类型的双升程摇臂总成，即它具有高升程凸轮从动件和低升程凸轮从动件(用于分别接触凸轮轮廓线的高升程部和低升程部)。尽管术语“高升程”和“低升程”在与发动机菌形气门的气门控制系统相关地被使用时可能具有不同含义，但应该理解，在本发明的范围内所要求的只是，一条凸轮轮廓线提供相对高的发动机菌形气门升程，而另一条凸轮轮廓线提供相对低的发动机菌形气门升程。在本发明的范围内，“低升程”实际上可能包含零升程或者可能包含大于零升程的有限升程值，但略微(或者显著)小于“高升程”。
背景技术
在一种其类型目前已为业界众所周知的典型的双升程摇臂总成中，设有外摇臂和内摇臂，这两个摇臂通常在其轴向一端的附近可相对枢转地彼此相连。此外，现有技术中的典型的双升程摇臂总成包括某种锁定机构，其可被操作用来将内摇臂锁定至外摇臂上，从而这两个摇臂绕支点部位如液压间隙调节器的定位球塞联动。如上所述，这种“锁定”状态一般(但不是必然地)对应于气门控制系统的高升程操作模式。如果锁定机构处于“解锁”状态，则内摇臂和外摇臂可相对自由转动，这种解锁状态一般(但不是必然地)对应于气门控制系统的低升程操作模式。
美国专利US5,524,580、US5,584,267和US5,697,333描述并示出了可被锁定的双升程摇臂总成，上述这些专利都被转让给本申请的受让人并作为参考被纳入本文中。
在以上转述专利的双升程摇臂总成中，设有某种电磁致动器用于控制锁定机构的操作。尽管人们已经发现锁定机构的这种电磁致动器能以总体令人满意的方式工作，但由此要求为每个摇臂总成设置独立的电磁致动器将明显增加整个气门控制系统的成本，并且在许多应用场合下，将需要比在典型的发动机气缸盖中可得到的空间更大的封装空间。
本领域技术人员曾试图提供一种用于双升程摇臂总成的锁定机构的操纵装置，其将因采用液压而克服上述现有技术问题。确切地说，为了控制锁定机构，本领域技术人员曾尝试在液压间隙调节器的柱塞中采用可变液压，该柱塞起到摇臂总成的支点部位的作用。美国专利US5,544,626和US6,668,779描述并示出了这样的操纵装置，这两篇专利作为参考被纳入本文中。
虽然在上一段落中转述的专利的摇臂总成确实至少提供了明显改善锁定机构的操纵的潜在可能性，但使低压(控制)流体从间隙调节器通向锁定机构的要求使得摇臂总成的设计变复杂了。尤其是当认识到存在各种不同的、为获得气门控制系统的最佳可行整体性能而必须遵守的摇臂总成的其它设计准则时，情况更是如此。例如，为了改善气门控制系统的动态行为，减小摇臂总成惯性是合乎要求的。一种减小惯性的方式是尽量靠近支点部位来定位该摇臂总成的尽量多的质量。因此，人们认识到使转动轴线在内外摇臂之间安置在支点部位附近是合乎需要的，由此一来，相对偏压这两个摇臂的扭簧也可能靠近支点部位。
不幸的是，在以上所述的美国专利US6,668,779的双升程摇臂总成中，为了将来自液压间隙调节器的控制流体用于控制锁定机构，必须添加活塞件(其唯一的功能是响应于控制压力变化而移动)，活塞件的运动在摇臂总成的相反端通过单独的滑动件从活塞件被传递给锁定机构，除了响应于活塞件的运动移动该锁定机构外，其不具备其它功能。根据US6,668,779专利的摇臂总成的构造复杂化和附加成本以及该总成的更高质量和更高惯性使得整个总成就商业性而言不太合乎人们的期望。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的气门控制系统用于控制发动机菌形气门，其中该气门控制系统属于包括双升程摇臂总成的类型，该双升程摇臂总成能克服上述的现有技术缺点。
本发明的一个更具体的目的是提供这样一种改进的双升程摇臂总成，其锁定机构通过来自液压间隙调节器的压力流体被控制，但该双升程摇臂总成不必为了将流体压力变化转换为锁定机构的运动而需要显著增加的结构、成本和重量。
通过提供这样一种内燃机气门控制系统来完成本发明的以上和其它的目的，这种气门控制系统包括气缸盖、可相对气缸盖在开启位置和关闭位置之间运动的菌形气门以及其上形成有第一凸轮轮廓线和第二凸轮轮廓线的凸轮轴。气门控制系统包括摇臂总成，摇臂总成包括具有与第一凸轮轮廓线接触的第一凸轮从动件的第一摇臂和具有与第二凸轮轮廓线接触的第二凸轮从动件的第二摇臂。气门控制系统还包括气缸盖，气缸盖具有支点部位，它可被操作以提供压力流体源。第一摇臂还在其第一轴向端附近限定支点表面，支点表面适于枢转接触支点部位。第一摇臂在支点表面附近还限定枢转部位，第二摇臂借此相对第一摇臂绕枢转部位枢转。第一摇臂在其第二轴向端附近具有锁定机构，锁定机构包括能在锁定状态和解锁状态之间相对由第二摇臂的相邻部分限定的锁定表面进行运动的锁件。弹簧将锁件偏压向锁定状态和解锁状态中的一个状态，并且锁定机构限定出压力腔，压力腔可被操作以将锁件偏压向锁定状态和解锁状态中的另一个状态。
此改进的气门控制系统的特点在于，第一摇臂限定出流路，该流路具有与支点表面流体连通的第一端，该流路的第一端可被操作以接收来自压力流体源的压力流体。该流路具有与锁定机构的压力腔流体连通的第二端。
附图说明
图1是可采用本发明的双升程摇臂总成的透视图。
图2是图1所示摇臂总成的透视图，但是从相反端朝上看过去的。
图3是总体与图2所示相似的视图，但只示出了内摇臂并且所取视角略微不同于图2的视角。
图4是朝图3中位于底侧的那侧看过去的平面侧视图，主要只表示内摇臂。
图5是总体沿图4的线5-5截取的内摇臂的轴向截面图，包括构成本发明的一个重要方面的流路。
图6是在竖向平面内的局部放大轴向截面图，具体表示构成本发明的一个重要方面的锁定机构。
具体实施方式
现在参见不是旨在限制本发明的附图，图1表示总体用11表示的双升程摇臂总成，其属于如美国专利US5,655,488所述和所示的普通类型，该专利被转让给本申请的受让人并作为参考被纳入本文。提到该转述专利的一个原因是它示出了包括高升程凸轮轮廓线和低升程凸轮轮廓线的凸轮轴、以及气缸盖的一部分，还示出了发动机的菌形气门，但为了简明起见在本文中都没有示出这些构件，这是因为这样的构件对本领域技术人员来说是众所周知的并且不需要具体说明。
仍然参见图1，本发明的双升程摇臂总成11包括内摇臂13(以下也在后续的权利要求书中称之为第一摇臂)。内摇臂13包括滚子从动件15，在本实施例中，该滚子从动件将构成“低升程”凸轮从动件并且与凸轮轴上的低升程凸轮轮廓线接触。如可以从图6中最清楚看到的，滚子从动件15绕用a表示的轴线转动。
仍然主要参见图1，双升程摇臂总成11还包括外摇臂17(以下也在后续的权利要求书中称之为第二摇臂)。外摇臂17包括一对侧壁19和21，所述侧壁安置在内摇臂13的横向相对两侧上。侧壁19和21分别包括一对垫座部23和25，垫座部23和25将构成“高升程”凸轮从动件并与凸轮轴上的高升程凸轮轮廓线接触。如在现有技术中众所周知的那样，高升程凸轮轮廓线为了与双升程摇臂总成11连用将包括一对凸轮轮廓线，其沿轴向设置在低升程凸轮轮廓线的每侧。
如在图1和图2中最清楚看到的那样，内摇臂13和外摇臂17为了能相对枢转而通过横向杆27彼此相连。横向杆27(也在图4和图5中被示出了)的两端容纳在外摇臂17的侧壁19和21的开口中，横向杆的中央部安置在由内摇臂13限定出的圆形开口29(参见图3和图4)中。按照围绕横向杆27局部的形式，在内摇臂13的每个横向侧上设有几圈扭簧31，该扭簧只在图1和图2中被示出了。如本领域技术人员众所周知的那样，设置扭簧31的目的是在图1的、围绕横向杆27的逆时针方向上相对外摇臂17偏压内摇臂13。
现在主要参见图3，内摇臂13优选构成一个单独的整体件，它能以铸件的形式制造并随后接受机加工，或者它能以粉末冶金件的形式制造。本领域技术人员应该理解，本发明不应被局限于内摇臂13的这种特定构形或制造工艺，除非在下文和后续权利要求书中有说明，在此所示的构形只是示例性的。
内摇臂13限定出总体呈半球形的支点表面33，如本领域众所周知的那样，该支点表面适于接触一个起到“支点部位”作用的构件。仅作为一个例子，该支点部位可以包括液压间隙调节器的定位球塞部(图4中被标为P)，因而定位球塞部和，适当的话，液压间隙调节器本身(“支点部位”)以下由参考标记P表示。如本领域技术人员也众所周知的那样，液压间隙调节器一般容纳在由发动机气缸盖限定的圆形孔内(为简化图示起见，在此未示出)。
现在主要参见图1、图3和图5，内摇臂13在其沿轴向与圆形开口29相反的那端限定出锁孔35，一个总体用37表示的锁定机构(只在图6中示出)安置在锁孔35内并且以后将做具体说明。可以在图6中看到，内摇臂13限定出气门垫块38(也示于图2中)，用于接触菌形气门的气门杆前端。以居中于开口29和锁孔35之间的方式，内摇臂13限定出一个中心空腔39(也参见图3)，滚子从动件15安置在该空腔39中并且可转动地安装在滚子轴41上(参见图4)。尽管本发明不局限于与任何特定构形的摇臂总成连用，除非在后续的权利要求书中特作说明，但本发明在此所示类型的双升程摇臂总成中非常有用，其中的支点表面33安置在内摇臂13的一个轴向端附近，而锁孔35设置在相反的轴向端附近，滚子从动件15沿轴向设置在两者之间，以下将清楚知晓这样布置的原因。
现在主要参见图6，锁定机构37包括弹簧保持架43，其安靠在由锁孔35构成的凸肩上，弹簧保持架43被陷留在由锁孔塞45表示的位置上，该锁孔塞最好被压入锁孔35中。锁件47安置在锁孔35内并且可在锁孔内轴向移动，该锁件通过大致呈锥形的锁定弹簧49被偏压向回缩位置(解锁位置)，该锁定弹簧的左端(在图6中)安置在弹簧保持架43的相邻表面上。锁定机构37限定出压力腔51，它包括锁孔35内的区域，该区域在轴向上设置在锁孔塞45和锁件47之间。当压力流体被通入压力腔51时，锁件47在图6中被向左压，到达伸出位置(锁定位置)，大致平行于由内摇臂13限定的轴线A。在锁件47的锁定位置，锁件47的扁平的上表面接触由外摇臂17的端壁53限定的相邻下表面52(也参见图2)。
再次主要参见图3、图4和图5，内摇臂13限定出轴向延伸孔55(即大致平行于内摇臂13的轴线A)，在图3中可以看见该轴向延伸孔的开口端。如图5最清楚示出的那样(尽管有些示意性)，在内摇臂13中形成有斜孔57，斜孔完全由内摇臂限定。仅举例而言，斜孔57可以通过钻孔形成，钻头从圆形开口29钻入内摇臂13，随后前行直至斜孔57与支点表面33相交(或者孔略微竖直向上延伸)。钻头随后继续钻进，直到所钻出的孔57与轴向延伸孔55连通。优选但不是必须地，如果横向杆27被插入开口29中，则横向杆27和开口29之间的配合足够紧密(或许甚至构成压装配合)，从而横向杆27有效封闭斜孔57，不发生过度的流体泄漏。本领域技术人员将理解，对于本发明的目的而言，绝对的无漏流封闭是不重要的，相反，所要求的只是斜孔57的端头被充分封闭，以便能在孔55和57中形成充分的流体压力，以获得对锁件47的偏压。
现在主要参见图4、图5和图6，另一个斜孔59形成在内摇臂13中并且完全由该内摇臂限定。按照与斜孔57一样的方式，斜孔59可以通过钻孔来形成，钻头从上方钻入内摇臂13，随后钻透锁孔35，接着钻进至斜孔59与轴向延伸孔55流体连通。优选但不是必须地，锁件47有效封闭斜孔59，尽管与在斜孔57中的情况一样只要斜孔59被封闭至能在压力腔51内形成压力的程度就够了，该压力足以将锁件47偏压向图6所示的锁定位置。应该注意，参考标记59在图5中出现了两次，包括示意表示斜孔(中心线)和实际表示斜孔59与轴向延伸孔55相交之处。不过，在图6中也示出了斜孔59，在此只能看到斜孔59的在锁孔35上方的上末端。人们应该理解，当参见图6时，斜孔59的平面没有与图6的平面重合，而是相互成一个角度。
于是，通过上述的一系列孔，压力流体能从定位球塞部分P的上方(在图4中)向下流过斜孔57，流入轴向延伸孔55，随后流向图5中的左侧，接着向上(图4中)流过斜孔59。斜孔59内的压力流体接着流入压力腔51，这是因为斜孔59与锁孔35在图6的图面的后方相交。应该注意，在后续的权利要求书中将提到“流路”(轴向延伸孔55)，它具有与压力流体源连通的“第一端”(斜孔57)、以及与锁定机构的压力腔51连通的“第二端”(斜孔59)。
尽管在此未示出，但最好将某种密封球或密封塞插入轴向延伸孔55的左端(在图5中)内。也许还需要将密封球或密封塞插入斜孔59的上端内。根据本发明优选实施例的一个不错的方案，尽管需要三个独立的孔(通道等)以使压力流体从压力流体源(定位球塞部分P)通入锁定机构37的压力腔51，但只在两个位置上(轴向延伸孔55的左端和斜孔59的上端)可能需要附加的密封件。这个特殊结构与降低总体制造成本和缩短本发明的组装时间来说是至关重要的。
本领域技术人员应该认识到，尽管在这里以通过流体孔57、55和59来完成的形式描述和示出了从液压间隙调节器到锁件的流体连通，但使用这样一条“整体”通道不是要限制本发明。仅举例而言，所要求的流体连通可以在本发明的范围内通过独立的管形件来完成，该管形件被钎焊至或以其它方式被连接至内摇臂13的两个间隔位置上，但提供了从定位球塞部分P至压力腔51的流体连通。对本发明至关重要的是，不需要额外的(原来是必需的)机械结构用于将流体压力作用从流体源(在内摇臂13的一端)传输至锁定机构37(在轴向相反端)。
尽管以上已经结合牵涉钻孔的成形工艺描述了孔55、57和59，但人们应该理解，本发明不局限于此。例如，如果内摇臂13以粉末冶金件的形式形成，则孔55、57和59可以通过在内摇臂成型、允许摇臂脱模后从粉末冶金模具中取出插入件来形成。于是，本领域技术人员将明白，被选用于形成孔55、57和59的特定方法不是本发明的一个重要特征，只要压力流体可以从支点表面33通往压力腔51就行了。
在以上的说明书中已经具体描述了本发明，而且我们相信，本领域技术人员在阅读并理解说明书之后将显而易见地发现本发明的各种改进和修改。只要它们落在后续权利要求书的范围内，所有这样的修改和改进是要被包含在本发明中。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的气门控制系统，这种气门控制系统包括气缸盖、可相对该气缸盖在开启位置和关闭位置之间运动的菌形气门、以及其上形成有第一凸轮轮廓线和第二凸轮轮廓线的凸轮轴，该气门控制系统包括摇臂总成(11)，该摇臂总成包括具有与第一凸轮轮廓线接触的第一凸轮从动件(15)的第一摇臂(13)和具有与第二凸轮轮廓线接触的第二凸轮从动件(23，25)的第二摇臂(17)，该气门控制系统还包括该气缸盖，该气缸盖具有支点部位(P)，该支点部位可被操作来提供压力流体源，该第一摇臂(13)在其第一轴向端的附近限定出支点表面(33)，该支点表面适于枢转接触该支点部位(P)，该第一摇臂(13)还在该支点表面(33)的附近限定出枢转部位(27)，该第二摇臂(17)借此相对该第一摇臂(13)绕该枢转部位(27)枢转，该第一摇臂(13)在其第二轴向端的附近包括锁定机构(37)，该锁定机构包括能在锁定状态(图6)和解锁状态之间相对由该第二摇臂(17)的相邻部分(53)限定的锁定表面(52)运动的锁件(47)；该锁定机构还包括弹簧(49)，该弹簧将该锁件(47)偏压向该锁定状态和该解锁状态中的一个状态，并且该锁定机构(37)限定出压力腔(51)，该压力腔可被操作以将该锁件(47)偏压向该锁定状态和该解锁状态中的另一个状态，其特征在于，
a)该第一摇臂(13)限定出流路(55)，该流路具有与该支点表面(33)流体连通的第一端(57)，该流路(55)的第一端(57)可被操作以接收来自该压力流体源的压力流体；
b)该流路(55)具有与该锁定机构(37)的该压力腔(51)流体连通的第二端(59)。
2.根据权利要求1所述的气门控制系统，其特征在于，该第一摇臂(13)的第二轴向端限定出气门垫块(38)，该气门垫块适于接触该菌形气门的气门杆前端。
3.根据权利要求1所述的气门控制系统，其特征在于，该摇臂总成(11)包括用于相对该第二摇臂(17)将该第一摇臂(13)偏压向脱离锁定接触状态的偏压机构(31)。
4.根据权利要求3所述的气门控制系统，其特征在于，该偏压机构(31)可操作地与该枢转部位(27)相结合，由此在该气门控制系统的操作过程中减小该偏压机构(31)的惯性。
5.根据权利要求1所述的气门控制系统，其特征在于，该枢转部位包括限定出第一开口(29)的第一摇臂(13)、限定出与第一开口(29)对准的第二开口的第二摇臂(17)以及容纳在该第一开口和该第二开口中的枢转件(27)。
6.根据权利要求5所述的气门控制系统，其特征在于，该摇臂总成(11)包括用于相对该第二摇臂(17)将该第一摇臂(13)偏压向脱离锁定接触状态的偏压机构(31)，该偏压机构包括扭簧组件(31)，该扭簧组件可操作地与该枢转件(27)相结合并且包括与第一摇臂(13)接触的第一部分和与第二摇臂(17)接触的第二部分。
7.根据权利要求1所述的气门控制系统，其特征在于，该第一摇臂(13)限定出垂直于由该第一凸轮从动件(15)限定的轴线(a)的轴线(A)，该流路包括主流路部(55)，该主流路部的取向大致平行于该第一摇臂(13)的轴线(A)。
8.根据权利要求7所述的气门控制系统，其特征在于，该枢转部位包括第一摇臂(13)，该第一摇臂限定出一个限定轴线(a2)的圆形开口(29)，该轴线(a2)的取向大致平行于该第一凸轮从动件(15)的轴线(a)，该流路(55)的第一端(57)包括连通于该主流路部(55)和该圆形开口(29)之间的倾斜通道(57)，该流路的第一端(57)通过安置在该圆形开口(29)中的圆柱形枢转件(27)被封闭。
9.根据权利要求7所述的气门控制系统，其特征在于，该锁定机构(37)的锁件(47)以下述方式设置，当该锁件在锁定状态(图6)和解锁状态之间运动时，该锁件沿该第一摇臂(13)的轴线(A)移动。
10.根据权利要求9所述的气门控制系统，其特征在于，该流路的第二端(59)包括倾斜通道(59)，该锁定机构(37)包括与该第一摇臂(13)的轴线(A)同心的且滑动容纳该锁件(47)的孔(35)，该倾斜通道(59)与该孔(35)相交，由此该流路(55)的第二端(59)与该锁件相交。
CNA2006800431082A 2005-11-21 2006-11-20 双升程摇臂锁定机构及其操纵装置 Pending CN101310095A (zh)

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